专利名称：具有低介电损耗的高频构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有内部导体结构的高频构件，所述内部导体结构借助至少一个
绝缘元件相对于外部导体电绝缘，其中绝缘元件机械地支撑所述内部导体结构。
背景技术：
在高频技术中经常使用高频构件，在这些高频构件中内部导体结构不仅必须相对 于外部导体绝缘，而且也必须被机械地支撑。这样的例子有滤波器、耦合器、分离器或者多 路复用器。 例如在基站和移动无线电天线之间使用双工器，以便能够通过移动无线电天线在 不同频带内、例如用于GSM和UMTS的频带内发射信号。所述双工器导致插入损耗，该插入损 耗应当尽可能的小。在已知的双工器中，构成分频装置的内部导体结构以夹层结构方式嵌 入到由聚四氟乙烯(PTFE)制成的两个实心板中。所述绝缘元件用于内部导体结构相对于 外部导体的电绝缘，所述外部导体由双工器的壳体构成或者集成在双工器的壳体中。同时， 绝缘元件还用于壳体内往往较薄的内部导体结构的支撑或固定，以便确保到外部导体的恒 定的、已定义的距离。材料PTFE因为其对于高频信号的低介电损耗而被用作绝缘材料，以 便使由双工器引起的插入损耗尽可能小。然而，由PTFE制成的两个平板在厚度方面必须被 精确地制造，以便实现壳体内的内部导体结构的可靠的支撑或固定。这些都增加了制造所 述绝缘元件的成本。
发明内容
本发明的任务在于说明一种高频构件，所述高频构件具有低插入损耗并且可被低 成本地制造。 所述任务通过根据权利要求1和15的高频构件以及在高频构件中使用的绝缘元 件解决。所述高频构件或所述绝缘元件的有利构型是从属权利要求的主题或者可由以下说 明或实施例得出。 所建议的高频构件以已知的方式具有内部导体结构，所述内部导体结构借助至少 一个绝缘元件相对于外部导体电绝缘，其中所述绝缘元件机械地支撑内部导体结构。所述 高频构件的特征在于，绝缘元件由电绝缘材料的、优选聚合材料的、被成形为三维结构并且 通过烧结以所述三维结构固化的薄膜形成，所述薄膜具有小于通过三维结构实现的、绝缘 元件的厚度的壁厚度。在此优选地，被成形为三维结构的PTFE薄膜被用作绝缘元件。
通过使用被固化为三维结构的薄膜显著地降低了对绝缘元件的尺寸精度的要求。 在此，绝缘元件的厚度可以选择得略大于装配到高频构件的壳体中所需要的厚度。由于三 维结构具有一定的弹簧效应或者压縮性，在关闭壳体时绝缘元件可被挤压到恰好所需要的 尺寸，其中最佳地确保了内部导体结构、例如条形导体结构的支撑或固定。使用三维结构的 另一个重要优点在于，绝缘元件所占据的体积具有与相同体积的实心构件相比少得多的薄 膜材料份额。所述体积中的空气份额可以达到90%并且高于90%。由于与PTFE或其他电
4绝缘材料相比空气对高频辐射的介电损耗较低，相对于具有实心绝缘元件的已知高频构件 而言衰减被降低。同样的情况当然也适应于高频构件的壳体中封装有其他气体的情况。因 此，所建议的高频构件具有更低的介电损耗并且由于制造一个或多个绝缘元件时更低的精 确度要求所建议的高频构件也可被低成本地制造。 在所述高频构件中，三维结构在壁厚度方面优选地被构造在50 ii m和500 ii m之 间。但原则上，只要壁厚度小于绝缘元件的厚度，壁厚度显然并不限于所述厚度范围。在壁 厚度如此小的情况下，通过绝缘元件的特定成形实现绝缘元件的机械稳定性，其中薄膜以 相应的薄膜厚度被提供、被三维地成形并且通过烧结被固化为三维的形状。以所述方式获 得三维结构中的刚性边缘，所述刚性边缘提高所述结构的机械稳定性。
以下根据用于制造三维结构的优选材料PTFE详细地说明所述技术，因为尤其是 PTFE由于其高熔体粘度而不适合于用来制造三维成形的构件的塑料加工的现有技术。在 所述方法中，将未烧结的PTFE薄膜的区段置于凸模和凹模之间，所述凸模和凹模具有用于 薄膜的三维成形的表面结构。此后，通过凸模(Stempel)和凹模(Matrize)的共同作用将 薄膜区段保持为通过表面结构预先确定的三维形状，与此同时将所述薄膜区段加热到PTFE 的烧结温度并且通过烧结将所述薄膜区段持久地固化为三维形状。接着，冷却薄膜的已三 维成形并且已固化的区段。 在一个特别优选的实施例中，三维成形的绝缘元件通过在烧结过程中的密封的、 特殊的成形——在有效负载平面中的刚性边缘以及横向于有效负载的径向对称的轮廓结 构的结合——获得比薄的、未加工的薄膜本身以及以开放式成形烧结的三维元件所具有的 形状稳定性以及长期稳定性高得多的形状稳定性和长期稳定性。有效负载平面中的刚性 边缘与其他的轮廓结构相比在负载相同时产生更高的形状稳定性。垂直于有效负载的、密 封的、径向对称的成形在刚性边缘的轮廓结构外围(Konturumfang)的方向上产生应力，而 不形成应力集中。所述成形降低或排除了记忆效应并且导致三维构件的长时间且直至临界 点的温度稳定的几何形状，所述三维构件具有非常薄的壁厚度并且由经烧结的合成薄膜制 成。 为了相对于实心的绝缘元件显著地降低介电损耗，优选地如此构造三维结构，使 得所使用的电绝缘材料在绝缘元件所占体积中的份额《25%，特别优选地《10%。可以通 过壁厚度以及三维结构的变化过程在一定界限内调整所述要求。在简单情况下，三维结构 可以仅在一个方向上锯齿状或波浪状地延伸。原则上，在优选的结构中，凹入和凸起相互交 替出现，例如也可以围绕一个中心同心地构造这些凹入和凸起。凸起的最高区域或者凹入 的最深区域在此可以具有任意形状，尤其是可以被构造为圆形或者角形或者也可以被构造 为平坦的区域。凹入或凸起彼此之间的距离可以是恒定的或者根据需要变化。此外，复杂 的三维结构显然也是可行的，只要所述三维结构仍然能够确保内部导体结构所必需的支撑 功能。 优选地，外部导体由高频构件的壳体构成或者被安装在所述壳体的内侧，例如作 为金属层。在夹层结构方式的高频构件中，其中内部导体结构被设置在两个绝缘元件之间， 这些绝缘元件中的每一个都优选地根据本发明构造。在此，一个绝缘元件可以具有与另一 个绝缘元件不同的结构。此外，也可以在高频构件内绕厚度方向上的轴线相对扭转90。或 其他角度地设置相同结构的绝缘元件，以便改善内部导体结构的机械支撑。
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本发明可被用于不同类型的高频构件中。在此，只要需要一个或多个相应的绝缘 元件用于电绝缘并且同时用于内部导体结构的支撑，构件的功能是不重要的。这首先涉及 无源的高频构件，如双工器或多路复用器、高频耦合器或高频分离器、高频滤波器等等。原 则上，所建议的用于支撑内部导体结构(以及设置在内部导体结构上的电元件)的绝缘元 件也可被用于有源的高频构件。
以下根据实施例结合附图再次概述本发明。在此示出 图1 :根据本发明的高频构件的结构的示例； 图2 :根据现有技术的可与图1相比较的高频构件的示例； 图3 :绝缘元件的三维结构的第一示例； 图4 :绝缘元件的三维结构的第二示例；以及 图5 :制造三维成形的绝缘元件的示例。
具体实施例方式
在图1中示意性地示出了根据本发明的高频构件的例子，在该例子中高频构件被 构造为双工器l。实现双工器所必需的内部导体结构2在此仅仅被高度示意性地表示。对 于本领域技术人员而言，用于构造双工器的这种内部导体结构的设计是熟知的。在图的左 侧以与内部导体结构2垂直的横截面表示双工器，图的右侧以沿着内部导体结构2平面的 截面表示双工器。双工器的壳体3构成外部导体。在图的右侧示出了双工器的输出端6和 输出端7。根据本发明，在两个绝缘元件4和5之间嵌入内部导体结构2，所述两个绝缘元 件4和5 —方面用于内部导体结构2和作为外部导体的壳体3之间的电绝缘，另一方面用 于内部导体结构2的机械支撑。在本实施例中，两个绝缘元件4和5由被成形为三维结构 的、厚度为100iim的PTFE薄膜10构成，所述PTFE薄膜通过烧结被固化为三维结构的形状。 内部导体结构2由这些三维结构支撑，如图1的左侧所示。由于三维结构的弹簧效应，每个 绝缘元件4和5的厚度可被选择得略大于内部导体结构2和壳体内壁之间的距离，其中绝 缘元件4和5在闭合壳体3时被轻微地压縮。这实现了内部导体结构2的良好固定或支撑 并且显著地降低对制造绝缘元件4和5的精度要求。 为了与之比较，图2示出根据现有技术的这种双工器1的构型，其中两个绝缘元件 是由实心的PTFE平板8和9构成的。为了可靠地支撑内部导体结构2，所述PTFE平板8和 9在厚度方面必须被精确地制造。此外，虽然PTFE的介电损耗较小，但与图1的绝缘元件4 和5相比实心的PTFE平板造成大得多的高频信号损耗，在图1的绝缘元件4和5中内部导 体结构2和壳体3之间存在非常高的空气份额。与PTFE相比，空气引起更低的高频信号的 介电损耗，从而根据图1的构型导致更小的插入损耗。 图3示出绝缘元件4或5的一个可能的三维结构的例子，图的左侧为横截面图，图 的右侧为俯视图。在所示例子中，PTFE薄膜IO如此成形，使得其围绕一个中心区域形成同 心的凹入和凸起，这些凹入和凸起以平坦部(flache Plateaus)终止。在此可以根据应用 情况不同地选择凸起或者凹入的距离，以便可靠地实现相应的支撑功能。所述支撑功能还 取决于内部导体结构的厚度或自承载能力。
图4示出这种绝缘元件4和5的构型的另一个例子。在所述例子中为了形成三维 结构，在一个方向上波浪式地成形PTFE薄膜，正如图左侧的横截面图和图右侧的俯视图所 示。 显然可以理解的是，所建议的高频构件的绝缘元件并不限于在此所示的结构。更
确切地说，可以使用任意的三维结构，只要通过这些结构能够一方面确保内部导体结构所
必需的支撑而另一方面确保内部导体结构和外部导体之间所必需的距离。 图5示意地示出制造这种三维成型的绝缘元件的方法过程。在此厚度为100 m
的未烧结的PTFE薄膜11作为半成品被提供在滚筒12上，所述PTFE薄膜例如可以通过糊
膏挤压而不进行最后的烧结获得。 如图5a所示，薄膜11以待成形的区段13被输送到热压装置16的凸模14和凹模 15之间。接着，凸模14和凹模15以已知的方法互相靠近，以便使位于中间的薄膜区段13 按照凸模和凹模的表面结构形成三维的形状(参见图5b)。在图5中仅仅示意性地示出所 述表面结构17。在凸模和凹模聚拢之后，通过集成在凸模和凹模中的加热线圈18将薄膜区 段13加热到烧结温度。在此例子中，所述加热在35(TC与36(TC之间的范围内的温度上进 行，所述温度对于将薄膜固化为三维形状是最佳的。在所述温度下，薄膜区段13通过烧结 固化为三维形状，其中通过凸模和凹模的共同作用来保持薄膜区段13。在此不需要使用高 的压力。加热的其他方案在此也是可行的，例如通过热风鼓风机或者电感应加热。
在通过烧结固化薄膜区段13之后，薄膜区段13被冷却。此后，凸模13和凹模14 重新相互分离，如图5c所示。随后继续输送薄膜区段ll，使得已三维成形并且已固化的区 段，即三维成形的绝缘元件4从热压装置16中移出(图5d)。可以通过合适的分离方法，例 如通过冲压将已完成的绝缘元件4与薄膜的剩余部分分离。附图标记列表
1双工器2内部导体结构3壳体4上绝缘元件5下绝缘元件6输出端7输入端8下PTFE平板9上PTFE平板10固化的PTFE薄膜11未烧结的PTFE薄膜12滚筒13薄膜区段14凸模15凹模16热压装置17表面结构
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18 力t]热线圈
权利要求
具有一内部导体结构(2)的高频构件，所述内部导体结构(2)借助至少一个绝缘元件(4，5)与一外部导体电绝缘，其中所述绝缘元件(4，5)机械地支撑所述内部导体结构(2)，其特征在于，所述绝缘元件(4，5)由一被成形为一三维结构并且通过烧结以所述三维结构固化的、电绝缘材料的薄膜(10)形成，所述薄膜(10)具有一壁厚度，所述壁厚度小于所述绝缘元件(4，5)的一通过所述三维结构形成的厚度。
2. 根据权利要求1所述的高频构件，其特征在于，所述三维结构的壁厚度在50 m和 500iim之间。
3. 根据权利要求1或2所述的高频构件，其特征在于，所述绝缘元件(4，5)由一被成形 为所述三维结构的PTFE薄膜(10)形成。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述三维结构被如此 形成，使得在一由所述绝缘元件(4，5)占据的体积中所述电绝缘材料的体积份额小于等于 25%、优选小于等于10%。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述外部导体通过一壳 体(3)形成或者被集成在一壳体(3)中，在所述壳体中设置了所述内部导体结构(2)和所 述绝缘元件(4， 5)。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述三维结构具有一锯 齿形形状或者一波浪形形状。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述三维结构在至少一 个方向上交替地形成凸起和凹入。
8. 根据权利要求6或7任一项所述的高频构件，其特征在于，所述三维结构被径向对称 地构造。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述内部导体结构(2) 以一夹层结构方式嵌入到两个绝缘元件(4， 5)之间。
10. 根据权利要求9所述的高频构件，其特征在于，所述两个绝缘元件(4，5)具有相同 的三维结构并且被互相扭转一角度、优选90。地设置。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述高频构件被构造 为多路复用器，尤其是被构造为双工器。
12. 根据权利要求1至10中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述高频构件被构造 为高频滤波器。
13. 根据权利要求1至10中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述高频构件被构造 为高频耦合器。
14. 根据权利要求1至10中任一项所述的高频构件，其特征在于，所述高频构件被构造 为高频分离器。
15. 用于根据权利要求1至14中任一项所述的高频构件的绝缘元件，所述绝缘元件 (4，5)由一被成形为一三维结构并且通过烧结以所述三维结构固化的PTFE薄膜(10)形成， 所述PTFE薄膜(10)具有一壁厚度，所述壁厚度小于所述绝缘元件(4， 5)的一通过所述三 维结构形成的厚度。
16. 根据权利要求15所述的绝缘元件，其中，所述三维结构的壁厚在50 ii m禾P 500 y m之间。
17. 根据权利要求15或16所述的绝缘元件，其中，在一由所述绝缘元件(4，5)占据的 体积中所述PTFE薄膜(10)的体积份额小于等于25%、优选小于等于10%。
18. 根据权利要求15至17中任一项所述的绝缘元件，其中，所述三维结构形成一锯齿 形形状或者一波浪形形状。
19. 根据权利要求15至17中任一项所述的绝缘元件，其中，所述三维结构在至少一个 方向上交替地形成凸起和凹入。
20. 根据权利要求18或19所述的绝缘元件，其特征在于，所述三维结构被径向对称地 构造。
全文摘要
本发明涉及一种具有内部导体结构(2)的高频构件，内部导体结构(2)借助至少一个绝缘元件(4，5)与外部导体电绝缘，其中所述绝缘元件(4，5)机械地支撑所述内部导体结构(2)。所述绝缘元件(4，5)由被成形为三维结构并且通过烧结以所述三维结构固化的、电绝缘材料的薄膜(10)构成，所述薄膜(10)具有一壁厚度，所述壁厚度小于所述绝缘元件(4，5)的通过所述三维结构形成的厚度。根据本发明的高频构件的绝缘元件可被低成本地制造并且与由实心绝缘元件构成的构件相比导致更低的构件插入损耗。
文档编号H01P3/08GK101755363SQ200880017541
公开日2010年6月23日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者M·舒伯特, P·伯默尔 申请人:斯宾纳有限公司