DE2932220A1

DE2932220A1 - HF directional coupler using coupled inductances - has split ferrite core and coil windings applied to thin substrate

Info

Publication number: DE2932220A1
Application number: DE19792932220
Authority: DE
Inventors: Hans-Josef Dr Rer Nat Schmidt; Kurt Dr Phil Wohak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1981-02-12

Abstract

The coupler uses a ferrite core (11) with two parallel openings through it, through which electrical conductors, forming the inductance coils, extend. The ferrite core (11) is in two halves (12,13) with the openings defined on three sides by U-shaped channels in one half (12) and on the fourth side by the mating planar surface of the other half (13). The electrical conductors are provided by conductive layers applied to a substrate with a thickness of no more than 0.1 mm. Pref. the product of the substrate thickness multiplied by its electrical constant is about 200 micrometres. It may be attached to a support (20) with an opening (21) in the region of the coils.

Description

Elektrische HF-Schaltung, insbesondere Richtkoppler' mitElectrical RF circuit, in particular directional coupler 'with

mehreren miteinander verkoppelten Induktivitäten.several inductors coupled to one another.

Die Erfindung betrifft eine elektrische HF-Schaltung, insbesondere einen Richtkoppler1 mit mehreren miteinander verkoppelten Induktivitäten, welche einen Ferritkern mit zwei zueinander zumindest annähernd parallelen Durch brüchen und durch diese Durchbrüche verlaufende, Spulen bildende elektrische Leitungen enthält. Derartige Schaltungen sind bekannt. Richtkoppler sind beispielsweise durch einen Doppellochkern gebildet, durch dessen beide Löcher jeweils zwei Wicklungen von Hand gewickelt sind. Derartige Richtkoppler sind beispielsweise in Antennensteckdosen eingesetzt. Sie werden mit ihren Wicklungsdrähten auf die entsprechende Schaltung aufgelötet.The invention relates to an electrical RF circuit, in particular a directional coupler1 with several inductors coupled to one another, which a ferrite core with two at least approximately parallel breakthroughs and coil-forming electrical lines extending through these apertures. Such circuits are known. Directional couplers are for example by a Double hole core formed, through whose two holes each two windings by hand are wrapped. Such directional couplers are, for example, in antenna sockets used. They are connected to the appropriate circuit with their winding wires soldered on.

Dieses Verfahren ist aufwendig und nicht ohne weiteres automatisierbar.This process is complex and cannot be easily automated.

Demgegenüber besteht die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, in einem Aufbau von Schaltungen der eingangs beschriebenen Art, der einer Automatenfertigung zugänglich ist.In contrast, there is the object on which the present invention is based, in a structure of circuits of the type described above, that of a machine production is accessible.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ferritkern aus zwei Teilkernen zusammengesetzt ist, daß zumindest in einem Teilkern die Durohbrüche bis an den Rand des Teilkerns reichen und daß de elektrischen Leitungen in Form von elektrisch leitenden Schichten auf ein Substrat mit einer Dicke von höchstens etwa 0,1mm aufgebracht sind.This object is achieved according to the invention in that the ferrite core is composed of two partial cores that at least in one partial core the Durohbrbruch extend to the edge of the partial core and that de electrical lines in the form of electrically conductive layers on a substrate with a thickness of at most about 0.1mm are applied.

Für die Funktion der eingangs beschriebenen Schaltung spielt jede Streukapazität eine erheblihe Rolle. Sehr dünne Schichten ergeben nun einerseits eine hohe kapazi tät, sofern sich auf beiden Oberflächen Metallschichten gegenüberliegen, andererseits aber eine besonders kleine Streukapazität zwischen benachbarten-Leiterbahnen. Die letztere Streukapezität hat einen erheblichen Einfluß auf die Daten der Schaltung und ist bei bei dünnen Dielektrikum sehr viel geringer als bei einem dicken, sofern das Dielektrikum eine Dielektrizitätskonstante hat, die über der des umgebenden Mediums, a2so in der Regel der Luft, liegt.Every one of them plays a role in the function of the circuit described at the beginning Stray capacity plays a major role. On the one hand, very thin layers now result a high capacity, provided that metal layers are opposite one another on both surfaces, on the other hand, however, a particularly small stray capacitance between adjacent conductor tracks. The latter stray capacitance has a considerable influence on the data of the circuit and is much less with a thin dielectric than with a thick one, provided the dielectric has a dielectric constant higher than that of the surrounding Medium, as a rule the air, lies.

Demgemäß ist für die Streukapazität und damit für die maximal zulässige Dicke des Substrates das Produkt aus der Dicke des Substratmaterials und seiner Dielektrizitätskonstante Zu maßgebend. Das Produkt aus Dicke des Substrates in µm und der Dielektrizitätskonstante # ist für Richtkoppler vorteilhaft nicht größer als 200µm. Als # ist hier die relative Dielektrizitätskonstante bezeichnet, welche dnmensionslos ist. Vorteilhaft ist ein Richtkoppler durch die Merkmale gekennzeichnet, daß das Substrat eine 1 3»m dicke Tetrafluoräthylenperf uorpropylenfolie ist, daß je zwei Spulen des Richtkopplers auf einer Folienoberfläche angebracht und miteinander einstückig verbunden sind und daß die elektrischen leiterbahnen im Bereich der Kreuzungspunkte nur etwa 100µm breit sind. Für die Leiterbahnen eignet sich hierbei 35m dickes Kupfer. Noch dünnere Substrate können eingesetzt werden, wenn das Substrat auf eine Verstärkung aufgeklebt ist und wenn die Verstärkung im Bereich der Spulen zumindest eine Ausnehmung aufweist, so daß keine Leitungszüge der Spulen und keine Kreuzungspunkte der Leitungen auf verstärkten Teilen des Substrates liegen.Accordingly, for the stray capacitance and thus for the maximum permissible Thickness of the substrate is the product of the thickness of the substrate material and its Dielectric constant Too decisive. The product of the thickness of the substrate in µm and the dielectric constant # is advantageously not greater for directional couplers than 200 µm. The relative dielectric constant is referred to as # here, which is dimensionless. A directional coupler is advantageously characterized by the following features that the substrate is a 1 3 »m thick Tetrafluoräthylenperf uorpropylenfolie that two coils of the directional coupler attached to a film surface and with each other are integrally connected and that the electrical conductor tracks in the area of the crossing points are only about 100 µm wide. This is suitable for the conductor tracks 35m thick copper. Even thinner substrates can be used if the substrate is glued to a reinforcement and if the reinforcement is in the area of the coils has at least one recess, so that no cable runs of the coils and none The crossing points of the lines lie on reinforced parts of the substrate.

Eine Kompensation von Störungen wird erreicht, indem die jeweils in Serie geschalteten Spulen auf je einer Seite des Substrates liegen und daß die hierzu dienenden Leiterbahnen zu den entsprechenden Leiterbahnen auf der anderen Seite des Substrates streng symmetrisch angeordnet sind. Kapazitive Einstreuungen über den Ferritkern werden vermieden, indem Abschirmungen vorgesehen sind, welche eine kapazitive Kopplung über das Kernmaterial vseitgehend verhindern. Die Abschirtrung erfolgt durch an Masse gelegte Abschirmbleche, cder sie erfolgt vorteilhafterweise durch Metallisierung des Kernes oder einer Kernhälfte. Vorteilhaft wird ein Abschlußwiderstand vorgesehen, welcher auf die Parailelkapazität zum Richtkoppler abgestimmt ist. Die Parallelkapazität zum Richtkoppler ist die zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis wirksame Kapazität, wobei der Primärkreis und der Sekundärkreis jeweils durch eine Spulenkombination auf einer Seite des Substrates dargestellt ist.Compensation for interference is achieved by using the in Series connected coils are on each side of the substrate and that this serving conductor tracks to the corresponding conductor tracks on the other side of the substrate are arranged strictly symmetrically. Capacitive interference over the ferrite core are avoided by providing shields which are a Prevent capacitive coupling via the core material as much as possible. The separation takes place by means of shielding plates that are connected to ground, or it is advantageously done by metallizing the core or one half of the core. A terminating resistor is advantageous provided, which is matched to the parallel capacitance to the directional coupler. the The parallel capacitance to the directional coupler is that between the primary circuit and the secondary circuit effective capacitance, the primary circuit and the secondary circuit each by a Coil combination is shown on one side of the substrate.

Der Querschnitt des Ferritkernes wird vorteilhaft so groß gewählt, daß der magnetische Widerstand des Ferritkernes nicht größer ist als der eines Doppellochkernes der bisher üblichen Bauart. Dadurch wird an der unteren Frequenzgrenze von 50MHz die erforderliche niedrige Durchgangsdämpfung realisiert.The cross-section of the ferrite core is advantageously chosen so large that that the magnetic resistance of the ferrite core is not greater than that of a double hole core of the previously usual design. This is at the lower frequency limit of 50MHz realizes the required low insertion loss.

Um einen ausreichend geringen Kernwiderstand zu realisieren, genügt es, daß die aneinanderliegenden Flächen der beiden Teile des Ferritkernes geschliffen sind und daß die beiden Teile des Ferritkernes miteinander verklebt oder durch eine Federhalterung gegeneinander gedrückt sind. Der Kleber kann mittels eines Infrarotspots rasch gehärtet werden.It is sufficient to achieve a sufficiently low core resistance it is that the abutting surfaces of the two parts of the ferrite core are ground are and that the two parts of the ferrite core are glued together or are pressed against each other by a spring holder. The glue can by means of of an infrared spot can be cured quickly.

Die Erfindung wird nun anhand von drei Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to three figures.

Figur 1 zeigt das Schaltbild eines Richtkopplers, Figur 2 zeigt die Bewicklung des Ferritkernes schematisch und Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen Richtkoppler gemäß Figur 2.Figure 1 shows the circuit diagram of a directional coupler, Figure 2 shows the Wrapping of the ferrite core schematically and Figure 3 shows a section through one Directional coupler according to FIG. 2.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren gezeigte Beispiel beschränkt.The invention is not restricted to the example shown in the figures.

Zwischen den Anschlüssen 1 bis 3 sind folgende Dämpfunn vorgesehen: 1 nach 2 Durchgangsdämpfung, soll relativ niedrig sein.The following damping is provided between connections 1 to 3: 1 to 2 transmission loss should be relatively low.

1 nach 3 Auskoppeldämpfung oder Anschlußdämpfung, soll über den gesamten Frequenzbereich eine bestimmte Dämpfung einhalten.1 to 3 coupling attenuation or connection attenuation, should be over the entire Maintain a certain attenuation in the frequency range.

2 nach 3 Richtkoppeldämpfung (Richtdämpfung) soll möglichst hoch sein, derzeit erforderlich ca.35db.2 to 3 directional coupling attenuation (directional attenuation) should be as high as possible, currently required about 35db.

Diese Dämpfungen werden in bekannter Weise durch die Induktivitäten der Spulen 4 bis 7 erreicht. Erfindungsgemäß sind jeweils die Spulen 4 und 6 bzw. 5 und 7 auf einer Oberfläche des Substrates 8 untergebracht und miteinander einstückig verbunden. Zumindest in den Kreuzur.9-punkten 9 und 10 von Leiterbahnen sind die Leiterbahnen vorzugsweise nur etwa 100po breit. Die Spulen 4 bis 7 sind streng symmetrisch angeordnet. Die Spulen 4 und 7 bestehen außerdem aus nur einer einzigen Windung in Form eines geraden Leiters, der durch den Ferritkern 11 gezogen ist. Der Ferritkern 11 besteht aus zwei Teilker- nen 12 und 13, von denen ein Teilkern 12 zueinander parallele Ausnehmungen 14 aufweist, die bis an die Oberfläche des Teilkernes 12 reichen. Diese Ausnehmungen 14 werden durch den zweiten Teilkern 13 begrenzt. Die Ausnehmungen 14 reichen durch den Ferritkern 11 vollständig hindurch.These attenuations are caused in a known manner by the inductances of coils 4 to 7 reached. According to the invention, the coils 4 and 6 or 5 and 7 housed on one surface of the substrate 8 and integral with each other tied together. At least in the Kreuzur.9-points 9 and 10 of conductor tracks are the Conductor tracks preferably only about 100po wide. The coils 4 to 7 are strictly symmetrical arranged. The coils 4 and 7 also consist of only a single turn in the form of a straight conductor drawn through the ferrite core 11. The ferrite core 11 consists of two part nen 12 and 13, one of which is partial core 12 has mutually parallel recesses 14 which extend to the surface of the Partial core 12 is enough. These recesses 14 are formed by the second partial core 13 limited. The recesses 14 extend completely through the ferrite core 11.

Die Substratfolie 8 weist Durchbrüche 15 und 16 auf, durch die der eine Teilkern 12 hindurchgesteckt ist. Der Ferritkern 11 ist vorzugsweise geklebt. Er kann auch durch eine nicht dargestellte federnde Halterung zusammengehalten oder anders montiert werden. Die die Trennfuge 17 bildenden Flächen der beiden Teilkerne 12 und 13 sind geschliffen. Der Teilkern 12 ist vorteilhaft als E-Kern ausgebildet, der durch die Substratfolie hindurchreicht und die Ausbildung des Teilkernes 13 als einfachen I-Kern zuläßt. Der Widerstand 18 ist so gewählt, daß sich im ganzen Frequenzbereich eine möglichst hohe Richtdämpfung ergibt. Abschirmbleche 19, die geerdet sind, verhindern eine störende kapazitive Kopplung der Hochfrequenzspulen über den Ferritkern. Hierfür kann auch der Ferritkern 11 mit einer geerdeten Metallschicht 22 überzogen sein. Dabei genügt es, daß der eine Teilkern 12 mit den Durchbrüchen 14 metallisiert ist.The substrate film 8 has openings 15 and 16 through which the a partial core 12 is inserted through it. The ferrite core 11 is preferably glued. It can also be held together by a resilient holder, not shown, or be mounted differently. The surfaces of the two partial cores that form the parting line 17 12 and 13 are sanded. The partial core 12 is advantageously designed as an E core, which extends through the substrate film and the formation of the partial core 13 as a simple I-kernel. The resistor 18 is chosen so that the whole Frequency range results in the highest possible directional attenuation. Shielding plates 19, the are grounded, prevent a disruptive capacitive coupling of the high-frequency coils about the ferrite core. For this purpose, the ferrite core 11 can also have a grounded metal layer 22 be coated. It is sufficient that the one partial core 12 with the openings 14 is metallized.

Eine Verstärkung 20 ermöglicht den Einsatz besonders dünner Substrate 8. Sie weist eine Ausnehmung 21 auf, die sich über den Bereich der Spulen 4 bis 7 und über die Kreuzungspunkte 9, 10 von Leitungen erstreckt. Dadurch liegen die Spulen 4 bis 7 und die Kreuzungspunkte 9, 10 frei von der Verstärkung. Zusätzliche kapazitive Kopplungen, die durch das in der Regel deutlich über 1 liegende 6 der Verstärkungen hervorgerufen werden können und eine erhebliche Verschlechterung des Richtkopplers zur Folge haben, werden vermieden.A reinforcement 20 enables particularly thin substrates to be used 8. It has a recess 21 which extends over the area of the coils 4 to 7 and extends over the crossing points 9, 10 of lines. As a result, the Coils 4 to 7 and the crossing points 9, 10 free of the reinforcement. Additional capacitive coupling caused by the 6 of the Reinforcements can be caused and a significant deterioration in the Directional coupler result are avoided.

11 Patentansprüche 3 Figuren11 claims 3 figures

Claims

Patent claims 1. Electrical HF circuit, in particular directional coupler, with several inductors coupled to one another, which have a ferrite core two mutually at least approximately parallel breakthroughs and through these breakthroughs contains running coils forming electrical lines, d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the ferrite core (11) is composed of two partial cores (12, 13) is that at least in a partial core (12) the openings up to the edge of the partial core (12) relchen to which the second partial core (13) of the ferrite core (11) is adjacent, and that the electrical lines in the form of electrically conductive layers thin substrate (8) are applied with a thickness of at most about 0.1 mm.

2. Directional coupler according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the Stbstret (8) is a product of its thickness (in µm) times the constant of electricity has a maximum of about 200 µm,

3. Directional coupler according to one of claims 1 or 2, that the substrate is a 13fm thick tetrafluoroethylene propylene film is that two coils of the directional coupler are attached to a line surface and are integrally connected to each other and that the electrical conductor tracks in the area of crossing points are only about 100 µm wide.

4. Directional coupler according to one of claims 1 to 3, d a -d u r c h g It is noted that the substrate (8) is glued to a reinforcement (20) is and that the reinforcement (20) in the area of the coils at least one recess (21) and that @ a cable runs of the coils and no crossing points (9, 10) of the lines lie on reinforced parts of the substrate (8).

5. Directional coupler according to one of claims 1 to 4, d a -by g e k It is noted that the coils connected in series each have one Side of the substrate and that the conductor tracks of the coils on one side strictly symmetrical to the corresponding conductor tracks on the other side of the substrate are arranged.

6. Directional coupler according to one of claims 1 to 5, d a -by g e k It is noted that shields are provided which have a capacitive As far as possible prevent coupling of the coils.

7. Directional coupler according to one of claims 1 to 6, d a -d u r c h g It is noted that a terminating resistor is provided which is used for a high directional attenuation was chosen favorably.

8. Directional coupler according to one of claims 1 to 7, d a -d u r c h g E k e n n n n e i n e t that the cross-section of the ferrite core is chosen to be so large is that the magnetic resistance of the ferrite core is not greater than that of one Double hole core of the previously usual design.

9. Directional coupler according to one of claims 1 to 8, d a -d u r c h g e k e n n n n e i n e t that the abutting surfaces of the two partial cores (12, 13) of the ferrite core (11) are ground and that the two partial cores with one another are glued or pressed against each other by a spring holder.

10. Directional coupler according to claim 6, since dur c h g e -k e n n z e i c n e t that shielding plates (19) at least on one side of the Substrate protrude up to the vicinity of the core (11) and at least approximately symmetrically are arranged to the coils (4, 7) with the smaller number of turns.

11. Directional coupler according to one of claims 1 to 10, d ad u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that at least one partial core (12) with the openings (14) metallized and the metallization is grounded.