DE102014214023A1 - Conduit system with closed-cell rigid foam - Google Patents
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- H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leitungssystem für Mikrowellenübertragungen bestehend aus einem Innenleiter (2) und einem Außenleiter (1), wobei der Innenleiter (2) durch ein Dielektrikum (3) im Außenleiter (1) gehalten ist. Erfindungsgemäß ist das Dielektrikum (3) ein geschlossenzelliger Hartschaum, insbesondere aus Polymethacrylimid. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungssystems. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Mikrowellenübergang (12).The invention relates to a conduit system for microwave transmissions consisting of an inner conductor (2) and an outer conductor (1), wherein the inner conductor (2) is held by a dielectric (3) in the outer conductor (1). According to the invention, the dielectric (3) is a closed-cell rigid foam, in particular of polymethacrylimide. The invention further relates to a method for producing a conduit system. The invention further relates to a microwave transition (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Leitungssystem bestehend aus einem Innenleiter und einem Außenleiter. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Leitungssystems, einen Mikrowellenübergang und eine Verwendung bei einem Leistungsmesselement. The invention relates to a line system consisting of an inner conductor and an outer conductor. The invention further relates to a method for producing such a conduit system, a microwave transmission and a use in a power measuring element.
Leitungssysteme zur Übertragung von Signalen im Hochfrequenzbereich sind beispielsweise Koaxial-Leitungssysteme oder Koplanar-Leitungssysteme. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, einen Innenleiter von einem Außenleiter mittels eines Dielektrikums zu trennen und zu halten. Die Übertragungseigenschaften werden durch das Dielektrikum bestimmt. Durch Verwenden eines Dielektrikums mit hohem Luftanteil können diese Übertragungseigenschaften verbessert werden. Problematisch bei derartigen Koaxialleitern ist den Aufbau mechanisch stabil zu gestalten. Line systems for transmitting signals in the high-frequency range are, for example, coaxial line systems or coplanar line systems. It is provided, for example, to separate an inner conductor of an outer conductor by means of a dielectric and to hold. The transmission properties are determined by the dielectric. By using a high air dielectric, these transmission characteristics can be improved. The problem with such coaxial conductors is to make the structure mechanically stable.
Aus der
Diese Querschnittreduzierung bewirkt jedoch in nachteiliger Weise, dass die erste Stütze einen relativ großen Abstand zur Anschlussfläche des Koaxial-Leitungssystems aufweisen muss, wodurch ein großer Hebel am Innenleiter des Koaxial-Leitungssystems in Bezug zu der ersten Stützstelle entsteht, wenn das Koaxial-Leitungssystem an weiteren Bauelemente und Baugruppen angeschlossen wird. Durch diesen großen Hebel muss sowohl die Stützstelle als auch der Innenleiter aus einem mechanisch stabilen und mechanisch belastbaren Material aufgebaut sein. However, this cross-cut reduction disadvantageously causes the first post to have a relatively large distance from the mating face of the coaxial line system, thereby creating a large lever on the inner conductor of the coaxial line system with respect to the first node when the coaxial line system is connected to another Components and assemblies is connected. Due to this large lever, both the support point and the inner conductor must be made of a mechanically stable and mechanically strong material.
Weiterhin wird durch die Querschnittreduzierung der ohnehin schon geringen Querabmessungen des Innenleiters von teilweise weniger als einem Millimeter der Innenleiter weiter verjüngt. Diese Verjüngung verringert die mechanische Belastbarkeit des Innenleiters weiter und verhindert eine kraftübertragende Anschlussmöglichkeit. Damit nun der Innenleiter im Bereich der Stützstellen bei radialer Krafteinwirkung mechanisch standhält und der großen Hebelwirkung begegnen kann, können nur sehr feste Materialien als Innenleitermaterial verwendet werden. Dies schränkt die Materialauswahl für den Innenleiter stark ein und verhindert die Auswahl von Materialien mit für spezielle Anwendung geforderten Eigenschaften, beispielsweise geringe Wärmeleitfähigkeit, geringe Materialkosten etc.. Furthermore, the inner conductor is further tapered by the Querschnittreduzierung the already small transverse dimensions of the inner conductor of sometimes less than one millimeter. This taper further reduces the mechanical strength of the inner conductor and prevents a force-transmitting connection possibility. In order for the inner conductor to withstand mechanical force in the area of the support points when subjected to a radial force and to counteract the great leverage effect, only very solid materials can be used as the inner conductor material. This severely restricts the material selection for the inner conductor and prevents the selection of materials with properties required for a specific application, for example low thermal conductivity, low material costs, etc.
Beispielsweise werden Kupfer-Beryllium-Legierungen als Material des Innenleiters verwendet, welche zwar eine hohe mechanische Belastbarkeit durch hohe Zugfestigkeit, Härte und Bruchdehnung aufweisen, aber nachteiliger Weise sehr kostenaufwendig produziert werden und sehr gute Wärmeleiter sind, was für Spezialanwendungen, wie beispielsweise der Anwendung im Leistungsmessbereich nachteilig ist. For example, copper-beryllium alloys are used as the material of the inner conductor, which although a high mechanical strength by high tensile strength, hardness and elongation at break, but are disadvantageously produced very expensive and very good heat conductors, which is for special applications, such as in the Power measuring range is disadvantageous.
Weiterhin sind bei einem derartigen Koaxialleitungssystem betreffende Stützstellen und deren damit verbundene Querschnittänderungen innerhalb des Nutzfrequenzbereichs möglichst perfekt zu kompensieren, um ideale Übertragungsverhältnisse zu ermöglichen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen führen selbst theoretisch perfekt kompensierte Störstellen zu Reflektionen. Die Kompensation an den Stützstellen ist kritisch, da die Geometrie des Innenleiters sehr präzise gefertigt werden muss. Dabei sind Toleranzen von wenigen Mikrometern einzuhalten, um die Reflexion klein zu halten. Furthermore, in such a Koaxialleitungssystem relevant support points and their associated cross-sectional changes within the useful frequency range as perfectly as possible to compensate to allow ideal transmission conditions. Due to manufacturing tolerances even theoretically perfectly compensated impurities lead to reflections. The compensation at the support points is critical because the geometry of the inner conductor must be made very precisely. Tolerances of a few micrometers must be observed in order to keep the reflection small.
Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es, ein Leitungssystem bereitzustellen, welches die oben genannten Probleme überwindet. Insbesondere soll ein Leitungssystem geschaffen werden, welches ein ideales Übertragungsverhalten aufweist und kostengünstig realisierbar ist. The object of the present invention is to provide a conduit system which overcomes the above-mentioned problems. In particular, a line system is to be created which has an ideal transmission behavior and can be implemented cost-effectively.
Die gestellte Aufgabe wird mit einem Leitungssystem gemäß Patentanspruch 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Leitungssystems gemäß Patenanspruch 7 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Übergang gemäß Patentanspruch 12 gelöst. The stated object is achieved with a line system according to
Erfindungsgemäß wird ein Leitungssystem mit einem Innenleiter und einem Außenleiter vorgeschlagen, wobei der Innenleiter durch ein Dielektrikum im Außenleiter getrennt ist. Das Dielektrikum ist ein oder besteht aus einem geschlossenzelligen Hartschaum. According to the invention, a conduit system with an inner conductor and an outer conductor is proposed, wherein the inner conductor is separated by a dielectric in the outer conductor. The dielectric is or consists of a closed-cell rigid foam.
Ein geschlossenzelliger Hartschaum ist dabei ein Hartschaum, dessen innenliegenden Zellen vollständig beziehungsweise vollwandig geschlossen sind. Lediglich die an der Oberfläche des Dielektrikums angeordneten Zellen des Hartschaums können offen sein, um eine gute Verklebung des Hartschaums mit dem Innenleiter bzw. dem Außenleiter zu gewährleisten. A closed-cell rigid foam is a hard foam whose inner cells are completely or fully closed. Only the cells of the hard foam arranged on the surface of the dielectric can be open in order to ensure a good bonding of the hard foam to the inner conductor or the outer conductor.
Als Hartschaum wird ein im Vergleich zu einem Weichschaum durch Druck schwer veränderliches Volumen aufweisendes Material verstanden, das insbesondere einen zu Weichschaum wesentlich größeren Elastizitätsmodul, einen größeren Schubmodul, eine größere Zugfestigkeit, eine größere Biegefestigkeit und/oder größere Schubfestigkeit aufweist. Insbesondere die Festigkeit der innenliegenden Zellwände verursacht eine hohe Festigkeit und Härte des erfindungsgemäßen Hartschaums. Hard foam is understood to mean a material which has a volume which is difficult to change as a result of pressure, and which has, in particular, a modulus of elasticity which is much greater than that of flexible foam, a greater shear modulus, greater tensile strength, greater flexural strength and / or greater shear strength. In particular, the strength of the inner cell walls causes a high strength and hardness of the rigid foam according to the invention.
Bevorzugt ist der Wert für den Elastizitätsmodul des Dielektrikums größer 30 Megapascal, bevorzugt größer 70 Megapascal, mehr bevorzugt größer 90 Megapascal und am meisten bevorzugt größer 150 Megapascal. Damit wird eine hohe Steifigkeit des Dielektrikums bewirkt, wodurch mechanische Stützstellen im Außenleiter entfallen können. Preferably, the modulus of elasticity of the dielectric is greater than 30 megapascals, preferably greater than 70 megapascals, more preferably greater than 90 megapascals, and most preferably greater than 150 megapascals. This causes a high stiffness of the dielectric, whereby mechanical support points in the outer conductor can be omitted.
Bevorzugt enthält oder besteht das Dielektrikum aus Polymethacrylimid, Polystyrol oder Polyetheretherketon, kurz PEEK. The dielectric preferably contains or consists of polymethacrylimide, polystyrene or polyetheretherketone, PEEK for short.
Polymethacrylimid, kurz PMI, ist ein Polymer, welches üblicherweise in Flugzeug-, Autobau- und Medizintechnik aufgrund seiner geringen Dichte verwendet wird. PMI ist wärmeformbeständig bis etwa 180 °C, kriechbeständig und dauerschwingfest. PMI weist im Vergleich zu anderen Polymeren insbesondere eine sehr hohe Steifigkeit und homogene Struktur auf, wodurch es neben einer hohen Stabilität auch eine einfache Bearbeitung ermöglicht. Das PMI als Dielektrikum in Leitungssystemen ermöglicht aufgrund der hohen Festigkeit ein stabiles Halten des Innenleiters im Außenleiter. Schlussfolgernd kann auf die Stützstellen gemäß herkömmlicher Leitungssysteme verzichtet werden. Aufgrund der höheren mechanischen Stabilität durch das PMI wird somit die eingangs erwähnte Hebelwirkung reduziert. Polymethacrylimide, PMI for short, is a polymer that is commonly used in aircraft, automotive and medical because of its low density. PMI is heat resistant up to 180 ° C, creep resistant and durable. In comparison to other polymers, PMI has, in particular, a very high rigidity and homogeneous structure, which, in addition to high stability, also enables simple processing. Due to the high strength, the PMI as a dielectric in line systems enables a stable holding of the inner conductor in the outer conductor. In conclusion, the support points according to conventional piping systems can be dispensed with. Due to the higher mechanical stability of the PMI thus the aforementioned leverage is reduced.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz dieses Materials im Leitungssystem wird eine Vielzahl von Vorteilen erhalten. The use according to the invention of this material in the piping system gives a large number of advantages.
Einerseits ist die Verwendung eines geschlossenzelligen Hartschaums wie PMI aus Montagesicht vorteilhaft, da insbesondere die hohe Festigkeit, Steifigkeit und hohe Stabilität die Einzelteile des Leitungssystems unempfindlich bei der Montage, Reinigung und dem gesamten Handling macht. On the one hand, the use of a closed-cell rigid foam such as PMI from assembly view is advantageous because in particular the high strength, rigidity and high stability makes the individual parts of the line system insensitive during assembly, cleaning and overall handling.
Andererseits ist ein geschlossenzelliger Hartschaum aus Fertigungssicht vorteilhaft, da durch die hohe Festigkeit und hohe Steifigkeit eine Unempfindlichkeit der Einzelteile auch während der Herstellung erwirkt ist. Dabei sind insbesondere eine hohe Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Schubfestigkeit – gemessen in Megapascal –, eine hohe Stauchhärte – gemessen in Kilopascal – sowie eine hohe Eindruckhärte – gemessen in Gramm pro Quadratzentimeter – im Vergleich zu alternativen Dielektrikum-Materialien für die spanabhebende Bearbeitung, das Spannen in einer Spannzange sowie das Sägen des Materials erleichtert. On the other hand, a closed-cell rigid foam from the manufacturing point of view is advantageous because the high strength and high rigidity insensitivity of the items is also obtained during manufacture. In particular, high compression strength, tensile strength, flexural strength and shear strength - measured in megapascals -, a high compression hardness - measured in kilopascals - and a high indentation hardness - measured in grams per square centimeter - compared to alternative dielectric materials for machining, the Clamping in a collet and sawing the material easier.
Auf diese Weise ist das Leitungssystem sehr einfach herstellbar und weist einen sehr homogenen Aufbau auf, wodurch die für die Kompensation der Stützstellen vorzusehenden Querschnittreduzierungen des Innenleiters entfallen können. In der Folge ist der Innenleiter mechanisch stärker belastbar und weist ein ideales Übertragungsverhalten auf. Die Auswahl der Materialien für den Innenleiter ist nunmehr weniger beschränkt, wodurch anwendungsspezifische Materialien für den Innenleiter verwendet werden können. Ein kostenreduziertes Fertigen sowie ein ideales Übertragungsverhalten des Leitungssystems ist die Folge. Bevorzugt ist der Außenleiter eine mechanisch starre Hülle des Leitungssystems. Auf diese Weise wird die ohnehin schon hohe Stabilität des Leitungssystems aufgrund des Dielektrikum-Materials weiter gestärkt. Weiterhin lässt sich ein geschlossenzelliger Hartschaum als Dielektrikum vereinfacht in das Leitungssystem integrieren. In this way, the line system is very easy to manufacture and has a very homogeneous structure, which can be omitted to be provided for the compensation of the support points Querschnittreduzierungen the inner conductor. As a result, the inner conductor is mechanically stronger and has an ideal transmission behavior. The choice of materials for the inner conductor is now less limited, whereby application-specific materials for the inner conductor can be used. A cost-reduced manufacturing and an ideal transmission behavior of the pipe system is the result. Preferably, the outer conductor is a mechanically rigid shell of the conduit system. In this way, the already high stability of the conduit system due to the dielectric material is further strengthened. Furthermore, a closed-cell rigid foam as a dielectric can be integrated into the line system in a simplified manner.
Das Dielektrikum ist geschäumt. Zum Schäumen wird insbesondere Luft, Sauerstoff oder Stickstoff verwendet. Das resultierende geschäumte PMI wird auch als PMI-E bezeichnet, wobei das PMI-E nachfolgend auch als PMI bezeichnet wird. Durch das Schäumen weist das PMI einen hohen Gas-Anteil von Luft, bzw. von Sauerstoff oder Stickstoff, auf. Dieser Anteil weist bevorzugt einen Wert größer 90 Prozent, bevorzugt größer 94 Prozent, mehr bevorzugt größer 97 Prozent auf. The dielectric is foamed. For foaming in particular air, oxygen or nitrogen is used. The resulting foamed PMI is also referred to as PMI-E, the PMI-E also being referred to below as PMI. By foaming, the PMI has a high gas content of air, or of Oxygen or nitrogen, up. This proportion preferably has a value greater than 90 percent, preferably greater than 94 percent, more preferably greater than 97 percent.
Bevorzugt weist das Dielektrikum eine sehr niedrige relative Dielektrizitätskonstante εr auf. Die relative Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums weist dabei einen Wert kleiner 1,15, bevorzugt kleiner 1,10, mehr bevorzugt kleiner 1,05 auf, so dass das Dieelektrikum in Form des geschlossenzelligen Hartschaums PMI hochfrequenztransparent ist und kaum dielektrische Verluste aufweist. The dielectric preferably has a very low relative dielectric constant ε r . The relative dielectric constant of the dielectric in this case has a value of less than 1.15, preferably less than 1.10, more preferably less than 1.05, so that the dielectric in the form of the closed-cell rigid foam PMI is highly frequency-transparent and has hardly any dielectric losses.
Weiterhin wird durch das Schäumen eine Vielzahl an kleinen geschlossenen Zellen in das Dielektrikum eingebracht. Diese hohe Anzahl geschlossener Zellen erwirkt eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit. Furthermore, foaming introduces a multiplicity of small closed cells into the dielectric. This high number of closed cells provides a high insensitivity to moisture.
Im Vergleich zu Leitungssystemen der herkömmlichen Art, weist das erfindungsgemäße Leitungssystem einen nahezu homogenen Querschnitt auf. Der Innenleiter kann aufgrund der Stabilität des Hartschaums als Dielektrikum ebenfalls homogen ausgestaltet sein, eine Fertigung von komplexen Kompensationen aufgrund von Stützstellen kann entfallen und eine Querschnittreduzierung ist nicht notwendig. Schlussfolgernd treten auf dem Leitungssystem wesentlich weniger Reflexionen auf. In comparison to line systems of the conventional type, the line system according to the invention has a nearly homogeneous cross-section. Due to the stability of the rigid foam as a dielectric, the inner conductor can likewise be made homogeneous, it is not possible to produce complex compensations due to supporting points, and it is not necessary to reduce the cross section. In conclusion, significantly fewer reflections occur on the line system.
Durch die Verwendung von Hartschaum insbesondere aus PMI als Dielektrikum kann das Dielektrikum einen vergleichsweise geringen Abstand zu Anschlussflächen weiterer Baugruppen aufweisen, sodass eine verbesserte mechanische Festigkeit erwirkt ist. By using hard foam, in particular PMI as a dielectric, the dielectric can have a comparatively small distance from the contact surfaces of further assemblies, so that an improved mechanical strength is obtained.
Bevorzugt ist der Innenleiter mit dem Dielektrikum mittels eines ersten Klebemittels, das insbesondere Cyanacrylat sein kann oder aus diesem besteht, verklebt. Das Cyanacrylat bildet eine gute Vernetzung mit dem Innenleiter sowie dem PMI und ermöglicht eine Steigerung der Stabilität des Leitungssystems. Preferably, the inner conductor with the dielectric by means of a first adhesive, which may be in particular cyanoacrylate or consists of this, glued. The cyanoacrylate forms a good network with the inner conductor and the PMI and allows an increase in the stability of the line system.
Bevorzugt ist der Außenleiter mit dem Dielektrikum mittels eines zweiten Klebemittels, das insbesondere Epoxidharz sein kann oder daraus besteht, verklebt. Das Epoxidharz bildet eine gute Vernetzung mit dem Außenleiter sowie dem Dielektrikum und ermöglicht eine weitere Steigerung der Stabilität des Leitungssystems. Preferably, the outer conductor with the dielectric by means of a second adhesive, which may be in particular epoxy resin or consists of glued. The epoxy resin forms a good network with the outer conductor and the dielectric and allows a further increase in the stability of the conduit system.
Anstelle von verschiedenen Klebemitteln kann auch ein einziges Klebemittel sowohl für die Verbindung von Innenleiter und dem Dielektrikum als auch von Außenleiter und dem Dielektrikum verwendet werden, wodurch insbesondere Herstellungs- und Materialkosten gespart werden können. Instead of using different adhesives, it is also possible to use a single adhesive both for the connection of the inner conductor and the dielectric as well as of the outer conductor and the dielectric, as a result of which, in particular, manufacturing and material costs can be saved.
Die Verwendung eines geschlossenzelligen Hartschaums verhindert ein zu tiefes Eindringen der Klebemittel in das Dielektrikum. Andererseits bewirkt das Schäumen ein Aufrauen und damit Vergrößern der Oberfläche des Dielektrikums, wodurch eine ideale Verklebung erwirkt ist. Die hohe mechanische Belastbarkeit ist damit gewährleistet. The use of a closed-cell rigid foam prevents too deep penetration of the adhesive into the dielectric. On the other hand, the foaming causes a roughening and thus increasing the surface of the dielectric, whereby an ideal bonding is obtained. The high mechanical strength is guaranteed.
Bevorzugt besteht der Innenleiterkern aus einem nichtmetallischen Kern und ist mit einem Metall z.B. durch Galvanisieren, Aufdampfen oder Sputtern beschichtet. Aufgrund der hohen mechanischen Stabilität des Dielektrikums als PMI kann auf einen hochstabilen vollvolumig metallischen Innenleiter, beispielsweise aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, verzichtet werden. Insbesondere sind nunmehr Kunststoff-Innenleiter einsetzbar. Das Herstellen des Innenleiters aus Kunststoff bedeutet insbesondere, dass der Kern des Innenleiters ein Kunststoff ist und eine Metallbeschichtung aufweist. Aufgrund der alternativen Materialien für den Kern des Innenleiters ist die Wärmeleitfähigkeit des Innenleiters stark reduziert. Durch den Skin-Effekt breiten sich Hochfrequenzwellen nahezu vollständig an der Oberfläche des Innenleiters aus, wodurch eine vollvolumige metallische Ausgestaltung des Innenleiters für Hochfrequenzanwendungen unnötig ist. Aufgrund der hohen Stabilität des Leitungssystems mittels eines geschlossenzelligen Hartschaums als Dielektrikum kann auf eine vollvolumige Ausgestaltung des Innenleiters aus reinen Stabilitätsgründen verzichtet werden. Preferably, the inner conductor core is made of a non-metallic core and is connected to a metal e.g. coated by electroplating, vapor deposition or sputtering. Due to the high mechanical stability of the dielectric as PMI can be dispensed with a highly stable full-volume metallic inner conductor, for example, a copper-beryllium alloy. In particular, plastic inner conductors can now be used. The manufacture of the inner conductor made of plastic means, in particular, that the core of the inner conductor is a plastic and has a metal coating. Due to the alternative materials for the core of the inner conductor, the thermal conductivity of the inner conductor is greatly reduced. Due to the skin effect, high frequency waves propagate almost completely on the surface of the inner conductor, whereby a full-volume metallic design of the inner conductor for high-frequency applications is unnecessary. Due to the high stability of the conduit system by means of a closed-cell foam as a dielectric can be dispensed with a full-volume design of the inner conductor for reasons of stability.
Durch die Verwendung eines Innenleiters mit wesentlich geringeren Wärmeleitkoeffizienten als Metall sinkt der Fremdwärmeeinfluss für thermische, empfindliche Bauteile, die an das Leitungssystem angeschlossen sind, enorm. Insbesondere für wärmeempfindliche Anwendungen, beispielsweise der Leistungsmessung mittels Wärme, können die erfindungsgemäßen Leitungssysteme bevorzugt verwendet werden und erhöhen die Messgenauigkeit. By using an inner conductor with significantly lower coefficients of thermal conductivity than metal, the external heat influence for thermal, sensitive components that are connected to the line system drops enormously. In particular for heat-sensitive applications, for example the measurement of heat by means of power, the line systems according to the invention can preferably be used and increase the measuring accuracy.
Aufgrund dieses neuartigen Leitungssystems mit deutlich reduzierter mechanischer Komplexität, kann bei noch kleineren Querschnitten, beispielsweise 0,8 mm oder 0,5 mm mit Signalfrequenzen von über 110 GHz gearbeitet werden. Due to this novel cable system with significantly reduced mechanical complexity, it is possible to work with signal frequencies of more than 110 GHz for even smaller cross-sections, for example 0.8 mm or 0.5 mm.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungssystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Bereitstellen des Dielektrikums in Form von Halbschalen; Einbringen einer Vertiefung in jede der Halbschalen des Dielektrikums; Platzieren des Innenleiters in zumindest einer Vertiefung einer der Halbschalen; Verbinden der Halbschalen des Dielektrikums; und Platzieren des Dielektrikums mit Innenleiter in einen Außenleiter. According to the invention, a method for producing a line system is furthermore provided. The method comprises the method steps: providing the dielectric in the form of half-shells; Inserting a recess in each of the half-shells of the dielectric; Placing the inner conductor in at least one recess of one of the half-shells; Connecting the half shells of the dielectric; and placing the dielectric with inner conductor in an outer conductor.
Aufgrund der Verwendung eines geschlossenzelligen Hartschaums, insbesondere aus PMI oder PEEK oder Polystyrol, als Dielektrikum kann ein spanabhebendes Verfahren angewendet werden. Dies wird durch die hohe Stauch- und Eindruckhärte des PMI ermöglicht. Die Fertigung ist damit unempfindlicher und kostengünstiger möglich. Insbesondere ein Fräsen einer Vertiefung und das nachfolgende Platzieren des Innenleiters können ohne technische Schwierigkeiten ermöglicht werden. Due to the use of a closed-cell rigid foam, in particular of PMI or PEEK or polystyrene, as a dielectric, a machining method can be used. This is made possible by the high compression and indentation hardness of the PMI. The production is thus less sensitive and cheaper possible. In particular, a milling of a recess and the subsequent placement of the inner conductor can be made possible without technical difficulties.
Bevorzugt wird nach dem Schritt des Platzierens des Innenleiters ein Verkleben des Innenleiters mit dem Dielektrikum erfolgen. Beispielsweise ist dazu eine Klebebohrung im geschlossenzelligen Hartschaum als Dielektrikum vorgesehen. Beispielsweise enthält das Klebemittel zum Verkleben des Innenleiters mit dem Dielektrikum Cyanacrylat oder besteht daraus. Preferably, after the step of placing the inner conductor, bonding of the inner conductor to the dielectric takes place. For example, an adhesive bore in the closed-cell rigid foam is provided as a dielectric for this purpose. For example, the adhesive for bonding the inner conductor to the dielectric contains or consists of cyanoacrylate.
Alternativ wird vor dem Platzieren des Innenleiters das Klebemittel in der Vertiefung eingebracht. Durch diese Variante des Verklebens wird ein kostengünstigeres Platzieren ermöglicht. Alternatively, prior to placing the inner conductor, the adhesive is introduced into the recess. This variant of the bonding allows a more cost-effective placement.
Bevorzugt wird vor dem Schritt des Platzierens des Dielektrikums mit Innenleiter in den Außenleiter ein Verkleben des Dielektrikums mit dem Außenleiter erfolgen. Dazu weist das Dielektrikum Kleberillen auf, in die das erste Klebemittel oder ein vom ersten Klebemittel verschiedenes zweites Klebemittel in die Kleberillen eingebracht wird. Damit wird ein kostengünstiges Verkleben des Außenleiters mit dem Dielektrikum erzielt. Beispielsweise enthält das Klebemittel zum Verkleben des Außenleiters mit dem Dielektrikum Epoxidharz oder besteht daraus. Preferably, the dielectric is bonded to the outer conductor before the step of placing the dielectric with inner conductor in the outer conductor. For this purpose, the dielectric has adhesive grooves into which the first adhesive or a second adhesive different from the first adhesive is introduced into the adhesive grooves. For a cost-effective bonding of the outer conductor is achieved with the dielectric. For example, the adhesive for bonding the outer conductor to the dielectric contains or consists of epoxy resin.
In einer alternativen Ausgestaltung umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines Werkzeugs in Form von Halbschalen, wobei das Werkzeug eine Aufnahme aufweist; Einbringen des Dielektrikums in die Aufnahme einer der Halbschalen des Werkzeugs, wobei der Querschnitt des Dielektrikums in zumindest einer Ausrichtung eine größere Abmessung als die Aufnahme aufweist; Erhitzen der beiden Halbschalen; und Zusammenpressen der Halbschalen des Werkzeugs. In an alternative embodiment, the method comprises the method steps:
Providing a tool in the form of half-shells, wherein the tool has a receptacle; Introducing the dielectric into the receptacle of one of the half-shells of the tool, wherein the cross-section of the dielectric in at least one orientation has a larger dimension than the receptacle; Heating the two half-shells; and compressing the half-shells of the tool.
Eine Verformung des Dielektrikums, beispielsweise des PMI, erfolgt bei Temperaturen ab 180 °C. Um nun ein formschlüssiges und homogenes Leitungssystem zu erhalten, wird das Dielektrikum mit einem etwas größeren Volumen gefertigt, als es in die Ausnehmungen der Halbschalen des Werkzeugs ohne Komprimierung aufgenommen werden kann. Beim Zusammenpressen der Halbschalen des Werkzeugs nach deren Erhitzen können maßgetreue Halbschalen oder Teile aus Hartschaum hergestellt werden. Die Komprimierung des Dielektrikums durch Hitze bzw. Temperatur stellt dabei eine Verstärkung der mechanischen Stabilität des Hartschaumteils dar. A deformation of the dielectric, for example of the PMI, takes place at temperatures from 180 ° C. In order to obtain a positive and homogeneous line system, the dielectric is made with a slightly larger volume than can be accommodated in the recesses of the half-shells of the tool without compression. When compressing the half-shells of the tool after they have been heated, dimensionally accurate half shells or rigid foam parts can be produced. The compression of the dielectric by heat or temperature represents an enhancement of the mechanical stability of the hard foam part.
Bevorzugt wird der Innenleiter in eine Vertiefung des Dielektrikums vor dem Schritt des Einbringens des Dielektrikums in das Werkzeug eingebracht. Alternativ wird der Innenleiter in die Vertiefung des Dielektrikums nach dem Schritt des Zusammenpressens und durch Hitze ausgeformten Teils eingebracht. Preferably, the inner conductor is inserted into a recess of the dielectric prior to the step of introducing the dielectric into the tool. Alternatively, the inner conductor is inserted into the recess of the dielectric after the crimping step and the heat molded part.
Insbesondere erfolgt die Vertiefung im Dielektrikum durch ein Spanabhebe-Verfahren. Diese sehr einfachen Fertigungsmethoden reduzieren die Fertigungskosten für die Herstellung des Leitungssystems enorm. In particular, the depression in the dielectric is carried out by a chip removal process. These very simple production methods reduce the manufacturing costs for the production of the piping system enormously.
Insbesondere wird das Dielektrikum nach dem Schritt des Zusammenpressens in dem Außenleiter platziert. In particular, the dielectric is placed in the outer conductor after the crimping step.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Übergang von einem Koaxial-Leitungssystem auf ein Koplanar-Leitungssystem vorgesehen, bei dem sich in einer Längsbohrung eines Außenleitergehäuses ein insbesondere runder Innenleiter des Koaxial-Leitungssystems in einen planaren Innenleiter fortsetzt, wobei das Koaxial-Leitungssystem einem Leitungssystem der vorhergehenden Art entspricht. According to the invention, a transition from a coaxial line system to a coplanar line system is furthermore provided, in which a particular round inner conductor of the coaxial line system continues in a longitudinal bore of an outer conductor housing into a planar inner conductor, the coaxial line system corresponding to a line system of the preceding type ,
Ein derartiger Mikrowellenübergang ist insbesondere bei Adaptierung von unterschiedlichen Leitungssystemarten vorgesehen. Da insbesondere beim Übergang von Koaxial-Leitungssystemen auf Koplanar-Leitungssystemen hohe dielektrische Verluste zu erwarten sind, ist es erstrebenswert, das Koaxial-Leitungssystems mittels der vorhergehend beschriebenen Art herzustellen, um ein ideales Übertragungsverhalten von Mikrowellensignalen zu erwirken. Aufgrund der Verwendung eines geschlossenzelligen Hartschaumes, beispielsweise PMI als Dielektrikum kann auf einen Innenleiter aus hochstabilem Material verzichtet werden. Schlussfolgernd kann der Kern des Innenleiters aus weniger stabilem Material, beispielsweise Kunststoff hergestellt sein, wodurch eine Kostenreduktion bei der Fertigung und eine Verringerung des Fremdwärmeeinflusses erwirkt sind. Such a microwave transition is provided in particular when adapting different types of line systems. Since high dielectric losses are to be expected in particular when moving from coaxial line systems to coplanar line systems, it is desirable to produce the coaxial line system by means of the previously described type in order to achieve an ideal transmission behavior of To obtain microwave signals. Due to the use of a closed-cell rigid foam, for example PMI as a dielectric, an inner conductor of highly stable material can be dispensed with. In conclusion, the core of the inner conductor can be made of less stable material, such as plastic, whereby a cost reduction in manufacturing and a reduction of the external heat influence are obtained.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Mikrowellenübergang in einem Hochfrequenz-Leistungs-Messelement verwendet. Dabei ist insbesondere eine geringe Wärmeleitung des Innenleiters gewünscht, die mittels eines Kunststoffes als Innenleiterkern mit Metallbeschichtung erwirkt ist. Dieser mechanisch weniger stabile Innenleiter kann eingesetzt werden, da das Dielektrikum ein geschlossenzelliger Hartschaum ist, welches eine große Grundstabilität aufweist. In a preferred embodiment, the microwave transition is used in a high-frequency power measuring element. In particular, a low heat conduction of the inner conductor is desired, which is obtained by means of a plastic as inner conductor core with metal coating. This mechanically less stable inner conductor can be used because the dielectric is a closed-cell rigid foam, which has a high basic stability.
Nachfolgend werden anhand von Figuren der Zeichnung, Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft näher erläutert. Dabei weisen gleiche Bestandteile in den Figuren gleiche Bezugszeichen auf. Zur Verdeutlichung sind einzelne Bestandteile in den Figuren übertrieben groß oder übertrieben vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Hereinafter, embodiments of the invention will be explained in more detail by way of example with reference to figures of the drawing. In this case, the same components in the figures have the same reference numerals. For clarity, individual components in the figures are exaggeratedly large or exaggerated simplified. Show it:
Als Dielektrikum
Das erfindungsgemäße Leitungssystem besteht aus einem Dielektrikum
Das PMI ist dabei als geschlossenzelliger Hartschaumstoff PMI-E ausgebildet, wobei als Schäummittel Luft, Sauerstoff oder Stickstoff verwendet wird. Dieses PMI zeichnet sich insbesondere durch einen vergleichsweise hohen Luftanteil von mehr als 90 Prozent aus, wodurch es nahezu die dielektrischen Eigenschaften von Luft aufweist und im Leitungssystem kaum dielektrische und ohmsche Verluste durch das PMI als Dielektrikum
Die Materialeigenschaften von PMI als ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Dielektrikum
In
Das Verkleben ist insbesondere möglich, da das Eindringen und Wegziehen des Klebstoffes aufgrund der Vielzahl von kleinen geschlossenen Zellen des Dielektrikum-Materials
Die Klebemittel
In
Überdies sind Kleberillen
Das in
Das Dielektrikum
Die in
In
Der Übergang
Der Mikrowellenübergang
Auf diese Art wird ein kontinuierlicher Übergang des koaxialen Feldes in ein koplanares Feld erreicht und eine reflexionsfreie Anbindung des Koplanar-Leitungssystems
Erfindungsgemäß kann nunmehr mittels des geschlossenzelligen Hartschaums als Dielektrikums
Der Außenleiter
In einer ersten Herstellungsvariante wird das Dielektrikum
In einer zweiten Herstellungsvariante wird das Dielektrikum
In
In
In
In
In
Erfindungsgemäß weisen die Querschnitte des Innenleiters
Alternativ und vom Erfindungsgedanken nicht ausgeschlossen sind die Querschnitte von Innenleiter
In
Gemäß
Gemäß
In
Um eine formschlüssige und dementsprechend homogene Ausgestaltung des Leitungssystems zu ermöglichen, wird der Querschnitt
Aufgrund der Wärmeformbeständigkeit von 180 °C des als geschlossenzelligen Hartschaum ausgebildeten Dielektrikums
Entgegen der Ausgestaltung gemäß
Alle gezeigten, beanspruchten und beschriebenen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere sind verschiedenförmige Querschnitte von Innenleiter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008012591 A1 [0003] DE 102008012591 A1 [0003]
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- 2014-07-18 DE DE102014214023.4A patent/DE102014214023A1/en active Pending
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