DE2743305C2

DE2743305C2 - Mikrowellen-Zirkulator auf einem Substrat

Info

Publication number: DE2743305C2
Application number: DE2743305A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7150 Backnang Ehrlinger; Wolfgang Dipl.-Ing. Hauth
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1982-09-09
Also published as: JPS5451761A; DE2743305A1; AT365001B; ATA660678A; GB2005924B; US4222015A; CA1104666A; GB2005924A; JPS5951763B2; FR2404317A1; FR2404317B1; BR7806340A

Description

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Die vorliegende Erfindung Lefaßt sich mit einem Mikrowellen-Zirkulator, bestehend aus einem mit einer Massefläche und einer Zirkulator-Streifenleitungsstruktür versehenen Substrat und einer Ferritscheibe, die auf der die Massefläche tragenden Seite des Substrats liegt und ringsum, ausgenommen der auf dem Substrat aufliegenden Ebene, mit einer Metallisierung versehen ist. welche mit der MassefJäche des Substrats elektrisch leitend verbunden ist.

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

Seit geraumer Zeit werden solche Zirkulatoren in integrierter Bauform hergestellt und auf Substrate nach dem Prinzip der gedruckten Schaltungen aufgebracht. Problematisch für die Ausbildung eines solchen Zirkulators ist die Anordnung der zu diesem Bauelement gehörenden Ferritscheibe, die 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 die der Seite mit der Le'terstruktur gegenüberliegende Ferritscheibe in das Substrat eingelassen ist und mit ihrer Oberfläche mit der 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 Temperaturunter' schieden das Substrat bzw, die Metallschicht der Massefläche zerstört werden kann. Ferner fördert diese Ausfilhrungsform sehr enge Toleranzen in der Herstel· lung def Ferritscheibe und ihrer Aussparung und Verteuert damit das Herstellungsverfahren,

Die gleichen Nachteile Weist eine Anordnung aufj 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 Aussparung des Substrates angeordnet. Diese Anordnung hat zwar elektrische Vorteile, die aber die Gefahr der Zerstörung bei Temperaturunterschieden nicht aufwiegen und auch sehr enge Toleranzen in der Herstellung der Aussparung und der Ferritscheibe erforderlich machen.

Ein Mikrowellenzirkulator, dessen Ferritscheibe, wie einleitend ausgeführt, ringsum, ausgenommen ihrer auf dem Substrat aufliegenden Ebene, mit einer Metallisierung versehen ist, die mit der Massefläche des Substrats verbunden ist, geht aus der US-PS 37 33 563 hervor. Allerdings befindet sich das Verteilerstück und die Anschlußleitungen der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur getrennt voneinander auf verschiedenen Seiten des Substrats. Das Verteilerstück liegt elektrisch getrennt innerhalb der Massefläche, und die Anschlußleitungen sind auf der der Massefläche gegenüberliegenden Substratseite angeordnet. Es sind daher gesonderte, kapazitiv wirkende Koppelmittel notwendig zur Ankopplung des Verteilerstucks an die Anschiußieitungen. Solche Koppelmittel haben den Nachteil, daß sie die Bandbreite des Zirkulators stark einschränken, vor allem, wenn die Koppelmittel nicht optimal dimensioniert sind. Eine optimale Dimensionierung läßt sich aber nur sehr schwer ermitteln wegen der sich aufgrund der Koppelelemente im Zirkulator einstellenden, sehr komplizierten Feldverteilung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikroweütn-Zirkulator der eingangs genannten Art anzugeben, der sehr breitbandig ist und eine möglichst unkomplizierte Feldverteilung aufweist, wodurch die optimale Dimensionierung der Zirkulatorteile auf einfache Weise vorgenommen werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verteilerstück der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur zusammen mit den Anschlußleitungen auf der der Ferritscheibe gegenüberliegenden Substratseite angeordnet ist.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der erfindungsgemäße Zirkulator hat den Vorteil, daß er billig hergestellt werden kann und keine Temperaturprobleme mehr hat.

Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgedanke an einem Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben werden. Inder

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

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

In der F i g. 1 ist ein Zirkulator nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. Auf dem Substrat 1, das aus einem dielektrischen Werkstoff, z. B. aus Aluminiumoxydkeramik hergestellt sein kann, ist die Zirkulator-Streifenleitungsstruktur bestehend aus dem Verteilerstück 2 und den Anschlußleitungen 5 aufgebracht. Das Verteiler stück 2. bestehend aus einer Scheibe, ist bei diesem Ausführungsbeispiel kreisrund und besteht aus einer Metallauflage, wie dies aus der Fi g, 2 ersichtlich ist. Auf der abgeWandten oder Gegenseite ist die Ferritscheibe 3 angeordnet; sie liegt der Zirkulatof-StreifenieitUngsstruktur genau gegenüber, Sie ist mit einer Metallisier rung auf ihrer abgewandten Fläche 3a Und an ihrer Mantelfläche 3b versehen,

Das Substrat 1 ist auf der Gegenseite mit einer Metallauflage in beaufschlagt und an der Stirne der Ferritscheibe 3 entsprechend deren Abmessung freigeptzu Die Metallisierung3öder Ferritscheibe 3 ist mit der Metallauflage Xa des Substrates durch die Lötnaht 4 rundum fixiert.

In der F i g. 2 ist die Draufsicht des Zirkulators dargestellt. Insbesondere geh* aus dieser Darstellung die Anordnung der Zirkulalor-Strejfenleitungsstruktur hervor. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Anschlußleitungen 5 angeordnet, die je in einem Winkel von 120° zueinander stehen. Im allgemeinen werden zwischen der Resonatorscheibe und den Anschlußleitungen Anpassungsnetzwerke angebracht, die in bekannter Weise, z. B. als λ/4-Transformatoren, aufgebaut sind.

Die beschriebene Erfindung vereinigt die Vorteile eines Keramiksubstrates mit einer einfachen Möglichkeit zur Integration von Zirkulatoren. Dies wird in der folgenden Weise erreicht: Das Substrat I, bestehend aus einer Aluminiumoxydkeramik, wird beidseitig metallisiert; auf der Oberseite werden mit den üblichen Ätztechniken das Verteilerstück 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 des Verteilerstücks 2 weggeätzt und die

lu Ferritscheibe 3 aufgesetzt. Die Mantelfläche 3ö und die abgewandte Fläche 3a der Ferritscheibe 3 sind mit einer Metallisierung versehen.

Die Befestigung sowie der elektrische Kontakt zwischen der Ringfläche 3a und der MetallaufJage la

wird durch die ringförmige Lötnaht 4 bewirkt. Das Magnetsystem zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes Ho-* senkrecht zur Substratebene entspricht ebenfalls dem bei den bekannten Zirkulatoren verwendeten System.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellen-Zirkulator, bestehend aus einem mit einer Massefläche und einer Zirkulator-Streifenleitungsstruktur versehenen Substrat und einer Ferritscheibe, die auf der die Massefläche tragenden Seite des Substrats liegt und ringsum, ausgenommen der auf dem Substrat aufliegenden Ebene, mit einer Metallisierung versehen ist, welche mit der Massefläche des Substrats elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (2) der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur zusammen mit den Anschlußleitungen (5) auf der der Ferritscheibe (3) gegenüberliegenden Substratseite angeordnet ist.

2. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (2) der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur aus einer Scheibe besteht.

3. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (2) der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur aus einem Ring besteht.