DE1809089A1 - Kreuzungspunktzirkulator - Google Patents

Kreuzungspunktzirkulator

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DE1809089A1
DE1809089A1 DE19681809089 DE1809089A DE1809089A1 DE 1809089 A1 DE1809089 A1 DE 1809089A1 DE 19681809089 DE19681809089 DE 19681809089 DE 1809089 A DE1809089 A DE 1809089A DE 1809089 A1 DE1809089 A1 DE 1809089A1
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circulator
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circumference
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DE19681809089
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Hendrik Bosma
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/32Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38Circulators
    • H01P1/383Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387Strip line circulators

Description

  • greuxungspunktxirkulatos"".
  • Die Erfindung betrifft einen Kreuzungspunktzirkulator d.h. einer Zirkulator des unter dem englischen Namen von "junction circulatorH bekannten Typs.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus Untersuchungen in dieser Hinsicht hat sich ergeben, dass bestimmte, unerwünschte Schwingungsmodi einen störenden Einfluss ausuben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Unterdrücken unerwünschte Schwingungsmodi mit n-facher Periodizität bei einem Zirkulator.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zwischen den Platten sind zwei scheibenartige Kdrper 7 und 8 aus Ferrit angeordnet, die in Richtung des Pfeiles H magnetisch vorpolarisiert aind.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Durch passende Bemessung dieser Kopplungsstreifen lassen diese sich in bekannter Weise wie Impedanztransformatoren zur Anpassung des Zirkulators an die angeschlossenen Speiseleitungen verwenden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. Winkelabstand zwischen den Stellen gleich klT/n ist, wobei k eine ganze Zahl gleich n oder kleiner als n ist und die Kopplung an den bei da Kopplungsstellen gleichphasig erfolgt, wenn k eine ungerade Zahl ist und gegeaphasig erfolgt, wenn k eine gerade Zahl ist.
DE19681809089 1967-11-23 1968-11-15 Verbindungszirkulator Granted DE1809089B2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL676715902A NL153032B (nl) 1967-11-23 1967-11-23 Kruispuntcirculator.

Publications (2)

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DE1809089A1 true DE1809089A1 (de) 1969-08-07
DE1809089B2 DE1809089B2 (de) 1976-09-09

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ID=19801792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19681809089 Granted DE1809089B2 (de) 1967-11-23 1968-11-15 Verbindungszirkulator

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US (1) US3521195A (de)
DE (1) DE1809089B2 (de)
FR (1) FR1592844A (de)
GB (1) GB1183420A (de)
NL (1) NL153032B (de)
SE (1) SE332652B (de)

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Also Published As

Publication number Publication date
DE1809089B2 (de) 1976-09-09
US3521195A (en) 1970-07-21
GB1183420A (en) 1970-03-04
NL6715902A (de) 1969-05-28
SE332652B (de) 1971-02-15
FR1592844A (de) 1970-05-19
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