SE447433B - Tvaports bredbandig vagisolator - Google Patents

Description

do 447 435 ° 2 utgångskontakterna utanför kåpan. Detta resistiva element, vilket är i huvudsak icke-reaktivt, ger den bredbandiga svarskarakteristiken.

Vid ett praktiskt utförande av en sådan bredbandig isolator för mycket höga frekvenser måste hänsyn emellertid tas till ytterligare faktorer.

Exempelvis är inte slingornas eller banornas induktans med avseende på det fria rummet försumbar, varför det yttre resistiva elementet ej kan vara beläget på den ideala punkten i nätet. Vidare blir också kapacitansen mellan slingorna eller banorna märkbar och hänsyn måste tas till denna. Verkan på nätet från "förpackningen" eller skyddskåpan kan ej längre försummas, t ex jordbanor kan bli induktanser och "goda" jordanslutningar är ej längre tillfredsställande. Den ideala uppbyggnaden visar sig då vara ett massivt, elektriskt ledande block, som är urholkat och utfört för att tillhandahålla erforderliga kretselement samt ej erfordrar nâgra yttre element.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en bredbandig vågisolator för höga frekvenser, såsom UHF-frekvenser under utnyttjande av pâ enkelt vis framställbara element samt med ett minimum av yttre komponenter.

Detta syfte uppnås medelst en tvåports bredbandig vågísolator för användning i elektroniska apparater avsedda för höga frekvenser innefattande gyromagnetiska element, magneter, en unilateralíserande reaistor, tvâ induktiva banor, varvid den longítudinella axeln hos en bana är vinkelrät mot den longítudinella axeln hos den andra banan. Isolatorn är konstruerad av ett flertal huvudsakligen parallella, intill varandra belägna plana element, där varje element har huvudsakligen samma dimension i sitt huvudplan, och åtminstone vissa av de plana elementen har öppningar utformade däri för att upptaga nämnda gyromagnetiska element och nämnda unilateralíserande resistor.

Magneterna är placerade intill de yttre plana elementen för att alstra ett statiskt magnetfält i en riktning huvudsakligen vinkelrätt mot ytorna för de plana elementen, vilket magnetfält är huvudsakligen likformigt i de gyromagnetiska elementen. Uppfinningen har särdragen att varje plant element är utformat av ett elektriskt ledande ickemagnetiskt material; att nämnda plana element tillsammans bildar ett lådliknande slutet hölje, som innesluter ísolatorns komponenter, vilket hölje bildar en fullständig skärm omkring alla komponenterna och utgör en värmesänka för komponenterna, speciellt den unilateralíserande resistorn; att isolerande partier är anbringade vid två av de plana elementen som angränsar till varandra för isolering av partier av vart och ett av dessa två element från intilliggande plana element; att ändarna av den unilateralíserande resistorn står i fysisk och elektrisk kontakt med var sin ände med nämnda två plana element; att nämnda två plana element innefattar nämnda induktiva banor och tillsammans med de andra plana elementen bildar induktanser, kapacitanser, ytterligare resistorer, 40 447 433 ' 3 kontakter, skärmnings- och jordbanor hos isolatorn; och att av nämnda två angränsande plana element det första elementet har ett första kontaktparti och en första del av en första kapacitans; att det andra elementet har ett andra kontaktparti och en första del av en andra kapacítans, varvid den unilateraliserande resistorn har sina anslutningar i elektrisk kontakt med de första och andra plana elementens kontaktpartier; och att de isolerande sektionerna innefattar en första, en andra och en tredje isolerande sektion, varvid den första isolerande sektionen är belägen mellan det första och det andra plana elementet för isolering av de induktiva banorna från varandra, den andra isolerande sektionen är belägen mellan det första och det andra plana elementet för isolering av det första kontaktpartíet från det andra plana elementet samt det andra kontaktpartiet från det första plana ' elementet, och den tredje isolerande sektionen är belägen för att isolera de första delarna av den första och den andra kapacitansen från angränsande områden hos de andra plana elementen. Företrädesvis är de gyromagnetiska elementen ferritskivor och är de plana elementen bildade av kopparark.

Vågisolatorn enligt uppfinningen har stor likhet med ett massivt block av elektriskt ledande material såsom koppar.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning. Därvid är fig 1 en översiktlig perspektívvy av en enligt uppfinningen utförd vågisolator i monterat tillstånd. Fíg 2 är en sprängvy av utföringsformen av vågisolatorn enligt fig 1. Fíg 3 är en ekvivalent krets av isolatorn enligt uppfinningen. Fíg 4 är ett frekvenssvarsdiagram, som visar en jämförelse mellan typisk införingsdämpning och återföringsdämpníng. Fíg 5 är en detaljvy av utföringsformen av vågisolatorn enligt fig 2 och visar de tvâ huvudelementen. U Den fysiska uppbyggnaden av en vågisolator 10 enligt uppfinningen framgår bäst vid jämförelse mellan fig 1 och 2, varvid fig 1 är en fullständigt monterad vågisolator, för vilken de enskilda elementen visas i fig 2. I fig 1 visas ett block 11 uppbyggt av lameller, tunna plattor eller ark 11A-11E, jfr fig 2, Lamellerna är inriktade med varandra och sammanfogade medelst små muttrar 12 och bultar 13. Blockets 11 plana element är företrädesvis bildade medelst fotolitografiska förfaranden av kopparark med en tjocklek av 0,122 mm (D,DO5 inch). Det torde observeras att muttrarna 12 och bultarna 13 endast är exemplifierande organ för ett kvarhålla lamellerna i blocket 11 i inriktning och tät anliggning.

Två magneter 15 är placerade angränsande det övre partiet och botten av blocket 11, varvid den magnetiska strukturen aär sådan att magnetfältet är i huvudsak vinkelrätt mot varje lamells 11A-11E plan. Magneterna måste ha en 40 447 433 ' 4 sådan dimension att de tillhandahåller ett likformigt fält med tillräckligt stor tvärsektion för isolatorns tillfredsställande funktion. En hållare 16 av stål eller järn kan vara anbríngad runt konstruktionen för att tillhandahålla en återföringsbana med hög permeabilitet. Fyra kilar 17, företrädesvis av elastiskt material med låg förlust, t ex det i handeln förekommande materialet TEFLU , förhindrar tilledare 20, 21 och 22 från att beröra varandra och kortslutas, hjälper till att skydda isolatorn och tilledarna från skada till följd av böjning, vibration och upphettning vid lödning, samt är dimensionerade för att bilda en ingång och utgång med önskade transmissionsledningsegenskaper, i detta fall en stiptransmissionsledning med 50 ohm.

De enskilda lamellerna 11A-11E visas tydligt i fig 2. Två massiva °“ lameller 11A utgör övre parti och botten och skärmar blocket fullständigt.

Två lameller 118 och 118 är belägna i mitten och innefattar tillsammans ledningar 23 och 24, resistorkontaktområden 25, en kapacitans 26 (fig 3) och kapacitansdelar 27 och 28, resístorer 30 och 31, induktanser 33 och 34, en del av jordreturbanan, jordtilledarna 20 och ingângs- och utgångsledarna 21 och 22. Lamellerna 11B och 11C kommer att beskrivas i detalj med hänvisning till fig 5.

Vidare finns två grupper av lameller 11D, vilka vardera innehåller två öppningar, en stor öppning 37, som är dímensionerad för att med god passning inrymma en ferritskiva 38, och en mindre öppning 40, som passar över en resistor 41 i längdled. Det torde observeras att gruppen av lameller 11D i fig 2 innehåller två undergrupper med sex lameller i vardera, men det inses att en enda lamell eller en platta utförd av ett tjockare material kan ersätta endera av undergrupperna av lameller 11D. I vilket fall som helst är antalet öppningar 40 bestämt av resístorns 41 tjocklek. I denna utföringsform är resistorn 41 en resistor med effekten 1/8 watt, har en tjocklek av ungefär 1,65 mm och är innesluten av de fjorton öppningarna 40 i lamellerna 118, 11C och 11D.

Vidare finns två ytterligare grupper av lameller 11E, vilka vardera har endast en öppning 37.

Ferritskivor 38, som i denna utföringsform har en tjocklek av ungefär 1,02 mm, är var och en innehållen i en grupp av åtta öppningar 37 i 1 lamellerna 11D och 11E. De i fig 2 visade elementen bör ha underkastats tidigare torkning, sedan monterats i torr atmosfär och förslutits med något lämpligt fuktsäkert förslutningsmedel för att ge maximal tillförlitlighet.

Den skvivalenta kretsen för vågisolatorn visas i fig 3 och kretsens element kommer att behandlas med hänvisning till fig 5. Fig 4 visar typiska kurvor 42 och 43 för dämpningen i fram- resp returriktningen och visar 1D 40 447 433 ' 5 bredbandskarakteristiken samt en maximal dämpningsskillnad av approximativt 45 dB.

I fig 5 visas de två mittlamellerna 11B och 11C, vilka för tydlighets skull är ytterligare förstorade. Varje lamell har en öppning 44 liknande öppningarna 37. üver centrum av varje öppning 44 finns ledare eller induktiv bana 23 och 24. Var och en av de induktiva banorna 23 och 24 kan betraktas som en induktans och en strömkälla. Arken 11B och 11C är efter etsning identiska och de isolerade områdena (beakrives nedan) är identiska.

Emellertid inverteras en lamell i samband med monteringen, varigenom banan 23 kommer att ligga vinkelrätt mot banan 24 när blocket är monterat. Ledningarna 23 och 24 är isolerade från varandra medelst det isolerande beläggningsområdet 45, som är påfört en eller båda banorna. Det föredragna isoleringsmaterialet är en fotoresist känd under handelsnamnet RISTON, TYP 211. Eftersom området 45 och de andra isolerande områdena, vilka beskrives nedan, liksom de etsade områdena kan fastläggas fotografiskt kan tillverkningskostnaderna i hög grad reduceras samtidigt som en hög grad av noggrannhet erhålles vid framställningen.

Mittområdet hos varje bana 23 och 24 har en öppning 46, som i hög grad reducerar kopplingskapacitansen 26 mellan banorna med endast obetydlig ökning i induktans, eftersom strömmen är koncentrerad till varje banas kanter.

Banornas 23 och 24 fria rumsinduktans bildar induktanserna 33 och 34.

Resístorersa 30 och 31 (fig 3) bildas av resistansen hos banorna 23 och 24 och län§~- .ns tilledarna från banorna. Ett område 48 av isolerande material isolerar varje tilledare 21 och 22. Det isolerade området 48 är uppdelat i två delar, en del på innsrsidan av lamellen 11B eller 11C och sträckande sig från resistorns kontaktområden 25 till kanten av det av lamellen uppbyggda blocket, och den andra delen på lamellens yttersida och sträckande sig från den icke-jordade änden hos banan 23 eller 24 till blockets kant.

Resistorn 41, som har mycket korta tilledare, kvarhålles i öppningarna 40 och resistorns tilledare är belägna mellan lamellerna 11B och 11C och anligger mot kontaktområdena 25. Således erfordras ett isolerande område 50 på varje lamell 11B och 11C mittemot kontaktområdet 25 för den andra av lamellerna 11B och 110. När isolatorn är fullständigt hopmonterad bildar med andra ord en tilledare för resistorn 41 kontakt med endast en av lamellerna 11B och 11C, medan den andra tilledaren bildar kontakt med endast den andra lamellen. Eftersom resistorn 41 har hela blocket av ledande material som värmesänka är resistorns förmåga att uppta effekt i hög grad utsträckt över dess märkvärde. Lamellerna 11A, 11D, 11E och samtliga områden hos lamellerna 11B och 11C, vilka står i elektrisk kontakt med andra lameller, bildar tillsammans jordåterföringsbanan och skärmning för vågisolatorn. 447 433 ' 6 Kapacitanserha 27 och 28 (fig 3) är ett resultat av kapacitansen mellan de isolerade tilledarna 21 och 22 och de angränsande områdena hos jordbanorna.

Den elektriska avstämningen av vâgisolatorn åstadkommas genom lämplig utformning av de elektriska ledningsbanornas bredder. I en föredragen utföringsfbrm bringades isolatorns índuktans till resonans vid ungefär 850 MHz medelst in- och utgångsledarna. Vidare valdes induktans/kapacitans-förhållandet så att in- och utimpedanserna var 50 ohm.

Den sektionen av kopparledare mellan de mellanliggande kílarna av TEFLO var utförda att vara stripledare med 50 ohm.

Den beskrivna avstämningen är bredbandig och har ej kritiska toleranser.

Den enda faktiska avstämning av vågisolatorn som erfordras är korrekt inställning av magnetfältet. " På ovan beskrivet vis âstadkommes med billiga och lätt framställbara lameller en ekvivalent till ett "kopparblock“ innefattande en i det närmaste ideal isolator för höga frekvenser. Olika variationer och modifieringar av vågisolatorn enligt uppfinningen är naturligtvis möjliga och dessa torde falla inom ramen för efterföljande patentkrav.

'I

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 40 447 433 ' 7 " PATENTKRAV

1. Tvåports bredbandig vågisolator för användning i elektroniska apparater avsedda för höga frekvenser innefattande gyromagnetiska element (38), magneter (15), en unilateraliserande resistor (41), två induktiva banor (23, 24), varvid den longitudinella axeln hos en bana är vinkelrät mot den longitudinella axeln hos den andra banan, varvid nämnda isolator är konstruerad av ett flertal huvudsakligen parallella, intill varandra belägna plana element, där varje element (11) har huvudsakligen samma dimension i sitt huvudplan; varjämte åtminstone vissa av de plana elementen har öppningar utformade däri för att upptaga nämnda gyromagnetiska element (38) och nämnda unilateraliserande resistor (41); varjämte nämnda magneter (15) är placerade intill de yttr plana elementen (11) för att alstra ett statiskt magnetfält i en riktning huvudsakligen vinkelrätt mot ytorna för de plana elementen, vilket magnetfält är huvudsakligen likformigt i de gyromagnetiska elementen; k ä n n e t e c k n a d av att varje plant element är utformat av ett elektriskt ledande icke- magnetiskt material; att nämnda plana element tillsammans bildar ett lådliknande slutet hölje, som innesluter isolatorns komponenter, vilket hölje bildar en fullständig skärm omkring alla komponenterna och utgör en värmesänka för komponenterna, speciellt den unilateraliserande resistorn; att isolerande partier (45, 48, 50) är anbringade vid tvâ (11b, 11c) av de plana elementen (11) som angränsar till varandra för isolering av partier av vart och ett av dessa två element från intilliggande plana element; att ändarna av den unilateraliserande resistorn står i fysisk och elektrisk kontakt med var sin ände med nämnda två plana element; att nämnda två plana element (11b, 11c) innefattar nämnda induktiva banor och tillsammans med de andra plana elementen bildar induktanser (23, 24, 33, 34), kapacitanser (26, 27, 28), ytterligare resistorer (30, 31), kontakter (20, 21, 22), skärmnings- och jordbanor hos isolatorn; och att av nämnda två angränsande plana element det första elementet (11C) har ett första kontaktparti (25) och en första del av en första kapacitans (27); att det andra elementet (118) har ett andra kontaktparti (25) och en första del av en andra kapacitans (28), varvid den unilateraliserande resistorn (41) har sina anslutningar i elektrisk kontakt med de första och andra plana elementens kontaktpartier (25); och att de isolerande sektionerna (45, 48, 50) innefattar en första, en andra och en tredje isolerande sektion, varvid den första isolerande sektionen (45) är belägen mellan det första och det 10 15 20 447 433 ' 8 andra plana elementet för isolering av de índuktiva banorna (23, 24) från varandra, den andra isolerande sektionen (S0) är belägen mellan det första och det andra plana elementet För isolering av det första kontaktpartiet från det andra plana elementet samt det andra kontaktpartiet från det första plana elementet, och den tredje isolerande sektionen (48) är belägen för att isolera de Första delarna av den första och den andra kapacitansen från angränsande områden hos de andra plana elementen.

2. Vågisolator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de gyromagnetíska elementen utgöres av ferritskivor (38).

3. Vågisolator enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att de plana elementen (11) är bildade av kopparark.

4. Vågisolator enligt något av krav 1 -'3, k ä n n e t e c k n a du av att de plana elementen (11) är tillverkade medelst ett litografiskt förfarande.

5. Vågisolator enligt något av krav 1 - 4, k å n n e t e e k n a d av att de isolerande sektionernas ytområden (45, 48, SD) är fastlagda medelst ett Fotolitografiskt förfarande.

6. Vågisolator enligt något av krav 1 - 5, k ä n n e t e c k n a d av att en returbana (16) med hög permeabilitet är inrättad för magnetfältet. _'Ü. Vâgisolator enligt något av krav 1 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda två plana element (11b, 110) är identiska och är försedda med en översida och en undersida, varvid det undre plana elementet är vänt 180° relativt det övre plana elementet så att det undre elementets undersida är vänt mot och anligger mot det övre elementets undersida.