DE102017124974B3 - Verbindungseinheit für Hochfrequenzgeräte - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Verbindungseinheit (100) für Hochfrequenzkomponenten (20, 30) angegeben. Die Verbindungseinheit weist auf: ein Gehäuse (130); eine erste Schnittstelle (110) und eine zweite Schnittstelle (120), welche an dem Gehäuse angeordnet sind und ausgeführt sind, mit jeweils einer Hochfrequenzkomponente gekoppelt zu werden; einen in dem Gehäuse verlaufenden Innenleiter (140), welcher mit der ersten Schnittstelle (110) und der zweiten Schnittstelle (120) verbunden ist, um eine Hochfrequenzverbindung zwischen der ersten Schnittstelle (110) und der zweiten Schnittstelle (120) herzustellen; einen Abstandhalter (150), welcher den Innenleiter umgibt und sich zumindest entlang eines Teils der Länge des Innenleiters erstreckt. Das Gehäuse ist aus einem elektrisch leitfähigen und starren Material gefertigt und der Abstandhalter ist so angeordnet, dass der Innenleiter (140) zumindest abschnittsweise von dem Gehäuse (130) beabstandet ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hochfrequenztechnik. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbindungseinheit für Hochfrequenzgeräte sowie eine Hochfrequenzeinheit bzw. Hochfrequenzbaugruppe mit einer solchen Verbindungseinheit. Weiter betrifft die Erfindung einen Satelliten mit einer solchen Hochfrequenzeinheit, wobei die Hochfrequenzeinheit beispielsweise als Teil einer Kommunikationseinrichtung bzw. einer Datenübertragungsstrecke, insbesondere einer Satellitenübertragungsstrecke oder einer Satellitenfunkübertragungsstrecke genutzt werden kann.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Systeme aus dem Bereich der Hochfrequenztechnik werden genutzt, um Signale und Daten von einer Sendeanlage zu einer Empfangsanlage zu übertragen. Hochfrequenztechnik wird bevorzugt genutzt, wenn Daten über eine große Entfernung (bis zu mehreren Hundert oder mehreren Tausend Kilometern) übertragen werden müssen.
  • Bevor Signale an die Luftschnittstelle (z.B. Antenne) übergeben werden, können sie beispielsweise eine Verarbeitung oder Aufbereitung erfordern. Hochfrequenztechnik wird beispielsweise auf Kommunikationssatelliten eingesetzt, um Kommunikationssignale zu verstärken, zu kombinieren und zu filtern. Oft besteht ein Hochfrequenzsystem aus einzelnen Modulen (Filter, Koppler, Isolatoren, Vorverstärker, Leistungsverstärker, etc.), die miteinander verbunden sind.
  • EP 2 775 612 A1 und US 9 530 604 B2 beschreiben eine Signalübertragungseinheit, welche im Hochfrequenzbereich eingesetzt wird und insbesondere Verwendung in einem Kommunikationssatelliten findet.
  • JP H11 - 243302 A beschreibt ein dielektrisches Filter, welches strukturell gemäß den Prinzipien eines Koaxialleiters aufgebaut ist. Das Filter hat einen Eingang und einen Ausgang, welche jeweils über eine Antenne kapazitiv mit jeweils einem Resonator gekoppelt sind. Auf den Oberflächen der Resonatoren sind elektrisch leitfähige Schichten aufgetragen.
  • US 5 021 734 A beschreibt einen koaxialen Überspannungsschutz mit einem metallischen Gehäuse, einem Deckel und äußeren Anschlüssen und, welche mit einem Innenleiter verbunden sind und dazu dienen, Koaxialleitungen anzuschließen und ein Signal auf den Innenleiter zu geben. In dem Gehäuse wird ein zu testendes Gerät angeordnet. Nachdem der Innenleiter mit Strompulsen beaufschlagt wird, kann ein über das zu testende Gerät von dem Innenleiter zu dem Gehäuse bzw. dessen Deckel fließender Strom erfasst werden, um so dessen Überspannungsfestigkeit zu ermitteln.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, eine flexibel einsetzbare Verbindungstechnik für modulare Hochfrequenzsysteme bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Verbindungseinheit für Hochfrequenzkomponenten angegeben. Die Verbindungseinheit weist ein Gehäuse, eine erste Schnittstelle, eine zweite Schnittstelle, einen Innenleiter und einen Abstandhalter auf. Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle sind an dem Gehäuse angeordnet und sind ausgeführt, mit jeweils einer Hochfrequenzkomponente gekoppelt zu werden. Der Innenleiter verläuft in dem Gehäuse und ist mit der ersten Schnittstelle und der zweiten Schnittstelle verbunden, um eine Hochfrequenzverbindung zwischen der ersten Schnittstelle und der zweiten Schnittstelle herzustellen. Der Abstandhalter umgibt den Innenleiter und erstreckt sich zumindest entlang eines Teils der Länge des Innenleiters. Das Gehäuse ist aus einem elektrisch leitfähigen und starren Material gefertigt und der Abstandhalter ist so angeordnet, dass der Innenleiter zumindest abschnittsweise von dem Gehäuse beabstandet ist. Der Abstandhalter ist aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt und liegt unmittelbar an Innenwänden des Gehäuses an. Der Abstandhalter hält und führt den Innenleiter mit Bezug zu dem Gehäuse.
  • Die hierin beschriebene Verbindungseinheit ist mechanisch robust, kostengünstig, kann in bestehende Gehäuse der zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten integriert werden, ist leicht und kompakt, geeignet für niedrige und hohe Eingangsleistungen sowie für Direktverbindungen und auch Leistungsverteilung und ist auch geeignet, um unterschiedlich positionierte oder angeordnete Hochfrequenzkomponenten miteinander zu verbinden.
  • Somit kann auf Koaxialkabel oder Hohlleiter verzichtet werden. Die hier beschriebene Verbindungseinheit ist im Vergleich zu Koaxialkabel mechanisch deutlich robuster und starr und im Vergleich zu Hohlleitern für größere Bandbreiten geeignet und bieten auch eine größere Flexibilität was die Anordnung der zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten betrifft.
  • Die beiden Schnittstellen sind bevorzugt an einer Außenfläche des Gehäuses angeordnet und voneinander beabstandet, so dass die zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten über die Verbindungseinheit miteinander verbunden werden können.
  • Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem starren Material gefertigt. Dies bedeutet, dass das Gehäuse seine Form unter dem Einfluss der eigenen Masse im Wesentlichen nicht verändert und auch in der Lage ist, äußeren Belastungen, insbesondere mechanischen Belastungen, standzuhalten. Das starre Material des Gehäuses kann beispielsweise Aluminium sein.
  • Da das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist, dient es als Abschirmung für den Innenleiter, so dass es dein Einfluss von äußeren elektromagnetischen Feldern auf die Signalübertragung über den Innenleiter minimiert oder gar eliminiert.
  • Der Innenleiter kann eine gewisse Eigenfestigkeit haben, welche ihn in einer bestimmten Position innerhalb des Gehäuses hält. Der Abstandhalter ist jedoch als weiteres Element vorhanden, um den Innenleiter in dem Gehäuse zu fixieren und zu positionieren. Der Abstandhalter ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt und fixiert den Innenleiter relativ zu dem Gehäuse. Der Abstandhalter kann beispielsweise scheibenförmig oder tellerförmig ausgeführt sein und eine mittig angeordnete Ausnehmung aufweisen, durch welche der Innenleiter verläuft. Die Außenflächen des Abstandhalters liegen an den Innenwänden des Gehäuses an. Der Abstandhalter liegt unmittelbar an den Innenwänden des Gehäuses an und es ist keine Lücke dazwischen, um eine Bewegung des Abstandhalters in dem Gehäuse zu vermeiden. Der Abstandhalter ist aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt. Dies kann insbesondere dazu dienen, Fertigungs- und Montagetoleranzen abzufangen.
  • Der Innenleiter ist mit der ersten und zweiten Schnittstelle gekoppelt. An den entsprechenden Koppelpunkten nähert sich der Innenleiter der Gehäusewand an. Zwischen diesen Koppelpunkten ist der Innenleiter allerdings von den Wänden des Gehäuses beabstandet.
  • Im Zusammenhang dieser Beschreibung ist unter Hochfrequenz ein Frequenzbereich oberhalb von einem GHz (Gigahertz, 1 x 10E9 Hertz) zu verstehen. Solche Frequenzbereiche werden beispielsweise bei Satellitenfunkübertragungsstrecken genutzt. Bei einer solchen Satellitenfunkübertragungsstrecke kann es sich beispielsweise um eine Ka-Band Übertragungsstrecke handeln in einem Frequenzbereich von 17,7 -21,2 GHz für die Abwärtsstrecke (downlink) und 27,5 - 31 GHz für die Aufwärtsstrecke (uplink), um eine Ku- oder X-Band-Implementierung im Bereich um 11 bzw. 7 GHz, oder um eine L-Band- (um 1,5 GHz), S-Band- (um 2,5 GHz) oder C-Band-Implementierung (um 4 GHz).
  • Gemäß einer Ausführungsform besteht das Gehäuse aus zwei Halbschalen, die entlang einer Fügestelle miteinander verbunden sind, wobei das Gehäuse zumindest teilweise aus Aluminium besteht.
  • Aluminium ist vergleichsweise leicht und hat eine ausreichend hohe Festigkeit, um die Verbindungseinheit, insbesondere den Innenleiter, vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Darüber hinaus ist Aluminium elektrisch leitfähig, um als elektromagnetische Abschirmung für den Innenleiter zu dienen.
  • Das Gehäuse kann aus zwei Halbschalen oder allgemein aus mindestens zwei Schalen bestehen, die zusammengefügt und miteinander verbunden werden, um das Gehäuse in seiner gewünschten Form zu erhalten. Die Halbschalen formen einen Hohlraum, durch welchen der Innenleiter verläuft. Der Innenleiter erstreckt sich in dem Hohlraum des Gehäuses von einer Schnittstelle zu der anderen Schnittstelle. Dabei kann der Innenleiter sich einer Form des Gehäuses anpassen. Es ist beispielsweise möglich, dass der Innenleiter einen gekrümmten oder geknickten Verlauf aufweist. Der Innenleiter kann beispielsweise so verlaufen, dass er einen gleichmäßigen Abstand von den Innenwänden des Gehäuses hat. Alternativ kann der Innenleiter so verlaufen, dass er jeweils den maximalen Abstand zu den Innenwänden des Gehäuses hat. Dies bedeutet, dass der Abstand von zwei gegenüberliegenden Innenwänden gleich groß ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Innenleiter aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das elektrisch leitfähige Material zumindest eines der folgenden Materialien oder eine Kombination hiervon aufweist: Aluminium, Messing, Kupfer, Silber, Gold.
  • Der Innenleiter dient dazu, hochfrequente elektrische Signale zu übertragen. Eine gute elektrische Leitfähigkeit ist daher von Vorteil, um solche Signale mit möglichst wenig Verfälschung zu übertragen.
  • Der Innenleiter ist bevorzugt aus einem Vollmaterial geschaffen, ist also kein Hohlleiter.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Innenleiter aus zumindest zwei Teilabschnitten, die mittels einer Verbindung miteinander verbunden sind.
  • Dieses Aufteilen des Innenleiters in mehrere voneinander lösbare Teilabschnitte ermöglicht ein modulares Zusammensetzen des Innenleiters. Abgewinkelte Verbindungen können so geschaffen werden, ohne dass ein durchgängiger Innenleiter abgewinkelt werden muss.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindung zwischen den Teilabschnitten des Innenleiters eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung.
  • So kann die Verbindung beispielsweise eine Klemm- oder Steckverbindung sein. Dies hat den Vorteil, dass bei thermisch bedingter Ausdehnung des Innenleiters oder einer relativen Bewegung der Schnittstellen an dem Gehäuse oder der verbundenen Hochfrequenzkomponenten zueinander die Klemm- oder Steckverbindung ein gewisses Maß an Ausgleich für diese Ausdehnung bzw. Bewegung ermöglicht. Alternativ kann die Verbindung auch eine Schraubverbindung kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Oberfläche des Innenleiters mit einer Schicht Silber oder Gold überzogen.
  • In anderen Worten ist also der Innenleiter versilbert oder vergoldet. Dies kann die elektrische Leitfähigkeit verbessern. Bevorzugt ist der Innenleiter komplett mit Silber oder Gold überzogen. Die Schicht aus Silber oder Gold kann wenige µm dick sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Abstandhalter ein elektrisch isolierendes Material auf.
  • Damit wird der Innenleiter von dem Gehäuse elektrisch isoliert bzw. getrennt. Es sei darauf hingewiesen, dass auch die erste und die zweite Schnittstelle so an dem Gehäuse angeordnet bzw. mit diesem gekoppelt sind, dass die Schnittstellen elektrisch von dem Gehäuse isoliert sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Abstandhalter über die gesamte Länge des Innenleiters und hält den Innenleiter in dem Gehäuse an einer vorgegebenen Position.
  • Der Abstandhalter hat also den Zweck, den Innenleiter relativ zu dem Gehäuse zu fixieren und den Innenleiter von dem Gehäuse elektrisch zu trennen bzw. zu isolieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrisch isolierende Material des Abstandhalters ein Kunststoff, insbesondere Teflon, ein Polyetherketon, oder ein Polytetrafluorethylen.
  • Diese Materialien haben sich besonders für den Einsatz im Vakuum bewährt und sind daher vorteilhaft für die Verwendung an Bord eines Satelliten, welcher außerhalb der Erdatmosphäre betrieben wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Verbindungseinheit weiterhin eine Hochfrequenzkomponente auf, welche sich in dem Gehäuse befindet und zwischen zwei Abschnitten des Innenleiters angeordnet ist sowie mit diesen beiden Abschnitten elektrisch verbunden ist.
  • Dies bedeutet, dass eine Hochfrequenzkomponente in dem Gehäuse der Verbindungseinheit integriert sein kann, um über den Innenleiter mit anderen Hochfrequenzkomponenten, welche außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, verbunden zu werden.
  • Diese in dem Gehäuse angeordnete Hochfrequenzkomponente kann beispielsweise ein Leistungsverstärker sein, welcher mit zwei Abschnitten des Innenleiters elektrisch verbunden ist, so dass jeweils ein Anschluss des Leistungsverstärkers auf eine Schnittstelle des Gehäuses geführt wird.
  • Die zwei Abschnitte des Innenleiters werden mit dem Leistungsverstärker bevorzugt über Streifenleitungen (microstrips) verbunden. Dabei werden die Abschnitte des Innenleiters mit den jeweils zugeordneten Streifenleitungen elektrisch verbunden.
  • Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die in dem Gehäuse angeordnete Hochfrequenzkomponente ebenfalls vor äußeren mechanischen Einflüssen sowie elektromagnetischen Feldern geschützt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Schnittstelle ein Koaxialverbinder oder ein Hohlleiter und die zweite Schnittstelle ist ebenfalls ein Koaxialverbinder oder ein Hohlleiter.
  • Hierbei handelt es sich also um die äußeren Schnittstellen, über die der Innenleiter an eine Hochfrequenzkomponente bzw. eine Schnittstelle der Hochfrequenzkomponente gekoppelt werden kann.
  • Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle können gleich oder verschieden sein. So kann z.B. die erste Schnittstelle eine Koaxialverbindung sein und die zweite Schnittstelle eine Hohlleiterverbindung. Das bedeutet allgemein, dass die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle jeweils an die zu verbindende Hochfrequenzkomponente angepasst werden kann. Damit bietet die Verbindungseinheit eine flexible Möglichkeit, auch Hochfrequenzkomponenten mit unterschiedlichen Schnittstellen miteinander zu verbinden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Hochfrequenzeinheit angegeben. Die Hochfrequenzeinheit weist eine erste Hochfrequenzkomponente und eine zweite Hochfrequenzkomponente sowie eine Verbindungseinheit wie oben und im Folgenden beschrieben auf, wobei die Verbindungseinheit die erste Hochfrequenzkomponente und die zweite Hochfrequenzkomponente elektrisch miteinander verbindet.
  • Die Verbindungseinheit kann an die räumlichen Gegebenheiten und die relative Anordnung der ersten Hochfrequenzkomponente und der zweiten Hochfrequenzkomponente angepasst werden, indem das Gehäuse der Verbindungseinheit vor der Montage an die Erfordernisse der Verwendungsumgebung angepasst wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Hochfrequenzkomponente ein Vorverstärker und die zweite Hochfrequenzkomponente ist ein Leistungsverstärker.
  • Vorverstärker und Leistungsverstärker werden bevorzugt in Kommunikationsverbindungen genutzt, welche große Entfernungen überbrücken. Durch die Anordnung von Vorverstärker und Leistungsverstärker wird ein Signal in der geforderten Form bereitgestellt.
  • Bei den Hochfrequenzkomponenten kann es sich aber auch um Filter, Multiplexer, Zirkulatoren, oder Isolatoren handeln, welche mit Hilfe der hierin beschriebenen Verbindungseinheit miteinander verbunden werden können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Satellit mit einer Hochfrequenzeinheit wie oben und im Folgenden beschrieben angegeben.
  • Bei dem Satelliten kann es sich um einen Kommunikationssatelliten handeln. Ein Kommunikationssatellit ist ein für die Verwendung im Orbit vorgesehenes Raumfahrzeug, welches eine Kommunikationsanlage zum Empfangen und Senden von Daten bzw. Signalen enthält. Daneben kann ein Kommunikationssatellit auch Einheiten zum Verarbeiten der Daten enthalten. Die Hochfrequenzeinheit kann bevorzugt in einem Signalverarbeitungspfad der Kommunikationsanlage des Kommunikationssatelliten verwendet werden.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
    • 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Verbindungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer Verbindungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Verbindungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 4 eine schematische Darstellung einer Vorderansicht einer Verbindungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer Verbindungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 6 eine schematische Darstellung einer Halbschale einer Verbindungseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 7 eine schematische Darstellung einer Hochfrequenzeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 8 eine schematische Darstellung eines Satelliten gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt eine Verbindungseinheit 100. Die Verbindungseinheit 100 weist ein Gehäuse 130, eine erste Schnittstelle 110 und eine zweite Schnittstelle 120 auf. Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle sind an einer Wand bzw. Außenseite des Gehäuses 130 angeordnet bzw. hiermit mechanisch gekoppelt. Die Verbindungseinheit 100 weist weiterhin einen Innenleiter 140 auf, wobei der Innenleiter 140 sich innerhalb des Gehäuses 130 erstreckt und die erste Schnittstelle 110 mit der zweiten Schnittstelle 120 elektrisch verbindet, so dass elektrische Signale von der ersten Schnittstelle zu der zweiten Schnittstelle übertragen werden können.
  • In 1 ist zwar dargestellt, dass die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle an derselben Seite bzw. Fläche des Gehäuses 130 befinden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle sich an unterschiedlichen Seiten des Gehäuses 130 befinden können. Wo sich die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle mit Bezug zu dem Gehäuse 130 befinden kann davon abhängen, wo bzw. wie die miteinander zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten angeordnet sind.
  • Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass das Gehäuse 130 verschiedene äußere Formen annehmen kann. In 1 ist das Gehäuse als Quader gezeigt, es kann aber genauso gut L-förmig oder U-förmig sein. Das Gehäuse 130 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt bzw. weist ein solches Material auf. Hierdurch wird der Innenraum des Gehäuses 130 gegen elektromagnetische Felder abgeschirmt.
  • Der Innenleiter 140 verläuft in dem Gehäuse 130 und ist in 1 gestrichelt dargestellt. Der Innenleiter 140 ist elektrisch und mechanisch mit der ersten Schnittstelle 110 und der zweiten Schnittstelle 120 gekoppelt. Der Innenleiter 140 ist aus Metall gefertigt bzw. weist ein solches auf, insbesondere Aluminium, Messing oder Kupfer und kann versilbert oder vergoldet sein.
  • Der Innenleiter 140 kann mehrere Teilabschnitte aufweisen. In dem Beispiel der 1 weist der Innenleiter 140 einen ersten Abschnitt 142, einen zweiten Abschnitt 144 und einen dritten Abschnitt 146 auf. Diese Abschnitte sind mechanisch und auch elektrisch miteinander gekoppelt. Das Aufteilen des Innenleiters in mehrere Abschnitte ermöglicht es, dass der Innenleiter modular zusammengesetzt werden kann. Der Innenleiter kann so zusammengesetzt werden, dass er der Form des Gehäuses 130 entspricht.
  • Zwischen den Abschnitten 142, 144, 146 des Innenleiters 140 ist jeweils eine Verbindung 143, 145 vorgesehen. Bei dieser Verbindung kann es sich beispielsweise um eine Steckverbindung, eine Klemmverbindung oder eine Schraubverbindung handeln. Insbesondere eine Steckverbindung und eine Klemmverbindung haben den Vorteil, dass sie eine thermisch bedingte Ausdehnung oder eine sonstige Bewegung des Innenleiters 140, des Gehäuses 130 oder der miteinander zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten auffangen können, da sie eine Relativbewegung der verbundenen Abschnitte ermöglichen, ohne dass hierbei die elektrische Verbindung gelöst oder getrennt wird.
  • Bei einer Steckverbindung kann beispielsweise der Abschnitt 142 eine Ausnehmung (nicht gezeigt) aufweisen und der Abschnitt 144 kann einen Pin (nicht gezeigt) aufweisen, welcher in die Ausnehmung gesteckt wird. Eine Schraubverbindung kann ähnlich aufgebaut sein, wobei der Pin mit einem Außengewinde versehen sein kann und die Ausnehmung in dem anderen Abschnitt ein Loch ist, durch welches der Pin geführt wird. Dabei ist der Pin länger als die Materialstärke des anderen Abschnittes, so dass eine Mutter auf das Außengewinde des Pins geschraubt werden kann.
  • Die erste Schnittstelle 110 und die zweite Schnittstelle 120 können beispielsweise in einer Bohrung oder in einem sonstigen Durchbruch der Wand des Gehäuses 130 angeordnet und fixiert werden. Dies erfolgt so, dass die erste Schnittstelle 110 und die zweite Schnittstelle 120 mit Bezug zu dem Gehäuse 130 elektrisch isoliert sind.
  • In anderen Worten kann die Verbindungseinheit 100 wie folgt beschrieben werden: die Verbindungseinheit 100 besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Außengehäuse, welches als gesondertes Gehäuse 130 bereitgestellt ist oder in die Gehäuse der bestehenden Hochfrequenzkomponenten integriert werden kann. In diesem Gehäuse 130 wird ein Innenleiter 140 geführt, der entweder vollständig oder in unregelmäßigen Abständen von Abstandhaltern 150 (siehe 2) gehalten und geführt wird. Die Anbindung des Innenleiters an Mikrostreifensubstrate kann durch direktes Bonden erfolgen (siehe 5). Die Anbindung des Innenleiters 140 an einen Hohlleiter oder an eine Koaxialverbindung kann über die erste und zweite Schnittstelle 110, 120 erfolgen. Zum Anbinden von Koaxialleitern oder Koaxialleitungen kann ein einfacher Stecker angebracht werden. Die erste Schnittstelle und die zweite Schnittstelle können an ihren Kopplungspunkten zu den externen zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten einen Flansch aufweisen und mittels Steck- oder Schraubverbindungen mit den Hochfrequenzkomponenten verbunden werden.
  • Die Verbindungseinheit 100 ist mechanisch sehr robust und die Verbindung von liegenden und stehenden Modulen ist problemlos möglich. Dabei zeichnet sich die Verbindungseinheit durch geringe Verluste aus, die insbesondere geringer sind als die Verluste eines Kabels. Die Verbindungseinheit ist geeignet für Direktverbindung von zwei Hochfrequenzkomponenten oder auch für Leistungsverteilung von einem Eingang auf zwei Ausgänge (siehe 5). Damit ist die Verbindungseinheit geeignet für modulare Aufbauten, weil sie es ermöglicht, beliebig viele Geräte anzubinden. Der Innenleiter 140 kann an sinnvollen Stellen auch geteilt werden, um einfacheren Aufbau (z.B. Bonden an Funkkomponenten) zu ermöglichen. Mit Hilfe von Steck- oder Schraubkontakten können die Abschnitte des Innenleiters miteinander verbunden werden.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf die Verbindungseinheit 100 aus 1, wobei 2 einen Blick in das Gehäuse 130 zeigt. Allerdings sind in 2 auch Abstandhalter 150 zu sehen, welche in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
  • Der zweite Abschnitt 144 des Innenleiters 140 erstreckt sich in Längsrichtung des Gehäuses 130 von links nach rechts. Zwei Abstandhalter 150 sind vorgesehen und angeordnet, den Innenleiter in einer gewünschten Position zu halten und zu fixieren. Die beiden Abstandhalter 150 sind in Längsrichtung des zweiten Abschnitts 144 voneinander beabstandet. Die Abstandhalter 150 sorgen dafür, dass der zweite Abschnitt 144 (bzw. allgemein der Innenleiter 140) einen Abstand 152 von den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden 132 des Gehäuses 130 einhält. Bevorzugt wird der Innenleiter 140 mittig zwischen den beiden Seitenwänden 132 geführt, d.h., dass der Abstand 152 zwischen Innenleiter und den beiden Seitenwänden gleich ist.
  • Es ist ersichtlich, dass die Abstandhalter 150 eine Breite haben, welche dem Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 130 entspricht. Die Abstandhalter 150 können aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt sein. Dabei können die Abstandhalter 150 in einem Ausgangszustand eine größere Ausdehnung haben als der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden. In einem anschließenden Schritt wird der Innenleiter durch eine Ausnehmung des Abstandhalters geführt und der Abstandhalter wird seitlich zusammengedrückt und in dem Gehäuse 130 platziert.
  • Grundsätzlich kann ein Abstandhalter scheibenförmig oder plattenförmig geformt sein und eine mittige Ausnehmung bzw. einen Durchbruch aufweisen, durch den der Innenleiter geführt wird. Die Umrisse, das heißt äußere Form, des Abstandhalters entspricht bevorzugt im Wesentlichen einer Form des Querschnitts des Gehäuses 130. Abstandhalter können an jedem Abschnitt des Innenleiters 140 angeordnet sein. Ein Abstandhalter, welcher an dem ersten Abschnitt 142 oder dritten Abschnitt 146 des Innenleiters angeordnet ist hat jedoch eine andere Ausrichtung als die Abstandhalter, welche an dem zweiten Abschnitt 144 angeordnet sind.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht der Darstellung aus 2. Der Innenleiter ist gestrichelt dargestellt. Die Abstandhalter 150 sind mit durchgezogenen Linien gezeigt, auch wenn sie sich in der Seitenansicht hinter der vorne liegenden Seitenwand des Gehäuses 130 befinden.
  • Die Abstandhalter 150 halten den Innenleiter so, dass ein Abstand 152 zwischen dem zweiten Abschnitt 144 und der Bodenwand 134 des Gehäuses 130 eingehalten wird.
  • 4 zeigt eine Vorderansicht von links bzw. von rechts bezogen auf die Darstellungen der 2 und 3. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 4 lediglich der Querschnitt des zweiten Abschnitts 144 des Innenleiters 140 gezeigt. Der Abstandhalter 150 umgibt den Innenleiter 140 und sorgt so dafür, dass der Innenleiter 140 einen gewünschten Abstand von den Seitenwänden, der Bodenwand und der Deckenwand des Gehäuses einhält.
  • In 4 ist der Abstandhalter 150 so eingezeichnet, dass ein kleiner Abstand zu den Wänden des Gehäuses 130 zu sehen ist. Dies ist jedoch lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit erfolgt. Tatsächlich liegt der Abstandhalter 150 mindestens an einigen der Wände des Gehäuses an.
  • Auch wenn in den 2 bis 4 einzelne voneinander beabstandete Abstandhalter 150 gezeigt sind kann auch ein einzelner Abstandhalter vorgesehen sein, welcher einen Großteil oder den gesamten Innenleiter umgibt und in dem Gehäuse fixiert. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Innenleiter in dem Gehäuse angeordnet wird und dann der Innenraum des Gehäuses mit einem Schaum oder einem sonstigen fließenden oder formbaren Material ausgegossen wird, welches dann aushärtet und dadurch den Innenleiter in der ursprünglichen Position hält.
  • Der Abstandhalter ist elektrisch isolierend und kann insbesondere ein Kunststoff sein, z.B. Teflon, ein Polyetherketon (PEK), oder ein Polytetrafluorethylen (PTFE, auch bekannt unter dem Handelsnamen Fluoroloy).
  • Der Innenleiter 140 erfordert daneben keine weitere Isolierschicht, die ihn unmittelbar umgibt. Es kann sich also bei dem Innenleiter um einen oder mehrere nicht isolierte Metallstäbe handeln. Der Innenleiter kann als Kabel oder Leitung bezeichnet werden.
  • 5 zeigt eine Darstellung der Verbindungseinheit 100, in welcher eine Hochfrequenzkomponente 170 in dem Gehäuse 130 vorgesehen ist und zusätzlich der Innenleiter mit einer Verzweigung 148 versehen ist.
  • Die Hochfrequenzkomponente 170 kann ein Leistungsverstärker sein, welcher auf Halbleiterelementen basiert. Die Halbleiterelemente des Leistungsverstärkers 174 sind auf einer Platine 172 angeordnet. Auf dieser Platine 172 befinden sich elektrisch leitfähige Streifen bzw. Leiterbahnen, welche eine elektrische Anbindung des Leistungsverstärkers 174 an den Innenleiter ermöglichen. Der erste Abschnitt 142 des Innenleiters ist in einer Fügeregion 180 mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden. Diese Leiterbahnen stellen eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 142 und dem Leistungsverstärker 174 her. Auf der anderen Seite ist der Leistungsverstärker 174 ebenfalls über Leiterbahnen elektrisch mit dem zweiten Abschnitt 144 verbunden, wobei diese Verbindung ebenfalls in einer Fügeregion 180 stattfindet.
  • Weiterhin ist in 5 zu sehen, dass der zweite Abschnitt 144 in einer Verzweigung 148 auf den dritten Abschnitt 146 geführt wird. Die Verzweigung 148 kann als T-förmige Verzweigung bezeichnet werden, weil ausgehend von dem zweiten Abschnitt 144 nun über den dritten Abschnitt 146 zwei mögliche Signalabgriffe bereitgestellt werden. Mit den Bezugszeichen 120A, 120B sind zwei Schnittstellen gezeigt, an welchen ein Signal ausgegeben werden kann.
  • An der Verzweigung 148 ist eine Verbindung 145 vorgesehen, welche eine Verbindung wie oben beschrieben sein kann.
  • Der Leistungsverstärker 174 kann auch als Endstufe bzw. Verstärkerendstufe bezeichnet werden. Am Ausgang der Verstärkerendstufen kann ein Netzwerk zur Leistungskombination basierend auf der beschriebenen Technologie angebracht werden. Dieses kann dann mit weiteren Modulen verbunden werden, oder mit einem Übergang auf Koaxialstecker oder Hohlleiter versehen werden, um eine gewünschte Schnittstelle zu bieten.
  • Werden Endstufen mit einem Leistungsverteilnetzwerk am Ein- und Ausgang genutzt, kann der am Eingang angeschlossene Teil (Vorverstärker) und der am Ausgang angeschlossene Teil (Hohlleiterübergang/Isolator) unverändert bleiben. Durch Tausch der Endstufenmodule kann die Ausgangsleistung verändert werden, ohne dass die anderen beteiligten Komponenten geändert werden müssen. In diesen Fällen kann der Innenleiter zur besseren Integration in mehrere Teile geteilt werden und durch Steck- oder Schraubverbindungen wieder kombiniert werden.
  • Statt direkter Leistungskombination am Ausgang (z.B. 4-zu-1 Verbindung) kann auch jede Endstufe auf einen Hohlleiterübergang und Isolator geführt werden (mit einer 1-zu-1 Verbindung in der beschriebenen Verbindungstechnik) und dann die Ausgänge der Isolatoren über Leistungskombination in einem Hohlleiternetzwerk kombiniert werden.
  • 6 zeigt eine isometrische Darstellung einer Halbschale 136 für das Gehäuse 130. Diese Halbschale hat eine U-förmige Form und der Innenleiter (nicht gezeigt) verläuft durch den Innenraum der Halbschale. Eine zweite Halbschale (nicht gezeigt) derselben Form ist bereitgestellt und kann beispielsweise als Deckel auf die gezeigte Halbschale gesetzt werden, um das Gehäuse in einer geschlossenen Form zu haben. Die Kante der Halbschale, welche mit der zweiten Halbschale verbunden wird, kann als Fügestelle oder Fügekante 137 bezeichnet werden. Die beiden Halbschalen können über lösbare oder nicht lösbare Verbindungen miteinander verbunden werden. Beispielsweise ist es möglich, die beiden Halbschalen über Klickverbindungen oder Schnappverbindungen miteinander zu verbinden. Auch ist es möglich, die Halbschalen mittels stoffschlüssiger Verbindungen miteinander zu verbinden, soweit diese Verbindungen für den vorgesehenen Verwendungszweck der Verbindungseinheit geeignet sind.
  • 7 zeigt eine Hochfrequenzeinheit 10 mit einer Bodenplatte 15 und zwei Hochfrequenzkomponenten 20, 30, welche auf der Bodenplatte 15 angeordnet sind. Die beiden Hochfrequenzkomponenten 20, 30 sind mit einer Verbindungseinheit 100 wie oben und im Folgenden beschrieben verbunden.
  • Die Hochfrequenzkomponente 20 ist liegend auf der Bodenplatte 15 montiert und die Hochfrequenzkomponente 30 ist stehend auf der Bodenplatte 15 montiert. Ein Grund für diese unterschiedliche Art der Montage kann sein, dass von der Hochfrequenzkomponente 20 eine höhere thermische Last abgeführt werden muss. Weil die Hochfrequenzkomponente 20 mit ihrer größten Außenfläche auf der Bodenplatte 15 montiert ist, kann ein höheres Maß an thermischer Energie über Wärmeleitung in Festkörpern von der Hochfrequenzkomponente 20 in die Bodenplatte 15 abgeführt werden. Dies kann insbesondere bei der Verwendung im Vakuum von Vorteil oder gar gefordert sein. Im Vergleich dazu erfordert die Hochfrequenzkomponente 30 ein geringeres Maß an Wärmeabfuhr, so dass die Hochfrequenzkomponente 30 stehend montiert ist. Hierdurch kann die Oberfläche der Bodenplatte 15 effizienter und besser genutzt werden. Die Verbindungseinheit 100 ermöglicht es, Hochfrequenzkomponenten unabhängig von ihrer relativen räumlichen Anordnung miteinander zu verbinden.
  • Die mechanischen oder thermischen Anforderungen an das jeweilige Gerät 20, 30 kann eine bestimmte Positionierung erforderlich machen. Geräte mit hoher Verlustleistung müssen in der Regel flach bzw. horizontal auf der Montagefläche bzw. Bodenplatte untergebracht werden (um die Verlustleistung thermisch abzuführen). Geräte mit niedriger Verlustleistung werden horizontal oder in zweiter Ebene erhöht platziert, also über der Hochfrequenzkomponente 20, um Fläche zu sparen.
  • Das Gehäuse der hierin beschriebenen Verbindungseinheit 100 kann mit dem Gehäuse der zu verbindenden Hochfrequenzkomponenten mechanisch und thermisch verbunden sein. Die Verbindungseinheit zeichnet sich daneben durch niedrige Verluste und flexible Gestaltung der Form des Gehäuses aus, so dass grundsätzlich beliebig angeordnete Komponenten miteinander verbunden werden können. Es sind auch Verzweigungen möglich.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Satelliten 1. In dem Satelliten 1 ist eine Hochfrequenzeinheit 10 angeordnet. Die Hochfrequenzeinheit 10 kann Bestandteil eines Signalübertragungspfads sein. Beispielsweise kann die Hochfrequenzeinheit 10 Teil einer Steuereinheit oder der Signalverarbeitung für eine Übertragungseinheit 2 sein, wobei die Übertragungseinheit 2 beispielsweise eine Antenne ist.
  • Ergänzend ist darauf hingewiesen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Satellit
    2
    Übertragungseinheit, Antenne
    10
    Hochfrequenzeinheit
    15
    Bodenplatte
    20
    erste Komponente
    30
    zweite Komponente
    100
    Verbindungseinheit
    110
    erste Schnittstelle
    120
    zweite Schnittstelle
    130
    Gehäuse
    132
    Seitenwand
    134
    Bodenwand
    136
    Halbschale
    137
    Fügestelle, Fügekante
    140
    Innenleiter
    142
    erster Abschnitt
    143
    Verbindung
    144
    zweiter Abschnitt
    145
    Verbindung
    146
    dritter Abschnitt
    148
    Verzweigung
    150
    Abstandhalter
    152
    Abstand
    170
    Hochfrequenzkomponente
    172
    Platine
    174
    Leistungsverstärker
    180
    Fügeregion

Claims (14)

  1. Verbindungseinheit (100) für Hochfrequenzkomponenten (20, 30), aufweisend: ein Gehäuse (130); eine erste Schnittstelle (110) und eine zweite Schnittstelle (120), welche an dem Gehäuse angeordnet sind und ausgeführt sind, mit jeweils einer Hochfrequenzkomponente gekoppelt zu werden; einen in dem Gehäuse verlaufenden Innenleiter (140), welcher mit der ersten Schnittstelle (110) und der zweiten Schnittstelle (120) verbunden ist, um eine Hochfrequenzverbindung zwischen der ersten Schnittstelle (110) und der zweiten Schnittstelle (120) herzustellen; einen Abstandhalter (150), welcher den Innenleiter umgibt und sich zumindest entlang eines Teils der Länge des Innenleiters erstreckt; wobei das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen und starren Material gefertigt ist; wobei der Abstandhalter so angeordnet ist, dass der Innenleiter (140) zumindest abschnittsweise von dem Gehäuse (130) beabstandet ist; wobei der Abstandhalter aus einem elastisch verformbaren Material gefertigt ist und unmittelbar an Innenwänden des Gehäuses anliegt; wobei der Abstandhalter den Innenleiter (140) mit Bezug zu dem Gehäuse hält und führt.
  2. Verbindungseinheit (100) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (130) aus zwei Halbschalen (136) besteht, die entlang einer Fügestelle (137) miteinander verbunden sind; wobei das Gehäuse zumindest teilweise aus Aluminium besteht.
  3. Verbindungseinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Innenleiter (140) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht; wobei das elektrisch leitfähige Material zumindest eines der folgenden Materialien oder eine Kombination hiervon aufweist: Aluminium, Messing, Kupfer, Silber, Gold.
  4. Verbindungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenleiter (140) aus zumindest zwei Teilabschnitten (142, 144, 146) besteht, die mittels einer Verbindung (143, 145) miteinander verbunden sind.
  5. Verbindungseinheit (100) nach Anspruch 4, wobei die Verbindung (143, 144) eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung ist.
  6. Verbindungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine Oberfläche des Innenleiters (140) mit einer Schicht Silber oder Gold überzogen ist.
  7. Verbindungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandhalter (150) ein elektrisch isolierendes Material aufweist.
  8. Verbindungseinheit (100) nach Anspruch 7, wobei der Abstandhalter (150) sich über die gesamte Länge des Innenleiters (140) erstreckt und den Innenleiter in dem Gehäuse (130) an einer vorgegebenen Position hält.
  9. Verbindungseinheit (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das elektrisch isolierende Material des Abstandhalters ein Kunststoff ist, insbesondere Teflon, ein Polyetherketon, oder ein Polytetrafluorethylen.
  10. Verbindungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Hochfrequenzkomponente (170), welche sich in dem Gehäuse (130) befindet und zwischen zwei Abschnitten (142, 144) des Innenleiters angeordnet ist sowie mit diesen beiden Abschnitten (142, 144) elektrisch verbunden ist.
  11. Verbindungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schnittstelle (110) ein Koaxialverbinder oder ein Hohlleiter ist; wobei die zweite Schnittstelle (120) ein Koaxialverbinder oder ein Hohlleiter ist.
  12. Hochfrequenzeinheit (10), aufweisend: eine erste Hochfrequenzkomponente (20) und eine zweite Hochfrequenzkomponente (30); eine Verbindungseinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Verbindungseinheit (100) die erste Hochfrequenzkomponente und die zweite Hochfrequenzkomponente elektrisch miteinander verbindet.
  13. Hochfrequenzeinheit (10) nach Anspruch 12, wobei die erste Hochfrequenzkomponente (20) ein Vorverstärker und die zweite Hochfrequenzkomponente (30) ein Leistungsverstärker ist.
  14. Satellit (1) mit einer Hochfrequenzeinheit (10) nach Anspruch 12 oder 13.
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