DE2743305A1 - Mikrowellen-zirkulator auf einem substrat - Google Patents

Description

Licontia Patent-Verwaltungs-GmbH NE2-BK/Thn/bc

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Mikrowellen-Zirkulator auf einem Substrat

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Mikrowellen-Zirkulator auf einem Substrat, auf dessen einer Seite eine geätzte Resonatorstruktur, beispielsweise eine Scheibe, mit einem Anpassungsnetzwerk und Anschlußleitungen und auf dessen anderer, mit einer Metallisierung versehenen Seite, die als Massefläche dient, eine Ferritscheibe in einer Aussparung der Metallisierung angeordnet ist.

Die gebräuchlichste Bauform eines Zirkulators ist der Verzweigungszirkulator. Es handelt sich dabei um ein nichtreziprokes Dreitor, bei dem im Idealfall der Transport hochfroquentor Energie nur in einem Umlaufsinn stattfindet und alle Tore rcflexionsfrei an das angekoppelte Wellenleitersystem angepaßt sind. Der Zirkulator kann damit z.B. zur Entkopplung von Signalein- und ausgang bei aktiven Zweipolen, als Richtungsleitung oder als Schalter verwendet werden.

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Seit geraumer Zeit werden solche Zirkulatoren in integrierter Bauform hergestellt und auf Substraten nach dem Prinzip der gedruckten Schaltungen aufgebracht. Problematisch für die Ausbildung eines solchen Zirlculators ist die Anordnung der zu diesem Bauelement gehörenden Ferritscheibe, dio von einem magnetischen Feld senkrecht zur Fläche des Substrates durchsetzt wird.

In der Zeitschrift IEEE Transactions on Magnetics, vol. Mag.-11, No. 5, September 1975, S. 1275, Fig. 8 ist ein Zirkulator dargestellt, bei dem dio der Seite mit der Loiterstruktur gegenüberliegende Ferritscheibe in das Substrat eingelassen ist und mit ihrer Oberfläche mit dor Substratebene bündig ist. Die auf der Masseseite angeordnete Metallschicht wird auf das Substrat und die Ferritscheibe in gleicher Ebene aufgebracht. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei Temperaturunterschieden das Substrat bzw, die Metallschicht der Massefläche zerstört werden kann. Ferner fordert diese Ausführungsfo-k-ra sehr enge Toleranzen in der Herstellung der Ferritscheibe und ihrer Aussparung und verteuert damit das Herstellungsverfahren.

Die gleichen Nachteile weist eine Anordnung auf, die in dem Symposium 1971 IEEE-GMTT Int. Microwave Symposium Digest, Washington (1971), May, S. 79, Fig. la dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Ferritscheibe in einer Aus-

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sparung des Substrates angeordnet. Dioso Anordnung hut zwar elektrische Vorteile, die aber die Gefahr der Zerstörung bei Temperaturunterschieden nicht aufwiegen und auch sehr ongo Toloranzen in der Herstellung der Aussparung und der Fcrritscheibe erforderlich machen.

Aufgabe dor vorliegenden Erfindung ist also, einen Zirkulator zu schaffen, der einfach herzustellen ist und gute elektrische Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgomäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die der Resonatorstruktur gegenüberliegende und an ihrer abgewandten Grund- und an ihrer Mantelfläche metallisierten Ferritschoibo oder auch einem Ferritring in einer ihrer Abmessung entsprechenden Metallschichtaussparung mit einer elektrisch leitenden Verbindung, beispielsweise einer Lötnaht, rundum versehen ist, wobei das Substrat aus einom dielektrischen Werkstoff besteht und z.B. aus Quarzglas, glasfaserverstärktem Polytetraflouräthylen oder Aluminiumoxydkeramik bestehen kann. Es ist vorteilhaft, wenn die Resonatorstruktur aua einer Scheibe oder einem Ring besteht.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie billig hergestellt werden kann und keine Temperaturprobleme mehr hat.

Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgedankc an einem BK 77/21 . - 6 -

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Ausführungsbeispiol noch näher boschrieben worden.

In der Fig. 1 ist ein Zirkulator nach der Erfindung in geschnittener Darstellungsweiso wiedergegeben und

in der Fig. 2 ist der gleiche Zirkulator in einer Draufsicht abgebildet.

In der Fig. 1 ist ein Zirkulator nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. Auf dem Substrat 1, das aus einem dielektrischen Werkstoff, z.B. aus Aluminiumoxydlccramik hergostellt sein kann, ist die Resonatorscheibe 2 aufgebracht. Diese Resonatorstruktur 2, bestehend aus einer Scheibe, ist bei diesem Ausführungsbeispiel kreisrund und besteht aus einer Motallauflage, wie dies aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Auf der abgewandten oder Gegenseite ist die Ferritscheibo 3 angeordnet; sie liegt der Resonatorstruktur 2 genau gegenüber, Sie ist mit einer Metallisierung auf ihrer abgewandten Fläche 3a und an ihrer Mantelfläche 3b versehen.

Das Substrat 1 ist auf der Gegenseite mit einer Metallauflago la beaufschlagt und an der Stirne der Ferritscheibo 3 entsprechend deren Abmessung freigeätzt. Die Metallisierung 3b der Ferritscheibe 3 ist mit der Metallauflago la dos Substrates durch die Lötnaht ^lk rundum fixiert.

In der Fig. 2 ist die Draufsicht des Zirkulators dargestellt.

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Insbcsondoro geht aus diesor Darstellung die Anordnung dor Rosonatorstruktur 2 hervor. Bei diesem Ausführungsbeispicl sind drei Anschlußleitungon 5 angeordnet, die jo in einem Winkol von 120 zueinander stohon. Im allgemeinen wordon zwischen der Resonatorschoibe und den Arischlußloituiigen Anpassungsnetzwerke angebracht, die in bekannter Weise, z.D. als λ/Ί-Transformatoren, aufgebaut sind.

Die beschriebene Erfindung vereinigt die Vorteile eines Keramiksubstrates mit einer einfachen Möglichkeit zur Intogration von Zirkulatoren. Dies wird in der folgenden Weise erreicht: Das Substrat 1, bestehend aus einor Aluminiumoxydkeramik wird beidseitig metallisiert; auf der Oberseite werden mit den üblichen Ätztechniken die Resonatorstruktur 2 und das Anpassungsnetzwerk (in Fig. 2 nicht eingezeichnet) sowie die Anschlußleitungen 5 hergestellt. Diese Struktur entspricht derjenigen der bereits bekannten integrierten Zirkulatoren. Die Metallisierung la der Unterseite wird unterhalb der Resonatorstruktur 2 weggeätzt und die Ferritscheibe 3 aufgesetzt. Die Mantelfläche 3b und die abgewaudto Fläche 3a der Ferritscheibe 3 sind mit einor Metallisierung versehen.

Die Befestigung sowie der elektrische Kontakt zwischen der Ringfläche 3a und der Metallauflage la wird durch die ringförmige Lötnaht k bewirkt. Das Magnetsystem zur Erzeugung

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dos magnetischen Gleichfoldes Ho senkrecht zur Substratebene entspricht ebenfalls den bei den bekannten Zirkulatoren verwendeten Systemen.

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Claims (4)

27A3305 Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH NE2-BK/Thn/be BK 77/21 Patentansprüche

1.) Mikrowellen-Zirkulator auf einem Substrat, auf dessen einer Seite eine geätzte Resonatorstruktur mit einem Anpassungsnetzwerk und Anschlußleitungen und auf dessen anderer, mit einer Metallisierung versehene Seito eine Ferritscheibe angeordnet ist, dadurch gekonnzeichnet, daß die der Resonators truictur (2) gegenüberliegende und an ihrer abgewandten Grundfläche (3a) und an ihrer Mantelfläche (3b) metallisierte Ferritscheibo (3) in einer ihrer Abmessung entsprechenden Metallschichtaussparung (la) mit einer elektrisch leitenden Verbindung (k) rundum versehen ist.

2. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (l) aus einem beliebigen dielektrischen Werkstoff besteht.

3. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Ferritschcibo durch oin zur Substratcbcne senkrecht stehendes Magnetfeld vormagnetisiort ist.

4. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorstruktur aus einer Scheibe bostcht.

5· Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorstruktur aus einem Ring besteht.

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