DE1268701B - Nichtreziproke Leitungsschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

BIBLIOTHEK

DES DEUTSCHEN
PAHMTASTcS

Int. Cl.:

HOIp

H03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 74

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 68 701.3-35
6. Mai 1964
22. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine nichtreziproke Leitungsschaltung zur Verwendung als richtungsabhängiger Phasenschieber aus mindestens einer konzentrierten Schaltelementengruppe mit einem ferromagnetischen Körper, mit zwei in einander senkrecht kreuzenden Wicklungsflächen um denselben gewickelten, jeweils mit einem Wicklungsende an einen Verbindungspunkt angekoppelten Hochfrequenzspulen und mit einem Gleichmagnetfeldgenerator zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds im wesentlichen senkrecht zu den Spulenachsen im Bereich der beiden Spulen. Diese Leitungsschaltung ist auch als Richtungsgabelschaltung brauchbar.

Es ist bereits eine Richtungsleitung, ein sogenannter Isolator, bekannt, der ein konzentriertes ferromagnetisches Element enthält. Die Kopplungsfaktoren zwischen den kreuzweise gewickelten Wicklungen sind so bestimmt, daß sich in einer Richtung der resultierende Kopplungsfaktor 0 ergibt. Diese Schaltung benutzt Resonanzeffekte und stellt ein T-Glied dar. Als richtungsabhängiger Phasenschieber ist diese Anordnung nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer nichtreziproken Leitungsschaltung, die zur Verwendung als richtungsabhängiger Phasenschieber und zum Aufbau einer Richtungsgabelschaltung, eines sogenannten Zirkulators, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der einleitend angeführten Ausbildung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Anschluß an den Spulenverbindungspunkt eine Spule in Reihe zu der Leitungsstrecke und die andere Spule als Querglied geschaltet ist und daß in Reihe zu jeder Spule ein Abstimmkondensator liegt zur Abstimmung der in beiden Spulen bei Einspeisung von dem Spulenverbindungspunkt aus fließenden Hochfrequenzstromkomponenten in der Weise, daß die durch die beiden Hochfrequenzstromkomponenten in dem Körper induzierten Hochfrequenzmagnetfelder eine gegenseitige Phasenverschiebung von etwa 90° aufweisen.

Die Leitungsschaltung nach der Erfindung ist in Form eines umgekehrten L-Gliedes aufgebaut. Das Querglied ermöglicht die Verwendung als richtungsabhängiger Phasenschieber und als Richtungsgabelschaltung.

Eine Richtungsgabelschaltung mit drei konzentrierten Schaltelementgruppen ist nach der Erfindung durch eine ringförmige Hintereinanderschaltung der Leitungsstrecken derselben und durch einen Anschluß der jeweiligen Querglieder an einen gemeinsamen Anschlußpunkt gekennzeichnet, wobei die Einstellung jeder Schaltelementengruppe so getroffen ist, daß eine Nichtreziproke Leitungsschaltung

Anmelder:

Nippon Electric Company Limited, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Bunke, Patentanwalt,

7000 Stuttgart, Schloßstr. 73 B

Als Erfinder benannt:
Naoyuki Ogasawara, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 9. Mai 1963 (24 676)

ao jeweils in den Spulenverbindungspunkt eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 60° und eine in entgegengesetzter Richtung eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 120° erleidet.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren näher as erläutert werden.

F i g. 1 a zeigt eine perspektivische Ansicht des im Rahmen der Erfindung benutzten ferromagnetischen Elements; in den

F i g. Ib bis 1 e sind vergrößerte Ansichten der in der Anordnung nach Fig. la verwendeten Magnetspulen gezeigt;

F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

F i g. 3 ist ein Diagramm einer Dämpfungskennlinie;

F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das nichtreziproke Element 10 nach F i g. 1 a besteht aus einem hufeisenförmigen Magneten 11 und einem ferromagnetischen Körper 15, der in einem magnetischen Gleichfeld 14 angeordnet ist und durch nicht dargestellte Stützen gehalten wird. Das magnetische Gleichfeld 14 zwischen den Polen 12 und 13 des Magneten 11 ist möglichst homogen. Der Magnet 11 braucht nicht hufeisenförmig ausgebildet zu sein, er muß nur derart beschaffen sein, daß sich zwischen seinen beiden Polen ein gleichförmiges Magnetfeld 14 ausbildet.

Der ferromagnetische Körper IS' ist als Spulenkern 18 ausgebildet und nimmt Wicklungen 16 und 17 auf (F i g. 1 b). Der Spulenkern hat eine kreisrunde oder polygonale Scheibenform und liegt innerhalb

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des magnetischen Gleichfeldes axial zu diesem. Die Steuerung des durch die Leitung 25 fließenden Hochersten und zweiten Wicklungen 16 und 17, die jeweils frequenzstroms dient z. B. ein Drehkondensator 26 nur aus einigen Windungen bestehen und die elek- zwischen der Wicklung 16 und dem Anschlußpaar 22, trisch gegen den ferromagnetischen Körper 15' und der eine Serienresonanz bedingt. Ferner ist für die gegeneinander isoliert sind, sind so angeordnet, daß 5 Leitung zwischen dem Verbindungspunkt 20 und der ihre Wicklungsebenen parallel zu der Richtung des Rückleitung 23 und zur Erhöhung der Impedanz für magnetischen Gleichfeldes verlaufen und sich recht- den zweiten Hochfrequenzstrom z. B. ein Reaktanzwinklig kreuzen. Dieser magnetische Spulenkern ist element 28 mit einem Blindwiderstandswert +/ · X rotationssymmetrisch in das magnetische Gleichfeld eingefügt, das mit der parallelliegenden Leitung 27 14 eingestellt. Wie aus F i g. 1 c ersichtlich ist, kann io einen Parallelresonanzkreis bildet. Im vorliegenden der magnetische Spulenkern 18 auch als gespaltener Ausführungsbeispiel wirkt ein an der Leitung 27 lie-Isolierkörper 19 mit zentral eingelegtem ferromagne- gender, induktiver Blindwiderstand als Kapazität, so tischem Körper 15" ausgebildet sein. Der Spulenkern daß der zweite Hochfrequenzstrom dem ersten Hoch-18 kann auch in der in F i g. 1 d gezeigten Weise ge- frequenzstrom voreilt, während ein kapazitiver Blindformt sein, so daß die magnetischen Feldlinien der 15 widerstand in der Leitung 27 als Induktivität wirkt, magnetischen Hochfrequenzfelder der Wicklungen so daß der zweite Hochfrequenzstrom dem ersten 16 und 17 geschlossen sind und infolgedessen die Hochfrequenzstrom nacheilt.

Flußdichte des magnetischen Feldes im ferromagneti- Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ersehen Körper 15 groß wird. Ferner kann eine Mehr- möglicht eine Messung der Kenngrößen der Leitungszahl von Spulenkernen 181, 182 und 183 in der in 20 schaltung. Ein Signalgenerator 30 ist mit dem Klemder F i g. 1 e gezeigten Weise in einem sogenannten menpaar 21 und ein Leistungsmesser oder Phasen-Verbundmagnetkern 18' angeordnet werden, indem messer 31 mit dem Klemmenpaar 22 verbunden, ein ferromagnetischer Körper 15 mit Schlitzen 150 Wenn die nichtreziproke Leitungsschaltung in der vorgesehen ist, durch die eine gegenseitige Beeinflus- bereits erwähnten Weise aufgebaut ist, dann erleidet sung verhindert werden soll. Die bereits erwähnten 25 ein vom Signalgenerator 30 zugeführter und durch Ebenen der Wicklungen 16 und 17 brauchen nicht die Wicklung 16 fließender Hochfrequenzstrom auf rechtwinklig zueinander zu sein, sondern sie müssen seinem Weg zum Phasenmesser 31 eine durch Richsich nur schneiden. tungssinn und Größe des magnetischen Gleichfeldes

Ein in F i g. 2 dargestelltes Ausführungsbeispiel 14 bedingte Dämpfung und Phasenverschiebung. Es gemäß der Erfindung enthält ein Element 10, das in 30 sei in diesem Zusammenhang hervorgehoben, daß einem im wesentlichen homogenen Gleichfeld 14 in erst durch die Stromverzweigung vom Punkt 20 auf einem zylindrischen Raum von beispielsweise 3 cm die Anschlüsse 161 und 171 der Wicklungen 16 und Durchmesser und einem Bruchteil eines Zentimeters 17 gemäß der Erfindung eine Phasenverschiebung Höhe liegt. In dem magnetischen Gleichfeld 14 befin- von 90° zwischen den beiden hochfrequenten magnedet sich ein ferromagnetischer Körper 15. 35 tischen Feldkomponenten und damit die Bildung

Eine erste Wicklung 16 mit wenigstens einer Win- ■ eines zirkulären, hochfrequenten Magnetfeldes in dung um den ferromagnetischen Körper 15 liegt mit dem ferromagnetischen Körper 15 zustande kommen ihrer Wicklungsebene parallel zur Richtung des ma- kann. Wenn sich Spinresonanz vollkommen ausbilgnetischen Gleichfeldes 14. det, d. h., wenn die Frequenz des umlaufenden, durch

Eine zweite Wicklung 17 mit wenigstens einer 40 den ersten hochfrequenten Strom entstandenen hoch-Windung um den magnetischen Körper 15 liegt mit frequenten Magnetfeldes im wesentlichen mit der ihrer Wicklungsebene ebenfalls in Richtung des Ma- gyromagnetischen Frequenz übereinstimmt, dann gnetfeldes und schneidet außerdem die Wicklungs- zeigt der Leistungsmesser 31, daß der Hochfrequenzebene der Wicklung 16. strom zum Klemmenpaar 22 entweder fast unge-

Das Ende 161 der Wicklung 16 und das Ende 171 45 dämpft oder stark gedämpft gelangt. Wenn der Hochder Wicklung 17 sind in einem Verbindungspunkt 20 frequenzstrom beim Durchlaufen der nichtreziproken verbunden, so daß ein Hochfrequenzstrom fließen Leitungsschaltung in einer Richtung keine nennenskann. Ein erstes Klemmenpaar 21 und ein zweites werte Dämpfung erleidet, dann erfährt ein Hochfre-Klemmenpaar 22, die jeweils an die Enden 161 bzw. quenzstrom gleicher Frequenz in entgegengesetzter 162 der Wicklung 16 angeschlossen sind, dienen als 50 Richtung eine nennenswerte Dämpfung, so daß die Anschlüsse der Leitungsschaltung. Ein Drehkon- nichtreziproke Leitungsschaltung wie ein Isolator densator 24 zwischen dem Ende 172 der Wicklung 17 wirkt. Wenn die Spinresonanz unvollkommen ist oder und Masse 23 oder einer ähnlichen Rückleitung für die Abstimmbedingungen nicht vollkommen eingeden die Wicklung 17 durchfließenden Hochfrequenz- halten werden, wird durch den Phasenschieber 31 strom dient zum Abgleich der Phasen der die Wick- 55 eine Phasenverschiebung der beiden die nichtrezilungen 16 und 17 durchfließenden Ströme, derart, proke Leitungsschaltung mit gegenläufigem Richdaß eine erste in dem ferromagnetischen Körper 15 tungssinn durchfließenden Ströme beobachtet, deren erzeugte hochfrequente Magnetfeldkomponente und Größe durch Richtungssinn und Größe des magnetieine zweite, ebenfalls in dem Körper 15 erzeugte sehen Feldes und die Beziehung zwischen den Frehochfrequente Magnetfeldkomponente gegeneinan- 60 quenzen und den Größen und den Phasen der beiden der eine Phasendifferenz von + 90° aufweisen. Fer- Hochfrequenzströme bestimmt wird. In diesem Fall ner sollen die Wellenformen der beiden Ströme so arbeitet der Kreis als nichtreziproker Phasenschieber, abgeglichen werden, daß auch die Komponenten der In dem in F i g. 3 dargestellten Diagramm sind

beiden von ihnen erzeugten Magnetfelder gleiche auf der Abszisse die Größe des angelegten magneti-Wellenformen haben oder zumindest sinusförmige 65 sehen Gleichfeldes und auf der Ordinate die Dämp-Wellenformen mit fast gleichen Amplituden aufwei- fung A für das in F i g. 2 dargestellte nichtreziproke sen. Vorzugsweise stehen die Wicklungsebenen der Element aufgetragen. Die Kurve 35 gibt die hohe Wicklungen 16 und 17. zueinander senkrecht. Zur Dämpfung wieder, die der in Sperrichtung fließende

Strom erleidet, und die Kurve 36 die niedrigere Dämpfung, die der in Durchlaßrichtung fließende Strom erleidet. Der Dämpfungsverlauf gemäß den beiden Kurven 35 und 36 wurde mit einer Frequenz von 140 MHz und bei Verwendung der beschriebenen nichtreziproken Leitungsschaltung gemessen, bei der die Spule einen scheibenförmigen, ferromagnetischen Körper 15 aus mangansaurem Magnesium-Aluminiumferrit enthält, das unter der Bezeichnung »G-26« bekannt ist. Der Durchmesser der Scheibe beträgt etwa 18 mm. Sie ist etwa 6 mm dick. Ihre Wicklungen 16 und 17 bestehen aus einigen Windungen, deren Ebenen zueinander senkrecht angeordnet sind.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Richtungsgabelschaltung mit drei nichtreziproken Leitungsschaltungen 401, 402 und 403, jeweils nach F i g. 2. Jeweils die Leitungsstrekken dieser Leitungsschaltungen sind ringförmig aneinandergeschaltet, wogegen die Querglieder an einen gemeinsamen Anschlußpunkt angekoppelt sind. Jedes Klemmenpaar 41, 42 und 43 dient einerseits als erstes Klemmenpaar für eine Schaltung 402, 403 bzw. 401 und als zweites Klemmenpaar für eine Schaltung 401, 402 bzw. 403. Zu jeder Leitungsschaltung 401, 402 und 403 gehört ein ferromagnetisches Element 101, 102 bzw. 103, das durch ein magnetisches Gleichfeld 104, 105 bzw. 106 erregt ist. Die Magnetkerne können nach F i g. 1 e miteinander kombiniert und in ein gemeinsames magnetisches Gleichfeld eingestellt sein.

Die Richtungsgabelschaltung nach F i g. 4 ist so eingestellt, daß ein von dem Klemmenpaar 41 durch die Schaltung 402 zu dem Klemmenpaar 42 fließender Hochfrequenzstrom eine Phasenverschiebung von 120° erleidet, wogegen ein anderer, durch die Schaltung 402 in umgekehrter Richtung fließender Hochfrequenzstrom gleicher Frequenz eine Phasenverschiebung von 60° erleidet. Bei gleicher Einstellung der übrigen Schaltungen 403 und 401 wird ein am Klemmenpaar 41 eingespeister Hochfrequenzstrom auf zwei Wegen das Klemmenpaar 42 erreichen, einmal über die Schaltung 402 mit einer Phasenverschiebung von 120° und zum anderen über die Schaltungen 401 und 403 mit einer Gesamtphasenverschiebung von ebenfalls 120°. Die beiden Hochfrequenzteilströme überlagern sich am Ort des Klemmenpaars 42 gleichphasig, so daß die am Klemmenpaar 41 eingespeiste Welle am Klemmenpaar 42 austritt. Am Klemmenpaar 43 hat der über die Leitungsschaltung 401 übertragene Hochfrequenzstrom eine Gesamtphasenverschiebung von 60°, während der über die Leitungsschaltungen 402 und 403 übertragene Hochfrequenzteilstrom eine Gesamtphasenverschiebung von 240° aufweist. Infolgedessen überlagern sich die Hochfrequenzteilströme am Ort des Klemmenpaars gegenphasig zueinander, so daß am Klemmenpaar eine Unterdrückung der Hochfrequenzströme erfolgt. Die Schaltung nach F i g. 4 bildet somit einen dreiarmigen Zirkulator, wobei die Übertragungsrichtung in F i g. 4 durch einen Pfeil 44 angegeben ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nichtreziproke Leitungsschaltung zur Ver-Wendung als richtungsabhängiger Phasenschieber aus mindestens einer konzentrierten Schaltelementengruppe mit einem ferromagnetischen Körper, mit zwei, in einander senkrecht kreuzenden Wicklungsflächen um denselben gewickelten, jeweils mit einem Wicklungsende an einen Verbindungspunkt angekoppelten Hochfrequenzspulen und mit einem Gleichmagnetfeldgenerator zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds im wesentlichen senkrecht zu den Spulenachsen im Bereich der beiden Spulen, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Spulenverbindungspunkt (20) eine Spule (16) in Reihe zu der Leitungsstrecke und die andere Spule (17) als Querglied geschaltet ist und daß in Reihe zu jeder Spule ein Abstimmkondensator (26, 24) liegt zur Abstimmung der in beiden Spulen bei Einspeisung von dem Spulenverbindungspunkt (20) aus fließenden Hochfrequenzstromkomponenten in der Weise, daß die durch die beiden Hochfrequenzstromkomponenten in dem Körper (15) induzierten Hochfrequenzmagnetfelder eine gegenseitige Phasenverschiebung von etwa 90° aufweisen.

2. Leitungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren in Reihe an die Quergliedspule (17) angeschlossenen Abstimmblindwiderstand (28) zur Abstimmung des Querglieds als Parallelresonanzkreis.

3. Leitungsschaltung in Form einer Richtungsgabelschaltung mit drei konzentrierten Schaltelementengruppen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Hintereinanderschaltung der Leitungsstrecken derselben und durch einen Anschluß der jeweiligen Querglieder an einen gemeinsamen Anschlußpunkt, wobei die Einstellung jeder Schaltelementengruppe so getroffen ist, daß eine jeweils in den Spulenverbindungspunkt eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 60° und eine in entgegengesetzter Richtung eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 120° erleidet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041 549.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen