DE2021484A1 - Mikrowellenzirkulator - Google Patents

Mikrowellenzirkulator

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DE2021484A1
DE2021484A1 DE19702021484 DE2021484A DE2021484A1 DE 2021484 A1 DE2021484 A1 DE 2021484A1 DE 19702021484 DE19702021484 DE 19702021484 DE 2021484 A DE2021484 A DE 2021484A DE 2021484 A1 DE2021484 A1 DE 2021484A1
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microwave circulator
circulator according
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Juergen Dipl-Ing Schneider
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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
    • H01P1/39Hollow waveguide circulators

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  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Description

  • "Mikrowellenzirkulator" Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenzirkulator mit einer Hohlleiterverzweigung, im Bereich deren Abzwei stelle ein in seiner axialen Richtung vormagnetisierter und sich nur über einen Teil der Hohlleiterbreite ersteckender Rerritkörper vorzugsweise zylindrischer PWorm angeordnet ist.
  • Ein derartiger Zirkulator ist beispielsweise durch die deutschen Auslegeschriften 1 279 1i6, 1 299 738 und die deutsche Offenlegungsschrift 1 815 570 bekannt, Der Erfindung liegt die aufgabe zugrunde, einen Zirkulator dieser Art hinsichtlich seiner Verwendbarkeit im Mikrowellenbereich zu verbessern.
  • Die Erfindung besteht bei einen 4:ikrowellenzirkulator der eingangs genannten Art darin, daß in etwa koaxialer Ausrichtung mit dem Ferritkörper in dem Hohlleiter eine dielektrische Scheibe angeordnet ist, die nit den FerritRörper nechani:sch unmittelbar, beispielsweise durch Klebung, verbunden ist zu und deren relative Dielektrizitätskonstante etwa gleich derjenigen des Perritkörpers gewählt ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Mikrowellenzirkulators ergeben sich beispielsweise in Ku-Band über einen Frequenzbereich von 3 GHz zwei gegenläufige Zirkulatorwirkungen und läßt sich dieser Zirkulator als ein 3-Torziriiilator aufbauen, der für zwei vorgegebene untersohiedliche frequenzbereiche gegenläufig wirkt. Hierdurch ergeben sich verschiedene vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Zirkulators, die den üblichen Mikrowellenzirkulatoren fehlen Beispielsweise ist der erfindungsgemäße Mikrowellenzirkulator vorteilhaft als Antennenweiche in einem Sende- und/oder Empfängersystem mit zwei unterschiedlichen Sende- undXoder Empfangsfrequenzen verwendbar.
  • Durch Anspruch 4 in Verbindung mit Zeilen 14 bis 16 der Spalte 3 der obengenannten DAS 1 279 146 ist zwar bereits ein Mikrowellenzirkulator der eingangs genannten Art bekanne, dessen Ferritkörper zusätzlich mit einem dielektrischen Körper bedeckt ist; dieser zusätzliche dielektrische Körper dient jedoch ausdrücklich der Verbesserung der Breitbandigkeit des bekannten Mikrowellenzirkulators. Auch ist dieser Literaturstelle kein Hinweis auf die im Sinne der Erfindung optimale Wahl der Form und der relativen Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Körpers zu entnehmen, so daß durch diesen Stand der Technik keine Anregung zur Schaffung eines erfindungsgemäßen MEkrovellenzirkulators gegeben ist, der die vorgenannten Vorteile der zwei gegenläufigen Zirkulatorwirkungen für zwei verschieden vorgebbare Frequenzbereiche aufweist.
  • Die etwa koaxial mit dem Ferritkörper des - durch die DAS 1 279 146 bekannten - Mikrowellenzirkulators ausgerichteten weiteren elektrisch leitenden Körper in den Hohlleiter sind nicht zu verwechseln mit der etwa koaxial mit den Ferritkörper in den Hohlleiter des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulators ausgerichteten dielektrischen Scheibe.
  • Die Wirkungsweise der dielektrischen Scheibe in MikrowellenO zirkulator unterscheidet sich nämlich' grundsätzlich von der Wirkungsweise der weiteren elektrisch leitenden' Kdrper in' dem bekannten Nikrowellenzirkulator, und zwar dadurch, daß die weiteren elektrisch leitenden Körper Polschuhe' darstel-' len, die der gUnstigst-en gyromagnetischen Beeinflussung und Vormagnetisierung des Ferritkörpers in dem bekannten rowellenzirkulator dienen, während die dielektrische Scheibe in den erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulator keine Polschuhwirkung besitzt.
  • Anstelle des Ferritkörpers ist beim erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulator selbstverständlich jeder in seinen gyromagnetischen Eigenschaften mit einem Ferritkörper vergleichbaren Körper verwendbar. Vorzugsweise ist die Form des Ferritkörpers des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulatore zylindrisch, jedoch sind auch andere Formen, bei spielsweise eine prismatische Form, ohne Nachteil benutzbar. In letzteren Fall ist es dann zweckmäßig, auch die Scheibenforin der gewählten ferritkörperform anzupassen.
  • Anhand der Abbildungen werden im folgenden Ausführungsbei spiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen 3-Torzirkulator nach der Erfindung, dessen drei Tore mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. 1 und 3 gehört zu den Querarmen, während 2 zum Hängearm der Verzweigung gehört. Mit b ist in üblicher Weise die Hohlleiterhöhe bezeichnet, während die Hohileiterbreite a der Figur nicht entnehmbar und in ihr nicht eingetragen ist. EEt c und d sind Außenabmessungen des gezeig ten Zirkulators bezeichnet. F symbolisiert einen zylindrischen Ferritkörper, der mit einen zugehörigen Polschuh P und zwei dielektrischen Scheiben näher in Fig. 2 gezeigt und weiter unten anhand dieser Figur 2 näher erläutert ist.
  • Dieser Ferritkörper F mit seinen gemäß Fig. 2 unmittelbar zugehörigen Teilen befindet sich im Mittelpunkt eines gedachten gleichseitigen Dreiecks ABC. Die Seitenlangeu dieses Dreiecks sind gleich der Hohlleiterhöhe b, Die Ecken ABC fallen, wie aus Fig, 1 ersichtlich, mit den Schnittpunkten der inneren Hohlleiterkanten der Buer- und Längsbalken bzw. mit den Mittelpunkt des Querbalkens auf der der Verzweigungsstelle gegenüberliegenden Seite zusammen. Die Querbalken des Hohlleiters sind derart gekrümmt von der Abzweigstelle fortgeführt, daß die Hohlleiterwandungen auf den Dreiecksseiten rechtwinklig stehen Mit anderen Worten heißt dies, daß auf den Seiten AC und BC dieses Dreiecks der Übergang zu den Querbalken der Hohlleiterverzweigung so gestaltet ist, daß die Hohlleiterwandungen der Querbalken-rechtwinklig von den Seiten AC und BC fortlaufen und tangential in die Querrichtung einmünden. Von der Seite AB geht der Längsbalken direkt und ungekrümmt ab, Diese aus Fig. 1 ersichtliche Krümmung in den Querbalken der Hohlleiterverzweigung ist hinsichtlich ihrer grundsStslichen Wirkung mit dem aus der britischen Patentschrift 665 434 bekannten symetrischen keilförmigen Metallhindernis.gegenüber der Abzweigstelle vergleichbar, da dort der Verbesserung der Anpassung dient; durch diese Abrundungen dersaus der Fig. t der DAS 1 279 146 entnehmbaren scharfen Kanten dieses Metallhindernisges in der aus der vorliegenden Figur 1 ersichtlichen Weise ergibt sich nicht nur bezüglich der Anpassung bei dem Zirkulator nach der vorliegenden Fig. t ein besonders günstiges elelca trisches Verhalten; es wird zudem die Herstellung des Zirkulators nach der vorliegenden Fig. 1 gegenüber dem Stand der Technik insbesondere bei Verwendung numerisch gestel erter Werkzeugmaschinen stark vereinfacht.
  • Auf dem Ferritkörper F befinden sich, wie bereits oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 erwähnt, zwei dielektrische Scheiben, die vorzugsweise aus Keramik bestehen und die etwa Koaxial mit dem Ferritkbrper F angeordnet sind. Grundsätzlich ist nur eine dieser Scheiben St und S2 erforderlich, nämlich die Scheibe S1, um die Vorteile des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulators herbeizuführen, jedoch zeigt es sich in der Praxis, daß die Verwendung von zwei Keramikscheiben im Sinne der Fig. 2 besonders günstige Ergebnisse bringt. Die relative Dielektrizitätskonstante der Scheibe St ist etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers F gewählt, nährend die relative Dielektrizitätskonstante der Scheibe S2 größenordnungsmäßig zweckmäßigerweise etwa gleich der halben relativen Dielektrizitätskonstanten des Ferritkörpers bzw.
  • der Scheibe S 1 gewählt ist.
  • Sind mehr als die zwei dielektrischen Scheiben St und stapelförmig mit dem Ferritkörper des erfindugnsgemäßen Zirkulators verbunden, so ist es zweckmäßig, deren relative Dielektrizitätskonstanten von Scheibe zu Scheibe etwa un den Faktor 2 abnehmen zu lassen. Die dem Ferritkörper unmittelbar benachbarte Scheibe hat vorteilhafterweise itnmer angenähert die gleiche relative Dielektrizitätskonstante wie der Ferritkörper. Alle Scheiben sind stapelförmig unmittelbar miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Klebung.
  • Anstelle verschiedener Scheiben mit unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten ist beim erfindungsgemäßen Zirkulator auch eine einzige Scheibe mit höhenabhängiger relativer Dielektrizitätskonstaten verwendbar, wobei die Höhenabhängigkeit vorzugsweise linear verläuft, Die Stärken der einzelnen dielektrischen Scheiben des erfindungsgemäßen Zirkulators sind bot Verwendung von mehr als einer Scheibe zweckmäßigerweise größenordnungsgemäßig miteinander übereinstimmend gewählt.
  • Der Polschuh P (Fig, 2) ist vorteilhafterweise mit einem nicht gezeigten Gewinde versehen, welches in Verbindung mit einem entsprechenden Gewinde im Hohlleiter an der Verzweigungsstelle erlaubt, den Polachuh mit zugehörigem Ferritkörper und seiner zugehörigen dielektrischen Scheibe bzw. seinen zugehörigen dielektrischen Scheiben zwecks Abstimmung in Hohlleiter durch Schraubung hin- und herzuschteben, was an sich bekannt ist. Auf der dem Ferritkörper P und seinen zugehörigen Teilen nach Fig. 2 im Hohlleiter (Fig. t) gegenüberliegenden Seite befindet sich ein nicht geseigter, möglichst gleichfalls hin- und horschraubbarer Polschuh für den außerhalb des Hohlleiters angeordneten und nicht gezeigten üblichen Magneten für die axiale Vormagneti sierung des Ferritkörpers.
  • Ein praktisch bewährtes Ausführungsbeispiel ein= Mikrowellenzirkulators nach der Erfindung für eine mittlere Arbeitsfrequenz von größenordnungsgemäßig t5 Gz und mit zwei Keramikscheiben S1 und S2 (Fig. 2) war bezüglich des Ferritkörpers und der Sichtscheibe folgendermaßen dimensioniert: Als Ferrltkbrper fand ein zylindrischer Ferritkörper mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von etwa 14, einer Sättigungsmagnetisierung von etwa 4,2 kG, einem Durchmesser von etwa 5 mm und einer Höhe von etwa 3 an Verwendung, Höhe rend die relative Dielek-trizitätskonstante der den Ferrit~ körper unmittelbar benachbarten dielektrischen Scheibe zu etwa 14 und diejenige der zweiten dielektrischen Scheibe S2 zu etwa gewählt war. Die Durchmesser der zwei die elektrischen-Scheiben stimmten ebenso wie ihre Höhen annährend überein; als Durchmesser wurden etwa 5,5 nun und als Höhen jeweils etwa 1,7 nun gewählt. Damit ergab sich ein Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz nach Fig.
  • 3.
  • Aufgrund dieses für die Erfindung typischen Dämpfungsverlaufs, der bei üblichen Mikrowellenzirkulatoren bekanntlich nicht auftritt und der somit für den Fachmann überraschend war, ergaben sich sehr vorteilhafte verschieden Anwendungsmöglichkeiten des Zirkulators nach der Erfindung.
  • Fig. 4 zeigt eine dieser Nb'glichkeiten, nämlich die Vere wendung einer gemeinsamen Empfangsantenne EA für zwei Empfangsfrequenzen t1 und f2 und die getrennt auf diese Frequenzen abgestimmten Empfänger E1 und E2. Mit Z ist der Zirkulator nach der Erfindung bezeichnet, wShrend die Pfeile an dem Zirkulator in üblicher Weise die Zirkulator~ richtungen symbolisieren, die hier gegenläufig sind.
  • Fig. 5 zeigt das Analogon zu Fig. 4 für den Sendefall, wobei mit SA eine gemeinsame Sendeantanne für die Frequenzen f1 und f2 bezeichnet ist.
  • Fig. 6 ist das Blockschaltbild beispielsweise einer Radars anlage mit zwei Sender/Empfängerpaaren für die unterschiedlic'hen Frequenzen f1 und f2, wobei die Empfänger von den Sendern durch übliche Zirkulatoren Zi getrennt sind, wShrend Z wiederum einen Zirkulator nach der Erfindung darstellt.

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Mikrowellenzirkulator mit einer Hohlleiterverzweigung, im Bereich deren Abzweigstelle ein in seiner axialen Richtung vormagnetisierter und sich nur über einen Teil der Hohlleiterbreite erstreckender Ferritkörper vorzugsweise zylindrischer Form angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß in etwa koaxialer Ausrichtung mit dem Ferritkörper in den Hohlleiter eine dielektrische Scheibe angeordnet ist, die mit dem Ferritkörper mechanisch unmittelbar, beispielsweise durch Klebung, verbunden ist und deren relative Dielektrizitätskonstante etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist.
  2. 2. Mikrowellenzirkulator nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlleiter mit der dielektrischen Scheibe an deren dem Ferritkörper abgewandten Seite eine zweite dielektrische Scheibe nechanisch unmittelbar-1 z. B, durch Klebung verbunden ist, deren relative Dielektrizitätskonstante größenordnungsmäßig zu gl gleich der Hälfte derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist.
  3. 3. Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlleiter in Stapelform mehr als die zwei dielektrischen Scheiben vorgesehen sind, deren relative Dielektrizitätskonstanten von Scheibe zu Scheibe etwa um den Faktor 2 abnehmen-und die mechanisch unnittelbar miteinander verbunden sind.
  4. 40 Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennseichnet, daß die Stärken der einzelnen dieloktriq schen scheiben miteinander größenordnungsmäßig übereinstimmen0
  5. 5. Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 2 und 4 für eine mittlere Arbeitsfrequenzen von größenordnungsmäßig 15 GHz, dadurch gekennzeichnet' daß als Ferritkörper ein zylindrischer mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von etwa 14, einer Sättigungsmagnetisierung von etwa 4,2 kG, einen Durchmesser von etwa 5 mn und einer Höhe von etax 3 mm vorgesehen ist, daß die relative Dielektrizitätskonstante der dem Fsrritkörper unmittelbar benachbarten dielektrischen Scheibe zu etwa 14 und diejenigen der zweiten dielektrischen Scheibe zu etwa 6 gewählt sind und daß die Durchmesser der zwei dielektrischen Scheiben übereinstimmend zu etwa 515 mm und deren Höhen übereinstimmend zu jeweils etwa 1,7 mm gewählt sind.
  6. 6. Mikrowellenzirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekannzeichnet, daß der Ferritkörper mit der bzw.
    den di elektrischen Scheiben in Mittelpunkt eines gedachten gleichseitigen in der E-Ebene des Hohlleiters verlaufenden Dreiecks angeordnet ist, dessen Seitenlänge gleich der inneren Hohlleiterhöhe des Mikrowellenzirkulators ist und dessen Ecken mit den Schnittpunkten der inneren Hohlleiterkanten der Quer- und Längsbalken bzw. mit dem Mittelpunkt des Querbalkens auf der der Verzweigungsstelle gegenüberliegenden Seite zusammenfallen, und daß die Querbalken derart gekrümmt von der Abzweigstelle fortgeführt sind, daß die Hohlleiterwandungen auf den Drei ecksseiten rechtwinklig stehen.
  7. 7. Mikrowellenzirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Antennenweiche in einen Sende- und/oder Empfangssystem mit zwei unterschiedlichen Sende- und/oder Empfangsfrequenzen.
    L e e r s e i t e
DE19702021484 1970-05-02 Mikrowellenzirkulator Expired DE2021484C3 (de)

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DE2021484A1 true DE2021484A1 (de) 1971-11-11
DE2021484B2 DE2021484B2 (de) 1977-05-18
DE2021484C3 DE2021484C3 (de) 1977-12-29

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ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266909A (en) * 1992-08-05 1993-11-30 Harris Corporation Waveguide circulator
EP2782188A1 (de) * 2013-03-19 2014-09-24 Honeywell International Inc. Ferritzirkulator mit asymmetrischen dielektrischen Abstandshaltern

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US9184480B2 (en) 2013-03-19 2015-11-10 Honeywell International Inc. Ferrite circulator with asymmetric dielectric spacers
US9531050B2 (en) 2013-03-19 2016-12-27 Honeywell International Inc. Ferrite circulator with asymmetric dielectric spacers

Also Published As

Publication number Publication date
DE2021484B2 (de) 1977-05-18

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