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"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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand der Abbildungen werden im folgenden Ausführungsbei spiele der
Erfindung näher beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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der Scheibe S 1 gewählt ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3.
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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.
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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.
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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.
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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.