DE2230390B2 - Planarer ferritphasenschieber mit maeanderfoermigen mikrostreifenleiter - Google Patents
Planarer ferritphasenschieber mit maeanderfoermigen mikrostreifenleiterInfo
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- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/19—Phase-shifters using a ferromagnetic device
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- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen planaren »5
Ferritphasenschieber mit mäanderförmigem Mikrostreifenleiter.
Solche Phasenschieber, die entweder stetig (analog) oder digital steuerbar sind, finden in der Mikrowellentechnik
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 1 η i k, Radar
Handbook, McGraw-Hill 1970, Chap. 12). Sie lassen sich in planarer oder Hohlleiterbauweise 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. Roome et al,
IEEE Transactions, Vol. MTT-16, S. 411 -420,1968 und
G. R. Harrison et al., IEEE Transactions, Vol. MTT-19, S. 577-587, 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. Zur Erzielung des zirkulären Feldes wird die Breite der
Mäanderleitung so gewählt, daß der Umweg der Welle zwischen zwei benachbarten Punkten »A Welbnläage
== 90° beträgt Da die Mäanderleitimg Filtereigenschaften
besitzt, besteht unter anderem eine obere Grenzfrequenz 4 oberhalb der die Dämpfung der Leitung stark
ansteigt
Bei gegebener Geometrie der Mäanderleitung hängt die erzielbare differentielle Phasendrehung pro Längeneinheit,
d. h. die Phasendrehung zwischen zwei Schaltzuständen
der Magnetisierung stark von der Frequenz ab. Insbesondere steigt die differentielle Phasenschiebung
stark an im Bereich <äar Grenzfrequenz fg. Diese für
Mäanderleitungen typische Eigenschaft beschränkt entscheidend die nutzbare Bandbreite und den Bereich
der Arbeitstemperatur.
Der erfindungsgemäße Phasenschieber vermeidet diese Nachteile dadurch, daß der Abstand der parallelen
Leiter des mäanderförmigen Wellenleiters im Bereiche des geschlossenen Endes eines jeden Mäanders größer
gewählt ist als jm Bereiche seines offenen Endes und daß sich ;n dem Übergangsbereich zwischen den beiden
Endbe.-eidien der Abstand zwischen den beiden Leitern
linear und in entgegengesetzt gleichem Maße für beide Leiter von dem einen auf den anderen Abstandswert
verändert.
Anstelle der üblichen Mäanderleitung wird eine Leitungsführung gewählt, durch die eine wesentliche
Erniedrigung der Frequenzabhängigkeit der differentiellen Phasenschiebung erreicht wird. Im X-Band kann
sowohl mit Ferritsubstrat als auch mit nichtmagnetischem Substrat und aufgelegten Ferritblöcken aus
weich- oder hartmagnetischem Material eine praktisch konstante Phasendrehung in einem relativ großen
Frequenzbereich (ca. 2 GHz) erzielt werden.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel erläuten. Es zeigt
F i g. 1 eine Mäanderleitung und
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel der Ausführung nach der Erfindung.
Wesentlicher Bestandteil der besonderen Leitungsführung ist, wie Fig.2 zeigt, die Aufweitung des
Abstandes benachbarter Leitungen. Diese besondere Formgebung ist das Ergebnis von grundlegenden
Untersuchungen über die physikalischen Eigenschaften einer Mäanderleitung.
Diese anhand der F i g. 1 erläuterten Untersuchungen haben unter anderem ergeben:
1) Bei vorgegebener Breite b der Mäanderleitung ist die Phasendrehung pro Mäander stark abhängig von
dem Abstand s zweier Leiter. Da die Leiterbreite w durch die Impedanz der Mikrostreifenleitung bestimmt
wird, kann die Größe s/w als entscheidender Parameter betrachtet werden.
2) Der Polarisationszustand der Felder zwischen den Leitern kann durch die Ellipüzität ε gekennzeichnet
werden.
(ε= ±1: zirkulär polarisiert, ε=0: linear polarisiert)
Messungen der Werte ε entlang der Strecke B-B' haben gezeigt, daß sich der Punkt zirkularer Polarisation (ε = 1)
mit der Frequenz entlang der Strecke B-B' verschiebt.
Diese beiden Effekte werden in dem erfindungsgemäßen Phasenschieber folgendermaßen benutzt, um eine
Kompensation des Frequenzganges der Mäanderleitung und damit eine Vergrößerung der Bandbreite zu
erreichen: Eine Erhöhung der Frequenz /führt zu einer Vergrößerung der Phasendrehung pro Mäander.
Gleichzeitig verschiebt sich der Punkt ε — f, bei dem die
stärkste Kopplung mit dem Fei eil stattfindet in
Richtung JB' Durch geeignete Aufweitung der Struktur, d.h. Vergrößerung des Parameters s/w kann die
frequenzbedingte Erhöhung der Phasendrehung kompensiert werden. Daraus resultiert die in Fig.2
dargestellte Ω-Struktur. Besonders vorteilhaft ist die
Verwendung von polykristallinen YIG (Yttrium-Eisen-Granat 4?fMs= 1800 Gauss) als Substrat
Die erfindungsgemäße Leiterstruktur kann jedoch auch bei einem Phasenschieber Verwendung finden, der
— wie in der DT-OS 22 29 668 beschrieben — mit einem Substrat aus nichtmagnetischem Material und mit
aufgelegten Ferritblöcken aus weich oder hartmagnetischem Material aufgebaut ist
Claims (2)
1. Planarer Ferritphasenschieber mit mäanderförmigem
Mikrostreifenleiter, dadurch gekenn- S zeichnet, daß der Abstand der parallelen Leiter
des mäanderförmigen Wellenleiters im Bereiche des
geschlossenen Endes eines jeden Mäanders größer gewählt ist als im Bereich seines offenen Endes und
daß sich in dem Obergangsbereich zwisdien den ">
beiden Endbereichen der Abstand zwischen den beiden Leitern linear und in entgegengesetzt
gleichem Maße für beide Leiter von dem einen auf den anderen Abstandswert verändert
2. Verweiüdung der Leiterstruktur nach dem »5
Patemanspruch 1 bei einem planaren Ferrit-Phasenschieber, bei dem der mäanderförmige Wellenleiter
auf ein nichtmagnetisches Substrat aufgebracht und der Ferrit in Form von Blöcken oder Ringkernen auf
den Wellenleiter aufgelegt ist. *°
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722230390 DE2230390C3 (de) | 1972-06-22 | Planarer Ferritphasenschieber mit mäanderförmigen Mikrostreifenleiter | |
US00364520A US3818384A (en) | 1972-06-22 | 1973-05-29 | Planar ferrite phase shifter for microwaves of increased bandwidth |
FR7322076A FR2189885B1 (de) | 1972-06-22 | 1973-06-18 | |
NL7308411A NL7308411A (de) | 1972-06-22 | 1973-06-18 | |
GB2894673A GB1430003A (en) | 1972-06-22 | 1973-06-19 | Phase shifter |
JP48069139A JPS5228615B2 (de) | 1972-06-22 | 1973-06-19 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722230390 DE2230390C3 (de) | 1972-06-22 | Planarer Ferritphasenschieber mit mäanderförmigen Mikrostreifenleiter |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2230390A1 DE2230390A1 (de) | 1974-01-10 |
DE2230390B2 true DE2230390B2 (de) | 1976-11-25 |
DE2230390C3 DE2230390C3 (de) | 1977-07-14 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7308411A (de) | 1973-12-27 |
FR2189885A1 (de) | 1974-01-25 |
JPS5228615B2 (de) | 1977-07-27 |
US3818384A (en) | 1974-06-18 |
DE2230390A1 (de) | 1974-01-10 |
FR2189885B1 (de) | 1978-02-10 |
GB1430003A (en) | 1976-03-31 |
JPS4958729A (de) | 1974-06-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |