DE1959947A1

DE1959947A1 - Zirkulator mit Bandleitungen

Info

Publication number: DE1959947A1
Application number: DE19691959947
Authority: DE
Inventors: Shojiro Nakahara; Nobutake Orime
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1968-11-28
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-06-11
Also published as: FR2024943A1; NL6917916A; DE1959947B2; US3617945A; GB1283937A

Description

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo (Japan)

Zirkulator mit Bandleitungen

Die Erfindung betrifft 1/erbess enmgen von Zirkulatoren mit Bandleitungen«

Die herkömmlichen, allgemein verwendeten Zirkulatoren mit Bandleitungen umfassen einen Erdleiter_$ einen Innenleiter mit Verzweigungsleitungen und deren Knotensteile und eine Platte aus einem ferrimagnetischen Material, welches zwischen dem Erdleiter und den Innsnleitern angeordnet ist_o An die Platte aus ferrimagE©- tischem Material wird ein Gleichstrommagnetfeld orthogonal zu deren Hauptflachen angelegte Bei der allgemein üblichen Ausführungsform solcher Zirkulatoren mit einer kreisförmig ausgebildeten Knotenetelle und radial von dieser aus verlaufenden ¥eraweigungsleitungen_s die

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in praktisch gleichen Winkelabständen angeordnet sind, gilt, daß, ge breiter der Fläehenbereich ist, mit dem die Platte aus ferrimagnetischem Material die Verzweigungsleitungen überlappt, desto niedriger wird die Mittenfrequenz des Zirkulators sein. Will man Zirkulatoren schaffen, deren Mittenfrequenz relativ gering ist, beispielsweise etwa im Bereich von 1 GHz liegt, so war es bisher erforderlich^ sowohl den Durchmesser der ferrimagnetischen Scheibe als auch die Länge der Verzweigungsleitungen zu vergrößern. Dies führte jedoch zu dem Fachteil, daß der sich ergebende Zirkulator unverhältnismäßig groß wurde. Für eine Verwendung in einem kleinen Gerät, beispielsweise bei künstlichen Satelliten^ waren solche Zirkulatoren ungeeignet. Außerdem erwiesen sie sich als unpraktisch, da sie relativ teuer wurden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen neuen und verbesserten Zirkulator mit Bandleitungen zu schaffen,, dessen Abmessungen klein und dessen-Herstellungskosten gering sind, der aber bei. relativ geringen Frequenzen, .feetrieben werden kann, wobei die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Zirkulatoren vermieden xirerden_e .

Ferner soll ein verbesserter Zirkulator mit Bandverzweigungsleitungen relativ geringer Große geschaffen werden, der innerhalb eines Bereichs relativ geringer Frequenzen betrieben werden kann, indem man die effektive Größe der Eigenkapazität vergrößert, die durch die sich radial etwa in gleichen Winkelabständen voneinander von ihrer KnO-tenstelle aus erstreckenden Verzweigungsleitungen gebildet ist_s ohne daß die radiale Länge dieser 'ferzweigungsleitungen vergrößert wird»

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BAD ORIGiNAL

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ErfindungsgemSB wird dies durch einen Zirkulator mit Bandleitungen erreicht, umfassend einen Erdleiter, '' einen Innenleiter ait einer Mehrzahl von Verzweigungs- ■\ leitungen und deren Knotenstelle, wobei die Verzweigunfspleitungen in etwa gleichen Winkelabständen vpn- ^! einander von der Knotenstelle aus radial verlaufen, einen ferrinagnetiechen Körper, dessen Flächenausdehnung größer iet als die der Knotenstelle, der zwischen den Erdleiter und den Innenleitern angeordnet ist und diese überlappt, und eine magnetische Vorrichtung,die zur Aufprägung eines Qleichstromuagnetfeldes in praktisch orthogonaler Richtung zu dem ferrimagnetischen Körper dient, der dadurch gekennzeichnet ist, daß Swi- i echenabechnitte der Verzweigungsleitungen im Bereich dee Körpers aus ferrimagnetischem Material in gleicher Ebene verbleibend»von ihr-er radialen Richtung abpebogen sind sit den Ziel, den wirksamen Plöchenbereich , mit de« der ferrimagnetische Körper die Verzweigun{?sleitungen überlappt, zu vergrößern·

Palis erforderlich, kann der über die Knotenstelle hinausragende Teil des ferrimagnetischen Körpers durch einen dielektrischen Körper in Form eines Torroids ersetzt sein, der mit dem ferrimagnetischen Körper verbunden ist.

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Vorzugsweise ist der abgebogene Abschnitt -jeder y_erzweigungsleitung in seiner Länge veränderlich,um die Mittenfrequenz des 7irkulators zu verändern, xvr^!hrend der über die Knctenstelle hinausragende Abschnitt des

BAD 'OBiGiNAL.

ferrimagnetisehen Körpers konstant gehalten wird«

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der.Zeichnung·.'

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Zirkulator mit in Sternschaltung angeordneten Bandleitungen herkömmlicher Art.

Fig. 2 zeigt teils als ExplosionszeicJhnung in perspektivischer Darstellung einen herkömmlichenZirkulator mit Bandleitungen.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht einen Teil eines Zirkulators mit in Sternschaltung angeordneten Bandleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung«

Fig. 4a und 4b zeigen Zirkulatoren suit Bandleitungen, die zur Erklärung der erfindungsgemäßen "Vorrichtung geeignet sind.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm entsprechend dem Smith-Diagramm₈ aus welchem der Wert der Eingangsadmittanz entnommen werden kann, von ^eder Verzweigungsleitung des Zirkulators nach 3?ig. M-a aus gesehen·

Fig. 6 zeigt eine Darstellung ähnlich Fig. 5»

Fig. 7 zeigt in grafischer Darstellung die Werte der Einfügungsdämpfungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von einem aufgeprägten Magnetfeldo

ι ff, O)

In den Fig. 1 und 2 ist ein Zirkulator mit in Stirn-

• schaltung angeordneter Bandleitung herkömmlicher Art dargestellt. Die gezeigte Anordnung umfaßt einen in-

, neren Leiter, der allgemein mit dem Bezugszeichen 1o bezeichnet ist, auä einem elektrisch leitenden Material mit einem kreisförmigen inneren Teil 12, der im weiteren als Knotenstelle bezeichnet werden soll,und eine Mehrzahl von Verzweigungsleitungen 14·, im vorliegenden Fall sind drei solche Verzweigungsleitungen vorgesehen, in Form von Bändern, die radial in etwa gleichen Winkelabständen voneinander von der Knotenstelle 12 aus verlaufen und ferner umfaßt die An- · Ordnung eine Scheibe 16 aus einem ferrimagnetischen Mateerial, beispielsweise aus Granat, die konzentrisch unterhalb des inneren Leiters 1o angeordnet ist.

Die derart ausgebildete Anordnung befindet sich konzentrisch in einem Metallgehäuse' 18 mit kreisförmigem Querschnitt und die Verzweigungsleitungen 14 sind an ihren freien Enden mit entsprechenden Zuführungen 2o verbunden, die in etwa gleichen Winkelabständen voneinander auf dem Gehäuseumfang 18, wie in Fig.2 gezeigt ist, angeordnet sind. Eine weitere, ferromagnetische Scheibe 16', wie sie im oberen Teil von Fig. 2 gezeigt ist, entspricht praktisch der ferrimagnetischen Scheibe 16 und befindet sich konzentrisch über dem inneren Leiter 1o. Ferner ist ein Metalldekkel (nicht dargestellt) vorgesehen, der dazu dient, das obere Ende des Gehäuses 18 zu verschließen und außerdem den inneren Leiter 1o und die ferrimagnetischen Scheiben 16 und 16' an ihrer Stelle im Gehäuse 18 zu halten. Es soll darauf hingewiesen werden, daß das Gehäuse 18 und der Deckel einen Leiter

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bilden, der seinerseits die fera?ioagn#tisehen Scheiben zwischen sich und dem inneren Leiter sandwi-^chartig festhält.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die Scheibe 16 aue Granat den Durchmesser D und ragt radial über die Knotenstelle 12 um die Länge 1 hinaus, die ihrerseits den Durchmesser d hat. Wird ein elektrisches Feld orthogonal zwischen den Hauptflächen des Ziriculators angelegt, also zwischen den inneren Leiter Io und die Erdleitung, wie mit dem Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist, dann entsteht im Bereich des ringförmigen Abschnittes der ferrimagnetisehen Scheibe 16 mit der radialen Breite 1 praktisch kein elektrisches Feld, so daß der Abschnitt, der unmittelbar unterhalb der Verzweigungsleitungen der Scheibe 16 liegt, nur als Anpassungeglied dient.

In Fig. 4b, in der die den in Fig. 1 dargestellten Komponenten entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeiehen b©zei,qhnet sind, ist ebenfalls ein Zirkulator ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten gezeigt. Lediglich haben die Scheibe 16 aus ferrimagnetischem Material und die Knotenstelle 12 des inneren Leiters den gleichen Durchmesser d. Wird der in Fig. 4b dargestellten Anordnung, die mit einer Mittenfrequenz von 4,2 <jSz betrieben wird, ein magnetisches Feld ILj aufgeprägt, dann erhält man von Jeder der Verzweigungsleitungen 14 aus gesehen eine Eingangsadmittanz, die mit der Bezugsebene induktiv gekuppelt ist, die von dem äußeren Rand der Scheibe 16 aus in einem Abstand von -ijä liegt und in Fig. 5 dargestellt ist« In dieser Darstellung geben die sich orthogonal, sehnei&enden Kreisgruppen die Konduktanz«=· tew* iä© SsseeptanzkompcsBnten wieder. - ■ ■ ,. ' " ' ~\

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BAD ORIGINAL

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Ist aber auf der ferrimagnetischen Scheibe 16 nae-*i Fig. 4b «it dem Durchmesser d ein Hing aus ferrimagnetischem Material, beispielsweise aus Granat, dicht aufgesetzt, dessen Innendurchmesser d und dessen Außendurchmesser B ist, wie in Fig. 1 gezeigt, dann zeigt der sich ergebende Zirkulator einen Effekt, der der Belastung eines Kondensators gleichkommt, und weist daher eine Eingangsadmittahz auf, wie sie «as dem Diagram» der Fig. 6 zu entnehmen ist, die dem in Fig. 5 gezeigten Magramm ähnlich ist« Man hat nun festgestellt, dafi der aus ferrimagnetischem Material bestehende Hing durch einen Ring gleicher Form ersetzt werden kann, weicher aus einem dielektrischen Material besteht, dessen spezifische Dielektrizitätskonstante |

der des ferrimagnetischen Materials für den Hing praktisch gleich ist·*

Aus dem Gesagtes ergibt sich sodann, daß, Je größer die Breite 1 » ^= (siehe Fig. 1 und 4-b) des obengenannten-Ringes aus ferrieagnetischem oder dielektrischen Material ist, desto kleiner wird die Mittenfrequenz des Zirkulators sein·

Die Erfindung beruht nun auf dem oben beschriebenen Fhsnoraen und bezweckt, die Mittenfrequenz des Zirkulators dadurch zu verringern, daß man einen Lsngenabschnitt jeder Verzweigungsleitung, um den die zugehörige f-er- ' rimagnetische Scheibe die entsprechende Verzweigungsleitung überlappt, vergrößert mit dem Ziel, die Mittenfrequenz des Zirkulators zu verringern. Das heißt, die Erfindung hat zum Ziel, die Länge 1 des Abschnitts der Verzweigungsleitung, wie er aus Fig. 1 zu entnehmen ist, zu vergrößern, ohne gleichzeitig den Durchmesser der ferrimagnetischen Scheibe zu vergrößern.

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Auch in Fig. 3 bezeichnen, gleiche Bezugssseichen-die. äen in Fig.. 1 dargestellten Komponenten entsprechenden Bauteile. Hier ist ein erfindungsgemäßer Zirkulator mit in Sternschaltung angeordneter Bandleitung dargestellt, wie er oben beschrieben- wurde. Entsprechend der in Fig. 1 geseigten Anordnung ist die kreisförmige Knotenstelle 12 des inneren Leiters 1o konzentrisch auf der Scheibe 16 aus ferrimagnetischem Material, beispielsweise aus Granat, angeordnet. Die Knotenstelle 12 hat den Durchmesser d und die Scheibe 16 hat einen Durchmesser-D, welcher großer ist als der Durchmesser der Knotensteile« Mit der Knotensteile 12 ist eine'Mehrzahl· von 7er zwei guage leitun- .: gen 14-, im dargestellten Beispiel drei Versweigungsleitungen 14·, in Form von Bandleitungen* verbunden,. ' die sich radial in etwa gleichen Hinkelabständen voneinander von der Knotenstelle 12 ans erstrecken. Sobald die Versweigungsleitungen 12 den umfang der ' S'cheibe 16 erreicht haben, sind sie. alle in einer Richtung, beispielsweise im Uhrzeigersinn, abgebogen (siehe Pig„ 3), so daß sie längs eines·Abschnitts von der vorgegebenen Bogenlänge I^ entlang des ümfangs der Scheibe verlaufen. Dann sind di© Versweigungsleitungen 12 erneut in radialer Sichtung.abgebogen. Auf diese. Weiss hat 3 ede der Verzweigungsleitungen 14- einen. ersten radialen Abschnitt mit der radialen Lange I^,©inen längs des ümfangs verlaufenden Abschnitt mit- der Bogenlänge* lxj und einen zweiten radialen Abschnitt _f .der* zu der zugehörigen Zuführung 2o in. Fig. 2 führt»

Unter diesen Verhältnissen ist tatsächlich der Afcsehnitt 3eder Vereweigungsleitung 1^, der über der- ferrimagneti·= sehen Scheibe 16 liegt, verlängert-und zwar .um die Strecke.

1.*, wenn man diese Anordnung mit den herkömmlichen Anordnungen vergleich^ deren ferrimagnetische Scheibe den gleichen Durchmesser aufweist. Dies bedeutet, daß die ferrimagnetische Scheibe 16 einen um I^ effektiv vergrößerten Radius hat. Daher kann die Mttenfrequenz des Zirkulators entsprechend einer Größe, die dieser effektiven Vergrößerung des Radius der ferrimagnetischen Scheite entspricht., abnehmen, während die Gesamtabmessung des Zirkulators unverändert bleibt.

An einen Zirkulator-mit Bandleitungen, wie er in Fig.3 dargestellt ist$ wurde ein senkrecht zu ihm verlaufen,-des Gleichstrommagnetfeld angelegt, dessen Stärke fortlaufend zunahm, mit der Mittenfrequens f^ von 2₉1 GHs. Dieser Zirkulator zeigte eine Einfügungs&Mjnpfimg, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, in der die Ordinate die Einfügungsdampfung in Dezibel und die- Abszisse den das Magnetfeld erregenden Gleichstrom in Ampdre angibt.,welcher durch die nicht dargestellte, zugehörige elektromagnetische Anordnung fließt. Die Ψ^-Besugsgrößen Is_x. und L, bezeichnen die Vorwärts- bzw. Rückwärtseinfügungsdämpfungswerte. :

Es korrte festgestellt werden, daß bei Veränderungen der Bogenlänge des längs des Umfangs der Scheibe ver- (

laufenden Abschnitts (Jeder Verzweigungsleitung Ή. die sich ergebende Mittenfrequenz innerhalb eines beachtlich breiten Bereichs geändert werden kann. Beispielsweise ist dde Mittenfrequenz eines Zirkulators, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, dessen längs des Umfangs verlaufende Abschnitte der Verzweigungsleitungen eine perimetrische Länge haben,' die einem Sechstel des Durchmessers der zugeordneten ferrimagnetisch©» Scheibe

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ent sprich ο', vtn einen J&ktor 2 verringert wurde» wenn man ihn mit einem herkömmlichen Zirkulator vergleicht, dessenScheiben den gleichen Durchmesser haben₉ dessen Verzweigungsleitungen aber keine längs des Uinfangs verlaufende Abschnitte aufweisen.

Man hat mm festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Zirkulatoren besonders bei Frequenzen unterhalb von einem GHs betrieben werden können. Dies haJi seinen Gnmd darin, daß die ferrimagnetisehe■Scheibe die Verzweigungsleitungen, um einen .5¹I äehenbereich überlappen ■'. kann, der ausreichend groß gewählt werden ka'mi,während. die radiale iänge ,jeder .Verzweigimgsleitung/ relativ ■ klein gehalten werden kann. . . ■ ■ ■

Während die Erfindung in.Verbindung mit einem einzigen Ausfülirungsbeispiel beschrieben, wuräe^ muß allerdings daraiaf hingewiesen werden₉ daB verseaiedene In- . derungen v©pg©noBäf2en werden könaen, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird» Solange beispi©isi3Qis© dia Abschnitte der Tersweigungsleitun-» gen_? die mit übt Knotenstelle verbunden sind, und die Abschnitte der Verzweigungsleitungen, die über die. ■ ferromagnetische- Scheibe hinausragen,/radial symmetrisch zueinander angeordnet, SiEd₉ Crania jede beliebige Form,: die von der in Fig. 3 dargeßteXl-tett abweicht, angewendet werden. Darüber''hinaus Isaaa die srfindungsgemäße Vorrichtung.auch auf Jeöe beliebige/ Form angewendet werden ₉ die \mn d©!¹' Kreisfqcti abweicht.■ - *

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Claims

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P|t » η t ft η β ρ r Ü ο he ,

Zirkulator »it Bandleitungen, umfassend einen Leiter, einen Innenleiter mit einer Mehrzahl von Veraveigungsleitungen und deren Knotenstelle, wobei dl· Verzweigungileitungen in etwa gleichen WinkelabetSnden voneinander von der Knotenstelle aus radial verlaufen, einen ferriaagnetlachen Körper, dessen FlSehenauedehnung größer let als die der Knotensteile, der zwischen dem Erdleiter und den Iimenleitern angeordnet ist und diese überlappt» und eine magnetische Vorrichtung, die zur Aufprägung eines Gleichetrommagnetfelds in praktisch orthogonaler Richtung zu dem ferriasagnetischen Körper dient, dadurch gekennzeichnet, daß ZvdecJisnabschnitte der Yerzweigungsleitungen ira Beraisfe fies Körpera aus ferriaaagnetißcheiB Material in gleicher Ebene verbleibend»von ihrer radialen Richtung abgebogen sind mit.dem Ziel, den wirksamen Plächenbereich, mit dem der ferrimagnetische Körper die Yerzweigungsleitungen überlappt, au vergrößern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1_t dadurch ge kennzeichnet,-daß der über die Knotenstelle hinausragende Teil des ferrimagnetischen Körpers durch einen dielektrischen Körper in Foras eines " Torroids ersetzt ist, der mit dem ferrimagnetischen

Körper verbunden ist·

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der abgebogene Abschnitt

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jeder Verzwexgungsleitung in seiner Länge veränderlich ist, um die Mittenfrequenz des Zirkulators zu verändern, während der über die Knotenstelle hinausragende Abschnitt des ferrimagnetischen Körpers konstant gehalten wird.

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ORIGINAL INSPECTED