EP2147477B1 - Hochfrequenzbauteil mit geringen dielektrischen verlusten - Google Patents

Hochfrequenzbauteil mit geringen dielektrischen verlusten Download PDF

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EP2147477B1
EP2147477B1 EP08748779A EP08748779A EP2147477B1 EP 2147477 B1 EP2147477 B1 EP 2147477B1 EP 08748779 A EP08748779 A EP 08748779A EP 08748779 A EP08748779 A EP 08748779A EP 2147477 B1 EP2147477 B1 EP 2147477B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency component
dimensional structure
insulating element
component according
film
Prior art date
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EP08748779A
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English (en)
French (fr)
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EP2147477A1 (de
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Peter Böhmer
Michael Schubert
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Spinner GmbH
Original Assignee
Spinner GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency component having an inner conductor structure, which is insulated with at least one insulation element electrically against an outer conductor, wherein the insulation element mechanically supports the inner conductor structure.
  • high-frequency components are frequently used, in which an internal conductor structure not only has to be insulated against the outer conductor, but also has to be mechanically supported. Examples include filters, couplers, splitters or multiplexers.
  • diplexers are used between base stations and mobile radio antennas in order to be able to emit signals in different frequency ranges, for example for GSM and UMTS, via the mobile radio antennas.
  • the diplexer leads to an insertion loss that should be as low as possible.
  • the internal conductor structure which forms the crossover is sandwiched between two solid sheets of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the material PTFE is used as insulation material in order to minimize the insertion loss caused by the diplexer.
  • the two plates made of PTFE must be manufactured very precisely in thickness, in order to achieve a reliable support or fixation of the inner conductor structure in the housing. This increases the cost of manufacturing these insulation elements.
  • GB 1030134 describes a hoaxia (kable with sinem inner conductor an Aupenleiter and dimen isolator, the avs laminated kvnststottsokoten besfeht.
  • the object of the present invention is to provide a generic high-frequency component, which has a low insertion loss and can be produced inexpensively.
  • the proposed high-frequency component has, in a known manner, an inner conductor structure which is insulated electrically with at least one insulation element against an outer conductor, wherein the insulation element mechanically supports the inner conductor structure.
  • the High-frequency component is characterized in that the insulation element is formed of a formed into a three-dimensional structure and solidified by sintering with this three-dimensional structure film of an electrically insulating material, preferably a polymer material having a wall thickness which is less than a thickness caused by the three-dimensional structure of the insulating element is.
  • a PTFE film shaped to the three-dimensional structure is preferably used as the insulating element.
  • the thickness of this insulating element can be chosen slightly larger than required for fitting into the housing of the high-frequency component.
  • the insulation element can be compressed when closing the housing to the extent just required, in which case the support or fixation of the inner conductor structure, for example, a stripline structure, is optimally ensured.
  • a significant further advantage of the use of the three-dimensional structure is that the volume occupied by the insulating element has a significantly lower proportion of film material than a solid component of the same volume. Thus, the air content within this volume can be up to 90% and above.
  • the damping is reduced compared to the known high-frequency components with solid insulation elements.
  • the proposed high-frequency component thus has lower dielectric losses and can also be produced cost-effectively due to the lower accuracy requirements in the production of the insulation element (s).
  • the three-dimensional structure is preferably formed in the present high-frequency component in a wall thickness between 50 microns and 500 microns.
  • the wall thickness is of course not limited to these thickness ranges, as long as the wall thickness is less than the thickness of the insulating element.
  • the mechanical stability of the insulating element is achieved with such small wall thicknesses by the special shape of the insulating element, in which the film provided in the respective film thickness, formed three-dimensionally and solidified in the three-dimensional shape by sintering. In this way, rigid edges are obtained in the three-dimensional structure, which increase the mechanical stability of the structure.
  • the three-dimensionally shaped insulating element obtains a much higher form and long-term stability than the thin one by a closed, special shaping in the sintering process - the combination of rigid edges in the plane of effective loading and radially symmetric contouring transversely to the effective load Having raw film itself and in an open design sintered three-dimensional components.
  • Rigid edges in the effective load plane generate a higher dimensional stability under identical load than other contours.
  • the closed, radially symmetric shape perpendicular to the effective load creates a stress build-up in the direction of the contour circumference of the rigid edges without the formation of voltage spikes.
  • This design reduces or eliminates the memory effect and leads to a long-term and to a critical point temperature-stable geometry of the Three-dimensional component with very thin wall thicknesses of sintered polymer films.
  • the three-dimensional structure is preferably designed such that the proportion of the electrically insulating material used at the volume occupied by the insulation element is ⁇ 25%, particularly preferably ⁇ 10%. This requirement can be adjusted to a certain extent via the wall thickness and the course of the three-dimensional structure.
  • the three-dimensional structure can in this case in simple cases only in one direction zig-zag or wavy. Basically, in the preferred structure, recesses and elevations alternate with one another, which, for example, can also be formed concentrically around a center. The highest areas of the elevations and / or the deepest areas of the depressions may in this case have any shapes, in particular round or angular or also be designed as planar areas. The distance of the depressions or elevations from each other can be constant or vary as needed. Furthermore, of course, more complex three-dimensional structures are possible, as long as they still ensure the required support function of the inner conductor structure.
  • the outer conductor is formed by the housing of the high-frequency component or is attached to the inside of this housing, for example.
  • a metallic layer As a metallic layer.
  • each of these insulating elements is formed according to the present invention.
  • the one insulating element may have a different structure than the other insulating element.
  • identically structured insulation elements can also be arranged rotated by 90 ° or another angle about an axis in the thickness direction relative to one another in the high-frequency component, thereby improving the mechanical support of the inner conductor structure.
  • the present invention can be used for different generic high-frequency components.
  • the function of the component is irrelevant, as long as one or more corresponding insulation elements for electrical insulation and simultaneous support of the inner conductor structure are required.
  • passive high-frequency components such as diplexers or multiplexers, RF couplers or HF splitters, high-frequency filters, etc.
  • the use of the proposed insulation element to support the inner conductor structure (and arranged thereon electrical components) in active high-frequency components is possible.
  • FIG. 1 schematically an example of a high-frequency component according to the invention is shown, which is formed in this example as a diplexer.
  • the internal conductor structure 2 required for the realization of a diplexer is only indicated here in a highly schematic manner.
  • the person skilled in the art is familiar with the design of such an inner conductor structure for the formation of a diplexer.
  • the diplexer 1 in cross-section perpendicular to the inner conductor structure 2, in the right part in section through the plane of the inner conductor structure 2 can be seen.
  • the housing 3 of the diplexer forms the outer conductor.
  • the output 6 and the inputs 7 of the diplexer 1 are indicated.
  • the inner conductor structure 2 is between two
  • Insulating elements 4, 5 embedded serve the electrical insulation between the inner conductor structure 2 and the housing 3 as an outer conductor and on the other the mechanical support of the inner conductor structure 2.
  • the two insulation elements 4, 5 are formed in this example of a formed into a three-dimensional structure PTFE film 10 of a thickness of 100 microns, which has been solidified by sintering in the form of the three-dimensional structure.
  • the inner conductor structure 2 is supported by these three-dimensional structures, as in the left part of FIG. 1 can be seen. Due to the spring effect of the three-dimensional structures, the thickness of each insulating element 4, 5 can be selected slightly larger than the distance between inner conductor structure 2 and GeHouseinnenwandung, in which case the insulation elements 4, 5 are slightly compressed when closing the housing 3. This allows a good fixation or support of the inner conductor structure 2 and significantly reduces the accuracy requirements for the production of the insulation elements 4, 5.
  • Fig. 2 shows in comparison thereto an embodiment of such a diplexer 1 according to the prior art, in which the two insulating elements of solid PTFE plates 8, 9 are formed.
  • these PTFE plates 8, 9 must be made very accurately in thickness.
  • the solid PTFE plates cause a significantly greater attenuation of the high-frequency signals than the insulating elements 4, 5 of the FIG. 1 in which between the inner conductor structure 2 and the housing 3, a very high proportion of air is present. Air causes lower dielectric losses of the high frequency signals than PTFE, so that the embodiment according to FIG. 1 leads to a lower insertion loss.
  • FIG. 3 finally shows an example of a possible three-dimensional structure of the insulating elements 4 and 5, in the left part of the figure in cross section, in the right part of the figure in plan view.
  • the PTFE sheet 10 is shaped to form concentric pits and bumps about a central area closed by flat plateaus.
  • the distances of the elevations or depressions can be chosen differently depending on the application, in order to reliably fulfill the respective support function. This support function also depends on the thickness or Eigentragschreib the inner conductor structure.
  • FIG. 4 Another example of an embodiment of such an insulation element 4, 5 shows FIG. 4 .
  • the PTFE film 10 for forming the three-dimensional structure is wave-shaped in one direction, as also seen in the left part of the figure in cross section and in the right part of the figure in plan view.
  • the insulation elements of the proposed high-frequency component is not limited to the structures shown here. Rather, any three-dimensional structures can be used, as long as through these structures required support of the inner conductor structure on the one hand and the required distance between the inner conductor structure and the outer conductor is ensured.
  • FIG. 5 Finally, schematically shows a process sequence for producing such, three-dimensionally shaped insulating element.
  • a unsintered PTFE film 11 having a thickness of 100 ⁇ m is provided on a roll 12, as can be obtained, for example, by a paste extrusion without final sintering.
  • the film 11 is conveyed with the portion 13 to be formed between the punch 14 and the die 15 of a hot press 16, as shown in the FIG. 5a can be seen.
  • punch 14 and die 15 are moved in a known manner against each other to bring the intermediate portion 13 of the film according to the surface structure of the punch and die in a three-dimensional shape (see. FIG. 5b ).
  • This surface structure 17 is in FIG. 5 only indicated schematically.
  • the section 13 of the film is heated to sintering temperature by means of heating spirals 18 integrated in the punch and die. In the present example, this heating is carried out to a temperature in the range between 350 ° and 360 ° C, which is optimal for the solidification of the film in the three-dimensional shape.
  • the film portion 13 is solidified in the three-dimensional shape by sintering, in which it is held by the interaction of the punch and die.
  • An expense high pressure is not required here.
  • Other possibilities of heating are possible here, for example via a hot air blower or inductive.
  • the film section 13 After solidification of the film section 13 by the sintering, the film section 13 is cooled. Stamp 14 and die 15 are then moved apart again as in FIG. 5c is indicated. Subsequently, the film 11 is further conveyed, so that the three-dimensionally shaped and solidified portion, the three-dimensionally shaped insulating member 4, is moved out of the hot press 16 (FIG. FIG. 5d ).
  • the finished insulation element 4 can be separated from the rest of the film by suitable separation processes, for example by punching.

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

    Technisches Anwendungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzbauteil mit einer Innenleiterstruktur, die mit mindestens einem Isolationselement elektrisch gegen einen Außenleiter isoliert ist, wobei das Isolationselement die Innenleiterstruktur mechanisch stützt.
  • In der Hochfrequenztechnik werden häufig Hochfrequenzbauteile eingesetzt, bei denen eine Innenleiterstruktur nicht nur gegen den Außenleiter isoliert, sondern auch mechanisch gestützt werden muss. Beispiele hierfür sind Filter, Koppler, Splitter oder Multiplexer.
  • So werden bspw. Diplexer zwischen Basisstationen und Mobilfunkantennen eingesetzt, um über die Mobilfunkantennen Signale in unterschiedlichen Frequenzbereichen, bspw. für GSM und UMTS, abstrahlen zu können. Der Diplexer führt zu einer Einfügedämpfung, die möglichst gering ausfallen sollte. Bei bekannten Diplexern ist die Innenleiterstruktur, die die Frequenzweiche bildet, in Sandwichbauweise zwischen zwei massive Platten aus Polytetrafluorethylen (PTFE) eingebettet. Diese Isolationselemente dienen der elektrischen Isolation der Innenleiterstruktur gegenüber dem Außenleiter, der durch das Gehäuse des Diplexers gebildet wird oder in dieses integriert ist. Gleichzeitig dienen die Isolationselemente auch der Stützung bzw. Fixierung der oftmals dünnen Innenleiterstruktur im Gehäuse, um einen gleich bleibenden definierten Abstand zum Außenleiter zu gewährleisten. Das Material PTFE wird aufgrund seiner geringen dielektrischen Verluste für Hochfrequenzsignale als Isolationsmaterial genutzt, um die Einfügedämpfung durch den Diplexer möglichst gering zu halten. Die beiden Platten aus PTFE müssen allerdings in der Dicke sehr genau gefertigt werden, um eine zuverlässige Stützung bzw. Fixierung der Innenleiterstruktur im Gehäuse zu erreichen. Dies erhöht die Kosten für die Herstellung dieser Isolationselemente.
  • GB 1030134 beschreibt ein Hoaxia (kable mit sinem Innenleiter einem Aupenleiter and dimen isolator, des avs laminierten kvnststottsfreiten besfeht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Hochfrequenzbauteil anzugeben, das eine geringe Einfügedämpfung aufweist und sich kostengünstig herstellen lässt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit dem Hochfrequenzbauteil sowie dem darin verwendeten Isolationselement gemäß den Patentansprüchen 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hochfrequenzbauteils bzw. des Isolationselementes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
  • Das vorgeschlagene Hochfrequenzbauteil weist in bekannter Weise eine Innenleiterstruktur auf, die mit mindestens einem Isolationselement elektrisch gegen einen Außenleiter isoliert ist, wobei das Isolationselement die Innenleiterstruktur mechanisch stützt. Das Hochfrequenzbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass das Isolationselement aus einer zu einer dreidimensionalen Struktur geformten und durch Sinterung mit dieser dreidimensionalen Struktur verfestigten Folie eines elektrisch isolierenden Materials, vorzugsweise eines Polymermaterials, mit einer Wandstärke gebildet ist, die geringer als eine durch die dreidimensionale Struktur bewirkte Dicke des Isolationselementes ist. Als Isolationselement wird dabei vorzugsweise eine zu der dreidimensionalen Struktur geformte PTFE-Folie eingesetzt.
  • Durch Nutzung der zu der dreidimensionalen Struktur verfestigten Folie werden die Anforderungen an die Genauigkeit der Abmessungen des Isolationselementes deutlich verringert. Die Dicke dieses Isolationselementes kann hierbei etwas größer gewählt werden als für die Einpassung in das Gehäuse des Hochfrequenzbauteils erforderlich. Durch eine gewisse Federwirkung oder Kompressibilität der dreidimensionalen Struktur lässt sich das Isolationselement beim Verschließen des Gehäuses auf das gerade erforderliche Maß zusammendrücken, wobei dann die Stützung bzw. Fixierung der Innenleiterstruktur, beispielsweise einer Streifenleiterstruktur, optimal gewährleistet ist. Ein wesentlicher weiterer Vorteil der Nutzung der dreidimensionalen Struktur besteht darin, dass das vom Isolationselement eingenommene Volumen einen deutlich geringeren Anteil an Folienmaterial aufweist, als ein massives Bauteil gleichen Volumens. So kann der Luftanteil innerhalb dieses Volumens bis zu 90% und darüber betragen. Aufgrund des geringen dielektrischen Verlustfaktors von Luft für Hochfrequenzstrahlung im Vergleich zu PTFE oder anderen elektrischen Isolationsmaterialien wird die Dämpfung gegenüber den bekannten Hochfrequenzbauteilen mit massiven Isolationselementen reduziert. Das Gleiche gilt natürlich auch, wenn im Gehäuse des Hochfrequenzbauteils andere Gase eingeschlossen werden. Das vorgeschlagene Hochfrequenzbauteil weist damit geringere dielektrische Verluste auf und lässt sich aufgrund der geringeren Genauigkeitsanforderungen bei der Herstellung des oder der Isolationselemente auch kostengünstig produzieren.
  • Die dreidimensionale Struktur wird bei dem vorliegenden Hochfrequenzbauteil vorzugsweise in einer Wandstärke zwischen 50 µm und 500 µm ausgebildet. Grundsätzlich ist die Wandstärke jedoch selbstverständlich nicht auf diese Dickenbereiche beschränkt, solange die Wandstärke geringer als die Dicke des Isolationselementes ist. Die mechanische Stabilität des Isolationselementes wird bei derart geringen Wandstärken durch die spezielle Formgebung des Isolationselementes erreicht, bei der die Folie in der jeweiligen Foliendicke bereitgestellt, dreidimensional geformt und in der dreidimensionalen Form durch Sinterung verfestigt wird. Auf diese Weise werden biegesteife Kanten in der dreidimensionalen Struktur erhalten, die die mechanische Stabilität der Struktur erhöhen.
  • Diese Technik wird im Folgenden anhand des bevorzugten Materials PTFE zur Herstellung der dreidimensionalen Struktur noch näher erläutert, da insbesondere PTFE aufgrund seiner hohen Schmelzviskosität nicht für die gängigen Techniken der Kunststoffverarbeitung zur Herstellung dreidimensional geformter Bauteile geeignet ist. Bei diesem Verfahren wird ein Abschnitt einer ungesinterten PTFE-Folie zwischen einen Stempel und eine Matrize gebracht, die eine Oberflächenstruktur für eine dreidimensionale Formung der Folie aufweisen. Der Abschnitt der Folie wird dann durch Zusammenwirken von Stempel und Matrize in einer durch die Oberflächenstruktur vorgegebenen dreidimensionalen Form gehalten, während er auf die Sintertemperatur von PTFE aufgeheizt und durch Sinterung in der dreidimensionalen Form dauerhaft verfestigt wird. Anschließend wird der dreidimensional geformte und verfestigte Abschnitt der Folie abgekühlt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erhält das dreidimensional geformte Isolationselement durch eine geschlossene, spezielle Formgebung im Sinterprozess - die Kombination von biegesteifen Kanten in der Ebene der wirksamen Belastung und einer radialsymmetrischen Konturierung transversal zur wirksamen Belastung - eine vielfach höhere Form- und Langzeitstabilität, als die dünne Rohfolie selbst sowie in offener Formgebung gesinterte dreidimensionale Bauteile aufweisen. Biegesteife Kanten in der wirksamen Belastungsebene generieren eine höhere Formstabilität bei identischer Belastung als andere Konturen. Die geschlossene, radialsymmetrische Formgebung senkrecht zur wirksamen Belastung erzeugt einen Spannungsaufbau in Richtung des Konturumfangs der biegesteifen Kanten ohne die Ausbildung von Spannungsspitzen. Diese Formgebung reduziert oder eliminiert den Memory-Effekt und führt zu einer langzeit- und bis zu einem kritischen Punkt temperaturstabilen Geometrie des dreidimensionalen Bauteils mit sehr dünnen Wandstärken aus gesinterten Polymer-Folien.
  • Zur deutlichen Reduzierung der dielektrischen Verluste gegenüber einem massiven Isolationselement ist die dreidimensionale Struktur vorzugsweise so ausgebildet, dass der Anteil an dem eingesetzten elektrisch isolierenden Material an dem vom Isolationselement eingenommenen Volumen ≤ 25%, besonders bevorzugt ≤ 10% beträgt. Diese Forderung lässt sich über die Wandstärke sowie den Verlauf der dreidimensionalen Struktur in gewissen Grenzen einstellen. Die dreidimensionale Struktur kann hierbei in einfachen Fällen lediglich in einer Richtung zick-zack-förmig oder wellenförmig verlaufen. Grundsätzlich wechseln bei der bevorzugten Struktur Vertiefungen und Erhöhungen einander ab, die bspw. auch konzentrisch um ein Zentrum ausgebildet sein können. Die höchsten Bereiche der Erhebungen bzw. die tiefsten Bereiche der Vertiefungen können hierbei beliebige Formen aufweisen, insbesondere rund oder eckig oder auch als plane Bereiche ausgebildet sein. Der Abstand der Vertiefungen bzw. Erhöhungen zueinander kann konstant sein oder je nach Bedarf variieren. Weiterhin sind selbstverständlich auch komplexere dreidimensionale Strukturen möglich, solange diese noch die erforderliche Stützfunktion der Innenleiterstruktur gewährleisten.
  • Vorzugsweise wird der Außenleiter durch das Gehäuse des Hochfrequenzbauteils gebildet oder ist an der Innenseite dieses Gehäuses angebracht, bspw. als metallische Schicht. Bei Hochfrequenzbauteilen in einer Sandwichbauweise, bei dem die Innenleiterstruktur zwischen zwei Isolationselementen angeordnet ist, wird vorzugsweise jedes dieser Isolationselemente gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Hierbei kann das eine Isolationselement eine andere Struktur aufweisen als das andere Isolationselement. Weiterhin können identisch strukturierte Isolationselemente auch um 90° oder einen anderen Winkel um eine Achse in Dickenrichtung gegeneinander verdreht im Hochfrequenzbauteil angeordnet sein, um dadurch die mechanische Stützung der Innenleiterstruktur zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich für unterschiedliche gattungsgemäße Hochfrequenzbauteile einsetzen. Die Funktion des Bauteils ist dabei unerheblich, solange ein oder mehrere entsprechende Isolationselemente zur elektrischen Isolation und gleichzeitigen Stützung der Innenleiterstruktur erforderlich sind. Dies betrifft vor allem passive Hochfrequenzbauteile, wie Diplexer bzw. Multiplexer, HF-Koppler oder HF-Splitter, Hochfrequenzfilter, usw. Grundsätzlich ist auch der Einsatz des vorgeschlagenen Isolationselementes zur Stützung der Innenleiterstruktur (und daran angeordneter elektrischer Bauelemente) in aktiven Hochfrequenzbauteilen möglich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    ein Beispiel für einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzbauteils;
    Fig. 2
    ein Beispiel für den Aufbau eines der Fig.1 vergleichbaren Hochfrequenzbauteils gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 3
    ein erstes Beispiel für die dreidimensionale Struktur eines Isolations-elementes;
    Fig. 4
    ein zweites Beispiel für die drei-dimensionale Struktur eines Isolations-elementes; und
    Fig. 5
    ein Beispiel für die Herstellung des dreidimensional geformten Isolations-elementes.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • In Figur 1 ist schematisch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzbauteils dargestellt, das in diesem Beispiel als Diplexer 1 ausgebildet ist. Die für die Realisierung eines Diplexers erforderliche Innenleiterstruktur 2 ist hierbei nur stark schematisiert angedeutet. Dem Fachmann ist das Design einer derartigen Innenleiterstruktur für die Ausbildung eines Diplexers geläufig. Im linken Teil der Figur ist der Diplexer 1 im Querschnitt senkrecht zur Innenleiterstruktur 2, im rechten Teil im Schnitt durch die Ebene der Innenleiterstruktur 2 zu erkennen. Das Gehäuse 3 des Diplexers bildet den Außenleiter. Im rechten Teil der Figur sind der Ausgang 6 und die Eingänge 7 des Diplexers 1 angedeutet. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Innenleiterstruktur 2 zwischen zwei
  • Isolationselementen 4, 5 eingebettet, die einerseits der elektrischen Isolation zwischen der Innenleiterstruktur 2 und dem Gehäuse 3 als Außenleiter und zum anderen der mechanischen Stützung der Innenleiterstruktur 2 dienen. Die beiden Isolationselemente 4, 5 sind in diesem Beispiel aus einer zu einer dreidimensionalen Struktur geformten PTFE-Folie 10 einer Dicke von 100 µm gebildet, die durch Sinterung in der Form der dreidimensionalen Struktur verfestigt wurde. Die Innenleiterstruktur 2 wird durch diese dreidimensionalen Strukturen gestützt, wie dies im linken Teil der Figur 1 zu erkennen ist. Aufgrund der Federwirkung der dreidimensionalen Strukturen kann die Dicke jedes Isolationselementes 4, 5 etwas größer als der Abstand zwischen Innenleiterstruktur 2 und Gehäuseinnenwandung gewählt werden, wobei dann die Isolationselemente 4, 5 beim Schließen des Gehäuses 3 leicht zusammengedrückt werden. Dies ermöglicht eine gute Fixierung bzw. Stützung der Innenleiterstruktur 2 und reduziert die Genauigkeitsanforderungen an die Herstellung der Isolationselemente 4, 5 erheblich.
  • Fig. 2 zeigt im Vergleich hierzu eine Ausgestaltung eines derartigen Diplexers 1 gemäß dem Stand der Technik, bei dem die beiden Isolationselemente aus massiven PTFE-Platten 8, 9 gebildet sind. Zur zuverlässigen Stützung der Innenleiterstruktur 2 müssen diese PTFE-Platten 8, 9 in der Dicke sehr genau gefertigt werden. Weiterhin verursachen die massiven PTFE-Platten trotz der geringen dielektrischen Verluste von PTFE eine deutlich größere Dämpfung der Hochfrequenzsignale als die Isolationselemente 4, 5 der Figur 1, bei denen zwischen der Innenleiterstruktur 2 und dem Gehäuse 3 ein sehr hoher Luftanteil vorhanden ist. Luft verursacht geringere dielektrische Verluste der Hochfrequenzsignale als PTFE, so dass die Ausgestaltung gemäß Figur 1 zu einer geringeren Einfügedämpfung führt.
  • Figur 3 zeigt schließlich ein Beispiel einer möglichen dreidimensionalen Struktur der Isolationselemente 4 bzw. 5, im linken Teil der Figur im Querschnitt, im rechten Teil der Figur in Draufsicht. In diesem Beispiel ist die PTFE-Folie 10 so geformt, dass sie konzentrische Vertiefungen und Erhöhungen um einen zentralen Bereich bildet, die durch flache Plateaus abgeschlossen sind. Die Abstände der Erhebungen bzw. Vertiefungen können hierbei je nach Anwendungsfall unterschiedlich gewählt werden, um die jeweilige Stützfunktion zuverlässig zu erfüllen. Diese Stützfunktion hängt auch von der Dicke bzw. Eigentragfähigkeit der Innenleiterstruktur ab.
  • Ein weiteres Beispiel einer Ausgestaltung eines derartigen Isolationselementes 4, 5 zeigt Figur 4. In diesem Beispiel ist die PTFE-Folie 10 zur Bildung der dreidimensionalen Struktur in einer Richtung wellenartig geformt, wie dies ebenfalls im linken Teil der Figur im Querschnitt und im rechten Teil der Figur in Draufsicht zu erkennen ist.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Isolationselemente des vorgeschlagenen Hochfrequenzbauteils nicht auf die hier dargestellten Strukturen beschränkt ist. Vielmehr können beliebige dreidimensionale Strukturen genutzt werden, solange durch diese Strukturen die erforderliche Stützung der Innenleiterstruktur auf der einen Seite und der erforderliche Abstand zwischen der Innenleiterstruktur und dem Außenleiter gewährleistet wird.
  • Figur 5 zeigt schließlich schematisch einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines derartigen, dreidimensional geformten Isolationselementes. Hierbei wird als Halbzeug eine ungesinterte PTFE-Folie 11 mit einer Dicke von 100 µm auf einer Rolle 12 bereitgestellt, wie sie bspw. durch eine Pastenextrusion ohne abschließende Sinterung erhalten werden kann.
  • Die Folie 11 wird mit dem zu formenden Abschnitt 13 zwischen den Stempel 14 und die Matrize 15 einer Heißpresse 16 gefördert, wie dies in der Figur 5a zu erkennen ist. Anschließend werden Stempel 14 und Matrize 15 in bekannter Weise gegeneinander bewegt, um den dazwischen liegenden Abschnitt 13 der Folie entsprechend der Oberflächenstruktur von Stempel und Matrize in eine dreidimensionale Form zu bringen (vgl. Figur 5b). Diese Oberflächenstruktur 17 ist in Figur 5 nur schematisch angedeutet. Nach dem Zusammenbringen von Stempel und Matrize wird der Abschnitt 13 der Folie über in Stempel und Matrize integrierte Heizspiralen 18 auf Sintertemperatur aufgeheizt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt diese Aufheizung auf eine Temperatur im Bereich zwischen von 350° und 360°C, die für die Verfestigung der Folie in der dreidimensionalen Form optimal ist. Bei dieser Temperatur wird der Folienabschnitt 13 in der dreidimensionalen Form durch Sinterung verfestigt, in der er durch Zusammenwirken von Stempel und Matrize gehalten wird. Eine Aufwendung von hohem Druck ist hierbei nicht erforderlich. Auch andere Möglichkeiten der Aufheizung sind hierbei möglich, beispielsweise über ein Heißluftgebläse oder induktiv.
  • Nach der Verfestigung des Folienabschnitts 13 durch die Sinterung wird der Folienabschnitt 13 abgekühlt. Stempel 14 und Matrize 15 werden dann wieder auseinander bewegt, wie in Figur 5c angedeutet ist. Anschließend wird die Folie 11 weiter gefördert, so dass der dreidimensional geformte und verfestigte Abschnitt, das dreidimensional geformte Isolationselement 4, aus der Heißpresse 16 bewegt wird (Figur 5d). Das fertig gestellte Isolationselement 4 kann durch geeignete Trennverfahren, bspw. durch Stanzen, vom Rest der Folie abgetrennt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Diplexer
    2
    Innenleiterstruktur
    3
    Gehäuse
    4
    oberes Isolationselement
    5
    unteres Isolationselement
    6
    Ausgang
    7
    Eingänge
    8
    untere PTFE-Platte
    9
    obere PTFE-Platte
    10
    verfestigte PTFE-Folie
    11
    ungesinterte PTFE-Folie
    12
    Rolle
    13
    Folienabschnitt
    14
    Stempel
    15
    Matrize
    16
    Heißpresse
    17
    Oberflächenstruktur
    18
    Heizspiralen

Claims (17)

  1. Hochfrequenzbauteil mit einer Innenleiterstruktur (2), die mit mindestens einem Isolationselement (4, 5) elektrisch gegen einen Außenleiter isoliert ist, wobei das Isolationselement (4, 5) die Innenleiterstruktur (2) mechanisch stützt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Isolationselement (4, 5) aus einer zu einer dreidimensionalen Struktur geformten Folie (10) gebildet ist, die durch Sinterung in dieser dreidimensionalen Struktur verfestigt wurde und aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Wandstärke gebildet ist, die geringer als eine durch die dreidimensionale Struktur bewirkte Dicke des Isolationselementes (4, 5) ist.
  2. Hochfrequenzbauteil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wandstärke der dreidimensionalen Struktur zwischen 50 µm und 500 µm beträgt.
  3. Hochfrequenzbauteil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Isolationselement (4, 5) aus einer zu der dreidimensionalen Struktur geformten PTFE-Folie (10) gebildet ist.
  4. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die dreidimensionale Struktur eine Zickzack-Form oder einen wellenartige Form aufweist.
  5. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die dreidimensionale Struktur in zumindest einer Richtung abwechselnd Erhöhungen und Vertiefungen bildet.
  6. Hochfrequenzbauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass die dreidimensionale Struktur radialsymmetrisch ausgebildet ist.
  7. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Innenleiterstruktur (2) in einer Sandwichbauweise zwischen zwei der Isolationselemente (4, 5) eingebettet ist.
  8. Hochfrequenzbauteil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die beiden Isolationselemente (4, 5) identische dreidimensionale Strukturen aufweisen und um einen Winkel, vorzugsweise um 90°, gegeneinander verdreht angeordnet sind.
  9. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das als Multiplexer, insbesondere als Diplexer, ausgebildet ist.
  10. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das als Hochfrequenzfilter ausgebildet ist.
  11. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das als Hochfrequenzkoppler ausgebildet ist.
  12. Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das als Hochfrequenzsplitter ausgebildet ist.
  13. Isolationselement für ein Hochfrequenzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    das aus einer zu einer dreidimensionalen Struktur geformten PTFE-Folie (10) gebildet ist, die durch Sinterung in dieser dreidimensionalen Struktur verfestigt wurde und eine Wandstärke aufweist, die geringer als eine durch die dreidimensionale Struktur bewirkte Dicke des Isolationselementes (4, 5) ist.
  14. Isolationselement nach Anspruch 13,
    bei dem die Wandstärke der dreidimensionalen Struktur zwischen 50 µm und 500 µm beträgt.
  15. Isolationselement nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die dreidimensionale Struktur eine Zickzack-Form oder einen wellenartige Form bildet.
  16. Isolationselement nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die dreidimensionale Struktur in zumindest einer Richtung abwechselnd Erhöhungen und Vertiefungen bildet.
  17. Isolationselement nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die dreidimensionale Struktur radialsymmetrisch ausgebildet ist.
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