DE1916035A1

DE1916035A1 - Four-armed microwave circulator

Info

Publication number: DE1916035A1
Application number: DE19691916035
Authority: DE
Inventors: Pietro Susin
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1968-04-02
Filing date: 1969-03-28
Publication date: 1970-04-09
Also published as: NL6904028A; FR2009815A1

Description

8008-69/Dr.v.B/E8008-69 / Dr.v.B / E

DB 155/BREV/SUL/sulDB 155 / BREV / SUL / sul Italienische Patentanmeldung 14 713A/68Italian patent application 14 713A / 68

vom 2. April 1968dated April 2, 1968

Societä Italiana TelecomunicazioniSocietä Italiana Telecomunicazioni

Siemens a.p.a. Mailand (Italien), Piazzale Zavattari 12Siemens a.p.a. Milan (Italy), Piazzale Zavattari 12

Vierarmiger Mikrowellen-ZirkulatorFour-armed microwave circulator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vierarmigen Mikrowellen-Zirkulator aus zwei mit jeweils einem Arm miteinander verbundenen Y-Zirkulator en, die jeweils einen Körper aus ferro** magnetischem Material, wie Ferrit oder Granat, enthalten.The present invention relates to a four-armed microwave circulator consisting of two with one arm each with one another connected Y-circulators, each with a body made of ferro ** magnetic material such as ferrite or garnet.

In der Mikrowellen-Technik werden häufig nichtreziproke Hohlleiter- und Koaxialleitungselemente, insbesondere Riehtungs- ! leitungen und Richtungsgabeln verwendet. Diese enthalten im allgemeinen einen Körper aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wie Ferrit oder Granat, der durch ein äußeres Magnetfeld entweder in übertragungsrichtung (Ausnutzung des Faraday-Effekte») oder senk-! recht zur übertragungsrichtung vormagnetiaiert ist. Von der letztgenannten Möglichkeit, die die häufigere ist, wird auch bei der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht. ;In microwave technology, non-reciprocal Waveguide and coaxial line elements, especially directional! lines and directional forks used. These generally contain a body made of a ferromagnetic material, such as Ferrite or garnet, which by an external magnetic field either in direction of transmission (utilization of the Faraday effect ») or lowering! is biased right to the direction of transmission. The latter option, which is the more common, is also used with the made use of the present invention. ;

Es ist bekannt, daß eine Hohlleiter- oder Koaxialleitung»- verzweigung mit drei oder mehr Armen, in deren Mitte ein quer ! zur Fortpflanzungsrichtung des die Verbindung durchlaufenden elektromagnetischen Feldes magnetisierter, zylindrischer oder prismatischer Kern angeordnet ist, eine von der Flußrichtung desIt is known that a waveguide or coaxial line »- branching with three or more arms, in the middle of which a cross! to the direction of propagation of the electromagnetic field passing through the connection magnetized, cylindrical or prismatic core is arranged, one of the direction of flow of the elektromagnetischen Feldes abhängige Dämpfung aufweist. Wird z.B.Electromagnetic field-dependent attenuation. If e.g.

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elektromagnetische Energie in den Arm A eingespeist, so wird sie nahezu dämpfungslos zum Arm B übertragen, während sie zu den an- ^: deren noch vorhandenen Armen praktisch nicht gelangen kann.Führt man die Energie dagegen dem Arm zu, so wird sie niehta zum Arm A übertragen, wie es bei einer reziproken Anordnung der Fall wäre, sondern zu einem anderen Arm.electromagnetic energy in the arm A fed, it is almost transferred dämpfungslos for arm B, while the ^Toggle: do not reach their remaining poor practice, however kann.Führt you the energy to the arm, it will niehta for arm A transferred, as would be the case with a reciprocal arrangement, but to a different arm.

Es sind Zirkulatoren mit vier Armen bekannt, die aus zwei nebeneinander angeordneten, dreiarmigen Y-Zirkulatoren bestehen, die ,preils mit einem ihrer Arme miteinander verbunden sind. Diese Lösung ist jedoch sowohl hinsichtlich des Raumbedarfes als auch des Werkstoffbedarfes ziemlich aufwendig. Insbesondere werden doppelt soviel Platz wie für einen Y-Zirkulator und vier Dauermagnete für die Vormagnetisierung der Ferrit- bzw. Granatkörper in den beiden Zirkulatoren benötigt.There are circulators with four arms are known that consist of two There are three-armed Y-circulators arranged next to one another, which are, preils, connected to one another with one of their arms. These However, the solution is quite expensive both in terms of space requirements and material requirements. In particular, be twice as much space as for a Y-circulator and four permanent magnets for the premagnetization of the ferrite or garnet bodies needed in the two circulators.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Lösung als die oben beschriebene anzugeben, die nur ein äußeres Hagnetfeld und damit nur zwei Dauermagnete statt vier erfordert und wesentlich weniger Raum einnimmt als die oben beschriebene bekannte Anordnung, jThe present invention is accordingly based on the object of providing a simpler solution than that described above indicate which only requires an external magnetic field and thus only two permanent magnets instead of four and takes up much less space than the known arrangement described above, j

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem vierarmigeit Mikrowellen-Zirkulator aus zwei mit jeweils einem Arm miteinander verbundenen Y-Zirkulatoren, die jeweils einen Körper aus ferr ©magnetischem Material, wie Ferrit oder Granat, enthalten, dadurch gelöst, daß die beiden Y-Zirkulatoren koaxial übereinander angeordnet und durch eine im Inneren der Anordnung verlaufende Verbindung, deren Achse parallel zur gemeinsamen Achse der beiden Y-Zirkulatoren verläuft, verbunden sind; daß die* übrigen vier Arme einander paarweise entgegengesetzt von den senkrecht zur Achse verlaufenden Endflächen der Zirkulator-Anordnung vorspringen, daß in den Endflächen zwei Dauermagnete koaxial zur Achse der Zirkulatoranordnung angeordnet sind und daß zwischen den ferromagnetischen Körpern der Y-Zirkulatoren ein insbesondere zylindrischer ferromagnetischer Zwischenkörper angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in a four-armed microwave circulator made up of two Y-circulators, each connected to one another with one arm, each having a body made of ferrite magnetic material such as ferrite or garnet, solved in that the two Y-circulators are arranged coaxially one above the other and by a connection running inside the arrangement, the axis of which is parallel to the common axis of the two Y-circulators are connected; that the other four arms are opposite to each other in pairs from the end faces of the circulator arrangement which run perpendicular to the axis project that two permanent magnets are arranged coaxially to the axis of the circulator arrangement in the end faces and that an in particular cylindrical ferromagnetic intermediate body is arranged between the ferromagnetic bodies of the Y circulators.

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- Vorzugsweise enthält die Zirkuiatoranordnung mehrere, etwa scheiben- bzw· ringförmige Gehäuseteile.- Preferably, the circulator arrangement contains several, for example disc-shaped or ring-shaped housing parts.

Der vierarmige Mikrowellen-Zirkulator gemäß der Erfindung hat kleinere Abmessungen als der oben erwähnte bekannte Mikrowellen-Zirkulator, da es durch die neuartige Anordnung der Arme bzw. deren Anschlüsse an den Endflächen des Gehäuses möglich wird, die Dicke der einzelnen Übereinander angeordneten Y-Zirkulatoren zu verringern, insbesondere wenn man für diese Streifenleitungen verwendet, während die Dicke bei dem bekannten Zirkulator durch den Durchmesser der Anschlüsse für die Arme bestimmt wird, die an der zylindrischen Wand der Zirkulatoren angeordnet sind. Durch die wesentliche Verringerung des Platzbedarfes eignet sich der vorliegende Zirkulator insbesondere für miniaturisierte Anordnungen .The four-armed microwave circulator according to the invention has smaller dimensions than the known microwave circulator mentioned above, as it is due to the novel arrangement of the arms or whose connections to the end faces of the housing becomes possible, the thickness of the individual Y-circulators arranged one above the other to reduce, especially if one used for these striplines, while the thickness in the known circulator by the diameter of the connections for the arms is determined, which are arranged on the cylindrical wall of the circulators. By the substantial reduction in space required, the present circulator is particularly suitable for miniaturized arrangements.

Bei dem vorliegenden, vierarmigen Zirkulator werden also zwar immer noch zwei Y-Zirkulatoren aus Hochfrequenzleitungen mit Innenleiter, insbesondere Koaxial- oder Streifenleitungen, verwendet, wobei jedoch die Anschlüsse der vier Arme des Zirkulators symmetrisch um 60° gegenüber einer durch die Achse der beiden Y-Zirkulatoren gehenden Symmetrieebene versetzt sind und senkrecht auf den insbesondere kreisförmigen, ebenen Endflächen des vorzugsweise zylindrischen Gehäuses der Y-Zirkulatoren verlaufen. Die Anschlüsse gehen also durch die End- oder Stirnflächen und nicht wie bisher durch die Seitenwand, in das Innere des Resonators und sind dort mit je einem Mittelleiter, insbesondere einem Flachleiter der zugehörigen Leitung, insbesondere einer Streifenleitung, verbunden.In the case of the present four-armed circulator, two Y-circulators are still made from high-frequency lines with inner conductor, in particular coaxial or strip lines, used, but the connections of the four arms of the circulator are symmetrically offset by 60 ° with respect to a plane of symmetry going through the axis of the two Y-circulators and run perpendicular to the in particular circular, flat end faces of the preferably cylindrical housing of the Y-circulators. The connections go through the end or end faces and not, as before, through the side wall, into the interior of the resonator and are there each with a central conductor, in particular a flat conductor of the associated line, in particular a stripline.

Die beiden koaxial übereinander gesetzten Y-Zirkulatoren sind miteinander durch eine ganz innerhalb des Gehäuses verlaufende Verbindung verbunden, deren Achse zur gemeinsamen Achse der Zirkulatoren parallel ist und in einer Symmetrieebene der Zirkulatoren liegt.The two Y-circulators placed coaxially one above the other are connected to one another by a connection running entirely within the housing, the axis of which is to the common axis of the circulators is parallel and lies in a plane of symmetry of the circulators.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles inThe invention is illustrated in FIG Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:Connection with the drawing explained in more detail, it shows:

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Fig. 1 einen teilweise geschnittenen, bekannten vierer- ;Fig. 1 is a partially sectioned, known quad;

migen Mikrowellen-Zirkulator, der aus zwei Y-Zirkulatoren be- ^! migen microwave circulator, which consists of two Y-circulators ^!

steht, die durch eine äußere Verbindung miteinander gekoppelt jwhich are coupled to one another by an external connection j

sind; :are; :

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Zirkulator gemäß einem ! Ausführungsbeispiel der Erfindung, und :Fig. 2 is a plan view of a circulator according to a! Embodiment of the invention, and:

Fig. 3 eine Schnittansicht des in Fig. 2 dargestellten Zikulators längs der strichpunktierten Linie a-b in Fig. 2. 'Fig. 3 is a sectional view of the circulator shown in Fig. 2 along the dash-dotted line a-b in Fig. 2. '

In Fig. 1 ist der rechte Zirkulator im Schnitt und der lin-; ke Zirkulator in Draufsicht dargestellt. Die bekannte Zirkulatoranordnung gemäß Fig. 1 hat vier Arme 1 bis 4 und eine Verbindung 5 für die verbleibenden beiden Arme der Y-Zirkulatoren. Hit S ist die Seitenwand bezeichnet, die einen zylindrischen Hohlraum 7 einschließt, der Streifenleiter 11 enthält, die jeweils mit einem Mittelleiter 12 eines Koaxialanschlusses für den betreffenden Arm verbunden sind. An den miteinander verbundenen Enden der Streife nie it er 11 befindet sich eine Ferrit- oder Granatscheibe 10, die in Querrichtung durch zwei Dauermagnete magnetisiert wird.In Fig. 1, the right circulator is in section and the lin-; ke circulator shown in plan view. The known circulator arrangement according to FIG. 1 has four arms 1 to 4 and a connection 5 for the remaining two arms of the Y circulators. Hit S denotes the side wall which encloses a cylindrical cavity 7 which contains strip conductors 11 which are each connected to a center conductor 12 of a coaxial connection for the arm in question. At the interconnected ends of the strip 11 there is a ferrite or garnet disk 10 which is magnetized in the transverse direction by two permanent magnets.

In Fig. 1 ist einer dieser Magnete 8 dargestellt, der auf der äußeren ebenen kreisförmigen Endfläche 9 des Gehäuses liegt.In Fig. 1 one of these magnets 8 is shown, which lies on the outer flat circular end surface 9 of the housing.

Elektromagnetische Energie, die dem Arm 1 des in Fig. 1 dargestellten Zirkulators zugeführt wird, durchläuft die Verbindung 5 und tritt dann durch den Arm 3 oder k aus, während elektromagnetische Energie, die je nach Richtung des Magnetfeldes im Ferritkörper des linken Zirkulators durch den Arm 3 bzw. 1» eingeführt wird, am Arm 2 austritt.Electromagnetic energy supplied to arm 1 of the circulator shown in Fig. 1 passes through connection 5 and then exits through arm 3 or k , while electromagnetic energy which, depending on the direction of the magnetic field in the ferrite body of the left circulator, passes through the arm 3 or 1 »is introduced, emerges at arm 2.

Die Gesamtdicke des bekannten Zirkulators gemäß Fig. 1 wird durch den Außendurchmesser der Koaxialanschlüsse der Arme bestimmt .The total thickness of the known circulator according to FIG. 1 is determined by the outer diameter of the coaxial connections of the arms.

Der in den Fig. 2 und 3 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte vierarmige Mikrowellen-Zirkulator enthält eenfalls zwei Y-Zirkulatoren, die jedoch nicht nebeneinander, ,sondern koaxial übereinander angeordnet sind. Der Y-ZirkulatorThe four-armed microwave circulator shown in FIGS. 2 and 3 as an embodiment of the invention contains also two Y-circulators, but not next to each other, , but are arranged coaxially one above the other. The Y circulator

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hat vier Koaxialanschlü3se, die senkrecht au3 den kreisförmigen Endflächen des Gehäuses hrausragen. Die Anschlüsse 15, 16 und 18 sind in der Zeichnung dargestellt, der vierte Anschluß, der dem Anschluß 16 gegenüberliegt, ist dagegen nicht zu sehen.has four coaxial connections that are perpendicular to the circular ones End faces of the housing protrude. The connections 15, 16 and 18 are shown in the drawing, the fourth connection, the opposite the terminal 16, however, cannot be seen.

Die verbleibenden beiden Arme der beiden Y-Zirkulatoren sind durch eine Verbindung 19 gekoppelt, die vollständig innerhalb der Einrichtung verläuft. Um die mechanische Herstellung des Gehäuses zu erleichtern, besteht dieses aus drei scheibenförmigen Teilen 22, 23 und 24 (Pig. 3), die übereinander angeordnet sind.The remaining two arms of the two Y-circulators are coupled by a link 19 which runs entirely within the facility. To mechanical manufacture To facilitate the housing, this consists of three disc-shaped Parts 22, 23 and 24 (Pig. 3), which are arranged one above the other are.

Der Zirkulator gemäß der Erfindung benötigt nur ein einziges Vormagnetisierungsfeld, das durch zwei Dauermagnete 25 und 26 erzeugt wird. Um den magnetischen Widerstand des Magnetkreises klein zu halten, ist ein zylindrischer Zwischenkörper 27 aus einem ferromagnetischen Werkstoff hoher Permeabilität zwischen den aus vier Ferritscheiben 28, 29, 29', 30 bestehenden Ferritkörpern, die auch in den bekannten dreiarmigen Zirkulatoren vorhanden 3ind, angeordnet.The circulator according to the invention only requires a single bias field, which is created by two permanent magnets 25 and 26 is generated. In order to keep the magnetic resistance of the magnetic circuit small, a cylindrical intermediate body 27 is made of a ferromagnetic material of high permeability between the ferrite bodies consisting of four ferrite disks 28, 29, 29 ', 30, which are also present in the known three-armed circulators.

Elektromagnetische Energie, die durch den Anschluß 15 eingespeist wird, durchläuft die eineii Winkel von 120° bildende Bandleitung im oberen Y-Zirkulator zur inneren Verbindung 19 und durch diese zur Leitung 21 des unteren Y-Zirkulators und tritt dann am "Anschluß 18 aus. Entsprechendes gilt auch für den Anschluß 16 und den nichtdargestalten Anschluß, der diesem gegenüberliegt .Electromagnetic energy fed through terminal 15 passes through the one forming an angle of 120 ° Ribbon line in the upper Y-circulator to the inner connection 19 and through this to the line 21 of the lower Y-circulator and enters then at "connection 18. The same applies to the connection 16 and the connection not shown opposite this .

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Claims

Patent claims

1.) Four-armed microwave circulator consisting of two with each an arm interconnected Y-circulators, each having a body made of ferromagnetic material, such as ferrite or Garnet containing, characterized in that the two Y-circulators are arranged coaxially one above the other and connected by a connection (19) running inside the arrangement parallel to the axis of the two Y-circulators are that the other four arms have connections (15 to 18) which are opposite to each other in pairs from the end faces of the circulator arrangement which run perpendicular to the axis protrude vertically so that two permanent magnets (25> 26) are arranged coaxially to the axis of the circulator arrangement in the end faces are, and that between the ferromagnetic bodies (28, 29 »29V 30) of the Y-circulators a ferromagnetic intermediate body (27) is arranged.

2. Microwave circulator according to claim 1, characterized in that the circulator arrangement has a plurality of contains approximately disc-shaped or ring-shaped housing parts (22, 23, 24).

3. Microwave circulator according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the arms of the Y circulators contain strip-shaped inner conductors (11), the are provided with coaxial connections (12). *

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