DE19503245C2 - Elektrischer Lastwiderstand für Mikrowellen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Lastwiderstand für Mikrowellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der US 4401955 bekannt ist.

Lastwiderstände dieser Art werden beispielsweise als sogenannte Lastausgleichswiderstände bei Brückenschaltungen oder Wilkinson-Kopplern benutzt. Das eigentliche Widerstandselement ist beispielsweise über eine Unterlage aus Berylliumoxyd auf einem Flansch aus Kupfer befestigt, der seinerseits auf der Oberfläche eines Masse-Kühlkörpers montiert ist. Die beiden Anschlüsse des Widerstandselements sind damit gegen Masse elektrisch hochliegend montiert. Ein Nachteil dieser bekannten Befestigungsart ist, daß zwischen den An­ schlüssen des Widerstandselements und Masse (Kühlkörper) Streukapazitäten und innerhalb der Unterlage Quer­ kapazitäten wirksam sind, über die unerwünschte Ströme nach Masse fließen. Ein solcher bei einem Wilkinson-Teiler benutzter Lastausgleichswiderstand besitzt also auch bei gleich groß eingespeister Leistung unerwünschte Hochfrequenzverluste.

Wie derartige Verluste grundsätzlich reduziert werden können, geht aus der US 4670723 hervor; jedoch ist die dort gezeigte Ausführungsart für hohe Leistungen nicht geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Lastwiderstand der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß diese unerwünschten Verluste gegen Masse vermieden sind.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem beanspruchten Lastwiderstand werden die zwischen dem Widerstandselement bzw. dessen Anschlüsse und Masse fließenden unerwünschten Querströme und damit auch unerwünschte Verluste vermieden, da der den eigent­ lichen Lastwiderstand tragende Bügel elektrisch als hochohmiger komplexer Widerstand, im Idealfall als Parallelresonanzkreis mit unendlich hohem Widerstand, wirkt, der elektrisch in Reihe zu den Streu- und Quer­ kapazitäten des Widerstandselementes liegt. Je nach Dimensionierung des Bügels und des dadurch entstehenden hochohmigen komplexen Widerstands können so die uner­ wünschten Verluste auf ein Minimum reduziert werden. Die Breite und Dicke des Bügels richtet sich nach dem gewünschten thermischen Widerstand, also nach der abzu­ führenden Wärmemenge. Die Länge des Bügels zwischen Befestigungsstelle der Unterlage des Widerstandselements und der Befestigungsstelle des Bügels am Kühlkörper bestimmt zusammen mit dem Abstand des Bügels von der Kühlkörperoberfläche und der Dielektrizitätskonstante des zwischen Bügel und Kühlkörper eventuell vorgesehenen Isoliermaterials die Größe der Induktivität des komplexen Widerstandselements, die zusammen mit den zwischen Bügel und Masse wirkenden Streukapazitäten den gewünschten Parallelresonanzkreis bildet. Durch geeignete Dimensio­ nierung des Bügels insbesondere als Parallelresonanzkreis ist gewährleistet, daß der erzeugte hochohmige komplexe Widerstand in einem relativ breiten Frequenzband wirksam ist, die Vermeidung der Verluste also breitbandig ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt einen handelsüblichen Lastwiderstand 1, wie er beispielsweise als Lastausgleichswiderstand bei Wilkinson-Kopplern benutzt wird. Er besteht aus einem Widerstandselement 2 mit seitlich abstehenden Anschlüssen 3 und 4, das auf einer gut wärmeleitenden und trotzdem elektrisch isolierenden Unterlage 5 beispielsweise aus Berylliumoxyd befestigt ist, die ihrerseits auf einem Kupferflansch 6 montiert ist. Dieser Kupferflansch 6 ist am einen Ende eines Bügels 7 aus Kupfer befestigt, der elektrisch isoliert in einem Abstand a oberhalb der Oberseite eines Masse-Kühlkörpers 8 befestigt ist. Das andere Ende 9 des Bügels 7 ist nach unten abgewinkelt und galvanisch und mit gutem Wärmekontakt auf der Ober­ fläche des Kühlkörpers 8 befestigt. Zwischen Bügel 7 und Kühlkörper 8 ist zur Stabilisierung vorzugsweise eine Platte 10 aus Isoliermaterial, beispielsweise eine doppelseitig kaschierte glasfaserverstärkte Teflon-Platte angeordnet.

Elektrisch gesehen wirkt der im Abstand a über dem Kühlkörper 8 angeordnete Bügel 7 der Länge l als elektrische Leitung mit einem durch seine Abmessungen vorgegebenen komplexen Widerstand. Im Idealfall ist die elektrische Länge l des Bügels λ/4 gewählt, der komplexe Widerstand ist dann unendlich groß. In der Praxis bestehen bei einem aus thermischen Gründen vorzugsweise möglichst breit gewählten Bügel 7 relativ große Streukapazitäten 12 zwischen Bügel und Masse 8, so daß zur Bildung eines hochohmigen Parallelresonanzkreises der Bügel kürzer als λ/4 gewählt wird, also einen überwiegend induktiven Blindwiderstand bildet, der zusammen mit den Streukapa­ zitäten den gewünschten Parallelresonanzkreis bildet. Die Dimensionierung des Bügels ist nicht kritisch, es genügt, wenn hierdurch ein komplexer Widerstand gebildet wird, der hochohmiger ist als der durch die inneren Streukapazitäten 11 des Lastwiderstandes gebildete Blind­ widerstand, wichtig ist hierfür nur, daß durch diesen komplexen Widerstand keine unerwünschten Ströme vom Sockel 6 nach Masse 8 fließen.

Der Bügel 7 besteht vorzugsweise aus Kupfer, seine Breite b und Dicke d ist entsprechend der abzuführenden Wärmemenge gewählt, die Höhe a des Bügels 7 gegenüber der Massefläche 8 bestimmt zusammen mit der Länge l und der Dielektrizitätskonstante des zwischen Bügel 7 und Masse 8 angeordneten Isoliermaterials 10 die Induktivität des komplexen Widerstandes, die Breite b, der Abstand a, die Länge l und die Dielektrizitätskonstante des Materials 10 bestimmen gleichzeitig die schematisch durch den Kondensator 12 angedeutete Streukapazität dieses komplexen Widerstandes.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein einschenke­ liger Bügel 7 dargestellt. In manchen Anwendungsfällen, beispielsweise besonders für die Abführung großer Wärmemengen kann dieser Bügel auch als Doppelbügel ausgebildet sein. Der in der Figur dargestellte eine Schenkel des Bügels 7 setzt sich also hierbei auf der anderen Seite zu einem zweiten wieder galvanisch mit der Oberseite des Kühlkörpers 8 verbundenen zweiten Schenkel fort. In diesem Fall werden dann an der Be­ festigungsstelle des Widerstandselements zwei parallel­ geschaltete komplexe hochohmige Widerstände durch zwei Leitungsabschnitte gebildet, die elektrisch gesehen parallelgeschaltet sind.

Claims (5)

1. Lastwiderstand für Mikrowellen, dessen Widerstandselement (2) über eine thermisch leitende, jedoch elektrisch isolierende Unterlage (5, 6) mit beiden Anschlüssen (3, 4) elektrisch hochliegend auf einem Masse-Kühlkörper (8) montiert ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Unterlage (5, 6) auf einem Bügel (7) aus elektrisch und thermisch leitendem Material befestigt ist, der mit einem Ende (9) galvanisch mit dem Kühlkörper (8) verbunden ist und der so dimen­ sioniert ist (Länge l, Abstand a), daß er an der vom Kühlkörper (8) elektrisch isolierten Befestigungsstelle der Unterlage (5, 6) als hochohmiger komplexer Wider­ stand wirkt.

2. Lastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (7) auf einer Platte (10) aus Isoliermaterial angeordnet ist.

3. Lastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (7) aus Kupferblech besteht.

4. Lastwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (7) als Doppelbügel ausgebildet ist, dessen beide Enden am Kühlkörper (8) galvanisch befestigt sind und in dessen Mitte die Unterlage (5, 6) des Widerstandselements (2) befestigt ist.

5. Lastwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (7) so dimensioniert ist, daß er an der Befestigungsstelle der Unterlage (5, 6) als Parallel­ resonanzkreis wirkt.