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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kommunikationssysteme und,
genauer gesagt, planare Zirkulatoren und Verfahren zur Herstellung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wie
in der Technik bekannt ist, enthält
eine Radarantenne oder Kommunikationssystemantenne im Allgemeinen
eine Speiseschaltung und mindestens ein leitfähiges Teil, welches im Allgemeinen
als ein Reflektor oder Strahler bezeichnet wird. Wie ebenfalls bekannt
kann eine Arrayantenne eine Mehrzahl von Hochfrequenzzirkulatoren
(RF-Zirkulatoren) enthalten, welche in einer Gruppenanordnung in
einer Art und Weise vorgesehen sind, bei welcher Hochfrequenzsignale
von dem selben individuellen Strahler empfangen oder zu dem selben
individuellen Strahler ausgesendet werden. Eine anteilsmäßige Benutzung
der Strahler sowohl für die
Sendesignale als auch die Empfangssignale erlaubt eine Reduktion
in der Größe der Antenne
in Anwendungen, bei welchen eine gleichzeitige Aussendung und ein
gleichzeitiger Empfang nicht erforderlich sind. Die Zirkulatoren
werden auch als Sende-/Empfangselemente (T/R-Elemente) bezeichnet.
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Wie
ebenfalls in der Technik bekannt, ist der Hochfrequenzzirkulator
(RF-Zirkulator) ein dreipoliges Gerät mit einem ersten, einem zweiten
und einem dritten Anschluss. Ein herkömmlicher Zirkulator schafft
eine Richtfähigkeit
derart, dass ein Hochfrequenzsignal, welches als ein Eingang an
den ersten Eingangsanschluss gelegt wird, ein Ausgangssignal nur
an dem zweiten Anschluss erzeugt. In entsprechender Weise erzeugt
ein Hochfrequenzsignal, welches als Eingang an den zweiten Anschluss
gelegt wird, ein Ausgangssignal nur an dem dritten Anschluss, und
ein Hochfrequenzsignal, das als Eingang an den dritten Anschluss
gelegt wird, erzeugt ein Ausgangssignal nur an dem ersten Anschluss.
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Herkömmliche
Zirkulatoren werden typischerweise als diskrete Schaltgeräte vorgesehen,
die auf eine Schaltungsträgerplatte
gesetzt werden können.
Da er diskrete Schaltgeräte
enthält,
bewirkt der herkömmliche Zirkulator
nicht einen optimalen Formfaktor für elektronische Packungen hoher
Dichte. In kommerziellen Anwendungen ist es oft wünschenswert,
Hochfrequenzschaltungen in Packungen niedrigen Profils und niedriger Kosten
zu integrieren. Beispielsweise wären
derartige Geräte
für kommerzielle
Zellentelefone wünschenswert. In
militärischen
Anwendungen auf dem Boden und in der Luft besteht der Bedarf an
plattenförmigen
Gruppenanordnungen mit mehrfachen Plattenschichten. Weiter besteht
bei diesen Anwendungen der Bedarf an Gruppenanordnungen niedrigen
Profils und geringer Kosten, welche oft eine große Anzahl von Zirkulatoren
für entsprechende
Strahler notwendig machen. In herkömmlichen Systemen werden die
Zirkulatoren oft einzeln in die Module der Sender-/Empfänger-Einheiten
(T/R-Einheiten) gepackt, wodurch die Modulkosten und der Grundriss
für die
Zelleneinheiten erhöht
werden, so dass die Kennwerte eines Gruppenabtastvolumens im Verhältnis zur
Frequenz auf Grund der Interferenz von benachbarten Strahlungskeulen
im Antennenmuster verschlechtert werden.
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Ein
herkömmliches
Verfahren (als die diskrete Methode bezeichnet) umfasst die Schritte
der Herstellung einzelner Zirkulatoren mit Gauss-Magneten (magnetisierten
Magneten) und Einbettung jedes einzelnen Zirkulators in einen dielektrischen
oder metallischen Träger.
Dieses Verfahren erfordert eine präzise Ausrichtung und Bandverbindung
oder Drahtverbindung mit der vollständigen Hochfrequenzschaltung.
Zusätzlich müssen die
Gauss-Magneten individuell magnetisiert werden und sind während der
Herstellung hohen Laminierungstemperaturen ausgesetzt. Folglich
erfahren die Magneten eine teilweise Entmagnetisierung, was eine ungleichförmige Magnetisierung
bedeutet, welche die Zirkulatoreigenschaften nachteilig beeinflusst.
Dieser Effekt ist eine Funktion der Magnetanordnung über die
Gruppenanordnung hin. Das Einbetten jedes einzelnen Zirkulators
in einen dielektrischen oder metallischen Träger erfordert eine präzise individuelle
Ausrichtung zwischen den Zirkulatorübertragungsleitungsanschlüssen und
den Trägerübertragungsleitungsanschlüssen. Die Bandanschlüsse oder
Drahtanschlüsse zwischen
den Zirkulatorübertragungsleitungen
und den Platten-Übertragungsleitungen
zur Vervollständigung
einer Hochfrequenzschaltung erfordert ein spezielles Plattieren
(beispielsweise Goldplattierung) für das Verlöten oder Verbinden. Folglich
wird die Hochfrequenzbandbreite vermindert und die Signalverluste
werden erhöht,
was auf Prozessschwankungen beruht, welche Parasitärreaktanzen
in die Hochfrequenzübertragungsleitung
einführen.
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Es
wäre daher
wünschenswert,
die Band- oder Drahtverbindungsschritte zu eliminieren und die Ausrichtungstoleranzen
herabzusetzen und eine Magnetisierung der Magnete nach der Laminierung
und der Bearbeitung vorzusehen. Es wäre weiter wünschenswert, den Zellenabstand
der Antenneneinheit zu reduzieren, in dem der Grundriss der T/R-Module
vermindert wird, um ein größeres Abtastvolumen
vorzusehen. Es wäre weiterhin
wünschenswert,
die Zirkulatoren gegenüber
der Umgebung abzudichten und planare Anordnungen mit einer Vielzahl
von Zirkulatoren vorzusehen und einzelne Zirkulatoren in Massenfertigung
bei niedrigen Kosten herzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
eine planare Zirkulatoranordnung ein dielektrisches Substrat mit
einer ersten Oberfläche
und einer gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche,
eine Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen, welche jeweils eine erste
Ferritaufnahmeauflage, die sich auf ersten Oberfläche befindet, und
eine zweite Ferritaufnahmeauflage aufweisen, die sich auf der zweiten
Oberfläche
befindet, sowie eine erste Unteranordnungsplatte. Die erste Unteranordnungsplatte
befindet sich auf der ersten Oberfläche und hat eine Mehrzahl von
ersten Öffnungen.
Eine Mehrzahl von Ferrit-Magnet-Unteranordnungen
ist vorgesehen, von denen jede in einer entsprechenden ersten Öffnung gelegen
ist und mit einer entsprechenden ersten Ferritaufnahmeauflage zusammenwirkt
und elektromagnetisch auf die entsprechende erste Ferritaufnahmeauflage ausgerichtet
ist. Die Anordnung enthält
weiter eine zweite Unteranordnungsplatte, welche an der zweiten Oberfläche gelegen
ist und eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen aufweist, sowie eine
Mehrzahl von Ferriten, welche jeweils in einer entsprechenden zweiten Öffnung in
Ausrichtung mit einer entsprechenden zweiten Ferritaufnahmeauflage
gelegen ist und elektromagnetisch mit der entsprechenden zweiten
Ferritaufnahmeauflage gekoppelt ist.
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Diese
Anordnung vermeidet die Herstellung einzelner Zirkulatoren durch
Einbetten jedes einzelnen Zirkulators in einen dielektrischen oder
metallischen Träger.
Eine solche Anordnung vermeidet weiter eine präzise Ausrichtung und eine Bandverbindung
(oder Drahtverbindung) zur Anbindung von Zirkulatoren in festen Ausrichtungen
an die vollständige
Hochfrequenzschaltung durch Verwendung von Epoxiden und/oder Lötmitteln.
Bei einer derartigen Anordnung ist eine Mehrzahl von Zirkulatoren
niedrigen Profils in ein Vielschichtlaminat durch einen einzigen
Verbindungsschritt eingebettet unter Verwendung von Standart-Prozessen
der Printed Wiring Board Technologie (PWB) und der Service Mount
Technology (SMT). Beispielsweise vermindert diese Anordnung den
Abstand der Antenneneinheitszellen durch Verminderung der T/R-Modulgrundrisse
zur Schaffung eines größeren Radarabtastungsvolumens.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine planare Zirkulatoranordnung mindestens
eine erste Hochfrequenzanschluss-Viaverbindung, die in der ersten
Unteranordnungsplatte angeordnet ist, wobei jede erste Hochfrequenzanschluss-Viaverbindung
mit einem ersten Ende an eine entsprechende der ersten, zweiten
und dritten Anschlüsse
angekoppelt ist und ein zweites Ende mit einer Verbindung gekoppelt
ist, die sich an der ersten Außenfläche der
Zirkulatoranordnung befindet. Die planare Zirkulatoranordnung enthält weiter
mindestens eine zweite Hochfrequenzanschluss-Viaverbindung, welche
sich in der zweiten Unteranordnungplatte befindet, wobei jede zweite
Hochfrequenzanschluss-Viaverbindung mit einem ersten Ende an einen
der ersten, zweiten und dritten Anschlüsse angekoppelt ist und mit
einem zweiten Ende mit einer Verbindung gekoppelt ist, die sich
an einer zweiten Außenfläche der
Zirkulatoranordnung gegenüberliegend
der ersten Außenfläche der
Zirkulatoranordnung befindet. Bei einer solchen Anordnung können die
Zirkulatoren so verbunden werden, dass die Zirkulatoren gegenüber der
Umgebung abgedichtet werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung geschaffen,
welches das Bereitstellen einer Zirkulatorplatte mit einer ersten
Oberfläche
und einer gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche,
das Bilden einer Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen auf der Zirkulatorplatte,
wobei jede Zirkulatorschaltung eine Ferritaufnahmeauflage, die auf der
ersten Oberfläche
gelegen ist, und eine entsprechende Ferritaufnahmeauflage, die auf
der zweiten Oberfläche
gelegen ist, aufweist, weiter das Schaffen einer Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen,
die in einer ersten Unteranordnung angeordnet sind, umfasst. Das
Verfahren enthält
weiter die Schaffung einer Mehrzahl von Ferriten, die in einer zweiten
Unteranordnung angeordnet sind und das Einbinden oder Eingießen der
Zirkulatorplatte zwischen der ersten Unteranordnung und der zweiten
Unteranordnung derart umfasst, dass die Ferritmagnetunteranordnungen
gegen eine entsprechende Ferritaufnahmeauflage gedrängt sind,
die auf der ersten Oberfläche
der Zirkulatorplatte angeordnet ist und die Ferrite gegen die entsprechende
Ferritaufnahmeauflage auf der zweiten Oberfläche der Zirkulatorplatte gedrückt werden.
Mit einer solchen Technik werden die Bandverbindungsschritte oder
Drahtverbindungsschritte beseitigt, die Ausrichtungstoleranzen werden
vermindert und die Magnete können
nach den Laminierungs- und Verarbeitungsschritten magnetisiert werden.
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Gemäß wiederum
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren
zur Herstellung einer eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung
weiter das Aufteilen der Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen in eine
entsprechende Mehrzahl einzelner Einheitszellen. Mit dieser Technik
ist es möglich,
einzelne Zirkulatoren in Masse in einer Packung niedrigen Profils
und bei niedrigen Kosten herzustellen.
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Die
verhältnismäßig hohen
Kosten einer phasengesteuerten Gruppenanordnung hat die Verwendung von
phasengesteuerten Gruppen in den meisten Anwendungsfällen, außer hochspezialisierten
Anwendungsfällen
ausgeschlossen. Die Zusammenbau- und Komponentenkosten (insbesondere
die aktiven Sender-/Empfhngermodule mit den Zirkulatoren) sind die
Haupt-Kostentreiber. Die Kosten für phasengesteuerte Gruppenantennen
können
durch Einflussnahme auf die chargenweise Verarbeitung und das Mini mieren
von Handarbeit an Komponenten und Anordnungen reduziert werden.
In einer Ausführungsform
sind die Zirkulatoren, welche typischerweise einzelne Komponenten
sind, welche in die Sende-Empfangsmodule hineinverdrahtet werden,
in Polytetrafluorethylen (PTFE) in Gestalt dielektrischer Laminate
eingebettet, wodurch die Kosten und die Komplexität der Sende-Empfangsmodule
vermindert werden. Zusätzlich
wird die Größe der Einheitszelle
einer phasengesteuerten Gruppe durch Einbeziehung der Gruppe von
Zirkulatoren in eine einzige planare Anordnung vermindert. Die eingebettete
planare Zirkulatoranordnung wird unter Verwendung von Hochtemperatur-Verbindungsklebstoffen
hergestellt, wie sie in der Industrie von gedruckten Schaltungsträgerplatten
oder gedruckten Verdrahtungsplatten gebräuchlich sind und die Zirkulatormagnete
werden in herkömmlicher
Weise nach dem Verbinden oder Verkleben magnetisiert. Das Ergebnis
ist eine kompakte, abgedichtete, billige und hochqualitative Gruppenanordnung
von Zirkulatoren in einer planaren Anordnung. Einzelne Zirkulatoren
werden im Umfang durch Beabstandung einer Mehrzahl von Zirkulatoren
auf einer einzigen Zirkulatorplatte hergestellt, um die Beabstandung
in einzelnen Zelleneinheiten zu erleichtern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie diese selbst
werden voll umfänglicher aus
der folgenden Beschreibung der Zeichnungen verständlich, in welchen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Radarsystems oder Kommunikationssystems ist,
welches eine eingebettete planare Zirkulatoranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der eingebetteten planaren
Zirkulatoranordnung von 1 ist;
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3A eine
perspektivische Darstellung einer Zirkulator-Schaltungsträgerplatteneinheitszelle
der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 2 zeigt;
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3B eine
perspektivische Ansicht der Einheitszelle von 3A mit
den verbindenden Vias zeigt;
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3C eine
perspektivische Darstellung der Einheitszelle von 3A mit
den Modusunterdrückungsstiften
und den Sende-, Empfangs- und Antennen-Hochfrequenzvias zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung
von 1 und der Zirkulatorschaltung von 3 ist,
wobei die Schnittlinie 4-4 in 3 Gültigkeit
hat;
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4A eine
stärker
detaillierte Durchschnittsansicht einer gegengebohrten Via-Durchführung gemäß 4 ist;
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5 eine
Explosions-Durchschnittsansicht der oberen umschließenden Unteranordnung
der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 darstellt;
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6 eine
Explosions-Querschnittsansicht der unteren umschließenden Unteranordnung
der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 zeigt;
und
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7 ein
Flussdiagramm wiedergibt, welches die Schritte der Herstellung der
eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 aufzeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Vor
der Beschreibung des Radarsystems nach der vorliegenden Erfindung
sei angemerkt, dass hier manchmal auf eine Zirkulatorplatte Bezug
genommen ist, welche eine bestimmte Gruppenanordnungsgestalt aufweist.
Die Fachleute auf diesem Gebiet erkennen selbstverständlich,
dass die hier beschriebenen Techniken auf verschiedenerlei Größen und
Gestalten von Zirkulatorplatten anwendbar sind. Es ist somit festzuhalten,
dass zwar die hier niedergelegte Beschreibung die erfinderischen
Aspekte im Zusammenhang mit einer rechteckigen Einheitszelle darlegt,
dass jedoch die Fachleute auf diesem Gebiete erkennen, dass die
Konzepte in gleicher Weise auf andere Größen und Gestalten von Array-Antennen
anwendbar sind, welche entsprechende Zirkulatorplatten-Gruppenanordnungen
enthalten, wobei jedoch nicht eine Beschränkung auf eine rechteckige,
kreisförmige
oder in anderer beliebiger Weise gestaltete Gittergeometrie, beispielsweise
quadratisch, gleichseitig, eine Gestaltung mit gleichschenkligen
Dreiecken oder eine spiralförmige
Geometrie gegeben ist. Jeder eingebettete Zirkulator besitzt einen
Teil einer Einheitszellenfläche
für jedes
Antennenelement. Die Lösung
nach der Erfindung mit eingedeckten planaren Zirkulatoren ist auf
lineare oder zirkular polarisierte phasengesteuerte Antennengruppen
für militärische oder
kommerzielle drahtlose Anwendungen anwendbar.
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Es
wird hier auch manchmal auf eine Gruppenantenne Bezug genommen,
welche ein Strahlerelement einer bestimmten Art, Größe und Gestalt
enthält.
Beispielsweise ist eine Art eines Strahlerelementes das sogenannte
Flecken-Antennenelement mit einer quadratischen Gestalt und einer
Größe, welche
auf den Betrieb bei einer bestimmten Frequenz (beispielsweise 10
GHz) abgestimmt ist. Die Fachleute auf diesem Gebiete erkennen natürlich, dass
andere Gestalten und Typen von Antennenelementen ebenfalls verwendet
werden können,
und dass die Größe eines
oder mehrerer Strahlerelemente für
den Betrieb bei irgendeiner Frequenz im Hochfrequenzbereich (beispielsweise
irgendeine Frequenz im Bereich von etwa 1 GHz bis etwa 100 GHz)
entsprechend gewählt
wird. Die Arten von Strahlerelementen, welche in der Antenne nach
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen, ohne dass hierauf
eine Beschränkung
besteht, Kerbelemente, Dipole, Schlitze oder irgendwelche anderen
Strahlerelemente, welche den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt
sind und welche mit einem Zirkulator gekoppelt werden können.
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Es
sei nun auf 1 Bezug genommen. Eine beispielsweise
Ausführungsform
eines Radarsystems oder Kommunikationssystems 100 mit einer
eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung für
das Aussenden und Empfangen von Signale ist hier gezeigt. Das Radarsystem
oder Kommunikationssystem 100 enthält eine Antennengruppe oder
ein Antennenarray 16 mit einer Mehrzahl von Strahlerelementen 12a bis 12n (im
Allgemeinen als Strahlerelemente 12 bezeichnet). Die eingebettete
Zirkulatoranordnung 10 enthält eine Mehrzahl von Sende-/Empfangsmodulen
T/R 14a bis 14n (allgemein als T/R-Module 14 bezeichnet).
Die Strahlerelemente 12 sind mit entsprechenden T/R-Modulen 14a bis 14n gekoppelt,
von denen jedes mit einer Mehrzahl von Verstärkern 24a bis 24n und
einer Mehrzahl von Phasenschiebern 22a bis 22n in
dem Sendeweg, und einer Mehrzahl von Verstärkern 20a bis 20n,
einer Mehrzahl von Dämpfern 26a bis 26n und
einer Mehrzahl von Phasenschiebern 28a bis 28n in
dem Empfangsweg jeweils gekoppelt sind. In einem Radarsystem können die
T/R-Module 14 beispielsweise anteilsmäßig durch die Strahlerelemente
sowohl eines Summenkanal-Strahlformers (nicht dargestellt), als
auch eines Differenzkanal-Strahlformers (nicht dargestellt) verwendet
werden.
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Es
sei nun auf 2 Bezug genommen. Eine eingebettete
planare Zirkulatoranordnung 10 enthält eine obere Unteranordnungsplatte 40,
welche auf einer Zirkulatorschaltungsträgerplatte 42 angeordnet
ist, die sich auf einer unteren Unteranordnungsplatte 44 befindet.
Die obere Unteranordnungsplatte 40 enthält eine Mehrzahl von abgesetzten,
zweistufigen Räumen 46,
welche zur Aufnahme einer Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 ausgebildet
sind, welche einen Magneten 50 auf einem Ferrit 52 aufweisen.
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Die
obere Unteranordnungsplatte 40 enthält weiter eine Mehrzahl von
Antennenanschlussvias 62, welche dazu ausgebildet sind,
die Verbindung zu einer Mehrzahl von Strahlern (nicht dargestellt)
herzustellen. Die Zirkulatorschaltungsplatte 42 enthält eine Anzahl
von Zirkulatorplatten-Einheitszellen 54a bis 54n (allgemein
als Einheitszellen 54 bezeichnet), welche mit der Mehrzahl
von Antennenanschlussvias 62 und mit der Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen
gekoppelt sind. Die untere Unteranordnungsplatte 44 enthält eine
Mehrzahl von ausgenommenen Räumen 58,
welche zur Aufnahme einer Mehrzahl von Ferrit-Polstückanordnungen 59 ausgebildet
sind. Die Mehrzahl von Ferrit-Polstückanordnungen 59 enthält eine
Mehrzahl von Ferriten 56, die auf einer entsprechenden
Anzahl von Polstücken 57 angeordnet
sind, vorliegend beispielsweise stählerne Polstücke 57,
welche annähernd
denselben Durchmesser wie die Ferrite 56 haben und an jedem der
Ferrite 56 festgeklebt sind. Die untere Unteranordnungsplatte 44 enthält weiter
eine Mehrzahl von Empfangsanschlussvias 64 und Sendeanschlussvias 66,
welche so ausgebildet sind, dass sie Empfangs- und Sendespeisungsschaltungen
(nicht dargestellt) mit jeweiligen Anschlüssen an der Mehrzahl von Zirkulatorplatteneinheitszellen 54 koppeln.
Die Fachleute auf diesem Gebiete erkennen, dass die unteren Ferrite 56 und
die Postücke 57,
welche die Ferrit-Polstückanordnungen 59 bilden,
durch eine Ferrit-Polstück-Magnetanordnung ersetzt
werden können
und dass die Polstücke
(nicht dargestellt) an die oberen Ferrit-Magnet-Unteranordnungen 48 angefügt werden
können,
um die Bandbreite zu verbessern und die Verluste zu vermindern.
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In
einer besonderen Ausführungsform
enthalten die Zirkulatorschaltungen geätzte Kupferschaltungen auf
beiden Seiten eines kupferbelegten PTFE-Substrates (Polytetrafluorethylensubstrates),
beispielsweise Rogers 3010 (ein Hochfrequenzschaltungsmaterial,
welches von der Rogers Corporation gefertigt wird) und die obere
sowie die untere Unteranordnungsplatte
40 bzw.
44 werden
aus Polytetrafluorethylen gefertigt. In einer anderen Ausführungsform
enthält
das Ferritmaterial
52 Granat (garnet) und das Magnetmaterial
50 enthält Samariumkobalt
(SmCo). Die Magnetteile
50 liefern ein statisches Magnetfeld
(DC) für
jede Zirkulatorplatten-Einheitszelle
54, um die Zirkulatorwirkung
zu induzieren. Andere Materialbeispiele und Eigenschaften, welche
in anderen Ausführungsformen
der eingebetteten planaren zirkularen Anordnung
10 verwendet
werden, sind in Tabelle 1 aufgeführt: Tabelle 1 Materialien für eingebetteten planaren Zirkulator
Beschreibung | Materialeigenschaften | Materialbeispiel |
Thermoplastischer
Klebstoff | εr =
2,32; tan δ =
0,0013 | Arlon
CuClad 6250 |
Schaltungsträger | εr =
10,2; tanδ =
0,0035 | Rogers
3010 |
Obere
und untere
Unteranordnungsplatte
(40,44) | εr =
10,2; tanδ =
0,0035 | Rogers
3010 |
Ferrite
(52,56) | εr =
15,8; tanδ =
0,0002; σ =
0,01 S/m
4πMs
= 1780; ΔH
= 45 Oersted;
Lande g = 2 | Granat-Ferrit-Material |
Magnet
(50) | Hdc
= 40 kA/m | Samarium-Kobalt-Magnetmaterial |
Polstück (57) | | Stahl
410 |
hierin bedeuten
- εr die
Dielektrizitätskonstante;
- tanδ den
Verlust Tangensdelta des Materials;
- Hdt das statische magnetische Feld (DC); und
- Stahl 410 ein typisches Stahlmaterial für die Herstellung
von Polstücken.
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Nunmehr
sei auf 3A Bezug genommen. Eine Zirkulatorplatten-Einheitszelle 54 enthält einen
oberseitigen Schaltungsteil 68u und einen entsprechenden
unterseitigen Schaltungsteil 681, welche durch ein isolierendes
Dielektrikum 43 der Zirkulatorplatte 42 getrennt
sind. Der oberseitige Schaltungsteil 68u enthält einen
ersten Anschlussteil 70u, der mit einem oberen Zirkulatorverbinder 76u (auch
als oberer Ferrit-Empfangsanschlussflecken
bezeichnet) über
eine Streifenleitungsschaltung 84u gekoppelt ist. Der obere
Zirkulatoranschlussverbinder 76u ist mit einem zweiten
Anschluss teil 72u durch eine Streifenleitungsschaltung 68u und mit
einem dritten Anschlussteil 74u durch eine weitere Streifenleitungsschaltung 82u gekoppelt.
Der erste Anschlussteil 70u enthält eine Verbindung 91TX , der zweite Anschlussteil 72u enthält einen
Anschluss 91RX , und der dritte
Anschlussteil 74u enthält
eine Verbindung 91A .
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Der
unterseitige Schaltungsteil 681 enthält einen ersten Anschlussteil 701,
der mit einem unteren Zirkulatorverbinder 761 (auch als
unterer Ferrit-Empfangsanschlussflecken 761 bezeichnet)
durch eine Strreifenleitungsschaltung 841 verbunden ist.
Der untere Zirkulatorverbinder 761 ist mit einem zweiten
Anschlussteil 721 durch eine Streifenleitungsschaltung 861 und
mit einem dritten Anschlussteil 741 durch eine weitere
Streifenleitungsschaltung 821 verbunden. Der erste Anschlussteil 701 enthält eine
Verbindung 91TX , der zweite Anschlussteil 721 enthält eine
Verbindung 91RX und der dritte
Anschlussteil 741 enthält
eine Verbindung 91A . Die Verbindungen 91RX , 91TX und 91A sind mit plattierten Hochfrequenzdurchführungen
oder Vias 90RX , 90TX und 90A gekoppelt, wenn diese Vias hergestellt
sind. Die oberseitigen und unterseitigen Schaltungen 68u, 681 und die
oberen und unteren Zirkulatorverbindungen 761 und 76u enthalten
eine Mehrzahl von verbindenden Vias 79a bis 79n (allgemein
als durchverbindende Vias 79 bezeichnet).
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Es
sei nun auf 3B Bezug genommen, welche verschiedene
Elemente der Zirkulatorplatteneinheitszelle 54 von 3A wiedergibt,
welche aus Deutlichkeitsgründen
gesondert dargestellt sind. Eine Mehrzahl von plattierten Verbindungsvias 78a bis 78n verbinden
die Streifenleitungsschaltung 82u, 84u und 86u auf
der oberseitigen Schaltung 68u mit dem entsprechenden Schaltungselement
auf der unterseitigen Schaltung 681. Für die Verbesserung der Deutlichkeit
sind nicht sämtliche
plattierten Verbindungsvias 78a bis 78n gezeigt.
Die plattierten Verbindungsvias 78a bis 78n sind
mit der Mehrzahl von Verbindungsviaüberbrückungen 79 gekoppelt.
Somit sind die oberseitigen und unterseitigen Schaltungen 68u, 681 elektrisch
mit den plattierten Verbindungsvias 78 verbunden, um eine äquivalente "dickere" Hochfrequenzschaltung
für jede
der Einheitszellen 54 auszubilden. Die „dickeren" Hochfrequenzschaltungen werden als Übertragungsleitungen 82, 84 und 86 bezeichnet,
welche mit dem verbundenen Zirkulatoranschluss 76u und 761 verbunden
sind, welche als der Zirkulatoranschluss 76 oder der Ferritanschlussflecken 76 bezeichnet
sind. Die plattierten Verbindungsvias 78a bis 78n werden
während
der Herstellung der Zirkulatorplatte 42 ausgebildet (weiter
unten im Detail in Verbindung mit dem Schritt 202 von 7 beschrieben).
Die oberseitigen und unterseitigen Schaltungen 68u, 681 enthalten
eine Mehrzahl von Modenunterdrückungsstiftverbindungen 81.
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Nunmehr
sei 3C betrachtet, welche verschiedene Elemente der
Zirkulatorplatteneinheitszelle 54 von 3A wiedergibt,
welche aus Deutlichkeitsgründen
separat gezeigt sind, wobei eine Mehrzahl von Modenunterdrückungsstiften 80 zwischen
der oberseitigen Schaltung 68u und der unterseitigen Schaltung 681 angeordnet
sind. Aus Deutlichkeitsgründen
sind nicht alle der Mehrzahl von Modenunterdrückungsstiften 80 wiedergegeben.
Die Hochfrequenzschaltung enthält
weiter ein Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX ,
ein Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90A und
ein Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90TX (die
drei Vias sind allgemein als die Hochfrequenzvias 90 bezeichnet)
für jede
Einheitszelle 54.
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3C ist
aus Deutlichkeitsgrunden ohne die Mehrzahl von plattierten Verbindungsvias 78a bis 78n von 3B dargestellt.
Die oberseitige Schaltung 68u und die unterseitige Schaltung 681 sind
elektrisch durch die plattierten Hochfrequenzvias 90RX , 90TX und 90A verbunden, welche eine äquivalente "dickere" Hochfrequenzschaltung
für jede
der Einheitszellen 54 ausbilden und insbesondere einen
ersten Anschluss 70, einen zweiten Anschluss 72 und
einen dritten Anschluss 74 bieten, welche mit dem Zirkulatoranschluss 76 (Ferrit-Aufnahmeflecken 76) über die Übertragungsleitungen 82 bis 86 verbunden
sind.
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In
einer Ausführungsform
ist der erste Anschluss 70 ein Sendeanschluss, der zweite
Anschluss 72 ist ein Empfangsanschluss und der dritten
Anschluss 74 ist ein Antennenanschluss. Die Fachleute auf
diesem Gebiete erkennen, dass ein eingebetteter planarer Isolator
vorgesehen sein kann, in dem entweder das Sende-Hochfrequenzan schlussvia 90TX oder das Empfangs-Hochfrequenzanschlussvia 90RX mit einer Widerstandsbelastung abgeschlossen
wird. Die Hochfrequenzvias 90 sind in der oberen Schaltungsunteranordnung 40,
der Zirkulatorschaltungsplatte 42 und der unterseitigen
Schaltungsunteranordnung 44 angeordnet. Zur Verdeutlichung
sind die Hochfrequenzvias 90A , 90RX und 94TX nicht
mit Abschüssen
in Verbindungen auf den äußeren Oberflächen der
oberen Schaltungsunteranordnung 40 und der unteren Schaltungsunteranordnung 44 dargestellt.
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Die
Zirkulatorplatte 42 enthält eine Mehrzahl von Modenunterdrückungsstiften 80 (3C),
die beispielsweise mit ihren ersten Enden in einer kreisförmigen Anordnung
vorgesehen sind, welche teilweise die Schaltungsteile 70u, 72u und 74u umgibt,
und welche mit ihren zweiten Enden in einer kreisförmigen Anordnung
vorgesehen sind, welche teilweise die Schaltungsteile 701, 721 und 741 umgibt.
Die Modenunterdrückungsstifte 80 enthalten
plattierte Vias, die mit den Erdungsebenen 98, 99 (4)
gekoppelt sind, um pseudokoaxiale Hochfrequenzübertragungsleitungen in Verbindung
mit den entsprechenden Anschlussvias 90 für jeden
Hochfrequenzanschluss auszubilden. Aus Deutlichkeitsgründen sind
die Modenunterdrückungsstifte 80 nicht
in ihrer Kopplung zu den Erdungsebenen 98 und 99 gezeigt.
Die Hochfrequenzvias 90 und die Modenunterdrückungsstifte 80 werden
nach der Verbindung der Unteranordnungen ausgebildet (weiter unten
weiter im Detail in Verbindung mit den Schritten 222 bis 228 beschrieben.
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In
einer bestimmten Ausführungsform
sind die obere Schaltungsanordnung 68u und die entsprechende
untere Schaltungsanordnung 681 geätzte Kupferschaltungen. Die
Zirkulatorplatte 42 ist etwa 0,005 Zoll dick, die Verbindungen 79, 81, 91RX , 91TX und 91A sind durchplattierte Bohrungen und
der Ferrit-Aufnahmeflecken 76 hat einen Durchmesser von
etwa 0,2 Zoll.
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Es
sei nun auf 4 Bezug genommen, in welcher
gleiche Bezugszahlen sich auf gleiche Bauteile wie in 3 beziehen. Es ist ein Querschnitt der
Anordnung von 3A entsprechend der Linie 4-4
gezeigt, wobei der Querschnitt die oberseitige Schaltungsunteranordnung 40 und
die unterseitige Schaltungsunteranordnung 44 (2)
enthält.
Eine einzelne Zirkulatoreinheitszelle 44 enthält einen
Magneten 50, der auf einem Ferrit 52 angeordnet
ist, der sich auf einer Zirkulatorschaltungsplatte 42 befindet.
Die Einheitszelle 54 enthält eine pseudokoaxiale Übertragungsleitung,
welche durch einen Antennenanschluss 74u und 741 (3C), plattierte
Verbindungsvias 78a bis 78n, Modenunterdrückungsstifte 80 und
das HF-Via 90A gebildet ist, welche mit
dem Zirkulatoranschluss 76 (3B) durch
die Streifenleitungsschaltung 82 (3C) gekoppelt
sind, ferner einen Empfangsanschluss 72 Hochfrequenzvia 90RX , welcher mit dem Zirkulatoranschluss 76 durch
die Streifenleitungsschaltung 86 (3A) gekoppelt
ist, und ein Sendeanschluss-Hochfrequenzvia (nicht gezeigt). Das
Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90A enthält einen plattierten Teil 92A in der oberen Unteranordnungsplatte 40 und
einen gegengebohrten Teil 94A in
der unteren Unteranordnungsplatte 44. Das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX enthält einen plattierten Teil 90RX in der unteren Unteranordnungsplatte 44 und
einen gegengebohrten Teil 90RX in
der oberen Unteranordnungsplatte 40. Die obere Unteranordnungsplatte 40 enthält eine
Erdungsebene 98 und die untere Unteranordnungsplatte 44 enthält eine
weitere Erdungsebene 99. Die Erdungsebenen 98 und 99 vervollständigen die
Streifenleitungsschaltung, welche durch den oberseitigen Schaltungsteil 68u und
den unterseitigen Schaltungsteil 981 gebildet ist. Das
Sendeanschluss-Hochfrequenzvia enthält einen plattierten Teil (nicht
dargestellt) in der unteren Unteranordnungsplatte 44 und
einen gegengebohrten Abschnitt (nicht dargestellt) in der oberen
Unteranordnungsplatte 40.
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Im
Betrieb werden empfangene Signale von einem Antennenstrahler (nicht
dargestellt) über
das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90A über die
Streifenleitungsschaltung 82 an den Zirkulatoranschluss 76 angekoppelt,
wo die Signale durch bekannte Zirkulatorwirkung zu dem Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX über
die Streifenleitungsschaltung 86 geleitet werden. Das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX koppelt empfangene Signale an die
Empfängerschaltung
(nicht dargestellt) an. Gesendete Signale werden von der Sendeschaltung
(nicht dargestellt) zu dem Sendeanschluss-Hochfrequenzvia über die Streifenleitungsschaltung 84 zu
dem Zirkulatoranschluss 76 geleitet, wo die Signale durch
bekannte Zirkulatorwirkung über
die Streifenleitungs schaltung 82 zu dem Antennenanschluss-Hochfrequenzanschluss 90A geleitet werden, welcher an den Antennenstrahler
(nicht dargestellt) angekoppelt ist.
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Es
sei nun auf 4A Bezug genommen, in welcher
gleiche Bezugszahlen entsprechende Elemente wie in 4 bezeichnen.
Ein Hochfrequenzvia 90 (welches hier entweder das Empfangs-Hochfrequenzvia oder
das Sende-Hochfrequenzvia repräsentiert)
enthält
einen plattierten Teil 92, welcher im Wesentlichen in der
unteren Unteranordnungsplatte 44 gelegen ist, sowie einen
gegengebohrten Teil 94. Ein obere Verbindung 96u mit
dem oberseitigen Streifenleitungsteil 68u und eine untere
Verbindung 961 mit der unterseitigen Streifenleitungsschaltung 681 wird
gebildet, wenn das Via 90 ausgebohrt und plattiert wird.
In einer nachfolgenden Vorgehensweise wird das Hochfrequenzvia 90 gegengebohrt,
um die Plattierung in dem gegengebohrten Teil 94 zu entfernen,
um unerwünschte
Hochfrequenzeffekte auszuschalten. Man erkennt, dass der plattierte
Teil des Antennenhochfrequenzvias 92A sich
im Wesentlichen in der oberseitigen Unteranordnungsplatte 40 befinden
und 4A um 180° gedreht
werden müsste,
um den plattierten Teil des Hochfrequenzvias 92A zu zeigen.
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Es
sei nun auf 5 Bezug genommen, in welcher
gleiche Bezugszahlen jeweils gleiche Bauteile wie in 4 bezeichnen.
Vor dem Verbinden enthält
die obere Unteranordnungsplatte 40 die Mehrzahl von Hohlräumen 46a bis 46n,
in welche die Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 mit
Presssitz eingebracht werden. Vor der unterseitigen Unteranordnungsplatte 44 werden
die obere Unteranordnungsplatte 40 und die Zirkulatorschaltungsplatte 42 zusammengeklebt
oder -verbunden und die Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 stehen
frei (d.h., größer als
die Hohlräume
oder Ausnehmungen 46) von der oberen Unteranordnungsplatte 40 hoch.
Nach dem Verbinden unter Temperatur- und Druckeinwirkung werden
die Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 in Berührung mit
der Zirkulatorverbindung 76 gepresst.
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Nunmehr
sei 6 betrachtet, in welcher gleiche Bezugszahlen
sich auf gleiche Bauteile wie in 2 beziehen.
Vor dem Verbinden enthält
eine untere Unteranordnungsplatte 44 eine Mehrzahl von
Hohlräumen 58a bis 58n,
in welche die Mehrzahl von Ferritpolstückanordnungen 95 (siehe 2)
unter Presssitz eingebracht werden. Bevor die untere Unteranordnungsplatte 44,
die obere Unteranordnungsplatte 40 und die Zirkulatorplatte 52 zusammengefügt oder
zusammengeklebt werden, stehen die Ferritpolstückanordnungen 59 vor
(d.h., in größerer Höhe als die
Hohlräume 58 gegenüber der
unteren Unteranordnungsplatte 44). Nach dem Verbinden unter
Temperatur- und Druckeinwirkung werden die Ferrite 56 in
Berührung
mit den Ferrit-Aufnahmeflecken 76 gepresst.
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Es
sei nun 7 betrachtet. Hier ist ein Flussdiagramm
gezeigt, welches beispielsweise Schritte zur Herstellung der eingebetteten
planaren Zirkulatoranordnung 10 von 1 aufzeigt.
Das Verfahren beginnt in dem Schritt 200 und dann werden
in dem Schritt 202 die Verbindungsvias 78a bis 78n (siehe 3) in der Zirkulatorplatte 22 gebohrt
und plattiert. In einem Beispiel ist die Zirkulatorplatte eine 5-mil-Polytetraflourethylensubstratplatte
und es werden Schaltungsätztoleranzen
von ±0,5
mil (typischerweise in Zuordnung zu einer 0,5 oz Kupferplattierung)
verwendet.
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In
dem Schritt 204 werden der oberseitige Schaltungsteil 68u (3) und der unterseitige Schaltungsteil 681 abgebildet
und auf der Zirkulatorplatte 52 unter Verwendung bekannter
Techniken für
gedruckte Verdrahtungsplatten geätzt.
Die zwei Schaltungsteile 68u und 681 werden elektrisch
durch plattierte Verbindungsvias 78a bis 78n verbunden,
welche in dem Schritt 202 gebildet wurden.
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In
dem Schritt 206 werden die Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 durch
Verbinden oder Aufkleben der Magnete 50 auf die Ferrite 52 hergestellt.
In einer Ausführungsform
werden die Magneten 50 und die Ferrite 52 unter
Verwendung von Hochtemperaturlot zusammengelötet. Die Magnete 50 müssen bei
diesem Schritt in dem Verfahren nicht magnetisiert sein.
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In
dem Schritt 208 wird die oberseitige Unteranordungsplatte 40 unter
Verwendung von Schichten aus Polytetrafluorethylenmaterial mit Ausschnitten
in mindestens zwei Schichten hergestellt, um die zweifach abgesetzten
Hohlräume 46 auszubilden,
die zur Aufnahme einer Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 ausgebildet
sind. In dem Schritt 210 werden die Ferritmagnet-Unteranordnungen 48 unter
Presssitz in die zweifach abgesetzten Räume 46 eingesetzt,
um die Unteranordnungen 48 sicher zu halten, bis der Verbindungsschritt 220 stattfindet.
In einer Ausführungsform
werden die Unteranordnungen 48 mit Presssitz unter Verwendung
einer Aufnahme- und Plattierungstechnik eingesetzt. Die zweifach
abgesetzten Räume 46 haben einen
Durchmesser und eine Tiefe derart, dass die Ferrit-Unteranordnungen
sicher hineinpassen und auch über
den Raum 46 vorstehen, um einen zuverlässigen Kontakt zwischen der
jeweiligen Ferritmagnet-Unteranordnung 48 und dem Ferrit-Aufnahmeflecken 76 nach
Verbindung der planaren Zirkulatoranordnung 10 im Schritt 220 sicherzustellen.
In dem Schritt 211 werden die Polstücke 57 mit den Ferriten 56 verbunden
oder verklebt, um die Ferritpolstückanordnung 59 (2)
beispielsweise unter Verwendung eines Hochtemperaturlots herzustellen.
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In
dem Schritt 212 wird die unterseitige Unteranordnungsplatte 44 unter
Verwendung von Schichten von Polytetrafluorethylenmaterial mit Ausschnitten
in mindestens einer Schicht hergestellt, um die abgesetzten Räume 58 zu
erzeugen, welche zur Aufnahme einer Mehrzahl von Ferritpolstückanordnungen 59 ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform
wird die unterseitige Unteranordnungsplatte 44 mit zweifach
abgesetzten Räumen
für einen
fakultativ vorgesehenen zusätzlichen
Magneten hergestellt.
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In
dem Schritt 214 werden die Ferritpolstückanordnungen 59 unter
Presssitz in die ausgenommenen Räume 58 eingesetzt,
um die Ferritpolstückanordnungen 59 sicher
zu halten, bis der Verbindungsschritt 220 ausgeführt ist.
In einer Ausführungsform
werden die Ferritpolstückanordnungen 59 unter
Verwendung von Aufnahme- und Anordnungstechniken eingepresst. In
einer alternativen Ausführungsform
wird ein zusätzlicher Magnet
(nicht dargestellt) mit der Ferritpolstückanordnung 59 verbunden,
um die Bandbreite und die Eigenschaften der niedrigen Verluste für hochanspruchsvolle
Anwendungen zu verbessern. Zur Aufnahme des zusätzlichen Magneten enthält die unterseitige
Unteranordnungsplatte 44 eine zweifach abgesetzte Ausnehmung
(nicht dargestellt).
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In
dem Schritt 216 werden obere und untere Klebstoffverbindungsbahnen 41 und 45 mit
Ausschnitten, welche auf die Ferritmagnetunteranordnungen 48 und
die Ferritpolstückanordnungen 59 ausgerichtet
sind, jeweils auf jeder Seite der Zirkulatorplatte 42 angeordnet.
In einer Ausführungsform
enthalten die Klebstoffverbindungsbahnen 41 und 45 ein
thermoplastisches Material, beispielsweise ein fluoriertes Ethylenpropylen (FEP).
Andere Materialien, welche breite Verwendung in der Industrie der
gedruckten Verdrahtungsplatten Verwendung finden, enthalten, ohne
hierauf beschränkt
zu sein, thermisch aushärtende
Materialien, wie Speedboard-CTM (hergestellt von Firma W.L. Gore & Associates, Inc.),
welche verwendet werden können,
um die Verbindungsbahnen 41 und 45 zu erzeugen.
Die Klebstoffverbindungsbahnen 41 und 45 sind
vorgebohrt, um einen direkten Kontakt zwischen den Ferritscheiben
und den Ferritmagnetunteranordnungen 48 mit den Zirkulatoranschlüssen zu
ermöglichen,
um Frequenzsignalverluste herabzusetzen.
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In
dem Schritt 218 werden die beiden Unteranordnungsplatten 40 und 44 mit
der Zirkulatorplatte 42 ausgerichtet. In einer Ausführungsform
sind Aursichtungsstifte vorgesehen.
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In
dem Schritt 220 wird die eingebettete planare Zirkulatoranordnung 10 unter
Einwirkung von Temperatur und Druck verpresst. Die Laminierungs-Zyklusparameter
haben temperaturmäßig einen
Bereich von etwa 250°F
bis etwa 650°F
und Drücke
von etwa 100 Psi bis etwa 300 Psi abhängig von den jeweils verwendeten
besonderen Materialien. Hochtemperaturklebstoffe thermoplastischer
Art werden bei diesem Schritt verwendet, um eine Flexibilität bei der
Herstellung von vielschichtigen Streifenleitungs-Schaltungsanordnungen zu bieten. Vielschichtige
gedruckte Schaltungsträgerplatten
mit komplexem Aufbau werden oft unter Einsatz sequentieller Laminierung
hergestellt. Diese Technik erfordert die Erzeugung von Unteranordnungen
mit mehrfachen Laminierungen, welche der Reihe nach ausgeführt werden,
wobei mit den Verbindungsmaterialien für die höchsten Temperaturen begonnen
wird. Die darauf folgenden Laminierungen werden mit fortschreitend niedrigeren
Temperaturen ausgeführt,
um ein Wiederaufschmelzen der zuvor erzeugten Verbindungen zu verhindern.
Beispiele von Materia lien, welche für das Laminieren von einer
Schicht mit einer anderen Schicht verwendet werden, umfassen eine
thermoplastische Materialschicht und eine thermisch aushärtende Schicht. Thermisch
aushärtende
Schichten, wenn sie einmal ausgehärtet sind, erweichen sich nicht
oder schmelzen nicht wieder auf, so dass sie die bevorzugte Wahl
für die
erste Laminierung in einem sequentiellen Laminierungsprozess sind.
Thermoplastische Materialien werden jedes mal dann wieder weich,
wenn sie ihre Schmelztemperatur erreichen. Wenn daher thermoplastische
Materialien verwendet werden, dann sollte die Schmelztemperatur
in den nachfolgenden Fabrikationsschritten unterhalb der Schmelztemperatur
bleiben, welche für
die zuvor verwendeten thermoplastischen Materialien eingesetzt wurde.
In einem Ausführungsbeispiel
werden etwa 875 Zirkulatoren hergestellt und unter Verwendung eines
18 Zoll mal 24 Zoll-Blattes aus Rogers 3010 in einer dreieckigen
Gitteranordnung eingebettet, wobei jede Einheitszelle einen Abstand
von 0,590 Zoll und 0,680 Zoll von der benachbarten Einheitszelle 54 (für X-Bandanwendungen)
hat, was in einem einzigen Verbindungsvorgang geschieht. Die Fachleute
auf diesem Gebiet erkennen, dass die planare Zirkulatorkonstruktion
praktisch über
einen Bereich einschließlich
des S-Bandes bis zum Ka-Band geeignet ist. In einer Ausführungsform
enthalten die drei Unteranordnungen oder Unteranordnungsplatten 40, 42 und 44 Werkzeugaufnahmebohrungen
(nicht dargestellt), welche außerhalb
der Schaltungsbereiche angeordnet sind und dazu verwendet werden,
die Anordnung in der richtigen Ausrichtung zu halten.
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In
dem Schritt 222 wird nach Laminieren der planaren Zirkulatoranordnung 10 die
Bohrung der Hochfrequenzvias für
das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX ,
das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90A und
das Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90TX durch
die Zirkulatoranordung 10 hindurch gebohrt.
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In
dem Schritt 223 werden nach Laminierung der planaren Zirkulatoranordnung 10 die
Modenunterdrückungsstifte
für das
Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90RX ,
das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90A und
das Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90TX durch die Zirkulatoranordung 10 hindurch
gebohrt. In dem Schritt 224 werden unter Verwendung bekannter
Techniken die Hochfrequenzvias 90 und die Modenunterdrückungsstifte,
welche in den Schritten 222 und 223 ausgebohrt
wurden, plattiert. In einer Ausführungsform
werden die Vias 90 mit Kupfer plattiert.
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In
dem Schritt 226 werden die Schaltungen abgebildet und auf
beiden Außenoberflächen der
Anordnung, welche die Außenflächen der
Zirkulatoranordnung 10 bilden, geätzt. Die Viaansätze 94 werden
unter Verwendung einer bekannten Gegenbohrungstechnik (auch als
Tiefenbohrung bezeichnet) ausgebohrt, um überschüssiges Plattierungsmaterial
zu entfernen, so dass die nicht abgeschlossenen plattierten Viateile
keinen Hochfrequenzsignalleitungspfad bilden und als reaktive Ansätze wirken,
was in Schritt 228 geschieht.
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In
dem Schritt 230 werden die Magnete 50 einzeln
oder chargenweise magnetisiert, um ein gleichgerichtetes Magnetfeld
(DC-Magnetfeld) zu erzeugen, welches erforderlich ist, um die Zirkulatorwirkung
hervorzubringen. Durch Magnetisieren der Magnete 50 bis
zur Sättigung
nach dem Verbindungsvorgang im Schritt 220 verlieren die
Magneten 50 nichts von der erforderlichen magnetischen
Feldstärke
aufgrund einer Einwirkung der Verbindungstemperaturen. In einer
Ausführungsform
werden die Magneten 50 durch Einsetzen der planaren Zirkulatoranordnung 10 in
der richtigen Orientierung zwischen die Pole eines Elektromagneten
magnetisiert.
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In
dem Schritt 232 ist die Herstellung der eingebetteten planaren
Zirkulatoranordnung 10 vervollständigt. Wie oben beschrieben,
würde,
wenn die Einheitszellen 54 als einzelne Komponenten verwendet
werden sollten, die Zirkulatoranordnung 10 weiter verarbeitet,
um die Einheitszellen (d.h. einzelne Zirkulatoren) von der fertigen
Anordnung abzutrennen. Um die Herstellung einzelner Komponenten
zu erleichtern, wäre
die Gesamtausbildung der Platte für eine leichte Abtrennung zu
optimieren und so zu gestalten, dass die Menge der einzelnen Zirkulatoren,
welche hergestellt werden, maximal ist. Die Fachleute auf diesem
Gebiet erkennen, dass einige der obigen Schritte in unterschiedlicher
Reihenfolge ausgeführt
werden können,
um den Herstellungsvorgang zu erleichtern.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird entweder der Sendeanschluss oder Empfangsanschluss durch eine
Widerstandsbelastung abgeschlossen, um einen eingebetteten planaren
Isolator zu erzeugen. In einer Ausführungsform ist die Widerstandsbelastung
durch einen durch Widerstände
erzeugt, welche in die Polytetrafluorethylen-Lattenlagen des Zirkulators eingebettet
sind, beispielsweise Ohmega-Ply® Widerstände, wie
in der Technik bekannt ist. Die Widerstände werden in die Zirkulatorschaltungsplatte 52 eingebettet,
geätzt und
an der Zirkulatorschaltung 54 (3)
freigelegt, um den Empfängeranschluss 72 oder
den Senderanschluss 70 abzuschließen. Ohmega-Ply® ist
eine eingetragene Marke der Ohmega Technologies, Inc. Konfigurationen,
welche eingebettete oder eingegrabene Widerstände aufweisen, werden beispielsweise
in Anwendungen verwendet, in welchen ein geringer Radarquerschnitt
(RCS) erforderlich ist.