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greuxungspunktxirkulatos"".
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Die Erfindung betrifft einen Kreuzungspunktzirkulator d.h. einer
Zirkulator des unter dem englischen Namen von "junction circulatorH bekannten Typs.
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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist am Kreuzungspunkt von
mindestens drei Ubertragungsleitungen z.B. Bandleitungen oder Bohlleiter, ein ferromagnetischer
Körper z.B. aus Ferrit angeordnet, der in einer zu der durch die Übertragungsleitungen
bedingten Ebene senkrechten
Richtung magnetisch vorpolarisiert
ist. Die Stellen, an denen die Ubertragungsleitungen an den eigentlichen Zirkulator
angeschlossen sind, werden Insohlusstore genannt. Diese Tore sind bei den bekannten
Vorrichtungen an drehsymmetrisoh liegenden Stellen lange des Umfang des Ferritkörpers
in einer zur Vorpolarisierungsriohtung senkrechten Ebene mit dei elektromagnetischen
Feld im Ferritk8rper gekoppelt.
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Ein Zirkulator ist dadurch gekennzeichnet, dass die einem Anschlusstor
zugefuhrte Energie bei richtiger Anpassung lediglich auf das nächste Tor tibertragen
wird, die dem nächsten Tor zugeführte Energie lediglich auf das weitere nächste
Tor übertragen wird, usw.
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Die Wirkungsweise eines Zirkulatore grExdet sich auf die Tatsache,
dass in dem Korper eine linksdrehende und eine rechtsdrehende elektro-magnetische
Welle auftreten kannen, die gemeinsam ein Muster stehender Wellen hervorrufen. Bei
einem Drei-Tor-Zirkulator ist bei Energiedbertragung von einem ersten Tor auf ein
zweites Tor das dritte Tor isoliert, so dass diesem keine Energie entnommen werden
kann. Das Wellenmuster stellt sich dabei derart ein, dass ein Knoten des elektrischen
Feldes beim dritten Tor auftritt.
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Unter UtstEnden kann in der Praxis dennoch eine bestimmte Energieübertragung
auf das isolierte Tor erfolgen, z.B. wenn die Frequenz verhältnismässig stark von
der eigentlichen Wirkfrequenz abweicht. Dis Bandbreite des Zirkulators wird auf
diese Weise beschränkt.
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Aus Untersuchungen in dieser Hinsicht hat sich ergeben, dass bestimmte,
unerwünschte Schwingungsmodi einen störenden Einfluss ausuben.
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Insbesondere hat man festgestellt, dass verschiedene Schwlngungsmodi
möglich sind. Im allgemeinen wird bei jedem Schwingungsmodus das elektrische Yeld
sinusförmig langs des Randes des Ferritkörpere verteilt sein. Diese
Verteilung
weist eine geringe n-fache Periodizität auf. Es gibt z.B. einen Schwingungsmodus,
bei dem die Verteilung längs des Umfanges eine einzige Periode eines Sinus cnthält,
einen weiteren Schwingungsmodus, bei den die Verteilung zwei perioden eines Sinus
enthält, usw.
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Die Schwingungsaodi weisen Je eine Art von Resonanzfrequenz auf,
bei der sie am bequemsten erzeugt werden konnen. Diese Resonanzfrequenz ist fUr
die verschiedenen Schwingungsmodi verschieden. Der Frequenzunterschied ist jedoch
nicht so gross, wodurch Schwingungsmodi mit benachbarten Resonanzfrequenzen doch
störend wirken können. Dies ist bestimmt der Fall, wenn Zirkulatoren mit einer grossen,
effektiven Band. breite aufgebaut werden sollen Ein Drei-Tor-Schalter kann z.B.
derart eingerichtet sein, dass Zirkulation bei dem Schwingungemodus auftritt, bei
dem n = 1 ist. Bei Zufuhr von Energie an ein bestiamtes Tor tritt jedoch die Gefahr
auf, dass auch der Schwingungemodus mit n L 2 angeregt wird und zwar umso eher,
Je mehr die Frequenz der Resonanzfrequenz des letzteren näher kommt. Von letzterem
ist die Zirkulationsrichtung der des erwünschten Schwingungsmodus n = 1 entgegengesetzt.
Durch den Schwingungsmodus mit n = 2 erfolgt dann Energieübertragung über das "isolierte"
Tor, so dass dieser Schwingungsmodus unersdnscht ist.
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Umgekehrt kann der Zirkulator auch fitr den Vorgang mit dem Schwingungsmodus
mit n =-2 eingerichtet sein, in welchem Falle der Schwingungsmodus mit n = 1 als
unerwünscht betrachtet werden soll.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Unterdrücken
unerwünschte Schwingungsmodi mit n-facher Periodizität bei einem Zirkulator.
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Nach er Erfindung ist jedes ror nicht wie bei den bekannten
Zirkulatoren
an nur einer Stelle mit dem elektro-iagnetischen Feld im ferro-magnetischen Körper
sondern an zwei Stellen gekoppelt, deren längs des Umfangs in Radialen gemessener
Winkelabstand gleich k/n ist, wobei k eine ganze Zahl gleich n oder kleiner als
n ist, llEhrend an den beiden Kopplungsstellen die Kopplung gleichphasig erfolgt,
wenn k ungerade ist, und gegenphasig, wenn k gerade ist.
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Diese Vorrichtung ist derart, dass bei Zufuhr von Energie sn ein
Tor des Zirkulators der unerwffnachte Wellentyp gleichsam an zwei Stellen jedoch
gegenphasig angeregt wird, so dass die Wirkungen sich gegenseitig beheben und das
Tor also tatsächlich nicht mit dem unerwünschten Schwingungsmodus gekoppelt ist.
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Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung
näher erlEutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch einen Halbechnitt durch einen bekannten,
unbalancierten Drei-Tor-Zirkulator und Fig. 2 eine Draufsicht auf denselben.
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Der Zirkulator enthält eine leitende Oberplatte 1, eine Unterplatte
2 und eine Mittenplatte 3 mit drei Anschlusstreifen 4, 5 und 6, die in gleichen
Abständen voneinander auf dem Umfang verteilt sind.
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Zwischen den Platten sind zwei scheibenartige Kdrper 7 und 8 aus Ferrit
angeordnet, die in Richtung des Pfeiles H magnetisch vorpolarisiert aind.
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Die Streifen 4, 5 und 6 bilden die Anschlusstore des Zirkulators,
an welche t!bertragungsleitungen, in diesem Falle konzentrische Leitungen angeschlossen
werden können wie dies bei dem Tor 4 angedeutet ist. Der Innenleiter 9 einer konzelltrische
Leitung 10 ist mit dem Streifen 4 und der Aussenleiter 10 ist unten und oben mit
den Platten 1 und 2 verbunden.
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Es ei vorausgesetzt, dass der Zirkulator für ein Vorgehen mit dem
Schuingungsmodus mit einfacher Periodizitat (n - 1) eingerichtet ist,
wobei
eine sinusförmige Verteilung des elektrischen Feldes längs des Umfanges der Ferritkörper
7 und 8 auftritt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn Energie vom Tor 4 auf
das Thr 5 übertragen wird, stellt sich das elektro-magnetische Feld selbattätig
derart sin, dass das isolierte Tor 6 bei dem Knoten im elektrischen Felde (1800)
und die Tore 4 und 5 bei 600 bzw. 300° lGng des Umfanges liegen. Es werden dabei
Jedoch auch Schwingungsmodi mit n-facher Periodizität angeregt werden, deren Verteilung
längs des Umfanges des elektrischen Feldes in allgemeinen durch: sin n (# + #) wiedergegeben
werden kann, wobei # die Koordinate des laufende Winkels und t einen Phasenwinkel
bezeichnen, wobei# von der Stel le des Speisepunktes sbhangig ist. Der am meisten
störend wirkende Schwingungsmodus ist in diesem Falle der mit der doppelten Periodizität
(@-2).
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Tore gleichsam in
je zwei Teile aufgespaltet, dass heisst, sie sind an Je zwei Stellen mit dem Beld
im Ferritkörper gekoppelt, wobei der längs des Umfanges gemessene Winkelabstand
derart ist, dass die Speisung zu. unerwünschten Schwingungsmodus gegenphasig ist,
so dass die Speisungen gegeneinander wirksam sind.
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Wenn der Winkel zwischen den beiden Kopplungsstellen gleich α
ist und die Kopplung in der gleichen Phase erfolgt, wird dies erfüllt, wenn n α
ein ungerades Vielfaches von #ist, d.h. α = k I/n , wobei k eine ungerade
ganze Zahl gleich n oder kleiner als n ist. Wenn die Kopplung mit dem Ferritkörper
gegenphasig erfolgt, muss nO( ein gerades Vielfaches von # , also α 2 k Tr
sein, wobei k eine gerade Zahl ist.
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In der Tabelle nach Fig. 4 ist dies für verschiedene Werte von n
und k weiter angegeben. Im vierten Spalt ist die Phase 2 der Kopplung angedeutet,
wobei + gleichphasige Kopplung und - gegenphasige Kopplung
bedeutet.
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Wenn der unerwünschte Schwingungsmodus eine doppelte Periodizitat
(n 1 2) aufweist, gibt es zwei Möglichkeiten. Erstens kann der Winkel zwischen den
Kopplungsstellen gleich 90° sein, in welchen Falle die Kopse lung in der gleichen
Phase erfolgen muss.
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Fig.5 zeigt ein Beispiel einer möglichen Ausfahrung der Mittenplatte
eines unbalancierten Bandleitungszrkulators für diesen Fall, Die Ober- und Unterplatte
überlappen die Mittenplatte, was durch den gestrichelten Preis angedeutet ist. Die
Tore 4, 5 und 6 sind geber Kopplungsstreifen 4a, 4b usw. gleicher Lange mit der
Mittenplatte 3 verbunden.
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Durch passende Bemessung dieser Kopplungsstreifen lassen diese sich
in bekannter Weise wie Impedanztransformatoren zur Anpassung des Zirkulators an
die angeschlossenen Speiseleitungen verwenden.
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Die andere Möglichkeit ist, dass der Winkel zwischen den kopplunsstellen
gleich 180° ist, d.h. die Kopplungsstellen liegen dann diametral einander gegenüber.
Dis Kopplung mit dem Ferritkörper muss dann jedoch gegenphasig erfolgen, was insbesondere
bei unbalancierten Bandleitungszirkulatoren Schwierigkeiten bereitet, da dabei die
Speisung über Phasendrehungsorgane erfolgen muss.
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Bei balancierten Bandleitunszirkulatoren, bei denen nur zwei Platten
mit einem einzigen zwischen diesen angeordneten Ferritkörper vorhanden sind, ist
die gegenphasige Speisung grundsätzlich weniger bedenklich, da diese durch @reuz
ung der Speiseleitungen erfolgen kann, aber auch in diesem Falle wird die gleichphasige
Speizung bevorzugt.
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Aus Untersuchungen hat sich ergeben, dass durch Aufspaltung der Anschlusstore
die Zirkulationseigenschaften des erwünschten Schwingungemodus nicht ungünstig beeinflusst
werden. Die nützliche, relative
Bandbreite eines Zirkulators kann
durch diese Massnahme von etwa 25% auf 35 bis 40% erhöht werden.
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PATENTANSPHUCH: Vorrichtung zum Unterdrücken unerwünschter Schwingungsarten
in einen Kreuzungspunktzirkulator mit miniestens einem scheibenförmigen@zu den grossen
Flächen senkrecht vorpolarisierten, magnetischen Körper, welchor Zirkulator mit
mindestens drei Anschlusstoren versehen ist, die an drehsymmtrisch liegenden Stellen
längs des Umfangs des scheibenförmigen, ferromagnetischen Körpers in einer zu den
flachen Seiten der Scheibe parallelen Ebene mit dem elektromagnetischen Feld in
dem ferromagnetischen Körper gekoppelt sind, wobei die unerwünschten Schwingungsarten
eine n-fache Periodizität längs des Umfangs des K5rpers aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
dass Jedes Tor an z wei Stellen mit dem ferromagnetischen Körper gekoppelt ist,
wobei der längs des Umfangs in Radialen genossen.