DE2403981A1 - Mikrowellenvieltorverbindung - Google Patents

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. WiIh. !.angewiesene

84 REGENSBURG 2 · POSTFACH 382 · TELEFON (0941) 5 3802 ZOLLERSTRASSE 13

Aktenzeichen: Regerisbutg, den * · «

Name des Anm.: SEIlENIA INDUSTRIE

EEETTRONICHE ASSOCIATE
S°p.A.

Mein Zeichen: Q "\^\& Jl/JΆ

Mikrowellenvieltorverbindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung für Mikrowellen-Vieltorverbindungen, insbesondere für Radar-Anwendungen, Nachrichtenübertragung und dgl. .

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Schaffung von Vieltorverbindüngen, bei denen die Anpassung zwischen der TEM (Elektromagnetstrahl- ) Ausbreitung entlang der Übertragungsleitung und der Umfangsausbreitung mit Hilfe von magnetischer Verjüngung erzielt und verbessert wird.

Es sind bereits auf dem Gebiet der Anwendung von Mikrowellenvorrichtungen, und mehr im besonderen im Gebiet der Radaran-

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^! Wendungen Vieltorverbindungssysteme bekannt oder vorgeschlagen

; worden, bei denen die Breite des nutzbaren Bandes jedoch, unge- j nügend war, um in manchen Fällen eine zufriedenstellende Anwen- ' dung zu erlauben. Um diesen Nachteil zu vermeiden oder wesent-

j lieh zu verringern, sind in der Literatur verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen und beschrieben worden, wie z.B. die

' US-Patentschrift 3 555 459, welche Systeme betrifft, in denen die Verbreiterung des nützlichen Bandes erzielt wird durch die Vermeidung ungewünschter Ausbreitungen durch Energievernichtung. Eine derartige Lösung bringt jedoch einen erheblichen Verlust an nutzbarem Signal mit sich. Eine andere Lösung der Aufgabe, ι um gleichzeitig den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern, fußt auf der Verwendung von sehr starken Verjüngungen in der Anpassungsgeometrie zwischen der Übertragungsleitungs- und der Umfangsausbreitungsstruktur. In diesem Falle ist ebenfalls die Lösung nicht frei von Nachteilen, weil sie die Komponente einer

. solchen Verkleinerungsharakteristik raubt, welche sie im Gegensatz dazu benötigt.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Kompo-

(Bauelement)
• nente/für Vieltorverbindüngen zu schaffen, welche eine genügende Breite des nutzbaren Bandes aufweist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Komponente zu erhalten, in welcher die Energieverluste wesentlich verringert sind.

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Noch, ein Ziel der Erfindung bestellt darin, eine Komponente aus-'

zubilden, deren Abmessungen wesentlich, verringert sind. '

Die beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ge-:

i stattet die gleichzeitige Erzielung der angegebenen Torteile ; unter gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile der bisherigen ^! Technik, wie sie oben geschildert waren. Neuerdings hat die ι

Verwendung von Umfangswellen oder TJmfangsausbreituhgen im Gebiet voa. Ferritvorrichtungen, die bei der Frequenz von Mikrowellen arbeiten, viel Aufmerksamkeit erregt. Beispiele sind
geoffenbart in , -

Hines M.E., "A New Microstrip Isolator and Its Application
to Distributed Diode Amplification," IEEE G-MTT 1970.
International Microwave Symposium, Newport Beach (CaI.), j Digest of papers, pp. 304-307} Hines M.E., "Ferrite Phase \

j Shifters and Multiport Circulators in Microstrip and Strip j Line," IEEE G-MTT 1971, International Microwave Symposium,
Washington D.O., Digest of papers, pp. 108-109| De Santis
P., Pucci F., "Novel Type of M.I.O. Symmetrical 3-Port.
Circulator" Electronics Letters Vol. 8, No. 1, pp. 12-13,
January, 1972| De Santis P, Pucci F., "Experiments on the
Optimization of a Novel M.I.C. Symmetrical Three Port
Circulator," IEE G-MTT 1972, International Microwave Symposium, Chicago, Illinois, Digest of papers, pp. 238-240.

TJm die Bedeutung der vorliegenden Erfindung besser zu erläutern soll die kennzeichnende Arbeitsweise der Umfangswellenvorrich-

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; tungen kurz zusammengefaßt werden. Eine Umfangswelle ist eine solche, de sich entlang der Kante eines Hochfrequenzleiters

(Bandleiter)
in einem Mikrοstreifen/eines senkrecht zur Ebene der Masse magnetisieren Ferrits ausbreitet. Dies ist eine einsinnig ge- \ richtete Welle insofern, als für eine gegebene Ausrichtung der j magnetiechen i'eldpolarisation eine gegebene Art der Ausbreitungsjrichtung ex vorliegt. Durch Umkehrung der Richtung der magneti-

sehen Peldpolarisation wird auch die Ausbreitungsrichtung umge- ;

kehrt. Diese Eigenschaft der einseitigen Richtung kann mit Vorteil zum Aufbau von nicht umkehrbaren Vieltorverbindungen be- j

■ nutzt werden. Bei einer typischen Konstruktion wird die elektro-¹ ! magnetische Energie in ein Tor eingespeist und von den folgenden!

Toren durch Übertragungsleitungen (z.B. IsoiZopische Leitungen I

!

: in Mikrοstreifen, in Fluchtlinie mit dem Streifen oder in einem j

(Wellenwiderstand Jj

Koaxialleiter) abgenommen, deren kennzeichnende Impedanz/an die Impedanz des Umfangswellenstromkreises angepaßt sein muß. Die Impedanzanpassung wird im allgemeinen mit Hilfe von sich verjüngenden Abschnitten im Mikrostreifen erhalten. Mit anderen Worten kann gesagt'werden, daß die TEM-Wellen oder Au&reitungen, welche sich selbst entlang den Übertragungsleitungen fortpflanze:! durch die Verwendung von Verjüngungen im Äikrostreifen in Umfangswellen umgewandelt werden.

Ein besonderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vieltorverbindung mit Mikrowellen vorzugchlagen durch Erregung von Umfangswellen, erzeugt durch eine Leitungskons'truktion eines magnetieierten Gerrits, mit einer Magnetisierung senkrecht zur Ebene Heiner Masse und dadurch gekenn-

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zeichnet, daß es, durch, die Anpassung zwischen der TEM-Welle oder -Ausbreitung und der Umfangswelle oder -Ausbreitung, eine Verteilung der wirksamen Permeabilität des Gerrits bietet, die räumlich, ungleichförmig entsprechend den Verjüngungszonen für die Verbindung mit den Übertragungsleitungen ist. Im folgenden wird eine solche räumlich ungleichmäßige Verteilung der magnetischen Permeabilität durch den Ausdruck "magnetische Verjüngung!¹ bezeichnet. Diese magnetische Verjüngung wird erfindungsgemäß erhalten durch die Verwendung von magnetischen Feldern räumlich ungleichförmiger Polarisation. Derartige magnetische Polarisa-

'■■ tionsfelder werden ihrerseits erhalten durch die Verwendung von permanenten Magneten und ggf. mit Hinzufügung eines

ι ferromagnetisehen Elementes, das in den magnetischen Kreis ; eingebracht wird.

Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf bevorzugte Aus- ^: führungsformen und bezugnehmend auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen *

Mg. 1 die Ai?t der Drehrichtung einer Umfangswelle, welche sich auf der Kante eines Mikrostreifens auf einem magnetisierten !ferrit senkrecht zur Ebene der Masse als lunktion der Ausrichtung des magnetischen I'eldes ausbreitet. ! Pig. 2 zeigt schematisch eine Vieltorverbindung, während Mg. 2b eine wirkliche Vieltorverbindung zeigt, in welcher die

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an die Obertragungsleitungen angefaßten Verjüngungen er- j kennbar angeordnet sind. ι

Pig. 3a und 3b zeigen in einer Darstellung durch, waagerechte ' j Oberflächen-Linien zwei räumlich veränderliche magnetische Felder, die für Zwei- und Vieltorverbindungen, je nachdem, geeignet sind. ^!

Jig. 4 stellt drei experimentell ermittelte graphische Darstel- j

ί lungen dar, welche das Verhalten oder die Bewegung des

magnetischen Feldes entlang der Mikrostreifenach.se dar- ^!

stellen, mit der wirksamen Permeabilität als Funktion j

des magnetischen Feldes und schließlich die magnetische !

Permeabilität entlang der Mikrosiaßifenachse.

i Fig. 5Aa stellt den Mikrostreifen auf Ferrit gem. Fig. 3a dar, in einem Schnitt entlang der Achse XX¹ mit Hinzufügung eines permanenten Magneten der unter der Ebene der Masse angeordnet ist und eines Prismas aus weichem Eisen, das auf dem Hochfrequenzleiter angebracht ist.

Fig. 5Ab zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 5Aa, jedoch mit einem permanenten Magneten verringerter Abmessungen in Bezug auf den Hochfrequenzleiter.

Fig. 5Ba und 5Bb ähneln den vorhergehenden Figuren mit dem einfachen Unterschied, daß sie sich auf die zylindrische Geometrie in Fig. 3b beziehen.

Fig. 6 bringt eine graphische Darstellung des Verhaltene, der Einbringungsverluste (inneren) als Funktion der Frequenz.

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Unt er Bezugnahme auf die Piguren kann bemerkt werden, daß die etwas dicker gezogenen Linien die Kante des Hochfrequenzleiters j eines PerritmikroStreifens verkörpern. Die dünner gezogenen Linien verkörpern die Linien der waagerechten Oberfläche, auf denen H konstant ist. Die gestrichelten Linien der Pig. 3a J verkörpern eine koordinierte Kurve js, welche sich entlang dem Weg der Umfangswelle erstreckt. Bei einer besonderen Anwendung,

wenn gewünscht ist, daß die betrachteten Verbindungen elektrischj symmetrisch sein sollen, muß/u „„ (s) gleich sein entlang den '. Linien 1-2, 2-1 in Pig. 3a, und 1-2, 2-3, 3-4, 4-1 in Pig. 3b. Dies bedeutet, daß H eine räumliche Verteilung haben muß, aus- ^: gestattet mit der gleichen Eigenschaft bzw. Symmetrie wie der ' Hochfrequenzleiter (s. Pig. 3a, 3b). I

In der Pig. 4 ist dargestellt, daß man ausgeht von H (s) zu yU"eff (s) und dabei Gebrauch macht von der Kurve u f ovs Hj iafbc in dem Teil M_ef * {θ, d.h. wo die Umfang sw eil en sich mit der kleinsten Abnahme ausbreiten. Hi = H - Tf 4 M₀ ist das innere magnetische PeId des Perrits und M„ ist die Sättigungsmagnetisierung. Um zu zeigen, wie in der Praxis ein magnetisches PeId benutzt werden kann, das eine räumliche Veränderung der angezeigten Art besitzt, sei auf die Pig. 5 verwiesen. Pig. 5Aa stellt den Mikrostreifen auf Perrit, der in Pig» 3a gezeigt ist, im Schnitt entlang XX¹ dar mit Hinzufügung des permanenten Magneten, der unter der Ebene der Masse angebracht ist, und eines Prismas aus weichem Eisen, das oberhalb des Hochfrequenzleiters angeordnet ist. Eine andere Konstruktionsmöglichkeit ist in ffig. 5Ab gezeigt, wo der mkk permanenteMagnet kürzer

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ist als der Hochfrequenzleiter. Die Pig. 5Ba, 5Bb ähneln den vorhergehenden Figuren mit dem einzigen Unterschied, daß sie sich auf die zylindrische Geometrie in Pig. 3b beziehen.

In Pig. 6 ist die Wirkung der magnetischen Verjüngung auf die (Einfügungsdämpfung) (Zirkulator)

inneren Verluste/in einem Dreitor-symmetrischen Kreiser/in einem Mikrostreifen gezeigt. Die technische Ausführung ist im Diagramm in Pig. 5Ba dargestellt. Die Umrißkurve in Pig. 6 zeigt die erhaltenen Ergebnisse bei Abwesenheit einer magnetischen Verjüngung. Auf ihr sind zwei Resonanzspitzen zu sehen, die nahe 8,8G-Hz und bei 12Ghz auftreten. Es wurde experimentell ersichtlich, daß diese Resonanzspitζen ein Ergebnis der nicht vollständigen Umwandlung der anregenden Wellen in Umfangswellen sind. Die ausgezogene Kurve in Pig. 6 bezieht sieh auf die vorhergehende Sachlage mit dem einzigen Zusatz eines kleinen Zylinders von weichem Eisen wie in Pig. 5Aa. In diesem Palle läßt sich das vollständige Pehlen einer Resonanz erkennen, mit einer entsprechenden Verbreiterung des nutzbaren Bandes.

Die vorliegende Erfindung wurde beschrieben anhand ihrer bevorzugten Ausbildung_}aber es ist selbstverständlich, daß .Änderungen und Abwandlungen möglich sind* ohne den Sehutzuefang der vorliegenden Erfindung zu überschreiten.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   J Mikrowellen-Itorverbindung unter Verwendung einer Erregung von Umfangswellen mit einem jferritleiter, der senkrecht zur Ebene seiner Masse magnetisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anpassung zwischen der TEM- und der Umfangsausbrei-

   tung eine wirksame Verteilung der Permeabilität des Ferrits erzi-elt wird, welche räumlich ungleichmäßig im Einklang j mit den Ver^üngungszonen für die Verbindungen mit den Übertrag/sleitungen ist.

   2. Vieltorverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die räumlich ungleichmäßige Verteilung der wirksamen ' Ferritpermeabilität permanente Magnete mit der leiterkonstrukttiim kombiniert sind.

   3. Vieltorverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, j

   daß die permanenten Magnete mit einem ferromagnetisehen j

   Element vereinigt sind, das in den Magnetkreis eingebracht ί

   ist. !

   Φ. Vieltorverbindung nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leiter ein Mikrostreifen mit einem permanenten Magneten ist, dessen länge kleiner als die des Mikrostreif ens ist.

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   5. Yieltorverbindung nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein Mikrostreifen ist, der mit einem permanenten Magneten rersehen ist, der unter der Ebene der Masse sich befindet und mit einem Prisma aus weichem Eisen, das oberhalb der erwähnten Ebene der Masse angeordnet ist.

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