DE2253176C3 - Y-Verzweigungszirkulator für die Verwendung in integrierten Mikrowellen-Schaltungskreisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Y-Verzweigungszirkulator für die Verwendung in integrierten Mikrowellen-Schaltungskreisen, bei dem im Bereich der Verzweigung eine unter dem Einfluß eines magnetischen Gleiehfeldes stehende Ferritscheibe in der Bohrung eines dielektrischen Substrats angeordnet ist, das auf einer Seite mit einem durchgehenden metallischen Belag versehen ist und auf dessen gegenüberliegende Fläche die Leitungsverzweigung mit den Anschlußarmen und gegebenenfalls zwischen den Verzweigungspunkt und die Anschlußarme eingeschaltete λ/4-Transforrnalionsleitungen in Streifenleitungstechnik aufgebracht sind.

Beim Aufbau von Mikrowellenschaltungen haben Zirkulatoren bekanntlich ein breites Anwendungsfeld deshalb gefunden, weil die an einem Arm eingespeiste Mikrgwelienenergie nahezu vollständig an den in Umlaufrichlung des Zirkulators folgenden Arm weitergegeben wird, während einer oder mehrere weitere Anschlußarme gegenüber diesen Anschlußarmen entkoppelt sind. Kine beispielsweise aus der I)EOS 146 bekannte spezielle Ausführungsform solcher Zirkulatoren sind die sogenannten Ver/.weigungs-Zirkulatorcn, bei denen eine drciarmigc Leilungsverzweigung vorgesehen ist. Im Dereich der Verzweigung selbst ist /.entrisch wenigstens eine Ferrit- oder Granatscheibe angeordnet. Für die elektrische Wirkungsweise ist es dabei /tisät/.lich wesentlich, daß der Ferrit einem magnetischen (Jleichfcld unterworfen ist, «lessen Stärke ebenso wie die Formgebung und die Art des Ferrits für den Arbeitsfrequenzbereich des Zirkulators bestimmend sind. Auch wird bei solchen Verzweigungszirkulatoren, deren Form einem Y oder einem T gleicht, häufig die verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz des Ferrits mit Hilfe von λ/4-Transformationsleitungen an den Wellenwiderstand der Anschlußleitungen angepaßt. Wegen der in der Praxis zwingend auftretenden magnetischen, elektrischen und mechanischen Toleran zen ist der Eingangswiderstand des Zirkulators am Ferritelement Abweichungen vom Sollwert unterworfen. Insbesondere bei einem beispielsweise auch beim Zirkulator nach der DE-OS 20 42 146 vorliegenden Aufbau in MIC-TechniJc (für die Verwendung in integrierten Mikrowellenschallungen) ist es nicht möglich, solche Abweichungen zu kompensieren. Um eine hinreichend gute Anpassung und eine ausreichende Entkopplung der einzelnen Anschlußarme des Zirkulators zu erreichen, wäre es nämlich erforderlich, eine Änderung des Wellenwiderstandes der Anschlußleitungen, bzw. Transformationsleitungen, vorzunehmen, um die Wirkung der Abweichungen vom Soll-Wert-Eingangswiderstand wieder auszugleichen. Eine Änderung des Wellenwiderstandes bedingt aber eine Änderung der Leiterbreite; bei Verwendung von λ/4-Transformationsleitungen ist darüber hinaus sogar eine Änderung von deren Länge nötig. Die Verringerung von Leiterbreiten bzw. Leiterlängen ist bei Anschlußleitungen in M IC-Technik jedoch verhältnismäßig umständ- lieh und aufwendig und darüber hinaus nur ungenau möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten nach Möglichkeit abzuhelfen und den Aufbau von für die Verwendung in integrierten Mikrowellenschaltungskreisen geeigneten Y-Verzweigungszirkulatoren anzugeben, der einen nachträglichen Abgleich der Anschlußleitungen bzw. Transformations- - leitungen ermöglicht.

Ausgehend von einem Y-Verzwei^ungszirkulator für

die Verwendung in integrierten Mikrowellen-Schaltungskreisen, bei dem im Bereich der Verzweigung eine unter dem Einfluß eines magnetischen Gleiehfeldes stehende Ferrilscheibe in der Bohrung eines dielektrischen Substrats angeordnet ist, das auf einer Seite mit einem durchgehenden metallischen Belag versehen ist und auf dessen gegenüberliegende Fläche die Leitungsverzweigung mit den Anschlußarmen und gegebenenfalls zwischen den Verzweigiingspunkt und die Anschlußarme eingeschaltete λ/4-Transmationsleitungen in Streifenleilungstechnik aufgebracht sind, wird erfindungsgemäß diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf je einer Längsseite aller vom Verzweigungspunkt wegführenden Streifenleitungen an diese zwei leerlaufende Stichleitungcn angeschaltet sind, deren Abstände zur Randbegrenzung des Verzweigungspunktes 1/8 und 1/4 der Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz des Zirkulators betragen, und wobei eine Feineinstellung der Eingangsimpedanzen des Zirkulators auf ihre Sollwcte durch Längenabtragung der Slichleitungen

M vorgenommen ist.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. Rs zeigen in der Zeichnung: Fig. I schematised den Aufbau eines Zirkulators im (luerschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. I ge/.eiglcn Anordnung ohne A/4 Transformalionsleiliiiigen, Fig.) eine Draufsicht der in Fig. I ge/.eiglen

Anordnung mit λ/4-Transfarmaiionsleitungen.

In der Darstellung nach F i g. 1 ist mit I ein Keramiksubstrat bezeichnet, auf das die einzelnen Anschlußleitungen nach bekannten Techniken aufgebracht sind. Die Leiterverzweigung ist eine Ferrit- bzw. Granatscheibe 2, die auf der Ober- und Unterseite mit einer gut leitenden Metallschicht versehen ist. Diese kann zwischen den versilberten Eisenpolschuhen I eines Dauermagnetsystems angeordnet sein. In diesem Fall gilt der Polschuh als Leitungsverzweigung. Die Draufsicht nach Fig.2 läßt wiederum den Polschuh 3 erkennen, und die drei als Y-Verzweigung angeordneten Anschlußleitungen 4. Zum Ausgleich der erwähnten Fertigungstoleranzen sind nun an jede der Anschlußleitungen Stichleitungen 6 angeschaltet, für die. auch der Ausdruck »slub« verwendet wird. Diese Stichleilungen stellen kurze, einseitig leerlaufende Leitungen dar, und es ist insbesondere vorteilhaft, sie als hochohmige Leitungen auszubilden, d. h. also ihre Leiterbreite im Verhältnis zur Leiterbreite der Anschlußleitungen 4 so gering zu wählen, daß ihr Wellenwiderstand merklich größer (beispielsweise um den Faktor 2) ist ah der der Anschlußleitungen. Diese Stichleitungen sind vorzugsweise A/8 lang oder kürzer. Die leerlaufenden Leitungen 6 haben untereinander etwa einen Abstand von λ/8, wobei λ diejenige Wellenlänge bedeutet, die zur Mittenfrequenz des für den Zirkulator vorgesehenen Arbeitsfrequenzbereiches gehört. Der Abstand der ersten Leitung von der Leitungsverzweigung beträgt dabei ebenfalls etwa λ/8.

Die vorstehenden Ausführungen gelten sinngemäß auch für das in F i g. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel, bei dem wirkungsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet bind. Ueim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind lediglich zwischen die Anschlußleitungen 4 und die Leitungsverzweigung noch λ/4-Transformationsleiiungen 5 geschaltet, mit deren Hilfe — wie bereits erwähnt — der Wellenwiderstand der Anschlußleitungen 4 an den Eingangswiderstand des Ferritelements angepaßt wird. Dabei sind die leerlaufenden Leitungen 6 unmittelbar an die Transformationsleitungen 5 angeschaltet, und zwar wiederum in der Weise, daß der Abstand der ersten Leitung von der Leiterverzweigung etwa A/8 und der Abstand der zweiten leerlaufenden Leitung etwa λ/4 beträgt, so daß also die leerlaufenden Leitungen 6 etwa in der Mitte und am EndederTransformationsleitungen 5 liegen.

Durch eine Verkürzung der leerlaufenden Leitungen 6 ist es bei einem verhältnismäßig geringen Aufwand und geringen Kosten möglich, die bei der Herstellung auftretenden Toleranzen auszugleichen und somit gute Werte für die Anpassung und Entkopplung zu erzielen, da eine Längenänderung der Stichleitungen 6 mit geringeren Schwierigkeiten möglich iai. als ein Abgleich der Anschlußleiiungen 4 bzw. der Transiormationsleitungen 5. Es bewirkt nämlich eine Verkürzung der ersten Stichleitung — also der der Leitungsverzweigung zugewandten Leitung 6 — eine Erhöhung des Wellen Widerstandes der Transformationsleitung 5, während eine Verkürzung der am Ende der Transformationsleitung 5 liegenden Stichleitung 6 wie eine Verkürzung der Transformationsleitung 5 wirkt, so daß es also ohne weiteres möglich ist, die Länge und den Wellenwiderstand der Transformationsleitung in geeigneter Weise einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Y-Verzweigungszirkulator für die Verwendung in integrierten Mikrowellen-Schaltungskreisen, bei dem im Bereich der Verzweigung eine unter dem Einfluß eines magnetischen Gleiehfeldes stehende Ferritscheibe in der Bohrung eines dielektrischen Substrats angeordnet ist, das auf einer Seite mit einem durchgehenden metallischen Belag versehen ist und auf dessen gegenüberliegende Räche die Leitungsverzweigung mit den Anschlußarmen und gegebenenfalls zwischen den Verzweigungspunkt und die Anschlußarme eingeschaltete λ/4-Transformationsleitungen in Streifenleitungstechnik aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf je einer Längsseite aller vom Verzweigungspunkt wegführenden Streifenleitungen (4,5) an diese zwei leerlaufende Stichleitungen (6) angeschaltet sind, deren Abstände zur Randbegrenzung des Verzweigungspunktes 1/8 und 1/4 der Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz des Zirkulators betragen, und wobei eine Feineinstellung der Eingangsimpedanzen des Zirkulators auf ihre Sollwerte durch Längenabtragung der Stichleitungen (6) vorgenommen ist.

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leerlaufenden Stichleitungen (6) derart ausgebildet sind, daß ihr Wellenwiderstand merklich größer als der Wellenwiderstand der Anschlußarme (4) ist.

3. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, <1lj die Länge der leerlaufenden Stichleitunger. (6) kleiner oder gleich 1/8 der Wellenlänge der mittlere ι Betriebsfrequenz des Zirkulators gewählt ist.