DE202010016850U1

DE202010016850U1 - RF power coupler

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Publication number: DE202010016850U1
Application number: DE202010016850U
Authority: DE
Original assignee: Huettinger Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Trumpf Huettinger GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: CN202550048U

Abstract

HF Leistungs-Koppler zur Kopplung von mindestens zwei Hochfrequenz-Leistungssignalen mit Leistungen jeweils größer als 3 kW und jeweils gleicher Frequenz zwischen 3 und 30 MHz und einstellbarer Phasenbeziehung zueinander mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter (110, 111), die voneinander beabstandet sind und die kapazitiv und induktiv miteinander gekoppelt sind, wobei die Länge des mindestens einen ersten und/oder zweiten Leiters kleiner 1 m, bevorzugt kleiner 0,5 m ist, und wobei der erste Leiter die Primärseite und der zweite Leiter die Sekundärseite eines Übertragers darstellt, wobei die Leiter als ebene Leiterbahnen auf einer Leiterkarte ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte ein Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial als isolierende Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter aufweist und Leiterplattenmaterial aus Epoxydharzgewebe aufweist.RF power coupler for coupling at least two high-frequency power signals having powers each greater than 3 kW and the same frequency between 3 and 30 MHz and adjustable phase relationship to each other with at least a first and a second electrical conductor (110, 111) spaced from each other are capacitively and inductively coupled together, wherein the length of the at least one first and / or second conductor is less than 1 m, preferably less than 0.5 m, and wherein the first conductor is the primary side and the second conductor represents the secondary side of a transformer wherein the conductors are formed as flat conductor tracks on a printed circuit board, characterized in that the printed circuit board comprises a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material as an insulating layer between the first and the second conductor and comprises printed circuit board material made of epoxy resin fabric.

Description

Die Erfindung betrifft einen HF Leistungs-Koppler zur Kopplung von mindestens zwei Hochfrequenz-Leistungssignalen mit Leistungen jeweils größer als 3 kW und jeweils gleicher Frequenz zwischen 3 und 30 MHz und einstellbarer Phasenbeziehung zueinander mit mindestens einem ersten und einem zweiten elektrischen Leiter (110, 111), die voneinander beabstandet sind und die kapazitiv und induktiv miteinander gekoppelt sind, wobei die Länge des mindestens einen ersten und/oder zweiten Leiters kleiner 1 m, bevorzugt kleiner 0,5 m ist, und wobei der erste Leiter die Primärseite und der zweite Leiter die Sekundärseite eines Übertragers darstellt, wobei die Leiter als ebene Leiterbahnen auf einer Leiterkarte ausgebildet sind.The invention relates to an RF power coupler for coupling at least two high-frequency power signals with powers greater than 3 kW and respectively equal frequency between 3 and 30 MHz and adjustable phase relationship to each other with at least a first and a second electrical conductor ( 110 . 111 ), which are spaced apart and capacitively and inductively coupled together, wherein the length of the at least one first and / or second conductor is less than 1 m, preferably less than 0.5 m, and wherein the first conductor, the primary side and the second conductor represents the secondary side of a transformer, wherein the conductors are formed as a flat conductor tracks on a printed circuit board.

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

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

Solche Lastimpedanzänderungen treten beispielsweise beim Zünden der Laseranregungs- oder Plasmaprozesse oder beim Arcen im Plasmaprozess auf. Zusätzlich muss berücksichtigt werden, dass hochfrequenzbetriebene Laseranregungen und im zunehmenden Masse auch hochfrequenzangeregte Plasmaprozesse gepulst betrieben werden, also die Hochfrequenzverstärker mit Pulsfrequenzen von beispielsweise 100 Hz bis 300 kHz ein- und ausgeschaltet werden oder zwischen zwei Leistungsbereichen geschaltet werden. Bei jedem Schaltvorgang entstehen dann kurzzeitige Reflektionen, die zum größten Teil in den Verstärkern in Verlustenergie, also Wärmeentwicklung, umgesetzt werden.Such load impedance changes occur, for example, when igniting the laser excitation or plasma processes or when arcing in the plasma process. In addition, it must be taken into account that high-frequency-driven laser excitations and, to an increasing extent, high-frequency excited plasma processes are pulsed, ie the high-frequency amplifiers are switched on and off at pulse frequencies of for example 100 Hz to 300 kHz or switched between two power ranges. With each switching process then arise short-term reflections, which are for the most part in the amplifiers in loss energy, ie heat development, implemented.

Ausgangsstufen solcher Hochfrequenzverstärker werden für kleine Leistungen (1–6 kW) bereits mit Transistoren realisiert, für größere Leistungen werden üblicherweise Röhren eingesetzt. Röhren sind robuster gegenüber Reflektionen und können die Verlustenergie besser abführen als Transistoren, sie sind aber teurer und unterliegen einem betriebsbedingten Verschleiß. Außerdem sind sie relativ groß. Zusammen mit Ansteuerschaltung und Kühlung werden Röhren-Hochfrequenzverstärker in Schaltschränken in Baugrößen von ca. 0,8 m × 1 m × 2 m angeboten.Output stages of such high-frequency amplifiers are already realized with transistors for small powers (1-6 kW), tubes are usually used for larger powers. Tubes are more robust to reflections and can dissipate the energy dissipation better than transistors, but are more expensive and subject to operational wear. Besides, they are relatively big. Together with control circuit and cooling, tubular high-frequency amplifiers are offered in control cabinets in sizes of approx. 0.8 m × 1 m × 2 m.

Daher wird zunehmend versucht auch Hochfrequenzverstärker größerer Leistung mit Transistorausgangsstufen auszurüsten. Mit dem Einsatz von transistorisierten Verstärkern hat der Einsatz von geschalteten Verstärkern, die im Resonanzbetrieb arbeiten, stark zugenommen. Dabei werden die Transistoren so geschaltet, dass nur eine sehr geringe Verlustenergie produziert wird. Damit lassen sich Verstärker mit sehr geringen Abmessungen und vergleichsweise hoher Leistung aufbauen. 13,56 MHz 3 kW Verstärker mit Baugrößen von ca. 0,3 m × 0,2 m × 0,2 m sind realisierbar. Solche Verstärker können auf Grund ihrer Baugröße besser in Plasmaanlagen oder Laseranregungsanordnungen integriert werden.Therefore, it is increasingly trying to equip high-frequency amplifier of greater power with transistor output stages. The use of transistorized amplifiers has greatly increased the use of switched amplifiers operating in resonant mode. The transistors are switched so that only a very low energy loss is produced. This makes it possible to build amplifiers with very small dimensions and comparatively high power. 13.56 MHz 3 kW amplifiers with sizes of approx. 0.3 m × 0.2 m × 0.2 m can be realized. Such amplifiers can be better integrated into plasma systems or laser excitation arrangements due to their size.

Große Leistung mit transistorisierten Ausgangsstufen lässt sich mit der Zusammenschaltung mehrerer synchron laufender Hochfrequenzverstärker erzielen. Die Zusammenschaltung erfolgt durch sogenannte Combiner. Es gibt unterschiedliche Bauarten solcher Combiner.Great performance with transistorized output stages can be achieved with the interconnection of several synchronously running high-frequency amplifiers. The interconnection is done by so-called combiners. There are different types of such combiners.

Ein in der Mikrowellentechnik oder Radiosendertechnik häufig verwendeter Combiner ist der sogenannte 90° Hybrid-Koppler, der auch als 3 dB-Koppler bezeichnet wird. Bei dem 90° Hybrid-Koppler handelt es sich um ein Viertor.A combiner commonly used in microwave engineering or radio transmitter technology is the so-called 90 ° hybrid coupler, also referred to as 3 dB coupler. The 90 ° hybrid coupler is a four-port.

Bei der Verwendung des 90° Hybrid-Kopplers als Combiner werden an zwei Tore jeweils ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker mit jeweils gleichem Innenwiderstand, gleicher Ausgangsfrequenz und einem um 90° phasenverschobenen Ausgangssignal angeschlossen. An einem dritten Tor wird eine Last mit einem Lastwiderstand angeschlossen. An dem vierten Tor wird ein Lastausgleichswiderstand angeschlossen. Lastwiderstand, Lastausgleichswiderstand und Innenwiderstände der Verstärker sind gleich. Die ausschließlich passiven Bauelemente des 90° Hybriden (Leitungen, Kapazitäten, Übertrager oder Induktivitäten) werden so ausgelegt, dass an der Last die Leistung der beiden Verstärker zusammengeführt wird, dass am Lastausgleichswiderstand keine Leistung abgegeben wird und dass die beiden Verstärker entkoppelt sind und sich gegenseitig nicht beeinflussen können. Der 90° Hybrid ist selbst idealerweise verlustfrei, das heißt, die Leistung der beiden Hochfrequenzverstärker wird vollständig der am dritten Tor anliegenden Last zugeführt.When using the 90 ° hybrid coupler as a combiner, a high-frequency power amplifier with the same internal resistance, the same output frequency and a 90 ° phase-shifted output signal are connected to two ports. At a third gate, a load with a load resistor is connected. At the fourth gate a load balancing resistor is connected. Load resistance, load balancing resistance and internal resistance of the amplifiers are the same. The exclusively passive components of the 90 ° hybrid (lines, capacitors, transformers or inductors) are designed so that the power of the two amplifiers is combined at the load, that no power is delivered at the load balancing resistor and that the two amplifiers are decoupled and mutually exclusive can not influence. The 90 ° hybrid itself is ideally lossless, that is, the power of the two high-frequency amplifiers is fully supplied to the load applied to the third port.

Die aus der Mikrowellentechnik bekannten 3 dB Koppler sind als Leitungskoppler mit Leitungslängen von λ/4 aufgebaut. λ soll hier die zu der Frequenz zugeordnete Wellenlänge sein. Diese Leitungskopplertechnik ist für Frequenzen zwischen 3 und 30 MHz nur sehr unvorteilhaft einsetzbar, weil die Baugröße mit λ/4-Längen einige Meter betragen würde, was im Hinblick auf die gewünschte Verkleinerung der Generatoren einen Rückschritt bedeuten würde.The 3 dB couplers known from microwave technology are used as line couplers Cable lengths of λ / 4 constructed. λ is here to be the wavelength assigned to the frequency. This line coupling technique is very unfavorable for frequencies between 3 and 30 MHz, because the size of λ / 4 lengths would be several meters, which would mean a step backwards in terms of the desired reduction of the generators.

Alternativ dazu kann ein 90° Hybrid Koppler auch aus diskreten Bauteilen aufgebaut werden, wobei der 90° Hybrid Koppler in der Regel mindestens eine Kapazität zur kapazitiven Kopplung und einen Übertrager mit einer Koppelinduktivität zur induktiven magnetischen Kopplung aufweist.Alternatively, a 90 ° hybrid coupler may also be constructed of discrete components, with the 90 ° hybrid coupler typically having at least one capacitor for capacitive coupling and a transformer having a coupling inductance for inductive magnetic coupling.

Damit sich das gewünscht Verhalten des 90° Hybrid Kupplers einstellt, sollten die Koppelinduktivität und die Koppelkapazität die folgenden Bedingungen erfüllen: L_K = Z₀/(2πf) C_K = 1/(2πfZ₀) wobei gilt:

L_K:: Koppelinduktivität
C_K:: Koppelkapazität
Z₀:: Wellenwiderstand
f:: Frequenz Bei 13 MHz und Z₀ = 50 ergibt sich dann beispielsweise eine Koppelinduktivität L_K von ca. 600 nH und eine Koppelkapazität C_K von ca. 200 pF.

In order to achieve the desired behavior of the 90 ° hybrid coupler, the coupling inductance and the coupling capacitance should fulfill the following conditions:

L _K = Z ₀ / (2πf)

C _K = 1 / (2πfZ ₀ )

where:

L _K :: coupling inductance
C _K :: coupling capacitance
Z ₀ :: impedance
f:: Frequency At 13 MHz and Z ₀ = 50, for example, a coupling inductance L _K of approximately 600 nH and a coupling capacitance C _K of approximately 200 pF result.

Der Aufbau eines 90° Hybrid Kopplers aus diskreten Bauteilen erfordert immer einen hohen Aufwand an präzisen Bauteilen, die unter Umständen auch noch abgeglichen werden müssen. Insbesondere für größere Leistungen (größer 3 kW) ist dies immer sehr kostspielig.The construction of a 90 ° hybrid coupler made of discrete components always requires a high expenditure on precise components, which under certain circumstances also have to be adjusted. In particular, for larger power (greater than 3 kW), this is always very expensive.

Die Koppelkapazität mittels zweier beabstandeter elektrischer Leiter mit einer definierten Fläche und einem definierten Abstand zueinander kann einfach, kostengünstig und sehr präzise reproduzierbar realisiert werden. Zumeist wird aber die erforderliche Induktivität mittels zweier solcher Leiter nicht erreicht. Sie muss daher geeignet erhöht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die Induktivität ausschließlich mit Induktivitätserhöhungselementen, z. B. Ferriten zu erhöhen. Um auf die notwendige Induktivität bei großen Leistungen zu kommen, sind Induktivitätserhöhungselemente mit großen Abmessungen und hohen Kosten notwendig.The coupling capacity by means of two spaced electrical conductors with a defined surface and a defined distance from each other can be realized easily, inexpensively and very precisely reproducible. In most cases, however, the required inductance is not achieved by means of two such conductors. It must therefore be increased appropriately. One possibility is to use the inductance exclusively with inductance-increasing elements, for. B. to increase ferrites. In order to get the necessary inductance at high powers, inductance-increasing elements with large dimensions and high costs are necessary.

HF Leistungs-Koppler dieser Art sind beispielsweise aus EP1699107A1 und WO2005027258A1 bekannt. Wenn die mindestens zwei Hochfrequenz-Leistungssignalen Leistungen jeweils größer als 3 kW aufweisen steigt zum einen die Spannung zwischen den Leiterbahnen auf sehr hohe Werte. Zudem steigt die Wärmeentwicklung auf Grund von Verlusten.HF power couplers of this type are for example off EP1699107A1 and WO2005027258A1 known. If the at least two high-frequency power signals each have outputs greater than 3 kW, on the one hand, the voltage between the printed conductors increases to very high values. In addition, heat generation increases due to losses.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen HF Leistungs-Koppler derart weiter zu bilden, dass eine geringere Wärmeentwicklung auch bei hohen Leistungen erzielt werden kann.Object of the present invention is to further develop an RF power coupler so that a lower heat generation can be achieved even at high power.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen HF Leistungs-Koppler der Eingangs genannten Art wobei die Leiterkarte ein Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial als isolierende Schicht zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter aufweist.This object is achieved by an RF power coupler of the type mentioned above wherein the printed circuit board comprises a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material as an insulating layer between the first and the second conductor.

Diese Materialien sind bislang vornehmlich in der Mikrowellentechnik eingesetzt und sind wegen ihrer hohen Preise und ihrer geringeren mechanischen Festigkeit für den Einsatz bei HF Leistungs-Kopplern bei Frequenzen zwischen 3 und 30 MHz nicht vorgesehen. Insbesondere bei hohen Leistungen und bei diesen relativ niedrigen Frequenzen konnten jedoch mit diesen Materialien überraschende Vorteile erzielt werden. Die Wärmeentwicklung auf Grund niedrigerer dielektrischer Verlust konnte deutlich gesenkt werden. Dadurch ist es möglich die Kühlung durch einen elektrisch leitfähigen Kühlkörper, bei dem zum Beispiel eine flüssigkeitsbasierte Kühlung integriert sein kann, mit einem größeren Abstand zum 90° Hybrid Koppler zu realisieren. Ein zu naher Abstand eise Kühlkörpers führt zu Nachteilen durch die kapazitive Kopplung zwischen Kühlkörper und 90° Hybrid Koppler. Außerdem musste bei einem zu niedrigen Abstand zwischen Kühlkörper und 90° Hybrid Koppler wegen der hohen auftretenden Spannungen ein großer Aufwand zur Verhinderung von Spannungsüberschlägen vorgesehen werden, zum Beispiel ein zusätzliche Isolierlack oder eine verpresste oder verklebte Isolierplatte über den offen liegenden Leiterbahnen. Auch diese teuren und produktionstechnisch aufwendigen Maßnahmen konnten reduziert werden. Das eingesetzte Material zeigte sich zudem bei den verwendeten Frequenzen zwischen 3 und 30 MHz und bei den Spannungen und Strömen als außerordentlich spannungsstabil und zeichnete sich zusätzlich durch eine erhöhte Langzeitstabilität gegenüber hohen Spannungen und hochfrequenten Feldern aus. Die erhöhte Wärme am HF Leistungs-Koppler mit herkömmlichen Leiterplattenmaterial führt zu einem Nachlassen der mechanischen Festigkeit der Leiterkarte. Damit konnten knapp eingehaltene Sicherheitsabstände zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen nicht mehr sicher gestellt werden. Diese Unsicherheit entfällt mit dem neu eingesetzten Material zusätzlich auch noch. Das Material selber weist zwar bei niedrigen Temperaturen eine geringere mechanische Festigkeit auf, aber diese mechanische Festigkeit ist stabiler bei Betrieb mit hohen Leistungen. Zudem konnten sich dielektrische Eigenschaften des herkömmlichen Materials verändern, was wiederum zu einem Nachlassen der Spannungsfestigkeit führen kann. Hier zeigte das neu eingesetzte Material eine deutlich höhere Zuverlässigkeit, Stabilität, Langzeitstabilität und Reproduzierbarkeit.These materials have hitherto been predominantly used in microwave technology and are not intended for use with RF power couplers at frequencies between 3 and 30 MHz because of their high prices and their lower mechanical strength. However, especially at high powers and at these relatively low frequencies, surprising advantages could be achieved with these materials. The heat development due to lower dielectric loss could be significantly reduced. This makes it possible to realize the cooling by an electrically conductive heat sink, in which, for example, a liquid-based cooling can be integrated with a greater distance to the 90 ° hybrid coupler. A too close distance iron heatsink leads to disadvantages due to the capacitive coupling between the heat sink and 90 ° hybrid coupler. In addition, at too low a distance between the heat sink and 90 ° hybrid coupler because of the high voltages occurring a great deal of effort to prevent flashovers have been provided, for example, an additional insulating or a pressed or glued insulating over the exposed tracks. Even these expensive and technically complex measures could be reduced. The material used was also extremely stable at the frequencies used between 3 and 30 MHz and in the voltages and currents and was additionally characterized by an increased long-term stability against high voltages and high-frequency fields. The increased heat at the RF power coupler with conventional printed circuit board material leads to a decrease in the mechanical strength of the printed circuit board. This means that marginally maintained safety distances to avoid flashovers can no longer be guaranteed. This uncertainty is also eliminated with the newly used material. Although the material itself has lower mechanical strength at low temperatures, this mechanical strength is more stable in high power operation. In addition, could dielectric Properties of the conventional material change, which in turn can lead to a decrease in dielectric strength. Here, the newly used material showed significantly higher reliability, stability, long-term stability and reproducibility.

Der HF Leistungs-Koppler kann Leiterplattenmaterial aus Epoxydharzgewebe aufweisen. Dadurch kann die mechanische Festigkeit auch bei niedrigen Temperaturen verbessert werden. Dadurch kann das Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial dünner ausgelegt werden, ohne dass die mechanische Festigkeit verloren geht. Die Leiterkarten können mehrlagig aufgebaut sein. Dabei können Lagen, die keine oder nur geringe Spannungsfestigkeitsanforderungen haben aus Epoxydharzgewebe gefertigt sein und Lagen mit hohen Anforderungen Spannungsfestigkeit Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial aufweisen. Die Lagen mit hohen Spannungsfestigkeitsanforderungen können auch teilweise bevozugt in den Bereichen besonders hoher Spannungsfestigkeitsanforderungen Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial aufweisen.The RF power coupler may include epoxy resin printed circuit board material. As a result, the mechanical strength can be improved even at low temperatures. As a result, the polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material can be made thinner without losing the mechanical strength. The printed circuit boards can be multi-layered. In this case, layers which have no or only low dielectric strength requirements can be made of epoxy resin fabric and have layers with high requirements dielectric strength polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material. The layers with high dielectric strength requirements may also partially be preferred in the areas of particularly high dielectric strength requirements polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor support material.

Der HF Leistungs-Koppler kann Leiterplattenmaterial aus Epoxydharzgewebe zwischen Leiterbahnen ohne Spannungsdifferenz aufweisen.The RF power coupler may include epoxy resin board material between conductive tracks having no voltage difference.

Beim HF Leistungs-Koppler kann die Leiterkarte eine Mehrlagenleiterkarte sein und zumindest eine isolierende Lage der Mehrlagenleiterkarte Leiterplattenmaterial aus Epoxydharzgewebe aufweisen und zumindest eine weitere Lage ein Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial aufweist. Auf diese Weise ist die Produktion solcher Koppler besonders einfach, zuverlässig und reproduzierbar. Die Spannungsfestigkeit kann auch bei begrenzten Abmessungen sicher eingehalten werden.In the case of the RF power coupler, the printed circuit board may be a multilayer printed circuit board and at least one insulating layer of the multilayer printed circuit board may comprise printed circuit board material made of epoxy resin, and at least one further layer may comprise a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing interconnect carrier material. In this way, the production of such couplers is particularly simple, reliable and reproducible. The dielectric strength can be safely maintained even with limited dimensions.

Beim HF Leistungs-Koppler können die Ecken der ebenen Leiterbahnen abgerundet mit einem Radius von mindestens 1 mm ausgeführt sein. An spitz zulaufenden Ecken oder an abgerundeten Ecken mit geringerem Radius können hohe Feldstärken entstehen. Das kann zu Teilentladungen oder Koronaentladung an diesen Stellen führen. Insbesondere bei Leiterbahnen die auf Grund von den neu eingesetzten Materialien nun wieder ohne zusätzliche Isolierschicht ausgeführt werden, ist diese Ausführung vorteilhaft.In the case of the HF power coupler, the corners of the flat conductor tracks can be rounded with a radius of at least 1 mm. At pointed corners or at rounded corners with a smaller radius high field strengths can occur. This can lead to partial discharges or corona discharge at these points. In particular, in the case of printed conductors which are now carried out again without additional insulating layer due to the newly used materials, this embodiment is advantageous.

Beim HF Leistungs-Koppler können die Kanten der ebenen Leiterbahnen abgerundet mit einem Radius von mindestens 1 μm ausgeführt sein. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile wie bei den abgerundeten Ecken.With the HF power coupler, the edges of the flat conductor tracks can be rounded with a radius of at least 1 μm. This results in the same advantages as in the rounded corners.

Beim HF Leistungs-Koppler können die Ecken der ebenen Leiterbahnen abgeschrägt sein, so dass alle Winkel an Ecken zumindest größer 100° sind. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile wie bei den abgerundeten Ecken.In the case of the HF power coupler, the corners of the planar conductor tracks can be bevelled, so that all angles at corners are at least greater than 100 °. This results in the same advantages as in the rounded corners.

Beim HF Leistungs-Koppler können die Kanten der ebenen Leiterbahnen abgeschrägt sein, so dass alle Winkel an Ecken zumindest größer 100° sind. Es ergeben sich dabei die gleichen Vorteile wie bei den abgerundeten Ecken.In the case of the HF power coupler, the edges of the planar conductor tracks can be bevelled, so that all angles at corners are at least greater than 100 °. This results in the same advantages as in the rounded corners.

Beim HF Leistungs-Koppler können die Leiterbahnen eine Mindestdicke von 70 μm aufweisen. Dadurch können gleich mehrere Vorteile durch eine einzige Maßnahme erzielt werden. Zum einen kann eine erhöhte mechanische Festigkeit erreicht werden. Zweitens kann die Wärme besser an Anschlüsse oder an Bereiche mit geringer Spannung und damit besseren Möglichkeiten der Wärmabfuhr an Kühlkörper abgeführt werden. Drittens können Kanten mit größerem Radius abgerundet werden, womit die Feldstärke und die Gefahr von Teilentladungen, Koronaentladungen und Überschlägen verringert werden kann.With the HF power coupler, the tracks can have a minimum thickness of 70 μm. As a result, several advantages can be achieved by a single measure. On the one hand, increased mechanical strength can be achieved. Second, the heat can be better dissipated to terminals or areas with low voltage and thus better ways of heat dissipation to heat sink. Third, edges with a larger radius can be rounded off, reducing the field strength and the risk of partial discharge, corona discharges and flashovers.

Beim HF Leistungs-Koppler kann die Leiterkarte weitere Kupferbahnen im Epoxydharzgewebe aufweist, die auf dem gleichen elektrischen Potential wie benachbarte Leiterbahnen liegen. Dadurch können gleich mehrere Vorteile durch eine einzige Maßnahme erzielt werden. Zum einen kann eine erhöhte mechanische Festigkeit erreicht werden. Zweitens kann die Wärme besser an Anschlüsse oder an Bereiche mit geringer Spannung und damit besseren Möglichkeiten der Wärmabfuhr an Kühlkörper abgeführt werden. Drittens wird die Feldstärke an den Kanten und Ecken verringert und damit die Gefahr von Teilentladungen, Koronaentladungen und Überschlägen.With the HF power coupler, the printed circuit board can have further copper tracks in the epoxy resin fabric, which are at the same electrical potential as neighboring tracks. As a result, several advantages can be achieved by a single measure. On the one hand, increased mechanical strength can be achieved. Second, the heat can be better dissipated to terminals or areas with low voltage and thus better ways of heat dissipation to heat sink. Third, the field strength at the edges and corners is reduced and thus the risk of partial discharges, corona discharges and flashovers.

Beim HF Leistungs-Koppler können die weiteren Kupferbahnen Durchkontaktierungen zu den Leiterbahnen gleichen Potentials aufweisen. Dadurch werden sowohl die mechanische Festigkeit und damit auch die Zuverlässigkeit erhöht, als auch die Wärmeabfuhr verbessert.In the case of the RF power coupler, the further copper tracks can have plated-through holes to the tracks of the same potential. As a result, both the mechanical strength and thus the reliability are increased, and the heat dissipation is improved.

Der HF Leistungs-Koppler kann ein 90° Hybrid-Koppler sein. Die einstellbare Phasenbeziehung kann ungleich 0° sein, insbesondere im Normalbetrieb zwischen 28° und 100° insbesondere bei 90° liegen. Solche Koppler eignen sich im besonderen Maße für die Kopplung von hohen Leistungen, entwickeln dabei aber auch im besonderen Maße hohe Spannungen. Während bei anderen Kopplern der Wellenwiderstand beim Koppeln differiert und demzufolge die Spannung am Koppler kleiner ist, so ist beim 90° Hybrid-Koppler der Wellenwiderstand an allen Anschlüssen gleich, in der Regel bei 50 Ohm. Dadurch entstehen an einem 90° Hybrid-Koppler viel größere Spannungsanforderungen als an einen üblichen HF Leistungs-Koppler.The RF power coupler may be a 90 ° hybrid coupler. The adjustable phase relationship may not be equal to 0 °, in particular in normal operation between 28 ° and 100 °, in particular at 90 °. Such couplers are particularly suitable for the coupling of high power, but also develop high voltages in a particular extent. While with other couplers the characteristic impedance differs when coupling and consequently the voltage at the coupler is smaller, the impedance at all connections is the same at the 90 ° hybrid coupler, usually at 50 ohms. This results in much higher voltage requirements for a 90 ° hybrid coupler than for a standard RF power coupler.

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

1 Seitenansicht eines Ausschnitts eines HF-Leistungs-Kopplers 1 Side view of a detail of a RF power coupler

2 eine schematische Darstellung eines 90° Hybrids in perspektivischer Ansicht mit einem aus vier Leiterbahnen gebildeten Leiterbahnenpaket 2 a schematic representation of a 90 ° hybrid in perspective view with a conductor track packet formed from four tracks

3 ein Schaltbild eines 90° Hybrids, 3 a circuit diagram of a 90 ° hybrid,

4 zwei für einen 90° Hybrid vorgesehenen Leiterbahnen, 4 two interconnects intended for a 90 ° hybrid,

5 eine Anordnung von zwei für einen 90° Hybrid vorgesehenen Leiterbahnen in Funktionsstellung mit dazwischen befindlichem Isolator, 5 an arrangement of two conductors provided for a 90 ° hybrid in the functional position with an insulator located between them,

6 eine Anordnung von vier für einen 90° Hybrid vorgesehenen Leiterbahnen 6 an arrangement of four provided for a 90 ° hybrid tracks

7 eine schematische perspektivische Darstellung eines 90° Hybrids 7 a schematic perspective view of a 90 ° hybrid

In 1 ist Seitenansicht eines Ausschnitts eines HF-Leistungs-Kopplers 107 gezeigt. Er ist als Mehrlagenleiterkarte ausgeführt. Die einzelnen Lagen zeigen Kupferbahnen 101, 103 des ersten Leiters, Leiterkartenmaterial aus Epoxydharzgewebe 102, Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial 104 und Kupferbahnen 105 des zweiten Leiters. Zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter können hohe Spannungen und hohe Verluste auftreten, deswegen wird hier ein Polytetrafluorethylen-(PTFE) oder ein polyimidehaltiges Leiterbahnträgermaterial 104 verwendet. Kupferbahnen 101, 103 des ersten Leiters sind in zwei ebenen parallel verlegt. Sie weisen überall das gleiche Potential auf. Hier sind keine Anforderungen an Spannungsfestigkeit oder Verlustreduzierung gegeben. Hier kann zu mechanischen Festigung ein Epoxydharzgewebe verwendet werden. Die Kupferbahnen 101, 103 des ersten Leiters können an mehreren Stellen mit Durchkontaktierungen 106 verbunden sein. Das erhöht zusätzlich die mechanische Festigkeit, verbessert die Wärmeabfuhr und stellt elektrisch die Gleichverteilung der Felder sicher und sorgt damit für geringere Feldstärken an Kanten und Ecken der Kupferbahnen.In 1 is a side view of a section of an RF power coupler 107 shown. It is designed as a multilayer board. The individual layers show copper tracks 101 . 103 of the first conductor, printed circuit board material made of epoxy resin fabric 102 , Polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material 104 and copper tracks 105 of the second conductor. High voltages and high losses can occur between the first and the second conductor, so here is a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing conductor carrier material 104 used. copper traces 101 . 103 of the first conductor are laid parallel in two planes. They have the same potential everywhere. There are no requirements for dielectric strength or loss reduction. Here, an epoxy resin fabric can be used for mechanical consolidation. The copper tracks 101 . 103 of the first conductor may be at several locations with vias 106 be connected. This additionally increases the mechanical strength, improves the heat dissipation and electrically ensures the uniform distribution of the fields and thus ensures lower field strengths at edges and corners of the copper tracks.

Ein Ausführungsbeispiel eines 90° Hybrids 100, der ein Viertor mit vier Toranschlüssen bildet, ist in 1a gezeigt.An embodiment of a 90 ° hybrid 100 , which forms a four-port four-port gate, is in 1a shown.

Dieser 90° Hybrid weist eine Anordnung mit zwei parallel zueinander koplanar benachbart angeordneten Leiterbahnen 17, 18 auf, die plattenförmig ausgebildet sind, wie dies gut in 4 erkennbar ist. Hier ist beispielhaft auch die Abrundung bzw. Abschrägung der Ecken der Leiterbahnen gezeigt. Die Abmessungen und Abstände der Leiterbahnen zueinander sind zur Bildung der für den 90° Hybrid erforderlichen elektrisch kapazitiven und magnetisch induktiven Kopplungen dimensioniert. Die elektrische kapazitive Kopplung und die magnetische induktive Kopplung sind somit integriert in eine einzige Anordnung von parallel gekoppelten, planaren Leiterbahnen.This 90 ° hybrid has an arrangement with two parallel tracks arranged coplanar adjacent to each other 17 . 18 on, which are plate-shaped, as well in 4 is recognizable. Here, by way of example, the rounding or beveling of the corners of the conductor tracks is shown. The dimensions and distances between the interconnects are dimensioned to form the required for the 90 ° hybrid electrically capacitive and magnetic inductive couplings. The electrical capacitive coupling and the magnetic inductive coupling are thus integrated into a single arrangement of parallel-coupled, planar conductor tracks.

Die Enden 23 der Leiterbahnen 17, 18 bilden die vier Anschlüsse 1 bis 4 des Viertors und sind mit Koaxialbuchsen 1a bis 4a verbunden. Ferrit-Ringkerne 15 dienen zur Erhöhung der Induktivität der Leiterbahnen. Der 90° Hybrid 100 ist auf einer Grundplatte 19 aufgebaut, die mit Masse verbunden ist. Die Ecken des 90° Hybrids sind abgeschrägt, um die Feldstärke an diesen Ecken zu verringern.The ends 23 the tracks 17 . 18 form the four connections 1 to 4 of the quad and are with coaxial sockets 1a to 4a connected. Annular cores 15 serve to increase the inductance of the tracks. The 90 ° hybrid 100 is on a base plate 19 built, which is connected to ground. The corners of the 90 ° hybrid are chamfered to reduce the field strength at these corners.

In 3 ist das Schaltbild des 90° Hybrids 100 dargestellt. Erweist einen ersten Anschluss 1 für einen ersten Hochfrequenzverstärker 9, einen zweiten Anschluss 2 für einen zweiten Hochfrequenzverstärker 10, einen dritten Anschluss 3 für eine Last 16 mit einem Lastwiderstand 13 sowie einen vierten Anschluss 4 für einen Lastausgleichswiderstand 14 auf. Die Widerstände 11 und 12 repräsentieren die Innenwiderstände der gekoppelten Hochfrequenzverstärker 9, 10.In 3 is the diagram of the 90 ° hybrid 100 shown. Proves a first connection 1 for a first high-frequency amplifier 9 , a second connection 2 for a second high frequency amplifier 10 , a third connection 3 for a load 16 with a load resistor 13 and a fourth connection 4 for a load balancing resistance 14 on. The resistors 11 and 12 represent the internal resistances of the coupled high frequency amplifiers 9 . 10 ,

Die induktive Kopplung oder Koppelinduktivität ist durch einen induktiven Übertrager 7 dargestellt, dessen eine Koppelinduktivität einerseits an den ersten Anschluss 1 und andererseits an den vierten Anschluss 4 und dessen andere Koppelinduktivität parallel zu einer Induktivität 8 sowie einerseits an den dritten Anschluss 3 und andererseits an den zweiten Anschluss 2 angeschlossen sind. Die Koppelkapazitäten sind durch Kondensatoren 5, 6 dargestellt, die jeweils zwischen dem ersten und dem dritten sowie dem vierten und dem zweiten Anschluss vorgesehen sind.The inductive coupling or coupling inductance is by an inductive transformer 7 shown, one coupling inductance on the one hand to the first port 1 and on the other hand to the fourth port 4 and its other coupling inductance in parallel with an inductor 8th as well as on the one hand to the third connection 3 and on the other hand to the second port 2 are connected. The coupling capacities are due to capacitors 5 . 6 shown, which are respectively provided between the first and the third and the fourth and the second terminal.

Die Induktivität 8 ist im wesentlichen durch die Leiterbahnlänge zwischen dem dritten Anschluss 3 für die Last 16 und dem zweiten Anschluss 2 für den zweiten Hochfrequenzverstärker 10 bestimmt. Die magnetische induktive Kopplung im Verhältnis 1:1 ist im wesentlichen durch den Abstand zwischen den flachseitig benachbarten Leiterbahnen 17, 18 bestimmt. Die Koppelkapazitäten 5, 6 sind im wesentlichen durch die Fläche der koplanar benachbart gegenüberstehenden Leiterbahnen 17, 18 sowie deren Abstand voneinander bestimmt.The inductance 8th is essentially the track length between the third port 3 for the load 16 and the second port 2 for the second high-frequency amplifier 10 certainly. The magnetic inductive coupling in the ratio 1: 1 is essentially due to the distance between the flat side adjacent tracks 17 . 18 certainly. The coupling capacities 5 . 6 are essentially through the surface of coplanar adjacent opposing tracks 17 . 18 and their distance from each other determined.

Um einen solchen Übertrager herzustellen ist eine enge induktive Kopplung notwendig, d. h. die Primär- und die Sekundär-Leiterbahnen müssen so nah wie möglich beieinander liegen. Insbesondere mittels eines Platinenentwurfs kann ein definierter und vor allem konstanter Abstand zwischen den Leiterbahnen 17, 18 sehr einfach realisiert werden. To produce such a transformer, a close inductive coupling is necessary, ie the primary and the secondary tracks must be as close to each other as possible. In particular, by means of a board design, a defined and above all constant distance between the conductor tracks 17 . 18 be realized very easily.

Da jedoch nicht nur eine hohe induktive Kopplung, sondern auch eine definierte elektrische Kopplung für die Realisierung eines 90° Hybrids notwendig ist, sind die Leiterbahnen 17, 18 nicht nebeneinander sondern flachseitig übereinander angeordnet und vorzugsweise entsprechend 5 auf einer Platine 21 als Isolator 20 angeordnet. Zwei benachbarte Flächen verschiedenen Potentiales erzeugen dabei in bekannter Weise einen Plattenkondensator.However, since not only a high inductive coupling, but also a defined electrical coupling for the realization of a 90 ° hybrid is necessary, the interconnects 17 . 18 not next to each other but flat above each other and preferably arranged accordingly 5 on a circuit board 21 as an insulator 20 arranged. Two adjacent surfaces of different potentials generate a plate capacitor in a known manner.

Prinzipiell wurde das Layout einer Koppelleitung so gestaltet, dass jeweils zwei Flächen entstehen, welche sich mit der Fläche a·b im Abstand d koplanar gegenüber stehen (5). Zum einen wird somit ein Übertrager mit dem Verhältnis 1:1 realisiert und zum anderen erreicht man eine gewisse Koppelkapazität. Die Kapazität berechnet sich in grober Näherung wie bei einem Plattenkondensator nach der Formel: C = ε₀·ε_r·a·b wobei a die Breite und b die Länge der Koppelleitungen (Leiterbahnen 17, 18) sind und d der Abstand der beiden Koppelleitungen. ε₀ ist die Dielektrizitätskonstante und ε_r die relative Dielektrizitätskonstante des Platinenmaterials, das sich als Isolator und Abstandhalter zwischen den Leiterbahnen 17, 18 befindet. Da die Leitung durch die Ferritkerne führen muss, wurde die Breite der Leitung auf b = 18 mm begrenzt. Die Länge der Leitung wurde ebenfalls so kurz wie nötig gehalten.In principle, the layout of a coupling line has been designed so that in each case two surfaces arise which are coplanar with the surface a · b at a distance d ( 5 ). On the one hand, a transformer with the ratio 1: 1 is realized and, on the other hand, a certain coupling capacity is achieved. The capacity is roughly calculated as in a plate capacitor according to the formula: C = ε ₀ · ε _r · a · b where a is the width and b the length of the coupling lines (traces 17 . 18 ) and d are the distance between the two coupling lines. ε ₀ is the dielectric constant and ε _r the relative dielectric constant of the board material, which acts as insulator and spacer between the tracks 17 . 18 located. Since the line must pass through the ferrite cores, the width of the line was limited to b = 18 mm. The length of the pipe was also kept as short as necessary.

Prinzipiell können die Leiterbahnen 17, 18, wie in den 2 und 7 gezeigt luftisoliert, also durch einen Zwischenraum zueinander beabstandet sein. Ein dazwischen befindlicher Festkörperisolator ergibt jedoch eine höhere Spannungsfestigkeit und eine höhere Kapazität. Ausserdem ist, wie bereits vorerwähnt, ein definierter und vor allem konstanter Abstand zwischen den Leiterbahnen 17, 18 gegeben. In 2 sind die Ecken abgeschrägt und zumindest an zwei Kanten der Leiterbahn 18 ebenfalls beispielhaft Abschrägungen gezeigt.In principle, the conductor tracks 17 . 18 as in the 2 and 7 shown air-insulated, so be spaced by a gap to each other. However, a solid state insulator therebetween results in higher withstand voltage and higher capacity. In addition, as already mentioned, a defined and above all constant distance between the tracks 17 . 18 given. In 2 The corners are bevelled and at least at two edges of the track 18 Also shown as an example bevels.

Um näherungsweise die Randstreuung zu berücksichtigen, wird a durch a + d/2 und b durch b + d/2 ersetzt.To approximate the edge scattering, a is replaced by a + d / 2 and b by b + d / 2.

Um eine Kapazität hoher Güte zu realisieren wird als Dielektrikum ein hochfrequenztaugliches, verlustarmes Platinenmaterial vorzugsweise mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ε_r = 2,33 in der Dicke d = 0,5 mm eingesetzt.In order to realize a high-quality capacitance, a high-frequency-capable, low-loss board material, preferably with a relative dielectric constant ε _r = 2.33 in the thickness d = 0.5 mm, is used as the dielectric.

Für eine genaue Fertigung der Kapazitäten mit einer möglichst engen Toleranz ist ein Platinenmaterial notwendig, dass erstens möglichst wenig dielektrische Verluste erzeugt und zweitens eine möglichst exakt festgelegtes [epsilon]r besitzt. Es stehen dazu Materialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 2,33 bei einer Toleranz von +/–0,02 zur Verfügung, die sich in praktischen Versuchen bewährt haben.For a precise production of the capacitances with the closest possible tolerance, a circuit board material is necessary, first of all producing as little dielectric losses as possible and secondly, having as exact an [epsilon] r as possible. There are materials with a dielectric constant of 2.33 at a tolerance of +/- 0.02 available, which have been proven in practical trials.

Zur Erhöhung der Kopplungskapazitäten bei gegebener Grundfläche können, wie in den 2, 6 und 7 erkennbar, mehr als zwei Leiterbahnen 17, 18 in einem ganzzahligen Vielfachen der zwei Leiterbahnen mit ihren Flachseiten koplanar zueinander angeordnet sein.To increase the coupling capacities at a given base area, as in the 2 . 6 and 7 recognizable, more than two tracks 17 . 18 be arranged coplanar with each other in an integer multiple of the two interconnects with their flat sides.

Die Kapazität erhöht sich mit jeder Lage um C = ε₀·ε_r·a·b Mit der Breite a der Leiterbahnen kann die Kapazität voreingestellt werden. Ein Abgleich auch zu Kompensationszwecken kann dann bedarfsweise mit konzentrierten Bauteilen erfolgen, die dann aber nur noch geringe Werte im Vergleich zu der gesamten Kapazität aufweisen, zum Beispiel 1/10 bis 1/100 der Gesamtkapazität.The capacitance increases with each position by C = ε ₀ · ε _r · a · b With the width a of the conductor tracks, the capacitance can be preset. An adjustment for compensation purposes can then be done, if necessary, with concentrated components, which then have only small values compared to the total capacity, for example, 1/10 to 1/100 of the total capacity.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen von 2, 6 und 7 ist ein aus vier Leiterbahnen bestehendes Leiterbahnpaket mit Leiterbahnen 17, 18 und 17a, 18a gebildet, von denen jeweils zwei nicht unmittelbar benachbarte Leiterbahnen 17, 17a bzw. 18, 18a an den Enden elektrisch miteinander verbunden sind und an den jeweils verbundenen Enden Toranschlüsse 1 bis 4 bilden. Die elektrischen Verbindungen 22 können, wie in den 2 und 7 erkennbar, durch Drahtbrücken oder bei Verwendung von Platinen durch Durchkontaktierungen gebildet sein.In the illustrated embodiments of 2 . 6 and 7 is a conductor track package consisting of four tracks with tracks 17 . 18 and 17a . 18a formed, of which two not immediately adjacent tracks 17 . 17a respectively. 18 . 18a are electrically connected to each other at the ends and at the respective connected ends gate connections 1 to 4 form. The electrical connections 22 can, as in the 2 and 7 be recognized by wire bridges or when using boards by vias.

Zur Erhöhung der Induktivität sind die Leiterbahnen 17, 17a, 18, 18a umgreifender Ferritkerne 15 vorgesehen (1 und 7).To increase the inductance are the tracks 17 . 17a . 18 . 18a encompassing ferrite cores 15 intended ( 1 and 7 ).

Versuche haben gezeigt, dass sich ein Aufbau mit 12 Kernen und Abmessungen von ca. 7·20 cm Leistungen zusammenkoppeln lassen die bis zu 7 kW am Ausgang erzeugen. Bei weiterer Optimierung sind Leistungen bis zu 10 kW möglich.Experiments have shown that a structure with 12 cores and dimensions of approx. 7 x 20 cm power can be coupled together and generate up to 7 kW at the output. With further optimization, powers up to 10 kW are possible.

Jeder Leiter besitzt auf Grund seiner Länge eine Eigeninduktivität, die ungefähr 7 nH/cm beträgt. Um die sich aus der für den 90° Hybrid errechneten Induktivität ergebende Länge der Leiterbahnen verkürzen zu können, werden Ferrit-Ringkerne 15 über die Koppel-Leiterbahnen geschoben, so dass bei einer vorgebbaren Leiterbahnlänge die notwendige Induktivität erreicht wird, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 590 nH beträgt.Each conductor has a self-inductance due to its length, which is approximately 7 nH / cm. In order to be able to shorten the length of the tracks resulting from the inductance calculated for the 90 ° hybrid, ferrite ring cores are produced 15 pushed over the coupling tracks, so that at a predetermined trace length, the necessary Inductance is achieved, which is about 590 nH in the present embodiment.

Hersteller von Ferritringen geben den A_L Wert an, mit dem sich die Erhöhung der Induktivität durch den Ferritring berechnen lässt. L = A_L·n² (L = Induktivität mit Ferrit, n = Anzahl Windungen) In unserem Fall ist n = 1.Manufacturers of ferrite rings indicate the A _L value, which can be used to calculate the increase in inductance through the ferrite ring. L = A _L · n ² (L = inductance with ferrite, n = number of turns) In our case, n = 1.

Ein typischer Ringkern in den Dimensionen 36·23·15 mm (dA·dI·b) besitzt laut Herstellerangaben (Ferroxcube) einen A_L-Wert von 170 nH. Somit kann mit drei Ringkernen eine Induktivität von 510 nH erzeugt werden.A typical ring core in the dimensions 36 × 23 × 15 mm (dA × dI × b) according to the manufacturer (Ferroxcube) has an A _L value of 170 nH. Thus, with three ring cores, an inductance of 510 nH can be generated.

Mit einem Ringkern der Firma Fair-Rite (Material 67) und den vergleichbaren Abmessungen (35,55·23·12,7 mm) kann ein A_L Wert von ca. 44,5 nH erreicht werden. Für eine erforderliche Induktivität von 590 nH sind also 11 oder 12 Kerne dieser Bauart erforderlich.With a ring core made by Fair-Rite (material 67) and comparable dimensions (35.55 x 23 x 12.7 mm), an A _L value of approx. 44.5 nH can be achieved. For a required inductance of 590 nH, 11 or 12 cores of this type are required.

Zu große oder zu kleine Induktivitäten lassen sich durch Kapazitäten kompensieren.Too large or too small inductances can be compensated by capacitances.

In 7 ist zur Verdeutlichung nur ein Ferrit-Ringkern 15 eingezeichnet. Für eine erhebliche Verkürzung der Baulänge des 90° Hybrids 100 können, wie in 1 erkennbar, eine ganze Reihe solcher Ferrit-Ringkerne 15 vorgesehen sein, beispielsweise zwölf Ferrit-Ringkerne 15.In 7 is for clarification only a ferrite ring core 15 located. For a significant reduction in the length of the 90 ° hybrid 100 can, as in 1 recognizable, a whole series of such ferrite ring cores 15 be provided, for example, twelve ferrite ring cores 15 ,

Um die Hochfrequenz-Anschlüsse (Tore 1 bis 4) gut anbringen zu können sind die Leiterbahnen 17, 18, 17a, 18a an ihren Enden 23 auf jeweils etwa der halben Leiterbahnbreite a/2 verlängert und seitenversetzt angeordnet.To the high-frequency connections (gates 1 to 4 ) are good to attach the tracks 17 . 18 . 17a . 18a at their ends 23 each extended to about half the track width a / 2 and arranged laterally offset.

Bei Verwendung von Leiterplatten können die einzelnen Leiterbahnen 17, 18, 17a, 18a mittels einfacher Durchkontaktierungen, wie sie in der Leiterplattentechnik bekannt sind, verbunden werden und an die Anschlüsse 1a bis 4a geführt werden.When using printed circuit boards, the individual conductor tracks 17 . 18 . 17a . 18a be connected by means of simple vias, as they are known in printed circuit board technology, and to the terminals 1a to 4a be guided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1699107 A1 [0015]
WO 2005027258 A1 [0015]

Claims

RF power coupler for coupling at least two high-frequency power signals with powers greater than 3 kW and respectively equal frequency between 3 and 30 MHz and adjustable phase relationship to each other with at least a first and a second electrical conductor ( 110 . 111 ), which are spaced apart and capacitively and inductively coupled together, wherein the length of the at least one first and / or second conductor is less than 1 m, preferably less than 0.5 m, and wherein the first conductor, the primary side and the second conductor represents the secondary side of a transformer, wherein the conductors are formed as flat conductor tracks on a circuit board, characterized in that the circuit board comprises a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimidehaltiges conductor track carrier material as an insulating layer between the first and second conductors and having printed circuit board material from Epoxydharzgewebe ,

HF power coupler according to claim 1, characterized in that the printed circuit board is a multilayer printed circuit board and at least one insulating layer of the multilayer printed circuit board has printed circuit board material made of epoxy resin and at least one further layer has a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a polyimide-containing interconnect carrier material.

HF power coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board comprises printed circuit board material made of epoxy resin fabric between tracks without voltage difference.

HF power coupler according to one of the preceding claims or preamble of claim 1, characterized in that corners of the flat conductor tracks are rounded with a radius of at least 1 mm.

RF power coupler according to one of the preceding claims according to the preamble of claim 1, characterized in that edges of the planar conductor tracks are rounded with a radius of at least 1 micron.

HF power coupler according to one of the preceding claims, according to the preamble of claim 1, characterized in that corners of the planar conductor tracks are chamfered, so that all angles are greater than 100 °.

HF power coupler according to one of the preceding claims according to the preamble of claim 1, characterized in that edges of the planar conductor tracks are chamfered, so that all angles are greater than 100 °.

HF power coupler according to one of the preceding claims according to the preamble of claim 1, characterized in that the conductor tracks have a minimum thickness of 70 microns.

HF power coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board has further copper tracks which are at the same electrical potential as adjacent conductor tracks.

RF power coupler according to claim 9, characterized in that the further copper tracks have plated-through holes to the conductor tracks of the same potential.

RF power coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler is a 90 ° hybrid coupler and the adjustable phase relationship is not equal to 0 °.