DE2033948C2

DE2033948C2 - Non-reciprocal circuit element

Info

Publication number: DE2033948C2
Application number: DE19702033948
Authority: DE
Inventors: Naohiko Tokio Kanbayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1969-10-02
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1977-09-22

Description

Die Erfindung betrifft ein nichtreziprokes Schaltungselement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a non-reciprocal circuit element the type specified in the preamble of claim 1.

Bei einem typischen nichtreziproken Schaltungselement ist ein mit Anschlüssen versehener Innenleiter zwischen zwei Mikrowellen-Ferritbauteilen angeordnet, die wiederum von Bezugsleiterflächen umgeben sind, die beispielsweise aus Kupfer bestehen. Die Bezugsleiterflächen befinden sich zwischen den Magneten für die Erregung der Ferritbauteile. Alle diese Elemente werden mit Hilfe von Andruckplatten, die beispielsweise aus Silikonkautschuk bestehen, in ihren Lagen im Innern eines magnetischen Abschirmgehäuses gehalten. Das magnetische Abschirmgehäuse ist auf einer Tragplatte befestigt. Wenn ein nichtreziprokes Schalungselement mit der oben beschriebenen Konstruktion mit hoher Leistung betrieben wird, so wird von dem Innenleiter und den Mikrowellen-Ferritbauteilen eine relativ hohe Wärmemenge erzeugt; dadurch verschlechtern sich die Welligkeitsfaktoren an den Anschlüssen, und der wesentliche Zweck eines solchen Schaltungselementes kann nicht erreicht werden. Bei bekannten Schaltungselementen wird die Betriebsleistung durch die obenerwähnte Wärmeerzeugung auf einen relativ geringen Wert begrenzt.A typical non-reciprocal circuit element is a terminal inner conductor arranged between two microwave ferrite components, which in turn are surrounded by reference conductor surfaces are made, for example, of copper. The reference conductor surfaces are between the magnets for the excitation of the ferrite components. All these elements are made with the help of pressure plates that consist for example of silicone rubber, in their layers inside a magnetic shielding housing held. The magnetic shield case is attached to a support plate. If a non-reciprocal Formwork element with the construction described above is operated with high power, it is from generates a relatively large amount of heat in the inner conductor and the microwave ferrite components; through this the ripple factors at the terminals deteriorate, and the essential purpose of such Circuit element cannot be reached. In known circuit elements, the operating power limited by the above-mentioned heat generation to a relatively low value.

Es ist bereits ein Y-Zirkulator in Streifenleiterbauweise (US-PS 31 74 116) bekannt, bei welchem Maßnahmen zur Ableitung von im Ferritmaterial entstehender Verlustwärme zu den Bezugsleiterflächen getroffen sind. Dazu ist ein Stift aus gut wärmeleitendem Metall vorgesehen, der senkrecht zur Ebene des Innenleiters diesen, die beiden ihn umgebenden Femlbauieile und die an letztere angrenzenden Bezugsleiterflächen zentral durchsetzt. Bei diesem Zirkulator sind jedoch die Bezugsleiterflächen zugleich Wandteile des Gehäuses, so daß sich weitere Maßnahmen zur Abfuhr von WärmeThere is already a Y-circulator in stripline construction (US-PS 31 74 116) known in which measures taken to dissipate heat losses from the ferrite material to the reference conductor surfaces are. For this purpose, a pin made of metal with good thermal conductivity is provided, which is perpendicular to the plane of the inner conductor this, the two femlbauieile surrounding it and the reference conductor surfaces adjoining the latter centrally interspersed. In this circulator, however, the reference conductor surfaces are also wall parts of the housing, so that there are further measures to dissipate heat

nach außen erübrigen.to the outside world.

Weiterhin ist ein breitbandiger Y-Zirkulator i_n Hohlleiterbauweise (DT-PS 1165 695) bekannt, bei welchem in ähnlicher Weise Wärme von dem Ferritmaterial zum Hohlleiter abgeführt wird.Furthermore, a wide-band Y-circulator i _n waveguide structure (DT-PS 1 165 695) is known, in which in a similar way heat from the ferrite material discharged to the waveguide.

Schließlich ist noch ein nichtreziprokes Schaltungselement der angegebenen Gattung (japanisches Gebrauchsmuster Nr. 29 966/68) bekannt, bei dem sich die Bezugsleiterflächen parallel zu dem Innenleiter und den Ferritbauteilen erstrecken und in einer Abstufung des blockförmigen Wärmeabieiters anliegen, der wiederum an einer Ableitplatte angebracht ist. Da die Berührungsflächen zwischen den Bezugsleiterflächen und dem blockförmigen Wärmeableiter nur relativ klein sind, ergibt sich ein schlechter Wärmeübergang und damit eine nur geringe Wärmeableitung. Außerdem liegen relativ große Flächen der Bezugsleiterflächen vor der Kontaktstelle mit dem blockförmigen Wärmeableiter frei, so daß durch Konvektion und Wärmestrahlung diese Bereiche des bekannten nichtreziproken Schaltungselementes erwärmt werden. Weiterhin ist für das Einsetzen des blockförmigen Wärmeabieiters eine relativ große öffnung in dem magnetischen Abschirmgehäuse erforderlich, so daß sich eine Beeinflussung und Änderung der magnetischen Eigenschaften des auch von dem Abschirmgehäuse gebildeten magnetischen Kreises nicht vermeiden lassen. Und schließlich hat das bekannte nichtreziproke Schaltungselement aufgrund seines Aufbaus noch folgenden wesentlichen Nachteil: Da die Bezugsleiterflächen in der Nähe der Magnete über den Wärmeableiter nach außen verlängert sind und die Ableitplatte an diesem verlängerten, durch den blockförmigen Wärmeableiter gebildeten Bereich angebracht ist, wird bei dem bekannten Zirkulator im wesentlichen nur die Wärme von den magnetischen Bauteilen, nämlich den Ferritbauteilen und den Magneten, abgeleitet. Dadurch lassen sich zwar Verluste in Vorwärtsrichtung verbessern, die Verluste in der umgekehrten Richtung können jedoch nicht beeinflußt werden.Finally, there is a non-reciprocal circuit element of the specified type (Japanese utility model No. 29 966/68) known, in which the reference conductor surfaces parallel to the inner conductor and the Ferrite components extend and abut in a gradation of the block-shaped heat dissipator, which in turn is attached to a diverter plate. Since the contact surfaces between the reference conductor surfaces and the block-shaped heat sinks are only relatively small, there is poor heat transfer and thus only low heat dissipation. In addition, there are relatively large areas of the reference conductor surfaces in front of the Contact point with the block-shaped heat sink free, so that by convection and thermal radiation these areas of the known non-reciprocal circuit element are heated. Furthermore, for the Insertion of the block-shaped heat sink a relatively large opening in the magnetic shielding housing required, so that there is an influence and change in the magnetic properties of the also Do not avoid the magnetic circuit formed by the shield case. And finally that has known non-reciprocal circuit element due to its structure still has the following significant disadvantage: Because the reference conductor surfaces near the magnets are extended to the outside via the heat sink and the dissipation plate attached to this elongated area formed by the block-shaped heat sink is, in the known circulator is essentially only the heat from the magnetic Components, namely the ferrite components and the magnet derived. This can lead to losses in Improve the forward direction, but the losses in the reverse direction cannot be influenced will.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein nichtreziprokes Schaltungselement der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem neben einer Verbesserung der Wärmeableitung auch die Verluste sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in umgekehrter Richtung vei ringen werden.The invention is therefore based on the object of providing a non-reciprocal circuit element of the specified To create a genus in which not only an improvement in heat dissipation but also losses vei will wrestle both in the forward direction and in the reverse direction.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgendem Aufbau: Der plattenförmige Wärmeableiter ist mit Zungen versehen, die durch kleine, die magnetischen Eigenschaften kaum beeinflussende öffnungen des magnetischen Abschirmgehäuses vorstehen und an den Seitenbereichen der Bezugsleiterflächen anliegen; die eine geschlossene Umhüllung bildenden Bezugsleiterflächen nehmen in ihrem Innern den Innenleiter und die Ferritbauteile auf, zwischen denen sich der Innenleiter befindet. Dadurch wird jedoch nicht nur die Wärme abgeleitet, die von den Ferritbauteilen erzeugt wird, sondern auch die von dem Innenleiter erzeugte Wärme wird durch den direkten Kontakt zwischen den einzelnen Teiler sehr gut abgeleitet. Dadurch ergibt sich nicht nur eine Verringerung des Verlustes in Vorwärtsrichtung, sondern auch des Verlustes in der umgekehrten Richtung, wie man aus der Kurve (b)von F i g. 4B erkennen kann.The advantages achieved with the invention are based in particular on the following structure: The plate-shaped heat sink is provided with tongues which protrude through small openings in the magnetic shielding housing which hardly influence the magnetic properties and which rest against the side areas of the reference conductor surfaces; the reference conductor surfaces, which form a closed envelope, accommodate the inner conductor and the ferrite components between which the inner conductor is located. As a result, however, not only the heat generated by the ferrite components is dissipated, but the heat generated by the inner conductor is also dissipated very well through the direct contact between the individual dividers. This results not only in a reduction in the loss in the forward direction, but also in the loss in the reverse direction, as can be seen from curve (b) in FIG. 4B can see.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die Zungen nur unter Zwischenschaltung der seitlichen Bezugsleiterflächen an den Ferritbauteilen anliegen, so daß sich in diesen für die Wärmeableitung wesentlichenAnother important advantage is that the tongues only with the interposition of the side Reference conductor surfaces rest on the ferrite components so that they are essential for heat dissipation

Bereichen ein guter Wärmeübergang ergibt; außerdem liegen nur relativ kleine Flächen der Bezugsleiterflächen frei, so daß die Wärmeübertragung von diesen Stellen in das Innere des Zirkulator zu vernachlässigen ist. Und schließlich befindet sich eine Bezngsleiterfläche in direktem, engem Kontakt mit der magnetischen Abschirmung, d. h., zwischen ihnen ist kein zusätzliches Teil, beispielsweise der Magnet bei dem Zirkulator nach dem japanischen Gebrauchsmuster, angeordnet. Auch dadurch läßi sich der Wärmeübergang von den Ferritbauteilen und den Bezugsleiterflächen zu dem plattenförmigen Wärmeableiter verbessern.A good heat transfer results in areas; in addition, there are only relatively small areas of the reference conductor surfaces free, so that the heat transfer from these points into the interior of the circulator is negligible. and Finally, there is a reference conductor surface in direct, close contact with the magnetic one Shield, d. i.e., there is no additional part between them, e.g. the magnet in the circulator behind the Japanese utility model. This also allows the heat transfer from the Improve ferrite components and the reference conductor surfaces to the plate-shaped heat sink.

Das nichtreziproke Schaltungselement nach der vorliegenden Erfindung kann also mit hoher Betriebsleistung arbeiten, ohne daß zu hohe, zu Verlusten führende Temperaturen auftreten. Die zur Kühlung vorgesehenen konstruktiven Maßnahmen beeinflussen die elektrischen Eigenschaften des Schaltelementes ..icht. Da das Schaltungselement einen einfachen Aufbau hat und sich deshalb mit geringem Aufwand herstellen läßt, eignet es sich sehr gut für die Massenfertigung.Thus, the non-reciprocal circuit element according to the present invention can have high operating performance work without excessively high temperatures leading to losses. The ones intended for cooling Constructive measures affect the electrical properties of the switching element .. not. Since that Circuit element has a simple structure and can therefore be manufactured with little effort, it is suitable very good for mass production.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, wozu auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigtIn the following, the invention is further explained with the aid of exemplary embodiments, including reference to the drawings Is referred to. It shows

F i g. 1 einen Schnitt durch ein herkömmliches nichtreziprokes Schaltungselement,F i g. 1 shows a section through a conventional non-reciprocal circuit element,

Fig.2 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines nichtreziproken Schaltungselementes nach der Erfindung,2 shows a section through a first embodiment of a non-reciprocal circuit element according to the invention,

F i g. 3 eine auseinandergezogene Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines nichtreziproken Schaltungselementes nach der Erfindung undF i g. 3 is an exploded view of a second embodiment of a non-reciprocal circuit element according to the invention and

Fig.4A und 4B graphische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkung des nichtreziproken Schaltungselementes nach der Erfindung.4A and 4B are graphs for explaining the effect of the non-reciprocal circuit element according to the invention.

Aus Fig. 1 ist die Konstruktion eines typischen nichtreziproken Schaltungselements ersichtlich. Ein Innenleiter 1 mit Anschlüssen 7"I, T2 usw. ist zwischen einem Paar von Mikrowellenferriten 2 angeordnet, welche wiederum von einem Gehäuse 3, z. B. aus Kupfer, umgeben sind. Das Gehäuse 3 ist zwischen Magneten 4 angeordnet. Alle oben beschriebenen Bauteile werden mittels Andruckplatten 5, welche z. B. aus Silikonkautschuk bestehen, in einem magnetischen Abschirmgehäuse 6 an Ort und Stelle gehalten. Das magnetische Abschirmgehäuse 6 ist auf einer Tragplatte 7 befestigt. Diese Konstruktion eines nichtreziproken Schaltungselements weist die bereits weiter oben beschriebenen Nachteile auf.Referring to Figure 1, the construction of a typical non-reciprocal circuit element can be seen. An inner conductor 1 with connections 7 ″ I, T2 etc. is arranged between a pair of microwave ferrite 2, which in turn are surrounded by a housing 3, for example made of copper. The housing 3 is arranged between magnets 4. All of the above Components are held in place in a magnetic shielding housing 6 by means of pressure plates 5, which for example consist of silicone rubber. The magnetic shielding housing 6 is fastened to a support plate 7. This construction of a non-reciprocal circuit element has the disadvantages already described above .

Aus Fig.2 ist eine erste Ausfuhrungsfcvm gemäß Erfindung ersichtiich. Bei dieser ist ein Innenleiter la mit Anschlüssen TIa und T2a zwischen Mikrowellen-Ferritelementen 2a angeordnet, welche wiederum von einem Gehäuse 3a aus Kupfer umgeben sind. Auf dem Gehäuse 3a ist ein Magnet 4a angeordnet, und die Bodenfläche des Gehäuses 3a steht direkt mit einem magnetischen Abschirmungsgehäuse 6a aus Stahl in Berührung. Eine Andruckplatte 5a aus Silikonkautschuk ist auf dem Magneten 4a angeordnet, und auf der Druckplatte 5a sitzt ein magnetisches Absehirmgehäuseteil 6i>, welches mit dem Abschirmgehäuseteil 6a zusammenwirkt und ein Abschirmgehäuse bildet. Das Abschirmgehäuseteil 6a ist mit einer Mehrzahl von öffnungen ivl,if2 usw. versehen, durch welche Zungen 81, 82 usw. einer Wärmeableitungsplatte oder eines Kühlkörpers 8 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie etwa Kupfer, Aluminium usw., ragen. Die Zungen 81, 82 usw. stehen mit den Seitenwänden des Gehäuses 3a in enger Berührung oder sind an diese angelötet. Die Wärmeableitungsplatte oder der Kühlkörper 8 ist fest an der Tragplatte 7a, z. B. durch Anlöten, befestigt.From Figure 2 is a first Ausführungsungsfcvm according to Invention apparent. This is an inner conductor la with Connections TIa and T2a arranged between microwave ferrite elements 2a, which in turn of a housing 3a made of copper are surrounded. A magnet 4a is arranged on the housing 3a, and the Bottom surface of the case 3a is directly connected to a magnetic shield case 6a made of steel Contact. A pressure plate 5a made of silicone rubber is arranged on the magnet 4a, and on the Pressure plate 5a sits a magnetic Absehirmgehäuseteil 6i>, which with the shielding housing part 6a cooperates and forms a shielding housing. The shield housing part 6a is provided with a plurality of openings ivl, if2 etc. provided through which tongues 81, 82 etc. a heat dissipation plate or a heat sink 8 made of a material that conducts heat well, such as copper, aluminum, etc. protrude. The tongues 81, 82, etc. are with the side walls of the housing 3a in close contact or are soldered to this. The heat dissipation plate or heat sink 8 is fixed on the support plate 7a, for. B. by soldering attached.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform gemäß Erfindung unter Bezug auf Fig.3 erläutert. Ein Gehäuse 13 umgibt Mikrowellen-Ferritelemente (nicht gezeigt) und einen Innenleiter mit Anschlüssen 7"ii, T12 und Tu (es sind nur die Anschlüsse gezeigt), an welchen isolierende Abstandsstücke 14|, 142 und 14₃ befestigt sind. Das Gehäuse 13 ist auf der Bodenplatte 16a eines magnetischen Abschirmgehäuses 16 aus Stahl mittels einer Silikonverbindung (nicht gezeigt) befestigt, um einen guten Wärmeübergang zwischen ihnen zu gewährfeisten. An der Oberfläche 13a des Gehäuses 13 ist ein Magnet 14 mit einem zweckmäßigen Klebstoff (nicht gezeigt) befestigt, und eine Stahlkappe 17 ist über dem Magneten 14 durch eine Andruckplatte 15 aus z. B. Silikonkautschuk angebracht. Die Zungen 17i, 172 und 17i, welche aus Teile der Kappe 17 von dieser abragen, sitzen in Aussparungen 16|, I62 und I63 des Abschirmgehäuses 16. Die Zungen sind mit dem Gehäuse 16 durch einen zweckmäßigen Klebstoff (nicht gezeigt) verbunden. Das Gehäuse 16 ist mit Durchbrechungen Wn, W12 und Wm versehen, in welche die Zungen 19|, 19₂ und 19₃ einer Wärmeableitungsplatte oder eines Kühlkörpers 18 aus Kupfer, Aluminium usw. eingesetzt sind. Diese Zungen 19i, 19₂ und 193 sind in enge Berührung mit der Seitenwand des Gehäuses 13 gebracht oder an dieses angelötet. Zwischen der Wärmeableitungsplatte oder dem Kühlkörper 18 und dem Gehäuse 16 ist eine Silikonverbindungsschicht vorgesehen, um den Wärmeübergang zwischen diesen beiden Teilen zu erleichtern. Die Montagezungen 20i, 2O2 und 2O₃ des Gehäuses sind fest an einer Tragplatte (nicht gezeigt) zusammen mit den Montagezungen 211,2I₂ und 2I3 der Wärmeableitungsplatte oder des Kühlkörpers 18 durch Anlöten oder mittels Schrauben usw. befestigt.A second embodiment according to the invention is explained below with reference to FIG. A housing 13 surrounds microwave ferrite elements (not shown) and an inner conductor with connections 7 "ii, T12 and Tu (only the connections are shown) to which insulating spacers 14 |, 142 and 14 _{3 are} attached. The housing 13 is attached to the base plate 16a of a magnetic shielding housing 16 made of steel by means of a silicone compound (not shown) to ensure good heat transfer between them. A magnet 14 is attached to the surface 13a of the housing 13 with a suitable adhesive (not shown), and a steel cap 17 is attached over the magnet 14 by a pressure plate 15 made of, for example, silicone rubber The tongues are connected by a suitable adhesive (not shown) to the housing 16. The housing 16 is provided with openings Wn, W12 and Wm into which the tongues 19 |, 19 ₂ and 19 _{3 of} a heat dissipation plate or a heat sink 18 made of copper, aluminum, etc. are used. These tongues 19i, 19 ₂ and 193 are brought into close contact with the side wall of the housing 13 or are soldered to it. A silicone bonding layer is provided between the heat dissipation plate or the heat sink 18 and the housing 16 in order to facilitate the transfer of heat between these two parts. The mounting tongues 20i, 2O2 and 2O _{3 of} the housing are firmly attached to a support plate (not shown) together with the mounting tongues 211,2I ₂ and 2I3 of the heat dissipation plate or the heat sink 18 by soldering or by means of screws, etc.

Die in den Schaltungselementen mit der obigen Konstruktion erzeugte Wärme kann in sehr zufriedenstellender Weise abgeleitet werden, wie dies aus den Kennlinien von F i g. 4 ersichtlich ist. F i g. 4A zeigt die Beziehung zwischen der Leistung und den dabei auftretenden Temperaturen. Die Kurve a zeigt die Kennlinie für ein herkömmliches nichtreziprokes Schaltungselement. Die Kurve b zeigt die Kennlinie für ein nichtreziprokes Schaltungselement gemäß Erfindung. Aus dieser Figur geht klar hervor, daß das Schaltungselement gemäß Erfindung bei gleicher Betriebstemperatur eine mehr als zweimal höhere Betriebsleistung als das herkömmliche Element gleicher Größe aufweist. F i g. 4B zeigt die Beziehung zwischen der Zeit und der Änderung des Welligkeitsfaktors. Die Kurve a zeigt die Kennlinie für ein herkömmliches nichtreziprokes Schaltungselement. Die Kurve b zeigt die Kennlinie für ein nichtreziprokes Schaltungselement gemäß Erfindung. Aus dieser Figur geht hervor, daß bei dem Schaltungselement gemäß Erfindung nur eine sehr geringe Änderung des Welligkeitsfaktors auftritt.The heat generated in the circuit elements with the above construction can be dissipated in a very satisfactory manner, as shown in the characteristics of FIG. 4 can be seen. F i g. 4A shows the relationship between performance and the temperatures involved. Curve a shows the characteristic for a conventional non-reciprocal circuit element. Curve b shows the characteristic for a non-reciprocal circuit element according to the invention. It is clear from this figure that the circuit element according to the invention has an operating power which is more than twice higher than the conventional element of the same size at the same operating temperature. F i g. 4B shows the relationship between time and the change in the ripple factor. Curve a shows the characteristic for a conventional non-reciprocal circuit element. Curve b shows the characteristic for a non-reciprocal circuit element according to the invention. From this figure it can be seen that in the circuit element according to the invention only a very small change in the ripple factor occurs.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Non-reciprocal circuit element with an inner conductor arranged between two ferrite components, with reference conductor surfaces on the outside of the ferrite components, with a magnetic shielding housing and with heat sinks which come into contact with the reference conductor surfaces through openings in the magnetic shielding housing, characterized in that the reference conductor surfaces (3a , 13)) also surround the side walls of the ferrite components (2a, that through the openings (Wu W _2, W _3, Wi i, Wn, Wi ₃₎ in the magnetic shielding case (6a, 6h, 16, 17) tongues (81, 82, 191, 192, 193) of the plate-shaped heat sink (8, 18) protrude and rest on the viewing areas of the reference guide surfaces (3a, 13) and that a surface of the reference conductor surfaces (3a, 13) without the interposition of other parts in direct, narrow Contact with the magnetic shielding housing (6a, 66, 16, 17) is located.

2. Non-reciprocal circuit element according to claim 1, characterized in that the bottom of the magnetic shielding housing (6a, 6b, 16,17) is in close contact with the surface of the plate-shaped heat sink (8,18).