09.11.2012
Moderne Kommunikationssysteme erfordern planare Wellenleiter, die bei geringen Fertigungskosten Signalfrequenzen im Millimeterwellen- und Sub-Millimeterwellenbereich nahezu störungsfrei übertragen können. In mit herkömmlichen Technologien gefertigten Koplanar- oder Mikrostreifenleitungen treten jedoch Dispersions- und Abstrahlungseffekte auf, und zusätzlich können unerwünschte Moden angeregt werden.
Bessere Eigenschaften zeigen koplanare Wellenleiter (CPWs) in Membrantechnologie. Im Gegensatz zu einem CPW-Träger-
substrat mit mehreren hundert Mikrometern Dicke hat eine sehr dünne Trägermembran eine effektive Dielektrizitätskonstante nahe dem idealen Wert von 1. Daraus ergeben sich hervorragende Dispersionseigenschaften, und unerwünschte Oberflächen-
moden werden nicht angeregt. Mit Hilfe eines an der PTB entwickelten mathematischen Modells ist die genaue Vorhersage der Ausbreitungseigenschaften einer Membran-CPW möglich. Solche von einer Membran getragenen, koplanaren Strukturen wurden am Institut für Mikrotechnik der TU Braunschweig hergestellt.
Durch die Entwicklung einer speziellen Aufsetzstruktur wurde ein breitbandiger und reflexionsarmer Übergang des Signals von einem hochresistivem Siliziumsubstrat zu der Membran-CPW ermöglicht. Damit gelang unter anderem die messtechnische Verifizierung des mathematischen Modells der Membran-CPW. Das Bild zeigt, dass die Abweichungen (dargestellt in rot) zwischen Modellwerten (grün) und Messwerten (blau) für die Dämpfungskonstante nur wenige Prozent betragen und für die Phasenkonstante der Membran-CPW deutlich unter einem Prozent liegen. Die im Vorjahr erzielten Ergebnisse für Membran-CPWs auf hochleitfähigem Silizium wurden damit erheblich verbessert.
Ähnliche Untersuchungen für koaxiale Luftleitungen, die bisher nur bis 65 GHz durchgeführt wurden, lassen erwarten, dass sich die mit Membran-CPWs im Frequenzbereich 65 bis 110 GHz erzielbare Genauigkeit auf einem ähnlichen, wenn nicht sogar besseren Niveau bewegen wird.
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Bild: Messtechnische Verifizierung des Modells zur Berechnung der Ausbreitungskonstanten eines in Membrantechnologie gefertigten koplanaren Wellenleiters (linkes Teilbild für die Dämpfungskonstante, rechtes Teilbild für die normierte Phasenkonstante).
Ansprechpartner: U. Arz
Fachbereich 2.2: Hochfrequenz und Felder