DE60313447T2

DE60313447T2 - Eingebetteter planarer zirkulator und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE60313447T2
Application number: DE60313447T
Authority: DE
Inventors: Angelo Marlboro PUZELLA; Kenneth S. Acton KOMISAREK; Joseph M. Marlborough CROWDER; Patricia S. Medway DUPUIS; Gary P. Taunton KINGSTON
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: CA2481438A1; DE60313447D1; EP1495512B1; WO2003090307A1; CA2481438C; ATE360897T1; US6611180B1; EP1495512A1; JP4153435B2; JP2005523627A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kommunikationssysteme und, genauer gesagt, planare Zirkulatoren und Verfahren zur Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie diese selbst werden voll umfänglicher aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen verständlich, in welchen:
1 ein Blockschaltbild eines Radarsystems oder Kommunikationssystems ist, welches eine eingebettete planare Zirkulatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 ist;
3A eine perspektivische Darstellung einer Zirkulator-Schaltungsträgerplatteneinheitszelle der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 2 zeigt;
3B eine perspektivische Ansicht der Einheitszelle von 3A mit den verbindenden Vias zeigt;
3C eine perspektivische Darstellung der Einheitszelle von 3A mit den Modusunterdrückungsstiften und den Sende-, Empfangs- und Antennen-Hochfrequenzvias zeigt;
4 eine Querschnittsansicht der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 und der Zirkulatorschaltung von 3 ist, wobei die Schnittlinie 4-4 in 3 Gültigkeit hat;
4A eine stärker detaillierte Durchschnittsansicht einer gegengebohrten Via-Durchführung gemäß 4 ist;
5 eine Explosions-Durchschnittsansicht der oberen umschließenden Unteranordnung der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 darstellt;
6 eine Explosions-Querschnittsansicht der unteren umschließenden Unteranordnung der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 zeigt; und
7 ein Flussdiagramm wiedergibt, welches die Schritte der Herstellung der eingebetteten planaren Zirkulatoranordnung von 1 aufzeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.

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	ε_r = 2,32; tan δ = 0,0013	Arlon CuClad 6250
Schaltungsträger	ε_r = 10,2; tanδ = 0,0035	Rogers 3010
Obere und untere Unteranordnungsplatte (40,44)	ε_r = 10,2; tanδ = 0,0035	Rogers 3010
Ferrite (52,56)	ε_r = 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

ε_r 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.

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 91_TX , der zweite Anschlussteil 72u enthält einen Anschluss 91_RX , und der dritte Anschlussteil 74u enthält eine Verbindung 91_A .
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 91_TX , der zweite Anschlussteil 721 enthält eine Verbindung 91_RX und der dritte Anschlussteil 741 enthält eine Verbindung 91_A _. Die Verbindungen 91_RX , 91_TX und 91_A sind mit plattierten Hochfrequenzdurchführungen oder Vias 90_RX , 90_TX und 90_A 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).
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.
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 90_RX , ein Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90_A und ein Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90_TX (die drei Vias sind allgemein als die Hochfrequenzvias 90 bezeichnet) für jede Einheitszelle 54.
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 90_RX , 90_TX und 90_A 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.
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 90_TX oder das Empfangs-Hochfrequenzanschlussvia 90_RX 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 90_A , 90_RX und 94_TX nicht mit Abschüssen in Verbindungen auf den äußeren Oberflächen der oberen Schaltungsunteranordnung 40 und der unteren Schaltungsunteranordnung 44 dargestellt.
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.
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, 91_RX , 91_TX und 91_A sind durchplattierte Bohrungen und der Ferrit-Aufnahmeflecken 76 hat einen Durchmesser von etwa 0,2 Zoll.
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 90_A gebildet ist, welche mit dem Zirkulatoranschluss 76 (3B) durch die Streifenleitungsschaltung 82 (3C) gekoppelt sind, ferner einen Empfangsanschluss 72 Hochfrequenzvia 90_RX , welcher mit dem Zirkulatoranschluss 76 durch die Streifenleitungsschaltung 86 (3A) gekoppelt ist, und ein Sendeanschluss-Hochfrequenzvia (nicht gezeigt). Das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90_A enthält einen plattierten Teil 92_A in der oberen Unteranordnungsplatte 40 und einen gegengebohrten Teil 94_A in der unteren Unteranordnungsplatte 44. Das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90_RX enthält einen plattierten Teil 90_RX in der unteren Unteranordnungsplatte 44 und einen gegengebohrten Teil 90_RX 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.
Im Betrieb werden empfangene Signale von einem Antennenstrahler (nicht dargestellt) über das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90_A über die Streifenleitungsschaltung 82 an den Zirkulatoranschluss 76 angekoppelt, wo die Signale durch bekannte Zirkulatorwirkung zu dem Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90_RX über die Streifenleitungsschaltung 86 geleitet werden. Das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90_RX 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 90_A geleitet werden, welcher an den Antennenstrahler (nicht dargestellt) angekoppelt ist.
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 92_A 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
In dem Schritt 218 werden die beiden Unteranordnungsplatten 40 und 44 mit der Zirkulatorplatte 42 ausgerichtet. In einer Ausführungsform sind Aursichtungsstifte vorgesehen.
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.
In dem Schritt 222 wird nach Laminieren der planaren Zirkulatoranordnung 10 die Bohrung der Hochfrequenzvias für das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90_RX , das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90_A und das Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90_TX durch die Zirkulatoranordung 10 hindurch gebohrt.
In dem Schritt 223 werden nach Laminierung der planaren Zirkulatoranordnung 10 die Modenunterdrückungsstifte für das Empfangsanschluss-Hochfrequenzvia 90_RX , das Antennenanschluss-Hochfrequenzvia 90_A und das Sendeanschluss-Hochfrequenzvia 90_TX 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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Planare Zirkulatoranordung, welche folgendes enthält: ein dielektrisches Substrat (42) mit einer ersten Oberfläche (68u) und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (681); eine Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen (82), welche jeweils eine erste Ferritaufnahmeauflage (76u), die sich auf der ersten Oberfläche befindet, und eine zweite Ferritaufnahmeauflage (761) aufweisen, die sich auf der zweiten Oberfläche befindet; eine erste Unteranordnungsplatte (40), die auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Substrates gelegen ist und eine Mehrzahl erster Öffnungen (46) aufweist; eine Mehrzahl von Ferrit-Magnet-Unteranordnungen (48), welche jeweils in einer entsprechenden der ersten Öffnungen angeordnet und ausgerichtet sind und elektromagnetisch mit einer entsprechenden der ersten Ferritaufnahmeauflagen gekoppelt sind; eine zweite Unteranordnungsplatte (44), welche an der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrates gelegen ist und eine Mehrzahl von zweiten Öffnungen (58) aufweist; und eine Mehrzahl von Ferriten (56, 59), welche jeweils in einer entsprechenden der zweiten Öffnungen angeordnet und ausgerichtet und elektromagnetisch mit einer entsprechenden der zweiten Ferritaufnahmeauflagen gekoppelt sind.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, bei welcher jedes der Mehrzahl von Ferriten (56, 59) weiter ein Polstück (57) enthält.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 2, bei welcher das Polstück (57) aus Stahl ist.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, welche weiter folgendes enthält: eine erste Erdungsebene (98), die sich in der ersten Unteranordnungsplatte (40) befindet; und eine zweite Erdungsebene (99), die sich in der zweiten Unteranordnungsplatte (44) befindet.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, bei welcher jede der Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen weiter einen ersten Schaltungsteil aufweist, der sich auf der ersten Oberfläche (68u) befindet, und einen zweiten Schaltungsteil aufweist, der sich auf der zweiten Oberfläche (681) befindet.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, bei welcher: die erste Ferritaufnahmeanlage (76u) eine erste Mehrzahl von zwischenverbindenden Via-Verbindungen (79a–79n) enthält; die zweite Ferritaufnahmeauflage (761) eine zweite Mehrzahl von verbindenden Via-Verbindungen (79a–79n) aufweist; und die Zirkulatoranordnung weiter eine Mehrzahl von zwischenverbindenden Vias (78a–78n) enthält, welche jeweils mit einem ersten Ende an eine entsprechende der ersten Mehrzahl von zwischenverbindenden Via-Verbindungen und mit einem zweiten Ende an eine entsprechende der zweiten Mehrzahl von zwischenverbindenden Via-Verbindungen angekoppelt sind.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, bei welcher jede der Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen folgendes enthält: einen ersten Anschluß (70) der mit den ersten und zweiten Ferritaufnahmeauflagen (76u, 761) gekoppelt ist; einen zweiten Anschluß (72), der mit den ersten und zweiten Ferritaufnahmeauflagen (76u, 761) gekoppelt ist; und einen dritten Anschluß (74), der mit den ersten und zweiten Ferritaufnahmeauflagen (76u, 761) gekoppelt ist.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 7, bei welcher der erste, der zweite und der dritte Anschluß jeweils folgendes enthalten: einen ersten Teil (70u, 72u, 74u), der auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Substrates angeordnet ist und eine erste Hochfrequenzanschluß-Viaverbindung (91tx, 91rx, 91a) aufweist; einen zweiten Teil (701, 721, 741), der auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrates angeordnet ist und eine zweite Hochfrequenzanschluß-Viaverbindung (91tx, 91rx, 91a) aufweist; und ein Hochfrequenzanschluß-Via (90tx, 90rx, 90a), das mit einem ersten Ende an die erste Hochfrequenzanschluß-Viaverbindung angekoppelt ist und mit einem zweiten Ende an die zweite Hochfrequenzanschluß-Viaverbindung angekoppelt ist.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 8, bei welcher das Hochfrequenzanschluß-Via (90tx, 90rx, 90a) sich zu einer Außenoberfläche entweder der ersten Unteranordnungsplatte oder der zweiten Unteranordnungsplatte erstreckt.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 8, welche weiter folgendes enthält: eine erste Erdungsebene (98), die sich in der ersten Unteranordnungsplatte befindet; eine zweite Erdungsebene (99), die sich in der zweiten Unteranordnungsplatte befindet; eine Mehrzahl von Modenunterdrückungsstiften (80), die jeweils nahe dem ersten, dem zweiten und dem dritten Anschluß angeordnet sind und mit der ersten und der zweiten Erdungsebene gekoppelt sind.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 8, bei welcher jede der Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen weiter eine Mehrzahl von Streifenleitungs-Übertragungsleitungen (82, 84, 86) enthält, welche jeweils den ersten, den zweiten und den dritten Anschluß mit den ersten und zweiten Ferritaufnahmeauflagen verbinden.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 11, bei welcher jede der Streifenleiter-Übertragungsleitungen folgendes enthält: einen ersten Streifenleitungs-Schaltungsteil (82u, 86u), der sich auf der ersten Oberfläche befindet und eine erste Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Viaverbindungen (79a–79n) aufweist; einen zweiten Streifenleitungsschaltungsteil (821, 841, 861), der sich auf der zweiten Oberfläche befindet und eine zweite Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Viaverbindungen (79a–79n) aufweist; und eine Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Vias (78a–78n), welche jeweils mit einem ersten Ende an eine entsprechende der ersten Mehrzahl von Zwischenverbin dungs-Viaverbindungen angekoppelt sind und mit einem zweiten Ende an eine entsprechende der zweiten Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Viaverbindungen angekoppelt sind.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 7, bei welcher der erste, zweite und dritte Anschluß einen Antennenanschluß (74) bzw. einen Sendeanschluß (70) bzw. einen Empfangsanschluß (72) umfassen.
Zirkulatoranordnung nach Anspurch 7, bei welcher der erste, zweite und dritte Anschluß (70, 72, 74) einen Antennenanschluß, einen Isolatoranschluß und einen Sendeanschluß und/oder einen Empfangsanschluß umfassen.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 7, welcher folgendes enthält: eine erste Außenfläche; eine zweite Außenfläche, die gegenüberliegend der der ersten Ausßenfläche gelegen ist; mindestens ein erstes Hochfrequenzanschluß-Via (90a), das in der ersten Unteranordnungsplatte (40) gelegen ist und mit einem ersten Ende mit mindestens einem der ersten, zweiten und dritten Anschlüsse (70, 72, 74) gekoppelt und mit einem zweiten Ende mit einer Verbindung gekoppelt ist, die sich auf der ersten Außenfläche der Zirkulatoranordnung befindet; und mindestens ein zweites Hochfrequenzanschluß-Via (90tx, 90rx), das in der zweiten Unteranordnungsplatte (44) gelegen ist und mit einem ersten Ende mit mindestens einem unterschiedlichen der ersten, zweiten und dritten Anschlüsse (70, 72, 74) gekoppelt und mit einem zweiten Ende mit einer Verbindung gekoppelt ist, die auf der zweiten Außenfläche der Zirkulatoranordnung gegenüberliegend der ersten Außenfläche gelegen ist.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine erste Hochfrequenzanschluß-Via und das mindestens eine zweite Hochfrequenzanschluß-Via kupferplattierte Durchkontaktierungen oder Vias (90, 92) enthalten.
Zirkulatoranordnung nach Anspruch 1, welche weiter eine Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Vias (78a–78n) enthält, die jeweils zwischen jeder der ersten Ferritaufnahmeauflagen und einer jeweils entsprechenden zweiten Ferritaufnahmeauflage angeordnet sind, wobei die Zwischenverbindungs-Vias elektromagnetisch jede erste Ferritaufnahmeauflage mit der entsprechenden zweiten Ferritaufnahmeauflage koppeln.
Verfahren zur Herstellung einer eingebetteten planaren Zirkulatoranorndung, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Bereitstellen einer Zirkulatorplatte (42) mit einer ersten Oberfläche (68u) und einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (681); Bilden einer Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen (2) auf der Zirkulatorplatte, wobei jede Zirkulatorschaltung eine Ferritaufnahmeauflage (76u), die auf der ersten Oberfläche gelegen ist und eine entsprechende Ferritauflageaufnahme (761) auf der zweiten Oberfläche aufweist; Erzeugen einer Mehrzahl von Ferritmagnet-Unteranordnungen (48), die in einer ersten Unteranordnung (40) angeordnet sind; Erzeugen einer Mehrzahl von Ferriten (56, 59), die in einer zweiten Unteranordnung (44) angeordnet sind; und Einbinden oder Eingießen der Zirkulatorplatte zwischen der ersten Unteranordnung und der zweiten Unteranordnung derart, dass die Ferritmagnetunteranord nungen 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.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die Bildung einer Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen (2) folgendes umfasst: Bilden von Zirkulatorschaltungsteilen auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche, wobei jeder der Zirkulatorschaltungsteile folgendes aufweist: erste, zweite und dritte Anschlussteile, wobei jeder Anschlussteil mit einer entsprechenden Ferritaufnahmeauflage (76u, 701) über eine Streifenleitungsschaltung (82, 84, 86) gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Bildung einer Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen weiter folgendes umfasst: Bilden eines ersten, zweiten und dritten Anschlusses (70, 72, 74) durch Verbinden der Zirkulatorschaltungsanschlußteile auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche unter Verwendung von Zwischenverbindungs-Vias (78a–78n); und Verbinden der Streifenleitungsschaltungen auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche unter Verwendung von Zwischenverbindungsvias (78a–78n).
Verfahren nach Anspruch 20, welches weiter folgendes umfasst: Bilden mindestens eines ersten Hochfrequenzanschluss-Vias (90a), das in der ersten Unteranordnungsplatte (40) angeordnet ist, wobei jedes erste Hochfrequenzanschlußvia mit einem ersten Ende mit einem der ersten, zweiten und dritten Anschlüsse (70, 72, 74) gekoppelt ist und mit einem zweiten Ende mit einer Verbindung gekoppelt ist, die sich auf einer ersten Außenfläche der Zirkulatoranordnung befindet; und Bilden mindestens eines zweiten Hochfrequenzanschluß-Vias (90tx, 90rx), das in der zweiten Unteranordnungsplatte (44) gelegen ist, wobei jedes zweite Hochfrequenzanschluß-Via mit einem ersten Ende mit einem der ersten, zweiten und dritten Anschlüsse (70, 72, 74) gekoppelt ist und mit einem zweiten Ende mit einer Verbindung gekoppelt ist, die sich auf einer zweiten Außenfläche der Zirkulatoranordnung gegenüberliegend der ersten Außenoberfläche befindet.
Verfahren nach Anspruch 21, welches weiter das Plattieren der Hochfrequenz-Anschllußvias (90, 92) mit Kupfer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, welches das Gegenbohren der Hochfrequenz-Anschlussvias (90) zum Entfernen von überschüssiger Kupferplattierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Einbinden oder Eingießen eine Klebeverbindung der Zirkulatorplatte (42) zwischen der ersten Unteranordnung (40) und der zweiten Unteranordnung (44) unter Verwendung thermoplastischen Materials umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, welches weiter das Aufteilen der Mehrzahl von Zirkulatorschaltungen in eine entsprechende Mehrzahl von individuellen Einheitszellen (54) umfasst.