DE1263883B

DE1263883B - Circulator

Info

Publication number: DE1263883B
Application number: DE1964T0027732
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Pivit
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-12-30
Filing date: 1964-12-30
Publication date: 1968-03-21

Description

Zirkulator Die Erfindung befaßt sich mit einem Zirkulator. Hierunter versteht man ein mehrarmiges Schaltelement, welches die in einem Arm eingespeiste Energie nur zum darauffolgenden Arm weiterleitet, während die übrigen Zirkulatorarme entkoppelt sind.Circulator The invention is concerned with a circulator. Below one understands a multi-armed switching element, which is fed into one arm Passes energy on only to the next arm, while the remaining circulator arms are decoupled.

In dem Frequenzbereich über 1000 MHz werden in steigendem Maße nicht reziproke Ferrit-Bauelemente, zu denen auch der Zirkulator zählt, verwendet. Ihr Aufbau erfolgt in Hohlleiter- oder Streifenleitungstechnik, wobei die Abmessungen der Bauteile in der Größenordnung einer Wellenlänge liegen. Für den Frequenzbereich von etwa 100 bis 1000 MHz werden derartige Bauteile zu groß, so daß man sie aus Platzgründen nicht mehr einsetzen kann.In the frequency range above 1000 MHz are increasingly not reciprocal ferrite components, which also include the circulator, are used. you Construction takes place in waveguide or stripline technology, with the dimensions of the components are in the order of magnitude of a wavelength. For the frequency range from about 100 to 1000 MHz, such components are too large so that they can be removed Can no longer use space constraints.

Durch die Literaturstelle »Proceedings of the IRE«, Vol. 41, Nr. 8, S. 1015 und die Literaturstelle »Proceedings of IRE«, Vol. 47, Nr.4, S. 530 ist es bekannt, einen Zirkulator aufzubauen, der aus der Parallelschaltung eines reziproken und eines nicht reziproken Dreipols gebildet wird.Through the reference "Proceedings of the IRE", Vol. 41, No. 8, P. 1015 and the reference "Proceedings of IRE", Vol. 47, No. 4, p. 530 is it is known to build a circulator that consists of the parallel connection of a reciprocal and a non-reciprocal three-pole is formed.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, einen derartigen Zirkulator aufzuzeigen, der aus konzentrierten Elementen aufgebaut ist und so kleine Abmessungen besitzt, daß sein Einsatz in breitbandigen miniaturisierten Schaltungen möglich ist.The aim of the present invention is to show such a circulator, which is made up of concentrated elements and has such small dimensions, that its use in broadband miniaturized circuits is possible.

Ausgehend von einem Zirkulator, bestehend aus der Parallelschaltung eines aus verlustarmen Schaltelementen aufgebauten reziproken und eines nicht reziproken Dreipols, schlägt hierfür die Erfindung vor, daß der nicht reziproke Dreipol durch drei nicht reziproke Spulen gebildet wird, in deren gemeinsamen Feldbereich ein vormagnetisierter Ferritkörper angebracht ist, und daß der reziproke Dreipol aus Reaktanzen besteht, die derart dimensioniert sind, daß sich eine breitbandige Transformation zwischen den nicht reziprok gekoppelten Spulen und den üblichen Schaltelementen ergibt.Starting from a circulator consisting of the parallel connection one built up from low-loss switching elements reciprocal and one non-reciprocal Three-pole, the invention proposes that the non-reciprocal three-pole through three non-reciprocal coils is formed in their common field area biased ferrite body is attached, and that the reciprocal three-pole from There are reactances which are dimensioned in such a way that there is a broadband transformation between the non-reciprocally coupled coils and the usual switching elements results.

An Hand der Zeichnungen soll dies näher erläutert werden.This will be explained in more detail using the drawings.

Der nicht reziproke Dreipol des oben beschriebenen Zirkulators wird hierbei durch drei nicht reziprok miteinander gekoppelte Spulen gebildet, in deren gemeinsamen Feldbereich ein vormagnetisierter Ferritkörper angebracht ist. In der F i g. 1 sind diese drei nicht reziprok miteinander gekoppelten Spulen (die Kopplung ist durch die drei Pfeile angedeutet) mit L1, L2 und L3 bezeichnet. Der Einfachheit halber ist der zugehörige Ferritkörper und das Magnetsystem nicht mit eingezeichnet. Die drei erwähnten Spulen, die im Punkt a galvanisch miteinander verbunden sind, führen mit ihren anderen Anschlußenden zu den drei Klemmen 1, 2 und 3 des nicht reziproken Dreipols. Parallel zu diesem nicht reziproken Dreipol ist ein reziproker Dreipol geschaltet, der aus den in der Figur mit Ni, N2 und N3 bestehenden Netzwerken aufgebaut ist. Den erwähnten reziproken Dreipol baut man aus verlustarmen Schaltelementen auf. Insbesondere kann dieser Dreipol aus reinen Reaktanzen bestehen, die im allgemeinsten Fall als Vierpole ausgebildet sind und entsprechend der Netzwerksynthese so dimensioniert werden, daß sich eine möglichst breibbandige Transformation zwischen den nicht reziprok gekoppelten Spulen und dem anderen Schaltelement ergibt. Eine weitere Verbesserung der Breitbandigkeit des Zirkulators erhält man dadurch, daß man die Querschnittsabmessungen des Ferritkörpers nur wenig kleiner wählt als die entsprechenden Maße der nicht reziprok gekoppelten Spulen, was sich durch Versuche gezeigt hat. Der Ferritkörper selbst besaß hierbei entweder die Form eines Zylinders oder er wies einen etwa dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei der letztgenannte Querschnitt bezüglich der erzielbaren Bandbreite am vorteilhaftesten war. Die nicht reziprok gekoppelten Spulen weisen hierbei vorzugsweise jeweils nur eine Windung auf, wobei die einzelnen Windungen gegeneinander um 120° verdreht angeordnet waren.The non-reciprocal three-pole of the circulator described above is formed here by three non-reciprocally coupled coils, in whose common field area a pre-magnetized ferrite body is attached. In FIG. 1, these three coils that are not reciprocally coupled to one another (the coupling is indicated by the three arrows) are denoted by L1, L2 and L3. For the sake of simplicity, the associated ferrite body and the magnet system are not shown. The three coils mentioned, which are galvanically connected to one another at point a, lead with their other connection ends to the three terminals 1, 2 and 3 of the non-reciprocal three-pole. In parallel with this non-reciprocal three-pole, a reciprocal three-pole is connected, which is built up from the networks existing in the figure with Ni, N2 and N3. The mentioned reciprocal three-pole is built from low-loss switching elements. In particular, this three-pole can consist of pure reactances, which in the most general case are designed as four-pole and are dimensioned according to the network synthesis so that the broadest possible transformation results between the non-reciprocally coupled coils and the other switching element. A further improvement in the broadband capability of the circulator is obtained by choosing the cross-sectional dimensions of the ferrite body to be only slightly smaller than the corresponding dimensions of the non-reciprocally coupled coils, which has been shown by experiments. The ferrite body itself either had the shape of a cylinder or it had an approximately triangular cross-section, the last-mentioned cross-section being the most advantageous with regard to the achievable bandwidth. The coils that are not reciprocally coupled preferably each have only one turn, the individual turns being arranged rotated by 120 ° with respect to one another.

In der F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der nicht reziproke Dreipol durch die drei Spulen L1, L2, L3, die eine Ringschaltung bilden, dargestellt wird.In FIG. 2 shows another embodiment of the invention, in which the non-reciprocal three-pole through the three coils L1, L2, L3, the one Form ring circuit, is shown.

Die Verbindungspunkte der drei Spulen sind mit b, c, d, bezeichnet. Die Pfeile sollen wieder wie in der F ig. 1 die nicht reziproke Verkopplung der drei Spulen symbolisieren. Parallel zu dem nicht reziproken Dreipol ist ein weiterer aber reziproker Dreipol geschaltet. Dieser wird durch die drei Netzwerke N1., N2, N3 verwirklicht, die in gleicher Weise dimensioniert sind wie die gleichbenannten Netzwerke der F i g. 1. Für ganz besonders hohe Anforderungen ergibt sich ferner die Möglichkeit, zwischen den bereits erwähnten Anschlußpunkten b, c, d und den Anschlußklemmen 1, 2, 3 des Zirkulators Transformations-Vierpole zwischenzuschalten, wie dies in der F i g. 2 durch die gestrichelt eingezeichneten -Netzwerke N4, N5 und N6 angedeutet ist. ' -Führt man einen derartigen Zirkulator als geschlossene Baueinheit aus, so ist man in der Lage, diese direkt in eine miniaturisierte Schaltung einzubauen. Ferner besteht die Möglichkeit, den nicht reziproken Dreipol für sich als Baueinheit auszuführen. Das Volumen dieses Dreipols ist ungefähr zehnmal kleiner als das eines bekannten Zirkulators im Frequenzbereich über 1000 MHz, so daß eine Verwendung in einer gedruckten Schaltung, zusammen mit konzentrierten Schaltelementen, ermöglicht wird.The connection points of the three coils are labeled b, c, d. The arrows should again be as in Fig. 1 symbolize the non-reciprocal coupling of the three coils. Another but reciprocal three-pole is connected in parallel to the non-reciprocal three-pole. This is realized by the three networks N1., N2, N3, which are dimensioned in the same way as the networks of the same name in FIG. 1. For particularly high requirements, there is also the possibility of interposing four-pole transformation between the already mentioned connection points b, c, d and the terminals 1, 2, 3 of the circulator, as shown in FIG. 2 is indicated by the networks N4, N5 and N6 shown in dashed lines. If such a circulator is designed as a closed structural unit, it is possible to build it directly into a miniaturized circuit. There is also the possibility of designing the non-reciprocal three-pole as a structural unit. The volume of this three-terminal pole is approximately ten times smaller than that of a known circulator in the frequency range above 1000 MHz, so that it can be used in a printed circuit, together with concentrated circuit elements.

Claims

Claims: 1. Circulator, consisting of the parallel connection one built up from low-loss switching elements reciprocal and one non-reciprocal Three-pole, characterized in that the non-reciprocal three-pole by three not reciprocally coupled coils is formed in their common field area a pre-magnetized ferrite body is attached, and that the reciprocal three-pole. consists of reactances which are dimensioned in such a way that a broadband Transformation between the non-reciprocally coupled coils and the other switching elements results.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the cross-sectional dimensions of the ferrite body are chosen to be only slightly smaller than the corresponding dimensions of the not reciprocally coupled coils.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the ferrite body is cylindrical.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that that the ferrite body has an approximately triangular cross-section.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coils preferably have only one turn and are arranged rotated by 120 ° with respect to one another are. 6. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized characterized in that it is used in miniaturized circuits. Into consideration extracted pamphlets: "Proceedings of the IRE", August 1953, Vol. 41, No. 8, Pp. 1014 to 1016; April 1959, Vol. 47, No.

6, pp. 528 to 535.