DE2253122C3 - Zirkulator, insbesondere für integrierte Mikrowellenschaltungskreise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zirkulator, insbesondere für integrierte Mikrowellenschaltungskreise, dessen Anschlußarme nach Art gednr-Jtter Leitungszüge ausgebildet und zu einer Leitungsverzweigung zusammengeführt sind, und bei dem im Bereich der Leitungsverzweigung eine Scheibe gyromagnetischen Materials angeordnet ist die unter dem Einfluß eines von einem Permanentmagneten, erzeugten magnetischen Gleichfeldes steht und die in eine Platte aus dielektrischem Material eingelassen ist auf deren einer Seite die Anschlußarme und auf deren anderer Seil« eine durchgehende Metallisierung vorgesehen ist wobei ein Permanentmagnet auf der die Anschlußarme tragende Seite der dielektrischen Platte angeordnet ist

Ein derartiger Zirkulator für integrierte Mikrowellenschaltkreise, bei dem ein Permanentmagnet auf einer Seite der die Anschlußarme und die durchgehende Metallisierung tragenden Platte aus dielektrischem Material angeordnet ist ist beispielsweise aus der DE-OS 2042146 bekannt Auf welcher Seite der Substratplatte der Permanentmagnet vorgesehen wird, ist in das Belieben des Fachmannes gestellt

Weiterhin sind aus der US-PS 33 34 317 und aus der US-PS 36 14 670 Streifenleitungs-Zirkulatoren in symmetrischer Bauweise bekannt, bei denen das magnetische Gleichfeld eines Permanentmagneten bzw. eines Elektromagneten über ein Magnetjoch zurückgeschlossen ist Wegen des symmetrischen Aufbaus dieser bekannten Zirkulatoren, ist der Eisenrückschluß zwischen den äußeren, jeweils auf gleichem Bezugspotential liegenden metallischen Schichten wirksam, so daß eine Störung der Mikrowelle nicht gegeben ist

Beim Aufbau von Mikrowellenschaltungen haben Zirkulatoren bekanntlich ein breites Anwendungsfeld deshalb gefunden, weil die an einem Arm eingespeiste Mikrowellenenergie nahezu vollständig an den in Umlaufrichtung des Zirkulators folgenden Arm weitergegeben wird, während einer oder mehrere weitere Anschlußarme gegenüber diesen Anschlußarmen entkoppelt sind. Eine bekannte spezielle Ausführungsform solcher sogenannter Verzweigungszirkulatoren sind solche,bei denen eine dreiarmige Leitungsverzweigung vorgesehen ist Im Bereich der Verzweigung selbst ist zentrisch wenigstens eine Ferrit- oder Granatscheibe angeordnet Für die elektrische Wirkungsweise ist es dabei zusätzlich wesentlich, daß der Ferrit einem magnetischen Gleichfeld unterworfen ist, dessen Stärke ebenso wie die Formgebung und die Art des Ferrits für den Arbeitsfrequenzbereich des Zirkulators bestimmend sind. Zur Erzielung einer möglichst gedrängten Aufbauweise werden solche Verzweigungszirkulatoren in der sogenannten MIC-Bauweise realisiert d.h. die Leitungsverzweigung bzw. die einzelnen Anschlußarme sind als integrierte Mikrowellenschaltung ausgebildet Hierzu werden die drei Anschlußarme und gegebenenfalls die Leitungsverzweigung nach Art der bekannten

Druck- oder Ätztechnik auf eine Platte dielektrischen Materials, wie beispielsweise ein Keramiksubstrat aufgebracht Die gegenüberliegende Seite dieser Platte ist in der Regel mit einer durchgehenden Metallisierung versehen. In die Platte dielektrischen Materials selbst ist eine Aussparung, wie beispielsweise eine kreisrunde Bohrung, eingebracht in die eine aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe eingepaßt ist Als gyromagnetische Materialien eignen sich die bekannten Ferrit- oder Granatwerkstoffe. Zur Erzeugung des magnetischen Glc-ichfeldes wird ein Permanentmagnet verwendet der bei den bekannten Ausführungen solcher in M IC-Technik realisierter Zirkulatoren vielfach auf der sogenannten Unterseite der Keramikplatte angeordnet ist d. h. also auf der Seite, auf der die aus dielektrischem Material bestehende Platte mit einer vollen, durchgehenden Metallisierung versehen ist Wie sich zeigt verändern derart aufgebaute Zirkulatoren ihre Eigenschaften dann, wenn sie in der Nähe anderer magnetischer Bauteile, wie z. B. Ge»tellholmen elektrischer Nachrichtengeräte, oder in der Nähe anderer magnetischer Elemente, wie z. B. Wanderfeldröhren, in eine größere Schaltungsanordnung eingebaut werden. Es ist dies offensichtlich auf die Beeinflussung eines verhältnismäßig starken, vom Permanentmagneten

erzeugten magnetischen Streufeldes zurückzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten weitgehend abzuhelfen und den Aufbau solcher Zirkulatoren anzugeben, bei denen das magnetische Streufeld praktisch nicht in Erscheinung

tritt ohne daß sich dabei gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften des Zirkulators verschlechtern und ohne daß durch spezielle Schirmungsmaßnahmen die konstruktive Ausgestaltung einer größeren Schaltungsanordnung beeinträchtigt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, ausgehend von

den einleitend genannten Zirkulatoren in der Weise gelöst daß das magnetische Gleichfeld über ein

Magnetjoch zurückgeschlossen ist Durch den erfindungsgemäßen Magnet-Eisenrück-

Schluß wird ein nicht vorhersehbarer Effekt deshalb erhielt, weil zu erwarten ist, daß durch das Magnetjoch nicht nur das magnetische Gleichfeld, sondern wegen des unsymmetrischen Aufbaus des Zirkulators auch der Mikrowellenweg gewissermaßen kurzgeschlossen ist In

überraschender Weise zeigt sich jedoch keine durch die zu erwartende Störung der Mikrowelle gegebene Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des Zirkulators.

Durch den Rückschluß des magnetischen Gleichfeldes Ober ein Magnetjoch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, als Dauermagnete Stahlmagnete zu verwenden, die ,sich gegenüber Ferritmagneten durch eine wesentlich geringere Temperaturunabhängigkeit auszeichnen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Polschuhe aus einem Material, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient etwa gleich dem der dielektrischen Platte ist Es ergibt sich hierdurch in einem weiten Temperaturbereich eine weitgehende Vermeidung mechanischer Spannungen.

Für die Erzielung gleichbleibender elektrischer Eigenschaften innerhalb möglichst weiter Temperaturgrenzen ist es vorteilhaft, dem Permanentmagneten einen Ring weichmagnetischen Materials mit niedrigem Curie-Punkt zuzuordnen.

Es wird dadurch eine Kompensation der Temperatureigenschaften des Permanentmagneten erreicht

Anhand der in der Zeichnung im Querschnitt dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend noch näher erläutert

Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist mit der Bezugsziffer 1 eine aus dielektrischem Material bestehende Platte, wie beispielsweise ein Keramiksubstrat, bezeichnet Auf der durch den Pfeil 7 kenntlich gemachten Oberseite der Platte 1 sind in an sich bekannter Weise die Anschlußanne aufgebracht die zu einer Leitungsverzweigung zusammengeführt sind. Die der Oberseite 7 gegenüberliegende Unterseite ist mit einer durchgehenden Metallisierung versehen. Die dielektrische Platte 1 ist mit einer Aussparung, beispielsweise einer kreisrunden Bohrung versehen, in die eine Scheibe 2 so eingelegt ist daß sie den von der Ausnehmung freigegebenen Raum möglichst lückenlos ausfüllt Die Scheibe 2 besteht aus gyromagnetischem Material, wofür die bekannten Ferrit- oder Granatwerkstoffe in Frage kommen. Zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes ist ein Permanentmagnet 4 vorgesehen, für den es wesentlich ist daß er auf der Oberseite 7, d.h. also auf der die Anschlußarme bzw. die Leiterverzweigung tragenden Seite der dielektrischen Platte 1 angeordnet ist Zur Vermeidung der eingangs erwähnten Schwierigkeiten, nämlich zur Beseitigung der störenden Rückwirkungen der vom Permanentmagneten 4 erzeugten Streufelder, ist das magnetische Gleichfeld über ein Magnetjoch 6 zurückgeschlossen. Selbstverständlich muß das Magnetjoch 6 aus einem Material mit einem möglichst geringen magnetischen Widerstand, wie beispielsweise Eisen, bestehen.

Zur Homogenisierung des am gyromagnetischen Material 2 anliegenden Gleichfeldes ist es zweckmäßig, in den magnetischen Kreis Polschuhe einzubauen, die im Ausführungsbeispiel mit der Bezugszjffer 3 und 3' bezeichnet sind und die zumindest auf der der Keramikplatte 1 zugewandten Seite mit einer elektrisch

gut leitenden Schicht, insbesondere einer Silberschicht überzogen wird. Auf diese Weise läßt sich nämlich erreichen, daß das Magnetjoch 6 einerseits einen geeigneten Abstand von der Keramikplatte 1 erhält, der durch die Dicke des auf der Unterseite der Keramikplatte I liegenden Polschuhes 3' eingestellt werden kann; andererseits läßt sich erreichen, daß der auf der Oberseite der Keramikplatte t liegende Polschuh 3 gleichzeitig als Leiterverzweigung wirkt da durch ihn die drei Anschlußarme des Zirkulator elektrisch leitend

·*" miteinander verbunden werden. Vorteilhaft werden dazu die einzelnen Anschlußarme mit der auf den

Polschuh 3 aufgebrachten gut leitenden Schicht durch Lötung verbunden. Zur Vermeidung mechanischer Spannungen, wie sie

μ bei Temperaturänderungen entuehen, wählt man zweckmäßig für die Polschuhe 3 und J' ein Material, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient möglichst genau mit dem Material des Trägersubstrats der dielektrischen Platte 1 übereinstimmt Solche Materialien sind beispielsweise Eisen-Nickel-Legierungen, deren Temperaturausdehnungskoeffizient durch ein passendes Legierungsverhältnis weitgehend auf den Ausdehnungskoeffizienten der für die Platte 1 verwendeten Materialien abgestimmt werden kann.

Wie es darauf ankommt daß die elektrischen Eigenschaften des Zirkutators in möglichst weiten Temperaturgrenzen erhalten bleiben, kann mit Hilfe einer Temperaturkompensation an sich bekannter Art ein Ausgleich der Teinperatureigenschaften des Permanentmagneten 4 dadurch erreicht werden, daß ihm ein Abschnitt weichmagnetischen Materials mit niedrigem Curiepunkt zugeordnet wird. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel der Permanentmagnet 4 mit einem Ring 5 umgeben. Weichmagnetische Materialien dieser Art die beispielsweise unter dem Handelsnamen Thermoflux bekannt sind, stellen bei Raumtemperatur einen magnetischen Nebenschluß für den Permanentmagneten 4 dar und schwächen somit die an der Ferritscheibe 2 auftretende magnetische Gleichfeldstärke. Mit zunehmender Temperatur wird der Ring 5 jedoch immer weniger magnetisch, da sich die Temperatur dem Curiepunkt nähert Bei Erreichen des Curiepunktes ist der Ring unmagnetisch und der Permanentmagnet 4 wirkt ungeschwächt auf die Ferritscheibe 2. Sei geeigneter Bemessung dieses Ringes lassen sich dadurch die Temperatureigenschüften des Ferrit- bzw. Granatmaterials kompensieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche;

   1, Zirkulator, insbesondere für integrierte Mikrowellenschaltungskreise, dessen Anschlußarme nach Art gedruckter Leitungszüge ausgebildet und zu einer Leitungsverzweigung zusammengeführt sind, und bei dem im Bereich der Leitungsverzweigung eine Scheibe gyromagnetischen Materials angeordnet ist, die unter dem Einfluß eines von einem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Gleichfeldes steht und die in eine Platte aus dielektrischem Material eingelassen ist, auf deren einer Seite die Anschlußarme und auf deren anderer Seite eine durchgehende Metallisierung vorgesehen ist, wobei ein Permanentmagnet auf der die Anschlußarme tragenden Seite der dielektrischen Platte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gleichfeld über ein Magnetjoch (6) zurückgeschlossen ist
2. 2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polschuhe (3,3') angeordnet sind, die aus einem Material bestehen, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient etwa gleich dem der dielektrischen Platte (1) ist
3. 3. Zirkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Permanentmagnet (4) ein Ring (5) weichmagnetischen Materials mit niedrigem Curie-Punkt zugeordnet ist