DE102011086557B4

DE102011086557B4 - coupler

Info

Publication number: DE102011086557B4
Application number: DE102011086557.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Glück; Erich Pivit
Original assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: DE102011086557A1

Abstract

Koppleranordnung (1, 100, 200) mit einem ersten Koppler (2, 101, 201) zum Koppeln zweier Hochfrequenzsignale mit einer Frequenz im Bereich 1–30 MHz, mit mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten elektrischen Leiter (131, 133, 231, 231b, 233, 233b), die voneinander beabstandet sind und die in einem Kopplungsbereich (17, 114, 214) eine erste diskrete Kapazität und eine erste diskrete Induktivität bilden, wobei im Kopplungsbereich (17, 114, 214) der Leiter (131, 133, 231, 231b, 233, 233b) zur Erhöhung der ersten Induktivität zumindest ein erstes Induktivitätserhöhungselement (117) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter in Serie zu dem ersten Koppler (2, 101, 201) angeordneter Koppler (3, 102, 202) vorgesehen ist, der ebenfalls mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten elektrischen Leiter (131, 134, 231, 231b, 234, 234b), die voneinander beabstandet sind, aufweist, die in einem Kopplungsbereich (115, 215) eine zweite diskrete Kapazität und eine zweite diskrete Induktivität bilden, wobei im Kopplungsbereich (115, 215) zur Erhöhung der zweiten Induktivität zumindest ein zweites Induktivitätserhöhungselement (118) angeordnet ist, wobei der Kopplungsbereich (115, 215) des zweiten Kopplers (3, 102, 202) kürzer ist als der Kopplungsbereich (17, 114, 214) des ersten Kopplers (2, 101, 201).Coupler arrangement (1, 100, 200) having a first coupler (2, 101, 201) for coupling two high-frequency signals with a frequency in the range 1-30 MHz, with at least one first and at least one second electrical conductor (131, 133, 231, 231b, 233, 233b), which are spaced from one another and which form a first discrete capacitance and a first discrete inductance in a coupling region (17, 114, 214), wherein in the coupling region (17, 114, 214) the conductors (131, 133 , 231, 231b, 233, 233b) for increasing the first inductance at least a first inductance increasing element (117) is arranged, characterized in that a second in series with the first coupler (2, 101, 201) arranged coupler (3, 102, 202), which likewise has at least one first and at least one second electrical conductor (131, 134, 231, 231b, 234, 234b), which are spaced from one another, which has a second discrete capacitance in a coupling region (115, 215) and e form in the second discrete inductance, wherein in the coupling region (115, 215) for increasing the second inductance at least a second inductance increasing element (118) is arranged, wherein the coupling region (115, 215) of the second coupler (3, 102, 202) is shorter than the coupling region (17, 114, 214) of the first coupler (2, 101, 201).

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppleranordnung mit einem ersten Koppler zum Koppeln zweier Hochfrequenzsignale mit einer Frequenz im Bereich 1 bis 30 MHz, mit mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten elektrischen Leiter, die voneinander beabstandet sind und die in einem Kopplungsbereich eine erste diskrete Kapazität und eine erste diskrete Induktivität bilden, wobei im Kopplungsbereich der Leiter zur Erhöhung der ersten Induktivität zumindest ein erstes Induktivitätserhöhungselement angeordnet ist.The invention relates to a coupler arrangement with a first coupler for coupling two high-frequency signals having a frequency in the range 1 to 30 MHz, with at least one first and at least one second electrical conductor, which are spaced apart and in a coupling region, a first discrete capacitance and a first form discrete inductance, wherein in the coupling region of the conductor to increase the first inductance, at least a first inductance increasing element is arranged.

Im Bereich der Laseranregungs- und Plasmaprozesse sind Hochfrequenzverstärker mit den üblichen Industriefrequenzen, wie beispielsweise 13,56 MHz und 27,12 MHz, und Ausgangsleistungen im Bereich von 1 kW bis 50 kW bekannt. Die Verwendung von Hochfrequenzverstärkern größerer Leistung und höherer Frequenzen wird angestrebt, lässt sich aus unterschiedlichsten Gründen jedoch nur schwer realisieren.In the field of laser excitation and plasma processes, high frequency amplifiers with the usual industrial frequencies, such as 13.56 MHz and 27.12 MHz, and output powers in the range of 1 kW to 50 kW are known. The use of high frequency amplifiers of higher power and higher frequencies is sought, but can be realized for various reasons, but difficult.

Ein Grund hierfür ist die Nichtlinearität und die dynamische, oftmals unvorhersehbare Änderung der Lastimpedanzen von Laseranregungs- oder Plasmaprozessen. Diese dynamischen Änderungen der Impedanz erzeugen Reflektionen, die im Verstärker zu Verlusten führen. Hohe Blindenergien, die in den Blindelementen von den Verstärkern, in den Zuleitungen und in Blindelementen von Anpassungsnetzwerken gespeichert sind, können sich dabei entladen und zu hohen Spannungen oder Strömen aufbauen und den Verstärker zu Oszillationen anregen oder Bauteile zerstören.One reason for this is the nonlinearity and the dynamic, often unpredictable change in the load impedances of laser excitation or plasma processes. These dynamic changes in impedance create reflections that cause losses in the amplifier. High reactive energies stored in the dummy elements of the amplifiers, in the leads and in dummy elements of matching networks can thereby discharge and build up to high voltages or currents and excite the amplifier to oscillate or destroy components.

Solche Lastimpedanzänderungen treten beispielsweise beim Zünden der Laseranregungs- oder Plasmaprozesse oder bei Überschlägen (sogenannten Arcs) im Plasmaprozess auf. Zusätzlich muss berücksichtigt werden, dass hochfrequenzbetriebene Laseranregungen und in zunehmendem Maße auch hochfrequenzangeregte Plasmaprozesse gepulst betrieben werden, also die Hochfrequenzverstärker mit Pulsfrequenzen von beispielsweise 100 Hz bis 300 kHz ein- und ausgeschaltet werden oder zwischen zwei Leistungsbereichen geschaltet werden. Bei jedem Schaltvorgang entstehen dann kurzzeitig Reflektionen, die zum größten Teil in den Verstärkern in Verlustenergie, also Wärme, umgesetzt werden.Such load impedance changes occur, for example, when the laser excitation or plasma processes are ignited or during flashovers (so-called arcs) in the plasma process. In addition, it must be taken into account that high-frequency-driven laser excitations and, increasingly, high-frequency excited plasma processes are pulsed, ie the high-frequency amplifiers are switched on and off at pulse frequencies of for example 100 Hz to 300 kHz or switched between two power ranges. Reflections then occur for a short time during each switching process, most of which are converted into energy losses in the amplifiers, ie heat.

Ausgangsstufen solcher Hochfrequenzverstärker werden für kleine Leistungen (1 bis 6 kW) häufig mit Transistoren realisiert, für größere Leistungen werden üblicherweise Röhren eingesetzt. Röhren sind robuster gegenüber Reflektionen und können die Verlustenergie besser abführen als Transistoren. Sie sind aber teurer und unterliegen einem betriebsbedingten Verschleiß. Außerdem sind sie relativ groß.Output stages of such high-frequency amplifiers are often realized with transistors for small powers (1 to 6 kW), tubes are usually used for larger powers. Tubes are more robust to reflections and can dissipate the loss energy better than transistors. But they are more expensive and subject to operational wear. Besides, they are relatively big.

Daher wird zunehmend versucht, auch Hochfrequenzverstärker größerer Leistung mit Transistorausgangsstufen auszurüsten. Mit dem Einsatz von transistorisierten Verstärkern hat der Einsatz von geschalteten Verstärkern, die im Resonanzbetrieb arbeiten, stark zugenommen. Dabei werden die Transistoren so geschaltet, dass nur eine sehr geringe Verlustenergie produziert wird. Damit lassen sich Verstärker mit sehr geringen Abmessungen und vergleichsweise hoher Leistung aufbauen. Solche Verstärker können aufgrund ihrer geringen Baugröße besser in Plasmaanlagen oder Laseranregungsanordnungen integriert werden.Therefore, an attempt is increasingly being made to equip even high-frequency amplifiers of greater power with transistor output stages. The use of transistorized amplifiers has greatly increased the use of switched amplifiers operating in resonant mode. The transistors are switched so that only a very low energy loss is produced. This makes it possible to build amplifiers with very small dimensions and comparatively high power. Such amplifiers, due to their small size, can be better integrated into plasma systems or laser excitation arrangements.

Große Leistungen mit transistorisierten Ausgangsstufen lassen sich mit der Zusammenschaltung mehrerer synchron laufender Hochfrequenzverstärker erzielen. Die Zusammenschaltung erfolgt durch so genannte Koppler oder Combiner.Great performances with transistorized output stages can be achieved with the interconnection of several synchronously running high frequency amplifiers. The interconnection is done by so-called couplers or combiners.

Üblicherweise weisen Koppler im Kopplungsbereich eine Leitung mit einer Länge von λ/4 der zu koppelnden Signale auf. Bei Signalen mit einer Frequenz von 13,56 MHz würde das bedeuten, dass die Kopplungsbereiche eine Länge von etwa 4 m haben müssten. Dies ist für eine Plasma- oder Laseranregungsanordnung deutlich zu groß.Usually couplers in the coupling region on a line with a length of λ / 4 of the signals to be coupled. For signals with a frequency of 13.56 MHz, this would mean that the coupling areas should have a length of about 4 m. This is clearly too large for a plasma or laser excitation arrangement.

Weiterhin ist es bekannt, mehrere Koppler kaskadiert vorzusehen. Dies bedeutet, dass ein Koppler immer zwei Hochfrequenzsignale zu einem Ausgangssignal koppelt. In einer nächsten Stufe würden dann wiederum zwei Ausgangssignale der vorhergehenden Stufe durch einen Koppler gekoppelt. Die Koppler unterschiedlicher Koppelstufen müssen dann durch teure Hochfrequenzverbindungstechnik verbunden werden.Furthermore, it is known to provide several couplers cascaded. This means that a coupler always couples two high-frequency signals to one output signal. In a next stage, in turn, two output signals of the previous stage would be coupled by a coupler. The couplers of different coupling stages must then be connected by expensive high-frequency connection technology.

Die DE 20 2010 016 850 U1 offenbart einen HF-Leistungskoppler zur Kopplung von zwei Hochfrequenzleistungssignalen mit Leistungen jeweils größer als 3 kW und jeweils gleicher Frequenz zwischen 3 und 30 MHz und einstellbarer Phasenbeziehung zueinander mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektrischen Leister, die voneinander beabstandet sind und die kapazitiv und induktiv miteinander gekoppelt sind.The DE 20 2010 016 850 U1 discloses an RF power coupler for coupling two high frequency power signals having powers greater than 3kW each with the same frequency between 3 and 30 MHz and adjustable phase relationship with each other with at least first and second electrical conductors spaced apart and capacitively and inductively coupled together are coupled.

Die EP 1 739 716 A1 offenbart ein HF-Plasmaprozesssystem mit einem HF-Generator und einer Plasmakammer, wobei der HF-Generator die für in der Plasmakammer stattfindenden Plasmaprozesse benötigte HF-Leistung liefert, mit einer zwischen dem HF-Generator und der Plasmakammer angeordneten Leistungsaufteileinrichtung, die HF-Leistung an mindestens zwei der Plasmakammer zugeordnete HF-Leistungseinkoppelanschlüsse liefert, wobei die Leistungsaufteileinrichtung zumindest einen 90°-Hybrid aufweist, der einen Absorberanschluss aufweist, an dem ein Absorbermittel angeschlossen ist.The EP 1 739 716 A1 discloses an RF plasma process system including an RF generator and a plasma chamber, wherein the RF generator provides the RF power needed for plasma processes taking place in the plasma chamber, with RF power provided by a power splitter located between the RF generator and the plasma chamber provides at least two of the plasma chamber associated RF power input terminals, wherein the Power splitting device has at least one 90 ° hybrid having an absorber port to which an absorber means is connected.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Koppleranordnung bereit zu stellen, mit der mehrere Hochfrequenzsignale gekoppelt werden können und die eine kompakte Bauweise aufweist.The object of the present invention is to provide a coupler arrangement with which a plurality of high-frequency signals can be coupled and which has a compact design.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Koppleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die Verwendung von Induktivitätserhöhungselementen können die Abmessungen der Koppler für Frequenzen unter 50 MHz deutlich reduziert werden. Sie können kleiner als λ/4, jedoch insbesondere auch kleiner als λ/8 und sogar kleiner als λ/10 gewählt werden. Die Kopplung zwischen den Leitern in den jeweiligen Kopplungsbereichen entspricht einer kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern, abhängig von der Fläche und dem Abstand der Leiter und einer induktiven Kopplung, abhängig von der Länge der Leiter und von den zusätzlichen Induktivitätserhöhungselementen. Durch die Reihenschaltung der beiden Koppler können diese quasi in einem Stück realisiert werden. Mit dieser Anordnung werden weniger Induktivitätserhöhungselemente benötigt. Verbindungsleitungen zwischen den Kopplern sind nicht notwendig, da diese auf nur einer einzigen Leiterplatte realisiert werden können. Auf teure HF-Verbindungstechnik kann verzichtet werden. Insbesondere kann ein besonders einfacher Aufbau der Koppleranordnung realisiert werden. Mit der erfindungsgemäßen Koppleranordnung können insbesondere Signale mit Leistungen > 1 kW bei Frequenzen zwischen 3 MHz und 30 MHz, insbesondere bei einer festen Frequenz, die nur wenig variiert (+/–5%) gekoppelt werden.This object is achieved by a coupler arrangement with the features of claim 1. By using inductance-increasing elements, the dimensions of the coupler for frequencies below 50 MHz can be significantly reduced. They can be chosen smaller than λ / 4, but in particular also smaller than λ / 8 and even smaller than λ / 10. The coupling between the conductors in the respective coupling regions corresponds to a capacitive coupling between the conductors, depending on the area and the spacing of the conductors and an inductive coupling, depending on the length of the conductors and of the additional inductance-increasing elements. Through the series connection of the two couplers, these can be virtually realized in one piece. With this arrangement, fewer inductance-increasing elements are needed. Connecting lines between the couplers are not necessary because they can be realized on a single circuit board. Expensive HF connection technology can be dispensed with. In particular, a particularly simple construction of the coupler arrangement can be realized. With the coupler arrangement according to the invention, in particular signals with powers> 1 kW can be coupled at frequencies between 3 MHz and 30 MHz, in particular at a fixed frequency which varies only slightly (+/- 5%).

Der Kopplungsbereich des zweiten Kopplers ist kürzer als der Kopplungsbereich des ersten Kopplers. Dadurch kann der zweite Koppler einen anderen Kopplungsfaktor aufweisen als der erste Koppler.The coupling region of the second coupler is shorter than the coupling region of the first coupler. This allows the second coupler to have a different coupling factor than the first coupler.

Der Kopplungsbereich des zweiten Kopplers kann um den Faktor 1/√2 kürzer sein als der Kopplungsbereich des ersten Kopplers. Dadurch kann der Kopplungsbereich des ersten und zweiten Kopplers gleich breit gehalten werden. Der Kopplungsbereich eines dritten in Serie geschalteten Kopplers kann um den Faktor 1/√3 kürzer sein als der Kopplungsbereich des ersten Kopplers. Dadurch kann der Kopplungsbereich des ersten und dritten Kopplers gleich breit gehalten werden. Die Kopplungsbereiche von n in Serie geschalteten Kopplern (n = 2, 3, 4, ...) können jeweils um den Faktor 1/√n kürzer sein als der Kopplungsbereich des ersten Kopplers. Dadurch können die Kopplungsbereiche des ersten bis n-ten Kopplers gleich breit gehalten werden.The coupling range of the second coupler can be increased by the factor 1 / √ 2 shorter than the coupling area of the first coupler. Thereby, the coupling region of the first and second coupler can be kept the same width. The coupling range of a third series coupler can be increased by a factor of 1 / √ 3 shorter than the coupling area of the first coupler. As a result, the coupling region of the first and third couplers can be kept the same width. The coupling ranges of n series-connected couplers (n = 2, 3, 4, ...) can each be multiplied by the factor 1 / √ n shorter than the coupling area of the first coupler. As a result, the coupling regions of the first to nth couplers can be kept the same width.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter des ersten und des zweiten Kopplers kann ein gemeinsames, die Koppler verbindendes isolierendes Trägermaterial, insbesondere ein Leiterplattenmaterial, vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass beide Koppler auf derselben Leiterplatte realisiert werden können.Between the first and the second conductor of the first and the second coupler can be provided a common, the coupler connecting insulating carrier material, in particular a printed circuit board material. This means that both couplers can be realized on the same circuit board.

Die zweite Induktivität kann geringer sein als die erste Induktivität. Dadurch können unterschiedliche Kopplungsfaktoren für die Koppler realisiert werden. Die zweite Induktivität kann um den Faktor 1/√2 kleiner sein als die erste Induktivität. Eine dritte Induktivität eines dritten in Serie geschalteten Kopplers kann um den Faktor 1/√3 kleiner sein als die erste Induktivität. Die Induktivitäten von n in Serie geschalteten Kopplern (n = 2, 3, 4, ...) können jeweils um den Faktor 1/√n kleiner sein als die erste Induktivität. Dadurch können immer die gleichen Leistungen an die Koppler angeschlossen bzw. diesem zugeführt werden.The second inductance may be less than the first inductance. As a result, different coupling factors for the coupler can be realized. The second inductance can increase by the factor 1 / √ 2 be smaller than the first inductance. A third inductance of a third series-connected coupler can be increased by the factor 1 / √ 3 be smaller than the first inductance. The inductances of n series-connected couplers (n = 2, 3, 4, ...) can each be increased by the factor 1 / √ n be smaller than the first inductance. As a result, always the same power can be connected to the coupler or supplied to this.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die zweite Kapazität geringer ist als die erste Kapazität. Auch dies kann zu unterschiedlichen Kopplungsfaktoren führen.Furthermore, it can be provided that the second capacity is less than the first capacity. This too can lead to different coupling factors.

Die zweite Kapazität kann um den Faktor 1/√2 kleiner sein als die erste Kapazität. Eine dritte Kapazität eines dritten in Serie geschalteten Kopplers kann um den Faktor 1/√3 kleiner sein als die erste Kapazität. Die Kapazitäten von n in Serie geschalteten Kopplern (n = 2, 3, 4, ...) können jeweils um den Faktor 1/√n kleiner sein als die erste Kapazität. Dadurch können immer die gleichen Leistungen an die Koppler angeschlossen werden und der Kopplungsbereich kann gleich breit geschaltet sein.The second capacity can be increased by the factor 1 / √ 2 be smaller than the first capacity. A third capacity of a third series-connected coupler can increase by a factor 1 / √ 3 be smaller than the first capacity. The capacities of n series-connected couplers (n = 2, 3, 4, ...) can each be increased by the factor 1 / √ n be smaller than the first capacity. As a result, always the same power can be connected to the coupler and the coupling area can be switched the same width.

Ein besonders kompakter Aufbau der Koppleranordnung ergibt sich, wenn der Kopplungsbereich des ersten Kopplers kürzer als λ/4 ist, insbesondere kleiner als λ/10 ist, wobei λ die Wellenlänge der zu koppelnden Hochfrequenzsignale ist.A particularly compact design of the coupler arrangement results when the coupling region of the first coupler is shorter than λ / 4, in particular smaller than λ / 10, where λ is the wavelength of the high-frequency signals to be coupled.

Die Koppler können einen gemeinsamen Leiter aufweisen. Dadurch ist es möglich, die Koppleranordnung besonders kompakt aufzubauen. Es ist nicht notwendig, für jeden Koppler separate Anschlüsse vorzusehen und diese durch HF-Verbindungstechnik miteinander zu verbinden.The couplers may have a common conductor. This makes it possible to construct the coupler arrangement particularly compact. It is not necessary to provide separate connections for each coupler and to connect them together by means of HF connection technology.

Besonders kostengünstig und mit wenigen Bauteilen kann die Koppleranordnung aufgebaut werden, wenn die Koppler auf derselben Leiterkarte realisiert sind.Particularly cost-effective and with few components, the coupler arrangement can be constructed when the couplers are implemented on the same printed circuit board.

Zumindest ein Induktivitätserhöhungselement kann die Leiter im Kopplungsbereich zumindest teilweise umgeben. Durch ein Induktivitätserhöhungselement, welches die Leiter im Kopplungsbereich teilweise umgibt, kann eine besonders gute Induktivitätserhöhung realisiert werden.At least one inductance-increasing element may at least partially surround the conductors in the coupling region. By an inductance increasing element, which partially surrounds the conductors in the coupling region, a particularly good inductance increase can be realized.

Zumindest ein Induktivitätserhöhungselement kann ringförmig ausgebildet sein. Grundsätzlich kann ein Induktivitätserhöhungselement eine beliebige Form aufweisen. Vorzugsweise umgibt es die Leiter im Kopplungsbereich jedoch zumindest teilweise. Es kann z. B. parallel zu ihnen liegen. Dadurch kann auch eine besonders einfache und effektive Kopplung erreicht werden. Bevorzugt wird das Induktivitätserhöhungselement die Leiter im Kopplungsbereich ringförmig umgeben. Dabei ist mit ringförmig gemeint, dass die Leiterbahnen von einer geschlossenen Geometrie umgeben sind, sie kann kreisförmig, ellipsoid, rechteckig oder anders geformt sein. Der Vorteil einer ringförmigen Geometrie ist, dass Streufelder reduziert werden. Bei einer rechteckigen Bauweise der Ringform kann die Wärme, die im Induktivitätserhöhungselement entsteht, besonders gut an eine planare Kühlplatte abgeführt werden. At least one inductance-increasing element may be annular. In principle, an inductance-increasing element can have any shape. Preferably, however, it at least partially surrounds the conductors in the coupling region. It can, for. B. parallel to them. As a result, a particularly simple and effective coupling can be achieved. The inductance-increasing element is preferably surrounded annularly in the coupling area by the conductors. In this case, by annular is meant that the conductor tracks are surrounded by a closed geometry, they can be circular, ellipsoidal, rectangular or otherwise shaped. The advantage of an annular geometry is that stray fields are reduced. In a rectangular construction of the ring shape, the heat generated in the inductance increasing element can be particularly well dissipated to a planar cooling plate.

Die rechteckige Bauform kann aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, z. B. aus vier Quadern oder aus zwei U-förmigen Teilen oder auch aus einem U-förmigen Teil und einem Quader. Bei den aus mehreren Teilen zusammengesetzten Bauformen ist eine vereinfachte Fertigung möglich.The rectangular shape may be composed of several parts, for. B. four blocks or two U-shaped parts or from a U-shaped part and a cuboid. In the assembled from several parts designs a simplified production is possible.

Außerdem können zur Einstellung der Induktivität einstellbare Spalte zwischen den Teilen vorgesehen sein. Es ist daher vorteilhaft, wenn zumindest ein Induktivitätserhöhungselement zumindest einen einstellbaren Spalt aufweist.In addition, adjustable gaps can be provided between the parts to adjust the inductance. It is therefore advantageous if at least one inductance-increasing element has at least one adjustable gap.

Zumindest ein Induktivitätserhöhungselement kann aus ferritischem Material ausgebildet sein. Das aus ferritischem Material ausgebildete Induktivitätserhöhungselement kann dabei einen A_L-Wert zwischen 40 nH und 200 nH aufweisen. Je nach den zu koppelnden Leistungen können Ferrite mit relativ hohen oder niedrigen magnetischen Verlusten eingesetzt werden. Während bei vergleichsweise kleinen Leistungen Ferrite mit relativ hohen magnetischen Verlusten eingesetzt werden können, sollte für hohe Leistungen ferritisches Material mit sehr niedrigen magnetischen Verlusten eingesetzt werden. Bei gleicher Baugröße weisen Ferritkörper mit niedrigen magnetischen Verlusten in der Regel auch niedrige A_L-Werte auf, weshalb zur Erzielung der gleichen Induktivität entsprechend mehr Ferritkörper eingesetzt werden müssen. Während also bei vergleichsweise kleinen Leistungen Ferrite mit großem A_L-Wert von beispielsweise 200 nH einsetzbar sind und damit nur wenige Ferrite erforderlich sind, um die notwendige Induktivität von z. B. 500 nH zu erreichen, müssen für hohe Leistungen, z. B. 5 kW, mit entsprechend großen Strömen in den Leiterbahnen Ferrite mit geringem A_L-Wert verwendet werden, weil sonst entsprechend hohe ferromagnetische Verluste in den Ferritkernen auftreten. Die magnetischen oder auch gyromagnetischen Verluste steigen in einem Ferritkern materialabhängig bei bestimmten Frequenzen bis zu einer magnetischen Resonanzfrequenz an. Liegt diese ferromagnetische Resonanzfrequenz zu niedrig und zu nah an der Betriebsfrequenz, so erwärmen die Verluste den Ferrit. Es werden deshalb bei hohen Leistungen vorzugsweise Ferritringe bzw. Ferritringkerne verwendet, die einen geringen A_L-Wert aufweisen und dafür wird eine entsprechend höhere Anzahl verwendet.At least one inductance increasing element may be formed of ferritic material. The inductance-increasing element formed of ferritic material may have an A _L value between 40 nH and 200 nH. Depending on the power to be coupled, ferrites with relatively high or low magnetic losses can be used. While at comparatively low powers ferrite with relatively high magnetic losses can be used, for high power ferritic material with very low magnetic losses should be used. With the same size, ferrite bodies with low magnetic losses generally also have low A _L values, which is why more ferrite bodies must be used in order to achieve the same inductance. Thus, while at relatively low powers ferrites with a large A _L value of, for example 200 nH are used and thus only a few ferrites are required to achieve the necessary inductance of z. B. 500 nH, must for high performance, eg. B. 5 kW, with correspondingly large currents in the interconnects ferrites are used with low A _L value, because otherwise correspondingly high ferromagnetic losses occur in the ferrite cores. The magnetic or gyromagnetic losses increase in a ferrite core depending on the material at certain frequencies up to a magnetic resonance frequency. If this ferromagnetic resonance frequency is too low and too close to the operating frequency, the losses heat the ferrite. It is therefore preferably used at high power ferrite rings or ferrite cores, which have a low A _L value and for a correspondingly higher number is used.

Ein Serienkoppler kann realisiert werden, wenn mehr als zwei Koppler mit unterschiedlichen Kopplungsfaktoren in Serie miteinander verbunden sind.A serial coupler can be realized if more than two couplers with different coupling factors are connected in series.

Dabei kann der Koppler, der den Leistungsausgang der Koppleranordnung aufweist, den kürzesten Kopplungsbereich aufweisen. Insbesondere können die Kopplungsfaktoren der Koppler bis zum Leistungsausgang hin stets zunehmen.In this case, the coupler, which has the power output of the coupler arrangement, have the shortest coupling region. In particular, the coupling factors of the coupler can always increase towards the power output.

Die Koppleranordnung kann wenigstens drei Eingangsanschlüsse zum Koppeln von drei Hochfrequenzsignalen gleicher Leistung und gleicher Frequenz aufweisen. Somit kann mit der Koppleranordnung bei geringen Dimensionen eine Kopplung von drei Hochfrequenzleistungssignalen zu einem Ausgangssignal durchgeführt werden.The coupler arrangement may have at least three input terminals for coupling three high frequency signals of equal power and frequency. Thus, with the coupler assembly, at small dimensions, coupling of three high frequency power signals to one output signal can be performed.

Die Koppleranordnung kann wenigstens drei Eingangsanschlüsse zum Koppeln von drei Hochfrequenzsignalen mit unterschiedlicher Phase zueinander aufweisen. Dabei kann der Eingangsanschluss des zweiten Kopplers gleichzeitig ein Tor des ersten Kopplers darstellen. Ein Eingangsanschluss des dritten Kopplers kann dabei auch ein Tor des zweiten Kopplers darstellen. Somit ergibt sich eine integrierte Anordnung. Die Tore der einzelnen Koppler müssen nicht durch zusätzliche Leitungen miteinander verbunden werden. Insbesondere können Tore bzw. Anschlüsse von zwei benachbarten Kopplern gemeinsam genutzt werden.The coupler arrangement may have at least three input terminals for coupling three high-frequency signals of different phase to each other. In this case, the input terminal of the second coupler can simultaneously represent a gate of the first coupler. An input terminal of the third coupler can also represent a gate of the second coupler. This results in an integrated arrangement. The gates of each coupler do not need to be connected by additional lines. In particular, gates or connections of two adjacent couplers can be shared.

Die Koppleranordnung kann wenigstens zwei Anschlüsse für jeweils einen Ausgleichswiderstand aufweisen. Leistung, die aufgrund von leichten Phasenverschiebungen nicht gekoppelt werden kann, kann somit in einen Ausgleichswiderstand abgeleitet werden.The coupler arrangement can have at least two connections for one compensation resistor each. Power that can not be coupled due to slight phase shifts can thus be derived into a compensation resistor.

Die Koppleranordnung kann einen ersten durchgehenden Leiter von einem ersten Anschluss für ein erstes Hochfrequenzsignal zu einem Anschluss zum Ausgeben eines gekoppelten Ausgangssignals aufweisen, einen weiteren Leiter von einem zweiten Anschluss für ein zweites Hochfrequenzsignal zu einem ersten Ausgleichswiderstand und einen weiteren Leiter von einem dritten Anschluss für ein drittes Hochfrequenzsignal zu einer zweiten Ausgleichswiderstand.The coupler assembly may include a first continuous conductor from a first terminal for a first RF signal to a terminal for outputting a coupled output signal, another conductor from a second terminal for a second RF signal to a first compensation resistor, and another conductor from a third terminal for a third high-frequency signal to a second compensation resistance.

Die Induktivitätserhöhungselemente können jeweils mehrere gleichförmige Induktivitätserhöhungssegmente, z. B. Ferritsegmente, aufweisen. Insbesondere können die Segmente baugleich sein. Dadurch kann eine Kostenersparnis erfolgen. Außerdem wird die Herstellung der Ferritsegmente vereinfacht, da diese gemeinsam hergestellt werden können. Ausfälle im Produktionsprozess der Ferrite können dadurch besser ausgeglichen werden. Geringe Fertigungstoleranzen im Bereich bis zu 10% weisen selbst baugleiche Induktivitätserhöhungssegmente, z. B. Ferritsegmente auf. Die Induktivitätserhöhungssegmente, insbesondere Ferritsegmente, bestimmen aber zu einer ganz wesentlichen Teil die Induktivität der Koppler. Bei der Induktivität der Koppler wird zumeist eine höhere Genauigkeit gefordert, insbesondere kleiner 2% oder kleiner 1%. Die Ferrite können dafür ausgemessen und selektiert werden. Dadurch können besonders genaue Kopplungsfaktoren eingestellt werden. The inductance enhancement elements may each comprise a plurality of uniform inductance enhancement segments, e.g. B. ferrite segments. In particular, the segments can be identical. This can be a cost savings. In addition, the production of the ferrite segments is simplified because they can be manufactured together. Failures in the production process of ferrites can thus be better compensated. Low manufacturing tolerances in the range up to 10% have even identical Induktivitätserhöhungssegmente, z. B. ferrite segments on. However, the inductance enhancement segments, particularly ferrite segments, determine to a very substantial extent the inductance of the couplers. In the inductance of the coupler usually a higher accuracy is required, in particular less than 2% or less than 1%. The ferrites can be measured and selected for this purpose. As a result, particularly accurate coupling factors can be set.

Wenn die zweite Induktivität um den Faktor 1/√2 kleiner sein soll als die erste Induktivität, kann der erste Koppler m·7 und der zweite Koppler m·5 (m = 1, 2, 3 ...) gleichförmige insbesondere baugleiche Induktivitätserhöhungssegmente bzw. Ferritsegmente aufweisen. Das entspricht in ausreichender Genauigkeit dem Faktor 1/√2 . Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit kann durch Ausmessung und Selektion der Induktivitätserhöhungssegmente erreicht werden, die auf Grund der Bauteiltoleranzen, wie weiter oben erwähnt, ohnehin notwendig sein kann.If the second inductance by the factor 1 / √ 2 is smaller than the first inductance, the first coupler m · 7 and the second coupler m · 5 (m = 1, 2, 3 ...) uniform, in particular identical inductance increase segments or ferrite segments have. This corresponds to the factor with sufficient accuracy 1 / √ 2 , A further improvement of the accuracy can be achieved by measuring and selecting the Induktivitätserhöhungssegmente, which due to the component tolerances, as mentioned above, may be necessary anyway.

Wenn eine dritte Induktivität eines dritten in Serie geschalteten Kopplers um den Faktor 1/√3 kleiner sein soll als die erste Induktivität, kann der erste Koppler m·7 und der dritte Koppler m·4 (m = 1, 2, 3 ...) gleichförmige, insbesondere baugleiche, Induktivitätserhöhungssegmente bzw. Ferritsegmente aufweisen. Das entspricht in ausreichender Genauigkeit dem Faktor 1/√3 . Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit kann durch Ausmessung und Selektion der Induktivitätserhöhungssegmente erreicht werden, die auf Grund der Bauteiltoleranzen wie weiter oben erwähnt ohnehin notwendig sein kann.If a third inductance of a third series-connected coupler by the factor 1 / √ 3 is smaller than the first inductance, the first coupler m · 7 and the third coupler m · 4 (m = 1, 2, 3 ...) uniform, in particular identical, Induktivitätserhöhungssegmente or ferrite segments have. This corresponds to the factor with sufficient accuracy 1 / √ 3 , A further improvement of the accuracy can be achieved by measuring and selection of the inductance-increasing segments, which may be necessary anyway due to the component tolerances as mentioned above.

Die Induktivität zumindest eines Kopplers kann eine oder mehrere Windungen aufweisen. Dadurch sind weniger Induktivitätserhöhungssegmente zur Einstellung der Induktivität des Kopplers notwendig. Dies führt zu geringeren Kosten und zu einer Platzersparnis.The inductance of at least one coupler may have one or more turns. As a result, less Induktivitätserhöhungssegmente necessary to adjust the inductance of the coupler. This leads to lower costs and to a space saving.

Die Induktivitätserhöhungselemente können aus Perminvar-Ferrit ausgebildet sein. Dieses Material eignet sich besonders zur Verwendung als Induktivitätserhöhungselement.The inductance enhancement elements may be formed of Perminvar ferrite. This material is particularly suitable for use as an inductance enhancement element.

Die beschriebene Koppleranordnung eignet sich vor allem zur Kopplung von mehreren Hochfrequenzgeneratoren mit Leistungen größer 500 W zu Leistungen größer 1,5 kW, wenn die Anzahl der gekoppelten Hochfrequenzgeneratoren ungleich einer Potenz von zwei ist, also z. B. bei x Hochfrequenzgeneratoren, x = 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, oder weitere Zahlen für die gilt: n ≠ 2ⁿ, (n = 1, 2, 3, 4, 5, ...).The described coupler arrangement is particularly suitable for the coupling of several high-frequency generators with powers greater than 500 W to powers greater than 1.5 kW, when the number of coupled high-frequency generators is not equal to a power of two, ie z. At x high-frequency generators, x = 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, or further numbers for which: n ≠ 2 ⁿ , (n = 1, 2, 3, 4, 5, ...).

Die beschriebene Koppleranordnung eignet sich bei der Versorgung von Plasmaprozessen größerer Leistung (> 1,5 kW), da diese Koppleranordnung besonders geeignet ist, reflektierte Leistungsanteile nicht vollständig zurück zu den Generatoren zu reflektieren, sondern zumindest teilweise in den Ausgleichswiderständen in Wärme umzuwandeln. Außerdem kann eine Leistungsregelung durch Phasenverstellung der Hochfrequenzgeneratoren gegeneinander erfolgen. Außerdem können einzelne Hochfrequenzgeneratoren, während dem Betrieb abgekoppelt und durch neue ersetzt werden, was den Einsatz der Plasmaanregung zur Halbleiterbearbeitung oder Laseranregung besonders interessant macht.The described coupler arrangement is suitable for supplying plasma processes of greater power (> 1.5 kW), since this coupler arrangement is particularly suitable for not reflecting reflected power components back completely to the generators, but at least partially converting them into heat in the compensation resistors. In addition, a power control by phase adjustment of the high frequency generators against each other. In addition, individual high-frequency generators can be decoupled during operation and replaced by new ones, which makes the use of plasma excitation for semiconductor processing or laser excitation particularly interesting.

Die Hochfrequenzgeneratoren, die an die Eingangsanschlüsse angeschlossen werden, haben alle die gleiche Ausgangsimpedanz. Die Koppleranordnung kann auf eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm ausgelegt sein. Die Ausgleichswiderstände werden dann auch zu 50 Ohm ausgelegt. Die Ausgangsimpedanz der Hochfrequenzgeneratoren kann ungleich 50 Ohm, insbesondere geringer als 50 Ohm, ausgelegt werden. Damit kann dafür gesorgt werden, dass ein noch größerer Teil von reflektierter Energie nicht von den Hochfrequenzgeneratoren sondern von den Ausgleichswiderständen in Wärme gewandelt wird und gleichzeitig der Ausgang der Koppleranordnung stabile 50 Ohm beträgt, was sehr vorteilhaft für alle Industrieprozesse ist.The high frequency generators connected to the input terminals all have the same output impedance. The coupler arrangement can be designed for an output impedance of 50 ohms. The compensation resistors are then designed to 50 ohms. The output impedance of the high-frequency generators can be designed not equal to 50 ohms, in particular less than 50 ohms. Thus, it can be ensured that an even greater part of reflected energy is not converted by the high-frequency generators but by the balancing resistors into heat and at the same time the output of the coupler arrangement is stable 50 ohms, which is very advantageous for all industrial processes.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche 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.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are shown schematically in the drawing and are explained below with reference to the figures of the drawings. Show it:

1 eine erste Koppleranordnung mit insgesamt fünf in Serie geschalteten Kopplern in schematischer Darstellung; 1 a first coupler arrangement with a total of five connected in series couplers in a schematic representation;

2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Koppleranordnung mit drei Kopplern; 2 a plan view of an embodiment of a coupler arrangement with three couplers;

3 eine Explosionsdarstellung der Koppleranordnung der 2; 3 an exploded view of the coupler arrangement of 2 ;

4 eine Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Koppleranordnung mit drei Kopplern, die in mehreren Lagen aufgebaut ist. 4 an exploded view of another embodiment of a coupler arrangement with three couplers, which is constructed in multiple layers.

Die 1 zeigt eine Koppleranordnung 1 mit insgesamt fünf Kopplern 2–6 zum Koppeln der Hochfrequenzleistung von sechs gleichen Hochfrequenzgeneratoren 7–12, die jeweils ein Hochfrequenzsignal ausgeben. Die Hochfrequenzsignale weisen dieselbe Frequenz und dieselbe Leistung auf, lediglich die Phasenlage ist unterschiedlich. Die Phasenlage der Kochfrequenzsignale wird in Abhängigkeit davon eingestellt, an welchen Koppler 2–6 das Hochfrequenzsignal geliefert wird.The 1 shows a coupler arrangement 1 with a total of five couplers 2 - 6 for coupling the high frequency power of six same high frequency generators 7 - 12 each outputting a high-frequency signal. The high-frequency signals have the same frequency and the same power, only the phase angle is different. The phase angle of the cooking frequency signals is adjusted depending on which coupler 2 - 6 the high frequency signal is delivered.

Der erste Koppler 2 weist zwei Anschlüsse bzw. Tore 13, 14 auf, an die jeweils ein Hochfrequenzgenerator 7, 8 angeschlossen ist. An den Anschluss 15 ist ein Ausgleichswiderstand 16 angeschlossen. Der erste Koppler 2 weist einen Kopplungsbereich 17 auf. Durch den Kopplungsbereich 17 werden die HF-Leistungssignale, die von den HF-Generatoren 7, 8 stammen, gekoppelt und am Ausgang 18 ausgegeben. Der Ausgang 18 ist unmittelbar mit dem Eingang 19 des zweiten Kopplers 3 verbunden. An den weiteren Eingang 20 ist der HF-Generator 9 angeschlossen. Durch den zweiten Koppler 3 werden somit die am Eingang 19 und am Eingang 20 anliegenden Leistungen gekoppelt. Auch an einen Ausgangsanschluss 21 des Kopplers 3 ist ein Ausgleichswiderstand 22 angeschlossen. In gleicher Art und Weise werden Leistungen in den Kopplern 4–6 gekoppelt, bis am Ausgangsanschluss 23 der Koppleranordnung 1 die gekoppelte Ausgangsleistung anliegt.The first coupler 2 has two connections or gates 13 . 14 on, to each of which a high-frequency generator 7 . 8th connected. To the connection 15 is a compensation resistance 16 connected. The first coupler 2 has a coupling area 17 on. Through the coupling area 17 be the rf power signals coming from the rf generators 7 . 8th come, coupled and at the exit 18 output. The exit 18 is directly with the entrance 19 of the second coupler 3 connected. To the further entrance 20 is the HF generator 9 connected. Through the second coupler 3 so they are at the entrance 19 and at the entrance 20 coupled services. Also to an output terminal 21 of the coupler 3 is a compensation resistance 22 connected. In the same way are achievements in the couplers 4 - 6 coupled until at the output terminal 23 the coupler arrangement 1 the coupled output power is applied.

Die Koppler 2–6 weisen unterschiedliche Kopplungsfaktoren auf, wobei der Koppler 2 einen Kopplungsfaktor von 3 dB, der Koppler 3 einen Kopplungsfaktor von 4,77 dB, der Koppler 4 einen Kopplungsfaktor von 6,02 dB, der Koppler 5 einen Kopplungsfaktor von 6,99 dB und der Koppler 6 einen Kopplungsfaktor von 7,78 dB aufweist. In den Kopplungsbereichen der Koppler 2–6 sind hier nicht dargestellte Induktivitätserhöhungselemente vorgesehen, um die Induktivität im Kopplungsbereich zu erhöhen und dadurch die einzelnen Koppler 2–6 klein bauen zu können.The couplers 2 - 6 have different coupling factors, the coupler 2 a coupling factor of 3 dB, the coupler 3 a coupling factor of 4.77 dB, the coupler 4 a coupling factor of 6.02 dB, the coupler 5 a coupling factor of 6.99 dB and the coupler 6 has a coupling factor of 7.78 dB. In the coupling areas of the coupler 2 - 6 not shown here Induktivitätserhöhungselemente are provided to increase the inductance in the coupling region and thereby the individual couplers 2 - 6 to build small.

In der 2 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Koppleranordnung 100 mit drei Kopplern 101, 102, 103 dargestellt. Die Koppleranordnung 100 weist insgesamt vier Eingangsanschlüsse 104–107 auf, an denen jeweils dieselbe Hochfrequenzleistung, beispielsweise 3 kW, mit jeweils unterschiedlicher Phasenlage zugeführt wird. An den Ausgleichsanschlüssen 108–110 ist jeweils ein Ausgleichswiderstand 111–113 angeschlossen. Der Kopplungsbereich 114 des ersten Kopplers 101 weist eine Länge d auf. Der Kopplungsbereich 115 des zweiten Kopplers 102 weist eine Länge d/√2 und der Kopplungsbereich 116 des dritten Kopplers 103 weist eine Länge d/√3 auf. Aufgrund der unterschiedlichen Längen weist der erste Koppler 101 einen Kopplungsfaktor von 3 dB, der zweite Koppler 102 einen Kopplungsfaktor von 4,77 dB und der dritte Koppler 103 einen Kopplungsfaktor von 6 dB auf.In the 2 is a plan view of an embodiment of a coupler assembly 100 with three couplers 101 . 102 . 103 shown. The coupler arrangement 100 has a total of four input terminals 104 - 107 on, in each of which the same high-frequency power, for example, 3 kW, each with a different phase position is supplied. At the equalization connections 108 - 110 is in each case a compensation resistance 111 - 113 connected. The coupling area 114 of the first coupler 101 has a length d. The coupling area 115 of the second coupler 102 has a length d / √ 2 and the coupling area 116 of the third coupler 103 has a length d / √ 3 on. Due to the different lengths, the first coupler 101 a coupling factor of 3 dB, the second coupler 102 a coupling factor of 4.77 dB and the third coupler 103 a coupling factor of 6 dB.

Im Kopplungsbereich 114 des ersten Kopplers 101 sind insgesamt sieben Induktivitätserhöhungssegmente bzw. Ferritsegmente vorgesehen, die zusammen das Induktivitätserhöhungselement 117 bilden. Im Kopplungsbereich 115 des zweiten Kopplers 102 sind insgesamt fünf Induktivitätserhöhungssegmente vorgesehen, die zusammen das Induktivitätserhöhungselement 118 bilden und im Kopplungsbereich 116 des dritten Kopplers 103 sind vier Induktivitätserhöhungssegmente vorgesehen, die zusammen das Induktivitätserhöhungselement 119 bilden. Am Ausgangsanschluss 120 der Koppleranordnung 100 kann die gekoppelte Ausgangsleistung ausgegeben werden.In the coupling area 114 of the first coupler 101 a total of seven inductance-increasing segments or ferrite segments are provided, which together form the inductance-increasing element 117 form. In the coupling area 115 of the second coupler 102 a total of five inductance increasing segments are provided, which together the inductance increasing element 118 form and in the coupling area 116 of the third coupler 103 For example, four inductance-increasing segments are provided, which together form the inductance-increasing element 119 form. At the output terminal 120 the coupler arrangement 100 The coupled output power can be output.

Die 3 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Aufbau der Koppleranordnung 100. Die Koppleranordnung 100 weist auf einer ersten isolierenden Leiterplatte bzw. Leiterplattenschicht 130 als Trägermaterial eine durchgehende Leiterbahn 131 auf. Die Leiterbahn 131 verbindet den Eingangsanschluss 104 mit dem Ausgangsanschluss 120. In einer darunter liegenden Ebene ist auf einer zweiten Leiterkarte bzw. Leiterkartenschicht 132 eine Koppelleitung 133 angeordnet, die parallel zur Leiterbahn 131 verläuft. Die Länge und Breite der Leiterbahnen 131, 133 sind so bemessen, dass eine bestimmte diskrete Kapazität und eine bestimmte diskrete Induktivität im Kopplungsbereich 114 ausgebildet wird. Die Leiterbahn 133 verbindet den Eingangsanschluss 105 mit dem Ausgleichsanschluss 108.The 3 shows in an exploded view the structure of the coupler arrangement 100 , The coupler arrangement 100 indicates a first insulating circuit board or circuit board layer 130 as carrier material a continuous conductor track 131 on. The conductor track 131 connects the input port 104 with the output connector 120 , In an underlying level is on a second printed circuit board or printed circuit board layer 132 a coupling line 133 arranged parallel to the conductor track 131 runs. The length and width of the tracks 131 . 133 are sized so that a certain discrete capacitance and a certain discrete inductance in the coupling region 114 is trained. The conductor track 133 connects the input port 105 with the equalization connection 108 ,

Entsprechend weist der zweite Koppler 102 eine Leiterbahn 134 auf, die den Eingangsanschluss 106 mit dem Ausgleichsanschluss 109 verbindet und ebenfalls parallel zur Leiterbahn 131 angeordnet ist. Der dritte Kopper 103 weist eine Leiterbahn 135 auf, die den Eingangsanschluss 107 mit dem Ausgleichsanschluss 110 verbindet.Accordingly, the second coupler 102 a trace 134 on that the input terminal 106 with the equalization connection 109 connects and also parallel to the track 131 is arranged. The third head 103 has a trace 135 on that the input terminal 107 with the equalization connection 110 combines.

In der 3 ist angedeutet, dass die Induktivitätserhöhungssegmente, die die Induktivitätserhöhungselemente 117, 118, 119 bilden, aus zwei im Wesentlichen U-förmigen Halbschalen 117a, 117b, 118a, 118b bzw. 119a, 119b bestehen, die, wenn sie zusammengesetzt sind, die Kopplungsbereiche 114, 115, 116 ringförmig umgeben.In the 3 it is indicated that the inductance-increasing segments containing the inductance-increasing elements 117 . 118 . 119 form, consisting of two substantially U-shaped half-shells 117a . 117b . 118a . 118b respectively. 119a . 119b which, when assembled, have the coupling areas 114 . 115 . 116 surrounded by a ring.

In der 4 ist eine Koppleranordnung 200 in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Koppleranordnung 200 weist ebenfalls drei Koppler 201, 202, 203 mit Kopplungsbereichen 214, 215, 216 auf. Auf einer ersten isolierenden Leiterkarte bzw. Leiterkartenebene 230 als Trägermaterial ist eine erste Leiterbahn 231 angeordnet. Die Leiterbahn 231 verbindet den Eingangsanschluss 204 und den Ausgangsanschluss 220. Die Leiterbahn 231 ist somit Bestandteil aller drei Koppler 201, 202, 203.In the 4 is a coupler arrangement 200 shown in exploded view. The coupler arrangement 200 also has three couplers 201 . 202 . 203 with coupling areas 214 . 215 . 216 on. On a first insulating printed circuit board or printed circuit board level 230 as a carrier material is a first conductor track 231 arranged. The conductor track 231 connects the input port 204 and the output terminal 220 , The conductor track 231 is thus part of all three couplers 201 . 202 . 203 ,

Auf einer darunter liegenden Leiterkarte bzw. Leiterkartenebene 232 sind Leiterbahnen 233, 234, 235 angeordnet, die jeweils mit einem Eingangsanschluss 205, 206, 207 verbunden sind.On an underlying circuit board or PCB level 232 are tracks 233 . 234 . 235 arranged, each with an input terminal 205 . 206 . 207 are connected.

Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel der 3 ist jedoch noch eine dritte und vierte Leiterkarte bzw. Leiterkartenebene vorgesehen. Auf der dritten Leiterkarte bzw. Leiterkartenebene 232a ist wiederum eine durchgehende Leiterbahn 231b angeordnet, die parallel zur Leiterbahn 231 verläuft. Diese ist durch Durchkontaktierungen, die durch die Pfeile 250, 260 angedeutet sind, mit dem Eingangsanschluss 204 und dem Ausgangsanschluss 220 verbunden. Auf der vierten Leiterkarte bzw. Leiterkartenebene 232b sind Leiterbahnen 233b, 234b und 235b angeordnet, die parallel zu den Leiterbahnen 233, 234, 235 angeordnet sind und identisch dazu ausgebildet sind. Die Leiterbahnen 233b, 234b, 235b sind über Durchkontaktierungen 270, 280, 290 mit den Anschlüssen 205, 206, 207 verbunden. Außerdem sind sie mit den Anschlüssen 208, 209, 210 verbunden, an die jeweils Ausgleichswiderstände 211, 212, 213 angeschlossen sind.In contrast to the previous embodiment of 3 However, a third and fourth printed circuit board or printed circuit board level is still provided. On the third printed circuit board or printed circuit board level 232a is again a continuous track 231b arranged parallel to the conductor track 231 runs. This is through vias, which are indicated by the arrows 250 . 260 are indicated with the input terminal 204 and the output terminal 220 connected. On the fourth printed circuit board or printed circuit board level 232b are tracks 233b . 234b and 235b arranged parallel to the tracks 233 . 234 . 235 are arranged and formed identically thereto. The tracks 233b . 234b . 235b are via vias 270 . 280 . 290 with the connections 205 . 206 . 207 connected. Besides, they are with the connections 208 . 209 . 210 connected to the respective balancing resistors 211 . 212 . 213 are connected.

Hieraus ergibt sich, dass die Koppler 201, 202, 203 mehrlagig aufgebaut sind. Dadurch lässt sich eine diskrete Induktivität und eine diskrete Kapazität einstellen, so dass die Koppler 201, 202, 203 geeignet sind, Hochfrequenzsignale im MHz-Bereich zu koppeln, wobei die Längen der Leiterbahnen 233, 234, 235, 233b, 234b, 235b deutlich kürzer sind als λ/4 der zu koppelnden Signale. Um die Induktivität im Kopplungsbereich weiter zu erhöhen, können zusätzliche Induktivitätserhöhungselemente in den Kopplungsbereichen 214, 215, 216 in ähnlicher Weise wie in der 3 dargestellt, vorgesehen sein.It follows that the couplers 201 . 202 . 203 are constructed multi-layered. As a result, a discrete inductance and a discrete capacitance can be set so that the couplers 201 . 202 . 203 are suitable to couple high frequency signals in the MHz range, wherein the lengths of the tracks 233 . 234 . 235 . 233b . 234b . 235b are significantly shorter than λ / 4 of the signals to be coupled. In order to further increase the inductance in the coupling region, additional inductance-increasing elements in the coupling regions 214 . 215 . 216 in a similar way as in the 3 represented, be provided.

Aufgrund der in unterschiedlichen Ebenen verlaufenden Leiterbahnen, die miteinander verbunden sind, entstehen Windungen. Beispielsweise stellen die miteinander verbundenen Leiterbahnen 233, 233b des ersten Kopplers 201 eine Windung dar. Auch die Leiterbahn 133 des ersten Kopplers 101 steift eine Windung dar. Es versteht sich, dass noch mehr Ebenen mit Leiterbahnen vorgesehen sein können, so dass Mehrfachwindungen entstehen. Durch solche Anordnungen kann die Induktivität der Koppler erhöht werden.Due to the running in different planes interconnects that are interconnected, windings arise. For example, the interconnected interconnects 233 . 233b of the first coupler 201 a turn. Also the track 133 of the first coupler 101 stiffens one turn. It is understood that even more levels can be provided with traces, so that multiple turns arise. By such arrangements, the inductance of the coupler can be increased.

Aus den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 ergibt sich, dass drei Koppler in Reihe hintereinander angeordnet werden können, ohne dass die Anschlüsse der einzelnen Koppler durch HF-Verbindungstechnik miteinander verbunden sein müssen. Insbesondere können die Koppler bzw. die gesamte Koppleranordnung auf einer Leiterplatte realisiert werden. Zusätzliche Verbindungsleitungen zur Verbindung der Anschlüsse unterschiedlicher Koppler sind nicht notwendig. Es erfolgt somit eine direkte Verbindung der einzelnen Koppler.From the embodiments of the 3 and 4 As a result, three couplers can be arranged in series one behind the other without the connections of the individual couplers having to be connected to one another by means of HF connection technology. In particular, the coupler or the entire coupler arrangement can be realized on a printed circuit board. Additional connecting lines for connecting the terminals of different couplers are not necessary. There is thus a direct connection of the individual couplers.

Aus den 2 bis 4 ergibt sich, dass bei der beschriebenen Bauform alle Eingangsanschlüsse 104–107, 204–207 auf einer Seite der Koppleranordnung 100, 200 angeordnet sein können. Es ergibt sich weiter, dass alle Ausgleichsanschlüsse 108–110, 208–210 auf einer Seite der Koppleranordnung 100, 200 angeordnet sein können. Es ergibt sich weiter, dass der Ausgangsanschluss 120, 220 auf der gleichen Seite wie die Ausgleichsanschlüsse 108–110, 208–210 liegen können. Die Eingangsanschlüsse 104–107, 204–207 und der Ausgangsanschluss 120, 220 liegt auf unterschiedlichen Seiten. Die Eingangsanschlüsse 104–107, 204–207 und die Ausgleichsanschlüsse 108–110, 208–210 liegen ebenfalls auf unterschiedlichen Seiten. Das ist vorteilhaft für den Anschluss mehrerer Leistungsgeneratoren gleicher Leistung auf einer Seite und eines Leistungsversorgungsanschlusses auf der anderen Seite.From the 2 to 4 shows that in the described design all input terminals 104 - 107 . 204 - 207 on one side of the coupler assembly 100 . 200 can be arranged. It also follows that all balancing connections 108 - 110 . 208 - 210 on one side of the coupler assembly 100 . 200 can be arranged. It also follows that the output terminal 120 . 220 on the same side as the equalization connections 108 - 110 . 208 - 210 can lie. The input terminals 104 - 107 . 204 - 207 and the output terminal 120 . 220 lies on different sides. The input terminals 104 - 107 . 204 - 207 and the equalizing terminals 108 - 110 . 208 - 210 are also on different pages. This is advantageous for connecting several power generators of equal power on one side and a power supply connection on the other side.

Claims

Coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ) with a first coupler ( 2 . 101 . 201 ) for coupling two high-frequency signals with a frequency in the range 1-30 MHz, with at least one first and at least one second electrical conductor ( 131 . 133 . 231 . 231b . 233 . 233b ), which are spaced apart and in one Coupling area ( 17 . 114 . 214 ) form a first discrete capacitance and a first discrete inductance, wherein in the coupling region ( 17 . 114 . 214 ) the ladder ( 131 . 133 . 231 . 231b . 233 . 233b ) to increase the first inductance at least a first inductance increasing element ( 117 ), characterized in that a second one in series with the first coupler ( 2 . 101 . 201 ) arranged coupler ( 3 . 102 . 202 ), which likewise has at least one first and at least one second electrical conductor ( 131 . 134 . 231 . 231b . 234 . 234b ), which are spaced apart from each other, which in a coupling region ( 115 . 215 ) form a second discrete capacitance and a second discrete inductance, wherein in the coupling region ( 115 . 215 ) to increase the second inductance at least a second inductance increasing element ( 118 ), the coupling region ( 115 . 215 ) of the second coupler ( 3 . 102 . 202 ) is shorter than the coupling range ( 17 . 114 . 214 ) of the first coupler ( 2 . 101 . 201 ).

Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that between the first and the second conductor ( 131 . 133 . 231 . 231b . 233 . 233b . 134 . 234 . 234b ) of the first and the second coupler ( 2 . 101 . 201 . 3 . 102 . 202 ) a common the coupler ( 2 . 101 . 201 . 3 . 102 . 202 ) connecting insulating carrier material ( 130 . 230 ), in particular a printed circuit board material, is provided.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second inductance is less than the first inductance.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second capacitance is less than the first capacitance.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling region ( 17 . 114 . 214 ) of the first coupler ( 2 . 101 . 201 ) is shorter than λ / 4, in particular smaller λ / 10, the high-frequency signals to be coupled.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the couplers ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 ) a common ladder ( 131 . 231 . 231b ) exhibit.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the couplers ( 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 ) are realized on the same printed circuit board.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inductance-increasing element ( 117 . 118 . 119 ) the ladder ( 131 . 133 . 134 . 135 . 231 . 231b . 233 . 233b . 234 . 234b . 235 . 235b ) in the coupling area ( 17 . 114 . 115 . 116 . 214 . 215 . 216 ) at least partially surrounds.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inductance-increasing element ( 117 . 118 . 119 ) is annular.

Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that more than two couplers ( 2 - 6 . 101 . 102 . 103 . 201 . 202 . 203 ) are connected in series with different coupling factors.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler ( 6 . 103 . 203 ), which determines the power output ( 23 . 120 . 220 ) of the coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ), the shortest coupling region ( 116 . 216 ) having.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ) at least three input terminals ( 13 . 14 . 20 . 104 . 105 . 106 . 204 . 205 . 206 ) for coupling three high frequency signals of equal power and frequency.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ) at least three input terminals ( 13 . 14 . 20 . 104 . 105 . 106 . 204 . 205 . 206 ) for coupling three high-frequency signals having different phase to each other.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ) at least two ports ( 15 . 21 . 108 . 109 . 110 . 208 . 209 . 210 ) for each one compensation resistance ( 16 . 22 . 111 . 112 . 113 . 211 . 212 . 213 ) having.

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler arrangement ( 1 . 100 . 200 ) a first continuous conductor ( 131 . 231 . 231b ) from a first port ( 104 . 204 ) for a first high frequency signal to a terminal ( 120 . 220 ) for outputting a coupled output signal, a further conductor ( 133 . 233 . 233b ) from a second port ( 105 . 205 ) for a second high-frequency signal to a first compensation resistance ( 101 . 201 ) and another leader ( 134 . 234 . 234b ) from a third port ( 106 . 206 ) for a third high-frequency signal to a second compensation resistance ( 102 . 202 ).

Coupler arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupler ( 2 . 101 . 201 ) and the second coupler ( 3 . 201 . 202 ) a different number of a plurality of uniform inductance-increasing segments, in particular ferrite segments ( 117a . 117b . 118a . 118b . 119a . 119b ), in particular the first coupler ( 2 . 101 . 201 ) m · 7 and the second coupler ( 3 . 102 . 202 ) m · 5 have uniform inductance-increasing segments, in particular ferrite segments, where m = 1, 2, 3 ....