DE2021484C3

DE2021484C3 - Mikrowellenzirkulator

Info

Publication number: DE2021484C3
Application number: DE19702021484
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl Ing 7900 Ulm Schneider
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1977-12-29

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenzirkulator der im Oberbegriff des Patenanspruchs 1 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 12,5 bis 18GHz) über einen Frequenzbereich von 3GHz 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 Mikrowellenzirkulatoren 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 Unleransprüche 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 Breitbandigkeit. 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, jedoch 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.

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 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

Ferritkörper F mit seinen gemäß Fig.2 unmittelbar zugehörigen Teilen befindet sich im Mittelpunkt eines gedachten gleichseitigen Dreiecks ABC. Die Seitenlängen dieses Dreiecks sind gleich der Hohlleiterschmalseite b. Die Ecken ABC fallen, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mit den Schnittpunkten der inneren Hohlleittirkanten der Quer- und Längsarme bzw. mit dem Mittelpunkt des Querarms auf d ;r der Verzweigungsstelle gegenüberliegenden Seite zusammen. Die Querarme des Hohlleiters sind in an sich bekannter Weise (DL-PS 72 038) derart gekrümmt von der Abzweigstelle fortgeführt, daß die Hohlleiterwandungen auf den Dreiecksseiten rechtwinklig stehen. Mit anderen Worten heißt dies, daß auf den Seiten ACund ÖCdieses Dreiecks der Übergang zu den Querarmen der Hohlleiterverzweigung so gestaltet ist, daß die Hohlleiterwandungen der Querarme rechtwinklig von den Seiten ACund BC fonlaufen und tangential in die Querrichtung einmünden. Von der Seite ■Aßgehl der L.ängsarm direkt und ungekrümmt ab.

Auf dem Ferritkörper F befinden sich, wie bereits oben unter Bezugnahme auf F i g. 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 S₂ erforderlich, nämlich die Scheibe Su um die Vorteile des erfindungsgemäßen Mikrowellenzirkulators herbeizuführen, jedoch zeigt es sich in der Praxis, daß die Verwendung von zwei Keramikscheiben im Sinne der F i g. 2 besonders günstige Ergebnisse bringt. Die relative Dielektrizitätskonstante der Scheibe

51 ist etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers F gewählt, während die relative Dielektrizitätskonstante der Scheibe S₂ größenordnungsmäßig zweckmäßigerweise etwa gleich der halben relativen Dielektrizitätskonstante des Ferritkörpers bzw. der Scheibe Si gewählt ist.

Sind mehr als die zwei dielektrischen Scheiben Si und

52 stapeiförmig mit dem Ferritkörper des erfindungsgemäßen Zirkulator 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 mit uniorschiedlichen 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 Schraubung hin- und herzuschieben, was an sich bekannt ist. Auf der dem Ferritkörper Fund seinen zugehörigen Teilen nach F i g. 2 im Hohlleiter (Fig. 1) gegenüberliegenden Seite, nämlich anschließend an die dielektrische Scheibe Sz, befindet sich ein nicht gezeigter, möglichst gleichfalls hin- und herschraubbarer Polschuh für den außerhalb des Hohlleiters angeordneten und nicht gezeigten üblichen Magneten für die axiale Vormagnetisierung des Ferritkörpers.

Ein praktisch bewährtes Ausführungsbeispiel eines Mikrowellenzirkulators nach der Erfindung für eine mittlere Arbeitsfrequenz von größenordnungsmäßig 15GHz und mit zwei Keramikscheiben Si und S2 (Fig.2) war bezüglich des Ferritkörpers und der Sichtscheibe folgendermaßen dimensioniert:

Als Ferrii.körper fand ein zylindrischer Ferritkörper mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von etwa i4, 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 Si zu etwa 14 und diejenige der zweiten dielektrischen Scheibe S2 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.

F i g. 4 zeigt eine dieser Möglichkeiten, nämlich die Verwendung einer gemeinsamen Empfangsantenne EA für zwei Empfangsfrequenzen f\ und h und die getrennt auf diese Frequenzen abgestimmten Empfänger E\ 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 f\ und h bezeichnet ist.

Fig.6 ist das Blockschaltbild beispielsweise einer Radaranlage mit zwei Sender/Empfängerpaaren für die unterschiedlichen Frequenzen f\ und /2, wobei die Empfänger von den Sendern durch übliche Zirkulatoren Z' getrennt sind, während Z wiederum einen Zirkulator nach der Erfindung darstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Ll Patentansprüche:

1. Mikrowellenzirkulator, bestehend aus 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, der in etwa koaxialer Ausrichtung mit einer dielektrischen Scheibe mechanisch unmittelbar, beispielsweise durch Klebung, m verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Scheibe (Si) etwa gleich derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist.

2. Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 1, du- is durch gekennzeichnet, daß innerhalb der Hohlleiterverzweigung mit der dielektrischen Scheibe (S\) an deren dem Ferritkörper (F) abgewandten Seite eine zweite dielektrische Scheibe (Si) mechanisch unmittelbar, z. B. durch Klebung, verbunden ist, deren m relative Dielektrizitätskonstante größenordnungsmäßig gleich der Hälfte derjenigen des Ferritkörpers gewählt ist.

3. Mikrowellenzirkulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Hohlleiter- ;.s verzweigung 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) w 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\, Sz) 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 gleichsei- a" tigen in der Ε-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 Hohlleiterkanten 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 Sättigungsmagnetisierung 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 un- t«> mittelbar benachbarten dielektrischen Scheibe zu etwa 14 und diejenige der zweiten dielektrischen Scheibe zu etwa 6 gewählt ist und daß die Durchmesser der zwei dielektrischen Scheiber, übereinstimmend zu etwa 5,5 mm und deren Höhen <* übereinstimmend zu jeweils 1,7 mm gewählt sind.

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