Abstimmbare Streifenleiterschaltung

Abstract

 Um die wirksame elektrische Länge der einzelnen auf einem Substrat (22) angeordneten Streifenleitungsstücke (23) verändern zu können, sind in der Masseleitung (24) auf der Rückseite des Substrats Aussparungen (18, 19, 20, 21) vorgesehen, in denen vertikal oder horizontal verstellbare Abstimmelemente (25, 26, 27, 28) angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine abstimmbare Streifenleiterschaltung, die mehrere in Reihe liegende und parallel geschaltete leerläufende und/oder kurzgeschlossene Leitungsstücke aufweist, welche in ihrer wirksamen Länge bzw. ihrem Wellenwiderstand variiert werden können.

[0002] Für Frequenzen ab etwa 3 GHz aufwärts ist der Einsatz von konzentrierten abgleichbaren Schaltungselementen wegen der notwendigen kleinen Abmessungen, den geforderten geringen Verlusten und Eigenresonanzen kaum möglich. Neben Hohlleiter- und Koaxialleiterschaltungen werden daher häufig Streifenleiterschaltungen verwendet. Der Begriff Streifenleiter soll hier stellvertretend für alle planaren Leitungsformen, z. B. auch für Schlitz- oder Flossenleitungen, stehen.

[0003] Bei Schaltungen in Streifenleitertechnik ist es bisher sehr schwer möglich, die Schaltungsparameter durch einen einfachen Abgleich zu verändern. Ein solcher Abgleich ist aber nötig, nämlich zur Kompensation der Abweichungen von geforderten Schaltungsparametern, die durch Fertigungsstreuungen beispielsweise von Ferriten in Zirkulatoren oder Isolatoren oder besonders bei aktiven Elementen, wie Dioden und Transistoren, verursacht werden.

[0004] Eine Abgleichmethode ist in "FET application note, Plessey, 1976, Publication No. P.S. 1843 beschrieben. Hierbei werden auf den Streifenleitern Scheiben in einer für den Abgleich optimalen Lage aufgelötet oder geklebt. Ein kaum zu vermeidender Luftspalt zwischen den Scheiben und dem Substrat, auf dem die Streifenleitung angeordnet ist, führt aber zu Dämpfungsverlusten und Instabilitäten.

[0005] Aus "Conference Proceedings, 8. Europ. Microwave conference, Paris, 4-8. Sept. 1978, S. 139, Abb. 4, J. A. Voughan, F. G. Sawyer and M. J. Williams: Bipolar and F.E.T. power amplifier for a 2,6 Ghz community television transponder" geht eine abstimmbare Streifenleitung hervor, die aus mehreren parallel nebeneinander liegenden Leitungsstücken besteht. Durch Zusammenschalten einiger Leitungsstücke mittels Löten oder Bonden läßt sich eine gestufte Abstimmung vornehmen. Eine genaue stufenlose Abstimmung ist nach diesem Verfahren nicht möglich. Außerdem ist der Aufwand für die Abstimmung zu groß und eine wechselweise Optimierung einzelner Abstimmpositionen nur schwer durchführbar.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die anfangs beschriebene Streifenleiterschaltung so zu gestalten, daß sie auf sehr einfache Weise, jederzeit reproduzierbar, exakt abgestimmt werden kann.

[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu den Leitungsstücken gehörende Masseleitung Aussparungen enthält, in die horizontal und/oder vertikal verstellbare Abstimmelemente aus Metall oder einem dielektrischen Material hineinreichen.

[0008] Zweckmäßige Ausführungen der erfindungsgemäßen abstimmbaren Streifenleiterschaltung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0009] Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird nun die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel für eine Streifenleitung mit den verschiedensten Abstimmöglichkeiten,

Fig. 2a die Draufsicht auf eine als Verstärkerstufe ausgebildete abstimmbare Streifenleiterschaltung,

Fig. 2b eine Seitenansicht der in der Fig. 2a gezeigten Streifenleiterschaltung (Schnitt A-A),

Fig. 3 eine Abstimmschraube,

Fig. 4a die Seitenansicht und

Fig. 4b die Vorderansicht eines Abstimmschiebers.

[0010] In der Fig. 1 ist eine Streifenleiterschaltung dargestellt, die mit einem abstimmbaren Wellenwiderstandssprung 1, einem leerlaufenden 2 und einem kurzgeschlossenen 3 parallelen Leitungsstück und einer Koppelleitung 4 versehen ist. Den Wellenwiderstandssprung 1 bildet ein symmetrischer Querschnittssprung - er kann auch,unsymmetrisch sein - der Streifenleitung. Der Wellenwiderstand dieses Sprungs läßt sich dadurch variieren, daß in die Masseleitung auf der gegenüberliegenden Seite des die Streifenleitung tragenden Substrats bei den seitlichen Enden des Querschnittssprungs Aussparungen 5 und 6 (strichliert gezeichnet) eingelassen sind, in die vertikal verstellbare Abstimmelemente eintauchen. Detaillierte Ausführungen der Abstimmelemente werden weiter unten aufgezeigt. Das parallel liegende leerlaufende Leitungsstück 2 besitzt zu seiner Längenvariation bei seinem Ende eine Masseleitungsaussparung 7, innerhalb derer sich ein horizontal verstellbares Abstimmelement verschieben läßt. Ebenfalls zur Längenänderung hat das kurzgeschlossene parallel liegende Leitungsstück 3 beim Anfang, wo es von der durchgehenden Streifenleitung abzweigt, eine Masseleitungsaussparung 8, für die ein vertikal verstellbares Abstimmelement vorgesehen ist. Mit zwei ähnlichen Aussparungen 9, 10 und vertikal verstellbaren Abstimmelementen ist die Masseleitung im Koppelbereich zwischen der durchgehenden Streifenleitung und der Koppelleitung 4 versehen. Hiermit läßt sich der Kopplungsgrad verändern. Es ist darauf zu achten, daß die Leitungsstücke möglichst niederohmig sind, damit die ohm'schen Verluste der Streifenleiterschaltung nicht zu groß werden. Mit einer darartigen abstimmbaren Streifenleiterschaltung sind übertragungstechnische Forderungen, wie z. B. an das Amplituden- und Phasenverhalten in einem bestimmten Frequenzbereich, an die Welligkeit, den Reflexionsfaktor, die Transformationsverhältnisse usw. leicht zu erfüllen.

[0011] An einem konkreten Beispiel einer in Fig. 2a und 2b dargestellten Verstärkerstufe, soll im folgenden die Abstimmeinrichtung der Streifenleiterschaltung näher erläutert werden.

[0012] Die Fig. 2a zeigt die Draufsicht der in ein Gehäuse 11 eingesetzten Streifenleiterschaltung mit z. B. einem GaAs-Feldeffekttransistor 12 als Verstärkerbaustein. Eingangs-und ausgangsseitig sind zur Anpassung an den Transistor abstimmbare Streifenleiterschaltungen angeordnet. Sie enthalten parallel geschaltete leerlaufende Leitungsstücke 13, 14 und einen symmetrischen Querschnittssprung 15 am Eingang des Transistors, die in ihrer wirksamen elektrischen Länge bzw. ihrem Wellenwiderstand variabel sind. Um Diskontinuitäten beim übergang von der hochohmigen Streifenleitung auf die niederohmigen parallel geschalteten Leitungsstücke 13 und 14 zu vermindern, findet der übergang über konstante Wellenwiderstandssprünge 16 und 17 statt.

[0013] Im Bereich ihrer Enden besitzen die abstimmbaren Leitungsstücke 13, 14 und 15 Masseleitungsaussparungen 18, 19, 20 und 21.

[0014] Die Fig. 2b zeigt die in diese Masseleitungsaussparungen eingesetzten Abstimmelemente. Die Aussparung 18 ist rechteckförmig und erstreckt sich bis zum Rand des auf seiner Oberseite die Streifenleitung 23 und auf seiner Unterseite die Masseleitung 24 tragenden Substrats 22. In dieser Aussparung 18 ist ein Schieber 25 längs beweglich angeordnet; und zwar gleitet der Schieber zwischen dem Gehäuseboden, mit dem die Masseleitung kontaktiert ist und der von der Masseleitung befreiten Unterseite des Substrats 22.

[0015] In die runden Aussparungen 19, 20 und 21 ragen in ihrer Höhe verstellbare, durch den Gehäuseboden geführte Schrauben 26, 27 und 28.

[0016] Die Abstimmelemente, Schrauben und Schieber, bestehen entweder aus Metall oder einem Dielektrikum, dessen Dielektrizitätskonstante größer ist als die des Substrats.

[0017] Um die Induktivitäten, die die Abstimmelemente mit der Masseleitung bilden, zu verringern, sind die Schrauben 26, 27 und 28, wie Fig. 3 zeigt, über einen metallischen Ring 29 und der Schieber 25, wie aus der Fig. 4b hervorgeht, über einen Schleifkontakt 30 mit der Masseleitung 24 direkt kontaktiert. Federn 31 zwischen der Unterseite des Schiebers 25 und dem Boden des Gehäuses 11 drücken den Schieber gegen das Substrat (vgl. Fig. 4a bzw. 4b).

[0018] Zur Unterdrückung von Resonanzen in den Ausnehmungen des Gehäuses, in denen die Abstimmelemente angeordnet sind, können zusätzlich noch Dämpfungsmaterialien 32, 33 um die Schrauben (Fig. 3) und den Schieber (Fig. 4a) angeordnet werden. Die Dämpfungsmaterialien sorgen auch für die HF-Dichtigkeit des Gehäuses.

Ansprüche

1. Abstimmbare Streifenleiterschaltung, die mehrere in Reihe liegende und parallel geschaltete, leerlaufende und/ oder kurzgeschlossene Leitungsstücke aufweist, welche in ihrer wirksamen Länge bzw. ihrem Wellenwiderstand variiert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den Leitungsstücken (1, 2, 3, 4, 13, 14, 15) gehörende Masseleitung (24) Aussparungen (5, 6, 7, 8, 9, 10, 18, 19, 20, 21) enthält, in die horizontal und/oder vertikal verstellbare Abstimmelemente (25, 26, 27, 28) aus Metall oder einem dielektrischen Material hineinreichen.

2. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente Schrauben (26, 27, 28) sind, die durch das Gehäuse (11) in dem die Streifenleiterschaltung angeordnet ist, senkrecht in die Aussparungen (19, 20, 21) in der mit dem Gehäuse kontaktierten Masseleitung (24) einschraubbar sind.

3. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente Schieber (25) sind, die in einer entsprechend großen Aussparung (18) in der.Masseleitung (24) horizontal verschiebbar sind, wobei die Schieber zwischen einer Wand des Gehäuses (11), mit dem die Masseleitung der Streifenleiterschaltung kontaktiert ist, und dem die Streifenleiterschaltung tragenden Substrat (22) gelagert sind.

4. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmelemente (25, 26, 27, 28) mit der Masseleitung (24) direkt kontaktiert sind.

5. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material der Abstimmelemente eine größere Dielektrizitätskonstante besitzt als das Substrat der Streifenleiterschaltung.

6. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ende jedes leerlaufenden Leitungsstücks (2, 13, 14) und beim Anfang im Bereich der Abzweigung jedes kurzgeschlossenen Leitungsstücks (3) eine Aussparung in der Masseleitung vorhanden ist.

7. Abstimmbare Streifenleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromagnetisch miteinander gekoppelten Leitungsstücken (4) der Kopplungsgrad durch eine oder mehrere in der Massefläche im Bereich der Koppelzone angeordnete Aussparungen (9, 10) mit Abstimmelementen variiert werden kann.

Zeichnung