DE1285029B - Y-Zirkulator - Google Patents

Description

So ist in der USA.-Patentschrift 3 174 116 ein io In der Mitte zwischen den beiden Grundplatten und Y-Zirkulator beschrieben, bei dem ein ebener Mittel- parallel zu denselben orientiert liegt ein als Spinne leiter parallel im Abstand zu einem Paar äußerer Flä- ausgebildeter Mittelleiter 12, der ein den drei Bandchen gelegen ist. Der Mittelleiter definiert zumindest leitern 13, 14, 15 gemeinsames kreisförmiges Gebiet drei Zweigleiter, die sich von einem gemeinsamen 16 aufweist. Die in der gleichen Ebene wie das geTeil aus symmetrisch weg erstrecken. Zwischen jeder 15 meinsame Gebiet 16 liegenden Bandleiter 13, 14, 15 äußeren Fläche und dem gemeinsamen Teil ist ein strecken sich radial nach außen, weisen je in Richgyromagnetischer Körper angeordnet. Die beiden tung der zugeordneten Öffnung. Es sind drei Bandgyromagnetischen Körper sind mit Hilfe eines äuße- leiter dargestellt, die je um 120° gegeneinander zur ren Permanentmagneten in einer Richtung magneti- Bildung eines Y-Zirkulators gegeneinander orientiert siert, die senkrecht zur Ebene des Mittelleiters orien- 20 sind, es können aber auch mehr als drei symmetrisch tiert ist. Ein leitendes Glied erstreckt sich zwischen angeordnete Bandleiter in einem entsprechend ausgedem gemeinsamen Teil und den äußeren Flächen, um bildeten Hohlraum untergebracht werden. Ferner den Mittelleiter abzukühlen. sollte es sich verstehen, daß der seitlich ebenflächig

Diese Ausführung hat verschiedene Nachteile. So begrenzte Dreieckhohlraum nur wegen seiner konist sie kostspielig wegen des Erfordernisses von (teu- 25 struktiven Einfachheit bevorzugt wird und daß diese rem) gyromagnetischem Material auf jeder Seite des Wände auch konvex gekrümmt sein können, so daß Mittelleiters. Ferner ist sie sperrig und schwer, weil ih i Hh 'lidih F ib d

ein großer und entsprechend schwerer äußerer Magnet im allgemeinen dazu erforderlich ist, den magnetischen Fluß über den vorhandenen Weg relativ hoher 30 Reluktanz zu treiben.

Dieses Kosten- und Platzbedarfproblem bei derartigen Zirkulatoren ist durch die erfindungsgemäße
Anordnung gelöst. Hierbei ist gemäß einem Merkmal
der Erfindung eines der gyromagnetischen Elemente 35 Mittelteil 16 hat einen Durchmesser, der zumindest ersetzt durch ein hochpermeables Element mit einer das Doppelte der Bandleiterbreite ist. Es ist empileitenden Begrenzung, die in Kontakt mit dem Mittel- risch bestimmt worden, daß wünschenswerte Eigenleiter und der zugeordneten äußeren Fläche steht. schäften dann erhalten werden, wenn der kleinste Zusätzlich dazu, daß diese Anordnung als Wärme- Abstand zwischen der Kante des Teils 16 und jeder senke für den Mittelleiter dient, wird hierdurch die 40 Seitenwand 1, 8, 9 praktisch gleich der Entfernung Reluktanz des Magnetisierungswegs und folglich die zwischen einer Grundplatte und dem Mittelleiter ist. Größe des erforderlichen Magneten entscheidend ver- Die radialen Enden jeder der Bandleiter können über ringert. Ferner ist gemäß einem weiteren Merkmal entsprechende Übertrager oder Impedanzanpaßvorder Erfindung die maximale Ausdehnung des hoch- richtungen an die zugeordneten Bandleitungen anpermeablen Elements in der zum Mittelleiter paralle- 45 gekoppelt sein oder können in koaxialen Verbindern len Ebene kleiner als die Breite des gemeinsamen abgeschlossen werden.

Teils, derart, daß der gemeinsame Teil eine leitende Zwischen der Grundplatte 11 und der Spinne 12

Konsole bildet, die eine Begrenzung des Elements und im wesentlichen zum kreisförmigen gemeinsamen gibt. Die Gegenwart der Konsole ermöglicht die für Teil zentriert liegt ein Glied 17 aus gyromagnetigute Zirkulatorwirkung richtige Magnetfeldverteilung 50 schem Material, beispielsweise irgendein praktisch

im verbleibenden gyromagnetischen Körper. nichtleitendes ferrimagnetisches oder ferromagneti-

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der sches Material, z. B. Yttriumeisengranat oder Ferrit.

Erfindung ist ein innerer Teil des hochpermeablen Das Glied 17 hat vorzugsweise eine Dicke, die den Elements aus Material hergestellt, das permanent- Raum zwischen den Leitern 11 und 16 ausfüllt, sowie magnetisiert ist. Hierdurch wird die Notwendigkeit 55 eine Querabmessung, die vorzugsweise kleiner ist als vermieden, einen äußeren Magneten vorzusehen, wo- die des gemeinsamen Teils 16, aber größer ist als die durch die Größe des Gesamtaufbaus noch weiter Breite der Bandleiter. Diese Beziehungen sind jedoch

reduziert wird. nicht kritisch. Dem Glied 17 gegenüberstehend ist

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in ein Glied 18 zwischen dem Teil 16 und der Grund-

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels be- 60 platte 10 angeordnet. Das Glied 18 weist eine hohe

schrieben; es zeigt Permeabilität auf und besteht teilweise aus Kupfer,

F i g. 1 eine Schrägansicht, teilweise aufgeschnit- Messing oder anderem leitendem Material. Das

ten, des Ausführungsbeispiels, Grundmaterial hoher Permeabilität kann zumindest

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Magnet- an seiner äußeren Umfangsfläche mit einem leitenden

feldlinien in einem Teil der Anordnung nach F i g. 1 65 Material in geeigneter Weise beschichtet sein. Die

und Spinne 12 ist am gemeinsamen Teil 16 vergrößert, so

Fig. 3 eine Schrägansicht einer abgewandelten daß die vorstehende Kante desselben eine leitende

Ausführung der Anordnung nach Fi g. 1. Konsole bildet, die das Glied 18 umgibt.

g ,

sich ein Hohlraum 'zylindrischer Form ergibt, oder auch konkave oder irgendwie andere Form besitzen können.

Entsprechend der üblichen Praxis hat jeder der Bandleiter 13, 14, 15 eine Breite, die mit Bezug auf den Abstand zwischen den Grundplatten 10 und 11 so gewählt ist, daß der Wellenwiderstand den gewünschten Wert, üblicherweise 50 Ohm, hat. Der

Für die nachstehende Beschreibung ist der einfacheren Analyse und Konstruktion halber angenommen, daß die Glieder 17 und 18 je die Form einer Scheibe haben. Diese Glieder werden daher im folgenden als Scheibe 17 und 18 bezeichnet, obgleich es sich versteht, daß jedes dieser Glieder andere symmetrische Formen haben kann.

Die Scheibe 18 hat also einen Durchmesser, der kleiner ist als der des gemeinsamen Teils 16, so daß die vorstehende Kante des Teils 16 die erforderliche Konsole bildet. Diese Beziehung wird als kritisch im Hinblick darauf betrachtet, daß die noch zu beschreibende Magnetfeldverteilung erhalten wird. Im Hinblick auf die übrigen, im vorstehenden beschriebenen Eigenschaften wird daher die Scheibe 18 einen Durchmesser haben, der größer ist als die Breite der Bandleiter, z. B. des Bandleiters 13. Daher hat die Scheibe 18 Abmessungen, die im wesentlichen mit denen der gyromagnetischen Scheibe vergleichbar sind. Die Scheibe 18 verbindet die Grundplatte 10 und den gemeinsamen Teil 16 elektrisch miteinander und kann in festem elektrischem Kontakt mit denselben durch Druck oder durch geeignete Verlötung gehalten werden. Entsprechend der üblichen Praxis ist eine (nicht dargestellte) Einrichtung vorgesehen, die ein konstantes magnetisches Feld erzeugt, das die Scheibe 17 senkrecht zu ihrer Scheibenebene durchsetzt, wie dies durch den Vektor H_DC dargestellt ist.

Wird ein Bandleiter, z. B. der Bandleiter 13, durch die übliche TEM-Schwingungsform angeregt, so erhält man ein Magnetfeldmuster in der Nachbarschaft der Scheiben, das etwa der schematischenDarstellung in F ϊ g. 2 entspricht. Die oberhalb und unterhalb des kreisförmigen gemeinsamen Teils 16 liegenden Magnetfeldlinien verlaufen daher in Ebenen, die parallel zur Ebene des Teils 16 liegen. Auf der Oberseite in der Nähe der leitenden Scheibe 18 krümmen sich die Linien um den Umfang der Scheibe 18 und sind an der Konsole konzentriert, die durch die Scheibe 18 und die vorstehende Kante des Teils 16 gebildet ist. Die Feldlinien laufen dann über die Kante des Teils 16 und setzen sich auf der Rückseite längs gekrümmten Wegen fort, die im allgemeinen unter senkrechter Orientierung zum Umfang des Teils 16 beginnen. Daher gehen die Feldlinien durch die Ferritscheibe 17 auf einer Seite des Teils 16 in praktisch der gleichen Form durch, in der sie auf beiden Seiten eines ähnlichen gemeinsamen Teils in einem Aufbau verlaufen wurden, bei dem nichtleitende Ferritscheiben auf beiden Seiten dieses gemeinsamen Teils vorhanden sind. Es wurde ferner erkannt, daß trotz der nichtsymmetrischen Natur dieses Feldes dasselbe ein Paar gegensinnig rotierender Feldlinienbilder aufbaut, die um den Teil 16 in beiden Richtungen unter Geschwindigkeiten umlaufen, die sich voneinander um einen vom Wert des Gleichfeldes H_DC in der gleichen Weise abhängigen Betrag unterscheiden, wie dies bei einem symmetrischen Feld der Fall wäre. Die Knotenpunkte des elektrischen Feldes werden dort erzeugt, wo die beiden rotierenden Felder in entgegengesetzter Phase sind, und für den richtigen Wert von H_DC wird ein Knotenpunkt an der Stelle, beispielsweise des Bandleiters 14, erzeugt, wobei dann gleichzeitig der Bandleiter 15 außerhalb jedes Knotenpunkts liegt. Daher werden elektromagnetische WeI-len vom Bandleiter 13 zum Bandleiter 15 übertragen. Die Kopplung ist jedoch nicht reziprok, und zwar in der Hinsicht, daß am Bandleiter 15 eintretende Wellenenergie ein neues Feldmuster aufbauen wird, das beim Bandleiter 13 einen Knoten besitzt und auf den Bandleiter 14 überträgt. In ähnlicher Weise wird bei 14 eingespeiste Energie nach 13 übertragen werden, wobei der Bandleiter 15 entkoppelt ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile können am besten an Hand eines Vergleichs mit den bekannten Formen erkannt werden, die zwei gyromagnetische Scheiben besitzen. So reduziert das Erfordernis nur einer einzigen gyromagnetischen Scheibe 17 die Kosten der Vorrichtung wesentlich. Ferner kann gezeigt werden, daß die Gegenwart der leitenden Scheibe 18 die Impedanz des Verbindungsbereichs nur leicht ändert und keine ernsthaften Impedanz-Anpaßprobleme für das angeschlossene Übertragungssystem hat. Ferner kann die Scheibe 18 groß genug gemacht werden, so daß sie aus hochpermeablem Stahl oder Eisen hergestellt werden kann, wobei dann der Eisenkörper zumindest auf seiner zylindrischen Fläche mit hochleitfähigem Material in geeigneter Weise beschichtet ist. Der Spalt hoher Reluktanz zwischen den Polen eines äußeren Magneten wird daher um etwa die Hälfte reduziert.

In F i g. 3 ist dargestellt, wie aus der Größe des leitend umschlossenen Gebiets innerhalb der Scheibe 18 ein weiterer Vorteil zur Vereinfachung des magnetischen Kreises der Anordnung nach F i g. 1 erhalten werden kann. Entsprechende Teile sind mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber die Grundplatten weggelassen sind. Die Abwandlung beruht auf der Verwendung eines leitenden Rings 30 mit einem Außendurchmesser, der dem der Scheibe 18 der F i g. 1 entspricht. Im Innenraum des Rings 30 ist eine permanentmagnetisierte Scheibe 31 angeordnet, die das erforderliche Polarisierfeld H_DC für die gyromagnetische Scheibe 17 liefert. Es wird daher ein sehr kompaktes Bauelement erhalten, bei dem der Abstand zwischen den Grundplatten dazu benutzt wird, den Magneten selbst aufzunehmen. Die Verwendung eines getrennten leitenden Rings 30 und einer magnetischen Scheibe 31 gestattet eine maximale Freiheit bei der Auswahl geeigneter Materialien. So ist es beispielsweise möglich, einen der neuen keramischen Magneten, die wenig oder gar keine elektrische Leitfähigkeit besitzen, für die Scheibe 31 zu verwenden und ein hochleitendes Material, z. B. Kupfer oder Messing, für den Ring 30. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Funktion auch durch Verwendung eines magnetischen Stahls oder eines magnetischen Materials guter Leitfähigkeit in Form einer einzigen magnetisierten Scheibe hoher Leitfähigkeit erzielt werden kann.

Eine weitere Verbesserung wird nach Fi g. 3 durch die Verwendung von Gliedern 32, 33 aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante, z. B. Aluminiumoxid, erhalten, die den Ring 30 bzw. das gyromagnetische Element 17 umgeben. Die Glieder 32 und 33 sind als die entsprechenden Komponenten umgebende Ringe dargestellt, es sei jedoch bemerkt, daß, falls die in der Bandleitungstechnik bekannte Schichtaufbautechnik verwendet wird, die Glieder 32 und 33 Bestandteil der dielektrischen Tragteile des lamellenartigen Aufbaus bilden werden, oder sie können längs den Bandleitern 13, 14 und 15 zu Impedanztransformierzwecken um ungradzahlige Vielfache einer Viertelwellenlänge radial nach auswärts erstreckt werden. In jedem Fall suchen die dielek-

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irischen Glieder die elektromagnetische Energie innerhalb des gyromagnetischen Materials der Seheibe 17 zu konzentrieren, ebenso entsprechend in der den Ring 30 umgebenden Konsole, wodurch die gyromagnetische Wechselwirkung mit der eingespeisten Wellenenergie erhöht wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Y-Zirkulator mit einem vorzugsweise ebenen Mittelleiter, der in parallelem Abstand zwischen zwei leitenden Außenflächen liegt und zumindest mit drei sich von einem gemeinsamen Teil symmetrisch weg erstreckenden Bandleitern versehen ist, einem Körper aus gyromagnetischem Material, der in einer senkrecht zur Ebene des Mittelleiters orientierten Richtung magnetisiert und zwischen dem gemeinsamen Teil und einer der Außenflächen angeordnet ist, und einem den ge-

memsamen Teil mit der anderen Außenfläche leitend verbindenden Glied, dadurch gekennzeichnet, daß das letztere Glied ein leitend begrenztes Element (18) hoher Permeabilität aufweist, dessen maximale Ausdehnung in einer zur Ebene des Mittelleiters (12) parallelen Ebene kleiner als die des gemeinsamen Teils (16) ist, derart, daß der gemeinsame Teil eine leitende Konsole bildet, die eine Begrenzung des Elements (18) gibt.

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein innerer Teil (31) des Elements hoher Permeabilität aus einem Material gebildet ist, das permanent magnetisiert ist, und daß ein äußerer Teil (30) des Elements aus leitendem Material gebildet ist.

3. Zirkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element hoher Permeabilität die Form einer Scheibe besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen