DE2229668C3 - Planarer Ferritphasenschieber mit mäanderförmigem Wellenleiter in Mikrostreifenleitertechnik - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen planaren Ferritphasenschieber mit mäanderförmigem Wellenb: ter in Mikrostreifenleitertechi.ik.

Phasenschieber, die entweder stetig (analog) oder digital steuerbar sind, finden in der Mikrowelientechnik häufig Anwendung. Insbesondere zum Aufbau der phasengesteuerten Antennen, bei denen der gebündelte Mikrowellenstrahl elektrisch abgelenkt wird, wird eine Vielzahl von Phasenschiebern benötigt. Wesentlich für die Verwendbarkeit der Phasenschieber in solchen Systemen sind unter anderem kleine Baugröße und niedrige Verluste.

Bekannt sind Halbleiterphasenschieber, die mit PIN Dioden oder Varaktoren arbeiten (S k ο I η i k, Radar Handbook, McGraw-Hill 1970, Chap. 12). Sie lassen sich in planarer oder Hohllehcrbauweise darstellen. Nachteile dieser Phasenschieber sind insbesondere die hohen Verluste bei hohen Frequenzen und der hohe Preis der Halbleiter-Bauelemente.

Die aus dieser Literaturstelle weiterhin bekannten Hohlleiterferritphasenschieber haben sehr niedrige Verluste, sind jedoch relativ groß und teuer in der Herstellung.

Der erfindungsgemäße Phasenschieber basiert auf dem planaren Phasenschieber (G. T. R00me et al., IEEE Transactions, Vol. MTT-16, S. 411 bis 420,1968 und G. R. Harrison et al., IEEE Transactions, Vol. MTT-19, S. 577 bis 587. 1971). Diese Phasenschieber verwenden als Wellenleiter bevorzugt Mikrostreifenleitungen.

Besonders bewährt hat sich dabei die sogenannte Mäanderleitung auf einem Ferritsubstrat. Dabei wird das durch Verkopplung der Felder auf benachbarten Leitungsstücken entstehende zirkulär polarisierte HF-Feld der Mikrowelle zur Veränderung der Phasendrehung herangezogen. Durch dieses zirkuläre Feld ist nämlich die Mikrowelle an das als Substrat verwendete Ferritmaterial gekoppelt, dessen wirksame Permeabilität von der Stärke der Magnetisierung des Substrates und der Richtung der Magnetisierung bezüglich der Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle abhängt.

Durch stetige Veränderung der Magnetisierung z. B. eines weichmagnetischen Ferritmaterials läßt sich so eine stetige Phasenschiebung (Analog-Phasenschieber) oder durch Umschalten der remanenten Magnetisierung hartmagnetischer Ferrite eine unstetige Phasenschiebung (Latching-Phasenschieber) erreichen. Gebräuchliche Ausführungsformen haben entweder ein Joch über oder unter dem Substrat oder enthalten durch Anbohren des Substrates einen geschlossenen magnetischen Kreis.

Der erfindungsgemäße Phasenschieber benutzt das Prinzip des planaren Ferritphasenschiebers, jedoch werden Wellenleiter und Ferritmaterial getrennt und er ist dadurch gekennzeichnet, daß der mäanderförmige Wellenleiter auf ein nichtmagnetisches Substrat aufgebracht ist und zur differentiellen Phasenschiebung ein oder mehrere aufgelegte Ferritblöcke aus weichmagnetischem oder hartmagnetischen Material vorgesehen sind.

Gegenüber den herkömmlichen Phasenschiebern mit mäanderförmigen Wellenleitern bietet der erfindungsgemäße Phasenschieber folgende Vorteile:

Substratmaterial und magnetisches Material können unabhängig voneinander im Hinblick auf optimale elektrische (Verluste, Dielektrizitätskonstante) und magnetische Eigenschaften (Schaltverhalten) ausgesucht werden.

Auf einen mäanderförmigen Wellenleiter können hintereinander versch; dene Kerne oder Platten aufgelegt werden, die unabhängig voneinander geschaltet werden körnen. Auf diese Weise läßt sich z. B. ein Phasenschieber mit meh^ren Bit, insbesondere ein 4-Bit Phasenschieber, in besonders kompakter Weise herstellen. Außerdem werden hierbei die Verluste, die z. B. durch das Zusammenschalten einzelner Phasenschieber zu einem 4-Bit Phasenschieber entstehen, stark reduziert.

Die Erfindung wiru anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht und

F i g. 2 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels.

Ein mäanderförmiger Leiter 1 ist auf ein nichtmagnetisches Substra t 2 aufgebracht, auf das Ferritkerni oder -Blöcke 3 gelegt sind. Durch Einführen eines Abstandes zwischen der Mäanderleitung 1 und dein Ferritkern 3 von typisch 0,05 mm, z. B. durch Zwischenlage einer Teflonfolie 4, läßt sich die duich das magnetische Material hervorgerufene Dämpfung der Mikrowelle beträchtlich erniedrigen, ohne daß dabei die Phasenschiebung pro Mäanderlänge wesentlich beeinträchtigt wird.

Durch geringfügiges Verändern der '.agc der Ferritkerne 3 bezüglich der Mäanderleitung 1 und/oder des Andruckes läßt sich eine Feinabstimmung der Phasenschiebung der einzelnen Kerne erzielen.

Als Substrat wird zweckmäßigerweise ein nichtmagnetischer Ferrit und für die Schaltkerne Mg-Mn-Ferrit verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Planarer Ferritphasenschieber mit mäanderförmigem Wellenleiter in Mikrostreifenleitertechnik, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (1) auf ein nichtmagnetisches Substrat (2) aufgebracht ist und zur differenziell Phasenschiebung ein oder mehrere aufgelegte Ferritblöcke (3) aus weichmagnetischem oder hartmagnetischem Material vorgesehen sind.

2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Substrat (2) ein Ferrilsubstrat ist, dessen Curiepunkt unterhalb der Arbeitstemperatur liegt.

3. Phasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgelegten Ferritblöcke (3) Ringkerne aus weichmagnetischem oder hartmagnetischem Material sind.

4. Phasenschieber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgelegten Ferritblöcke (3) und die Mäanderleitung (1) einen Abstand zueinander aufweisen.

5. Phasenschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandshaltung eine Isolierfolie (4) zwischengelegt ist.