DE19802070A1

DE19802070A1 - E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator

Info

Publication number: DE19802070A1
Application number: DE19802070A
Authority: DE
Inventors: Siegbert Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1999-07-29
Also published as: US6292068B1; DE59812922D1; EP0932217A1; EP0932217B1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator, der einen höhenreduzierten Verzweigungsbereich aufweist, in dem ein von einem Magnetfeld durchsetzter Ferritkörper angeordnet ist.

Ein solcher E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator ist aus Mikrowellen & HF Magazin, Vo. 16, No. 2, 1990, Seiten 168 bis 173 bekannt. Dabei sind in dem Verzweigungsbereich der drei Hohlleiterarme ein oder zwei Ferritscheiben eingefügt. Die Dicke der Ferritscheibe(n) entspricht nur einem Bruchteil der Gesamthöhe des Verzweigungsbereiches. Außerdem ist die Höhe des Verzweigungsbereiches dadurch reduziert, daß an seiner Ober- und Unterseite jeweils eine Metallscheibe eingefügt ist. Der Vorteil des E-Ebenen Zirkulators gegenüber dem H-Ebenen Zirkulator ist, daß er auch bei hohen Frequenzen eine extrem niedrige Durchgangsdämpfung hat. Allerdings sind E-Ebenen Zirkulatoren relativ schmalbandigen (Bandbreite von nicht mehr als 1%). Außerdem benötigen bisher realisierte E-Ebe nen Zirkulatoren für die Erzeugung der notwendigen Magnetisierung des Ferritmaterials große Magnete. Bei hohen Frequenzen wirkt sich die Höhe der Ferritscheiben sehr kritisch auf das Mikrowellenverhalten des Zirkulators aus. Soll auf einen Abgleich des Zirkulators verzichtet werden, ist für die Höhe der Ferritscheiben eine Toleranz von weniger als 0,01 mm einzuhalten.

Diese genannten Nachteile sollen durch die erfindungsgemäße Ausführung eines E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulators weitgehend verringert werden.

Vorteile der Erfindung

Ein solcher erfindungsgemäßer E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator weist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 in seinem Verzweigungsbereich einen Ferritkörper auf, der als Stab ausgebildet ist, welcher sich über die gesamte Höhe des in seiner Höhe reduzierten Verzweigungsbereichs erstreckt.

Mit einem derartigen stabförmigen Ferritkörper entsteht im Verzweigungsbereich eine Feldverteilung, die in einer symmetrischen Ebene senkrecht zur Längsachse des Ferritstabes verlaufenden Trennebene keine Wandströme fließen läßt. Somit kann der Zirkulator aus zwei Schalen zusammengesetzt werden, womit sich die Herstellung des Zirkulators erheblich vereinfacht. Zudem ist es nun möglich, ein oder mehrere Permanentmagnete direkt auf die Stirnseiten des Ferritstabes aufzusetzen. Es befindet sich also keine Hohlleiterwand mehr zwischen den Magneten und dem Ferritmaterial, weshalb für die erforderliche Magnetisierung des Ferritmaterials kleinere Magnete benötigt werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

So können in den Verzweigungsbereich des Zirkulators ein oder mehrere Stege hineinragen, durch deren geeignete Dimensionierung die Bandbreite des Zirkulators vergrößert werden kann. Der Zirkulator kann aus zwei Schalen bestehen, wobei in eine Schale eine Senke eingelassen ist, zur Aufnahme eines Endes des Ferritstabes. Auf der der Senke gegenüberliegenden Seite ist in der anderen Schale eine Öffnung vorgesehen, durch die der Ferritstab von außen her in den Verzweigungsbereich einführbar ist. Dabei ist die Senke mit enger Toleranz an den Querschnitt des Ferritstabes angepaßt und die Öffnung weist gegenüber dem Querschnitt des Ferritstabes ein Spiel auf. Die Fixierung des Ferritstabes in der Öffnung erfolgt mittels eines um den Ferritstab gelegten elastischen Ringes. Diese Anordnung des Ferritstabes zusammen mit Magneten an den Stirnseiten des Ferritstabes läßt eine Temperaturausdehnung der verschiedenen Materialien in Längsrichtung des Ferritstabes zu und erleichtert auch den Aufbau des gesamten Zirkulators, weil der Ferritstab mit den Magneten auf einfache Weise von außen her in den Verzweigungsbereich eingebracht und fixiert werden kann.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt B-B parallel zu den Schmalseiten eines Hohlleiter-Zirkulators und

Fig. 2 einen Querschnitt A-A parallel zu den Breitseiten des Hohlleiter-Zirkulators.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei zueinander orthogonale Querschnitte A-A und B-B eines E-Ebenen Hohlleiter-Zir kulators dargestellt. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Querschnitt B-B parallel zur Hohlleiterschmalseite b und die Fig. 2 einen Querschnitt A-A parallel zur Hohlleiterbreitseite a.

Fertigungstechnische Vorteile für den Zirkulator lassen sich dadurch erzielen, daß er aus zwei getrennt gefertigten Schalen 1 und 2 besteht, die, wie Fig. 2 zeigt, zum vollständigen Zirkulator zusammengesetzt werden. Die Trennebene 3 zwischen beiden Schalen 1 und 2 verläuft in einer Symmetrieebene parallel zu den Hohlleiterschmalseiten b. Da der Querschnitt B-B in der Trennebene liegt, zeigt die Fig. 1 eine Aufsicht auf die untere Schale 2 des Zirkulators.

Der Hohlleiter-Zirkulator weist wie üblich drei Hohlleiterverzweigungsarme 4, 5 und 6 auf. Alle drei Hohlleiterverzweigungsarme 4, 5, 6 münden im Zentrum des Zirkulators in einen Verzweigungsbereich 7. Charakteristisch für einen E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator ist, daß die Schmalseiten b aller Hohlleiterverzweigungsarme 4, 5, 6 in gleichen parallelen Ebenen liegen im Gegensatz zum H-Ebenen Zirkulator, bei dem die Breitseiten a aller Hohlleiterverzweigungsarme in parallelen Ebenen liegen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Verzweigungsbereich 7 in seiner Höhe reduziert. Außerdem ragen, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, seitlich in den Verzweigungsbereich 7 Stege 8, 9 und 10 hinein. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel können es auch weniger als drei Stege sein. Dadurch, daß der Verzweigungsbereich 7 als Steghohlleiter ausgeführt ist, erhöht sich bei entsprechender Dimensionierung der Stege 8, 9, 10 die Bandbreite des Hohlleiters, weil durch die Stege die üblicherweise auftretenden Störmoden stark reduziert werden.

In dem Verzweigungsbereich 7 ist ein Ferritstab 11 so angeordnet, daß er sich über die gesamte Höhe des Verzweigungsbereichs 7 erstreckt (vgl. Fig. 2). Mit so einem Ferritstab 11 wird erreicht, daß sich eine solche Feldverteilung im Zirkulator ausbildet, daß in der Trennebene 3 keine Wandströme fließen. Nur deshalb ist es möglich, daß zwischen den beiden Schalen 1 und 2 des Zirkulators kein galvanischer Kontakt hergestellt werden muß. Es kann sogar ein Spalt zwischen den beiden Schalen 1, 2 bestehen, ohne daß dadurch die elektrischen Eigenschaften des Zirkulators beeinflußt werden. Da also keine elektrische Kontaktierung der Schalen 1, 2 erforderlich ist, braucht bei der Herstellung nicht auf eine hohe Ebenheit der Trennebene geachtet zu werden. Auch braucht dadurch keine so große Sorgfalt auf die Verbindung der Schalen gelegt zu werden; d. h. es werden weniger Schrauben für die kraftschlüssige Verbindung der Schalen benötigt.

Der Ferritstab 11, der vorzugsweise eine runde aber auch jede andere Querschnittskontur aufweisen kann, ist bezüglich seiner Querschnittsabmessungen so zu dimensionieren, daß in den weiter unten noch erläuterten Durchführungen 14 und 15 für den Ferritstab 11 in den Schalen 1, 2 keine Welle der Betriebsfrequenz des Zirkulators ausbreitungsfähig ist. Hierdurch können nämlich die für die Magnetisierung des Ferrits erforderlichen Permanentmagnete 12 und 13 direkt auf die Stirnseiten des Ferritstabes 11 aufgebracht werden, ohne daß diese das Mikrowellenverhalten (Erzeugung von zusätzlichen Verlusten) des Zirkulators beeinflussen. Die Verwendung von einem langen dünnen Ferritstab 11 bringt auch folgenden Vorteil. Bei hohen Frequenzen haben nämlich Ferritmaterialien eine hohe Sättigungsmagnetisierung, und es ist sehr schwierig, die notwendige magnetische Feldstärke durch einen externen Magneten aufzubringen. Eine physikalische Eigenschaft eines langen dünnen Ferritstabes ist die, daß sein Entmagnetisierungsfaktor nahezu 0 ist. Deswegen können schon sehr kleine Magnete die notwendige Feldstärke im Ferrit erzeugen. Dadurch, daß die Magnete 12 und 13 direkt auf dem Ferritstab aufgebracht werden können, und keine Hohlleiterwände zwischen dem Ferrit und den Magneten 12, 13 liegen, erhöht sich das Magnetfeld im Ferritstab 11.

Statt zwei Magnete auf beiden Stirnseiten des Ferritstabes kann auch nur ein Magnet auf einer Stirnseite des Ferritstabes angeordnet sein. Dann gibt es aber keine stromfreie Trennebene, so daß der Vorteil eines zweischaligen Aufbaus des Zirkulators entfällt.

Die Herstellung von dünnen Ferritstäben erfolgt vorzugsweise aus kleinen Quadern, die aus großen Blöcken gesägt werden, dieser Fertigungsprozeß ist gut automatisierbar und daher kostengünstig durchführbar.

Der Ferritstab 11 mit den auf seinen Stirnseiten fixierten Magneten 12 und 13, die vorteilhafterweise dieselbe Querschnittskontur haben, wie der Ferritstab 11, werden auf folgende Weise in den Verzweigungsbereich 7 des Zirkulators eingebracht und dort fixiert. In der Schale 2 des Zirkulators ist eine Senke 14 (in Form eines Sacklochs) eingelassen zur Aufnahme eines Endes des Ferritstabes 11 mit dem Magneten 13. Dabei ist die Senke 14 mit möglichst enger Toleranz an den Querschnitt des Ferritstabes 11 und des Magneten 13 angepaßt, um dem Ferritstab 11 eine exakte Position innerhalb des Verzweigungsbereichs 7 zu verleihen. Der Senke 14 gegenüberliegend ist in der Schale 1 eine Öffnung 15 vorgesehen, durch die der Ferritstab 11 mit seinen Magneten 12 und 13 von außen her in den Verzweigungsbereich 7 der bereits zusammengefügten Schalen 1 und 2 eingebracht werden kann. Die Öffnung 15 weist gegenüber dem Ferritstab 11 ein gewisses Spiel auf, damit der Ferritstab 11 mit seinen Magneten 12 und 13 auch noch ungehindert in den Verzweigungsbereich 7 eingeführt werden kann, auch wenn die beiden Schalen 1 und 2 des Zirkulators mit einem leichten Versatz gegeneinander zusammengefügt worden sind.

Um den Ferritstab 11 mit seinem Magneten 12 und 13 trotz des Spiels in der Öffnung 15 zentriert im Verzweigungsbereich 7 zu halten, ist um das in der Öffnung 15 liegende Ende des Ferritstabes 11 bzw. den Magneten 12 ein elastischer Ring 16 gelegt. Zur Aufnahme des Ringes ist die Öffnung 15 im oberen Bereich mit einer Querschnittserweiterung 17 versehen, wobei der elastische Ring 16 (z. B. Silikonring) zwischen dem Außenumfang des Magneten 12 und der Innenwand des querschnittserweiterten Bereichs 17 der Öffnung 15 eingepreßt ist. Damit ist der Ferritstab 11 mit seinen Magneten 12 und 13 im Verzweigungsbereich 7 fixiert. In Richtung der Längsachse des Ferritstabes 11 ist aber eine mechanische Ausdehnung durchaus möglich, die sich nämlich durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten des Ferritstabes 1, der Magneten 12, 13 und der Hohlleiterwände einstellt.

Claims

1. E-Ebenen Hohlleiter-Zirkulator, der einen höhenreduzierten Verzweigungsbereich aufweist, in dem ein von einem Magnetfeld durchsetzter Ferritkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkörper (11) als ein Stab ausgebildet ist, der sich über die gesamte Höhe des Verzweigungsbereichs (7) erstreckt.

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verzweigungsbereich (7) ein oder mehrere Stege (8, 9, 10) hineinragen.

3. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer der beiden Stirnseiten des Ferritstabes (11) ein Dauermagnet (12, 13) plaziert ist.

4. Zirkulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Schalen (1, 2) besteht, deren Trennebene (3) quer zur Längsachse des Ferritstabes (11) verläuft, daß in eine Schale (2) eine Senke (14) eingelassen ist zur Aufnahme eines Endes des Ferritstabes (11) daß der Senke (14) gegenüberliegend in der anderen Schale (1) einer Öffnung (15) vorgesehen ist, durch die der Ferritstab (11) von außen her in den Verzweigungsbereich (7) einführbar ist, und daß die Senke (14) mit enger Toleranz an den Querschnitt des Ferritstabes (11) angepaßt ist und die Öffnung (15) gegenüber dem Querschnitt des Ferritstabes (11) ein Spiel aufweist.

5. Zirkulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritstab in der Öffnung (15, 17) mittels eines um den Ferritstab (11) gelegten elastischen Ringes (16) fixiert ist.