同轴射频装置导热聚合物绝缘子以及制造方法

专利名称：同轴射频装置导热聚合物绝缘子以及制造方法
技术领域：
本发明涉及与同轴电缆使用的嵌入式(in-line)射频(RF)装置的功率调控能力的改善。更特殊的，本发明涉及通过导热绝缘子改善这些装置热耗散的方法和设备。
背景技术：
功率逐步上升，如系统重复占位，需要用如RF连接器和电涌装置等同轴RF装置来控制，相应地也增加了这些装置中产生的热量。特别的，DC块或者偏T形元件应用在嵌入式同轴装置的内部导体将产生显著的热量，如果不耗散，可能损坏或者毁掉装置。
导热聚合物加入，例如，陶瓷填充材料来产生具有极大增加的导热性能的聚合物。采用导热聚合物的散热片，机壳，二次成型件通过注射成型模能够低成本的成型，从而能改善电气元件和或电路组件的热耗散。
因此，本发明的目的之一是提供一种克服以前工艺缺陷的装置。

发明内容
本发明提供了一种绝缘子，用于将内部导体支撑在同轴装置的外部导体内，该绝缘子由导热率至少4W/mK的导热聚合物成分的一部分形成。该部分尺寸为外径与外部导体接触以及同轴中心孔支撑从其穿过的内部导体。可以在所述部分中形成腔，用于介电匹配和或节省材料为目的。绝缘子可以通过注射成型低成本的制造。


包括在其中并组成此说明的一部分的附示了本发明的实施例，并与上述本发明的大体描述，以及下述本实施例的详细描述一起，用来解释本发明的原理。
图1是示根据本发明的示例导热绝缘子的立体图；图2是图3沿A-A线的剖面图；图3是图1的侧视图；图4是根据本发明导热绝缘子的一个选择性实施例的立体图；图5是图6沿A-A线的剖面图；图6是图4的侧视图；图7是根据本发明导热绝缘子的另一个选择性实施例的立体图；图8是图7的立体端视图；图9是以等轴截面图示出的同轴RF装置的热模型，颜色梯度从红到蓝代表了从热到冷的温度。
具体实施例方式
嵌入式同轴装置用绝缘子来将内部导体的元件与外部导体同轴定位，而内部导体和外部导体不会电连接。在以前的技术中，绝缘子材料主要根据绝缘材料的介电值、加工的容易度以及成本来选择。典型地，绝缘子材料是聚四氯乙烯(PTFE)或者聚乙醚亚胺(PEI)，它们都有有利的绝缘特性，但都相对不导热。
发明者意识到，绝缘子以及任何在内部导体和环绕的外部导体之间封闭的空气空间在内部导体和此处任何与内部导体连接的装置周围产生了热穴。在根据本发明的装置中，以前相对非导热绝缘子的绝热效果可以通过施加导热聚合物成分而显著降低。这些聚合物成分的高导热能力作为产生通过绝缘子的热传导路径来将热量从内部导体传导到外部导体，该外部导体然后作为有效的散热片将热量传导到周围环境空气。通过改善此装置的热耗散，惊人的能量控制能力改进可以得到实现。
PTFE导热率为1.7W/mK，PEI的导热率大约为0.9W/mK。为了描述的目的，导热聚合物成分具有的导热率特性至少为4W/mK。导热聚合物成分可以通过基本聚合物和导热填充材料形成。基本聚合物可以是聚苯硫(PPS)，热塑性弹性体(TPE)，聚丙稀(PP)，液晶聚合物(LCP)或者类似的，而氮化硼颗粒，碳纤维或者陶瓷颗粒可以用做导热填充材料。在导热聚合物成分的一个示例中，导热聚合物包括30％到60％的基本聚合物，25％到50％的第一导热填充材料以及10％到25％的第二导热填充材料。商业上可购得的具有合适绝缘性能的导热聚合物成分是Warwick，RI的Cool Polymers公司的CoolPolyD5108，该聚合物具有10W/mK的显著改善的导热性。
导热聚合物成分应用为同轴绝缘子的一个考虑是所形成的绝缘子的介电常数与它所设计应用的同轴线的介电常数的均衡。例如CoolPolyD5108的介电常数在一兆赫下测量为3.7，而标准PTFE典型的介电常数为2左右。
为了补偿导热聚合物成分增加的介电常数，绝缘子1的横截面积可以调整。例如，如图1-8所示，绝缘子1可以形成为带有多个穴或者其它腔5用来调整导热聚合物成分的一部分的横截面积，该部分尺寸定为围绕外周10与外部导体15相接触并且具有尺寸定为与内部导体相接触的中心孔20。如图7和8所示的例子中，腔5可以形成为环形段形状，优选具有四个腔5，在余下的材料中产生均匀分布的轮辐式结构，该结构适合于在生产中双轴分开成型，例如，通过注射成型。另外，绝缘子10可以形成为例如在前端30和或后端35具有腔的圆柱形。为改善注射成型生产中的脱模性能，每一个穴和或腔可以形成为只对绝缘子10的一个面打开。
发明者试验了Andrew公司的ABT-DFDM-DB同轴斜T装置，该装置在每一端具有传统的实心圆柱形PTFE非导热绝缘子。此装置在500W@883MHz加上250W@1940MHz重叠操作数分钟后热失效。当绝缘子，仅仅与导热聚合物成分绝缘子交换时，特别是CoolPolyD5108导热材料，此装置在对于总共910W的另外160W的反射载荷下以244的稳定状态运行。
此外，FEA热模型分析基于施加到同轴RF装置40的中心导体上的电容断续器45上的5瓦稳定热载荷完成。中心导线被根据本发明的导热聚合物成分的绝缘子10所支撑。图9显示了FEA热模拟分析的结果，带有颜色梯度从红到蓝，红代表最热的区域。字母标记应用到模型的的代表性区域和相应的温度范围，以容易阅读。中间区域50的未耗散热量将聚集，例如，熔化电容断续器45的绝缘元件或者根据普通PTFE绝缘子同轴装置的物理试验否则将热破坏此装置。相反的，图9显示了稳定状态热分布曲线，中间区域50和或电容断续器45从不超过同轴RF装置40材料的热极限。
本领域技术人员将理解根据本发明的绝缘子10可以应用到需要改善的热耗散，以及更大的功率容量任何同轴RF装置40上。例如，本发明可以用作天线和诸如电涌放电器，过滤器，斜三通，信号分接头，DC断续器，接线器等类似物的嵌入式同轴装置的同轴部分的支撑绝缘子。因为热耗散以及因此的功率控制得到如此显著的改善，装置的总尺寸可以减小，进一步降低了材料成本，总的装置重量和所需的安装空间。
部件表

上述描述中已经对比率，整数，元件或者模块做了参考，如果已经它们的等价物，那么这些等价物将结合于此，就如同它们被单独阐述那样。
虽然已经通过对本发明的实施例的描述来阐述了本发明，并且虽然实施例被相当详细的描述，发明者的目的不是限定或者以任何形式限制所附权利要求到如此详细的范围。对本领域的技术人员来说，其它优势和修改将是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面并不局限于所显示和描述的特定细节，代表性装置，方法以及说明性范例。相应地，在不背离申请人总的发明原理的实质和范围的情况下可以在这些细节上做出变更。此外，应当理解，改进和/或修改可以在不背离如下定义的权利要求书的范围或者实质下做出。
权利要求
1.一种将内部导体支撑在同轴装置外部导体中的绝缘子，包括导热率至少4W/mK的导热聚合物成分的部分；该部分尺寸为外径与外部导体接触，并且同轴中心孔支撑从其穿过的内部导体。
2.如权利要求1所述的绝缘子，还包括形成于外径上的多个腔。
3.如权利要求2所述的绝缘子，其中，所述多个腔的每一个尺寸相等。
4.如权利要求2所述的绝缘子，其中，所述多个腔为四个。
5.如权利要求2所述的绝缘子，其中，所述多个腔中的每个都大体为圆环段形状。
6.如权利要求1所述的绝缘子，还包括设置在该绝缘子前侧和后侧的多个腔。
7.如权利要求1所述的绝缘子，还包括至少一个设置在绝缘子前侧和后侧之一上的腔。
8.如权利要求1所述的绝缘子，其中，导热聚合物成分的介电常数在一兆赫测量时小于4。
9.如权利要求1所述的绝缘子，其中，导热率至少10W/mK。
10.如权利要求1所述的绝缘子，其中，所述绝缘子为圆柱形。
11.如权利要求1所述的绝缘子，其中，所述部分是一个整体部分。
12.一种制造绝缘子的方法，该绝缘子用于将内部导体支撑在同轴装置的外部导体中，此方法包含步骤为成型导热率至少为4W/mK的导热聚合物成分的部分；该部分尺寸为外径与外部导体接触以及同轴中心孔与内部导体接触。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该部分是通过注射成型形成的。
14.如权利要求12所述的方法，其中，该部分是圆柱形的。
15.如权利要求12所述的方法，还包括位于该部分的多个腔。
16.如权利要求12所述的方法，其中，通过注射成型时，所述腔设置为双轴分开成型。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述腔在该部分均匀分布。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述导热聚合物成分导热率至少为10W/mK。
19.如权利要求12所述的方法，其中，导热聚合物成分的介电值在一兆赫测量时少于4。
20.如权利要求12所述的方法，其中，该部分形成为一个整体部分。
全文摘要
本发明公开了一种绝缘子，用于将内部导体支撑在同轴装置的外部导体内，该绝缘子由导热率至少4W/mK的导热聚合物成分的一部分形成。该部分尺寸为外径与外部导体接触以及同轴中心孔支撑从其穿过的内部导体。可以在所述部分中形成腔，用于介电匹配和或节省材料为目的。绝缘子可以通过注射成型低成本的制造。
文档编号H01B3/18GK101079340SQ200710107608
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者肯德里克·范斯韦林根 申请人:安德鲁公司