DE102006053389B4 - Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide - Google Patents

Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide Download PDF

Info

Publication number
DE102006053389B4
DE102006053389B4 DE200610053389 DE102006053389A DE102006053389B4 DE 102006053389 B4 DE102006053389 B4 DE 102006053389B4 DE 200610053389 DE200610053389 DE 200610053389 DE 102006053389 A DE102006053389 A DE 102006053389A DE 102006053389 B4 DE102006053389 B4 DE 102006053389B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waveguide
electrically conductive
conductor
substrate
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200610053389
Other languages
German (de)
Other versions
DE102006053389A1 (en
Inventor
Eddy B. Kaldjob
Mohamed Gamal El Din
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Priority to DE200610053389 priority Critical patent/DE102006053389B4/en
Priority to PCT/EP2007/009685 priority patent/WO2008055681A1/en
Publication of DE102006053389A1 publication Critical patent/DE102006053389A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102006053389B4 publication Critical patent/DE102006053389B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions

Abstract

Wellenleiteranordnung (1) zur Übertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Hohlleiter (2) und einem im Hohlleiter (2) angeordneten planaren Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass ein strukturiertes Substrat (3) mit elektrisch leitenden Strukturen, das als dielektrische Platte mit auf einer Seite der Oberfläche der Platte aufgebrachten metallischen Leiterbahnen vollständig im Innenraum des Hohlleiters (2) im Abstand zu einem Ende des Hohlleiters (2) parallel zu dem Hohlleiterquerschnitt zur Ankoppelung an den Hohlleiter (2) über ein Magnetfeld angeordnet ist, und der planare Leiter elektrisch leitend mit den elektrisch leitenden Strukturen und den Leiterbahnen des Substrats (3) verbunden ist.Waveguide arrangement (1) for the transmission of electromagnetic waves with a waveguide (2) and a planar conductor arranged in the waveguide (2), characterized in that a structured substrate (3) with electrically conductive structures, which acts as a dielectric plate with on one side of the surface the plate applied metallic conductor tracks is arranged completely in the interior of the waveguide (2) at a distance from one end of the waveguide (2) parallel to the waveguide cross section for coupling to the waveguide (2) via a magnetic field, and the planar conductor is electrically conductive with the conductive structures and the conductor tracks of the substrate (3) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenleiteranordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Hohlleiter und einem im Hohlleiter angeordneten planaren Leiter.The invention relates to a waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide.

Zur Überführung von in einem Hohlleiter übertragenen elektromagnetischen Wellen in planare Wellen und umgekehrt ist bekannt, einen Übergang vom Hohlleiter zu einer koaxialen Leitung mit sich daran anschließendem Baluns zu verwenden der die radial symmetrische Feldverteilung der Koaxialleitung in eine planar symmetrische Feldverteilung einer planaren Leitung umwandelt. Ein Balun (BALanced-UNbalanced) ist ein Impedanz- und Isolationswandler, der entweder im Nebenschluss oder im Reihenschluss als Ausgleich zwischen zwei Leitungen oder leitende Bauteile geschaltet wird, die eine unterschiedliche Impedanz und eine unterschiedliche Symmetrie haben. Im einfachsten Fall besteht ein Balun aus einigen Windungen eines Koaxialkabels oder aus aufgeschobenen Ferrit-Ringkernen. Der Einsatz eines Baluns erfordert eine sorgfältige Anpassung und eine mit hohen Kosten verbunden Aufwand. Wenn diese Signalquelle oder Signalsenke innerhalb des Hohlleiters liegen soll, ist die Nutzung eines Baluns unpraktikabel.For the transfer of electromagnetic waves transmitted in a waveguide into planar waves and vice versa, it is known to use a transition from the waveguide to a coaxial line with subsequent balun which converts the radially symmetric field distribution of the coaxial line into a planar symmetric field distribution of a planar line. A Balun (BALanced-UNbalanced) is an impedance and isolation converter that is shunted or shunted in series to balance two lines or conductive components that have different impedance and symmetry. In the simplest case, a balun consists of a few turns of a coaxial cable or of defeated ferrite ring cores. The use of a balun requires careful adaptation and a high cost of effort. If this signal source or signal sink is to lie within the waveguide, the use of a balun is impractical.

Es ist auch bekannt, in einen Hohlleiter eine antipodale Flossenleitung längs der Hohlleiterachse zu bringen. Die Platzierung der antipodalen Flossenleitung in Hohlleiter erfordert einen hohen apparativen und räumlichen Aufwand, da die antipodale Flossenleitung in der Mitte des Querschnitts anzubringen ist und die Länge der Flossenleitung mit dem Hohlleiterradius steigt.It is also known to bring into a waveguide an antipodal fin line along the waveguide axis. The placement of the antipodal fin line in waveguides requires a lot of equipment and space, since the antipodal fin line is to be mounted in the middle of the cross section and the length of the fin line increases with the waveguide radius.

Das Einkoppeln von elektromagnetischen Wellen über einen Hohlleiter zu einer planaren Leitung wird bspw. benötigt, um einen im inneren Hohlraum eines metallischen Bauteils eingebauten Radiofrequenz-Identifikationstransponder (RFID-Chip) anzusprechen und in einer solchen Kommunikationselektronik gespeicherte Informationen über das Bauteil auszulesen oder dort abzuspeichern. Solche Informationen können beispielsweise die mechanische Beanspruchung des Bauteils während der Lebensdauer sein.The coupling of electromagnetic waves via a waveguide to a planar line is required, for example, in order to address a radio-frequency identification transponder (RFID chip) installed in the inner cavity of a metallic component and to read or store information stored in such communication electronics about the component. Such information may be, for example, the mechanical stress of the component during its lifetime.

Bislang werden die RFID-Chips außerhalb oder auf der Oberfläche des Bauteils angebracht. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Kommunikationselektronik im Innenraum der zugeordneten Komponenten eingebaut ist. Das Problem hierbei ist jedoch, dass metallische Oberflächen der Bauteile elektromagnetische Welle reflektieren, so dass die Integration der Kommunikationselektronik im Inneren des Bauteils problematisch ist.So far, the RFID chips are mounted outside or on the surface of the component. Due to the harsh environmental conditions, however, it is advantageous if the communication electronics are installed in the interior of the associated components. The problem here, however, is that metallic surfaces of the components reflect electromagnetic wave, so that the integration of the communication electronics inside the component is problematic.

M. Khallouk, B. Svensson, P. Ligander: „CPW-to-waveguide transitions using a three step Chebyshev transformer”, in: Electronics Letters, 25th November 2004, Vol. 40, No. 24 offenbart die Ankopplung einer koplanaren Leitung an den Wellenleiter mit Hilfe eines dreistufigen Chebyshev Transformators.M. Khallouk, B. Svensson, P. League Santander: "CPW-to-waveguide transitions using a three step Chebyshev transformer", in: Electronics Letters, 25 th November 2004, Vol 40, No.. 24 discloses the coupling of a coplanar line to the waveguide by means of a three-stage Chebyshev transformer.

G. C. Dallmann: „New waveguide-to-coplanar waveguide transition for centimeter and milimeter wave applications”, in: Electronic Letters, 21st June 1990, Vol. 26, No. 13, S. 830–831 offenbart die Ankopplung einer koplanaren Leitung an einen Wellenleiter durch Ausgestaltung der oberen Wand des Wellenleiters als integraler Teil der ausgehenden Übertragungsleitung. Hierzu wird eine Flosse in den Wellenleiter eingebaut, die sich in eine Öffnung in der oberen Wand des Wellenleiters erstreckt.GC Dallmann: "New wave guide-to-coplanar waveguide transition for centimeter and millimeter wave applications", in:. 21 Electronic Letters, st June 1990, Vol 26, No. 13, p. 830-831 discloses the coupling of a coplanar line to a waveguide by configuring the top wall of the waveguide as an integral part of the outgoing transmission line. For this purpose, a fin is incorporated into the waveguide, which extends into an opening in the upper wall of the waveguide.

W. Simon, S. Holzwarth, A. Wien, I. Wolff: „Rectangular wave guide to planar structural transitions for antenna applications”, in: AP2000 Millennium Conf. on Antennas and Propagation, Davos, Switzerland, April 2000 beschreibt die Anordnung eines Substrats an die Oberseite einer Wellenleitung, um einer Ankopplung des Wellenleiters an eine koplanare Leitung zu ermöglichen.W. Simon, S. Holzwarth, A. Wien, I. Wolff: "Rectangular wave guide to planar structural transitions for antenna applications", in: AP2000 Millennium Conf. on Antennas and Propagation, Davos, Switzerland, April 2000 describes placing a substrate on top of a waveguide to allow coupling of the waveguide to a coplanar line.

W. Simon, M. Werthen, I. Wolff: „A novel coplanar transmission line to rectangular wave guide transition in: IEEE MTT-S Intern. Symp. Digest., 1998, S. 257–260 beschreibt die Ankopplung einer koplanaren Leitung an eine Wellenleitung mit Hilfe eines Substrates, durch das das elektromagnetische Feld zwischen einer Streifenleitung und einer Rückseitenmetallisierung konzentriert wird. Via-Löcher verbinden den Wellenleiter mit dem Substrat und verhindern eine laterale Abstrahlung.W. Simon, M. Werthen, I. Wolff: "A novel coplanar transmission line to rectangular wave guide transition in: IEEE MTT-S Intern. Symp. Digest., 1998, pp. 257-260 describes the coupling of a coplanar line to a waveguide by means of a substrate by which the electromagnetic field is concentrated between a stripline and a backside metallization. Via holes connect the waveguide to the substrate and prevent lateral radiation.

N. Kaneda, Y. Qian, T. Itoh: „A broadband CPW-to-waveguide transition using quasi Yagi antenna”, in: IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 2000, S. 617–620 offenbart die Ankopplung einer koplanaren Leitung an einen Wellenleiter mit Hilfe eines Substrates und eines Metallblocks wobei die Masseebenen der koplanaren Leitung in Kontakt mit dem Metallblock stehen.N. Kaneda, Y. Qian, T. Itoh: "A broadband CPW-to-waveguide transition using quasi Yagi antenna", in: IEEE MTT-S Int. Microwave Symp., 2000, pp. 617-620 discloses the coupling of a coplanar line to a waveguide by means of a substrate and a metal block, the ground planes of the coplanar line being in contact with the metal block.

V. S. Möttönen: ”Receiver front end circuits and components for millimetre and submillimetre wave lengths”, Dissertation, Helsinki University of Technology, Department Electrical and Communications Engineering Radio Laboratory, 2005 offenbart eine Zusammstellung von möglichen Ankopplungen eines Wellenleiters an einen planaren Leiter. Der planare Mikrostreifenleiter wird hierbei durch Masseebenen oder aus dem Wellenleiter herausgeführten Hohlleitern oder Flossenleitern herausgeführt. VS Mottonen: "Receiver front end circuits and components for millimeter and submillimetre wave lengths", dissertation, Helsinki University of Technology, Department Electrical and Communications Engineering Radio Laboratory, 2005 discloses a collection of possible couplings of a waveguide to a planar conductor. The planar microstrip conductor is led out here by ground planes or waveguides or fin conductors brought out of the waveguide.

EP 0 905 814 A2 offenbart einen Hohlleiter, der elektrisch leitend mit einem planaren Leiter verbunden ist, der auf einem Substrat angeordnet und über einen Schlitz im Hohlleiter aus dem Hohlleiter hinausgeführt wird. EP 0 905 814 A2 discloses a waveguide which is electrically connected to a planar conductor which is disposed on a substrate and led out of the waveguide via a slot in the waveguide.

Bei all den beschriebenen Wellenleiteranordnungen ist eine Ankopplung des Hohlleiters an einen planaren Leiter innerhalb des Hohlleiters nicht möglich.In all the waveguide arrangements described coupling of the waveguide to a planar conductor within the waveguide is not possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wellenleiteranordnung zu schaffen, die bei geringem apparativem Aufwand und geringem Positionierungsaufwand sowie geringen Herstellungskosten eine Ankopplung eines Hohlleiters an einen im Innenraum des Hohlleiters angeordneten planaren Leiter ermöglicht, wobei der planare Leiter beispielsweise ein Teil der Kommunikationselektronik ist.The object of the present invention is therefore to provide a waveguide arrangement which enables coupling of a waveguide to a arranged in the interior of the waveguide planar conductor with low equipment cost and low positioning costs and low production costs, the planar conductor is for example a part of the communication electronics.

US 2003/0184385 A1 offenbart eine Wellenleiteranordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Hohlleiter und einem im Hohlleiter angeordneten planaren Leiter. Ein strukturiertes Substrat ist mit elektrisch leitenden Strukturen in dem Hohlleiter in einem Abstand zu einem Ende des Hohlleiters zur Ankopplung an den Hohlleiter über ein Magnetfeld angeordnet und der planare Leiter ist elektrisch leitend mit den elektrisch leitenden Strukturen des Substrats verbunden, ragt jedoch zur Signalankoppelung aus dem Hohlleiter heraus. US 2003/0184385 A1 discloses a waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide. A patterned substrate is disposed with electrically conductive structures in the waveguide at a distance from an end of the waveguide for coupling to the waveguide via a magnetic field, and the planar waveguide is electrically connected to the electrically conductive structures of the substrate but protrudes from the waveguide for signal coupling Waveguide out.

DE 10 2004 050 126 A1 zeigt eine Palette zum Transportieren von Waren. Die Palette hat ein Durchgangsloch zwischen Gabeleinlässen. Innerhalb des Durchgangslochs ist ein kontaktfreies RFID-Etikett auf eine das Durchgangsloch bildende Wand aufgebracht. DE 10 2004 050 126 A1 shows a pallet for transporting goods. The pallet has a through hole between fork inlets. Within the through-hole, a non-contact RFID tag is applied to a wall forming the through-hole.

US 6,285,342 B1 offenbart einen Radio-Frequenz-Transponder mit einer Antennenstruktur und einem damit verbundenen Transponderschaltkreis auf einem Substrat. Dieser RFID-Transponder kann in Knöpfe zur Verwendung in Kleidung, in Aufkleber etc. eingebaut sein. US 6,285,342 B1 discloses a radio-frequency transponder having an antenna structure and a transponder circuit connected thereto on a substrate. This RFID transponder can be incorporated into buttons for use in clothing, stickers, etc.

Die Aufgabe wird mit der Wellenleiteranordnung der eingangs genannten Art gelöst durch ein strukturiertes Substrat mit elektrisch leitenden Strukturen, das als dielektrische Platte mit auf einer Seite der Oberfläche der Platte aufgebrachten metallischen Leiterbahnen ausgebildet ist, vollständig im Innenraum des Hohlleiters im Abstand zu einem Ende des Hohlleiters parallel zu dem Hohlleiterquerschnitt zur Ankopplung an den Hohlleiter über ein Magnetfeld angeordnet ist und der planare Leiter elektrisch leitend mit den elektrisch leitenden Strukturen und den Leiterbahnen des Substrates verbunden ist.The object is achieved with the waveguide arrangement of the type mentioned by a structured substrate with electrically conductive structures, which is formed as a dielectric plate with applied on one side of the surface of the plate metallic interconnects, completely in the interior of the waveguide at a distance from one end of the waveguide is arranged parallel to the waveguide cross section for coupling to the waveguide via a magnetic field and the planar conductor is electrically conductively connected to the electrically conductive structures and the conductor tracks of the substrate.

Anstelle der an sich bekannten Verwendung eines Baluns und eines Übergangs von einem Hohlleiter zu einem Koaxialleiter oder anstelle einer Verwendung einer justierten antipolaren Flossenleitung ist bei der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung lediglich erforderlich, dass ein strukturiertes Substrat in einem Abstand vom Hohlleiterende parallel zu dem Hohlleiterquerschnitt im Innenraum des Hohlleiters eingebracht werden muss. Das strukturierte Substrat regt mit seinen elektrisch leitenden Strukturen ein Magnetfeld an, das vorzugsweise an einen Hohlleitermode angepasst ist. Die Auskopplung einer im Hohlleiter übertragenen Welle zum planaren Leiter erfolgt dann durch elektrischen Abgriff der in der elektrisch leitenden Struktur laufenden Welle.Instead of the known per se use of a balun and a transition from a waveguide to a coaxial or instead of using an adjusted antipolar fin line is only required in the waveguide assembly according to the invention that a structured substrate at a distance from the waveguide end parallel to the waveguide cross section in the interior of the waveguide must be introduced. The structured substrate, with its electrically conductive structures, stimulates a magnetic field, which is preferably adapted to a waveguide mode. The coupling of a wave transmitted in the waveguide to the planar conductor is then carried out by electrical tapping of the current in the electrically conductive structure shaft.

Das strukturierte Substrat ist eine dielektrische Platte mit auf einer Seite der Oberfläche der Platte aufgebrachten metallischen Leiterbahnen. Der planare Leiter ist dann mit den Leiterbahnen elektrisch kontaktiert. Das dielektrische Substrat ist somit einseitig mit einer Metallschicht ohne Rückmetallisierung bedeckt, wobei die Metallschicht die elektrisch leitenden Strukturen ausbilden.The patterned substrate is a dielectric plate having metallic traces deposited on one side of the surface of the plate. The planar conductor is then electrically contacted with the conductor tracks. The dielectric substrate is thus covered on one side with a metal layer without back metallization, the metal layer forming the electrically conductive structures.

Der planare Leiter ist vorzugsweise an eine Kommunikationselektronik angeschlossen, wie beispielsweise einem Radio-Frequenz-Identifikationstransponder-Chip, der neben einer die Antenne der Kommunikationselektronik bildenden planaren Leitung ein Hochfrequenzmodul, einen Mikrokontroller und Speicher enthält.The planar conductor is preferably connected to a communication electronics, such as a radio-frequency identification transponder chip, which contains a radio frequency module, a microcontroller and memory in addition to a planar line forming the antenna of the communication electronics.

Die Kommunikationselektronik hat vorzugsweise einen differentiellen Signaleingang, der mit zwei Anschlüssen der elektrisch leitenden Strukturen verbunden ist.The communication electronics preferably have a differential signal input, which is connected to two terminals of the electrically conductive structures.

Die elektrisch leitenden Strukturen können beispielsweise mindestens eine Stichleitung und eine an die Stichleitung angeschlossene Leiterschleife haben. Vorzugsweise sind die leitenden Strukturen aus zwei oder mehr Stichleitungen mit jeweils daran angeschlossenen Leiterschleifen ausgebildet. Die Stichleitungen sollten dann punktsymmetrisch zueinander ausgerichtet sein. The electrically conductive structures may, for example, have at least one stub line and a conductor loop connected to the stub line. Preferably, the conductive structures are formed of two or more stub lines, each connected thereto conductor loops. The stub lines should then be point-symmetrical to each other.

Die günstigsten Geometrie- und Substratparameter des Übergangs sowie der Abstand zwischen Substrat und Hohlleiterende hängen im Wesentlichen von der Querschnittsgeometrie des Hohlleiters, dem Betriebsfrequenzbereich sowie von der Art des Hohlleiterabschlusses ab. Je nach Abwendung müssen zur Erzielung der gewünschten Eingangsimpedanz diese Parameter anhand von Simulationen ermittelt werden.The most favorable geometry and substrate parameters of the transition and the distance between the substrate and the waveguide end depend essentially on the cross-sectional geometry of the waveguide, the operating frequency range and on the type of waveguide termination. Depending on the degree of avoidance, these parameters must be determined by means of simulations in order to achieve the desired input impedance.

Insbesondere die realen Impedanzen hängen von dem Abstand der von Stichleitungen der punktsymmetrisch ausgerichteten Strukturen und dem Abstand der Stichleitungen von jeweils daran angrenzenden Leiterschleifen ab.In particular, the real impedances depend on the spacing of the struc- tures of the point-symmetrically aligned structures and the spacing of the stubs from respectively adjoining conductor loops.

Die Leiterschleifen können beispielsweise rechteckförmig oder teilkreisförmig sein.The conductor loops can be, for example, rectangular or part-circular.

Die elektrisch leitenden Strukturen haben vorzugsweise zwei oder mehr metallische Arme, die punksymmetrisch zueinander ausgerichtet sind. Die Anzahl der Arme und der Winkel der Arme zueinander wird dann in Abhängigkeit von dem Hohlleitermode festgelegt, so dass die Arme ein an den Hohlleitermode angepasstes Magnetfeld anregen.The electrically conductive structures preferably have two or more metallic arms, which are aligned with point symmetry to one another. The number of arms and the angle of the arms to each other is then determined in dependence on the waveguide mode, so that the arms excite a magnetic field adapted to the waveguide mode.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a – perspektivische Ansicht eines Rundhohlleiters mit darin angeordnetem strukturiertem Substrat; 1a - Perspective view of a circular waveguide with arranged therein structured substrate;

1b – Seitenansicht des Rundhohlleiters mit darin angeordnetem strukturiertem Substrat; 1b - Side view of the circular waveguide with arranged therein structured substrate;

1c – Draufsicht auf eine Ausführungsform eines strukturierten Substrats mit zwei punksymmetrisch zueinander ausgerichteten elektrisch leitenden Strukturen mit teilkreisförmigen Leiterschleifen; 1c - Top view of an embodiment of a structured substrate having two punctiform symmetrical aligned electrically conductive structures with part-circular conductor loops;

2a – perspektivische Ansicht eines Rechteckhohlleiters mit darin angeordnetem strukturiertem Substrat; 2a - Perspective view of a rectangular waveguide with structured substrate arranged therein;

2b – Seitenansicht des Rechteckhohlleiters aus 2a mit daran angeordnetem Substrat; 2 B - Side view of the rectangular waveguide 2a with substrate disposed thereon;

2c – Draufsicht auf das strukturierte Substrat aus 2a mit zwei punktsymmetrisch zueinander ausgerichteten elektrisch leitenden Strukturen mit rechteckförmigen Leiterschleifen. 2c - Top view of the structured substrate 2a with two point-symmetrically aligned electrically conductive structures with rectangular conductor loops.

1a lässt eine erste Ausführungsform einer Wellenleiteranordnung 1 mit einem Rundhohlleiter 2 erkennen, in denen ein strukturiertes Substrat 3 angeordnet ist, um eine Kopplung zwischen einem nicht dargestellten planaren Leiter mit dem Rundhohlleiter 2 zu ermöglichen. Der Rundhohlleiter 2 hat ein erstes offenes Hohlleiterende 4a und ein gegenüberliegendes zweites Hohlleiterende 4b, das als kurzgeschlossener Hohlleiterboden ausgebildet ist. Im Abstand I zum kurzgeschlossenen Hohlleiterboden ist das strukturierte Substrat 3 angeordnet. Der Abstand I zwischen Substrat 3 und Hohlleiterende 4b hängt von der Art des Abschlusses ab. Im Fall des dargestellten kurzgeschlossenen Hohlleiterendes 4b beträgt der Abstand ca. eines ungeraden Vielfachen der Viertel-Hohlleiter-Wellenlänge, d. h. I = (2n + 1)λHL/4 1a shows a first embodiment of a waveguide arrangement 1 with a round waveguide 2 recognize where a structured substrate 3 is arranged to a coupling between a planar conductor, not shown, with the circular waveguide 2 to enable. The circular waveguide 2 has a first open waveguide end 4a and an opposite second waveguide end 4b , which is designed as a short-circuited waveguide bottom. At a distance I to the short-circuited waveguide ground is the structured substrate 3 arranged. The distance I between substrate 3 and waveguide end 4b depends on the type of degree. In the case of the illustrated short-circuited waveguide end 4b the distance is approximately an odd multiple of the quarter waveguide wavelength, ie I = (2n + 1) λ HL / 4

Die Wände des Rundhohlleiters 2 sind in an sich üblicherweise metallisch, d. h. elektrisch leitend.The walls of the circular waveguide 2 are in themselves usually metallic, ie electrically conductive.

1b lässt eine Seitenansicht des Rundhohlleiters 2 aus der 1a erkennen. Es wird deutlich, dass die Ebene des strukturierten Substrats 3 senkrecht zur Achse des Rundhohlleiters 2 steht. Weiterhin ist deutlich, dass das strukturierte Substrat 3 eine Dicke k hat. 1b leaves a side view of the circular waveguide 2 from the 1a detect. It becomes clear that the level of the structured substrate 3 perpendicular to the axis of the circular waveguide 2 stands. Furthermore, it is clear that the structured substrate 3 has a thickness k.

1c lässt eine Draufsicht auf das strukturierte Substrat 3 erkennen, das als dielektrisches Substrat ausgeführt ist und punktsymmetrisch zueinander angeordnete metallische Arme 5a, 5c hat. Jedes der Arme 5a, 5b hat eine Leiterschleife 6a, 6b und mit der Leiterschleife verbundene Stichleitungen 7a, 7b; 7c, 7d. 1c leaves a top view of the structured substrate 3 recognize, which is designed as a dielectric substrate and point-symmetrical to each other arranged metallic arms 5a . 5c Has. Each of the arms 5a . 5b has a conductor loop 6a . 6b and stub lines connected to the conductor loop 7a . 7b ; 7c . 7d ,

Der Abstand b zwischen zwei Stichleitungen 7a, 7b bzw. 7c, 7d eines Armes 5a, 5b und der Abstand a zwischen zwei benachbarten Stichleitungen 7b, 7d der Arme 5a, 5b des strukturierten Substrats 3 bestimmt im Wesentlichen die reale Impedanz ZD und kann daher zur Einstellung der Kopplungseigenschaften genutzt werden. Die reale Impedanz ZD ist somit im Wesentlichen eine Funktion der Abstände a und b. The distance b between two stubs 7a . 7b respectively. 7c . 7d an arm 5a . 5b and the distance a between two adjacent stubs 7b . 7d the poor 5a . 5b of the structured substrate 3 essentially determines the real impedance Z D and can therefore be used to adjust the coupling properties. The real impedance Z D is therefore essentially a function of the distances a and b.

In dem dargestellten Beispiel eines strukturierten Substrates sind die Leiterschleifer 6a, 6b der elektrisch leitenden Strukturen teilkreisförmig ausgebildet und damit an den Rundhohlleiter angepasst.In the illustrated example of a structured substrate, the conductor grinders 6a . 6b the electrically conductive structures partially formed and thus adapted to the circular waveguide.

2a lässt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wellenleiteranordnung mit Rechteckhohlleiter 2b erkennen. Das in dem Rechteckhohlleiter 2b eingebrachte strukturierte Substrat 3 ist entsprechend rechteckförmig ausgebildet und hat rechteckförmige Leiterschleifen 6a, 6b. 2a shows a further embodiment of the waveguide arrangement with rectangular waveguide 2 B detect. The in the rectangular waveguide 2 B introduced structured substrate 3 is correspondingly rectangular in shape and has rectangular conductor loops 6a . 6b ,

Wiederum hängt der Abstand zwischen dem strukturierten Substrat 3 und dem Hohlleiterende 4b von der Art des Abschlusses des Hohlleiters 2 ab. Bei dem dargestellten Fall eines kurzgeschlossenen Hohlleiterbodens beträgt der Abstand wiederum ein ungerades Vielfaches der Hohlleiter-Wellenlänge.Again, the distance between the structured substrate depends 3 and the waveguide end 4b on the type of termination of the waveguide 2 from. In the illustrated case of a shorted waveguide floor, the distance is again an odd multiple of the waveguide wavelength.

2b lässt die Wellenleiteranordnung aus 2a in der Seitenansicht erkennen. Wiederum hat das strukturierte Substrat 3 eine Dicke k und ist aus dielektrischem Material gebildet. 2 B omits the waveguide arrangement 2a recognize in the side view. Again, the structured substrate has 3 a thickness k and is formed of dielectric material.

2c lässt eine Draufsicht auf das strukturierte Substrat 3 erkennen, das rechteckförmig ist und eine Länge j und eine Breite i hat. Die beiden Arme 5a, 5b der elektrisch leitenden Strukturen haben wiederum Leiterschleifen 6a, 6b, die nunmehr rechteckförmig mit einer Breite c und einer Lände d sind. 2c leaves a top view of the structured substrate 3 recognize that is rectangular and has a length j and a width i. The two arms 5a . 5b the electrically conductive structures in turn have conductor loops 6a . 6b , which are now rectangular with a width c and a country d.

Die Breite der Leiterbahnen ist mit g bezeichnet und die Breite der Stichleitungen 7a, 7c mit h. Die Stichleitungen 7a, 7c haben eine Länge e.The width of the tracks is indicated by g and the width of the stubs 7a . 7c with h. The stubs 7a . 7c have a length e.

Der planare Leiter der Kommunikationselektronik beispielsweise eines RFID-Chips wird mit den Stichleitungen 7b, 7d verlötet.The planar conductor of the communication electronics, for example an RFID chip, is connected to the stub lines 7b . 7d soldered.

Für beide dargestellten Ausführungsformen ist zu bemerken, dass das Substrat nur auf einer Seite mit elektrisch leitenden Strukturen versehen ist, d. h. keine Rückmetallisierung hat.For both illustrated embodiments, it should be noted that the substrate is provided with only one side with electrically conductive structures, i. H. has no back metallization.

Die günstigsten Geometrie- und Substratparameter des direkten planaren Übergangs des Hohlleiters 2 zur planaren Leitung sowie der Abstand zwischen dem Substrat 3 und dem Hohlleiterende 4b hängen von der Querschnittsgeometrie des Hohlleiters 2, dem Betriebsfrequenzbereich sowie von der Art des Hohlleiterabschlusses 4b ab. Je nach Anwendung müssen zur Erzielung der gewünschten Eingangsimpedanz diese Parameter anhand von Simulationen ermittelt werden.The most favorable geometry and substrate parameters of the direct planar transition of the waveguide 2 for planar conduction as well as the distance between the substrate 3 and the waveguide end 4b depend on the cross-sectional geometry of the waveguide 2 , the operating frequency range as well as the type of waveguide termination 4b from. Depending on the application, these parameters must be determined by simulations to achieve the desired input impedance.

Die den Übergang bildenden elektrisch leitenden Strukturen auf dem Substrat 3 bestehen vorzugsweise aus mehreren Armen, deren Anzahl und Winkel zueinander durch die anzuregende Hohlleitermode bestimmt werden. Diese Struktur regt ein Magnetfeld an, das zu diesem Hohlleitermode passt.The transition-forming electrically conductive structures on the substrate 3 preferably consist of several arms whose number and angle to each other are determined by the waveguide mode to be excited. This structure excites a magnetic field that matches this waveguide mode.

Im Falle der Anregung der Grundmode besteht der Übergang aus zwei auf einem dielektrischen Substrat 3 strukturierten punktsymmetrisch metallischen Armen 5a, 5b. Ein Arm 5a, 5b besteht wiederum aus einer Reihenschaltung einer Leiterschleife 6a, 6b und einer leerlaufenden Stichleitung 7a, 7c. Das Substrat 3 ist einseitig mit einer Metallschicht bedeckt, also ohne Rückmetallisierung. Der Abstand zwischen Substrat 3 und Hohlleiterboden 4b wird eingestellt, indem beispielsweise eine zurechtgeschnittene Unterlage mit einer dielektrischen Konstante der sonstigen Hohlleiterfüllung dazwischen gebracht wird. Beispielsweise für einen mit Luft gefüllten Hohlleiter kann Styropor zwischen Hohlleiterboden 4 und Substrat 3 eingebracht werden.In the case of excitation of the fundamental mode, the junction consists of two on a dielectric substrate 3 structured point-symmetrical metallic arms 5a . 5b , An arm 5a . 5b in turn consists of a series connection of a conductor loop 6a . 6b and an idle stub 7a . 7c , The substrate 3 is covered on one side with a metal layer, ie without back metallization. The distance between substrate 3 and waveguide bottom 4b is set by, for example, bringing a cut base with a dielectric constant of the other waveguide filling in between. For example, for a hollow waveguide filled with air, styrofoam may be located between waveguide bottom 4 and substrate 3 be introduced.

Die gegenüberliegenden Enden 7b, 7d der Leiterschleifen 6a, 6b bilden den Eingang des Übergangs, an den die planare Leitung angeschlossen wird. Die symmetrische Struktur des Übergangs liefert an Schaltungen mit differentiellem Eingang eine adäquate Feldverteilung.The opposite ends 7b . 7d the conductor loops 6a . 6b form the entrance of the transition to which the planar cable is connected. The symmetrical structure of the transition provides an adequate field distribution on circuits with differential input.

Die prinzipiellen Geometrien von Übergängen sowie von einem einseitig kurzgeschlossenen Rundhohlleiter 2a als auch von einem einseitig kurzgeschlossenen Rechteckhohlleiter 2b zur planaren Leitung zur Anregung der jeweiligen Grundmode sind in den beschriebenen 1 und 2 skizziert. Für jeden dieser Hohlleitertypen 2a, 2b können für einen direkten planaren Übergang eines Hohlleiters 2 zu einer planaren Leitung beispielsweise für das 2,45 GHz ISM-Band und für eine Eingangsimpedanz von 50 Ohm bei Anregung der Grundmode folgende Geometrieparameter gewählt werden:

Figure 00110001
Figure 00120001
The basic geometries of transitions as well as of a single-sided short-circuited circular waveguide 2a as well as of a one-sided short-circuited rectangular waveguide 2 B for planar guidance to excite the respective fundamental mode are described in the 1 and 2 outlined. For each of these waveguide types 2a . 2 B can for a direct planar transition of a waveguide 2 For a planar line, for example for the 2.45 GHz ISM band, and for an input impedance of 50 ohms when the fundamental mode is excited, the following geometry parameters are selected:
Figure 00110001
Figure 00120001

Als Substratparameter kann beispielsweise als dielektrisches Material FR4 mit der Dielektrizitätskonstanten εR ≈ 4,4 gewählt werden. Die elektrisch leitenden Strukturen können beispielsweise aus Kupfer mit einer Metallschichtdicke von 35 μm ausgeführt werden.As a substrate parameter, it is possible to choose, for example, as the dielectric material FR4 with the dielectric constant ε R ≈ 4.4. The electrically conductive structures may, for example, be made of copper with a metal layer thickness of 35 μm.

Claims (8)

Wellenleiteranordnung (1) zur Übertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Hohlleiter (2) und einem im Hohlleiter (2) angeordneten planaren Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass ein strukturiertes Substrat (3) mit elektrisch leitenden Strukturen, das als dielektrische Platte mit auf einer Seite der Oberfläche der Platte aufgebrachten metallischen Leiterbahnen vollständig im Innenraum des Hohlleiters (2) im Abstand zu einem Ende des Hohlleiters (2) parallel zu dem Hohlleiterquerschnitt zur Ankoppelung an den Hohlleiter (2) über ein Magnetfeld angeordnet ist, und der planare Leiter elektrisch leitend mit den elektrisch leitenden Strukturen und den Leiterbahnen des Substrats (3) verbunden ist.Waveguide arrangement ( 1 ) for transmitting electromagnetic waves with a waveguide ( 2 ) and one in the waveguide ( 2 ) arranged planar conductor, characterized in that a structured substrate ( 3 ) with electrically conductive structures which, as a dielectric plate, have metal conductor tracks applied to one side of the surface of the plate completely in the interior of the waveguide ( 2 ) at a distance to one end of the waveguide ( 2 ) parallel to the waveguide cross section for coupling to the waveguide ( 2 ) is arranged via a magnetic field, and the planar conductor is electrically conductive with the electrically conductive structures and the conductor tracks of the substrate ( 3 ) connected is. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der planare Leiter an eine Kommunikationselektronik angeschlossen ist.Waveguide arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the planar conductor is connected to a communication electronics. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationselektronik einen differentiellen Signaleingang hat, der mit zwei Anschlüssen der elektrisch leitenden Strukturen verbunden ist.Waveguide arrangement ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the communication electronics has a differential signal input which is connected to two terminals of the electrically conductive structures. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationselektronik einen Radiofrequenz-Identifikationstransponder ist.Waveguide arrangement ( 1 ) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the communication electronics is a radio frequency identification transponder. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Struktur mindestens eine Stichleitung (7) und eine an die Stichleitung angeschlossene Leiterschleife (6) hat.Waveguide arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive structure has at least one stub ( 7 ) and a conductor loop connected to the stub line ( 6 ) Has. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Strukturen zwei oder mehr Stichleitungen (7) und jeweils daran angeschlossene Leiterschleifen (6) haben, wobei die Strukturen punktsymmetrisch zueinander ausgerichtet sind. Waveguide arrangement ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the electrically conductive structures two or more stubs ( 7 ) and in each case connected conductor loops ( 6 ), wherein the structures are point-symmetrical to each other. Wellenleiteranordnung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleifen (6) rechteckig oder teilkreisförmig sind.Waveguide arrangement ( 1 ) according to claim 5 or 6, characterized in that the conductor loops ( 6 ) are rectangular or part-circular. Wellenleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Strukturen zwei oder mehr metallische Arme haben, die punktsymmetrisch zueinander ausgerichtet sind, wobei die Anzahl der Arme und der Winkel der Arme zueinander in Abhängigkeit von dem Hohlleitermode festgelegt ist und die Arme ein an den Hohlleitermode angepasstes Magnetfeld anregen.Waveguide arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive structures have two or more metallic arms which are point-symmetrical to each other, wherein the number of arms and the angle of the arms to each other in dependence on the waveguide mode is determined and the arms a excite the magnetic field adapted to the waveguide mode.
DE200610053389 2006-11-10 2006-11-10 Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide Expired - Fee Related DE102006053389B4 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610053389 DE102006053389B4 (en) 2006-11-10 2006-11-10 Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide
PCT/EP2007/009685 WO2008055681A1 (en) 2006-11-10 2007-11-08 Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a hollow conductor and a planar conductor arranged in the hollow conductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610053389 DE102006053389B4 (en) 2006-11-10 2006-11-10 Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006053389A1 DE102006053389A1 (en) 2008-05-15
DE102006053389B4 true DE102006053389B4 (en) 2011-09-15

Family

ID=38951350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610053389 Expired - Fee Related DE102006053389B4 (en) 2006-11-10 2006-11-10 Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006053389B4 (en)
WO (1) WO2008055681A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0905814A2 (en) * 1997-09-25 1999-03-31 Endgate Corporation Transition between circuit transmission line and microwave waveguide
US6285342B1 (en) * 1998-10-30 2001-09-04 Intermec Ip Corp. Radio frequency tag with miniaturized resonant antenna
US20030184385A1 (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Rutledge David B. Active-loop, spatially-combined amplifier
DE102004050126A1 (en) * 2003-10-14 2005-06-02 Sharp K.K. Pallet for transporting goods

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2219438B (en) * 1988-05-28 1992-03-25 Marconi Co Ltd Transmission lines
DE3933055C2 (en) * 1989-10-04 1998-02-26 Daimler Benz Aerospace Ag 180 · o · phase shift keying / amplitude modulator for microwaves
US6707348B2 (en) * 2002-04-23 2004-03-16 Xytrans, Inc. Microstrip-to-waveguide power combiner for radio frequency power combining
US6967542B2 (en) * 2003-06-30 2005-11-22 Lockheed Martin Corporation Microstrip-waveguide transition

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0905814A2 (en) * 1997-09-25 1999-03-31 Endgate Corporation Transition between circuit transmission line and microwave waveguide
US6285342B1 (en) * 1998-10-30 2001-09-04 Intermec Ip Corp. Radio frequency tag with miniaturized resonant antenna
US20030184385A1 (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Rutledge David B. Active-loop, spatially-combined amplifier
DE102004050126A1 (en) * 2003-10-14 2005-06-02 Sharp K.K. Pallet for transporting goods

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dallmann, G.C.: New waveguide-to-coplanar waveguide transition for centimeter and milimeterwave applications. In: Electronics Letters Vol. 26, 1990, No. 13. S. 830-831 *
Kaneda, N., Qian, Y., Itoh, T.: A broadband CPW-to-waveguide transition using quasi Yagi antenna. In: IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., 2000. S. 617-620 *
Khallouk, M.: Svensson, B., Ligander, P.: CPW-to-waveguide transitions using a three step Chebyshev transformer. In: Electronics Letters Vol. 40, 2004, No. 24 *
Möttönen, V. S.: Receiver front end circuits and components for millimetre and submillimetre wave lengths. Aus. Dissertation Helsinki University of Technology, 2005. S. 617-620 *
Simon, W., Holzwarth, S., Wien, A., Wolff, I.: Rectangular wave guide to planar structure transitions for antenna applications. In: AP2000 Millennium Conf. on Antennas and Propagation, 2000, Davos, Schweiz *
Simon, W., Werthen, M., Wolff, I.: A novel coplanar transmission line to rectangular wave guide transition. In: IEEE MTT-S Intern. Symp. Digest., 1998. S. 257-260 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008055681A1 (en) 2008-05-15
DE102006053389A1 (en) 2008-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10051661B4 (en) Demultiplexer plate with integrated antenna type
DE69835633T2 (en) High-frequency assembly
DE602006000890T2 (en) Multi-layer planar balun transformer, mixer and amplifier
DE102005060648B4 (en) Antenna device with radiation characteristics suitable for ultra wide band communication
DE60009962T2 (en) WAVEGUIDE STRIPE WIRE TRANSFERS
DE19813767C2 (en) Microwave transmitter / receiver module
DE10350346B4 (en) High Frequency Line Waveguide Converter and High Frequency Package
DE112012000285T5 (en) Laminated antenna structures for package applications
US20030080822A1 (en) Planar mode converter used in printed microwave integrated circuits
EP1547192B1 (en) Device for transmitting or emitting high-frequency waves
DE10118742B4 (en) Microwave millimeter wave module with integrated antenna
DE10142384A1 (en) Patterned antenna and wireless communication device provided therewith
DE112010000886B4 (en) RF module
DE10120248A1 (en) Structure for connecting a non-radiating dielectric waveguide and a metal waveguide, transmitter / receiver module for millimeter waves and transmitter / receiver for millimeter waves
EP2991159B1 (en) Feed network for antenna systems
CN107492713A (en) A kind of double-circle polarization array antenna
EP3134748B1 (en) Radar system for detecting sourroundings of a vehicle and printed circuit board for said radar system
DE60302331T2 (en) DEVICE FOR RECEIVING AND / OR EMITTING ELECTROMAGNETIC WAVES WITH RADIATION DIVERSITY
EP1370886B1 (en) Antenna with coplanar waveguide feed for the transmission and/or reception of radar beams
Khan et al. A compact and wideband SMA connector to empty substrate integrated waveguide (ESIW) transition
DE102009011870A1 (en) High frequency device with several rectangular waveguides
DE102006053389B4 (en) Waveguide arrangement for transmitting electromagnetic waves with a waveguide and a planar conductor arranged in the waveguide
DE69935615T2 (en) WIDE-BROAD TRANSITION FROM A HOLLOWER TO A MICRO-TIRE LINE
EP3449528B1 (en) Circuit board assembly for supplying signals to radiators
WO2001017061A1 (en) Multiband antenna

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20111216

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee