DE2021484B2 - Mikrowellenzirkulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenzirkulator der im Oberbegriff des Patenanspruchs 1

ίο angegebenen Art

Ein derartiger Zirkulator ist beispielsweise durch die Unterlagen des DT-Gbm 19 23 472 bekannt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zirkulator dieser Art hinsichtlich seiner Verwendbarkeit im Mikrowellenbereich zu verbessern, und zwar insbesondere dahingehend, daß er beispielsweise im Ku- Band (etwa 123 bis 18 GHz) über einen Frequenzbereich von 3 GHz zwei gegenläufige Zirkulationswirkungen aufweist und sich als ein 3-Torzirkulator

aufbauen läßt der für zwei vorgegebene unterschiedliche Frequenzbereiche gegenläufig wirkt so daß er im Gegensatz zu den üblichen Mikrowellearirkulatoren als Antennenweiche in einem Sende- und/oder Empfängersystem mit zwei unterschiedlichen Sende- und/oder

Empfangsfrequenzen verwendbar ist Hierzu gibt der Stand der Technik keine Anregung.

Die Erfindung ist dem Patentanspruch 1 entnehmbar. Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Verwendungen des Erfindungsgegenstandes.

Durch Anspruch 4 in Verbindung mit Zeilen 14 bis 16 der Spalte 3 der DT-AS 12 79 146 und durch F i g. 4 der US-PS 30 85 212 mit zugehöriger Beschreibung sind weitere Mikrowellenzirkulatoren der bisher erörterten Art bekannt deren Ferritkörper zusätzlich mit einem dielektrischen Körper bedeckt sind; diese zusätzlichen dielektrischen Körper dienen jedoch der Verbesserung der Brcitbandigkeit Auch ist dem Stand der Technik kein Hinweis auf die im Sinne der Erfindung optimale Wahl der relativen Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Scheibe zu entnehmen, durch die die zwei gegenläufigen Zirkulatorwirkungen für zwei verschieden vorgebbare Frequenzbereiche auftreten. Anstelle des Ferritkörpers ist beim erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulator selbstverständlich jeder in seinen gyromagnetischen Eigenschaften mit einem Ferritkörper vergleichbare Körper verwendbar. Vorzugsweise ist die Form des Ferritkörpers des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulators zylindrisch, je-

doch sind auch andere Formen, beispielsweise eine prismatische Form, ohne Nachteil benutzbar. Im letzteren Fall ist es dann zweckmäßig, auch die Scheibenform der gewählten Ferritkörperform anzupassen.

ss Anhand der Abbildungen werden im folgenden

Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen 3-torigen Mikrowellenzirkulator nach der Erfindung, dessen drei Tore mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. 1 und 3 gehört zu

den Querarmen, während 2 zum Längsarm der Verzweigung gehört Mit b ist in üblicher Weise die Hohlleiterschmalseite bezeichnet während die Hohlleiterbreitseite der Figur nicht entnehmbar und in ihr nicht eingetragen ist

f>5 F symbolisiert einen zylindrischen Ferritkörper, der mit einem zugehörigen Polschuh P und zwei dielektrischen Scheiben näher in F i g. 2 gezeigt und weiter unten anhand dieser Fig.2 näher erläutert ist Dieser

Ferrütkörper F nut seinen gemäß Fig.2 unmittelbar zugehörigen Teilen befindet sich im Mittelpunkt eines gedachten gleichseitigen Dreiecks ABC EKe Seitenlängen dieses Dreiecks sind gleich der HohQeherschmalseite b. Die Ecken ABC falten, wie ans Fig. 1 «sichtlich, mit den Schnittpunkten der inneren HabHeiterkanten der Quer- and Längsarme bzw. nut dem Mittelpunkt des Querarms auf der der VerzweigungssteSe gegenüberliegenden Seite zusammen. Die Qaerarms des Hohlleiters sind in an sich bekannter Weise (DIr-PS 72 038) derart gekrümmt von der Abzweigstelle fortgeführt, daß die Hohlleiterwandungen auf den Dreiecksseiten rechtwinklig stehen. Mit anderen Wortes heißt dies, daß auf den Seiten ACund BCdieses Dreiecks der Obergang zu den Querarmen der Hohfleiterverzweigung so gestaltet ist, daß die Hohfleiterwandungen der Queranne rechtwinklig von den Seiten ACund MT fortlaufen und tangential in die Querrichtung einmünden. Von der Seite Aß geht der Längsarm direkt und ungekrümmt ab.

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 Ferritkörper F angeordnet sind. Grundsätzlich ist nur eine dieser Scheiben Si und 52 erforderlich, nämlich die Scheibe S,, um die Vorteile des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulator 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 Si ist etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers F gewählt, während die relative Dielektrizitätskonstante der Scheibe 5b größenordnungsmäßig zweckmäßigerweise etwa gleich der halben relativen Dielektrizitätskonstante des Ferritkörpers bzw. der Scheibe Si gewählt ist.

Sind mehr als die zwei dielektrischen Scheiben St und Si stapeiförmig mit dem Ferritkörper des erfindungsgemäßen Zirkulators verbunden, so ist es zweckmäßig, deren relative Dielektrizitätskonstanten — gesehen mit wachsender Entfernung von dem Ferritkörper — von Scheibe zu Scheibe etwa um den Divisor 2 abnehmen zu lassen. Die dem Ferritkörper unmittelbar benachbarte Scheibe hat im Sinne der Erfindung immer angenähert die gleiche relative Dielektrizitätskonstante wie der Ferritkörper. Alle Scheiben sind stapeiförmig unmittelbar miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Klebung.

Anstelle verschiedener Scheiben mh unterschiedlichen relativen Dielektrizitätskonstanten ist beim erfindungsgemäßen Zirkulator auch eine einzige Scheibe mit höhenabhängiger relativer Dielektrizitätskonstante verwendbar, wobei die Höhenabhängigkeit vorzugsweise linear verläuft.

Die Stärken der einzelnen dielektrischen Scheiben des erfindungsgemäßen Zirkulators sind bei Verwendung von mehr als einer Scheibe zweckmäßigerweise größenordnungsmäßig miteinander übereinstimmend gewählt.

Der Polschuh P (F i g. 2) ist vorteilhafterweise mit

einem nicht gezeigten Gewinde versehen, welches in Verbindung mit einem entsprechenden Gewinde im Hohlleiter an der Verzweigungsstelle erlaubt, den Polschuh mit zugehörigem Ferritkörper und seiner zugehörigen dielektrischen Scheibe bzw. seinen zugehörigen dielektrischen Scheiben zwecks Abstimmung im Hohlleiter durch Scfaraubung hin- und herzuschieben, was an sich bekannt ist Aaf der dem Ferritkörper Fund seinen zugehörigen Teilen nach Fig.2 im Hohlleiter

■o (Fig. 1) gegenüberliegenden Seite, nämlich anschließend an die dielektrische Scheibe S₂, befindet sich ein nicht gezeigter, möglichst gleichfalls hin- und herschraubbarer Polschuh für den außerhalb des Hohlleiters angeordneten und nicht gezeigten üblichen

■ s Magneten für die axiale Vormagnetisierung des Ferritkörpers.

Ein praktisch bewahrtes Ausführungsbeispiel eines Mikrowellenzirkulators nach der Erfindung für eine mittlere Arbeitsfrequenz von größenordnungsmäßig 15GHz und mit zwei Keramikscheiben St und 5? (Fig.2) war bezüglich des Ferritkörpers und der Sichtscheibe folgendermaßen dimensioniert:

Als Ferritkörper 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 mm Verwendung, während die relative Dielektrizitätskonstante der dem Ferritkörper unmittelbar benachbarten dielektrischen Scheibe S\ zu etwa 14 und diejenige der zweiten dielektrischen Scheibe 5? zu etwa 6 gewählt war. Die Durchmesser der zwei dielektrischen Scheiben stimmten ebenso wie ihre Höhen annähernd überein; als Durchmesser wurden etwa 5,5 mm und als Höhen jeweils 1,7 mm gewählt Damit ergab sich ein Dämpfungsverlauf in Abhängigkeit von der Frequenz nach F i g. 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 verschiedene Anwendungsmöglichkeiten des Zirkulators nach der Erfindung.

Fig.4 zeigt eine dieser Möglichkeiten, nämlich die Verwendung einer gemeinsamen Empfangsantenne EA für zwei F.mpfangsfrequenzen Λ und h und die getrennt auf diese Frequenzen abgestimmten Empfänger Ei und E₂- Mit Z ist der Zirkulator nach der Erfindung bezeichnet während die Pfeile an dem Zirkulator in üblicher Weise die Zirkulatorrichtungen symbolisieren, die hier gegenläufig sind.

F i g. 5 zeigt das Analogon zu F i g. 4 für den Sendefall, wobei mit SA eine gemeinsame Sendeanstenne für die Frequenzen /i und ^ bezeichnet ist
F i g 6 ist das Blockschaltbild beispielsweise einer

ss Radaranlage mit zwei Sender/Empfängerpaaren für die unterschiedlichen Frequer.zen f\ und fj, wobei die Empfänger von den Sendern durch übliche Zirkulatoren Zi getrennt sind, während Z wiederum einen Zirkulator nach der Erfindung darstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   L Mikrowellenzirkulator, bestehend aus einer Hohlleiterverzweigung, im Bereich deren Abzweigstelle ein in seiner axialen Richtung vormagnetisierter und sich nur Ober einen Teil der Hohlletterbreite erstreckender Ferritkörper vorzugsweise zylindrischer Form angeordnet ist, der in etwa koaxialer Ausrichtung mit einer dielektrischen Scheibe mechanisch unmittelbar, beispielsweise durch Klebung, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Scheibe (Si) etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist

   Z Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der HohUeiterverzweigung mit der dielektrischen Scheibe (Si) an deren dem Ferritkörper (F) abgewandten Seite eine zweite dielektrische Scheibe (S₁) mechanisch unmittelbar, z. B. durch KJebung, verbunden ist, deren relative Dielektrizitätskonstante größenordnungsmäßig gleich der Hälfte derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist

   3. Mikrowellenziirkulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß innerhalb der Hohlleiterverzweigung in Stapelform mehr als die zwei dielektrischen Scheiben vorgesehen sind, deren relative Dielektrizitätskonstanten — gesehen mit wachsender Entfernung von dem Ferritkörper — von Scheibe zu Scheibe etwa um den Divisor (2) abnehmen und die mechanisch unmittelbar miteinander verbunden sind.

   4. Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Stärken der einzelnen dielektrischen Scheiben (S,, S₂) miteinander größenordnungsmäßig übereinstimmen.

   5. Mikrowellenzirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Ferritkörper mit der bzw. den dielektrischen Scheibe(n) im Mittelpunkt eines gedachten gleichseitigen in der E-Ebene des Hohlleiters verlaufenden Dreiecks (A. B, C) angeordnet ist dessen Seitenlänge gleich der Hohlleiterschmalseite (b) des Mikrowellenzirkulators ist und dessen Ecken mit den Schnittpunkten der inneren Hohlleiterk«nten der Quer- und Längsarme bzw. mit dem Mittelpunkt des Querarms auf der der Verzweigungsstelle gegenüberliegenden Seite zusammenfallen, und daß die Querarme derart gekrümmt von der Abzweigstelle fortgeführt sind, daß die Hohlleiterwandungen auf den Dreiecksseiten rechtwinklig stehen.

   6. Verwendung des Mikrowellenzirkulators nach Anspruch 2 und 4 für eine mittlere Arbeitsfrequenz von größenordnungsmäßig 15GHz in der Weise, daß als Ferritkörper ein zylindrischer mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von etwa 14, einer Sättigungsmagnetiüierung von etwa 4,2 kG, einem Durchmesser von etwa 5 mm und einer Höhe von etwa 3 mm vorgesehen ist, daß die relative Dielektrizitätskonstante der dem Ferritkörper unmittelbar benachbarten dielektrischen Scheibe zu etwa 14 und diejenige der zweiten dielektrischen Scheibe zu etwa 6 gewählt ist und daß die Durchmesser der zwei dielektrischen Scheiben übereinstimmend zu etwa 54 mm und deren Höhen übereinstimmend zu jeweils 1,7 mm gewähl» sind.

   7. Verwendung des Mikrowellenzirkulators nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Antennenweiche in einem Sende- und/oder Empfangssystem mit zwei unterschiedSchen Sende- und/oder Empfangsfrequenzen.