專利名稱：用于傳輸寬帶高頻信號的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳輸中波寬帶高頻信號的裝置，其包括傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括至少一條信號路徑和關(guān)于信號路徑對稱設(shè)置的兩條參考路徑，信號路徑和兩條參考路徑共同形成共面線路，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)這樣設(shè)置在預(yù)定厚度的至少一個電介質(zhì)襯底層的兩個相對側(cè)面上，使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)構(gòu)成在預(yù)定的耦合區(qū)域中重疊的流電隔離，從而傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)域通過電磁耦合而傳輸高頻信號。
背景技術(shù)：
這種類型的流電隔離例如可以在過程測量技術(shù)的測量儀表中找到。這種測量儀表經(jīng)常用于自動化及過程控制技術(shù)，用于測量過程變量，例如流量、料位、壓力、溫度或其它過程中的物理和/或化學(xué)過程變量。例如，本申請人制造并銷售的商標(biāo)為Micropilot的測量儀表，其根據(jù)行程時間測量方法工作并且用于確定和/或監(jiān)控容器中的介質(zhì)料位。在行程時間測量方法中，經(jīng)由天線發(fā)射例如微波、雷達(dá)波或超聲波，并且在依賴于距離的信號行程時間之后，在介質(zhì)表面上反射的回波被接收。從行程時間，可以計算容器中的介質(zhì)料位。用于確定容器中料位的多種測量方法的另一個測量原理是，微波導(dǎo)波，或TDR(時域反射)測量方法。在TDR測量方法中，例如高頻脈沖沿Sommerfeld表面波導(dǎo)或同軸波導(dǎo)發(fā)出，并在遇到圍繞表面波導(dǎo)的介質(zhì)的DK(電介質(zhì)常數(shù))值的跳變時被部分反射回來。從發(fā)出高頻脈沖和接收到反射的回波之間的時間差，可以確定料位。所謂的FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)方法同樣可應(yīng)用于上述測量原理。
本發(fā)明涉及的裝置類型用于確保接地的過程空間和測量儀表之間的流電隔離。由于防爆的需要，過程空間或與過程接觸的元件必須為地電勢，所以流電隔離在過程測量技術(shù)中是需要的。兩個電勢之間的差導(dǎo)致接地的過程元件和測量儀表之間的電壓，從而引起電流。這個電流具有以下缺點(diǎn)參考地的線路被嚴(yán)重地加載電流。這使得地線的溫度明顯增加，從而不能保證測量儀表的防火等級“固有安全”。
在商業(yè)化的測量儀表的情況中，電流電路的隔離往往在測量儀表的輸入?yún)^(qū)域?qū)崿F(xiàn)，即，饋電線和信號線流電隔離。在施加交流電的情況中，饋電線的流電隔離主要利用變壓器通過電感耦合或者利用電容器通過電容耦合而實(shí)現(xiàn)。在測量儀表的直流供電的情況中，直流轉(zhuǎn)換器將測量儀表的電源線分離，或者線路中流動的電流被輔助元件限制。對于信號，數(shù)據(jù)線的流電隔離主要經(jīng)由光電耦合器實(shí)現(xiàn)?？傊?，這種測量儀表輸入模塊中的防爆實(shí)施例的缺點(diǎn)在于，對于位于過程空間中的元件與外圍儀器的流電隔離，需要多個昂貴且易受干擾的元件。
為此，在高頻技術(shù)領(lǐng)域中，長久以來一直在嘗試將流電隔離集成在高頻側(cè)，因?yàn)檫@里主要只有信號線和參考線需要被流電隔離，這可以利用成本低廉的平面波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
在WO 03/063190 A2中，記載了一種通過HF插塞連接的簡單流電隔離，用于遵從防火等級“固有安全”。同軸插塞系統(tǒng)由插座和插塞組成，插塞包含用于流電隔離的分離層。插塞還可以被半剛性電纜替代。這個防火等級“固有安全”的需求的實(shí)施的缺點(diǎn)是，制造流電隔離的插塞連接非常困難且昂貴。另外，這些插塞連接的接頭中的信號被插塞系統(tǒng)中的線路結(jié)構(gòu)的幾何跳變而非常強(qiáng)烈地反射或衰減。對于高頻，例如高于20GHz，內(nèi)部導(dǎo)體的流電隔離由于插塞連接的幾何形狀而不再能夠通過簡單地經(jīng)由插塞連接的耦合區(qū)域的耦合而實(shí)現(xiàn)，從而內(nèi)部導(dǎo)體必須被另外的元件，特別是電容流電隔離。
在DE 199 58 560 A1中，公開了基于使用切槽線路的高頻信號流電隔離。在這個文獻(xiàn)中，兩個切槽線路并行地彼此相疊設(shè)置，從而從一個切槽線路發(fā)出的電磁輻射耦合入另一切槽線路。以這種方式，得到了在兩個切槽線路之間的流電隔離的連接。切槽線路適應(yīng)穿過分離層是通過微帶線路實(shí)現(xiàn)的。
這種形式的缺點(diǎn)在于耦合結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，其需要多個制造處理步驟。另外，與共面線路相比，切槽和微帶線路結(jié)構(gòu)的耗散更大，即，電磁波在介質(zhì)中的傳播速度更加依賴于波長或頻率。
在EP 0882 995 A1中，公開了多種類型的共面導(dǎo)電跡線結(jié)構(gòu)的流電隔離。在共面導(dǎo)體技術(shù)中，三個分離的平面波導(dǎo)彼此相鄰地施加于襯底上，中間的平面波導(dǎo)攜帶信號而另兩個平面波導(dǎo)作為中間的平面波導(dǎo)的邊界并形成屏蔽線路。在這個文獻(xiàn)中公開了平面波導(dǎo)的流電隔離的若干選擇-平面波導(dǎo)分離，并且電容位于分離的位置；和-線路也被簡單地分離，其中一個線路片段位于襯底的相對側(cè)并且線路的片段在空間上重疊；-信號被通過這些重疊的片段而電容耦合。
這種流電隔離裝置的缺點(diǎn)在于，這些措施僅僅在幾GHz的頻率范圍中具有良好的耦合性能。它們對于高于大約6至10GHz的高頻不再足夠。原因是通過厚度＞1mm的襯底實(shí)現(xiàn)的信號的電容耦合的質(zhì)量太小，并且在平面波導(dǎo)末端上將會出現(xiàn)非常高的高頻信號輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)在高于6GHz的頻率具有良好傳輸特性的流電隔離。
這個目的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例通過以下特征實(shí)現(xiàn)襯底層的厚度小于1m/4，并且多個電磁耦合順序串行設(shè)置。對于頻率范圍高于6GHz的高頻信號的本發(fā)明的無電勢傳輸，需要小于高頻信號的入射中波1m的1m/4的間距，以保證平面波導(dǎo)或?qū)ΨQ的共面波導(dǎo)中入射信號的最優(yōu)傳輸。相反，如果如上所述，選擇耦合區(qū)域的較大間距，那么高頻信號的電磁耦合質(zhì)量非常低，并且在不匹配的高頻信號電磁耦合中經(jīng)歷嚴(yán)重的損耗。由于在高頻時這個小于1m/4的間距不足于實(shí)現(xiàn)指定了最小間距1mm的防爆規(guī)則“防火類型一固有安全”(EN 50020)，根據(jù)本發(fā)明，流電隔離或電磁耦合是以小于1mm的間距加倍而實(shí)現(xiàn)的。以這種方式，盡管低于最小間距仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下裝置對于外部干擾影響不敏感，另外，制造成本低廉，并且滿足防火類型標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)備固有安全。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有多個片段，它們交替地位于襯底層的兩側(cè)上。共面導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被劃分為各個片段，它們被施加在兩側(cè)上，使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的片段的耦合區(qū)域通過襯底層而在空間上分離地重疊。通過耦合區(qū)域的空間重疊，獲得了從HF襯底一側(cè)上的一個片段到位于HF襯底相對側(cè)上的片段對于高頻信號的電磁耦合，從而實(shí)現(xiàn)共面線路的流電隔離。
在本發(fā)明的解決方案的具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，這樣實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)域的寬度和長度和/或襯底層的厚度，以實(shí)現(xiàn)高頻信號的電磁耦合在耦合區(qū)域中的最大化以及匹配傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的波阻。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度改變導(dǎo)致線路波阻跳變。這些波阻跳變是阻抗變換所需要的。于是，通過傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)寬度的改變和耦合區(qū)域的耦合間距的匹配，過渡的波阻被匹配并且保證信號耦合具有盡可能小的反射。
本發(fā)明的裝置的一個有益實(shí)施例中，襯底層是HF襯底并且HF襯底具有在至少一個支持結(jié)構(gòu)上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。術(shù)語“HF襯底”表示這樣的電介質(zhì)支持材料，其因?yàn)闈M足對于高頻技術(shù)重要的特性，諸如電介質(zhì)的低損耗和高穩(wěn)定性，而適用于高頻技術(shù)。金屬的導(dǎo)電的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)被通過已知的涂覆方法例如金屬氣相沉積而施加在適合高頻的襯底材料上，并且該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)被通過已知的結(jié)構(gòu)化方法例如光刻和蝕刻而結(jié)構(gòu)化。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化優(yōu)選地這樣實(shí)現(xiàn)，使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的片段具有盡可能一致的邊緣區(qū)域，因?yàn)樵诟哳l技術(shù)中材料和形狀的不連續(xù)能夠?qū)е滦盘柕膰?yán)重干擾。為了通常非常薄的HF襯底的機(jī)械穩(wěn)定性，它連同傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化片段放置在支持材料上。這個支持材料可以是例如簡單的環(huán)氧樹脂板，諸如在低頻技術(shù)中所使用的。
在本發(fā)明的技術(shù)方案的一個具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，HF襯底由塑料或陶瓷的材料組中的至少一種材料制成。這個材料組具有對于高頻技術(shù)理想的電磁特性并且抗腐蝕、成本低廉且易于制造。在塑料的情況中，特別使用的是部分結(jié)晶的塑料聚醚醚酮(PEEK)和含氟基團(tuán)，諸如聚四氟乙烯(PTFE)或Teflon、全氟烷氧基共聚物(PFA)，并且在陶瓷的情況中，是LTCC(低溫共燒陶瓷)子群。這些材料的優(yōu)點(diǎn)是，它們早已在高頻技術(shù)中得到應(yīng)用，并且它們具有過程測量技術(shù)中重要的化學(xué)和物理特性，諸如抗腐蝕和耐高溫。
在本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，從傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)到同軸插口的高頻信號的過渡突然地或連續(xù)地實(shí)現(xiàn)，并且在傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和同軸插口之間通過夾鉗裝置、釬焊和/或軟焊形成電子觸點(diǎn)。來自共面?zhèn)鲗?dǎo)結(jié)構(gòu)的信號的過渡在標(biāo)準(zhǔn)同軸插口上或平面波導(dǎo)的其它結(jié)構(gòu)形式上連續(xù)地或突然地發(fā)生。連續(xù)的過渡是通過平滑地將同軸插口的內(nèi)部導(dǎo)體匹配平面波導(dǎo)的幾何形狀而實(shí)現(xiàn)的。以這種方式，僅有輕微的幾何跳變，這在線路上引起較小的反射。連續(xù)的過渡由于以上原因具有較大的帶寬和較大的尺寸。從一個結(jié)構(gòu)到另一結(jié)構(gòu)的至少這兩種過渡的電子接觸是通過夾鉗裝置、釬焊和/或軟焊而實(shí)現(xiàn)的。夾鉗裝置實(shí)現(xiàn)為彈簧和/或螺釘，其以預(yù)定的力將連接元件(例如同軸插口)壓在平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上。
在本發(fā)明的解決方案的一個優(yōu)選實(shí)施例中，在對稱的共面線路到微帶線路的過渡區(qū)域中提供了無級波阻過渡。這個過渡區(qū)域的特征在于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的依賴于位置的寬度，例如它是圓錐形的。通過合適地選擇傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)依賴于位置的寬度的函數(shù)，可以對于較大的信號帶寬獲得反射較少的波阻過渡。
本發(fā)明的技術(shù)方案的一個非常具有優(yōu)點(diǎn)的變型在于，在所選擇的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)片段之間的貫穿接觸，以實(shí)現(xiàn)所選擇的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)片段之間的導(dǎo)電信號過渡。從電路技術(shù)的觀點(diǎn)，必須通過貫穿接觸而接觸給定的耦合區(qū)域，例如，將金屬套筒或插針插在孔中和/或提供焊橋，以建立導(dǎo)電連接。實(shí)現(xiàn)圍繞貫穿接觸的片段的區(qū)域的結(jié)構(gòu)和貫穿接觸本身，使得相關(guān)聯(lián)的幾何跳變的波阻對于特定的頻率范圍是均衡的。結(jié)果，在貫穿接觸的位置沒有顯著的信號反射。
本發(fā)明的技術(shù)方案的特別具有優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步發(fā)展在于，裝置被集成在測量儀表中，該測量儀表經(jīng)由發(fā)送和/或接收單元將高頻信號輻射進(jìn)入打開的或閉合的空間系統(tǒng)并且/或者接收來自打開的或閉合的空間系統(tǒng)的高頻信號，并且通過發(fā)射的高頻信號的行程時間測量，確定填充物質(zhì)的料位，其中高頻信號是微波信號。這個裝置可以例如在過程測量技術(shù)中用于測量料位的測量儀表。在這種測量儀表的情況中，出于防爆的原因而將位于過程空間(容器、料倉)中的測量儀表的部件，諸如天線或其外殼，與地電勢相連，以使得在天線上沒有點(diǎn)燃火星的放電。如果測量儀表的參考電位與地電位不同，那么流動干擾的均衡電流。通過流電隔離，抑制這個在兩個參考電位之間的均衡電流。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明及其實(shí)施例。為了簡化，相同的部件在附圖中具有相同的附圖標(biāo)記。附圖中圖1是測量儀表的示意性頂視圖，其安裝在容器中并裝備有用于流電隔離的裝置；圖2是信號路徑和設(shè)置在兩側(cè)的對稱的參考路徑的流電隔離的示意圖；圖3是使用共面線路技術(shù)的流電隔離的第一實(shí)施例的縱截面；圖4是使用共面線路技術(shù)的流電隔離的第二實(shí)施例的縱截面；
圖5是圖3所示的第一實(shí)施例的總體透視圖；和圖6是圖5所示的第一實(shí)施例的總體透視圖的放大細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了過程測量系統(tǒng)中的流電隔離的應(yīng)用示例。圖1的測量儀表1安裝在容器4上并且用于例如根據(jù)行程時間測量方法確定容器4中填充物質(zhì)5的料位6。測量儀表1包括發(fā)送和/或接收單元3，微波信號17通過它輻射進(jìn)入自由空間，然后在容器4中的表面上反射或在填充物質(zhì)5的表面上反射，并且在一定的行程時間之后再次由發(fā)送和/或接收單元3接收。通過微波信號17的行程時間，確定容器4中填充物質(zhì)5的料位6?？刂?分析單元27的任務(wù)是產(chǎn)生微波信號17并分析或?yàn)榱藴y量而處理接收的反射微波信號17。這個發(fā)送和/或接收單元3通過本發(fā)明的裝置2與控制/分析單元27、測量儀表1中的其余電子器件、電源線26和現(xiàn)場總線25流電隔離。通過位于過程中的元件的流電隔離以及接地，獲得“固有安全”的測量儀表1，其消除了形成火花的危險，并且同時消除了導(dǎo)電體的升溫危險，否則這將導(dǎo)致點(diǎn)燃某些可爆炸環(huán)境。
優(yōu)選地，在所示情況中，涉及兩線制測量儀表，在這種情況中，電源線26和現(xiàn)場總線線路25合并為一條線路，從而僅需要一個兩線制線路，用于向測量儀表1提供能量并同時與遠(yuǎn)程控制設(shè)備通信。
裝置2既可用于自由輻射的雷達(dá)測量技術(shù)也可用于TDR(時域反射測量)測量技術(shù)，其中高頻信號16在波導(dǎo)上引導(dǎo)。TDR測量技術(shù)是測量容器4中的料位6的替代方法，并且在圖1中清楚地顯示。在這種測量方法的情況中，高頻信號16被沿波導(dǎo)引導(dǎo)進(jìn)入容器4并且由于圍繞波導(dǎo)的介質(zhì)的DK(介電常數(shù))值改變而被反射回去。這個圍繞波導(dǎo)的介質(zhì)的DK值改變是由填充物質(zhì)5到容器中的空氣的相界而引起的。從發(fā)射的高頻信號16沿波導(dǎo)到接收的反射高頻信號16之間的時間差，即所謂的行程時間，可以確定容器4中的料位6。
圖2是信號路徑11和兩條參考路徑12的三重實(shí)現(xiàn)的流電隔離的示意圖。通過多重流電隔離，固有安全區(qū)域II與非固有安全區(qū)域I隔離。為了簡化考慮裝置2的方式，由串聯(lián)電容器象征多重流電隔離，或通過耦合區(qū)域9的電磁耦合10。在高頻區(qū)域，片段8的重疊耦合區(qū)域9不僅具有電容特性而且具有電感特性，從而必須通過包含多個電感和多個電容的復(fù)雜的等效電路圖建立電磁耦合10。
圖3顯示了根據(jù)圖5的切割面A-B得到的縱截面，其包括具有附加的支持結(jié)構(gòu)20的信號路徑11。在這個實(shí)施例中的流電隔離通過多個片段8實(shí)現(xiàn)，這些片段8交替地位于HF襯底的兩側(cè)上并且在耦合區(qū)域9中空間重疊。耦合區(qū)域9的長度e約為1m/4，因?yàn)樵隈詈蠀^(qū)域9的這個長度e的情況中，在理想情況中，在片段末端沒有高頻信號16的反射。由于片段8的耦合區(qū)域9中的高頻(即，高于6GHz的頻率)信號16的優(yōu)化電磁耦合10，HF襯底19的厚度d小于1m/4，其在這個實(shí)施例中對應(yīng)于例如厚度d約為250微米的Teflon制成的HF襯底19。
從平面片段8到同軸插口22的連接件的電子過渡24通過兩個結(jié)構(gòu)的軟焊、夾鉗或釬焊而實(shí)現(xiàn)。這個過渡24可以突然發(fā)生，從而在線路結(jié)構(gòu)7中出現(xiàn)幾何形狀的跳變，這導(dǎo)致線路結(jié)構(gòu)7上的反射或線路結(jié)構(gòu)7的波阻改變。當(dāng)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的片段8或例如同軸插口22自身的內(nèi)部導(dǎo)體具有連續(xù)的結(jié)構(gòu)過渡24時，這些具有缺點(diǎn)的干擾效果可以得到避免，從而實(shí)現(xiàn)在較大帶寬具有反射較少的波阻過渡。優(yōu)選地，在所示的情況中，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7以及剩余的HF電子器件27的整個構(gòu)造實(shí)現(xiàn)在同一HF襯底19上。術(shù)語“剩余HF電子器件27”意味著控制和/或分析單元的部分，其產(chǎn)生和/或?yàn)榱藴y量而處理高頻信號16或微波信號17。這個HF襯底19包括傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7、同軸插口22和剩余的HF電子器件27，其位于支持結(jié)構(gòu)20之上。裝置2和HF電子器件27例如利用粘合劑固定在NF板上，因?yàn)槔鏣eflon制成的約250微米厚的平臺機(jī)械不穩(wěn)定。相反，如果使用陶瓷例如LTCC作為用于HF襯底19的材料，則可以忽略附加的支持結(jié)構(gòu)20，因?yàn)檫@個襯底層18自己具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。
這個多重流電隔離的實(shí)施例可以非常簡單地制造，因?yàn)楣裁鎮(zhèn)鲗?dǎo)結(jié)構(gòu)7的結(jié)構(gòu)與HF電子器件27一同構(gòu)造在HF襯底上。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的制造因此可以結(jié)合用于HF電子器件的剩余跡線或控制/分析單元27的標(biāo)準(zhǔn)制造處理而執(zhí)行。流電隔離可以簡單地通過傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的結(jié)構(gòu)化處理以及提供貫穿接觸21而實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致成本大大減少，因?yàn)闆]有附加的元件和制造過程用于實(shí)現(xiàn)流電隔離。這種使用傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的流電隔離的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，這種結(jié)構(gòu)具有寬帶帶通特性。通過對稱的共面線路13，實(shí)現(xiàn)多于15％的中央頻率或中波1m的寬帶帶通傳輸。另外，與其它平面波導(dǎo)例如微帶線路15相比，共面線路14具有大為減小的耗散，即，電磁波在介質(zhì)中的傳播速度僅僅略微依賴于波長或頻率。這是非常有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)楹纳?dǎo)致高頻信號16在平面波導(dǎo)上的行程時間差依賴于頻率，從而行程時間測量不可以以寬帶微波脈沖實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橛捎谖⒉}沖的不同部分的不同傳播速度，接收的測量信號不再明確地與時間或行程距離相關(guān)聯(lián)。
圖4以縱截面顯示了流電隔離的第二實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，省略了在HF襯底19上的貫穿接觸21。然而，需要襯底層18的多層結(jié)構(gòu)，這使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的制造更加復(fù)雜。另一個優(yōu)點(diǎn)是，在HF襯底19的多層實(shí)施例中，多重電磁耦合10所需的空間減少。當(dāng)然，也可以構(gòu)造具有一個或多個襯底層的多種實(shí)施例形式。
圖5是用于固有安全區(qū)域和非固有安全設(shè)備之間的流電隔離的第一實(shí)施例的透視圖。
現(xiàn)在根據(jù)入射的高頻信號16或微波信號17解釋該結(jié)構(gòu)。高頻信號16或微波信號17首先從HF電子器件或控制/分析單元27(這例如是微帶跡線技術(shù)15)通過信號路徑12的壓力接觸21而實(shí)施為對稱的共面線路13。為了減少在貫穿接觸21的位置通過平面波導(dǎo)的幾何形狀跳變而突然受到反射的高頻信號16過渡區(qū)域14，在共面線路13的信號路徑11中形成無級波阻過渡或遞減28，其使得可以以較大帶寬實(shí)現(xiàn)高頻信號16的反射很少的波阻過渡。信號路徑11和兩條參考路徑12彼此平行地位于HF襯底19的上側(cè)并形成共面線路13。在HF襯底19的上側(cè)是相應(yīng)放置的另一片段8，從而線路結(jié)構(gòu)7的片段8在HF襯底19的不同面上形成空間分離的耦合區(qū)域。通過這些重疊長度e為1m/4的耦合區(qū)域，高頻信號16被電磁耦合入相對的片段8。耦合區(qū)域9的長度e被大致設(shè)置為1m/4，由于電磁場不在傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的片段8突然結(jié)束，由傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的片段8的開放末端的開路的1m/4轉(zhuǎn)換導(dǎo)致兩個重疊的耦合區(qū)域9之間的電磁短路。以這樣的方式選擇耦合區(qū)域9的寬度b，使得通過在耦合區(qū)域9的范圍中的片段8的寬度b的突然改變，獲得波阻跳變。這種波阻跳變是阻抗轉(zhuǎn)換所需要的，以通過HF襯底19的電介質(zhì)材料將片段8的阻抗與電磁耦合10的阻抗匹配。這些電磁耦合10多重實(shí)現(xiàn)，例如在第一和第二實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)三次。在對稱的共面線路14的最后片段8，指示到同軸插口22的突然電子過渡24。這個同軸插口22的連接的電子接觸23可以通過不同方法實(shí)現(xiàn)，它們各自具有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。例如，可以提供軟焊、夾鉗裝置或釬焊，其將平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與同軸插口22的連接相連。出于波阻匹配的原因，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的突然受到反射的過渡24可以通過片段8或同軸插口22的連接的連續(xù)的反射很少的過渡24而實(shí)現(xiàn)。
圖6顯示了圖5中以C指示的部分，并且提供了傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的片段8的耦合區(qū)域9的放大圖。這里可以更清楚地看出傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)7的片段8的耦合區(qū)域9，特別是在耦合區(qū)域9的片段8的寬度b的改變。從高頻技術(shù)角度來看，這些由片段8的寬帶b的改變提供的幾何形狀跳變形成波阻跳變，這用作阻抗轉(zhuǎn)變。通過阻抗轉(zhuǎn)變，片段8的阻抗通過HF襯底19的電介質(zhì)材料匹配電磁耦合10的阻抗。
權(quán)利要求
1.一種用于傳輸中波(1m)寬帶高頻信號(16)的裝置(2)，其包括傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)，該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括至少一條信號路徑(11)和兩條關(guān)于信號路徑(11)對稱設(shè)置的參考路徑(12)，它們共同形成共面線路(13)，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)設(shè)置在預(yù)定厚度(d)的至少一個電介質(zhì)襯底層(18)的兩個相對面上，使得傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)構(gòu)成在預(yù)定的耦合區(qū)域(9)中重疊的流電隔離，從而傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)的耦合區(qū)域(9)通過電磁耦合(10)而傳輸高頻信號(16)，其特征在于，襯底層(18)的厚度(d)小于1m/4，并且多個電磁耦合(10)順序串行設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)具有多個片段(8)，它們交替地位于襯底層(18)的兩個面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)的耦合區(qū)域(9)的寬度(b)、長度(e)和/或襯底層(18)的厚度(d)，使得高頻信號(16)的電磁耦合(10)在耦合區(qū)域(9)上最大化并且傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)的波阻得以匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中襯底層(18)是HF襯底(19)，并且HF襯底(19)具有在至少一個支持結(jié)構(gòu)(20)上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中HF襯底(19)由塑料或陶瓷的材料組中的至少一種材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中從傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)到同軸插口(22)的高頻信號(16)的過渡(24)突然地或連續(xù)地實(shí)現(xiàn)，并且在傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)和同軸插口(22)之間通過夾鉗裝置、釬焊和/或軟焊形成電子觸點(diǎn)(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在對稱的共面線路(13)到微帶線路(15)的過渡區(qū)域(14)中提供無級波阻過渡(28)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在所選擇的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)片段(8)之間具有貫穿接觸(21)，其實(shí)現(xiàn)所選擇的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)(7)片段(8)之間的導(dǎo)電信號過渡。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中裝置(2)被集成在測量儀表(1)中，該測量儀表經(jīng)由發(fā)送和/或接收單元(3)將高頻信號(16)輻射進(jìn)入開放的或閉合的空間系統(tǒng)(4)并且/或者接收來自開放的或閉合的空間系統(tǒng)(4)的高頻信號(16)，并且該測量儀表通過對發(fā)送的高頻信號(16)的行程時間測量而確定填充物質(zhì)(5)的料位(6)，其中高頻信號(16)是微波信號(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳輸中波(l
文檔編號H01P5/08GK101027815SQ200580026722
公開日2007年8月29日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者陳琪, 伯恩哈德·米哈爾斯基 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司