DE102012205243A1

DE102012205243A1 - Richtkoppler mit geringer elektrischer Kopplung

Info

Publication number: DE102012205243A1
Application number: DE102012205243A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Mann; Christian Wangler
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-02
Also published as: WO2013143537A1

Abstract

Ein Richtkoppler (1), insbesondere für Systeme zur Plasmaanregung und/oder Laseranregung, umfasst: a. Eine Hauptleitung (2) zur Übertragung einer Leistung; b. Eine erste Nebenleitung (4), die in einem Koppelbereich (3) von der Hauptleitung (2) beabstandet zu dieser verläuft; c. Eine erste Abschirmung (12, 12.1, 12.2), die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen (14, 14.1, 14.2) aufweist, wobei d. die Streifen (14, 14.1, 14.2) an ihrem freien Ende (16) einen elektrischen Leerlauf aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler, insbesondere für Systeme zur Plasmaanregung und/oder Laseranregung, umfassend:

a. eine Hauptleitung zur Übertragung einer Leistung;
b. eine erste Nebenleitung, die in einem Koppelbereich von der Hauptleitung beabstandet zu dieser verläuft;
c. eine erste Abschirmung, die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen aufweist.

Hochfrequenzgeneratoren werden dafür eingesetzt, eine Hochfrequenzleistung zu erzeugen und an eine Last zu liefern. Als Last kommen beispielsweise Plasmaprozesse, wie Plasmabeschichten und Plasmaätzen, oder Laserprozesse (Laseranregung) in Frage. Da sich die Impedanz der Last ändern kann und es somit bei Fehlanpassung zur (teilweisen) Reflektion der von dem Hochfrequenzgenerator gelieferten Leistung kommen kann, wird häufig nicht die gesamte von dem Hochfrequenzgenerator gelieferte Leistung in der Last (dem Plasma) absorbiert. Um die in die Last gelieferte Hochfrequenzleistung genau einstellen bzw. regeln zu können, ist es wünschenswert, die in der Last absorbierte Leistung zu bestimmen.
Es ist bekannt, zur Messung/Bestimmung der in einer Last absorbierten Hochfrequenzleistung einen Richtkoppler einzusetzen, wobei die absorbierte Hochfrequenzleistung sich aus der Differenz der von dem Hochfrequenzgenerator erzeugten Leistung und der reflektierten Leistung ergibt. Dadurch ist es möglich, den Hochfrequenzgenerator so zu regeln, dass die in der Last absorbierte Leistung hochgenau eingestellt und konstant gehalten werden kann.
Um sowohl die in Richtung Last gelieferte Hochfrequenzleistung als auch die reflektierte Leistung erfassen zu können, ist es bekannt, Richtkoppler einzusetzen, die neben einer Hauptleitung, über die die Hochfrequenzleistung in Richtung Last gesendet wird, zwei Nebenleitungen aufweisen. Über eine Nebenleitung kann dabei die in Richtung Last gelieferte Leistung gemessen werden und über die andere Nebenleitung kann die reflektierte Leistung gemessen werden. Aufgrund der Lieferung der Hochfrequenzleistung über die Hauptleitung entstehen elektromagnetische Felder, die auf die Nebenleitungen gekoppelt werden, so dass an den Nebenleitungen ein Messsignal erfasst werden kann, welches mit der Leistung auf der Hauptleitung in Beziehung steht. Mit dem Begriff Richtschärfe ('Directivity') wird die Qualität der Messung beschrieben. Ziel ist es, auf der einen Nebenleitung möglichst nur Anteile der in Richtung Last gelieferten Leistung zu detektieren und mit der anderen Nebenleitung möglichst nur Anteile der reflektierten Leistung zu detektieren. In der Praxis wird dies jedoch nicht vollständig erreicht. Das bedeutet, dass mit der einen Nebenleitung, mit der nur die in Richtung Last gelieferte Leistung detektiert werden soll, auch immer ein kleiner Anteil der reflektierten Leistung detektiert wird. Mit der Richtschärfe ('Directivity') wird das Verhältnis von der Leistungsdetektion des gewünschten Signals zu der Leistungsdetektion des unerwünschten Leitungssignals bezeichnet. Die Richtschärfe (Directivity) sollte möglichst groß sein.
Richtkoppler, die für den oben genannten Zweck geeignet sind, weisen in der Regel einen festen Koppelfaktor auf, der je nach Frequenz und gewählter Geometrie ca. 20 dB bis 70 dB beträgt, d. h. es handelt sich um eine schwache Kopplung. Von besonderer Wichtigkeit beim Design eines Richtkopplers sind die Genauigkeit und die resultierenden Herstellkosten. Eine hohe Genauigkeit wird insbesondere durch eine hohe Directivity erreicht.
Um bei höheren Frequenzen, z. B. 40 MHz, und hohen Leistungen, z. B. 24 kW, eine schwache Kopplung zu erzielen, müssten bei einem Platinenrichtkoppler immer dickere Platinenschichten verwendet werden oder die Nebenleitungen müssten sehr schmal realisiert werden (<< 1 mm). Ein solches System oder Vorgehen wäre jedoch sehr toleranzempfindlich, denn je kleiner die Abmessungen der Nebenleitungen werden, desto größer werden die Auswirkungen der Fertigungstoleranz, die im Allgemeinen gleich bleibt.
Aus der beschriebenen Problemstellung folgt, dass bei Platinenrichtkopplern aufgrund der endlichen Platinendicke nicht beliebig kleine Koppelfaktoren realisiert werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen kostengünstig herzustellenden Richtkoppler bereit zu stellen, der eine hohe Genauigkeit aufweist und eine schwache Kopplung aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Richtkoppler, insbesondere für Systeme zur Plasmaanregung und/oder Laseranregung, umfassend:

a. eine Hauptleitung zur Übertragung einer Leistung;
b. eine erste Nebenleitung, die in einem Koppelbereich von der Hauptleitung beabstandet zu dieser verläuft;
c. eine erste Abschirmung, die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen aufweist, wobei
d. die Streifen an ihrem freien Ende einen elektrischen Leerlauf aufweisen.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das elektrische Feld gedämpft wird, das magnetische Feld jedoch nicht oder nur geringfügig. Dadurch, dass die Abschirmung Streifen aufweist, die einen elektrischen Leerlauf aufweisen, wird zwischen den Streifen eine Unterbrechung realisiert, so dass sich ringförmige Ströme in der Abschirmung nicht oder nur sehr schlecht ausbilden können. Dadurch kann gezielt die elektrische Kopplung von der Hauptleitung auf die Nebenleitung reduziert werden. Die Directivity wird maßgeblich durch die auf die Nebenleitung gekoppelten Felder sowie durch die Lastimpedanz, auf die die Nebenleitung arbeitet, beeinflusst. Die erfindungsgemäß durchgeführte gezielte Dämpfung der elektrischen Felder hat zur Folge, dass die Nebenleitung toleranzoptimiert angepasst werden kann, so dass eine Last, auf die die Nebenleitung arbeitet, im Bereich von 50 Ohm liegen kann. Durch die Reduzierung der Kopplung des elektrischen Feldes erhält man daher größere Freiräume bezüglich der Wahl der Lastimpedanz, auf die die Nebenleitung arbeitet.
Durch die Verwendung der Abschirmung mit Streifen, die einen Leerlauf aufweisen, wobei die Abschirmung und die Streifen vorzugsweise aus Kupfer ausgebildet sind, kann die Kopplung auf –45 dB und geringer gesenkt werden.
Die erste Abschirmung des Richtkopplers kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass zwischen zumindest zwei Streifen eine einseitig offene schlitzartige Ausnehmung vorgesehen ist. Durch Einbringen eines einseitig offenen Schlitzes, können auf besonders einfache Art und Weise zwei Streifen realisiert werden. Die einseitig offene schlitzartige Ausnehmung verhindert, dass sich zwischen den Streifen Ringströme ausbilden können. Dadurch wird das elektrische Feld abgeschirmt und die elektrische Kopplung von der Hauptleitung auf die Nebenleitung reduziert.
Eine besonders einfache Art der Ausgestaltung der ersten Abschirmung ergibt sich, wenn die erste Abschirmung als kammartige Struktur ausgebildet ist, wobei die Streifen die Zinken der kammartigen Struktur bilden.
Die erste Abschirmung kann mit Masse verbunden sein. Auch dadurch kann die Ausbildung von ringförmigen Strömen in der ersten Abschirmung wirksam vermindert werden.
Die Hauptleitung und die erste Nebenleitung können im Kopplungsbereich parallel zueinander verlaufen. Dadurch entsteht ein größerer Kopplungsbereich. Außerdem wird die Herstellung des Richtkopplers, insbesondere wenn dieser als Platinenrichtkoppler ausgebildet ist, vereinfacht.
Die Hauptleitung kann in einer ersten und die Nebenleitung kann in einer zweiten, insbesondere parallelen, Lage angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Hauptleitung und die Nebenleitung übereinander angeordnet sind.
Die erste Abschirmung kann in einer dritten Lage angeordnet sein. Somit kann die erste Abschirmung in einer zusätzlichen Lage einer Mehrlagenplatine realisiert werden. Die Herstellung der Hauptleitung oder der Nebenleitung wird dadurch nicht beeinflusst.
Dabei kann die erste Abschirmung in einer zur ersten und zweiten Lage parallelen Lage angeordnet sein.
Um eine möglichst effektive Abschirmung des elektrischen Feldes zu erreichen kann die dritte Lage zwischen erster und zweiter Lage oder auf der der Hauptleitung abgewandten Seite der zweiten Lage angeordnet sein. Die erste Abschirmung kann somit entweder zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung angeordnet sein oder unter der Nebenleitung, d. h. auf der der Hauptleitung abgewandten Seite der Nebenleitung angeordnet sein.
Die Nebenleitung kann im Koppelbereich eine Länge < λ/8 aufweisen, wobei λ die Wellenlänge der auf der Hauptleitung zu übertragenden Signale ist. Somit hat die Nebenleitung im Kopplungsbereich eine Ausdehnung, die wesentlich kleiner ist als die Wellenlänge. Typischerweise kann die Ausdehnung 0,01 × λ betragen. Somit lässt sich der Richtkoppler relativ kleinbauend realisieren.
Die Abstände zwischen den Streifen können im Bereich 0,5 bis 10 mm liegen. Dies bedeutet, dass die schlitzartige Ausnehmung eine Breite im Bereich 0,5 bis 10 mm aufweisen kann. Der Abstand der Streifen kann je nach Einsatzzweck des Richtkopplers somit zur Dimensionierung des Koppelfaktors des Richtkopplers verwendet werden.
Die Abstände zwischen den Streifen können im Bereich von 0,0005 × λ bis 0,001 × λ liegen. Dies bedeutet, dass die schlitzartige Ausnehmung eine Breite im Bereich 0,0005 × λ bis 0,001 × λ aufweisen kann. Auf diese Weise werden die Koppelamplituden angepasst und die Richtschärfe verbessert.
Die Streifen können eine Breite im Bereich 0,5 bis 10 mm aufweisen.
Die Streifen können auch eine Breite im Bereich 0,0005 × λ bis 0,001 × λ aufweisen. Auf diese Weise werden die Koppelamplituden angepasst und die Richtschärfe verbessert.
Es ist somit denkbar, die Abstände zwischen den Streifen und die Streifenbreite unabhängig voneinander zu wählen. Es ist auch denkbar, eine symmetrische Anordnung zu wählen, so dass die Streifen die gleiche Breite aufweisen wie die Schlitze zwischen den Streifen. Auch die Streifenbreite kann somit zur Dimensionierung des Koppelfaktors verwendet werden.
Die Länge der Streifen kann im Bereich 30 bis 50% der Breite einer Platine sein, auf der der Richtkoppler realisiert ist.
Die Länge der Streifen kann im Bereich 0,001 × λ bis 0,01 × λ sein. Auf diese Weise werden die Koppelamplituden angepasst und die Richtschärfe verbessert.
Der Richtkoppler kann eine zweite Nebenleitung aufweisen, die im Koppelbereich beabstandet von der Hauptleitung, insbesondere parallel zu dieser, verläuft. Wenn somit zwei Nebenleitungen vorgesehen sind, kann sowohl die in Richtung Last übertragene Leistung erfasst werden als auch die von der Last reflektierte Leistung. Dies kann auf den unterschiedlichen Nebenleitungen erfolgen. Vorzugsweise sind zwei Nebenleitungen zumindest im Kopplungsbereich parallel zueinander angeordnet und sind die Nebenleitungen im Kopplungsbereich auch parallel zur Hauptleitung angeordnet. Eine besonders hohe Genauigkeit kann durch die Verwendung von zwei Nebenleitungen erreicht werden. Die hohe Genauigkeit wird insbesondere durch eine hohe Directivity erreicht. Die Genauigkeitsanforderung betrifft insbesondere die Ausgangssignale der Nebenleitungen für den Fall, dass beliebige Fehlanpassungslastimpedanzen am Ausgang der Hauptleitung vorliegen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Richtkoppler in einem System verwendet wird, welches zur Betreibung einer Plasmalast verwendet wird. Eine Plasmalast hat eine stark nichtlineare und sich ständig ändernde Impedanz.
Bei der Verwendung von zwei Nebenleitungen kann jeweils ein Ende der Nebenleitung durch einen Widerstand und eine Kapazität (eine hohe Genauigkeit des Widerstandswert und eine hohe Genauigkeit der Kapazität erlauben eine hohe Directivity) sowie das andere Ende der Nebenleitung mit der Messelektronik abgeschlossen werden.
Wird die Koppelgeometrie so gewählt, dass bei hoher Directivity die Abmessungen der Nebenleitungen erheblich größer sind als die Toleranzen der Leiterplattenfertigung, so ergibt sich ein besonders geringer Einfluss des Herstellungsprozesses der Leiterplatte auf die Directivity.
Die Herstellung wird vereinfacht, wenn die zweite Nebenleitung in der zweiten Lage angeordnet ist. Somit können die erste und zweite Nebenleitung gleichzeitig hergestellt werden. Die erste und zweite Nebenleitung können zumindest im Kopplungsbereich identisch ausgebildet sein, insbesondere gleich lang und gleich breit sein.
Der zweiten Nebenleitung kann eine zweite Abschirmung zugeordnet sein, die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen aufweist, wobei die Streifen an ihrem freien Ende einen elektrischen Leerlauf aufweisen. Somit wird auch die elektrische Kopplung auf die zweite Nebenleitung effektiv durch die zweite Abschirmung, insbesondere im Vergleich zu einer magnetischen Kopplung, reduziert. Die Herstellung des Richtkopplers wird vereinfacht, wenn die erste und die zweite Abschirmung identisch ausgebildet sind. Dadurch ist es auch möglich, den Richtkoppler symmetrisch auszubilden und für die beiden Nebenleitungen den gleichen Koppelfaktor zu realisieren.
Wenn die erste und die zweite Abschirmung in derselben Lage angeordnet sind, können diese gleichzeitig hergestellt werden. Dadurch werden die Herstellungskosten des Richtkopplers verringert.
Die erste und die zweite Abschirmung können mit den freien Enden ihrer Abschirmstege gegenüberliegend angeordnet sein. Somit kann zwischen der ersten und der zweiten Abschirmung ein Spalt realisiert sein. Um zu verhindern, dass sich Ringströme ausbilden, sollten sich die erste und zweite Abschirmung nicht berühren.
Der Abstand der ersten und zweiten Nebenleitung kann im Koppelbereich kleiner sein als die Breite der Hauptleitung. Die Nebenleitungen befinden sich dann in einem Bereich, wo sich das elektrische Feld zwischen Hauptleitung und Masse homogen ausbildet. Dadurch hat ein Lagenversatz (Fertigung) wenig Auswirkung auf die Koppeleigenschaften Die erste und die zweite Nebenleitung können symmetrisch bezüglich einer Mittenlängsebene der Hauptleitung angeordnet sein. Dadurch ergibt sich insgesamt ein symmetrischer Aufbau des Richtkopplers.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäße Richtkoppler bei Frequenzen im Bereich 1 bis 100 MHz und bei Leistungen im Bereich 1 kW bis 100 kW eingesetzt wird. Er ist somit besonders geeignet, Signale mit Frequenzen im Bereich 1 bis 100 MHz und Leistungen im Bereich 1 kW bis 100 kW auf der Hauptleitung zu übertragen.
Eine besonders kostengünstige Herstellungsmöglichkeit ergibt sich, wenn der Richtkoppler als Mehrlagenleiterkartenbauteil (Multilayerplatine) ausgebildet ist. Ein solcher Richtkoppler ist kostengünstiger und mit höherer Reproduzierbarkeit herstellbar als z. B. ein Richtkoppler aus gefrästen (Metall-)Bauteilen (Fräsrichtkoppler).
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Reduzierung des Koppelfaktors zwischen einer Hauptleitung und einer Nebenleitung eines Richtkopplers, der als mehrlagiger Platinenrichtkoppler ausgebildet ist, bei dem die elektrische Kopplung zwischen einer Hauptleitung und einer Nebenleitung reduziert wird, indem eine Abschirmstruktur in einer Lage über oder unter der Nebenleitung verwendet wird, durch die die elektrische Kopplung stärker geschwächt wird als die magnetische Kopplung. Durch diese Maßnahme kann eine höhere Genauigkeit und somit ein geringerer Koppelfaktor realisiert werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung des Koppelfaktors zwischen einer Hauptleitung und einer Nebenleitung eines Richtkopplers, der als mehrlagiger Platinenrichtkoppler mit mehreren elektrisch isolierenden Schichten ausgebildet ist, bei dem die elektrische Kopplung zwischen einer Hauptleitung und einer Nebenleitung reduziert wird, indem in der obersten isolierenden Schicht ein Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante verwendet als in der untersten isolierenden Schicht. Durch diese Maßnahme können kapazitive Verluste erhöht werden, wodurch effektiv die elektrische Kopplung von der Hauptleitung auf die Nebenleitung reduziert wird. Auch dies führt zu dem oben beschriebenen Ziel, einen niedrigen Koppelfaktor zu realisieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentlich Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Richtkopplers;
2 eine perspektivische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Richtkoppler;
3 eine weitere Ausführungsform einer ersten und zweiten Abschirmung;
4 eine alternative Ausführungsform einer ersten und zweiten Abschirmung;
5 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Richtkoppler im Bereich der Hauptleitung.
Die 1 zeigt einen Richtkoppler 1, der aus mehreren Lagen besteht. Insbesondere ist der Richtkoppler 1 als Mehrlagenleiterkartenbauteil ausgebildet. Der Richtkoppler 1 weist eine Hauptleitung 2 auf, durch die eine elektrische Leistung übertragen wird. In einem Kopplungsbereich 3 sind eine erste Nebenleitung 4 und eine zweite Nebenleitung 5 vorgesehen, welche im Kopplungsbereich parallel zueinander verlaufen. Die Nebenleitungen 4, 5 verlaufen auch parallel zur Hauptleitung 2. Insbesondere sind die Nebenleitungen 4, 5 in einer Lage unterhalt der Hauptleitung 2 angeordnet. Die Anschlüsse 6 bis 9 der Nebenleitungen 4, 5 befinden sich außerhalb des Kopplungsbereichs 3, ebenfalls wie die Anschlüsse 10, 11 der Hauptleitung 2.
Um zu bewirken, dass elektrische Felder von der Hauptleitung 2 weniger stark auf die erste und zweite Nebenleitung 4, 5 gekoppelt werden als magnetische Felder, sind eine erste Abschirmung 12 und eine zweite Abschirmung 13 vorgesehen. Die erste und zweite Abschirmung 12, 13, die über oder unter den Nebenleitungen 4, 5 angeordnet sein können, weisen Streifen 14, 15 auf, deren freien Enden 16, 17 elektrisch leerlaufend sind. An den anderen Enden sind die Streifen 14, 15 mit weiteren Streifen derselben Abschirmung 12, 13 elektrisch leitend verbunden.
Zwischen zwei benachbarten Streifen derselben Abschirmung 12, 13 sind schlitzartige Ausnehmungen 18, 19, die an einer Seite geöffnet sind, vorgesehen. Somit sind die Abschirmungen 12, 13 kammartig ausgebildet, wobei die Streifen 14, 15 die Zinken bilden.
Die erste und zweite Abschirmung 12, 13 sind gegenüberliegend voneinander angeordnet, wobei die freien Enden 16, 17 aufeinander zuweisen, jedoch durch einen Spalt 20 voneinander beabstandet sind. Die Abschirmungen 12, 13 können im Betrieb mit Masse verbunden sein.
Die 2 zeigt den Richtkoppler 1 in zusammengebautem Zustand. Die Nebenleitungen 4, 5 sind im Kopplungsbereich nicht zu sehen, da sie sich unterhalb der Hauptleitung 2 befinden. Auch die freien Enden 16, 17 der Streifen 14, 15 sind nicht zu sehen, da diese sich ebenfalls unterhalb der Hauptleitung 2 und somit im Kopplungsbereich 3 befinden. Der 2 kann man entnehmen, dass die Streifen 14, 15 senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Hauptleitung 2 bzw. des Kopplungsbereichs 3 ausgerichtet sind. Diese Anordnung ist für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Richtkopplers jedoch nicht zwingend.
Die Streifen 14, 15 der Abschirmungen 12, 13 und die schlitzartigen Ausnehmungen 18, 19 weisen im gezeigten Beispiel dieselbe Breite auf. Die Breiten der Streifen 14, 15 und auch der schlitzartigen Ausnehmungen 18, 19 kann jedoch variieren.
Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform für erste und zweite Abschirmungen 12.1, 13.1. Hier ist zu erkennen, dass die Streifen 14.1, 15.1 in unterschiedliche Richtungen in Bezug auf die Hauptleitung 2 ausgerichtet sind. Außerdem ist der Abstand zwischen den Streifen einer Abschirmung 12.1, 13.1 nicht notwendigerweise äquidistant. Die Abstände bzw. Schlitzbreiten können variieren. Die Breite der Streifen 14.1, 15.1 ist nicht gleich. Auch die Breite der Streifen 14.1, 15.1 kann somit variieren.
In der 4 ist eine weitere alternative Ausgestaltung einer ersten und zweiten Abschirmung 12.2, 13.2 gezeigt. In diesem Fall sind die Streifen 14.2, 15.2 schräg, insbesondere in einem Winkel zwischen 0 und 90° zur Erstreckungsrichtung der Hauptleitung 2 ausgerichtet. Auch hier wird, wie in den vorgeschriebenen Ausführungsformen die Ausbildung von Ringströmen in den Abschirmungen 12.2, 13.2 durch das Vorhandensein der schlitzartigen Ausnehmungen 18.2, 19.2 vermieden oder zumindest verringert. Auch in der 4 ist zu erkennen, dass die Breite der Streifen und auch der Abstand zwischen den Streifen unterschiedlich ist.
In den 1, 3 und 4 sind erste und zweite Abschirmungen gezeigt, die sich im Wesentlichen in einer Ebene erstrecken. Dies ist vorteilhaft, da diese Abschirmungen einfach in einem Platinenprozess hergestellt werden können. Es ist aber durchaus denkbar, die Abschirmungen schräg zu stellen bzw. nicht in derselben Ebene anzuordnen.
Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Richtkoppler 1. Die unterste Schicht in einer untersten Lage ist eine metallische Schicht 30, die als dritte Abstimmung ausgebildet ist und mit Masse verbunden werden kann. Über der Schicht 30 ist eine isolierende Schicht 31 vorgesehen, die vorzugsweise aus Platinenmaterial hergestellt ist. Diese Schicht kann eine erste Dielektrizitätskonstante ε_r1 aufweisen. Darüber sind die erste und zweite Nebenleitung 4, 5 in einer Lage angeordnet. Über den Nebenleitungen 4, 5 ist eine weitere isolierende Schicht 32 vorgesehen, die ebenfalls aus Platinenmaterial ausgebildet sein kann. Diese Schicht 32 kann eine zweite Dielektrizitätskonstante ε_r2 aufweisen.
Über der Schicht 32 sind die erste und zweite Abschirmung 12, 13, bzw. die Streifen 14, 15 in einer weiteren Lage zu erkennen. Hier ist auch zu erkennen, dass die Streifen 13, 14 durch den Spalt 20 beabstandet sind. Ein Spalt derselben Breite befindet sich auch zwischen den Nebenleitungen 4, 5 im Kopplungsbereich 3. Über der ersten und zweiten Abschirmung 12, 13 ist eine weitere als isolierende Schicht ausgebildete Schicht 33 vorgesehen, auf der sich die Hauptleitung 2 in einer weiteren Lage befindet. Diese Schicht weist eine Dielektrizitätskonstante ε_r3 auf. Eine weitere isolierende Schicht 34 kann über der Hauptleitung 2 angeordnet sein. Vorzugsweise ist ε_r1 < ε_r2 und ε_r1 < ε_r3 Durch das Verhältnis von ε_r1, ε_r2 und ε_r3 können kapazitive Belastungen generiert werden, wodurch die elektrische Kopplung zwischen der Hauptleitung 2 und den Nebenleitungen 4, 5 reduziert werden kann. Im Bereich der Hauptleitung 2 ist oberhalb der Schicht 34 keine weitere Lage vorgesehen. Außerhalb des in der 5 dargestellten Kopplungsbereichs kann jedoch eine metallische Schicht, insbesondere eine Beschaltung vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausgestaltung können die Lagen der Nebenleitungen 4, 5 und der ersten und zweiten Abschirmung 12, 13 vertauscht werden. Dies würde bedeuten, dass auf der Schicht 31 die erste und zweite Abschirmung 12, 13 und auf der Schicht 32 die erste und zweite Nebenleitung 4, 5 angeordnet sind.

Claims

Richtkoppler (1), insbesondere für Systeme zur Plasmaanregung und/oder Laseranregung, umfassend: a. Eine Hauptleitung (2) zur Übertragung einer Leistung; b. Eine erste Nebenleitung (4), die in einem Koppelbereich (3) von der Hauptleitung (2) beabstandet zu dieser verläuft; c. Eine erste Abschirmung (12, 12.1, 12.2), die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen (14, 14.1, 14.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass d. die Streifen (14, 14.1, 14.2) an ihrem freien Ende (16) einen elektrischen Leerlauf aufweisen.
Richtkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei Streifen (14, 14.1, 14.2) eine einseitig offene schlitzartige Ausnehmung (18, 18.2) vorgesehen ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abschirmung (12, 12.1, 12.2) als kammartige Struktur ausgebildet ist, wobei die Streifen (14, 14.1, 14.2) die Zinken der kammartigen Abschirmung (12, 12.1, 12.2) bilden.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (2) in einer ersten und die erste Nebenleitung (4) in einer zweiten, insbesondere parallelen, Lage angeordnet ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abschirmung (12, 12.1, 12.2) in einer dritten Lage angeordnet ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenleitung (4) im Koppelbereich eine Länge < λ/8 aufweist, wobei λ die Wellenlänge der auf der Hauptleitung zu übertragenden Signale ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen Streifen (14, 14.1, 14.2) im Bereich 0,0005 × λ bis 0,001 × λ betragen, wobei λ die Wellenlänge der auf der Hauptleitung zu übertragenden Signale ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (14, 14.1, 14.2) eine Breite im Bereich 0,0005 × λ bis 0,001 × λ betragen, wobei λ die Wellenlänge der auf der Hauptleitung zu übertragenden Signale ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Streifen (14, 14.1, 14.2) im Bereich 30 0,001 × λ bis 0,01 × λ liegt, wobei λ die Wellenlänge der auf der Hauptleitung zu übertragenden Signale ist.
Richtkoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Nebenleitung (5) eine zweite Abschirmung (13, 13.1, 13.2) zugeordnet ist, die die mehrere elektrisch miteinander verbundene Streifen (15, 15.1, 15.2) aufweist, wobei die Streifen (15, 15.1, 15.2) an ihrem freien Ende (17) einen elektrischen Leerlauf aufweisen.
Verfahren zur Reduzierung des Koppelfaktors zwischen einer Hauptleitung (2) und einer Nebenleitung (4, 5) eines Richtkopplers, der als mehrlagiger Platinenrichtkoppler ausgebildet ist, bei dem die elektrische Kopplung zwischen einer Hauptleitung (2) und einer Nebenleitung (4, 5) reduziert wird, indem eine Abschirmstruktur (12, 12.1, 12.2, 13, 13.1, 13.2) in einer Lage über oder unter der Nebenleitung (4, 5) verwendet wird, durch die die elektrische Kopplung stärker geschwächt wird als die magnetische Kopplung.