DE1216952B

DE1216952B - Delay line for high frequencies

Info

Publication number: DE1216952B
Application number: DET21265A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Guenter Pusch
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-12-13
Filing date: 1961-12-13
Publication date: 1966-05-18

Description

Verzögerungsleitung für hohe Frequenzen Die Erfindung betrifft Verzögerungsleitungen für hohe Frequenzen und große Verzögerungszeiten.High Frequency Delay Line The invention relates to delay lines for high frequencies and long delay times.

Es ist bekannt, Verzögerungsleitungen dadurch zu bauen, daß der Leitungsträger aus einem Material hoher Permeabilitätskonstante und hoher Dielektrizitätskonstante besteht. Dadurch wird sowohl der Induktivitäts- als auch der Kapazitätsbelag der Leitung und damit auch die Laufzeit erhöht. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art besteht beispielsweise das Dielektrikum aus einem Rohr aus Ferrit, auf welches innen und außen die Leiter in Form eines Belages unmittelbar aufgebracht sind. Dabei ist dann eine größere Anzahl derartiger Rohre erforderlich, die neben- bzw. untereinander angeordnet werden, wobei an den Enden die Innenleiter jeweils miteinander verbunden werden müssen.It is known to build delay lines in that the line carrier made of a material with a high permeability constant and high dielectric constant consists. As a result, both the inductance and the capacitance are the Line and thus also the running time increased. In a known arrangement of this For example, the dielectric consists of a tube made of ferrite on which inside and outside the ladder are applied directly in the form of a covering. Included a larger number of such tubes is then required, next to or below one another are arranged, the inner conductors being connected to one another at the ends Need to become.

Derartige Ausführungen haben den Nachteil, daß die Leitungen zur Erzielung der gewünschten Laufzeit verhältnismäßig lang sind und als sperrige Bauteile beim Einbau in Geräte im Vergleich zu den übrigen Schaltelementen viel Raum benötigen.Such designs have the disadvantage that the lines to achieve the desired running time are relatively long and as bulky components when Installation in devices requires a lot of space compared to the other switching elements.

Ferner ist der Aufbau dieser Leitungen sehr kompliziert, so daß besonders bei hohen Stückzahlen eine rationelle Fertigung nicht möglich ist. Die weiterhin bekannten Verzögerungskabel, die einen auf eine Isolierader kontinuierlich spulenförmig aufgewickelten Innenleiter und einen konzentrisch dazu isoliert angeordneten zylindrischen Außenleiter in Form eines Mantels besitzen, haben nur in einem begrenzten Frequenzbereich eine konstante Verzögerung und sind daher für höhere Frequenzen nicht brauchbar. Außerdem führen sie in vielen Fällen zu räumlich großen Abmessungen, die mit der heute bekannten und weitgehend benutzten miniaturisierten Schaltungstechnik nicht zusammenpassen.Furthermore, the structure of these lines is very complicated, so that especially In the case of large quantities, efficient production is not possible. Which continues well-known delay cable, which is continuously coiled on an insulating wire coiled inner conductor and a concentrically insulated cylindrical conductor Outer conductors in the form of a sheath only have a limited frequency range have a constant delay and are therefore not useful for higher frequencies. In addition, they lead in many cases to large spatial dimensions with the now known and widely used miniaturized circuit technology not match.

Es ist ebenfalls bekannt, Verzögerungsleitungen aus konzentrierten Schaltelementen, vorzugsweise aus Spulen und Kondensatoren, aufzubauen. Diese Lösung hat jedoch alle Nachteile der konventionellen Schaltungstechnik. Der Zusammenbau der zahlreichen Elemente ist zeitraubend und teuer. Durch die Vielzahl der Elemente und der Lötverbindungen ist die Fehlerhäufigkeit groß. Die aufgebauten Gebilde nehmen einen verhältnismäßig großen Raum ein und bedürfen besonderer Befestigungsmittel, wie Lötleisten u. ä. Eine elektrostatische Abschirmung ist außerdem nur mit zusätzlichen Abschirmbechern möglich.It is also known to make delay lines from lumped Build switching elements, preferably from coils and capacitors. This solution however, it has all the disadvantages of conventional circuit technology. The assembly of the numerous elements is time consuming and expensive. Because of the multitude of elements and the soldered connections, the error rate is high. Take the built-up structures a relatively large space and require special fasteners, such as solder bars and the like. An electrostatic shield is also only with additional Shielding cups possible.

Es sind auch Verzögerungsleitungen bekannt, bei denen zwei Leiter nach Art der gedruckten Leitertechnik auf einen Träger aus einem dielektrischen Material aufgebracht und allseitig von diesem dielektrischen Material umgeben sind. Zur Vergrößerung der Verzögerungszeit ist dabei wenigstens der eine Leiter bandförmig, beispielsweise mäanderförmig oder spiralförmig, ausgebildet.There are also known delay lines in which two conductors in the manner of printed conductor technology on a substrate made of a dielectric Material applied and surrounded on all sides by this dielectric material. To increase the delay time, at least one conductor is ribbon-shaped, for example, meander-shaped or spiral-shaped.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Verzögerungsleitung die Verzögerungszeit zu erhöhen oder bei gleichbleibender Verzögerungszeit die geometrischen Maße der Verzögerungsleitung herabzusetzen.The invention is based on the object of such a delay line to increase the delay time or, if the delay time remains the same, the geometric Reduce the size of the delay line.

Bei einer Verzögerungsleitung für hohe Frequenzen mit einem ersten und einem zweiten Leiter, die auf eine Grundplatte aus einem Material hoher Permeabilitäts- und hoher Dielektrizitätskonstante aufgebracht sind, wobei zur Vergrößerung der elektrischen Länge der Leitung wenigstens der erste Leiter bandförmig ausgebildet ist, ist erfindungsgemäß die Kapazität, die der erste Leiter mit dem zweiten Leiter bildet, partiell vergrößert.With a delay line for high frequencies with a first and a second conductor, which is mounted on a base plate made of a high-permeability material and high dielectric constant are applied, whereby to increase the electrical length of the line at least the first conductor formed in a band is, according to the invention, the capacitance that the first conductor with the second conductor forms, partially enlarged.

Bei einer Verzögerungsleitung, bei der ein Leiter mäanderförmig ausgebildet ist, wird die Kapazität zwischen den beiden Leitern vorzugsweise an den Umkehrpunkten des Mäanders vergrößert. Bei einer kammförmig ausgebildeten Leiter kann die Kapazität an den Kammspitzen vergrößert werden. Die Vergrößerung der Kapazitäten wird entweder durch eine Vergrößerung der Fläche des einen Leiters oder durch Einbau von Material besonders hoher Dielektrizitätskonstante zwischen den beiden Leitern erzielt.In the case of a delay line in which a conductor has a meandering shape the capacitance between the two conductors is preferably at the reversal points of the meander enlarged. In the case of a comb-shaped conductor, the capacitance be enlarged at the crest tips. The increase in capacity will either by increasing the area of one conductor or by installing material particularly high dielectric constant achieved between the two conductors.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei F i g.1 eine bekannte Verzögerungsleitung darstellt.In the following the invention is illustrated with reference to the drawings Embodiments explained in more detail, where F i g.1 a known delay line represents.

In F i g. 1 ist auf eine Grundplatte 1 aus einem Material hoher Permeabilitäts- und Dielektrizitätskonstante, insbesondere einem Ferrit, ein Leiter 2 mäanderförmig aufgebracht, beispielsweise aufgedampft, gedruckt oder geprägt. Die Grundplatte trägt an ihrer Unterseite eine elektrisch leitende Schicht 3, die zusammen mit dem mäanderförmigen Leiter 2 eine Verzögerungsleitung bildet. Die zu verzögernde Spannung wird über die Klemmen 4 dem Anfang des Leiters 2 und der leitenden Schicht 3 zugeführt und verzögert zwischen dem Ende des Leiters 2 und der leitenden Schicht 3 an den Klemmen 5 abgenommen. Der Leiter 2 wird mit einer Deckplatte 6, die ebenfalls aus Ferrit besteht und in Richtung des Pfeilers 7 auf die Grundplatte 1 aufgelegt wird, bedeckt, so daß der Leiter 2 in Ferritmaterial eingebettet ist. Es ist ebenfalls möglich,-die-Unterseite der Ferritplatte 1 mit einer vorzugsweise kongruenten Mäanderleitung zu versehen und diese auch mit einer weiteren Ferritplatte abzudecken. Dabei besteht dann die Verzögerungsleitung aus drei Ferritplatten und zwei aufgedruckten Leitern. Dadurch wird eine symmetrische Verzögerungsleitung gebildet, die für verschiedene Anwendungszwecke erwünscht ist.In Fig. 1 is on a base plate 1 made of a material of high permeability and dielectric constant, in particular a ferrite, a conductor 2 meandering applied, for example vapor-deposited, printed or embossed. The base plate carries on its underside an electrically conductive layer 3, which together with the meandering conductor 2 forms a delay line. The voltage to be delayed is fed to the beginning of the conductor 2 and the conductive layer 3 via the terminals 4 and delayed between the end of the conductor 2 and the conductive layer 3 at the Terminals 5 removed. The conductor 2 comes with a cover plate 6, which is also made of Consists of ferrite and is placed in the direction of the pillar 7 on the base plate 1, covered so that the conductor 2 is embedded in ferrite material. It is also possible -the underside of the ferrite plate 1 with a preferably congruent meander line to be provided and to cover this with another ferrite plate. There is then the delay line made up of three ferrite plates and two printed conductors. This creates a balanced delay line that can be used for different Applications is desired.

Es kann vorteilhaft sein, die Oberseite der Deckplatte 6, beispielsweise zur Abschirmung, zur Vergrößerung der Laufzeit oder zur Verringerung des Wellenwiderstandes, ebenfalls mit einer leitenden Schicht zu versehen. Bei symmetrischen Ausführungen ergibt sich die Möglichkeit, aus Abschirmgründen die Außenseite(n) der beiden Deckplatten zu metallisieren.It can be advantageous, the top of the cover plate 6, for example for shielding, to increase the running time or to reduce the wave resistance, also to be provided with a conductive layer. With symmetrical designs there is the possibility of shielding the outside (s) of the two cover plates to metallize.

Die Verzögerungszeit derartiger Leitungen wird gemäß der Erfindung dadurch erhöht, daß die Mäanderleitung an den Umkehrpunkten zusätzlich kapazitiv belastet wird. Eine solche Ausführung ist in F i g. 2 dargestellt.- Die kapazitive Belastung wird dadurch erreicht, daß durch Vergrößerung der Flächen des mäanderförmigen Leiters 2 an den Umkehrpunkten 8 bis 11 auf Grund der verhältnismäßig hohen Dielektrizitätskonstante des Ferrits die Kapazitäten (15 bis 18 in F i g. 3) des Leiters 2 gegen Erde vergrößert werden. Zur Erhöhung der durch die Stege der Mäanderleitung 2 gebildeten Längsinduk tivitäten (12 bis 14 im Ersatzschaltbild nach F i g. 3) wird vorzugsweise nur die den Umkehrpunkten 8 bis 11 gegenüberliegende Oberfläche der Grundplatte 1 mit schmalen Streifen 31, 32 eines leitenden Materials versehen. Diese Streifen dienen dabei wie in dem Beispiel nach F i g. 1 als ein Leiter der Verzögerungsleitung und sind vorzugsweise geerdet.The delay time of such lines is according to the invention increased by the fact that the meander line is additionally capacitive at the reversal points is charged. Such an embodiment is shown in FIG. 2 .-- The capacitive Load is achieved by increasing the areas of the meander-shaped Conductor 2 at the reversal points 8 to 11 due to the relatively high dielectric constant of the ferrite increases the capacities (15 to 18 in FIG. 3) of the conductor 2 to earth will. To increase the longitudinal inductance formed by the webs of the meander line 2 activities (12 to 14 in the equivalent circuit diagram according to FIG. 3) is preferably only the the reversal points 8 to 11 opposite surface of the base plate 1 with narrow Strips 31, 32 of a conductive material provided. These strips are used for this as in the example according to FIG. 1 as a conductor of the delay line and are preferably earthed.

In F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erhöhung der Kapazitäten an den Umkehrpunkten dargestellt. Die Grundplatte 1 enthält mehrere aufgedruckte, parallele, leitende Stege 19, die vorzugsweise an den Enden nicht miteinander verbunden sind. An diesen Enden sind Streifen 20, 21 vorgesehen, die auf der einen Seite mit leitenden Flächen 22 bis 25 die Enden der Stege 19 verbinden und dadurch die Mäanderform des Leiters 2 bilden. Die Streifen 20, 21 bestehen vorzugsweise aus einem hochdielektrischen Material, beispielsweise aus Kondensatorkeramik, und dienen als Dielektrikum für die Kapazität an den Umkehrpunkten, die durch die leitenden Flächen 22 bis 25 und die leitenden Schichten 26,27 gebildet wird, die auf der äußeren Seite der Streifen 20, 21 aufgebracht sind. Diese Schichten sind miteinander verbunden, dienen als ein Leiter der Verzögerungsleitung und sind vorzugsweise geerdet. Die zu verzögernde Spannung wird den Klemmen 28 zugeführt und verzögert an den Klemmen 29 abgenommen. Die Grundplatte 1 ist wie in F i g. 1 durch eine Deckplatte 6 gleichen Materials abgedeckt, so daß die Stege 19 der Mäanderleitung beidseitig von Ferrit umgeben sind. Symmetrische Ausführungen können analog den oben angestellten überlegungen aufgebaut werden.In Fig. 4 shows a further exemplary embodiment for increasing the capacities at the reversal points. The base plate 1 contains several printed, parallel, conductive webs 19, which are preferably not connected to one another at the ends. At these ends strips 20, 21 are provided, which on one side connect the ends of the webs 19 to conductive surfaces 22 to 25 and thereby form the meandering shape of the conductor 2. The strips 20, 21 preferably consist of a high dielectric material, for example of ceramic capacitor, and serve as a dielectric for the capacitor at the reversing points, which is formed by the conductive surfaces 22 to 25 and the conductive layers 26,27, on the outer side the strips 20, 21 are applied. These layers are interconnected, serve as a conductor of the delay line, and are preferably grounded. The voltage to be delayed is fed to terminals 28 and removed from terminals 29 with a delay. The base plate 1 is as in FIG. 1 covered by a cover plate 6 of the same material, so that the webs 19 of the meander line are surrounded on both sides by ferrite. Symmetrical designs can be built up analogously to the considerations made above.

Mit Hilfe einer solchen Anordnung mit erhöhten Kapazitäten an den Umkehrpunkten kann man eine Vergrößerung der Verzögerungszeit um etwa den Faktor 5 bis 10 je nach Wellenwiderstand der Leitung erreichen.With the help of such an arrangement with increased capacities to the Reversal points can be increased the delay time by about the factor Reach 5 to 10 depending on the wave resistance of the line.

F i g. 5 zeigt eine Verzögerungsleitung mit Allpaßcharakteristik, deren Ersatzschaltbild in F i g. 7 dargestellt ist, und die bekanntlich eine wesentlich größere Frequenzunabhängigkeit der Verzögerungszeit hat. Die Kondensatorbeläge 30 sind so ausgebildet, daß sie kapazitiv gegen Masse und kapazitiv gegeneinander wirken. Die Serieninduktivität M besteht aus kleinen Stegen 33, die von dem Mäander zu den kapazitiven Belägen 30 führen. Die Grundplatte 1 besteht wieder aus einem Ferrit und der Kondensatorstreifen 21 aus einem hochdielektrischen Material. Darüber hinaus sind in F i g. 5 gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern. wie in F i g. 4 bezeichnet.F i g. 5 shows a delay line with an all-pass characteristic, the equivalent circuit diagram of which in FIG. 7 is shown, and which is known to have a much greater frequency independence of the delay time. The capacitor plates 30 are designed so that they act capacitively against ground and capacitively against each other. The series inductance M consists of small webs 33 which lead from the meander to the capacitive coatings 30. The base plate 1 again consists of a ferrite and the capacitor strip 21 of a high dielectric material. In addition, FIG. 5 identical parts with the same reference numerals. as in Fig. 4 designated.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführung einer Allpaßleitung und F i g. 8 das zugehörige Ersatzschaltbild, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 5 versehen sind.F i g. 6 shows a modified embodiment of an all-pass line and F i g. 8 the associated equivalent circuit diagram, the same parts with the same reference numerals as in Fig. 5 are provided.

Die Streifen 20, 21 in den F i g. 4, 5 und 6, die die Verbindung der Stege 19 und die Kapazitäten an den Umkehrpunkten bilden, werden entweder mit mechanischen Mitteln fest an die Grundplatte 1 angedrückt oder dauerhaft mit der Mäanderleitung verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt. Es ist ebenfalls möglich, zuerst die Streifen 20, 21, beispielsweise durch Sintern, Kleben oder Kitten, fest mit der Ferritplatte 1 zu verbinden und erst danach die Stege 19 der Mäanderleitung sowie die leitenden Flächen 22 bis 27 aufzubringen, beispielsweise aufzudrücken, aufzudampfen, aufzuätzen oder aufzuprägen.The strips 20, 21 in FIGS. 4, 5 and 6 that connect the Web 19 and the capacities at the reversal points are either mechanical Means firmly pressed against the base plate 1 or permanently with the meander line connected, for example soldered or welded. It is also possible first the strips 20, 21, for example by sintering, gluing or cementing, firmly with it to connect the ferrite plate 1 and only then the webs 19 of the meander line and to apply the conductive surfaces 22 to 27, for example to press them on, to vaporize, etch or emboss.

Die Verzögerungsleitung kann beispielsweise in kleine Baugruppen unterteilt werden, die äußerst flach und raumsparend sind und aufeinander zu einem Quader gestapelt werden können.The delay line can be divided into small assemblies, for example that are extremely flat and space-saving and stacked on top of one another to form a cuboid can be.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß derartige Verzögerungsleitungen in gedruckter Schaltungsweise hergestellt werden können und dadurch eine besonders billige und rationelle Fertigung bei hohen Stückzahlen ermöglichen.A major advantage of the invention is that such Delay lines can be made in printed circuit fashion and thereby enable particularly cheap and efficient production in large numbers.

Außerdem ist es möglich, räumlich besonders kleine Verzögerungsleitungen herzustellen.It is also possible to use delay lines that are particularly small in space to manufacture.

Ferner sind die erfindungsgemäßen Verzögerungsleitungen im Gegensatz zu den bisher bekannten bei geeigneten Ferriten bis zu einigen hundert MHz brauchbar, d. h., sie zeigen bis zu diesen Frequenzen eine nahezu irequenzunabhängige Verzögerungszeit.Furthermore, the delay lines according to the invention are in contrast to the previously known with suitable ferrites up to a few hundred MHz usable, d. That is, up to these frequencies they show an almost frequency-independent delay time.

Der Einsatz dieser Leitungen kommt vor allem für Farbfernsehempfänger in Frage, bei denen es notwendig ist, das Videosignal gegenüber dem Farbhilfsträger um etwa 0,5 [,s zu verzögern. Diese Verzögerung geschieht heute allgemein videofrequent mit Hilfe bekannter Verzögerungskabel. Die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung gestattet auf Grund ihrer großen Bandbreite, die Verzögerung des Videosignals bereits im Zwischenfrequenzgebiet vorzusehen, wodurch wegen der geringeren relativen Bandbreite eine wesentliche Ersparnis an Bauteilen erzielt wird.These lines are mainly used for color television receivers in question where it is necessary to have the video signal opposite the color subcarrier to delay about 0.5 [, s. Nowadays, this delay is generally done with video frequency with the help of known delay cables. The delay line according to the invention Already allows the video signal to be delayed due to its large bandwidth to be provided in the intermediate frequency range, which is because of the lower relative bandwidth one substantial savings in components is achieved.

Es hat sich gezeigt, daß eine Verzögerungsleitung nach F i g. 2 und 4 nur eine Länge von etwa 10 cm, eine Breite von etwa 12 mm und eine Höhe von etwa 2 mm haben muß, um die obengenannte Verzögerungszeit von 0,5 #ts zu erzielen. Die Dimensionen der weiter vorgeschlagenen Anordnungen würden in derselben Größenordnung liegen, wobei in diesem Beispiel die Ausführungsformen nach den F i g. 5 und 6 von 0 bis 60 MHz noch eine außerordentlich konstante Verzögerungszeit haben.It has been found that a delay line according to FIG. 2 and 4 only a length of about 10 cm, a width of about 12 mm and a height of about 2 mm must be in order to achieve the above mentioned delay time of 0.5 #ts. the Dimensions of the further proposed arrangements would be of the same order of magnitude lie, in this example the embodiments according to FIGS. 5 and 6 of 0 to 60 MHz still have an extraordinarily constant delay time.

Mit Ferriten sehr hoher Permeabilitätskonstante können noch wesentlich größere Verzögerungszeiten bei kleinsten räumlichen Maßen erreicht werden. Das ist von besonderer Bedeutung für die Verzögerung von Rechenimpulsen und ähnliche Aufgaben in der digitalen Technik, für Triggerschaltungen in Breitbandoszillographen und für Impulsverzögerungen bei Radargeräten. Die Verzögerungszeiten derartiger Leitungen sind im allgemeinen proportional dem Faktor 1/,ü . s E und der wirklichen Länge des aufgedruckten Leiters.With ferrites with a very high permeability constant, significantly longer delay times can be achieved with the smallest spatial dimensions. This is of particular importance for the delay of computing pulses and similar tasks in digital technology, for trigger circuits in broadband oscilloscopes and for pulse delays in radar devices. The delay times of such lines are generally proportional to the factor 1 /, ü. s E and the real length of the printed conductor.

Claims

Claims: 1. Delay line for high frequencies with a first and second conductors resting on a base plate made of a material high Permeability and high dielectric constant are applied, with for enlargement the electrical length of the line, at least the first conductor is designed in the form of a strip is, d a -characterized in that the capacitance that the first conductor (2) with the second conductor (3) forms, is partially enlarged.

2. delay line after Claim 1, in which the first conductor is designed in a meandering manner, characterized in that that the capacity at the reversal points (8 to 11) of the meander is increased (F i g. 2).

3. The delay line of claim 1, wherein the first conductor is comb-shaped is formed, characterized in that the capacity is increased at the comb tips is (Fig. 5, 6).

4. delay line according to claim 1, characterized in that that at the points (8 to 11) increased capacitance, the area of the first conductor (2) is enlarged (Fig. 2).

5. delay line according to claim 1, characterized in that that the second conductor (31, 32) only at the points (8 to 11) of increased capacity arranged on the side of the base plate (1) opposite the first conductor (2) is (Fig. 2).

6. delay line according to claim 1, characterized in that that at the points of increased capacity strips (20, 21) made of a material of higher capacity Dielectric constant, in particular capacitor ceramic, are provided. at one side of which parts (22 to 25) of the first conductor and on the other side thereof Parts (26, 27) of the second conductor run (Fig. 4).

7. Delay line according to claim 6, characterized in that the second conductor is a continuous Coating (26, 27) on the side of the strips (20, 21) runs (Fig. 4). B.

Delay line according to claim 6 with a meandering shape formed first conductor, characterized in that the webs (19) of the meander at the reversal points by connecting surfaces applied to the strips (20, 21) (22 to 25) are formed, which by mechanical pressing of the strips (20, 21) are brought into contact with the webs (19) (FIG. 4).

9. Delay line according to claim 8, characterized in that the connecting surfaces (22 to 25) brought into permanent contact with the webs (19), for example soldered or welded, are.

10. Delay line according to claim 1, characterized in that that the additional capacities at the points of increased capacitance through series inductances (M) are compensated (Fig. 7).

11. delay line according to claim 10, characterized characterized in that the series inductances (M) are applied to the base plate (1) Struts (33) are formed, which from the first conductor (2) to the base plate in Lead capacitance coverings (30) applied in the form of conductive coverings (FIG. 5 to 7). Considered publications: German utility model No. 1712 318; British Patent Nos. 859 988, 863127