DE102004056259A1 - Kopplungsleitungen für einen YIG-Filter oder YIG-Oszillator und Verfahren zur Herstellung der Kopplungsleitungen - Google Patents

Kopplungsleitungen für einen YIG-Filter oder YIG-Oszillator und Verfahren zur Herstellung der Kopplungsleitungen Download PDF

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Abstract

Eine Kopplungsleitung (1) für einen YIG-Filter (2) oder YIG-Oszillator ist durch Erodieren, Laserschneiden und/oder Ätzen aus einer metallischen Folie (7) hergestellt, wobei die Kopplungsleitung (1) zumindest einen gekrümmten Abschnitt (17), der zumindest ein YIG-Element (6) teilweise umgreift, und zumindest einen Leitungsabschnitt (18) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kopplungsleitungen zur Verwendung in einem YIG-Bandpaßfilter oder einem YIG-Oszillator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Kopplungsleitungen, die zur Verwendung in einem YIG-Bandpaßfilter oder einem YIG-Oszillator geeignet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • YIG-Bandpaßfilter oder YIG-Oszillatoren verfügen über zumindest einen Resonator, welcher vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und aus einem Yttrium-Eisen-Granat (Yttrium-Iron-Garnet YIG) hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Kopplungsleitungen vermittelt, die so ausgebildet und angeordnet sein müssen, daß der Mittelpunkt des Resonators und der Mittelpunkt des Biegeradius einer Kopplungsleitung genau übereinstimmen.
  • Ein YIG-Bandpaßfilter mit entsprechend ausgebildeten Kopplungsleitungen ist beispielsweise aus der Druckschrift US 4,480,238 bekannt. Der durchstimmbare YIG-Bandpaßfilter weist dabei einen Grundkörper auf, welcher Schlitze zur Aufnahme von isolierten Plättchen, die an einer Kante eine leitfähige Beschichtung aufweisen, die als Kopplungsleitungen dient, umfaßt. Weiterhin sind Filterkammern zur Aufnahme der YIG-Elemente vorgesehen. Die Plättchen werden so über die YIG-Elemente in die Schlitze eingelegt, daß die YIG-Elemente in Einbuchtungen in den mit der leitfähigen Beschichtung versehenen Kanten angeordnet sind. Die YIG-Elemente und die Plättchen werden in festen Positionen fixiert.
  • Nachteilig an dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten YIG-Bandpaßfilter ist insbesondere die aufwendige Herstellung der die Kopplungsleitungen bildenden Plättchen. Der als Träger dienende Isolator muß zunächst entsprechend geformt und dann mit der leitfähigen Beschichtung versehen werden. Dies ist aufwendig und ausschußgefährdet, da die Beschichtung durch die geringe Schichtdicke empfindlich gegen Beschädigungen ist.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, Kopplungsleitungen zu schaffen, die einfach herstellbar, unempfindlich gegen Beschädigungen und leicht einbaubar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Kopplungsleitungen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird bezüglich der Kopplungsleitungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 11 sowie bezüglich eines Folien-Trägers für die Kopplungsleitungen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 19 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kopplungsleitungen und des erfindungsgemäßen Trägers sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Kopplungsleitungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
    •
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1A eine schematische, perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Grundkörpers eines YIG-Bandpaßfilters mit Resonatoren und Koppelungsleitungen,
  • 1B eine schematische, perspektivische Darstellung der Resonatoren und Koppelungsleitungen ohne Grundkörper,
  • 2A eine schematische Darstellung einer beispielhaften Koppelungsschlaufe für zwei Resonatoren gemäß dem Stand der Technik,
  • 2B eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgestalteten Koppelungsschlaufe für zwei Resonatoren, und
  • 3A–C schematische Darstellungen von erfindungsgemäß ausgestalteten Koppelungsleitungen während des Herstellungsprozesses vor dem Vereinzeln.
  • 1A zeigt in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines YIG-Bandpaßfilters 2, der einen Grundkörper 3 und im Ausführungsbeispiel vier in dem Grundkörper 3 ausgebildete Filterkammern 4 mit ebenso vielen YIG-Elementen 6 aufweist.
  • Die YIG-Elemente 6 sind dabei kugelförmig aus einem Yttrium-Eisen-Granat ausgebildet, auf Haltern 10 beispielsweise durch Kleben mit Epoxydharz montiert und durch Kopplungsleitungen 1 elektromagnetisch gekoppelt.
  • Die Filterkammern 4 sind durch Schlitze 5 miteinander verbunden, in welche die Kopplungsleitungen 1 eingelegt sind. Dabei sind im Ausführungsbeispiel jeweils zwei der Filterkammern 4 gleich ausgebildet. In die mit 4a bezeichneten Filterkammern 4 münden Koaxialkabel 11 ein, über die der Signalein- bzw. -auslauf erfolgt. Die mit 4b bezeichneten Filterkammern 4 weisen dagegen nur die YIG-Elemente 6 auf. Die Anzahl der Filterkammern 4b ist dabei nicht auf zwei beschränkt, sondern kann auch eins oder mehr betragen so daß die Gesamtzahl der Filterkammern 4 entweder drei oder fünf oder mehr betragen kann.
  • 1B zeigt zur besseren Verständlichkeit der erfindungsgemäßen Maßnahmen die Anordnung der Kopplungsleitungen 1 sowie der auf ihren Haltern 10 montierten YIG-Elemente 6 ohne den umgebenden Grundkörper 3.
  • Die Kopplungsleitungen 1 sind im Ausführungsbeispiel in zwei verschiedenen Formen ausgeführt. Die die Filterkammern 4b untereinander verbindende Kopplungsleitung 1 ist als Ein- bzw. Ausgangsleitung 1a ausgeführt, während die im Ausführungsbeispiel drei weiteren Kopplungsleitungen 1 als Verbindungsleitungen 1b ausgeführt sind.
  • Wie aus 1B hervorgeht, weisen die Kopplungsleitungen 1 Kontaktfahnen 8 auf, welche einerseits der Masseverbindung der Kopplungsleitungen 1 im Grundkörper 3 und andererseits der Fixierung der Kopplungsleitungen 1 in den Schlitzen 5 dienen. Die Kontaktfahnen 8 sind dabei rechteckig geformt, wobei eine Kantenlänge der Kontaktfahnen 8 ungefähr der axialen Dicke des Grundkörpers 2 entspricht.
  • Betrachtet man die 2A und 2B, ist erkennbar, wodurch sich die erfindungsgemäßen Kopplungsleitungen 1 gemäß 2B von herkömmlichen Kopplungsleitungen 1 gemäß 2A unterscheiden.
  • Den beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, daß jeweils zumindest ein gekrümmter Abschnitt 17 vorgesehen ist, der jeweils ein YIG-Element 6 so zumindest teilweise umgreift, daß ein Mittelpunkt des YIG-Elements 6 mit einem Mittelpunkt des gekrümmten Abschnitts 17 zusammenfällt. Weiterhin ist zumindest ein Leitungsabschnitt 18 vorgesehen.
  • Die in 2A dargestellte Kopplungsleitung 1 gemäß dem Stand der Technik ist aus einem Draht gebogen. Hierbei werden zunächst die YIG-Elemente 6 in den in 2A und 2B nicht näher dargestellten Grundkörper 3 eingebracht und dann der nur grob vorgebogene Draht in die Schlitze 5 eingelegt. Eine Messung des Koppelungsgrades ergibt dann, wo die Kopplungsleitung 1 noch nachgebogen werden muß. Dies erfolgt händisch mittels eines geeigneten Werkzeugs. Danach muß erneut kontrolliert und u.U. wieder nachjustiert werden. Zu diesem Zweck muß jedes Mal der YIG-Filter 2 oder YIG-Oszillator geöffnet und anschließend zum Vornehmen der Messung wieder zusammengebaut werden. Das Verfahren ist somit äußerst aufwendig und führt oftmals sogar dazu, daß das Werkstück nach mehreren Iterationen vollkommen verworfen werden muß, weil keine befriedigende Kopplung erreicht wird.
  • Demgegenüber werden die erfindungsgemäß ausgestalteten Kopplungsleitungen 1 gemäß 2B aus einer metallischen Folie 7 durch geeignete Verfahren wie Ätzen, Erodieren, Schneiden, insbesondere Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden und/oder Stanzen hergestellt und montiert. Danach erfolgt die korrekte Positionierung der YIG-Elemente 6 relativ zu den Kopplungsleitungen 1.
  • Die Folie 7 besteht aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, um sowohl den Anforderungen an die Elastizität als auch an die Festigkeit zu genügen. Die Dicke der Folie 7 beträgt dabei vorzugsweise ca. 50 μm.
  • Die Herstellung der Kopplungsleitungen 1 aus der Folie 7 erfolgt in mehreren Bearbeitungsschritten. Zunächst wird die Folie 7 gereinigt und auf beiden Seiten mit einem Positivlack bei einer Justiergenauigkeit von ca. 5 μm in einer Schichtdicke von ca. 5 μm aufgetragen, um eine Maske zu erstellen. Danach erfolgt die Herstellung der Kopplungsleitungen 1 beispielsweise durch Sprühätzen mit Eisenchlorid (FeCl3). Anschließend werden die in Form eines Trägers 9 mit einer vorher festgelegten Anzahl von Kopplungsleitungen 1 von Lackresten befreit und galvanisch mit einer Goldbeschichtung von ca. 5 μm versehen. Danach folgt ein Härtungsvorgang für beispielsweise eine Stunde bei 325°C. Dann können die Kopplungsleitungen aus dem Folien-Träger 9 gelöst und verbaut werden.
  • Die Kopplungsleitungen 1 weisen durch das beschriebene Herstellungsverfahren eine feste Form mit einem genau definierten Krümmungsradius in den gekrümmten Abschnitten 17 bei einer gleichmäßigen Krümmung auf. Die YIG-Elemente 6 werden dann relativ zu den Kopplungsleitungen 1 ausgerichtet. Dies ist gegenüber dem Stand der Technik einfacher und mit erheblich geringerem Aufwand verbunden, weil die Herstellungsgenauigkeit bei den erfindungsgemäß ausgestalteten Kopplungsleitungen 1 erheblich größer ist als bei händisch gebogenen Kopplungsleitungen 1.
  • 3A zeigt in einer schematischen Darstellung einen Träger 9, welcher die für einen YIG-Bandpaßfilter 2 mit vier YIG-Elementen 6 benötigten Kopplungsleitungen 1 enthält.
  • Wie bereits weiter oben erwähnt, sind die Kopplungsleitungen 1 im Ausführungsbeispiel in Form einer Ein- bzw. Ausgangsleitung 1a sowie dreier Verbindungsleitungen 1b ausgebildet. Die erstere ist in 3A ganz unten in dem Folien-Träger 9 angeordnet, die letzteren darüber.
  • Die 3B und 3C zeigen die in 3A mit IIIB und IIIC bezeichneten Ausschnitte aus dem Träger 9. In 3B ist eine der drei Verbindungsleitungen 1b dargestellt, während 3C die Ein- bzw. Ausgangsleitung 1a zeigt.
  • Aus den 3B und 3C ist erkennbar, daß die Kopplungsleitungen 1 nach dem Vorgang des Ätzens, Schneidens, Stanzens oder Erodierens aus der Folie 7 vor dem Vereinzeln in dem Träger 9 durch Stege 12 gehalten werden, die an den Kontaktfahnen 8 ausgebildet sind. Beim Vereinzeln der Kopplungsleitungen 1 werden die Kopplungsleitungen 1 aus dem Träger 9 durch Brechen der Stege 12 separiert. Nach dem Vereinzeln werden die Kopplungsleitungen 1 entsprechend ihrer Form in dem Grundkörper 3 montiert und durch Löten, Schweißen oder ein anderes, die elektrische Leitfähigkeit erhaltendes Verbindungsverfahren in dem Grundkörper 3 fixiert.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und für beliebig ausgestaltete YIG-Filter 2 oder YIG-Oszillatoren geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims (21)

  1. Kopplungsleitung (1) für einen YIG-Filter (2) oder YIG-Oszillator, wobei die Kopplungsleitung (1) zumindest einen gekrümmten Abschnitt (17), der zumindest ein YIG-Element (6) zumindest teilweise umgreift, und zumindest einen Leitungsabschnitt (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitung (1) durch Erodieren, Schneiden, Stanzen und/oder Ätzen aus einer metallischen Folie (7) hergestellt ist.
  2. Kopplungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellungsverfahren Sprühätzen unter Verwendung von FeCl3 ist.
  3. Kopplungsleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitung (1) als Ein- bzw. Ausgangsleitung (1a) oder als Verbindungsleitung (1b) ausgebildet ist.
  4. Kopplungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitung (6) zumindest eine Kontaktfahne (8) aufweist.
  5. Kopplungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Kontaktfahne (8) einstückig mit der Kopplungsleitung (6) ausgebildet ist.
  6. Kopplungsleitung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Kontaktfahne (8) rechteckig geformt ist.
  7. Kopplungsleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kantenlänge der zumindest einen Kontaktfahne (8) ungefähr einer axialen Dicke eines Grundkörpers (2) des YIG-Filters (2) oder YIG-Oszillators entspricht.
  8. Kopplungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (7) aus einer Legierung aus Kupfer und Beryllium besteht.
  9. Kopplungsleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie (7) 10 bis 100 μm, besonders bevorzugt 25 bis 75 μm, besonders bevorzugt etwa 50 μm beträgt.
  10. Kopplungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine gekrümmte Abschnitt (17) der Kopplungsleitung (1) einen definierten reproduzierbaren Krümmungsradius aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Kopplungsleitung (1) für einen YIG-Filter (2) oder einen YIG-Oszillator, wobei die Kopplungsleitung (1) zumindest einen gekrümmten Abschnitt (17), der zumindest ein YIG-Element (6) zumindest teilweise umgreift, und zumindest einen Leitungsabschnitt (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitung (1) durch Erodieren, Schneiden, Stanzen und/oder Ätzen aus einer metallischen Folie (7) hergestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfaßt: – Reinigen einer Folie (7), – Belacken der Folie (7), – Sprühätzen der Kopplungsleitungen (6) aus der Folie (7), – Entlacken der Kopplungsleitungen (6), – Vergolden der Kopplungsleitungen (6), – Härten der Kopplungsleitungen (6), und – Vereinzeln der Kopplungsleitungen (6) aus der Folie (7).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Belackens der Folie (7) das Belacken einer Vorderseite und einer Rückseite der Folie (7) umfaßt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackdicke beim Belacken ca. 5 μm beträgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiergenauigkeit dem Belacken etwa 5 μm beträgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lack in Form von Positivlack aufgetragen wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Sprühätzens mit Eisenchlorid FeCl3 durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Vergoldens bis zu einer Schichtdicke von ca. 5 μm erfolgt.
  19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Härtens für die Dauer von etwa einer Stunde bei einer Temperatur von ca. 325°C durchgeführt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitungen (1) für jeweils einen Grundkörper (3) eines YIG-Bandpaßfilters (2) oder YIG-Oszillators als Einheit in einem Folien-Träger (9) hergestellt werden.
  21. Folien-Träger (9) für Kopplungsleitungen (1) für YIG-Filter (2) oder YIG-Oszillatoren, wobei die Kopplungsleitungen (1) zumindest einen gekrümmten Abschnitt (17), der zumindest ein YIG-Element (6) umgreift, und zumindest einen Leitungsabschnitt (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Folien-Träger (9) jeweils so viele Kopplungsleitungen (1) enthält, wie für die Bestückung eines YIG-Filters (2) oder des YIG-Oszillators benötigt werden.
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