DE2309078C2 - Leistungs-Lastwiderstand in Streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungs-Lastwiderstand in Streifenleitungstechnik nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Derartige Leistungs-Lastwiderstände, die aus der US- PS 35 64 464 bekannt sind, eignen sich zur Verwendung in Höchstfrequenzschaltungen besonders zur Bildung einer leistungsvernichtenden Belastung, die für den angepaßten Abschluß einer Übertragungsleitung bestimmt ist und eine fortschreitende Dämpfung und Vernichtung der sich in der Belastung ausbreitenden Energie verursacht.
• Höchstfrequenzschaltungen, insbesondere Richtkoppler und Richtungsgabeln (Zirkulatoren), die als Isolatoren verwendet werden, erfordern häufig die Verwendung eines Endanpassungsgliedes in Form einer angepaßten Belastung.
• Die Last muß in dem Nutzfrequenzband einen rein ohmschen Widerstand darstellen, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand der Leitung ist.
• Herkömmliche Leistungs-Lastwiderstände sind im allgemeinen durch eine Koaxialleitung oder einen Hohlleiter gebildet, worin die ganze Energie in einem verlustbehafteten Dielektrikum vernichtet wird.
• Solche Lastwiderstände haben einen beträchtlichen Raumbedarf und ein großes Gewicht, ihr Herstellungspreis ist hoch, und sie haben eine große Wärmeimpedanz.
• Der eingangs genannte Leistungs-Lastwiderstand in Streifenleitungstechnik nach der US-PS 35 64 464 weist diese Nachteile nicht auf. Bei ihm ist in der Masseebene ein schmaler Streifen aus einer widerstandsbehafteten Metalllegierung angeordnet, der von einem Substrat aus keramischem Material getragen wird und von einer elektrisch gut leitenden Kontaktierungsschicht gesäumt wird.
• Aus der US-PS 35 09 495 ist ferner ein Abschlußwiderstand in Streifenleitungstechnik bekannt, bei welchem ein spiralförmiger Leiterstreifen zwischen zwei wärmeabführenden zylindrischen Teilen angeordnet ist, die ihrerseits zwischen zwei Masseebenen angeordnet sind. Ein solcher Abschlußwiderstand weist einen großen Raumbedarf auf.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Leistungs-Lastwiderstand der eingangs angegebenen Art den Aufbau zu vereinfachen und gleichzeitig die Wärmeabfuhr zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Leistungs-Lastwiderstand durch die kennzeichnenden Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.
• Da bei dem erfindungsgemäßen Leistungs-Lastwiderstand die gesamte Masseebene aus der Metallegierung besteht und das Substrat einfach zwischen Masseebene und Streifenleitung angeordnet ist, ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem auch die Wärmeabfuhr hoch ist, da die gesamte Masseebene auf ihrer Rückseite mit einer Wärmesenke in Berührung gebracht werden kann.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• So ist im Anspruch 5 die Anbringung des Lastwiderstandes direkt an der Außenseite eines Hohlleiters angegeben. Die Ankopplung einer Streifenleitung an einen Hohlleiter ist an sich bereits bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift "Streifenleitungen", H. Geschwinde und W. Krank, 1960, S.63-65.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt
• Fig. 1 eine Ausführungsform eines Leistungs-Lastwiderstandes,
• Fig. 2 ein Beispiel für den Anschluß des Lastwiderstandes an einen koaxialen Abgriff,
• Fig. 3 ein Beispiel für die Anpassung einer Höchstfrequenzleitung in Form eines Rechteckhohlleiters und
• Fig. 4 ein Beispiel für die Anpassung einer Leitung in Form eines runden Hohlleiters.
• Fig. 1 zeigt einen Lastwiderstand, der die bekannte Struktur einer Streifenleitung aufweist. Diese Struktur enthält ein Substrat 1 in Form einer dielektrischen Platte, die zwischen einem metallischen Streifenleiter 2 und einer Masseebene 3 angeordnet ist. Das dielektrische Substrat 1 gewährleistet den mechanischen Zusammenhalt der metallischen Leiter, die im allgemeinen nach einem der bekannten Verfahren, insbesondere durch Lichtdruck, auf das Substrat aufgebracht werden.
• Das verwendete Substrat 1 besteht aus einem verlustarmen dielektrischen Material, damit die Verlustwärme in diesem Bestandteil begrenzt wird. Unter den verwendeten Materialien weisen Quarz und Aluminiumoxidkeramik geringe Verluste auf. Berylliumoxid wird bevorzugt verwendet, weil es eine gute Wärmeleitfähigkeit bietet. Der Streifenleiter 2 ist aus einem Metall von guter Leitfähigkeit gebildet, und die Masseebene ist aus einer widerstandsbehafteten Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet, die für die darin fliessenden Ströme einen Widerstand darstellt und somit die Energie des sich in der Struktur ausbreitenden Höchstfrequenzsignals dämpft. Legierungen auf der Basis von Nickel-Chrom oder auf der Basis von Titan und Vanadium werden insbesondere angewendet.
• Die auf das Substrat aufgebrachte Streifenleitung hat eine solche Länge, daß die Energie am Ende der Leitung ausreichend gedämpft ist, und sie hat eine solche Breite, daß die Eingangsimpedanz des Lastwiderstands gleich dem Wellenwiderstand der davor liegenden Übertragungsleitung ist. Die Masseebene hat eine geringe Dikke in der Größenordnung von 6 bis 10 µm, und sie ist elektrisch an das Massepotential der vorgeschalteten Schaltung an einer einzigen Stelle 5 gelegt, die möglichst nahe bei dem den Eingang des Lastwiderstands bildenden Ende der Streifenleitung liegt.
• Ein in der beschriebenen Weise ausgeführter Lastwiderstand kann mit seiner Masseebene flach auf einem Metallchassis oder einem Gußstück oder einem Kühlkörper befestigt werden. Da die Masseebene aus einem widerstandsbehafteten metallischen Material gebildet ist, fließen elektrische Ströme auf jeder Seite dieser Masseebene.
• Wenn die Oberflächen der Masseebene und des metallischen Kühlkörpers, auf den der Lastwiderstand zu liegen kommt, vollkommen abgerichtet und eben sind, würde der sich daraus ergebende elektrische Kontakt die Wirkung des Lastwiderstandes stören. Es ist deshalb eine elektrische Isolierung erforderlich, die durch eine dünne berylliumoxidhaltige oder Silikon enthaltende Fettschicht von guter Wärmeleitfähigkeit gebildet wird.
• Falls die Oberflächen nicht speziell abgerichtet sind, sind die zufälligen elektrischen Kontakte weniger störend, doch ist auch dann das Anbringen einer Fettschicht in der angegebenen Weise notwendig, damit die Wärmeleitfähigkeit verbessert wird.
• Durch Verwendung eines Kühlkörpers aus Aluminium, dessen abgerichtete, in Kontakt mit der Masseebene des Lastwiderstandes stehende Oberfläche mit einer dünnen Aluminiumoxidschicht bedeckt ist, ist die Verwendung des Fettes nicht mehr notwendig.
• Es ist möglich, Lastwiderstände der angegebenen Art herzustellen, die mit dem Kühlkörper nach der Technik der integrierten Schaltungen "integriert" sind. Dies geschieht dadurch, das auf eine ebene Fläche nacheinander ein Kühlkörper aus Aluminium, eine Aluminiumoxidschicht, dann die widerstandsbehaftete Masseebene 3, das Substrat 1 und schließlich die Streifenleitung 2 aufgebracht werden.
• Die Anordnung der Streifenleitung 2 auf dem Substrat 1 ist nicht absoluten Regeln unterworfen. Fig. 1 zeigt einen Lastwiderstand, dessen Leiter spiralförmig oder mäanderförmig derart angeordnet ist, daß die ersten Windungen, die den größten Teil der elektromagnetischen Energie vernichten, zur Erzielung einer besseren Verteilung der Wärmeenergie am Rand des Lastwiderstandes liegen. Es ist allgemein notwendig, einen Abstand zwischen den Windungen einzuhalten, der in der Größenordnung des Drei- oder Vierfachen der Breite des Leiterstreifens liegt, damit Störkopplungen vermiedenwerden.
• Der Anschluß dieses Lastwiderstands an die davor liegende Schaltung geschieht im allgemeinen durch Anlöten eines koaxialen Abgriffs, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Am Eingangsende 4 der Streifenleitung ist der Innenleiter 40 des koaxialen Abgriffs angelötet. Der Außenleiter 50 ist mit der Masseebene durch eine ringförmige Lötstelle 5 verbunden.
• Das Ende 4 der Streifenleitung ist zur Verbesserung der lmpedanzanpassung verbreitert.
• Im Fall der Anpassung eines Hohlleiters ist es möglich, einen Hohlleiter-Koaxialleitungs-Übergang zwischen dem zu belastenden Hohlleiter und dem angepaßten Lastwiderstand zu verwenden.
• Fig. 3 zeigt eine Maßnahme zur Verwendung des Lastwiderstandes bei einem Hohlleiter. In diesem Fall ist der Lastwiderstand auf einer Außenfläche des Hohlleiters befestigt, und die Energie wird durch eine Antenne oder Sonde 41 eingefangen, die durch eine in der Wand des Hohlleiters angebrachte Öffnung in den Hohlleiter ragt.
• Über dem Lastwiderstand kann ein Gehäuse 6 angebracht werden, damit der Lastwiderstand geschützt wird, insbesondere vor Korrosion.
• Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit der Verwendung des Lastwiderstandes bei einem runden Hohlleiter zur Bildung einer Kreuzpolarisations-Absorptionsvorrichtung, mit der eine unerwünschte Welle oder Störwelle absorbiert werden kann.
• Umfangreiche und schwere Bauteile, wie Richtkoppler oder richtwirkungsfreie Koppler sowie angepaßte Lastwiderstände bekannter Art können durch einen direkt auf einem Hohlleiter angebrachten Lastwiderstand der beschriebenen Art vorteilhaft ersetzt werden.
• Wenn solche Lastwiderstände bei den beweglichen Systemen von Radaranlagen oder Sendeantennen verwendet werden, ergeben sie eine beträchtliche Verringerung der für die Verstellung erforderlichen Energien.
• Der beschriebene angepaßte Lastwiderstand kann vorteilhaft bei Höchstfrequenzschaltungen verwendet werden, die insbesondere Richtungsgabeln ( Zirkulatoren) oder Hybridverzweigungen aufweisen. In Verbindung mit einer Richtungsgabel ermöglicht er die Bildung einer nichtreziproken Vorrichtung mit eingebauter Belastung. Da das Gewicht und der Raumbedarf des beschriebenen Lastwiderstands etwa zwanzigmal kleiner als bei den herkömmlichen angepaßten Lastwiderständen gleicher Leistung sind, kann er insbesondere bei einer Radar-Primärquelle kleiner Abmessung verwendet werden. Bei Radargeräten dieser Art ist das Problem der von der Primärquelle verursachten Abschattung sehr ausgeprägt. Primärstrahler mit umfangreichen Bestandteilen verringern die nutzbare Antennenfläche.
• Die Verwendung eines angepaßten Lastwiderstandes der beschriebenen Art ermöglicht somit die Verringerung des Raumbedarfs der Primärquelle solcher Radargeräte und somit einen besseren Wirkungsgrad des Radargeräts.
• Ganz allgemein sind die Lastwiderstände auf allen Gebieten der Höchstfrequenztechnik verwendbar, und sie sind für eine Massenfertigung geeignet.

Claims (6)

1. Leistungs-Lastwiderstand in Streifenleitungstechnik, bestehend aus einem Streifenleiter, der aus einem gut leitenden Metall gebildet ist, einen dielektrischen Substrat und aus einer Masseebene, in der eine widerstandsbehaftete Metallegierung von guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Masseebene (3) aus der widerstandsbehafteten Metallegierung gebildet ist und daß das Substrat (1) in Form einer dielektrischen Platte zwischen der Masseebene (3) und dem Streifenleiter ( 2) angeordnet ist.

2. Lastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitung (2) auf das Substrat (1) als spiral- oder mäanderförmiger Metallstreifen aufgebracht ist, daß eine erste Windung des Metallstreifens entlang den Rändern des Substrates (1) verläuft und der Rest des Metallstreifens zum Mittelpunkt des Substrates (1) zusammenläuft, daß der Abstand der Windungen in der Größenordnung des Drei- oder Vierfachen der Breite des Metallstreifens liegt und daß die Gesamtabmessungen des Lastwiderstandes groß gegen die Wellenlänge sind.

3. Lastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silikone oder Berylliumoxid enthaltende Fettschicht zwischen der Masseebene (3) und einem metallischen Chassis oder Kühlkörper so angeordnet ist, daß die Masseebene (3) elektrisch von dem Chassis oder Kühlkörper isoliert wird, jedoch eine gute Wärmeleitung besteht.

4. Lastwiderstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihe nach auf eine ebene Fläche eines Kühlkörpers aus Aluminium eine Aluminiumoxidschicht, eine widerstandsbehaftete Metallschicht als Masseebene (3), eine dicke dielektrische Schicht als Substrat (1) und schließlich ein Metallstreifen als Streifenleitung (2) aufgebracht sind.

5. Verwendung des Lastwiderstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand direkt an der Außenseite eines Hohlleiters angebracht ist und daß die Energie durch eine Sonde oder Antenne (41) aufgefangen wird, die durch eine in der Wand des Hohlleiters angebrachte Öffnung in den Hohlleiter ragt.

6. Verwendung des Lastwiderstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er direkt an einem Radar-Primärstrahler angebracht ist.