DE2226419A1

DE2226419A1 - Broadband circulator - with current paths interwovenin teflon foil inside coupling space

Info

Publication number: DE2226419A1
Application number: DE19722226419
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Poetzl; Gerd Dr Schiefer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1973-12-13

Abstract

A broadband circulator for the frequency range from 10 to 1000 MHz has a ferrite-filled coupling space and parallel current paths for each of the three connected conductor tracks. Each track consists of 3,4 or 8 current paths, held in a foil of PTFE and insulated where they cross over.

Description

Breitbandzirkulator Die Erfindung bezieht sich auf einen Breitbandzirkulator, insbesonderte für den Frequenzbereich von 10 bis 1000 MHz, in konzentrierter Bauweise mit drei j jeweils zweipoligen Anschltissen, von denen die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in einen gemeinsamen ferriterfüllten Verkopplungsraum über parallel geschaltete und an den gegenüberliegenden Enden zusammengefaßten Strompfaden der drei den Anschlüssen zugeordneten Leiterbahnen, die etwa in einer Ebene liegend angeordnet, miteinander verwoben und an den KreuzwgspunJr.ten, an denen sich nicht mehr als zwei Strompfade kreuzen, gegeneinander isoliert sind, eintreten. Broadband circulator The invention relates to a broadband circulator, especially for the frequency range from 10 to 1000 MHz, in a concentrated design with three j each two-pole connections, of which the high-frequency electromagnetic Shafts in a common ferrite-filled coupling space via parallel-connected and at the opposite ends of the combined current paths of the three connections associated conductor tracks, which are arranged lying approximately in one plane, with one another interwoven and at the KreuzwgspunJr.ten, where no more than two current paths cross, are isolated from each other, enter.

Ein derartiger Breitbandzirkulator ist aus der Literaturstelle "IEEF-Transactions on MTT",1970, Seiten 393 bis 396, sowie aus den US-PS 3 335 374, 3 522 555, 3 510 804 und der DT-PS 2 003 713 bekannt. Der bekannte Breitbandzirkulator ist nach der sogenannten "Konishi-Struktur" ausgeführt. Es sind pro Anschluß je zwei Strompfade für je eine Leiterbahn vorgesehen. Diese beiden Strompfade sind mit den jeweils zwei Strompfaden der anderen Leiterbahnen an den Kreuzungspunkten miteinander verwoben. An den Kreuzungspunkten soll der Werkstoff SiO2 oder Luft als Isolator angeordnet sein. Der Isolator Luft ist jedoch nur dann realisierbar, wenn jeder Strompfad eine erhebliche mechanische Stabilität aufweist, so daß er i.n die entsprechende Form gebogen werden kann und sich in dieses Form auch nach dem Einbau wäbrend des Betriebes. schwingungsfrei hält(siehe lig. 10 der DT-PS 2 003 713).Such a broadband circulator is from the reference "IEEF-Transactions on MTT ", 1970, pages 393 to 396, and U.S. Patents 3,335,374, 3,522,555, 3,510 804 and DT-PS 2 003 713 known. The well-known broadband circulator is after the so-called "Konishi structure". There are pro Connection two current paths each provided for one conductor track. These two current paths are with the two current paths of the other conductor tracks at the crossing points interwoven. The material SiO2 or air should be used at the intersection points be arranged as an insulator. However, the air isolator can only be implemented when each current path has considerable mechanical stability, so that it i.n the appropriate shape can be bent and in this shape also after the installation during operation. keeps vibration-free (see lig. 10 of the DT-PS 2 003 713).

Jede geringste Abstandsänderung zwischen den Strompfaden derselben Leiterbahn untereinander und gegenüber den der anderen Leiterbahnen führt zu Blindwiderstandsänderunglen, im wesentlichen zur Änderung der Kapazität, und damit zu Fehlaanpassunglen.Every slight change in distance between the current paths of the same Conductor tracks with one another and with respect to those of the other conductor tracks leads to changes in reactance, essentially to change the capacity, and thus to misadjustments.

Der bekannte Zirkulator nach "MTT" wird im wesentlichen dadurch angepaßt, daß für alle Anschlüsse gemeinsam eine zusätzliche Kapazität realisiert ist. Die jeweils zwei Strompfade je Leiterbahn sind an ihren Enden mechanisch und elektrisch zusammengeschlossen, also kurzgeschlossen, und stehen in elektrischer Verbindung mit einer unterhalb der Mikrowellenferritscheibe angeordneten Metallscheibe, die einen Kondensator C bildet. Dadurch wird aber dieser zirkulator nicht breitbandiger.The well-known circulator according to "MTT" is essentially adapted by that an additional capacity is implemented for all connections. the two current paths per conductor track are mechanical and electrical at their ends connected, i.e. short-circuited, and are in electrical connection with a metal disk arranged below the microwave ferrite disk, which forms a capacitor C. However, this does not make this circulator more broadband.

Auch die in den genannten Patentschriften gezeigten Zirkulatoren sind von der Konstruktion bzw. dem Aufbau her nicht breitbandig. Z.B. ist der Zirkulator nach Fig. 5 der US-PS 3 335 374 sogar sehr schmalbandig; die Bandbreite für eine Sperrdämpfung # 20 dB ist 5 MHz.Also the circulators shown in the cited patents are not broadband in terms of construction or structure. E.g. is the circulator according to FIG. 5 of US Pat. No. 3,335,374, it is even very narrow-banded; the bandwidth for one Blocking attenuation # 20 dB is 5 MHz.

Natürlich ist für den Einsatz eines Zirkulators auch die an diesen angeschlossene oder auch die in diesem unmittelbar zwischen den Leiterbahnenden und den Anschlüssen wirksam werdende Beschaltung für die Anpassung und Bandbreite wichtig. Es ist aber möglich, im Verkopplungsraum des Zirkulators Maßnahmen zu treffen, um schon hier von der Konstruktion bzw.Of course, the use of a circulator is also necessary connected or also in this directly between the conductor track ends and the connections effective wiring for the adaptation and bandwidth important. However, it is possible to take measures in the coupling space of the circulator in order to start from the construction resp.

dem Aufbau her die für eine Breitbandigkeit des Zirkulators günstigen Voraussetzungen zu schaffen.the structure is favorable for a broadband capability of the circulator To create conditions.

Die Bandbreite eines solchen Zirkulators wird nämlich um so größer, je kleiner die induktivität der Leiterbahnen ist und je besser die drei Leiterbahnen miteinander verkoppelt sind.The bandwidth of such a circulator increases the smaller the inductance of the conductor tracks and the better the three conductor tracks are coupled to each other.

Beide Bedingungen sind bei den bekannten Anordnungen nicht in genügendem Maße erfüllt. Die Erfindung schafft her Abhilfe. Beide Bedingungen lassen sich bei gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile und Mängel der bekannten Bauarten gut erfüllen, wenn in der Ebene der Leiterbahnen ein zweifellos größerer Aufwand getrieben wird, der aber sich durch die besseren elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Breitbandigkeit des Zirkulators lohnt. Bei einem Breitbandzirkulator der eingangs genannten Art schlägt die Erfindung vor, mindestens drei, vorzugsweise jedoch eine gerade Anzahl von Strompfaden der Leiterbahnen je Anschluß im Verkopplungsraum anzuordnen.Both conditions are insufficient in the known arrangements Measures met. The invention provides a remedy. Both conditions can be met with while avoiding the disadvantages and deficiencies of the known designs, if a greater effort is undoubtedly made in the plane of the conductor tracks, which, however, is characterized by the better electrical properties in terms of broadband of the circulator is worth it. In the case of a broadband circulator of the type mentioned at the beginning the invention proposes at least three, but preferably an even number to arrange the current paths of the conductor tracks for each connection in the coupling space.

Vorzugsweise sollen vier oder sogar acht Strompfade je Leiterbahn und Anschluß angeordnet sein. Dabei kann jeder Strompfad aus einem isolierten, vorzugsweise runden Draht bestehen.Preferably there should be four or even eight current paths per conductor track and connection be arranged. Each current path can consist of an isolated, preferably consist of round wire.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Strompfade der Leiterbahnen in einer isolierenden Folie, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, gehalten sind. Die Folie kann geschlitzt bzw. gelocht sein und jeder Strompfad/aus einem nicht isolierten Metallband oder -draht bestehen. Nach der Erfindung soll der Abstand zwischen den Strompfaden einer Leiterbahn etwa das Sechsfache der Breite bzw. des Durchmessers eines Strompfades sein. Auch kann als Halter für die Strompfade der Leiterbahnen ein isolierender, in der Technik gedruckter Schaltungen hergestellter Trägerwerkstoff (Basismaterial) verwendet werden, in dem die Verwebung der Strompfade der Leiterbahnen mit Hilfe von Nieten oder Durchkontaktierung mit Hilfe galvanischer Bäder verwirklicht ist.It is advantageous if the current paths of the conductor tracks in an insulating film, in particular made of polytetrafluoroethylene, are held. The foil can be slotted or perforated and each current path / from one cannot insulated metal tape or wire. According to the invention, the distance between the current paths of a conductor track about six times the width or the Be the diameter of a current path. Can also be used as a holder for the current paths of the Conductor tracks an insulating, manufactured in the technology of printed circuits Carrier material (base material) are used in which the interweaving of the current paths of the conductor tracks with the help of rivets or through-hole plating with the help of galvanic Baths is realized.

Insbesondere bei Anwendung der zuletzt gekennzeichneten Maßnahme kann der Breitbandzirkulator weitgehend automatisch / kann gefertigt werden, wie an sich schon in Fig. 3 auf Seite 396 der oben genannten Lit raturstelle "MTT" gezeigt, jedoch ist bei Einsatz der Erfindung der Aufwand mit dem zusätzlichen Kondensator nicht erforderlich.In particular when using the last identified measure the broadband circulator largely automatically / can manufactured are, as in Fig. 3 on page 396 of the above-mentioned Lit raturstelle "MTT" shown, however, when using the invention, the effort is associated with the additional Capacitor not required.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf den geöffneten Breitbandzirkulator -Verkopplungsraum, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II nach Fig. 1, lediglich als Darstellung der miteinander verwobenen Strompfade der Leiterbahnen, Fig. 3 eine Ausführung ähnl. Fig. 1 in der Technik gedruckter Schaltungen, Fig. 4 einen im vergrößerten Maßstab gezeichneten Ausschnitt der Kreuzungspunkte der Leiterbahnen.1 shows a plan view of the open broadband circulator -Coupling space, Fig. 2 is a section along the line II - II according to Fig. 1, only as a representation of the interwoven current paths of the conductor tracks, FIG. 3 a Execution similar Fig. 1 in the art of printed circuits, Fig. 4 in an enlarged Section of the intersection points of the conductor tracks drawn to scale.

In Fig. 1 ist mit 1 der meist aus dem Werkstoff Messing ausgeführte äußere Wandungsteil des Zirkulators bezeichnet, dessen Höhe etwa 1,5 cm beträgt. Durch diesen Wandungsteil sind, in ebenfalls bekannter Weise, die jeweils zweipoligen Anschlüsse 2, 3 und 4 hindurchgeführt, wobei der Außenleiter immer im galvanischen Kontakt mit dem Wandungsteil 1 steht, während der Innenleiter isoliert in den inneren Raum des Zirkulators hineingeführt ist. Dieser Raum ist in bekannter Weise ausgefüllt mit einer Scheibe 5, die aus einem isolierenden Werkstoff besteht und beiderseits eine in den erforderlichen Bereichen stehengebliebene Kupferkaschierung aufweist, wie nachfolgend näher beschrieben. Auf der nichtgezeichneten Rückseite geht die Kupferkaschierung bis an den mit 6 bezeichneten eigentlichen Verkopplungsraum heran und weist nur Ausnehmungen um den Innenleiter herum auf. In der gezeichncten Ansicht ist eine Kupferkaschierung jeweils bei 7, zum Anschluß der Innenleiter jeweils bei 8 und zum Anschluß der Strompfade 9 bei 10 vorhanden. Jeweils gegenüber der Eintrittsseite der Anschlüsse 2, 3 und 4 sind die Strompfade 9 miteinander bei 11 verbunden und auch mit der Kupferkaschierung 7, liegen also hier elektrisch auf meinsmen-Bezugspunkt, z.B. Masse, Auf der den Anschlüssen 2, 3 und 4 zugewandten Seite sind die Strompfade 9 ebenfalls miteinander verbunden, also pro Anschluß immer vier Strompfade 9. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 2, 3 und 4 und den Anschlüssen 10 der jeweils zugeordneten vier nebeneinanderliegenden Strompfade 9 sowie mit Nasse erfolgt durch konzentrierte Elemente 12 und 13, die aus Kapazitäten und Induktivitätenbestehen können und entsprechend oberhalb der Ebene der Platte 7 in dem verbleibenden Raum innerhalb der Höhe der Wandung 1 liegen.In Fig. 1, 1 is usually made of brass called outer wall part of the circulator, the height of which is about 1.5 cm. Through this wall part, in a likewise known manner, the two-pole Connections 2, 3 and 4 passed through, whereby the outer conductor is always in the galvanic Contact with the wall part 1 is, while the inner conductor is isolated in the inner Space of the circulator is introduced. This space is filled in the known manner with a disc 5, which consists of an insulating material and on both sides has a copper cladding that has remained in the required areas, as described in more detail below. On the back, which is not shown, the Copper lamination up to the actual coupling space designated by 6 and only has recesses around the inner conductor. In the drawn view is a copper lamination at 7, for connecting the inner conductor at 8 and for connecting the current paths 9 at 10. Each opposite the entry side the Terminals 2, 3 and 4 are connected to each other at 11 and also the current paths 9 with the copper cladding 7, so here are electrically on the common reference point, E.g. ground, the current paths are on the side facing connections 2, 3 and 4 9 are also connected to each other, so there are always four current paths 9 per connection Connection between the terminals 2, 3 and 4 and the terminals 10 of the respective associated four adjacent current paths 9 as well as with wet takes place through lumped elements 12 and 13 made up of capacitances and inductances can and accordingly above the plane of the plate 7 in the remaining space lie within the height of the wall 1.

Derartige konzentrierte Schaltungselemente sind ebenfalls bekannt und können auch auf der hier nicht dargestellten Seite des Zirkulators im wesentlichen aus Platzgründen angeordnet werden.Such lumped circuit elements are also known and can also essentially on the side of the circulator not shown here be arranged for reasons of space.

Innerhalb des eigentlichen verkopplungsraumes 6 ist nun eine, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen bestehende, Folie 14 angeordnet, und die Strompfade 9 eines jeden Anschlusses sind in diese Folie 14 derart eingewoben, daß sie sich an den Kreuzungsstellen nicht mit den Strompfaden 9 des anderen Anschlusses berühren können. Außerdem kreuzen nicht drei Strompfade 9 miteinander.Within the actual coupling space 6 there is now one, in particular made of polytetrafluoroethylene, arranged foil 14, and the current paths 9 of each connection are woven into this film 14 in such a way that they adhere to Do not touch the crossing points with the current paths 9 of the other connection can. In addition, three current paths 9 do not cross one another.

Dies ist z.B. naher in Fig. 2 dargestellt. Dort erkennt man, daß die Strompfade 9 und 91 für den anderen Anschluß an den Kreuzungspunkten bei 15 gegeneinander isoliert sind.This is shown in more detail in Fig. 2, for example. There you can see that the Current paths 9 and 91 for the other connection at the crossing points at 15 against each other are isolated.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung in der Technik der gedruckten Schaltungen. Eine Platte 16 aus isolierendem Werkstoff trägt auf jeder Seite ein besonderes Muster, in der die mit 17 bezeichneten Teile den gemeinsamen Bezugspunkt darstellen, also z.B. den Masseanschluß, während die Teile 18, 19 und 20 di.e Strompfade für die drei Anschlüsse sind. Diese sind an den Stellen 21, 22 und 23 unterbrochen. Hier können, wie zu Fig. 1 bereits beschrieben, die konzentrierten Schaltungselemente 12 und 13 angeordnet werden. Die Strompfade 24 sind hier ebenfalls als stehengebliebene Kupferkaschierung auf dem gemeinsamen Träger 16 angeordnet.Fig. 3 shows an embodiment in the art of printed circuit boards. A plate 16 made of insulating material has a special pattern on each side, in which the parts labeled 17 represent the common reference point, that is E.g. the ground connection, while the parts 18, 19 and 20 di.e current paths for the three connections are. These are to the Positions 21, 22 and 23 interrupted. Here, as already described for FIG. 1, the concentrated circuit elements 12 and 13 are arranged. The current paths 24 are also here as stopped Copper cladding is arranged on the common carrier 16.

Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung die Strompfade 24.4 shows the current paths 24 in an enlarged illustration.

Die durchgezeichneten Teile liegen in dieser Ansicht oben auf dem Träger 16, während dieoffengelassenen Teile der Strompfade 24 auf der Unterseite des Trägers 16 liegen, so daß, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, an den Kreuzungspunkten bei 15 die Strompfade 24 auch hier gegeneinander isoliert sind. So muß jetzt nur eine Verbindung zwischen den Strompfadstücken auf jeder Seite des Trägers 16 geschaffen werden. Diese Verbindungsstellen sind mit 25 bezeichnet.The marked parts are on top of the in this view Carrier 16, while the exposed parts of the current paths 24 are on the lower side of the carrier 16 so that, as in the embodiment of FIG Crossing points at 15, the current paths 24 are also isolated from one another here. So now only one connection needs to be made between the rung pieces on each side of the Carrier 16 are created. These connection points are denoted by 25.

Sie können entweder durch Einziehen von Nieten verwirklicht werden, was sehr umständlich und zeitraubend ist. Eine bessere Möglichkeit ist die Durchkontaktierung mit Hilfe galvanischer Bäder. Dabei wird eine Bohrung an den Stellen 25 in einem entsprechenden Bad auf der Innenseite mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen, so daß die auf den beiden Seiten des Trägers 16 vorhandenen Strompfadstücke elektrisch miteinander verbunden werden.They can be achieved either by pulling in rivets, which is very cumbersome and time consuming. A better option is through-hole plating with the help of galvanic baths. It is a hole at points 25 in one the corresponding bath is provided with an electrically conductive coating on the inside, so that the current path pieces present on both sides of the carrier 16 are electrical be connected to each other.

Das Ausfüllrunrrsbeispiel nach den Fig. 3 bzw. 4 schafft die Möglichkeit der Herstellung von Breitbandzirkulatoren mit den für den geforderten Frequenzbereich gewünschten elektrischen Eigenschaften in fast vollautomatischer Herstellung. Auch die konzentrierten Elemente 12 und 13 können durch entsprechenden Raum auf der Trägerplatte 16 in der Technik der gedruckten Schaltungen hergestellt werden, so daß es nicht mehr erforderlich ist, diese Elemente zusätzlich später einzulöten. Auch fallen dann die in Fig. 3 mit 26 bezeichneten Bohrungen fort.The filling runrrsbeispiel according to FIGS. 3 and 4 creates the possibility the production of broadband circulators with the frequency range required desired electrical properties in almost fully automated production. Even the concentrated elements 12 and 13 can through corresponding space on the carrier plate 16 can be made in the art of printed circuits, so it is not more it is necessary to solder these elements additionally later. Also fall then the bores designated by 26 in FIG. 3 continue.

Derartige Breitbandzirkulatoren nach der Erfindung ergeben im Frequenzbereich um 100 MHz oder auch 300 MHz einschließlich der Beschaltung Bandbreitenvergrößerungen etwa um den Faktor Fünfzehn. Damit der Verkopplungsraum 6 nicht völlig durch Strompfade 9 abgedeckt wird, andererseits die Strompfade 9 z.B. als Gründen der Belastbarkeit und Herabsetzung der Induktivität nicht beliebig dünn ausgeführt werden können, ist erfindungsgemäß der Abstand. zwischen den Strompfaden 9 einer Leiterbahn etwa das Sechsfache der Breite bzw. des Durchmessers eines Strompfades.Such broadband circulators according to the invention result in the frequency range by 100 MHz or even 300 MHz including the wiring bandwidth increases about a factor of fifteen. So that the coupling space 6 is not completely through Current paths 9 is covered, on the other hand the current paths 9 e.g. as reasons of load capacity and reducing the inductance cannot be made arbitrarily thin, is according to the invention the distance. between the current paths 9 of a conductor track approximately six times the width or diameter of a current path.

Darauf wäre besonders zu achten, wenn für jeden Anschluß bzw. wenn jede Leiterbahn in. acht Strompfade 9 im Verkopplungsraum 6 aufgeteilt ist, weil sich dann insgesamt vierundzwanzig Strompfade 9 miteinander kreuzen.Special attention should be paid to this if for each connection or if Each conductor track is divided into eight current paths 9 in the coupling space 6 because then a total of twenty-four current paths 9 cross one another.

Diese Art der besseren Verkopplung ist sowohl für Zirkulatoren anwendbar, deren Leiterbahnen bzw. Strompfade sich unter 1200 als auch unter 600 kreuzen. 1 P A T E N T A N S P R Ü C H E:This type of better coupling can be used for circulators, whose conductor tracks or current paths intersect below 1200 and below 600. 1 P A T E N T A N S P R Ü C H E:

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Broadband circulator, in particular for the frequency range from 10 to 1000 MHz, in a concentrated design with three each two-pole connections, one of which is the high-frequency electromagnetic Shafts in a common ferrite-filled coupling space via parallel-connected and at the opposite ends of the combined current paths of the three connections assigned conductor tracks occur, which are arranged lying approximately in one plane, interwoven and at the crossing points where no more than two current paths cross, are isolated from each other, characterized in that at least three, but preferably an even number of current paths in the conductor tracks per connection are arranged in the coupling space.

2. Broadband circulator according to claim 1, characterized in that four current paths are arranged per conductor track and connection.

3. Broadband circulator according to claim 1 and / or 2, characterized in that that eight current paths are arranged per conductor track and connection.

4. Broadband circulator according to one or more of the preceding Claims, characterized in that each current path consists of an isolated, preferably round wire.

5. Broadband circulator according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the current paths of the conductor tracks in one insulating film, in particular made of polytetrafluoroethylene, are held.

6. broadband circulator according to claim 5, characterized in that the film is slit or perforated.

7. Broadband circulator according to claim 5 or 6, characterized in that that each current path consists of a non-insulated metal tape or wire.

8. Broadband circulator according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the Abstancl between the current paths one Conductor track about six times the width or diameter of a current path is.

9. Broadband circulator according to one or more of the preceding Claims, characterized in that as a holder for the current paths of the conductor tracks an insulating carrier material manufactured using printed circuit technology (Base material) is used, in which the interweaving of the current paths of the conductor tracks realized with the help of rivets or through-hole plating with the help of galvanic baths is.

L e r s e i t e