專利名稱：直流電壓隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電壓隔離器，具有至少 一條接地線和至少 一條信號傳輸導(dǎo)線，接地線和信號傳輸導(dǎo)線借助于絕緣體隔開地設(shè) 置，其中，在信號傳輸導(dǎo)線中設(shè)置有電容。這種直流電壓隔離器隔 開或疊加電信號的取決于時間的分量與直流電壓分量。為此在電容 器的 一個或兩個觸點上i殳置有另 一個接線端，在該接線端上，命入或
輸出直流電壓分量。這些元件的英文名稱為"Bias-T"。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的Bias-T將電信號的直流電壓分量(DC)與取 決于時間的分量(HF) ^皮此分開。理想的Bias-T為3端口，其包 4舌無窮大的電容C和無窮大的電感L，參見圖1。通過端口 1實J見 或取消DC信號和HF信號的疊加。電感僅僅允許DC信號通過， 而電容反之僅4又允許HF信號通過。由此，DC分量的信號路徑由 端口 l延伸至端口 3, HF分量的信號^"徑由端口 l延伸至端口 2。 在不考慮電感和端口 3的'lt況下，Bias-T可以用于從端口 1至端口 2的直;;危電壓隔離。
然而實際的Bias-T積 f又具有電容C和電感L的有限的^f直。由 此導(dǎo)致有限大的下臨界頻率fgl。在這種臨界頻率之下，HF信號在 其從端口 1至端口 2的^各徑上急劇地衰減。由于交流電路的電容電阻Xc根據(jù)公式-2(C來表現(xiàn)，這種電容電阻隨著頻率的增高而
不斷變小。因此從理論上預(yù)期不到Bias-Ts的上臨界頻率。
然而參見圖2顯示出，即圍繞信號導(dǎo)線的空間幾乎完全由^L引 導(dǎo)的波的電磁場所填滿。由于實際的電容也具有幾何形狀的外部尺 寸，該尺寸隨著電容值的增加而增大，因此元件的存在會干擾在其 周圍的場分布。電容也表現(xiàn)出在導(dǎo)致反射的波導(dǎo)中的不連續(xù)性。散 布的波的頻率越高或者波長越短，則這種不連續(xù)性越強烈地妨礙傳 輸。所以大的電容可能限制上臨界頻率fg2。
如果在端口 1與端口 3之間i殳置感應(yīng)線圈，該感應(yīng)線圈也導(dǎo)至丈 上臨界頻率fg2。實際的感應(yīng)線圈具有有限的尺寸。因此感應(yīng)線圈如 電容一樣導(dǎo)致具有前述消極效果的、在波導(dǎo)中的不連續(xù)性。
此外，實際的電感也總是具有用于電容和歐姆電阻器的有限的 值。因此電感可以描述為多個理想的元件的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)具有至少 一個諧振頻率，其中其具有短3各的效應(yīng)并且由此導(dǎo)致了在HF信號 的傳輸中的最小量。為了達到最高的上臨界頻率fg2，該諧振頻率必 須很高。通常情況下，當電感的尺寸變小時，其諧振頻率會上升。 然而由此電導(dǎo)體的橫截面積會變小，并且負載DC電流的能力被限 制。
為了解決這一問題，DE 103 08 211 Al提出，在內(nèi)部導(dǎo)線上引 導(dǎo)電；茲波，該內(nèi)部導(dǎo)線由無縫的、基本上同軸的外部導(dǎo)線包圍。內(nèi) 部導(dǎo)線在分離點上由縫隙分開。該分離點利用電容器來橋接。為了 盡可能少地干擾在同軸的導(dǎo)線布置中的場分布，在這里將電容器安 裝到內(nèi)部導(dǎo)線中。然而這種布置沒有解決這個問題，即電容器的一 側(cè)額外地與線圈接觸而不干擾傳輸。
6GB 2 189 942 A公開了一種Bias-T，其通過不同寬的樣i帶線來 實現(xiàn)。4艮據(jù)這種現(xiàn)有4支術(shù)，孩史帶線在端口 1與端口 2之間連續(xù)地變 寬，由此^f吏得其阻抗下降。在端口 1與端口 3之間的電感由非常細 長的、具有高阻抗的纟敬帶線構(gòu)成。由此避免了 HF信號通過細長的 微帶線到達端口 3。在輸入了 DC電流之后，二微帶線的寬度減小并 且阻抗由此重新減小到原始值。由于短而有效的導(dǎo)線長度，可以在 上臨界頻率大約升高了的情況下輸入DC電流。然而Bias-T因為不 具有電容而不能用于隔離DC信號和HF信號。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于，^提出一種具有增大的帶寬的直流電壓 隔離器或者說一種直流電壓供應(yīng)裝置。本發(fā)明的目的還在于，提出 一種直流電壓供應(yīng)裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種直流電壓供應(yīng)裝置 具有"t是高了的上臨界頻率和增大了的最大DC電流。
本發(fā)明通過一種直流電壓隔離器來實現(xiàn)，該直流電壓隔離器具 有至少一條接地線和至少一條信號傳輸導(dǎo)線，接地線和信號傳輸導(dǎo) 線借助于絕緣體隔開地設(shè)置，其中，在信號傳輸導(dǎo)線中在一個區(qū)域 中設(shè)置有電容，在該區(qū)域中，信號導(dǎo)線的面向絕緣體的表面大于接 地線的面向絕緣體的表面。
才艮據(jù)本發(fā)明，信號導(dǎo)線和接地線的面向絕》彖體的表面理解為包 絡(luò)線的表面。在這里，在導(dǎo)線布置的橫截面中包絡(luò)線是具有最小的 周長的、完全包圍各條導(dǎo)線的4黃截面的曲線。
在本專利申請中，絕纟彖體理解為阻止了在信號傳輸導(dǎo)線與4妄地 線之間的直流電流的各種材料。例如絕緣體可以由氣隙或保護氣體 構(gòu)成。然而特別地可以考慮使用絕緣固體。在這種情況下，介電常數(shù)優(yōu)選為大約1至大約13。特別優(yōu)選地z使用聚四氟乙烯(PTFE) 和/或GaAs和/或石英和/或InP。在半導(dǎo)電可摻雜的絕纟彖體上，該 Bias-T可以以特別簡單的方式作為具有》丈大器的單片電3各集成到基板上。
視不同情況而定，作為合金或作為層結(jié)構(gòu)的多種材料的組合體 也可以用作絕纟彖體。
數(shù)十年來，在電子和信息技術(shù)中具有這樣的基本假定，即在波 導(dǎo)中信號導(dǎo)線的尺寸小于一個或多個接s地線的尺寸。例如同軸傳輸 線由細的信號導(dǎo)線構(gòu)成，該信號導(dǎo)線設(shè)置在導(dǎo)線的對稱軸線上。該 信號導(dǎo)線由圓柱狀的4妄地線在外部包圍。0.3至1 mm的細長的銅導(dǎo) 線作為信號導(dǎo)線應(yīng)用到印刷電路板上，而反之在多數(shù)情況下印刷電 路板的整個背面作為接地線使用或兩條接地線設(shè)置在信號導(dǎo)線兩 側(cè)。根據(jù)本發(fā)明此時可以看出，本發(fā)明的目的可以通過打破這一慣 例來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明使用了增大了的信號導(dǎo)線，該信號導(dǎo)線與僅僅小的 接地線相對。由于幾何形狀的這種相反狀態(tài)，構(gòu)成Bias-Ts的電容C 的電子元件可以設(shè)置在一個空間區(qū)域中，在該空間區(qū)域中，電容不 會明顯地千擾傳輸中的HF波的場分布。這是因為HF線;洛的更寬 的導(dǎo)線一直完全屏蔽傳輸中的波的場，而反之在更細長的導(dǎo)線上出 現(xiàn)了邊纟彖效應(yīng)，乂人而4吏該導(dǎo)線由傳輸中的波的場包圍。
本發(fā)明的目的也通過一種具有插^也線和信號傳輸導(dǎo)線的直流 電壓隔離器來實現(xiàn)，其中在信號傳輸導(dǎo)線上設(shè)置有電容器，其特征 在于，信號傳輸導(dǎo)線的尺寸和接地線的尺寸這樣來實現(xiàn)，即信號傳 輸導(dǎo)線屏蔽傳播的交流電壓信號的電場，從而在信號導(dǎo)線的表面上 具有一個區(qū)域，在該區(qū)域中，交流電壓信號的電場強度的振幅低于
8出現(xiàn)在接地線的表面上的交流電壓信號的電場強度的振幅，并且電 容器設(shè)置在信號傳輸導(dǎo)線的被以這種方式屏蔽的區(qū)域中。
電場強度可以通過計算獲得。在已知了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、即4妄地線和 信號傳輸導(dǎo)線的精確尺寸的情況下，可以計算出在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的每個 點上的電場強度。基于根據(jù)本發(fā)明所選擇的接地線和信號傳輸導(dǎo)線 的尺寸，在信號傳輸導(dǎo)線上具有一些區(qū)域，在這些區(qū)域中，交流電 壓信號的電場強度的振幅低于出現(xiàn)在4妾地線的表面上的電場強度 的振幅。對于在導(dǎo)線的表面上所出現(xiàn)的或者計算出的交流電壓信號 的電場強度的振幅的考慮和比較在同 一地點進行。在同 一地點的意 思是考慮了正交于傳輸中的交流電壓信號的傳輸方向的橫截面。
這里為了解釋明白示出了圖3a。圖3a是穿過根據(jù)本發(fā)明的波
導(dǎo)結(jié)構(gòu)的、正交于交流電壓信號的傳llr方向的才黃截面?？梢钥闯?，
在信號傳輸導(dǎo)線(這里是上面的導(dǎo)線)中，在背對接地線的一側(cè)上 具有一個區(qū)域，在該區(qū)域的電場強度低于可以在接地線的表面上發(fā) 現(xiàn)的電場強度。表面是指在導(dǎo)線與包圍導(dǎo)線的絕纟彖體之間的介面。 4妾地線由場線包圍，并且因此在其表面(既不在面向信號傳輸導(dǎo)線 的一側(cè)上也不在背對信號傳輸導(dǎo)線的一側(cè)上)的任意位置上都找不 到具有交流電壓信號的電場強度的這樣的振幅的位置，而該振幅低 于在信號傳輸導(dǎo)線上的被屏蔽的區(qū)域中的交流電壓信號的電場強 度的振幅。在圖3a的示例中，在信號傳輸導(dǎo)線上的^皮屏蔽的區(qū)域 在信號傳輸導(dǎo)線的背對接地線的 一側(cè)/表面上。
此時，出于隔離直流電壓的目的而拆開信號傳輸導(dǎo)線并且由此 形成縫隙，該縫隙利用一個電容器或者利用多個電容器橋^t妻。該縫 隙為了執(zhí)行直流電壓隔離而置入到信號傳輸導(dǎo)線中，進而干擾了信 號傳輸導(dǎo)線的屏蔽能力。然而，在(沿著信號的傳輸方向)離縫隙 一到兩個縫隙寬度的距離已經(jīng)重新出現(xiàn)了幾乎無場的區(qū)域，從而該雜散場的效應(yīng)可以忽略。為了隔離直流電壓，采用一個沿著傳纟番方 向特定的導(dǎo)線部段，其中沿著該部段的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸根據(jù)本發(fā)明 這樣地設(shè)計，即在信號傳輸導(dǎo)線上根據(jù)本發(fā)明具有一個用于直流電 壓隔離的被屏蔽的區(qū)域以供使用。在該區(qū)域中在信號傳輸導(dǎo)線上裝 入用于縫隙的橋接的電容器，即在一個區(qū)域中，這些電容器在該區(qū) 域中不會明顯地千擾傳4番的交流電壓信號的場分布。
導(dǎo)體的表面不是指在導(dǎo)線中封裝的空腔的表面，即在導(dǎo)線內(nèi)部
包封的法拉第筒的形式的空腔。圖9中示出了具有這樣的空腔(H) 的導(dǎo)線(L)的橫截面。在該橫截面中，在空腔(H)中標出的虛線 示出了被封裝的空腔的表面，其中在比較在信號導(dǎo)線的表面上的電 場強度與在接地線的表面上的電場強度的情況下不考慮該表面。
在直流電壓隔離器的另 一個設(shè)計方案中，通過將信號傳輸導(dǎo)線 在電容的至少一側(cè)上與電感和/或歐姆電阻器連4妄，可以一尋該直;危電 壓隔離器擴展到整個Bias-T。通過這種方式可以將直流電流或者直 流電壓疊加在信號導(dǎo)線上或?qū)С鲞@樣的電壓。通過電感由直流電壓 隔離器同時也得到直流電壓供應(yīng)裝置。通過波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的才艮據(jù)本發(fā)明 的設(shè)計方案，這種擴展是特別簡單的，這是因為電感也安置在信號 傳輸導(dǎo)線的被屏蔽的區(qū)域中。
在根據(jù)本發(fā)明的直流電壓隔離器的 一 個特別優(yōu)選的設(shè)計方案 中，電容和/或電感和/或歐姆電阻器由'除好一個元件構(gòu)成，^L不同 情況而定，該元件為電容器、線圈或薄膜電阻。在這種情況下，直 流電壓隔離器可以構(gòu)造得特別緊湊，不需要電源電壓，并且由此在 一定前提條件下是耐用和可靠的。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，電容和/或電感和/或歐姆電阻器 可以由網(wǎng)纟備構(gòu)成，該網(wǎng)纟備包4舌多個半導(dǎo)體元4牛和/或多個電阻和/或借助于這種網(wǎng)絡(luò)也可以實現(xiàn)用于電 容或電感的大的值，而不必容忍元件大而且重的缺點。則例如在大 的電感的情況下，線圏的歐姆電阻器也可以保持很小，或通過多個 元件的網(wǎng)絡(luò)避免了高電容的電容器的介電功率損^^。
當所4吏用的元件配備有SMD殼體時，才艮據(jù)本發(fā)明的直流電壓 隔離器的結(jié)構(gòu)是特別優(yōu)選的。這些元件具有小的幾何尺寸，由此這 些元件對導(dǎo)線布置周圍的電場分布的影響進一步減小。由于不必i殳 有用于導(dǎo)線引線的孔，該實施方式不考慮另一個^"誤源，在該^睹誤 源上可能出現(xiàn)HF信號的反射和損失。此外，SMD元件具有相似尺 寸的標準化的殼體，該殼體可以實現(xiàn)簡單而可靠的結(jié)構(gòu)。
當在朝向電容的方向上，信號導(dǎo)線的面向絕緣體的表面逐步或 不斷i也增大，而4妄i也線的面向絕纟彖體的表面逐步或不斷i也減小時， 才艮據(jù)本發(fā)明的直流電壓隔離器可以特別簡單地集成到現(xiàn)有的環(huán)境 中。此外在這種情況下，已知的細長的4言號導(dǎo)線可以用于在電子電 路上的大部分的信號傳輸。此外相對的接地面也可以設(shè)計具有大的 面積。通過使信號導(dǎo)線逐步地或不斷地變寬以及使接地線與之相應(yīng) 地變細，僅僅在Bias-T的區(qū)域中使得比例倒轉(zhuǎn)。隨后信號導(dǎo)線優(yōu)選 地在信號導(dǎo)線的最寬的位置上斷開，其中產(chǎn)生的縫隙通過至少一個 電容來橋沖妄。在直流電壓隔離之后，信號導(dǎo)線重新逐步地或不斷地 降4氐到原始值并JU妄地線與之相應(yīng)地變寬。通過導(dǎo)線面積的這種調(diào) 整，導(dǎo)線的波阻抗通過Bias-T遠離地保持恒定。由此可靠地避免了 HF信號的反射和退化。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來i兌，導(dǎo)線的尺寸可 以根據(jù)已知的公式在個別情況中確定，其中寬度基本上取決于所使 用的電介體的厚度和相對的介電常數(shù)。
測量技術(shù)屬于4艮據(jù)本發(fā)明的Bias-T的特別優(yōu)選的應(yīng)用可能性， 例如在氮化鎵元件上以及》文大器技術(shù)，這是因為在這些領(lǐng)域中存在對于帶寬和/或?qū)Ω叩闹绷麟娏鞯呢撦d能力的特別的要求。根據(jù)本發(fā) 明的直流電流輸入可以利用簡單的制造方法根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)集成到 已有的印刷電路板布局中。由此可以實現(xiàn)放大器才莫塊，該放大器模
塊一方面》文大HF信號，同時另一方面加載直流電壓分量。^見不同 情況而定，直流電壓隔離器的以單片電i 各與》文大器的結(jié)合可以在同 一個半導(dǎo)體晶片上實現(xiàn)。由此導(dǎo)線長度和過渡部再次變小并且避免
了 HF信號的干擾的反射。
為了避免周圍的組件的干擾以及避免不希望的高頻信號射入 根據(jù)本發(fā)明的直流電壓隔離器，可以用具有導(dǎo)電能力的屏蔽裝置或 殼體將整個裝置包圍。該殼體特別優(yōu)選地與電接地裝置連接。因此 傳輸中的HF波的電場集中在信號導(dǎo)線與接地線之間，對于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來說，例如設(shè)計了屏蔽裝置到信號傳輸導(dǎo)線的更大的間 距。由此僅僅更小的接地線實質(zhì)性地參與對HF信號的波導(dǎo)，并且 屏蔽裝置的影響保持很小。


根據(jù)以下附圖和實施例更詳細地說明本發(fā)明，而不對本發(fā)明的
的尺寸。
圖1示出了4艮據(jù)現(xiàn)有4支術(shù)的直流電壓供應(yīng)裝置的電路。
圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有或不具有串聯(lián)電容C的微帶線 的電場分布的示意圖。上面的導(dǎo)線是信號導(dǎo)線。下面示出的導(dǎo)線是
接地線。圖3:圖3a示出了未被干擾的反轉(zhuǎn)的微帶線，而圖3b示出了 具有才艮據(jù)本發(fā)明的串耳關(guān)電容C的反轉(zhuǎn)的樣i帶線。在圖3a和3b中， 上面的導(dǎo)線為信號導(dǎo)線。
圖3c示出了根據(jù)本發(fā)明的微帶線的示意圖。
圖4示出了 一種印刷電路斗反布局，利用該印刷電路^反布局，才艮 據(jù)本發(fā)明的直流電壓供應(yīng)裝置可以作為微帶線在平坦的基板上實現(xiàn)。
圖5a示出了根據(jù)圖4的直流電壓供應(yīng)裝置的在500kHz至 500MHz的頻率范圍內(nèi)測得的傳輸和調(diào)整。
圖5b示出了在500MHz至40GHz的頻率范圍內(nèi)的相同的測量。 導(dǎo)體的測量值額外地參與比豐交。
圖6示出了在500MHz至40GHz的頻率范圍內(nèi)參考導(dǎo)線的所 測得的傳輸與根據(jù)圖4的直流電壓供應(yīng)裝置的差。
圖7示出了以同軸導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式的根據(jù)本發(fā)明的直流電壓供
應(yīng)裝置。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的對稱的微帶線的示意圖。 圖9示出了如何理解封裝在導(dǎo)線本身中的空腔。
具體實施例方式
圖2a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的細長的信號導(dǎo)線，該信號導(dǎo)線與 寬的4妄地線隔開地i殳置。在這兩條導(dǎo)線之間i殳計有傳輸中的波的均
13勻的場分布。彎曲的場線在更細長的導(dǎo)線的邊《彖上延伸，這些場線 包圍導(dǎo)線。由此也存在來自于細長的信號導(dǎo)線的上面的場線。
圖2b示出了同一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)線的橫截面圖，該導(dǎo)線具 有串聯(lián)電容C?？梢郧宄乜闯觯撾娙莞蓴_了自由導(dǎo)線的場線走 向。這種干擾在最高為幾百MHz的〗氐頻率的情況下^f呆持對信號質(zhì) 量沒有影響。然而在從大約10GHz及以上的高頻率的情況下，串聯(lián) 電容會導(dǎo)致使得信號質(zhì)量下降的反射。
圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的微帶線。該微帶線的優(yōu)勢在于，上 面的信號導(dǎo)線比細長的接地線更寬。由此未被干擾的微帶線的場分 布不會改變。圖3b示出了具有用于直流電流1#入的電容C和電感 L的直流電壓供應(yīng)裝置的區(qū)域。與在才艮據(jù)圖2b的現(xiàn)有4支術(shù)中不同， 此時該直流電壓供應(yīng)裝置i殳置在導(dǎo)線布置的無場的區(qū)i^中。因此場 分布在直流電流供應(yīng)裝置處相對于未^^皮干擾的導(dǎo)線保持不變。由此 如愿地避免了上臨界頻率fg2通過電容C和電感L出現(xiàn)。由于導(dǎo)線 橫截面更大，可以裝入具有更大的電容值的更大的電容器，從而下 臨界頻率也有利地變小。
在微波傳輸帶技術(shù)中，直流電壓隔離器也就實現(xiàn)為具有一條接 地線和一條信號傳輸導(dǎo)線，接地線和信號傳輸導(dǎo)線作為傳輸帶安置 到介電的基板上。在圖3c中示出了經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的微帶線的、 正交于傳輸中的交流電壓信號的傳輸方向的4黃截面。4妄地線(B) 安置在介電的基板(S)的其中一側(cè)上并且信號傳輸導(dǎo)線(A)安置 在介電的基板(S)的另一側(cè)上，其中電容器(C)在信號傳輸導(dǎo)線 (A)的背對基板的一側(cè)上設(shè)置在信號傳輸導(dǎo)線(A)上，其特征 在于，信號傳輸導(dǎo)線(A)比接地線(B)更寬。更寬的意思是指， 連接信號傳輸導(dǎo)線(A )的金屬噴鍍的兩個最外側(cè)的點ai和a2的線路比連接接地線(B )的金屬噴鍍的兩個最外側(cè)的點和b2的線路更寬。
圖4示出了在微波傳輸帶技術(shù)中實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的直流電壓 供給裝置的印刷電路板布局。圖中示出了表面金屬噴鍍?yōu)榛疑?面金屬噴鍍?yōu)楹谏Ｔ谏厦嬖谧筮厖^(qū)域中，信號導(dǎo)線設(shè)計為細長的 印刷導(dǎo)線，而相對的接地線設(shè)計為明顯比信號導(dǎo)線更寬。在中部區(qū) 域中，直流電流供應(yīng)裝置實現(xiàn)為具有三個用于直流電壓隔離的電容 器。直流電壓在電容器的兩側(cè)通過電感L輸入或輸出。
在該具有電子元件的中部區(qū)域中，信號導(dǎo)線變得明顯比接地線 更寬。此外信號導(dǎo)線不斷地擴大，直到該信號導(dǎo)線達到原始的接地 線的寬度。此外，接地線在同一表面區(qū)域中相應(yīng)地收縮，直到該接 地線達到原始的信號導(dǎo)線的寬度。由于這樣的微波傳輸帶布置的波 阻抗為導(dǎo)線寬度、印刷電路板厚度和相對的介電常數(shù)的函數(shù)，因此 線路的阻抗不會由于導(dǎo)線寬度的這種改變而改變，如根據(jù)圖5和圖 6的測量結(jié)果所示。因此， 一直定4立在寬的和細長的導(dǎo)線之間的電 磁波的場在過渡的區(qū)域內(nèi)由印刷電路板上面轉(zhuǎn)移到底面。因此，導(dǎo) 線在電容C和i殳置在印刷電^各板上面上的直流電流供應(yīng)裝置的區(qū) 域內(nèi)是無場的。
根據(jù)圖4的印刷電路板布局在厚度為的印刷電路板基板 上實現(xiàn)為在上面和底面上分別具有厚度為17/mi的銅金屬噴鍍?；?板材料為市場上可獲得的玻璃纖維加強的PTFE材并牛，在頻率為 lOGHz的情況下，該材料的介電常數(shù)s尸3.38。在這一頻率的情況下， 介電碑毛損為0.0027。整個印刷電路板寬度為4cm，長度為7.3cm。 其中Bias-T占用2x7.3cm2的面積。另夕卜2 x 7.3cm2的面積支撐一 條直的、均勻的寬的參考導(dǎo)線，而沒有其它元件。圖5a示出了在500kHz至500MHz范圍內(nèi)的傳播參數(shù)(S參數(shù))的測量。S參數(shù)用于描述在高頻率的情況下的線性的隨時間變化的網(wǎng)絡(luò)的特性，這是因為變化的值，即電流和電壓只能非常困難地測量。S參數(shù)描述信號部分的數(shù)值和相，這些信號部分在網(wǎng)絡(luò)的各個不同的端口上傳輸或反射。才艮據(jù)圖5可以在頻率為25MHz或更高的情況下實現(xiàn)Bias-Ts的由端口 1到端口 2的幾乎未被干擾的傳輸。帶寬的下限通過所裝入的電感給出。
圖5b示出了用于在500MHz至40GHz的頻率范圍內(nèi)的S參數(shù)的測量。為了比較而示出了相同長度的微帶線的數(shù)據(jù)，而沒有其它元件。參考導(dǎo)線和4艮據(jù)本發(fā)明的直流電壓供應(yīng)裝置示出了不斷地下降到更高的頻率的傳輸。
由圖5b可以看出，根據(jù)本發(fā)明的Bias-T像沒有其它元件的直的參考導(dǎo)線一樣傳輸具有相同質(zhì)量的信號。迄今為止通過直流電壓供應(yīng)裝置觀察到的信號惡化情況在根據(jù)本發(fā)明的印刷電路板布局中不再出現(xiàn)。
這種情況在圖6中再次示出。圖表示出了由圖5測得的用于根據(jù)圖4的參考導(dǎo)線和直流電壓供應(yīng)裝置的傳輸?shù)牟睢Ｖ钡筋l率最高為35GHz時，該差4妄近于零，乂人35GHz起可以測量到2dB的差。
圖7以同軸的形式示出了 4艮據(jù)本發(fā)明的直流電流供應(yīng)裝置的可替換的實施方式。如在微帶線中那樣，打破了由現(xiàn)有技術(shù)中已知的接地線表示大面積的線路的慣例。根據(jù)本發(fā)明，使用了內(nèi)部的、設(shè)置在對稱軸上的導(dǎo)線作為4妄地線。該4妄地線由基本上為圓柱狀的絕緣體材料包圍。在絕緣體材料外部圍繞絕緣體材料安置有同樣基本上為圓柱狀的信號導(dǎo)線作為空心圓柱狀的外部導(dǎo)線。因此在同軸導(dǎo)線內(nèi)部的場分布與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的場分布沒有差別。然而設(shè)置在外
16部的信號導(dǎo)線允許用于直流電壓隔離以及直流電壓輸入或輸出的元件安裝在同軸導(dǎo)線外部的無場區(qū)域中。為此將外部導(dǎo)線拆開并且對產(chǎn)生的縫隙利用電容器來進行橋接。用于實現(xiàn)直流電壓隔離而安置到信號傳輸導(dǎo)線中的縫隙干擾了設(shè)置在外部的信號傳輸導(dǎo)線的屏蔽能力。然而在距縫隙 一至兩個縫隙寬度的距離處已經(jīng)重新加入了近乎無場的區(qū)域，從而該雜散場的效應(yīng)可以忽略。電容器可以才艮據(jù)外部導(dǎo)線的材料安裝在外部導(dǎo)線上或者在外部導(dǎo)線的材料強度更強的情況下也可以安裝到外部導(dǎo)線中。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的直流電壓隔離器的另一種實施方式，即以對稱的帶狀導(dǎo)線的形式。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對稱的帶狀導(dǎo)線中，信號傳輸導(dǎo)線嵌入在絕緣體中并且平行于兩個導(dǎo)電層延伸，導(dǎo)電層作為接地線安置在該絕緣體的相對的兩側(cè)。才艮據(jù)本發(fā)明，這種布置此時這樣改變(見圖8)，即安置在絕緣體的相對的兩側(cè)的兩個外部的導(dǎo)電層(Ai和A2)表示信號傳輸導(dǎo)線而嵌入在絕緣體中的內(nèi)部導(dǎo)線(B)是接地線。這里安置在絕緣體的相對的兩側(cè)的導(dǎo)線(A！和A2 )，也就是說信號傳輸導(dǎo)線(A！和A2 )比接地線(B )更寬。根據(jù)圖8這意味著點a,和a2之間的線路比點hh和b2之間的線路更寬。這里a!和a2分別是信號傳輸導(dǎo)線Ai和A2的金屬噴鍍的最外側(cè)的點，以及b,和b2分別是接地線的金屬噴鍍的最外側(cè)的點。為了直流電壓隔離，此時一條縫隙沿著a！和a2導(dǎo)入到信號傳輸導(dǎo)線Ai和A2中。用于直流電壓隔離的電容器設(shè)置在信號傳輸導(dǎo)線Ai和八2的背^~基4反的一側(cè)上，并緊鄰該t逢隙。
權(quán)利要求
1.一種直流電壓隔離器，具有接地線和信號傳輸導(dǎo)線，其中在所述信號傳輸導(dǎo)線上設(shè)置有電容，其特征在于，這樣來設(shè)計所述信號傳輸導(dǎo)線的尺寸和所述接地線的尺寸，即所述信號傳輸導(dǎo)線屏蔽傳播的交流電壓信號的電場，從而在所述信號導(dǎo)線的表面上具有一個區(qū)域，在所述區(qū)域中，所述交流電壓信號的電場強度的振幅低于出現(xiàn)在所述接地線的表面上的所述交流電壓信號的電場強度的振幅，并且所述電容設(shè)置在所述信號傳輸導(dǎo)線的被以這種方式屏蔽的所述區(qū)域中。
2. —種直流電壓隔離器，特別是根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電壓 隔離器，具有至少一條接地線和至少一條信號傳輸導(dǎo)線，所述 接地線和所述信號傳輸導(dǎo)線借助于絕緣體有隔開地設(shè)置，其中 在所述信號傳輸導(dǎo)線中設(shè)置有電容，其特征在于，所述電容設(shè) 置在一個區(qū)域中，在所述區(qū)域中，所述信號導(dǎo)線的面向所述絕 緣體的表面大于所述接地線的面向所述絕緣體的表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電壓隔離器，其特征在于，所 述信號傳l俞導(dǎo)線在所述電容的至少一側(cè)上與電感和/或歐姆電 阻器連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3中的一項所述的直流電壓隔離器，其 特征在于，所述電容和/或所述電感和/或所述歐姆電阻器由恰 好一個電容器、 一個線圏或一個薄力莫電阻構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3中的一項所述的直流電壓隔離器，其 特征在于，所述電容和/或所述電感和/或所述歐姆電阻器由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所述網(wǎng)絡(luò)包4舌多個半導(dǎo)體元件和/或多個電阻和/或多 個電容器和/或多個電感。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 SMD殼體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2至6中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 在于，所述絕緣體的介電常數(shù)為大約1至大約13，特別是大 約3至大約10。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至7中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 在于，在朝向所述電容的方向上，所述信號導(dǎo)線的面向所述絕 緣體的表面增大，而所述接地線的面向所述絕緣體的表面減小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 在于，所述接地線和所述信號傳輸導(dǎo)線設(shè)置在平坦的絕緣體的 相對側(cè)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 在于，所述接地線和所述信號傳輸導(dǎo)線設(shè)置在平坦的絕緣體的 同側(cè)上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的一項所述的直流電壓隔離器，其特征 在于，所述4妄地線由圓柱狀的絕緣體包圍，所述圓柱狀的絕緣 體自身由圓柱狀的信號傳輸導(dǎo)線包圍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的直流電壓隔離器，其特征在于，所述 圓柱狀的信號傳輸導(dǎo)線由金屬絲網(wǎng)構(gòu)成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中的一項所述的直流電壓隔離器，其特 征在于，所述至少一條接地線和所述至少一條信號傳輸導(dǎo)線由另一條導(dǎo)線包圍。
14. 一種具有根據(jù)權(quán)利要求1至13中的一項所述的直流電壓隔離器的放大器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的放大器，其特征在于，所述放大器含 有GaN和/或GaAs。
16. —種用于分離信號的直流電壓分量和交流電壓分量的方法，在 所述方法中，電容被安裝到信號路徑中，其特征在于，將所述 電容設(shè)置在一個位置上，在所述位置上，傳播中的交流電壓信 號的場分布幾乎為零。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在所述電容的至 少 一 側(cè)上通過電感線圏來導(dǎo)入或?qū)С鏊鲂盘柕乃鲋绷麟妷悍至俊?br> 18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17中的一項所述的方法，其特征在于，在 所述電容的一側(cè)上導(dǎo)入或?qū)С鏊鲂盘柕牡谝恢绷麟妷悍至浚?并且在所述電容的相對側(cè)上導(dǎo)出或?qū)胨鲂盘柕牡诙绷?電壓分量。
19. 4艮據(jù)片又利要求1至13中的一項所述的直流電壓隔離器在測量 技術(shù)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流電壓隔離器，其具有至少一條接地線和至少一條信號傳輸導(dǎo)線，接地線和信號傳輸導(dǎo)線借助于絕緣體隔開地設(shè)置，其中，在信號傳輸導(dǎo)線中在一個區(qū)域中設(shè)置有電容，在該區(qū)域中，信號導(dǎo)線的面向絕緣體的表面大于接地線的面向絕緣體的表面。
文檔編號H01P1/20GK101657933SQ200880012333
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者卡爾·施奈德, 福爾克爾·胡爾瑪, 赫伯特·瓦爾歇, 龍尼·科爾貝 申請人:弗蘭霍菲爾運輸應(yīng)用研究公司