Dielektrischer WellenleiterDielectric waveguide
Die Erfindung betrifft einen dielektrischen, insbesondere planaren oder quasiplanaren Wellenleiter, der mindestens eine dielektrische Materialanordnung hat.The invention relates to a dielectric, in particular planar or quasi-planar waveguide, which has at least one dielectric material arrangement.
Als planare Wellenleitung bezeichnet man flächenhaft aufgebaute Leitungsformen, bei denen eine dielektrische Trägerplatte (Substrat) mit metallischen Leiterstrukturen beschichtet ist (Streifen- und Schlitzleitung) oder die auf einer metallischen Grundplatte dielektrische Strukturen tragen, (dielektrische Blindleitungen) . In dieser Form handelt es sich um offene Leitungsstrukturen. Bei den planaren Leitungen sind die hohen Genauigkeitsanforderungen auf die planaren Strukturen übertragen. Mit Hilfe der Fotoätztechnik lassen sich diese Anforderungen jedoch einfach, billig und geRaύ reproduzierbar erfüllen. Die Technik planarer Schaltungen bietet im Vergleich zur Hohlleitertechnik Vorteile. So lassen sich z.B. auf einer Trägerplatte mehrere planare Schaltungskomponenten platz- und gewichtssparend zu einem System integrieren. Durch die kurzen Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten verringern
sich die Leitungsverluste und die Anzahl von Verbindungselementen und damit von Stoßstellen. Halbleiterelemente können ebenfalls einfacher eingebaut werden. Zudem haben planare Strukturen oft eine höhere Eindeutigkeitsbandbreite als Hohlleiterschaltungen.Planar waveguide is the term used to refer to surface-shaped line forms in which a dielectric carrier plate (substrate) is coated with metallic conductor structures (strip and slot line) or which carry dielectric structures on a metallic base plate (dielectric dummy lines). In this form, there are open management structures. With the planar lines, the high accuracy requirements are transferred to the planar structures. With the help of photo-etching technology, however, these requirements can be met simply, cheaply and reproducibly. The technology of planar circuits offers advantages compared to waveguide technology. For example, several planar circuit components can be integrated into a system to save space and weight on a carrier plate. Reduce by the short connections between the individual components the line losses and the number of connecting elements and thus joints. Semiconductor elements can also be installed more easily. In addition, planar structures often have a higher uniqueness bandwidth than waveguide circuits.
Nachteilig bei derartigen planaren Wellenleitern ist jedoch, daß der Leitungswellenwiderstand von den gewählten Abmessungen der Substratleiterordnungen sowie vom dielektrischen Substrat selbst abhängt und nach der Herstellung des Wellenleiters der Leitungswellenwiderstand nicht mehr veränderbar ist.A disadvantage of such planar waveguides, however, is that the line impedance depends on the selected dimensions of the substrate conductor arrangements and on the dielectric substrate itself, and the line impedance can no longer be changed after the waveguide has been produced.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen dielektrischen Wellenleiter bereit zu stellen, dessen Leitungswellenwiderstand nach der Fertigstellung des Wellenleiters veränderbar bzw. einstellbar ist.The object of the invention is therefore to provide a dielectric waveguide, the line impedance of which can be changed or set after the waveguide has been finished.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe sowohl durch die Merkmale des Kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1, sowie der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruch 2 gelöst. Vorteilhaft liegen bei beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen die felderzeugenden Mittel direkt am Wellenleiter an, wobei die felderzeugenden Mittel galvanisch von den metallischen Leiterstrukturen und/oder der Grundebene des Wellenleiters getrennt sind. Durch das Verändern der Permeabilität und/oder der Permitivität bzw. der dielektrischen Eigenschaften des dielektrischen Substrats bzw. der dielektrischen Materialanordnung zwischen Grundebene und Leiterstrukturen mittels Magnetfelder oder elektrischer Felder kann der Wellenwiderstand des dielektrischen Wellenleiters abschnittsweise in Abhängigkeit der Stärke der jeweils erzeugten Felder verändert werden. Aus dem bislang passiven elektronischen Bauteil Wellenleiter wird somit vorteilhaft ein aktives Bauelement, bei dem mittels der felderzeugenden Mittel das Ubertragungsverhalten des Wellenleiters gezielt beeinflußt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform grenzt an den Wellenleiter eine Schicht an, wobei die Schicht die felderzeugenden Mittel aufweist. Eine besonders gute Steuerung des Leitungswellenwiderstandes des Wellenleiters ergibt sich, wenn in der angrenzenden Schicht die felderzeugenden Mittel matrix- oder rasterformig angeordnet sind. Durch den Einsatz von mehreren felderzeugenden Mitteln ist es möglich, den Leitungswellenwiderstand genauestens für bestimmte Bereiche einzustellen.According to the invention, this object is achieved both by the features of the characterizing part of claim 1 and by the features of the characterizing part of claim 2. In both embodiments according to the invention, the field-generating means are advantageously in direct contact with the waveguide, the field-generating means being galvanically separated from the metallic conductor structures and / or the base plane of the waveguide. By changing the permeability and / or the permittivity or the dielectric properties of the dielectric substrate or the dielectric material arrangement between the base plane and conductor structures by means of magnetic fields or electrical fields, the wave resistance of the dielectric waveguide can be changed in sections depending on the strength of the fields generated. The previously passive electronic component waveguide thus advantageously becomes an active component in which the transmission behavior of the waveguide can be influenced in a targeted manner by means of the field-generating means. In a further preferred embodiment, a layer adjoins the waveguide, the layer having the field-generating means. A particularly good control of the line wave resistance of the waveguide is obtained if the field-generating means are arranged in the form of a matrix or a grid in the adjacent layer. By using several field-generating means, it is possible to set the line impedance precisely for certain areas.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die feiderzeugenden Mittel Induktionsspulen oder Kondensatoren. Die Induktionsspulen haben dabei m Windungen, wobei die Induktionsspulen derart im Raum ausgerichtet sind, daß Teile der von den stromdurchflossenen Induktionsspulen erzeugten Magnetfelder die dielektrische Materialanordnung zumindest teilweise durchdringen. Die Induktionsspulen sind dabei vorteilhaft mit einer Ansteuerelektronik in Verbindung, wobei mittels der Ansteuerelektronik in jeder Induktionsspule ein Strom vorgebbarer Stärke und Richtung einprägbar ist, wodurch das von der Induktionsspule erzeugte magnetische Feld richtungs- und betragsmäßig bestimmt ist.In particularly preferred embodiments, the fire-generating means are induction coils or capacitors. The induction coils have m turns, the induction coils being oriented in space in such a way that parts of the magnetic fields generated by the current-carrying induction coils at least partially penetrate the dielectric material arrangement. The induction coils are advantageously connected to control electronics, wherein the control electronics can be used to impress a current of predeterminable strength and direction in each induction coil, as a result of which the magnetic field generated by the induction coil is determined in terms of direction and amount.
Bei der Verwendung von Kondensatoren als felderzeugende Mittel ist es vorteilhaft, wenn die Richtung des elektrischen Feldvektors des mittels des Kondensators erzeugten elektrischen Feldes im wesentlichen parallel zur Strukturebene des Wellenleiters ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Kondensatoren ein elektrisches Feld senkrecht zur Strukturebene des Wellenleiters erzeugen, wenn dies durch die Wahl des verwendeten dielektrischen Substrats erforderlich ist.When using capacitors as field-generating means, it is advantageous if the direction of the electric field vector of the electric field generated by the capacitor is essentially parallel to the structural plane of the waveguide. However, it is also conceivable that the capacitors generate an electric field perpendicular to the structural plane of the waveguide if this is necessary due to the choice of the dielectric substrate used.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels eines derartigen dielektrischen Wellenleiters die Wellenwiderstände in zwei aneinander grenzenden Bereichen bzw. Abschnitten derartig aneinander angepaßt werden, daß sich für eine sich vom ersten
Bereich zum zweiten Bereich ausbreitende Welle ein bestimmter Reflektionsfaktor r ergibt.It is particularly advantageous if, by means of such a dielectric waveguide, the wave resistances in two adjoining regions or sections are adapted to one another in such a way that one differs from the first Area to the second area propagating wave results in a certain reflection factor r.
Es ist ebenfalls vorteilsmäßig, wenn die Länge L, die Breite B und/oder der Betrag des Wellenwiderstandes ZL des Abschnitts bzw. Bereichs mittels der felderzeugenden Mittel einstellbar ist, derart, daß zur Einstellung der Länge L, der Breite B und/oder des Betrags des Wellenwiderstandes ZL nur die felderzeugenden Mittel jeweils ein -Feld vorgebbarer Stärke erzeugen, deren Felder die dielektrische Materialanordnung des Wellenleiters im Bereich bzw. Abschnitt zumindest teilweise durchdringen.It is also advantageous if the length L, the width B and / or the amount of the wave resistance Z L of the section or region can be set by means of the field-generating means, such that the length L, the width B and / or the Amount of the wave resistance Z L only the field-generating means each generate a field of predeterminable strength, the fields of which at least partially penetrate the dielectric material arrangement of the waveguide in the area or section.
Die dielektrische Materialordnung bzw. das dielektrische Substrat zwischen der Struktur und der Grundebene ist dabei vorteilhaft aus einem gyromagnetischen oder gyroelektrischen Material, wobei der Betrag der Dielektrizitätszahl εr der dielektrischen Materialanordnung im Bereich zwischen 3 und 5 ist, wodurch sich eine besonders gute Güte des Wellenleiters für den Mikrowellenbereich erzielen läßt. Es ist ebenfalls vorteilsmäßig, wenn die Materialanordnung eine Yttrium-Eisen- Granatschicht ist. Eine derartige Yttrium-Eisen-Granatschicht weist sich dadurch aus, daß bei Anlegen eines magnetischen Gleichfeldes sich in dem vom magnetischen Feld durchdrungenen Bereich die Permeabilität bzw. der Permeabilitäts-Tensor verändert, wodurch gleichfalls der Leitungswellenwiderstand des Wellenleiters verändert wird.The dielectric material order or the dielectric substrate between the structure and the base plane is advantageously made of a gyromagnetic or gyroelectric material, the amount of the dielectric constant ε r of the dielectric material arrangement being in the range between 3 and 5, which results in a particularly good quality of the waveguide can be achieved for the microwave range. It is also advantageous if the material arrangement is an yttrium iron garnet layer. Such an yttrium-iron garnet layer is characterized in that when a constant magnetic field is applied, the permeability or the permeability tensor changes in the area penetrated by the magnetic field, which also changes the line impedance of the waveguide.
Bei der Verwendung einer Yttrium-Eisen-Granatschicht ist es vorteilhaft, wenn zwischen der dielektrischen Materialanordnung bzw. der Yttrium-Eisen-Granatschicht und der Grundebene eine Schicht aus Gallium-Gadolinium-Granat der Dicke Lggg ist. Die Grundebene ist vorteilhaft eine Kupferschicht, die auf die der Yttrium-Eisen-Granatschicht abgewandten Seite der Gallium-Gadolinium-Granatschicht aufgetragen ist. Zwischen der dielektrischen Materialanordnung bzw. der Yttrium-Eisen-Granatschicht und der Strukturebene kann vorteilhaft eine Quarzschicht der
Dicke Lq angeordnet sein, wobei die Strukturebene aus der Quarzschicht photolitografisch herstellbar ist. Die felderzeugenden Mittel sind vorteilhaft auf der der Strukturebene abgewandten Seite der Grundebene angeordnet, wobei die felderzeugenden Mittel mittels einer isolierenden Schicht insbesondere aus einer Polystyrolschicht von der leitenden Grundebene galvanisch getrennt sind. Die felderzeugenden Mittel können dabei vorteilhaft in einer Dünnschicht einliegen oder an dieser anliegen.When using an yttrium-iron-garnet layer, it is advantageous if there is a layer of gallium-gadolinium-garnet of the thickness L ggg between the dielectric material arrangement or the yttrium-iron-garnet layer and the base plane. The base plane is advantageously a copper layer which is applied to the side of the gallium-gadolinium garnet layer facing away from the yttrium iron garnet layer. A quartz layer can advantageously be provided between the dielectric material arrangement or the yttrium-iron garnet layer and the structural plane Thickness L q can be arranged, the structure plane being able to be produced photolithographically from the quartz layer. The field-generating means are advantageously arranged on the side of the base level facing away from the structural level, the field-generating means being galvanically separated from the conductive base level by means of an insulating layer, in particular a polystyrene layer. The field-generating means can advantageously lie in a thin layer or rest thereon.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Ansteuerelektronik für die felderzeugenden Mittel an der der leitenden Grundebene abgewandten Seite der die feiderzeugenden Mittel aufweisenden Dünnschicht angeordnet, wobei die Ansteuerelektronik mit den felderzeugenden Mitteln jeweils in elektrischer Verbindung ist. Eine derartige Anordnung ist besonders kompakt und kostengünstig herstellbar. Durch das direkte Anliegen der Ansteuerelektronik an die die felderzeugenden Mittel aufweisende Dünnschicht werden die Verbindungsleitungen zwischen der Ansteuerelektronik und den felderzeugenden Mitteln auf ein Minimum reduziert.In a likewise preferred embodiment, the control electronics for the field-generating means are arranged on the side of the thin layer having the fire-generating means facing away from the conductive base plane, the control electronics being in electrical connection with the field-generating means. Such an arrangement is particularly compact and inexpensive to manufacture. The direct connection of the control electronics to the thin layer having the field-generating means reduces the connecting lines between the control electronics and the field-generating means to a minimum.
Ein derartiger Wellenleiter ist ein magnetisch oder elektrisch steuerbares Reflektions-Dämpfungsglied. Er ist ebenfalls vorteilhaft als eine magnetisch oder elektrisch steuerbare Bandsperre bzw. als Filter einsetzbar. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, daß der Leitungswellenwiderstand eines dielektrischen Wellenleiters frequenzabhängig ist. Wird zwischen zwei Wellenleitern eine Anpassung vorgenommen, so kann dies jeweils nur für ein schmales Frequenzband erfolgen. Für Frequenzen außerhalb dieses Frequenzbandes ist eine Anpassung bislang nach Fertigung des Filters nicht mehr möglich. Durch die Möglichkeit des Veränderns des Wellenwiderstandes mittels der felderzeugenden Mittel kann vorteilhaft eine Anpassung zwischen zwei dielektrischen Wellenleitern für verschiedene Frequenzen nacheinander mit ein und demselben Wellenleiter vorgenommen werden. Somit ist
es möglich mit dem erfindungsgemäßen Wellenleiter eine Spektralanalyse durchzuführen.Such a waveguide is a magnetically or electrically controllable reflection attenuator. It can also be used advantageously as a magnetically or electrically controllable bandstop or as a filter. The effect is exploited here that the line impedance of a dielectric waveguide is frequency-dependent. If an adjustment is made between two waveguides, this can only be done for a narrow frequency band. For frequencies outside of this frequency band, an adjustment has so far not been possible after the filter has been manufactured. Due to the possibility of changing the wave resistance by means of the field-generating means, an adaptation between two dielectric waveguides for different frequencies can advantageously be carried out in succession with one and the same waveguide. So is it is possible to carry out a spectral analysis with the waveguide according to the invention.
Ein derartiger Wellenleiter kann zudem z.B. vorteilhaft als veränderbare Querkapazität oder Serieninduktivität in einer Wellenleiteranordnung eingesetzt werden. Hierzu hat der elektrische Wellenleiter einen streifenförmigen Leiterabschnitt, der an seinen Endabschnitten eine Breite Bi und im mittleren Abschnitt die Breite B2 hat. Zur Erzeugung einer bestimmten Querkapazität oder Serieninduktivität wird mittels der felderzeugenden Mittel die effektive Breite B2 des mittleren Abschnitts entsprechend verändert. Zur Verringerung der Breite B2 werden mittels der felderzeugenden Mittel Felder vorgebbarer Stärke erzeugt, wobei die Felder die Randbereiche der dielektrischen Materialanordnung des mittleren Abschnitts zumindest teilweise durchdringen, wodurch in den Randbereichen des mittleren Abschnitts des streifenförmigen Leiterabschnitts einSuch a waveguide can also be used advantageously, for example, as a variable transverse capacitance or series inductance in a waveguide arrangement. For this purpose, the electrical waveguide has a strip-shaped conductor section which has a width Bi at its end sections and the width B 2 in the middle section. To generate a specific transverse capacitance or series inductance, the effective width B 2 of the central section is changed accordingly by means of the field-generating means. To reduce the width B 2 , fields of predeterminable strength are generated by means of the field-generating means, the fields at least partially penetrating the edge regions of the dielectric material arrangement of the central section, as a result of which an in the edge regions of the central section of the strip-shaped conductor section
Leitungswellenwiderstand einstellbar ist, der gegen Null oder Unendlich ist.Line impedance is adjustable, which is close to zero or infinity.
Der dielektrische Wellenleiter kann ebenfalls eine Stichleitung sein, deren Länge L mittels der felderzeugenden Mittel wie oben beschrieben veränderbar ist.The dielectric waveguide can also be a stub, the length L of which can be changed by means of the field-generating means as described above.
Auch ist es vorteilhaft, wenn an das Ende der Stichleitung ein weiterer Wellenleiter angrenzt, dessen Wellenwiderstand mittels der felderzeugenden Mittel veränderbar ist, derart, daß die Stichleitung bei einem Wellenwiderstand ZL -» 00 leerläuft und bei einem Wellenwiderstand ZL -» 0 kurzgeschlossen ist.It is also advantageous if another waveguide adjoins the end of the stub line, the wave impedance of which can be changed by means of the field-generating means, in such a way that the stub line runs empty at a wave resistance Z L - »00 and is short-circuited at a wave resistance Z L -» 0 .
Der erfindungsgemäße dielektrische Wellenleiter ist somit ein aktives elektronisches Bauteil, wobei mittels des veränderlichen Leitungswellenwiderstandes beliebige Einsatzmöglichkeiten gegeben sind. Mittels des ortsabhängig einstellbaren Impedanzprofils des Wellenleiters kann dieser als Reflektions-Dämpfungsglied eingesetzt werden. Dabei
basiert die Dämpfung nicht auf dem Absorptionsprinzip, sondern auf der Basis dessen, daß die Intensität des rückgestreuten Feldes variiert wird und damit zusammenhängend die Intensität des transmittierten Feldes gesteuert wird.The dielectric waveguide according to the invention is thus an active electronic component, any possible application being possible by means of the variable line impedance. By means of the positionally adjustable impedance profile of the waveguide, it can be used as a reflection attenuator. there the damping is not based on the principle of absorption, but on the basis that the intensity of the backscattered field is varied and the intensity of the transmitted field is controlled in connection therewith.
Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert.Possible embodiments are explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 Einen dielektrischen Wellenleiter mit integrierter Induktionsebene;1 shows a dielectric waveguide with an integrated induction plane;
Figur 2 Einen dielektrischen Wellenleiter mit integrierter Induktionsebene, wobei im mittleren Bereich die Induktionsspulen ein Magnetfeld H erzeugen;FIG. 2 shows a dielectric waveguide with an integrated induction plane, the induction coils generating a magnetic field H in the central region;
Figur 3 Eine Querschnittsdarstellung eines handelsüblichen Streifenleiters;Figure 3 is a cross-sectional view of a commercially available stripline;
Figur 4 Eine Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen Wellenleiter;FIG. 4 shows a cross section through the waveguide according to the invention;
Figur 5 Eine Querschnittsdarstellung durch einen Wellenleiter mit einer Yttrium-Eisen- Granatschicht;FIG. 5 shows a cross section through a waveguide with an yttrium iron garnet layer;
Figur 6 Eine Draufsicht auf die Induktionsebene mit matrixförmig angeordneten Induktionsspulen;FIG. 6 shows a plan view of the induction plane with induction coils arranged in a matrix;
Figuren Eine Draufsicht auf einen Wellenleiter mit einem 7a - 7c mittleren Bereich, dessen Breite durch felderzeugende Mittel variabel ist;Figures A plan view of a waveguide with a 7a-7c central region, the width of which is variable by field-generating means;
Figuren Einen dielektrischen Wellenleiter, dessen 8 und 9 dielektrische Eigenschaften mittels eines elektrischen Feldes veränderbar sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen dielektrischen WellenleiterFigures A dielectric waveguide, the 8 and 9 dielectric properties of which can be changed by means of an electric field. Figures 1 and 2 show a dielectric waveguide
1, der als Mikrostreifenleitung ausgeführt ist. Der Wellenleiter 1 hat eine leitende Grundebene 3, die an eine dielektrische Schicht 2 angebracht ist. Auf der der Grundebene 3 abgewandten Seite 2a der dielektrischen Substratschicht 2 ist ein streifenförmiger Leiter 4 angeordnet, der mittels eines photolitografischen Prozesses aufbereitet ist. Das dielektrische Substrat 2 hat eine relative Permeabilität μr und eine Dielektrizitätszahl εr. An der Grundebene 3 ist auf der dem dielektrischen Substrat 2 abgewandten Seite eine Dünnschicht 5 angebracht, in die Induktionsschleifen 6 eingebettet sind. Die Induktionsschleifen 6 der Dünnschicht 5 sind mittels nicht dargestellter Verbindungsleitungen 6c mit der Ansteuerelektronik 7 in Verbindung. Mittels der Ansteuerelektronik 7 können Ringströme bestimmter Stärke und Richtung in die Ringspulen 6 eingeprägt werden. Die Ringspulen 6 können zur Erzeugung eines größeren Magnetfeldes H mehrere Windungen aufweisen.1, which is designed as a microstrip line. The waveguide 1 has a conductive base plane 3, which is attached to a dielectric layer 2. A strip-shaped conductor 4 is arranged on the side 2a of the dielectric substrate layer 2 facing away from the base plane 3 and is prepared by means of a photolithographic process. The dielectric substrate 2 has a relative permeability μ r and a dielectric constant ε r . A thin layer 5, in which induction loops 6 are embedded, is attached to the base plane 3 on the side facing away from the dielectric substrate 2. The induction loops 6 of the thin film 5 are connected to the control electronics 7 by means of connecting lines 6c (not shown). Using the control electronics 7, ring currents of a certain strength and direction can be impressed into the ring coils 6. The ring coils 6 can have a plurality of turns in order to generate a larger magnetic field H.
Die Induktionsspulen 6 sind wie aus Figur 6 ersichtlich matrixförmig und parallel zur Grundebene 3 angeordnet, derart, daß das durch sie erzeugte Magnetfeld 9 durch die Grundebene 3 tritt und den unmittelbar angrenzenden Bereich im Dielektrikum 2 durchdringt. Hierdurch wird die dielektrische Eigenschaft des Dielektrikums 2 verändert, wodurch sich bereichsweise der Leitungswellenwiderstand ZL des dielektrischen Wellenleiters verändert. Wie in Figur 2 dargestellt, wird der Leitungswellenwiderstand ZL in einem mittleren Bereich durch das Einprägen eines Stromes in den Spulen 6b verändert, wodurch sich ein von ZL verschiedener Wellenwiderstand ZLV ergibt.As can be seen from FIG. 6, the induction coils 6 are arranged in a matrix and parallel to the base plane 3 such that the magnetic field 9 generated by them passes through the base plane 3 and penetrates the immediately adjacent area in the dielectric 2. This changes the dielectric property of the dielectric 2, as a result of which the line impedance Z L of the dielectric waveguide changes in certain areas. As shown in FIG. 2, the line impedance Z L is changed in a central region by impressing a current in the coils 6b, which results in a wave resistance Z LV that is different from Z L.
Die Größe der Veränderung des Wellenwiderstandes ZL ist von der Größe des erzeugten Magnetfeldes sowie von dem verwendeten Material für die dielektrische MaterialanordnungThe size of the change in the wave resistance Z L depends on the size of the magnetic field generated and on the material used for the dielectric material arrangement
2, sowie deren Abmessungen abhängig und muß für jeden
Einzelfall mittels geeigneter Versuche ermittelt oder rechnerisch bestimmt werden.2, as well as their dimensions and must be for everyone Individual cases can be determined using suitable tests or determined mathematically.
In Figur 3 ist ein dielektrischer Wellenleiter 1 abgebildet, wobei zwei streifenförmige Leiter 4 parallel zueinander angeordnet sind. In Figur 3 ist das E-Feld 8 einer sich in der Mikrostreifenleitung ausbreitenden elektromagnetischen Welle dargestellt.A dielectric waveguide 1 is shown in FIG. 3, two strip-shaped conductors 4 being arranged parallel to one another. FIG. 3 shows the E field 8 of an electromagnetic wave propagating in the microstrip line.
Die Figur 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen erfindungsgemäßen dielektrischen Wellenleiter 1. Es ist denkbar, daß die Dünnschicht 5 (Induktionsebene) nur an bestimmten Positionen Induktionsspulen 6 zur Veränderung der dielektrischen Eigenschaft des dielektrischen Substrats 2 hat. Die Induktionsspulen 6 sind dabei nur an den Stellen angeordnet, an denen bestimmte Mikrostreifenleitungen der Strukturebene beeinflußt werden sollen.FIG. 4 shows a cross-sectional representation through a dielectric waveguide 1 according to the invention. It is conceivable that the thin layer 5 (induction plane) has induction coils 6 only at certain positions for changing the dielectric property of the dielectric substrate 2. The induction coils 6 are only arranged at the points at which certain microstrip lines of the structural level are to be influenced.
In Figur 5 ist ein weiterer erfindungsgmäßer Wellenleiter 1 in Mikrostreifenleitungstechnik dargestellt. Der WellenleiterFIG. 5 shows a further waveguide 1 according to the invention using microstrip line technology. The waveguide
1 hat einen Gallium-Gadolinium-Granatträger 11, auf dem epitaktisch eine homogene einkristalline und galliumdotierte Yttrium-Eisen-Granatschicht 2 erzeugt wird, die im unmagnetisierten Zustand dielektrisch ist. Die dieser mittels Flüssigphasenepitaksie erzeugten Yttrium-Eisen-Granatschicht1 has a gallium-gadolinium garnet support 11, on which a homogeneous monocrystalline and gallium-doped yttrium-iron garnet layer 2 is epitaxially produced, which is dielectric in the unmagnetized state. The yttrium iron garnet layer produced by means of liquid phase epitaxy
2 zugewandte Fläche wird über die gesamte Ausdehnung dieser Beschichtung mit einer Quarzschicht 10 belegt, deren der Verbundfläche abgewandte Fläche homogen kupferbeschichtet wird. Die von dieser Kupferbeschichtung 4 abweisende Fläche des Gallium-Gadolinium-Granatträgers 11 wird in gleicher Weise homogen kupferbeschichtet. Die Schichtdicke der Kupferbeschichtung wird mit 17,5 Mikrometer bemessen, wobei die Kupferbelegung der Quarzschicht 10 die Strukturebene 4 bildet. Diese Strukturebene 4 wird photolitografisch aufbereitet, so daß Streifenleiter 4 bestimmter geometrischer Abmessungen entstehen. Auf der der Strukturebene 4 abgewandten Seite der Grundebene 3 ist die Induktionsebene bzw. Dünnschicht 5 angeordnet, wobei die Dünnschicht 5
Induktivitäten 6 in Form von Induktionsschleifen 6a, 6b hat, die mittels nicht dargestellter Verbindungsleitungen 6c mit einer Ansteuerungselektronik 7 in elektrischer Verbindung sind. Die Induktionsspulen 6a, 6b sind wie aus Figur 6 ersichtlich, matrixförmig angeordnet. Zwischen der Dünnschicht 5 und der Grundebene 3 ist eine Polystyrolschicht 12 zur galvanischen Trennung der Induktionsebene 5 und der Grundebene 3 angeordnet. Das mittels der Induktionsspulen 6a, 6b erzeugte Magnetfeld 9 durchdringt die Grundebene 3, sowie die Gallium-Gadolinium-Granatträgerschicht 11 und verändert die dielektrische Eigenschaft der Yttrium-Eisen-Granatschicht 2. Durch die Änderung der dielektrischen Eigenschaft der Yttrium-Eisen-Granatschicht 2 ändert sich in diesem Bereich der Leitungswellenwiderstand ZL der Streifenleitung.2 facing surface is covered over the entire extent of this coating with a quartz layer 10, the surface facing away from the composite surface is homogeneously copper-coated. The surface of the gallium-gadolinium garnet support 11 which is repelled by this copper coating 4 is homogeneously copper-coated in the same way. The layer thickness of the copper coating is measured at 17.5 micrometers, the copper coating of the quartz layer 10 forming the structural level 4. This structural level 4 is processed photolithographically, so that strip lines 4 of certain geometrical dimensions are created. The induction plane or thin film 5 is arranged on the side of the base plane 3 facing away from the structural plane 4, the thin film 5 Has inductors 6 in the form of induction loops 6a, 6b, which are in electrical connection with control electronics 7 by means of connecting lines 6c, not shown. As can be seen from FIG. 6, the induction coils 6a, 6b are arranged in a matrix. A polystyrene layer 12 for the galvanic separation of the induction level 5 and the base level 3 is arranged between the thin layer 5 and the base level 3. The magnetic field 9 generated by means of the induction coils 6a, 6b penetrates the base plane 3 as well as the gallium-gadolinium garnet support layer 11 and changes the dielectric property of the yttrium iron garnet layer 2. By changing the dielectric property of the yttrium iron garnet layer 2 changes the line wave resistance Z L of the stripline.
Die Figuren 7a bis 7c zeigen einen dielektrischen Wellenleiter 1, dessen streifenförmiger Leiterabschnitt 4 in drei Bereiche 13,14 unterteilt ist, wobei die beiden Endabschnitte 13 eine Breite Bi und der mittlere Abschnitt eine Breite B2 aufweist, mit B2 größer oder kleiner gleich als Bi. Insbesondere im mittleren Abschnitt 14 sind in der Induktionsschicht 5 Induktionsspulen 6 angeordnet, derart, daß die effektive Breite B2 des mittleren Leitungsabschnittes 14b mittels der erzeugten Magnetfelder veränderbar ist. Durch Variieren der Breite B2 ist es möglich, den Wellenwiderstand ZL des mittleren Bereichs zu variieren, wodurch es möglich ist, mittels eines derartigen Wellenleiters eine Serieninduktivität L (Figur 7b) oder eine Querkapazität C (Figur 7c) zu erzeugen. Mittels der Induktionsspulen 6 können die Leitungswellenwiderstände ZL der seitlichen Bereiche 14a des mittleren Bereichs 14 derart eingestellt werden, daß diese einem offenen oder kurzgeschlossenen Leitungsende entsprechen.FIGS. 7a to 7c show a dielectric waveguide 1, the strip-shaped conductor section 4 of which is divided into three areas 13, 14, the two end sections 13 having a width Bi and the middle section having a width B 2 , with B 2 greater than or less than or equal to Bi. In particular in the middle section 14, induction coils 6 are arranged in the induction layer 5 such that the effective width B 2 of the middle line section 14b can be changed by means of the magnetic fields generated. By varying the width B 2 , it is possible to vary the wave resistance Z L of the central region, which makes it possible to generate a series inductance L (FIG. 7b) or a transverse capacitance C (FIG. 7c) by means of such a waveguide. By means of the induction coils 6, the line wave resistances Z L of the lateral regions 14a of the central region 14 can be set such that they correspond to an open or short-circuited line end.
Die Figuren 8 und 9 zeigen einen dielektrischen Wellenleiter, der eine dielektrische Substratschicht 2 hat, an deren eine Seite die leitende Grundebene 3 angeordnet ist und an deren Oberfläche 2a photolitografisch die Strukturebene 4
hergestellt ist. An den Seiten des Wellenleiters 1 sind Kondensatorplatten 6 angeordnet, mittels derer ein elektrisches Feld 15 quer zur Ausbreitungsrichtung der im Streifenleiter geführten Welle erzeugbar ist. Mittels des erzeugten elektrischen Feldes 15 werden die dielektrischen Eigenschaften der dielektrischen Substratschicht 2 bereichsweise verändert, wodurch sich in diesem Bereich ein neuer Wellenwiderstand ZLV ergibt. Die Kondensatorplatten 6 sind über Schaltelemente S mit einer Spannungsquelle U in elektrischer Verbindung, derart, daß mittels der sich gegenüberstehenden Kondensatorplattenpaare elektrische Felder bestimmbarer Richtung und Größe erzeugt werden können. Je nach Richtung und Größe des elektrischen Feldes stellt sich in dem jeweils felddurchdrungenen Bereich ein gewünschter Leitungswellenwiderstand ZLV ein.
FIGS. 8 and 9 show a dielectric waveguide which has a dielectric substrate layer 2, on one side of which the conductive base plane 3 is arranged and on the surface 2a of which the structural plane 4 is photolithographically is made. Capacitor plates 6 are arranged on the sides of the waveguide 1, by means of which an electric field 15 can be generated transversely to the direction of propagation of the wave guided in the strip conductor. The dielectric properties of the dielectric substrate layer 2 are changed in regions by means of the generated electrical field 15, which results in a new characteristic impedance Z LV in this region. The capacitor plates 6 are electrically connected to a voltage source U via switching elements S, such that electrical fields of a definable direction and size can be generated by means of the opposing pairs of capacitor plates. Depending on the direction and size of the electrical field, a desired line impedance Z LV is set in the respective field-penetrated area.