DE4330285C2 - Nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nicht-reziprokes Schaltungselement zur Ver­ wendung in einem Mikrowellenband und insbesondere auf ein nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement, das bei einem Zirkulator, einem Isolator oder dergleichen zum Einsatz kommt und umfaßt auch Verfahren zu dessen Herstellung.

Hochfrequenzeinrichtungen wurden in den letzten Jahren mehr und mehr mi­ niaturisiert, was insbesondere für mobile Kommunikationssysteme und der­ gleichen zutrifft. In diesem Zusammenhang wurde es erforderlich, auch nicht­ reziproke Schaltungselemente, die in diesen Systemen zum Einsatz kommen, zu verkleinern. Dies hat nicht zuletzt auch zu einer Kostenverringerung geführt.

Ein derartiges nicht-reziprokes Schaltungselement kann z. B. ein solches mit konzentriertem Parameter (lumped parameter) sein, das eine Mehrzahl von Zen­ tralelektroden enthält, die gekreuzt zueinander liegen und elektrisch gegenein­ ander isoliert sind. Hochfrequenz-Magnetkörper liegen oberhalb und unterhalb der sich kreuzenden Zentralelektroden, so daß die sich kreuzenden Zentralelek­ troden durch magnetische Gleichfelder beaufschlagt werden können, die z. B. durch Permanentmagnete erzeugt werden. Beispiele für Elemente der genann­ ten Art sind begrenzte Parameter aufweisende Zirkulatoren, Isolatoren und der­ gleichen.

Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfre­ quenz-Schaltungselements wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 13 beschrieben.

Zunächst wird eine Zentralelektrode 32a auf einem scheibenförmigen Hochfre­ quenz-Magnetkörper 31a angeordnet. Die Zentralelektrode 32a verläuft dabei radial durch das Zentrum des Hochfrequenz-Magnetkörpers 31a sowie auf des­ sen oberer Fläche. Sie erstreckt sich ferner von jeweils einer Seitenoberfläche des Hochfrequenz-Magnetkörpers 31a zur gegenüberliegenden Seitenoberflä­ che. Dabei kommt sie auch auf diesen Seitenoberflächen zu liegen. Sodann wird ein Isolationsfilm 33a aus isolierendem Material auf die Zentralelektrode 32a aufgelegt, und zwar koaxial zum Hochfrequenz-Magnetkörper 31a. Danach wird eine weitere Zentralelektrode 32b auf die so erhaltene Struktur aufgebracht, derart, daß sie quer zur Zentralelektrode 32a verläuft bzw. diese schneidet. Schließlich werden ein weiterer Isolationsfilm 33b, eine weitere Zentralelektro­ de 32c und ein noch weiterer Isolationsfilm 33c der Reihe nach auf die Zentral­ elektrode 32b aufgebracht, wonach als Abschluß zuletzt ein Hochfrequenz- Magnetkörper 31b auf die so erhaltene Struktur gelegt und fixiert wird.

Auf den durch die genannten Elemente gebildeten Körper, der eine feste Bauein­ heit bildet, werden weiterhin oben und unten Permanentmagnete angeordnet, um magnetische Gleichfelder in diesen Körper leiten zu können. Dabei durch­ setzen die magnetischen Gleichfelder die zwischen den Hochfrequenz-Magnet­ körpern 31a und 31b angeordneten Elemente.

Beim oben beschriebenen Herstellungsverfahren des konventionellen nicht-re­ ziproken Hochfrequenz-Schaltungselements müssen die Zentralelektroden 32a bis 32c und die Isolationsfilme 33a bis 33c wechselweise von Hand aufgebracht werden, was relativ mühsam ist, da z. B. die Zentralelektroden 32a bis 32c nur eine Länge von einigen mm aufweisen. Bei noch weiterer Miniaturisierung des nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements ist beim oben beschriebe­ nen Verfahren praktisch keine genaue Ausrichtung der Zentralelektroden 32a bis 32c mehr möglich, so daß auf diese Weise kein zuverlässig arbeitendes Schaltungselement mehr hergestellt werden kann.

Aufgrund der bei der Herstellung auftretenden hohen Fehlerrate ergeben sich darüber hinaus für das konventionelle Schaltungselement ausgesprochen hohe Herstellungskosten. Dies nicht zuletzt auch deswegen, weil bei dessen Herstel­ lung sehr viele Teile zusammengesetzt werden müssen.

Aus der US 50 68 629 ist eine Ferritanordnung für ein nicht-reziprokes Schaltungselement bekannt, bei der drei Zentralelektroden so zwischen zwei Magnetscheiben angeordnet sind, daß sie sich untereinander unter einem Winkel von 120° schneiden. Um die Elektroden gegeneinander zu isolieren, sind zwischen ihnen Isolationsschichten vorgesehen. Zum Ausrichten der Elektroden weisen diese über die Magnetscheiben vorstehende Abschnitte auf und sind gegen einander verdreh- oder verschiebbar zwischen den Magnet­ scheiben angeordnet.

Beim Einsetzen dieser Anordnung in eine Ausnehmung in einem Masseblock greifen die vorstehenden Abschnitte der Elektroden in entsprechende Nuten, die in der Seitenwand der Ausnehmung vorgesehen sind.

Ein bekannter Richtkoppler (DE 42 41 148 A1) mit Streifenleitungen weist eine chip-förmige Schichtstruktur aus mehreren plattenförmigen Substraten auf, die bis auf ein Abdecksubstrat auf einer ihrer Hauptflächen jeweils eine Elektrode tragen. Die Substrate sind dabei aus keramischen Grünschichten gebildet, die nach dem Aufbringen der entsprechenden Elektroden übereinan­ der gestapelt und dann gesintert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nicht-reziprokes Hochfre­ quenz-Schaltungselement der eingangs genannten Art bereitzustellen, das, ohne an Zuverlässigkeit zu verlieren, weiter miniaturisiert und kostengünsti­ ger hergestellt werden kann. Außerdem sollen Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hochfrequenz-Schaltungselements angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch das Hochfrequenz-Schaltungselement nach An­ spruch 1 bzw. mit den Verfahren nach Anspruch 6, 10 und 12 gelöst.

Gemäß dem Anspruch 1 sind also eine Mehrzahl von Zentralelektroden, die sich unter einander schneiden, so innerhalb eines Hochfrequenz-Magnetkörpers angeordnet, daß sie mit diesem eine integrierte Struktur bilden und durch Hochfrequenz-Magnetschichten des Hochfrequenz-Magnetkörpers gegenein­ ander elektrisch isoliert sind.

Der Ausdruck Hochfrequenz-Magnetkörper bezeichnet einen magnetischen Körper, der geeignet ist, das zuvor erwähnte nicht-reziproke Schaltungsele­ ment in einem Mikrowellenband zu bilden.

Die gegeneinander isolierten Zentralelektroden können also magnetischen Feldern ausgesetzt werden, die durch Permanentmagnete erzeugt werden. Auf diese Weise wird ein nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement mit konzentriertem Parameter erhalten, das zum Beispiel bei einem Zirkulator oder Isolator zum Einsatz kommt.

Das nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungselement weist eine solche integrierte Struktur auf, daß die Zentralelektro­ denbereiche innerhalb des Hochfrequenz-Magnetkörpers zu liegen kommen. Das Schaltungselement kann daher extrem klein hergestellt werden im Ver­ gleich zum konventionellen nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungsele­ ment, bei dem die Zentralelektroden von Hand positioniert und montiert werden müssen. Handarbeit kommt bei der Herstellung des Schaltungselements nach der Erfindung praktisch überhaupt nicht mehr vor, so daß die Zentralelektro­ den auch nicht mehr fehlausgerichtet werden können. Das Schaltungselement läßt sich somit zuverlässig und kostengünstig herstellen. Es liefert daher auch einen Beitrag zur Miniaturisierung und Kostenreduzie­ rung von Hochfrequenz-Einrichtungen beispielsweise von mobilen Kommuni­ kationssystemen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines nicht-reziproken Hochfrequenz- Schaltungselements nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 2 perspektivische Ansichten von magnetischen Rohschichten zur Her­ stellung des Schaltungselements nach Fig. 1, wobei die magnetischen Rohschichten jeweils mit einer Zentralelektrode bedruckt sind,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Modifikation des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem Hohlräume in Teilen eines Hochfrequenz-Magnet­ körpers vorhanden sind, die zur Aufnahme von Zentralelektroden die­ nen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei­ nem Zustand, bei dem eine erste Schicht eines Magnetkörpers vorliegt,

Fig. 6 eine Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels in einem Zustand, bei dem eine Zentralelektrode auf den Magnetkörper aufgedruckt ist,

Fig. 7 eine Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels in einem Zustand, bei dem eine weitere Zentralelektrode auf einen anderen Magnetkörper aufgedruckt ist,

Fig. 8 eine Draufsicht des dritten Ausführungsbeispiels in einem Zustand, bei dem eine noch andere Zentralelektrode auf einen noch weiteren Magnetkörper aufgedruckt ist,

Fig. 9(a) bis 9(c) perspektivische Ansichten von Zentralelektroden für ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 einen Querschnitt zur Erläuterung eines Herstellungsschritts des vier­ ten Ausführungsbeispiels, bei dem Zentralelektroden und magneti­ sche Rohschichten aufeinandergestapelt werden, um einen kompakten Körper zu erhalten,

Fig. 11 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Bildung ei­ nes Magnetfilms und eines Metallfilms zwecks Herstellung einer Zen­ tralelektrode gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung,

Fig. 12 Perspektivansichten von Magnetplatten für ein sechstes Ausführungs­ beispiel der Erfindung, wobei auf die Magnetplatten Zentralelektroden aufgedruckt sind, und

Fig. 13 eine Perspektivdarstellung zur Erläuterung der Montage eines konven­ tionellen nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines nicht-reziproken Hochfre­ quenz-Schaltungselements 1 in Übereinstimmung mit einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung. Das nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungs­ element 1 weist eine Struktur auf, die dadurch erhalten wird, daß eine Mehrzahl von Zentralelektroden 3a bis 3c in einem scheibenförmigen Hochfrequenz- Magnetkörper 2 integriert werden. Dabei liegen die Zentralelektroden 3a bis 3c so innerhalb des Hochfrequenz-Magnetkörpers 2, daß zwischen ihnen jeweils ein Winkel von etwa 120° vorhanden ist, wie die Fig. 1 erkennen läßt. Von unten nach oben gesehen ist jeweils die nächstliegende Zentralelektrode also um 120° gegenüber der vorhergehenden gedreht. Dabei sind alle Zentralelektroden mit­ tels magnetischer Schichten gegeneinander elektrisch isoliert. Die jeweils ge­ genüberliegenden Enden der jeweiligen Zentralelektroden 3a bis 3c reichen bis zur Seitenoberfläche des Hochfrequenz-Magnetkörpers 2.

Das nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungselement 1 kann bei einem Zirku­ lator, einem Isolator und dergleichen zum Einsatz kommen. Nachfolgend wird ein mögliches Verfahren zur Herstellung des nicht-reziproken Hochfrequenz- Schaltungselements 1 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher erläutert.

Zunächst wird ein Magnetpuder, der hauptsächlich aus Yttriumoxid (Y₂O₃) und Eisenoxid (Fe₂O₃) besteht, mit einem organischen Binder und einem organi­ schen Lösungsmittel gemischt, um einen magnetischen Schlamm zu erhalten. Dieser magnetische Schlamm wird durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Abstreifmesser und dergleichen, in eine vorbestimmte Form gebracht, um auf diese Weise magnetische Rohschichten 2a bis 2c (magnetische Grünschichten) zu bilden, die eine Dicke von 10 bis mehreren 10 µm aufweisen.

Anschließend wird eine leitfähige Paste auf die oberen Flächen der magneti­ schen Rohschichten 2a bis 2c durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht, um auf diese Weise die Zentralelektroden 3a bis 3c zu erhalten. Die leitfähige Paste wird durch Mischung eines leitfähigen Puders aus Palladium oder Platin mit ei­ nem organischen Lösungsmittel erhalten. Dabei werden die Zentralelektroden 3a bis 3c streifenförmig ausgebildet und so aufgedruckt, daß sie durch das Zen­ trum der jeweiligen magnetischen Rohschichten 2a bis 2c verlaufen. Sodann werden die magnetischen Rohschichten 2a bis 2c so aufeinandergeschichtet, daß von der unteren bis zur oberen Schicht die Zentralelektroden 3a bis 3c je­ weils der Reihe nach um Winkel von etwa 120° gegeneinander gedreht sind. Da­ bei wechseln sich von unten nach oben gesehen magnetische Rohschichten und Zentralelektroden einander ab. Zusätzlich wird der so erhaltene Schichtkörper oben und unten durch weitere magnetische Rohschichten ergänzt, die keine Zentralelektroden aufweisen. Diese Schichten dienen praktisch als Deck­ schichten. Schließlich wird dieser Schichtstapel in Dickenrichtung bzw. Stapel­ richtung gepreßt, um einen kompakten Körper zu erhalten. Dieser kompakte Körper wird dann in einem Ofen bei Temperaturen zwischen 1300°C bis 1600°C gebrannt, so daß schließlich das nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungsele­ ment 1 vorliegt, das den Magnetkörper 2 aufweist, in dessen Innerem sich die Zentralelektroden 3a bis 3c befinden.

Bei dem nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselement 1 nach diesem Ausführungsbeispiel werden die Zentralelektroden 3a bis 3c durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste auf die oberen Flächen der jeweiligen magnetischen Roh­ schichten 2a bis 2c erhalten, wobei diese Zentralelektroden 3a bis 3c durch Ma­ gnetschichten gegeneinander elektrisch isoliert sind, die durch die magneti­ schen Rohschichten 2a und 2b gebildet werden, wie oben beschrieben. Die Zen­ tralelektroden brauchen somit nicht mehr separat ausgerichtet zu werden, son­ dern sie lassen sich durch Ausrichtung der magnetischen Rohschichten mit ho­ her Genauigkeit positionieren, was die Herstellung des nicht-reziproken Hoch­ frequenz-Schaltungselements 1 erheblich vereinfacht und verbilligt und was ferner dessen weitere Miniaturisierung ermöglicht.

Wie bereits erwähnt, sind beim nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungsele­ ment 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Zentralelektroden 3a bis 3c durch den scheibenförmigen Hochfrequenz-Magnetkörper 2 abgedeckt, wobei sie sich kreuzen und durch die Magnetschichten elektrisch gegeneinander iso­ liert sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, dem nicht-reziproken Hoch­ frequenz-Schaltungselement nach dem ersten Ausführungsbeispiel eine andere Form oder andere Schaltungsstruktur zu geben.

Beispielsweise können die Zentralelektroden 3a bis 3c in einem Hochfrequenz- Magnetkörper 2 vorhanden sein, der in Form einer rechteckförmigen Platte vor­ liegt. Auch hier können sich die Zentralelektroden 3a bis 3c in entsprechender Weise kreuzen und durch Magnetschichten elektrisch gegeneinander isoliert sein, wobei ferner Kapazitäts- bzw. Kondensatorelektroden 4a bis 4c im Hoch­ frequenz-Magnetkörper 2 vorgesehen sein können, um eine integrierte Struktur mit Anpassungskondensatoren zu erhalten, wie die Fig. 3 zeigt. Dabei dienen die Kondensatorelektroden 4a bis 4c zur Bildung von Kondensatoren, die elektrisch mit den Zentralelektroden 3a bis 3c verbunden sind.

Entsprechend der Fig. 3 sind Anschlußelektroden 5a bis 5f vorhanden, die sich an gegenüberliegenden Stirnflächen des Hochfrequenz-Magnetkörpers 2 befin­ den, der die Form einer rechteckförmigen Platte hat. Jeweils eine dieser An­ schlußelektroden 5a bis 5f ist mit jeweils einem Ende einer der Zentralelektro­ den 3a bis 3f elektrisch verbunden. Dabei können die Anschlußelektroden 5a bis 5f auch U-förmig ausgebildet sein und aus Stabilitätsgründen mit ihren Schenkeln auf der oberen und unteren Fläche des Magnetkörpers 2 zu liegen kommen.

Die magnetischen Rohschichten (magnetic green sheets) 2a bis 2c lassen sich nicht nur mit Hilfe von Abstreifverfahren unter Einsatz von Abstreifmessern herstellen, sondern auch durch Gießverfahren, Strangpreßverfahren und der­ gleichen. Auch die Zentralelektroden 3a bis 3c brauchen nicht unbedingt durch ein Siebdruckverfahren gefertigt zu werden, sondern sie lassen sich beispiels­ weise auch durch ein Gravur-Transferverfahren herstellen usw.

Zweites Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstel­ lung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.

Zunächst werden magnetische Rohschichten (magnetic green sheets) identisch zu den magnetischen Rohschichten 2a bis 2c von Fig. 2 hergestellt, jedoch wer­ den diese nicht mit einer leitfähigen Paste bedruckt. Statt dessen wird auf die jetzt vorliegenden magnetischen Rohschichten entsprechend der späteren Form der Zentralelektroden eine Paste aufgebracht, die ein brennbares Material enthält. Es kann sich hier z. B. um eine Kohlenstoffpaste handeln. Die Paste zer­ setzt sich oderverbrennt, und zwar beim Brennen der magnetischen Rohschich­ ten, so daß sie letztlich verschwindet. Die Paste kann auch eine Mischung aus einem brennbaren Material und einem magnetischen Puder sein, die auf die oberen Flächen der magnetischen Rohschichten aufgebracht oder aufgedruckt wird, und zwar in derselben Form bzw. Weise, wie das bei den Zentralelektroden 3a bis 3c der Fall ist.

Sodann werden die magnetischen Rohschichten so aufeinandergestapelt, daß sich die Pastenelemente, die in Form der Zentralelektroden aufgedruckt worden sind, schneiden. Schließlich werden weitere magnetische Rohschichten ohne aufgedruckte Elektroden auf der oberen und unteren Fläche des so erhaltenen Schichtkörpers aufgebracht, und es wird der Gesamtkörper in Dickenrichtung bzw. Stapelrichtung zusammengepreßt, um ihn zu verbonden und somit einen kompakten Baustein zu erhalten. In einem letzten Schritt wird der so erhaltene Baustein in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 1300°C bis 1600°C ge­ brannt, um den in Fig. 4 gezeigten zylindrischen Hochfrequenz-Magnetkörper 2 zu erhalten.

Dieser Hochfrequenz-Magnetkörper 2 weist Hohlräume 2d, 2e und 2f auf, die jetzt dort liegen, wo zuvor das brennbare Material oder die Mischung aus brenn­ barem Material und Magnetpuder aufgedruckt worden war. Dabei reichen die Hohlräume 2d bis 2f bis zu den Seitenflächen bzw. bis zur Umfangsfläche des Magnetkörpers 2, sind also an ihren Stirnseiten offen und lassen sich daher mit Elektrodenmaterial zur Bildung von Zentralelektroden füllen.

Zu diesem Zweck wird der Hochfrequenz-Magnetkörper 2 in ein Gefäß einge­ taucht, das mit Metall gefüllt ist, das einen niedrigen Schmelzpunkt hat, bei­ spielsweise mit Blei, Zinn, einer Legierung aus den genannten Materialien usw. Das Metall befindet sich in dem Gefäß in einem geschmolzenen Zustand und steht unter Druck, so daß sich die Hohlräume 2d bis 2f mit dem geschmolzenen Metall ausfüllen lassen. Anschließend wird der Hochfrequenz-Magnetkörper 2 aus dem Gefäß herausgenommen und bei Raumtemperatur abgekühlt, so daß sich jetzt die Zentralelektroden in Bereichen bilden, in denen die Hohlräume 2d bis 2f vorhanden waren.

Durch die zuvor erwähnten Schritte ist es möglich, einen Körper zu erhalten, der ähnlich dem des nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements 1 gemäß Fig. 1 ist. Auch jetzt befinden sich mehrere Zentralelektroden 3a bis 3f integriert innerhalb des Hochfrequenz-Magnetkörpers 2. Durch das oben beschriebene Verfahren läßt sich ein nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement 1 herstellen, das gegenüber dem herkömmlichen weiter miniaturisiert werden kann und eine größere Zuverlässigkeit aufweist, ähnlich wie dies beim Schal­ tungselement 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Drittes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 wird nachfolgend ein Verfahren zur Her­ stellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Zunächst wird Magnetpuder, der sich im wesentlichen zusammensetzt aus Yttriumoxid (Y₂O₃) und Eisenoxid (Fe₂O₃), mit organischem Binder und einem organischen Lösungsmittel gemischt, um eine magnetische Paste zu erhalten. Diese magnetische Paste wird z. B. auf einen Film aufgebracht, der aus syntheti­ schem Harz besteht, beispielsweise aus Polyester. Anschließend wird die magnetische Paste getrocknet, um einen magnetischen Körper 6a gemäß Fig. 5 zu erhalten. Die magnetische Paste kann zuvor so strukturiert werden, daß der magnetische Körper 6a eine rechteckige Form aufweist.

Sodann wird eine leitfähige Paste, die aus einer Mischung von Palladiumpuder mit einem organischen Lösungsmittel besteht, auf den magnetischen Körper 6a aufgebracht, wie in Fig. 6 zu erkennen ist, um eine Zentralelektrode 7a zu erhal­ ten, die anschließend getrocknet wird. Die Zentralelektrode 7a ist streifenför­ mig ausgebildet und verläuft mittig auf dem rechteckförmigen Magnetkörper 6a in dessen Längsrichtung. In einem nächsten Schritt wird magnetische Paste wiederum auf den magnetischen Körper 6a und auf die Zentralelektrode 7a auf­ gebracht und getrocknet, so daß jetzt ein magnetischer Körper 6b gemäß Fig. 7 vorliegt. Danach wird leitfähige Paste auf die Oberfläche des magnetischen Kör­ pers 6b aufgebracht und getrocknet, um eine Zentralelektrode 7b zu erhalten. Sie ist ebenfalls streifenförmig ausgebildet und schneidet die Zentralelektrode 7a, die in Fig. 7 nicht zu erkennen ist.

In einem weiteren Schritt wird magnetische Paste auf den magnetischen Körper 6b und die Zentralelektrode 7b aufgetragen und getrocknet, wie die Fig. 8 erken­ nen läßt, um einen Magnetkörper 6c zu erhalten. Auf diesen wird leitfähige Paste aufgebracht und getrocknet, um eine Zentralelektrode 7c zu bilden, die wieder­ um streifenförmig ausgebildet ist und die Zentralelektroden 7a und 7b schnei­ det. Schließlich wird nochmals leitfähige Paste auf den magnetischen Körper 6c und die Zentralelektrode 7c aufgebracht und getrocknet, so daß jetzt ein kom­ pakter Körper vorliegt, der in seinem Inneren Zentralelektroden 7a bis 7c auf­ weist, die sich in einem Punkt schneiden, der im Zentrum des Körpers liegt. Im vorliegenden Fall ist der Körper rechteckförmig ausgebildet, kann jedoch auch zylindrisch sein.

Der auf diese Weise erhaltene Körper wird anschließend in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 1300°C bis 1600°C gebrannt, so daß anschließend ein nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement vorliegt, das eine ähnliche Struktur und ähnliche Eigenschaften aufweist, wie das unter Fig. 1 diskutierte nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungselement.

Beim vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel werden, wie oben beschrieben, magnetische Filme und Zentralelektroden abwechselnd aufgebracht oder ge­ druckt, getrocknet und aufeinandergestapelt, um ein Laminat zu erhalten, wel­ ches anschließend, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, gebrannt wird, um auf diese Weise ein nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungsele­ ment herzustellen, das in seinem Inneren integriert eine Mehrzahl von Zentral­ elektroden aufweist, die sich im Zentrum des Magnetkörpers schneiden.

Auch das dritte Ausführungsbeispiel ermöglicht gegenüber dem Stand der Technik eine weitere Miniaturisierung des nicht-reziproken Hochfrequenz- Schaltungselements bei verbesserter Zuverlässigkeit. Dabei lassen sich wieder­ um die Herstellungskosten senken.

Wie oben beschrieben, wird beim dritten Ausführungsbeispiel die magnetische Schicht 6a durch Aufbringen einer magnetischen Paste und durch Trocknung dieser Paste erzeugt. Die magnetische Schicht 6a kann aber auch durch eine magnetische Rohschicht ersetzt werden, wie sie beim ersten oder zweiten Aus­ führungsbeispiel verwendet wird, so daß sich darauf die Zentralelektroden und die weiteren magnetischen Schichten aufbringen bzw. aufdrucken lassen, um einen Schichtkörper zu erhalten.

Viertes Ausführungsbeispiel

Wie die Fig. 9(a) bis 9(c) erkennen lassen, werden beim vierten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung drei Zentralelektroden 8, 9 und 10 hergestellt, die einen obe­ ren Plattenbereich 8a, 9a, 10a sowie Paare von seitlichen Plattenbereichen 8b, 9b und 10b aufweisen, die sich jeweils ausgehend vom oberen Plattenbereich 8a, 9a und 10a an dessen beiden Enden nach unten erstrecken. Dabei sind die Längen der seitlichen Plattenbereiche 8b, 9b und 10b bzw. die Schenkellängen der Zentralelektroden 8, 9. und 10 verschieden. Die Zentralelektrode 8 weist seitliche Plattenbereiche 8b bzw. Schenkel mit der kürzesten Länge auf, die Zen­ tralelektrode 9 seitliche Plattenbereiche 9b bzw. Schenkel mit einer etwas grö­ ßeren Länge und die Zentralelektrode 10 seitliche Plattenbereiche 10b bzw. Schenkel mit einer noch größeren Länge.

Nach Herstellung der Zentralelektroden 8 bis 10 kommt eine Preßform 11 zum Einsatz, die eine nach oben offene Aufnahme 11a und einen Stempel 11b auf­ weist. In die nach oben offene Aufnahme 11a der Preßform 11 werden zunächst magnetische Rohschichten 2a bis 2c, die denjenigen des ersten Ausführungs­ beispiels entsprechen, jedoch nicht an ihrer oberen Fläche mit Zentralelektro­ den bedruckt sind, und die Zentralelektroden 8 bis 10 abwechselnd mit den magnetischen Rohschichten 2a bis 2c eingesetzt, wobei abschließend noch eine geeignete Anzahl von magnetischen Rohschichten auf dem obersten Teil zu lie­ gen kommt. Sodann wird der Stempel 11b nach unten in Richtung der Aufnahme 11a gefahren, um den Schichtkörper in Stapelrichtung zusammenzupressen. Auf diese Weise wird ein kompakter Körper erhalten.

Dieser kompakte Körper wird in einem weiteren Schritt bei einer Temperatur von etwa 1300°C bis 1600°C gebrannt, so daß jetzt ein nicht-reziprokes Hoch­ frequenz-Schaltungselement vorliegt, das eine ähnliche Struktur und ähnliche Eigenschaften wie das in Fig. 1 gezeigte nicht-reziproke Hochfrequenz-Schal­ tungselement 1 aufweist.

Beim vierten Ausführungsbeispiel können die Zentralelektroden 8 bis 10 zuvor durch Bearbeitung von Metallplatten hergestellt werden. Es ist daher möglich, das nicht-reziproke Hochfrequenz-Schaltungselement 1 so herzustellen, daß abwechselnd magnetische Rohschichten und Zentralelektroden 8 bis 10 aufein­ andergestapelt werden.

Entsprechend der Fig. 10 werden die Zentralelektroden 8, 9 und 10 so gegenein­ ander gedreht, daß sie sich im Zentrum des Schichtkörpers schneiden. Die freien Enden der Schenkel 8b, 9b und 10b kommen dabei alle an derselben Stirnseite des zylindrischen Schichtkörpers zu liegen, wie die Fig. 10 erkennen läßt. Dabei können die Schenkel 8b, 9b und 10b selbst außenseitig noch durch Magnetmaterial abgedeckt sein, wie die Fig. 10 ebenfalls zeigt.

Beim nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselement nach dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Hochfrequenz-Magnetkörper homogen und in ho­ her Dichte um die Zentralelektroden 8 bis 10 herum angeordnet, wobei er mit Hilfe der Preßform 11 zusammengepreßt wird. Durch die Verwendung der Preß­ form wird es möglich, auch sehr stark miniaturisierte nicht-reziproke Hochfre­ quenz-Schaltungselemente mit hoher Zuverlässigkeit herzustellen. Die Her­ stellung kann darüber hinaus wegen der Verwendung der Preßform wesentlich kostengünstiger als beim konventionellen Schaltungselement erfolgen, bei dem Zentralelektroden, Hochfrequenz-Magnetkörper und Isolationsfilme getrennt montiert werden müssen.

Darüber hinaus können beim vierten Ausführungsbeispiel die magnetischen Rohschichten (magnetic green sheets) durch die Magnetpaste ersetzt werden, wie sie im zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Mit anderen Worten läßt sich die Magnetpaste in die Aufnahme 11a einbringen bzw. injizieren, nach­ dem bereits die Zentralelektroden 8, 9 und 10 in die Preßform 11 eingesetzt wor­ den sind. Die magnetischen Rohschichten können darüber hinaus auch durch Magnetpuder ersetzt werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstel­ lung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements in Überein­ stimmung mit einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.

Entsprechend der Fig. 11 befindet sich in einem Vakuumgefäß 12 einer Sputter­ einheit ein Substrat 13, beispielsweise eine Kupferplatte, die invorbestimmtem Abstand einem gesinterten Targetkörper 14 aus Yttriumeisengranat gegenüber­ liegt. Zunächst wird ein magnetischer Film mit derselben Zusammensetzung wie der Targetkörper 14 durch einen Sputtervorgang auf der Oberfläche des Substrats 13 gebildet. Der so hergestellte Magnetfilm wird danach mit einer Maske 15 abgedeckt, und zwar in Bereichen, die nicht mit einer Zentralelektro­ de beschichtet werden sollen. Sodann wird der gesinterte Targetkörper 14 durch einen anderen Targetkörper aus leitfähigem Material, beispielsweise aus Kup­ fer, ersetzt, und es erfolgt ein neuer Sputtervorgang um jetzt eine Zentralelek­ trode zu bilden. Die Schritte zur Herstellung eines magnetischen Films und ei­ ner Zentralelektrode durch die jeweiligen Sputterverfahren können so oft wie er­ forderlich wiederholt werden, um einen Baustein zu erhalten, bei dem Zentral­ elektroden im Inneren eines magnetischen Körpers eingebettet sind.

In Übereinstimmung mit dem fünften Ausführungsbeispiel werden magnetische Filme und Zentralelektroden, die abwechselnd aufeinandergeschichtet werden, durch einen Sputtervorgang hergestellt. Dadurch lassen sich ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel miniaturisierte und nicht-reziproke Hochfrequenz- Schaltungselemente mit hoher Betriebszuverlässigkeit bei geringen Kosten her­ stellen.

Das Substrat 13 läßt sich direkt mit einer Erdelektrode verbinden, um ein wirk­ sames bzw. effektives nicht-reziprokes Schaltungselement zu erhalten.

Wie bereits erwähnt, werden die Magnetfilme und die Zentralelektroden beim fünften Ausführungsbeispiel durch geeignete Sputterverfahren hergestellt. Statt dessen ist es aber auch möglich, zur Bildung des oben beschriebenen nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements andere Dünnfilm-Her­ stellungstechniken zu verwenden, beispielsweise eine Ionenplattierungstech­ nik, thermische Sprühverfahren, Ionenstrahlverfahren, Aufdampfverfahren im Vakuum, CVD-Verfahren und dergleichen. Werden durch die Dünnfilm-Her­ stellungsverfahren Magnetfilme hergestellt, so können diese Verfahren auch dazu verwendet werden, magnetische Oxidfilme zu erzeugen, und zwar durch Oxidierung eines Metalls.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 12 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselements nach einem sechsten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Magnetplatten 16a, 16b und 16c vorhanden, wie die Fig. 12 erkennen läßt. Jede der Magnetplatten 16a bis 16c wird dadurch erhalten, daß mehrere magneti­ sche Rohschichten (magnetic green sheets) aufeinandergestapelt werden, wobei die magnetischen Rohschichten denjenigen entsprechen, die auch beim ersten Ausführungsbeispiel bereits verwendet wurden. Nachdem die jeweiligen magnetischen Rohschichten aufeinandergestapelt worden sind, werden sie in die gewünschte Form gebracht, also mit gewünschten Abmessungen versehen, und anschließend bei Temperaturen zwischen 1300°C und 1600°C gebrannt.

Die nach dem Brennen vorhandenen Magnetplatten 16a bis 16c werden dann je­ weils mit leitfähiger Paste bedruckt, um Zentralelektroden 17a bis 17c zu erhal­ ten. Die leitfähige Paste kann eine Mischung aus einem Silberpuder und einem organischen Lösungsmittel sein. Dabei werden die Zentralelektroden 17a bis 17c so auf die oberen Flächen der scheibenförmig ausgebildeten Magnetplatten 16a bis 16c aufgedruckt, daß sie durch das Zentrum dieser Magnetplatten radi­ al hindurchlaufen. Die Zentralelektroden sind streifenförmig ausgebildet.

Danach werden die Magnetplatten 16a bis 16c so angeordnet, daß ihre Zentral­ elektroden 17a bis 17c in die in Fig. 12 dargestellten Richtungen weisen. Dabei kommen die Magnetplatten 16a bis 16c übereinander zu liegen, wobei als Binde­ mittel zwischen jeweils zwei der Magnetplatten eine Paste verwendet wird, die bleihaltiges Borsilikatglas oder dergleichen, enthält. Die Paste dient also zum Verkleben der Magnetplatten 16a bis 16c, um einen zusammenhängenden Kör­ per zu erhalten, der anschließend bei Temperaturen zwischen 900°C bis 1000°C gebrannt wird. Nach dem Brennen liegt ein nicht-reziprokes Hochfrequenz­ schaltungselement vor, bei dem eine Mehrzahl von Zentralelektroden in einem Körper fest eingebettet ist, ähnlich wie dies auch bei dem nicht-reziproken Hochfrequenz-Schaltungselement gemäß Fig. 1 der Fall ist.

Beim sechsten Ausführungsbeispiel wird das nicht-reziproke Hochfrequenz- Schaltungselement dadurch hergestellt, daß gebrannte Magnetplatten 16a bis 16c mit jeweils aufgedruckter Zentralelektrode aufeinandergestapelt werden, wobei sich dann die jeweils übereinanderliegenden Zentralelektroden schnei­ den, und wobei ferner dieser Stapel dann anschließend nochmals gebrannt wird, um einen zusammenhängenden, festen Körper zu erhalten. Dabei kommt ein Bindemittel zwischen den jeweiligen Magnetplatten 16a bis 16c zum Ein­ satz. Auch auf diese Weise läßt sich ein weiteres miniaturisiertes, nicht-rezipro­ kes Hochfrequenz-Schaltungselement kostengünstig und mit hoher Betriebs­ zuverlässigkeit herstellen.

Im Falle des sechsten Ausführungsbeispiels wurden zur Herstellung der magne­ tischen Platten 16a bis 16c jeweils mehrere magnetische Rohschichten (magne­ tic green sheets) übereinandergestapelt und gebrannt. Alternativ dazu können die magnetischen Platten 16a bis 16c aber auch dadurch hergestellt werden, daß Magnetpuder entsprechend formgepreßt wird.

Claims (12)

1. Nicht-reziprokes Hochfrequenzschaltungselement mit

• - einem Hochfrequenz-Magnetkörper (2) und
• - einer Mehrzahl von Zentralelektroden (3a, 3b, 3c; 7a, 7b, 7c; 8, 9, 10; 17a, 17b, 17c) innerhalb des Hochfrequenz-Magnetkörpers (2), die mit diesem eine integrierte Struktur bilden,
• - wobei die Zentralelektroden (3a, 3b, 3c; 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10; 17a, 17b, 17c) so angeordnet sind, daß sie sich untereinander schneiden und durch Hochfrequenz-Magnetschichten (2a, 2b; 6a, 6b; 16a, 16b) des Hochfrequenz-Magnetkörpers (2) gegeneinander elek­ trisch isoliert sind.

2. Nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weitere Elektroden (4a, 4b, 4c) aufweist, die im Hochfrequenz-Magnetkörper (2) angeordnet und gegenüber den Zentralelek­ troden durch Magnetschichten getrennt sind, wobei die weiteren Elektroden mit den Zentralelektroden jeweils paarweise Anpassungs- bzw. Abstimmkondensa­ toren bilden.

3. Nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im Kreuzungsbereich der Zentral­ elektroden (3a, 3b, 3c, 7a, 7b, 7c, 8, 9, 10, 11a, 11b, 11c) bei ebener Draufsicht auf den schichtförmigen Hochfrequenz- Magnetkörper (2) die Verdrehwinkel zwisch den aufeinanderfolgenden Zentral­ elektroden allge gleich sind.

4. Nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Magnetkörper (2) dadurch erhalten wird, daß eine Mehrzahl von gesinterten Hochfrequenz-Magnetplatten (16a, 16b, 16c) miteinander verbunden werden.

5. Nicht-reziprokes Hochfrequenz-Schaltungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralelektroden (17a, 17b, 17c) nur auf je­ weils einer einzigen Hauptoberfläche der jeweiligen Hochfrequenz-Magnetplatten (16a, 16b, 16c) aufgebracht sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz- Schaltungselements, mit folgenden Schritten:

• - es werden abwechselnd mehrere Zentralelektroden (3a, 3b, 3c; 7a, 7b, 7c) und ungebrannte Hochfrequenz-Magnetschichten (2a, 2b, 2c; 6a, 6a, 6c) zur Bildung eines Schichtkörpers so aufeinander gestapelt, daß die im Schichtkörper eingebetteten Zentralelek­ troden (3a, 3b, 3c; 7a, 7b, 7c) durch ungebrannte Hochfrequenz- Magnetschichten voneinander getrennt und gegeneinander elektrisch isoliert sind und sich mit einander kreuzen, und
• - es wird der Schichtkörper anschließend gebrannt.

7. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselemente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unge­ brannten Magnetschichten magnetische Hochfrequenz-Rophschichten (2a, 2b, 2c, 6a, 6b, 6c), die zuvor geformt worden sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentral­ elektroden (3a, 3b, 3c, 7a, 7b, 7c) dadurch gebildet werden, daß unter Verwendung von magnetischen Rohschichten als ungebrannte Hochfrequenz-Magnetschichten (2a, 2b, 2c, 6a, 6b, 6c) eine leitfähige Paste auf je­ weils eine einzelne Hauptoberfläche der magnetischen Rohschichten aufge­ druckt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselements nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unge­ brannten Magnetschichten (2a, 2b, 2c, 6a, 6b, 6c) Auftragen einer härtbaren magnetischen Paste gebildet werden.

10. Verfahren zur Herstellung einer nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselement mit folgenden Schritten:

• - es wird auf eine magnetische Rohschicht (2a, 2b, 2c), eine Paste in Form einer später zu bildenden Zentralelektrode aufgedruckt, wobei die Paste die Eigenschaft hat, daß sie verschwindet, wenn die ungebrannte magnetische Rohschicht (2a, 2b, 2c) bei höhe­ rer Temperatur gebrannt wird;
• - es wird ein Schichtkörper (2) durch Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von magnetischen Rohschichten (2a, 2b, 2c) gebildet, die in der oben beschriebenen Weise be­ druckt worden sind;
• - der Schichtkörper (2) wird gebrannt, um Hohlräume (2d, 2e, 2f) in Bereichen zu bilden, in denen die aufgedruckte Paste vorhanden war, um einen Hochfrequenz- Magnetkörper (2) zu erhalten, und
• - in die Hohlräume (2d, 2e, 2f) wird geschmolzenes Metall injiziert und anschließend verfestigt, um die Zentralelektroden (3a, 3b, 3c) zu bilden, die durch Hochfrequenz- Magnetschichten des Magnetkörpers (5) elektrisch gegeneinander isoliert sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselements nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste, die das beim Brennen der magnetischen Rohschicht verschwindende Material ent­ hält, eine kohlenstoffhaltige Paste ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines nicht-reziproken Hochfrequenz-Schal­ tungselements mit folgenden Schritten:

• - zuerst werden zunächst gebrannte magnetische Platten (16a, 16b, 16c) herge­ stellt die Hochfrequenz-Magnetschichten bilden,
• - auf einer einzigen Hauptoberfläche der jeweiligen Platten wird eine Zentralelektrode (17a, 17b, 17c) gebildet, und
• - mehrere der magnetischen Platten (16a, 16b, 16c), die mit jeweils einer Zentralelektrode (17a, 17b, 17c) versehen sind, werden über ein Klebemittel mitein­ ander verbunden, so daß die Zentralelektroden (17a, 17b, 17c) durch die Hochfrequenz-Magnetschichten elektrisch gegeneinander isoliert sind.