DE4128334A1

DE4128334A1 - Planar type microwave circuit, esp. amplifier circuit - has low resistance micro-strip lines and high resistance coplanar lines, with coplanar line conductor track fed via ground line

Info

Publication number: DE4128334A1
Application number: DE19914128334
Authority: DE
Inventors: Klaus Junger
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1991-08-27
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1993-03-04

Abstract

The transition from a coplanar (KL1, KL2) to a microwave line (ML1, ML2) is achieved by feeding a conductor track (11, 12), belonging to the coplanar line which is not at ground potential, via an earth line (15) located on the opposite side of the substrate. The earth line and the conductor track form the micro-strip line (ML1, ML2). All the coplanar lines (11,12,13,14) are formed on one side of the substrate. The microwave circuit may be a microwave amplifier, the amplifying element (10) of which is connected at the input and output to a coplanar line. On the opposite side of the substrate to the amplifier element, a feed back branch connects the coplanar line (KL1) at the input to the coplanar line (KL2) at the output. USE/ADVANTAGE - For FET or HEMT amplifier or filter circuits. Simple and low-attenuation coupling between lines and with other circuit elements.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrowellenschaltung, die ein Zusammenschalten von auf einem Substrat aufgebrachten hochohmigen und niederohmigen planaren Leitungen erfordert.The present invention relates to a microwave circuit, which interconnect applied to a substrate high-resistance and low-resistance planar lines required.

Beispielsweise in Mikrowellenverstärkerschaltungen mit FET (Field effect Transistor) oder HEMT (High Electron Mobility Transistor) als Verstärkerelemente erfordern die hochohmigen Ein- und Ausgänge dieser Verstärkerelemente aus Gründen der Anpassung eine Beschaltung mit hochohmigen Leitungen. Andere Leitungen der Verstärkerschaltung sind dagegen niederohmig auszuführen. Ein Zusammenschalten von hoch- und niederohmigen Leitungen kommt auch bei Filterschaltungen in Betracht, die hochohmige Längsleitungen und niederohmige Querleitungen aufweisen.For example in microwave amplifier circuits with FET (Field effect transistor) or HEMT (High Electron Mobility Transistor) as amplifier elements require the high-impedance Inputs and outputs of these amplifier elements for the sake of Adaptation of a circuit with high-resistance lines. Other Lines of the amplifier circuit, however, are low-resistance to execute. An interconnection of high and low impedance Lines are also suitable for filter circuits that high-resistance longitudinal cables and low-resistance cross cables exhibit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellenschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die hoch- und niederohmigen Leitungen durch Leitungstypen realisiert sind, die eine wenig aufwendige und dämpfungsarme Kopplung untereinander und mit anderen Schaltungselementen ermöglichen.The invention has for its object a Specify microwave circuit of the type mentioned, at the high and low impedance lines by line types are realized, the less complex and low-loss Coupling with each other and with other circuit elements enable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen und eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved. Practical designs and a advantageous application of the invention go from the Sub-claims emerge.

Hochohmige koplanare Leitungen und niederohmige Mikrostreifenleitungen lassen sich ohne komplizierte Übergänge miteinander koppeln. Koplanare Leitungen gestatten es, auf sehr platzsparende Weise Rückkopplungen z. B. zwischen Aus- und Eingängen von Verstärkerelementen zu realisieren, die mit diesen Leitungen beschaltet sind.High-resistance coplanar lines and low-resistance Microstrip lines can be created without complicated transitions couple with each other. Coplanar lines allow it to very space-saving way feedback z. B. between training and Realize inputs of amplifier elements with these lines are wired.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigenUsing several shown in the drawing The invention will be described in more detail below explained. Show it

Fig. 1 eine Mikrostreifenleitung, Fig. 1 is a microstrip line,

Fig. 2 eine unilaterale Koplanarleitung, Fig. 2 is a unilateral coplanar line,

Fig. 3 eine bilaterale Koplanarleitung, Fig. 3 is a bilateral coplanar line,

Fig. 4 ein mit einer unilateralen Koplanarleitung beschaltetes Verstärkerelement, Fig. 4 is a circuitized with a unilateral coplanar amplifier element,

Fig. 5 ein mit einer bilateralen Koplanarleitung beschaltetes Verstärkerelement, Fig. 5 is a circuitized with a coplanar line bilateral amplifier element,

Fig. 6 und 7 zwei Ausführungen für eine Rückkopplung einer mit Koplanarleitungen beschaltetes Verstärkerelements. FIGS. 6 and 7 show two embodiments for a feedback of a circuitized with coplanar amplifier element.

Wie einleitend gesagt, sind in manchen Mikrowellenschaltungen sowohl niederohmige Leitungen als auch hochohmige Leitungen zu verwenden. Ein niederohmiger planarer Leitungstyp ist die Mikrostreifenleitung, die, wie Fig. 1 zeigt, aus einer auf einem Substrat 1 verlaufenden streifenförmige Leiterbahn 2 und einer auf der gegenüberliegenden Substratseite aufgebrachten großflächigen Masseleitung 3 besteht. Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils einen hochohmigen Leitungstyp, nämlich eine Koplanarleitung. Eine solche Koplanarleitung besteht in der Regel aus einer zwischen zwei voneinander beabstandeten Masseleitungen verlaufende streifenförmige Leiterbahn. Bei der in Fig. 2 dargestellten Koplanarleitung sind sowohl die streifenförmige Leiterbahn 4 als auch die zu beiden Seiten angeordneten Masseleitungen 5 und 6 auf einer Seite des Substrats 1 aufgebracht. Diese Leitung wird im folgenden als unilateriale Koplanarleitung bezeichnet. Dagegen befinden sich bei der in Fig. 3 gezeigten Koplanarleitung die streifenförmige Leiterbahn 7 und die beiden Masseleitungen 8 und 9 auf unterschiedlichen Substratseiten. Deshalb soll diese Leitung als bilaterale Koplanarleitung bezeichnet werden.As stated in the introduction, both low-resistance lines and high-resistance lines are to be used in some microwave circuits. A low-resistance planar line type is the microstrip line, which, as shown in FIG. 1, consists of a strip-shaped conductor track 2 running on a substrate 1 and a large-area ground line 3 applied on the opposite side of the substrate. Figs. 2 and 3 each show a high-impedance line type, namely, a coplanar line. Such a coplanar line generally consists of a strip-shaped conductor track running between two ground lines spaced apart from one another. In the coplanar line shown in FIG. 2, both the strip-shaped conductor track 4 and the ground lines 5 and 6 arranged on both sides are applied to one side of the substrate 1 . This line is referred to below as the uni-material coplanar line. In contrast, in the coplanar line shown in FIG. 3, the strip-shaped conductor track 7 and the two ground lines 8 and 9 are located on different sides of the substrate. Therefore, this line should be referred to as a bilateral coplanar line.

Die Fig. 4 und 5 verdeutlichen am Beispiel einer Mikrowellenverstärkerschaltung die Zusammenschaltung hochohmiger Koplanarleitungen und niederohmige Mikrostreifenleitungen. Dabei ist nur ein Ausschnitt der Schaltung um das Verstärkerelement 10 herum dargestellt. Das Verstärkerelement 10 sei beispielsweise ein FET oder HEMT, dessen Gate und Drain jeweils an eine hochohmige Koplanarleitung KL1, KL2, angeschlossen sind und dessen Source auf Massepotential gelegt ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 sind die beiden Koplanarleitungen KL1 und KL2 unilaterale Koplanarleitungen mit jeweils einer Leiterbahn 11, 12 und den zu beiden Seiten dieser Leiterbahnen auf derselben Substratseite angeordneten Masseleitungen 13 und 14. Auf der gegenüberliegenden Substratseite beginnt außerhalb der Bereiche der Koplanarleitungen KL1 und KL2 eine Masseleitung 15 (strichpunktiert gezeichnet), die zusammen mit den fortgeführten Leiterbahnen 11 und 12 Mikrostreifenleitungen ML1 und ML2 bildet. Damit sind sehr reflexionsarme, technologisch leicht zu realisierender Übergänge von den Koplanarleitungen KL1 und KL2 auf die Mikrostreifenleitungen ML1 und ML2 verwirklicht. FIGS. 4 and 5 illustrate the example of a microwave amplifier circuit, the high-impedance interconnection coplanar lines and low-impedance microstrip lines. Only a section of the circuit around the amplifier element 10 is shown. The amplifier element 10 is, for example, a FET or HEMT, the gate and drain of which are each connected to a high-resistance coplanar line KL1, KL2, and the source of which is connected to ground potential. According to the exemplary embodiment in FIG. 4, the two coplanar lines KL1 and KL2 are unilateral coplanar lines, each with a conductor track 11 , 12 and the ground lines 13 and 14 arranged on both sides of these conductor tracks on the same substrate side. On the opposite side of the substrate, outside of the areas of the coplanar lines KL1 and KL2, a ground line 15 (shown in dash-dot lines) begins, which, together with the continued conductor tracks 11 and 12, forms microstrip lines ML1 and ML2. This results in very low-reflection, technologically easy to implement transitions from the coplanar lines KL1 and KL2 to the microstrip lines ML1 and ML2.

Statt wie in Fig. 4 dargestellt, die Leiterbahnen 11 und 12 auf derselben Substratseite fortzuführen und die Masseleitung 15 der Mikrostreifenleitungen ML1, ML2 auf der den Masseleitungen 13, 14 der Koplanarleitungen KL1, KL2 gegenüberliegenden Substratseite aufzubringen, kann auch die Masseleitung 15 auf derselben Substratseite wie die Masseleitungen 13 und 14 angeordnet sein. Dann muß aber beim Übergang von den Koplanarleitungen KL1, KL2 auf die Mikrostreifenleitungen ML1, ML2 ein Wechsel der Leiterbahnen 11, 12 von einer Substratseite auf die gegenüberliegende stattfinden. Durchkontaktierungen stellen die Verbindung zwischen den Leiterbahnen auf den verschiedenen Substratseiten her.Instead of continuing the conductor tracks 11 and 12 on the same substrate side as shown in FIG. 4 and applying the ground line 15 of the microstrip lines ML1, ML2 on the substrate side opposite the ground lines 13 , 14 of the coplanar lines KL1, KL2, the ground line 15 can also be on the same substrate side how the ground lines 13 and 14 may be arranged. Then, however, during the transition from the coplanar lines KL1, KL2 to the microstrip lines ML1, ML2, the conductor tracks 11 , 12 must be changed from one side of the substrate to the other. Vias establish the connection between the conductor tracks on the different sides of the substrate.

In Fig. 5 sind die Koplanarleitungen KL1 und KL2 als bilaterale Leitungen ausgeführt. Dabei sind die Masseleitungen auf der den Leiterbahnen 16 und 17 gegenüberliegenden Substratseite aufgebracht. Und zwar ist diese Substratseite mit einer einheitlichen großflächigen Masseleitung 18 (strichpunktiert gezeichnet, beschichtet, die nicht nur die Masseleitungen für die Koplanarleitungen KL1 und KL2 bildet, sondern auch als Masseleitung für die sich an die Koplanarleitungen KL1 und KL2 anschließenden Mikrostreifenleitungen ML1 und ML2 dient. Die zwei im Bereich der Koplanarleitungen KL1, KL2 zu beiden Seiten der Leiterbahnen 16 und 17 erforderlichen Masseleitungen entstehen dadurch, daß in dem Koplanarleitungs-Bereich eine Aussparung 19 in der großflächigen Masseleitung 18 vorgesehen wird.In Fig. 5, the coplanar lines KL1 and KL2 are designed as bilateral lines. The ground lines are applied to the substrate side opposite the conductor tracks 16 and 17 . Specifically, this substrate side is coated with a uniform, large-area ground line 18 (shown in dash-dot lines, which not only forms the ground lines for the coplanar lines KL1 and KL2, but also serves as a ground line for the microstrip lines ML1 and ML2 adjoining the coplanar lines KL1 and KL2. The two ground lines required in the area of the coplanar lines KL1, KL2 on both sides of the conductor tracks 16 and 17 result from the fact that a recess 19 is provided in the large-area ground line 18 in the coplanar line area.

Wie Fig. 5 zeigt, erfolgt die Massekontaktierung des Verstärkerelements 10 über metallisierte Flächen 20 und 21, die auf derselben Substratseite wie das Verstärkerelement 10 angeordnet und über metallisierte Bohrungen 22, 23 mit der Masseleitung 18 auf der anderen Substratseite verbunden sind.As shown in FIG. 5, the amplifier element 10 is grounded via metallized areas 20 and 21 which are arranged on the same substrate side as the amplifier element 10 and are connected to the ground line 18 on the other substrate side via metallized bores 22 , 23 .

Dadurch, daß bei den am Ein- und Ausgang des Verstärkerelements 10 angeschlossenen Koplanarleitungen KL1, KL2 auf der dem Verstärkerelement gegenüberliegenden Substratseite keine Leiterbahnen oder Masseleitungen vorhanden sind, läßt sich diese freie Fläche ausnutzen für die Anordnung eines Rückkopplungszweiges. Denn in der Regel sind Verstärker zur Stabilisierung oder Kompensation von Störungen vom Ausgang auf den Eingang rückgekoppelt.Because there are no conductor tracks or ground lines in the coplanar lines KL1, KL2 connected to the input and output of the amplifier element 10 on the substrate side opposite the amplifier element, this free area can be used for the arrangement of a feedback branch. Because amplifiers are usually fed back from the output to the input to stabilize or compensate for interference.

Wie den Fig. 6 und 7 zu entnehmen ist, kann die Kopplung der Koplanarleitungen KL1 und KL2 mit einem Rückkopplungszweig, der Wirk- und/oder Blindwiderstände 24 enthält, auf verschiedene Arten erfolgen. Entweder werden die zu den Koplanarleitungen KL1 und KL2 gehörenden Leiterbahnen auf einer Substratseite mit für den Anschluß an den Rückkopplungszweig vorgesehenen Kontaktflächen 25, 26 auf der gegenüberliegenden Substratseite galvanisch über metallisierte Bohrungen 27, 28 verbunden (s. Fig. 6), oder es wird eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Leiterbahn einer Koplanarleitung und einer mit dem Rückkopplungszweig kontaktierten Leiterbahn 29 realisiert (s. Fig. 7). Gemäß Fig. 7 ist der Rückkopplungszweig nur mit einer Koplanarleitung KL2 elektromagnetisch gekoppelt. Es können aber auch beide Verbindungen des Rückkopplungszweiges mit den Koplanarleitungen KL1 und KL2 durch elektromagnetische Kopplungen der beschriebenen Art hergestellt werden.As can be seen from FIGS . 6 and 7, the coupling of the coplanar lines KL1 and KL2 to a feedback branch, which contains active and / or reactance resistors 24 , can take place in different ways. Either the conductor tracks belonging to the coplanar lines KL1 and KL2 are galvanically connected on one substrate side to contact surfaces 25 , 26 provided for connection to the feedback branch on the opposite substrate side via metallized bores 27 , 28 (see FIG. 6), or a Electromagnetic coupling between the conductor track of a coplanar line and a conductor track 29 contacted with the feedback branch is realized (see FIG. 7). Referring to FIG. 7 of the feedback path is electromagnetically coupled only to a coplanar KL2. However, both connections of the feedback branch to the coplanar lines KL1 and KL2 can also be produced by electromagnetic couplings of the type described.

Claims

1. Microwave circuit, which requires interconnection of high-resistance and low-resistance planar lines applied to a substrate, characterized in that the low-resistance lines are listed as microstrip lines (ML1, ML2) and the high-resistance lines as coplanar lines (KL1, KL2) and that the transition from a coplanar line (KL1, KL2) to a microwave line (ML1, ML2) in that a coplanar line (KL1, KL2) belonging to the non-ground potential conductor track ( 11 , 12 , 16 , 17 ) over one on the opposite one Ground line ( 15 , 18 ) on the substrate side, which forms the microstrip line (ML1, ML2) with this conductor track ( 11 , 12 , 16 , 17 ).

2. Microwave circuit according to claim 1, characterized in that all a coplanar line (KL1, KL2) forming lines ( 11 , 12 , 13 , 14 ) are located on one side of the substrate.

3. Microwave circuit according to claim 1, characterized in that the lines belonging to a coplanar line (KL1, KL2) ( 16 , 17 , 18 ) are arranged on different sides of the substrate.

4. Microwave circuit according to one of the preceding claims, characterized in that it is a microwave amplifier whose amplifier element ( 10 ) is connected at the input and at the output with a coplanar line (KL1, KL2).

5. Microwave circuit according to claim 4, characterized in that on the substrate element opposite the amplifier element ( 10 ) is arranged a coplanar line (KL1) at the input with the coplanar line (KL2) at the output connecting feedback branch ( 24 ).