DE2710506A1

DE2710506A1 - Breitband-richtungsleitung

Info

Publication number: DE2710506A1
Application number: DE19772710506
Authority: DE
Inventors: Bernard Chiron; Jean Marcoux; Gerard Porterre
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1977-09-15
Also published as: US4152677A; DE2710506B2; FR2344140A1; FR2344140B1; DE2710506C3; GB1574176A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ιπβ. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. O Π Λ

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

LIGNES TELEGRAPHIQUES 10. März 1977

ET TELEPHONIQUES

89, Rue de la Faisanderie

75016 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: L 1016

Breitband-Richtungsleitung

Die Erfindung betrifft Richtungsleitungen (isolatoren), bei denen die Ausbreitung nichtreziproker elektromagnetischer Oberflächenwellen in einem gyromagnetisehen Medium angewendet wird. Vorrichtungen dieser Art sind in der DT-AS 2 226 726 sowie in Aufsätzen in den Zeitschriften "Cables et Transmissions", Oktober 1973t Seiten 416 bis 435, und "IEEE-Transactions on Magnetics", Vol. Mag 11, Nr. 5, September 1975, Seite 1276 beschrieben.

Diese Aufsätze befassen sich insbesondere mit der Analyse der Ausbreitung von Oberflächenwellenformen sowie von Störwellenformen (Volumenwellenformen oder reziproken Oberflächenwellenformen), die bei Frequenzen des Übertragungsbandes

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erregt werden können und sich in dem gyromagnetisehen Material gleichzeitig mit der erwünschten nichtreziproken Oberflächenwellenform ausbreiten können. Die Störwellenform, die der (in den erwähnten Aufsätzen als "dynamische Wellenform" bezeichneten) Nutzwellenform am nächsten kommen, sind Volumenwellenformen. Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Breitband-Richtungsleitung so auszubilden, daß der Anteil der zugeführten Energie, der sich in eine Störwelle umwandelt, verringert wird, da dieser Energieanteil von der Energie entnommen wird, die sich in der verwendeten dynamischen Wellenform ausbreitet. Mit anderen Worten: durch die Erfindung sollen die Einfügungsverluste der Anordnung verringert und gleichzeitig der Welligkeitsfaktor herabgesetzt werden, den die Anordnung in der zugehörigen Schaltung verursacht, indem man sich möglichst weitgehend einer Ausbreitung in einer einzigen Wellenform annähert. Bei der Breitband-Richtungsleitung nach der Erfindung werden ferner die Störwellen selektiv so gedämpft, daß die übertragene Störenergie verringert wird, was sich in einer Herabsetzung der Amplitudenänderungen im Durchlaßband äußert und bei gegebener Einfügungsdämpfung eine Vergrößerung der Bandbreite oder bei gegebener Bandbreite einer Verringerung der Einfügungsdämpfung ergibt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen durch die besondere Ausbildung der im Ausbreitungsmedium enthaltenen Belastung gelöst, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwei Teile aufweist, von denen der eine Teil gleichförmig entlang dem Weg der Wellen verteilt ist, während der zweite Teil durch eine Gruppe von örtlich begrenzten Belastungen gebildet ist, die an Punkten ange-

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ordnet sind, an denen die Impedanz der Belastung an diejenige der zu unterdrückenden Wellenform angepaßt ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das im Ausbreitungsmedium enthaltene gyromagnetische Material Flächen auf, die parallel zu der Ebene des im Ausbreitungsmedium angeordneten ebenai Leiters liegen und optisch poliert sind. Das Polieren dieser Flächen hat den Zweck, die Erregung von parasitären Oberflächenwellen (reziproken Wellenformen) zu verringern, was eine Verbreiterung des Durchlaßbandes durch Unterdrückung der Resonanzen der parasitären Wellenformen ergibt. Ferner ist dadurch eine Verringerung der Länge des Weges in dem gyromagnetisehen Material für eine gegebene Sperrdänpiung möglich, wodurch die Einfügungsdämpfung herabgesetzt wird. Bei einer besonderen Ausführung konnte die Länge um 25 % verringert werden. Diese Verkürzung ist von einer Verringerung der Einfügungsdämpfung begleitet.

Die Richtungsleitungen nach der Erfindung können auch bei maximalen Frequenzen verwendet werden, die höher liegen als die Frequenzen, die üblicherweise mit einem für den Benutzer annehmbaren Einfügungsdämpfungspegel erreichbar sind. Beispielsweise konnte eine Richtungsleitung hergestellt werden, die das Band 3-18 GHz erfaßte und eine Einfügungsdämpfung von 1,8 dB bei 18 GHz aufwies.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Bestandteile einer Richtungsleitung nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Kennlinien einer Richtungsleitung mit einer Bandbreite von 2 Oktaven und

Fig. 4 Kennlinien einer Richtungsleitung mit einer Bandbreite von 2,5 Oktaven.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Oberflächenwellen-Richtungsleitung nach der Erfindung, wobei die Darstellung derjenigen von Fig. 1 der bereits erwähnten DT-AS 2 226 726 entspricht und zur Bezeichnung entsprechender Teile auch die gleichen Bezugszeichen wie dort verwendet sind. Man erkennt die eine Masseebene 1, während die zweite Masseebene 9 durch eine Wand des Gehäuses gebildet ist (die zum besseren Verständnis der Zeichnung abgebrochen dargestellt ist). Das Ausbreitungsmedium ist durch zwei Ferritplatten 2 und zwei Belastungen 4A und 4B gebildet, zwischen denen sich ein ebener Leiter 5 befindet. Die parallel zur Ausbreitungsrichtung liegenden Breitseiten der Plättchen 2 weisen einen Oberflächenzustand auf, der einem optischen Polieren entspricht. Die Enden der Belastung 4A und des ebenen Leiters 5 sind so profiliert, daß die Erregung der in den eingangs erwähnten Aufsätzen definierten dynamischen Wellenform TE gewährleistet ist, wenn eine sich in der Wellenform TEM ausbreitende Welle dem Eingang der Vorrichtung zugeführt wird.

Bei der beschriebenen Struktur enthält das Ausbreitungsmedium kein dielektrisches Material. Die Besonderheit liegt im wesentlichen in der Ausbildung der Belastung 4A,

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4B, die entlang den Plättchen 2 angeordnet ist. Diese Belastung besteht aus zwei Teilen 4A und 4B. Der Teil 4a ist eine kontinuierliche Belastung, die sich über die ganze Länge der Struktur unterhalb des ebenen Leiters 5 erstreckt. An den beiden Enden weist die Belastung 4A Flächen 10 auf, die gegen die Ausbreitungsrichtung geneigt sind. Die Belastung 4B besteht aus zwei Stäben 11 und 12, die auf dem ebenen Leiter 5 angeordnet sind. Die Anzahl dieser Stäbe ist natürlich nicht auf zwei beschränkt; sie wurde zum besseren Verständnis der Zeichnung so klein gewählt. Der Abstand e_n zwischen dem Plättchen 2 und der diesem Plättchen zugewandten Stirnfläche jedes Stabes ist experimentell eingestellt, indem auf dem Oszilloskop die Stellung festgestellt wird, die der besten Wirkung der Vorrichtung entspricht. Theoretisch könnte der Abstand e_R als der Abstand definiert werden, der die Anpassung zwischen der Impedanz des Stabes 11 und derjenigen der zu unterdrückenden Störwelle an dem betrachteten Punkt der Ausbreitungsachse ergibt. Bei bestimmten Ausführungen ist beobachtet worden, daß bessere Ergebnisse erhalten werden, wenn die Längsachse des Stabes in einem von 90° verschiedenen Winkel gegen die Ausbreitungsrichtung geneigt wird. Im Gigahertz-Bereich liegen die Abstände e_ß in der Größenordnung von 1 Millimeter. Die Anzahl der Stäbe nach Art der Stäbe 11, 12 und somit ihr gegenseitiger Abstand hängt von der Breite des zu übertragenden Frequenzbandes ab; diese beiden Werte ändern sich im gleichen Sinne, wie an den nachstehend angegebenen Beispielen zu sehen sein wird. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben hängt hauptsächlich von der Anzahl der Stäbe ab, die zur Erzielung der gewünschten Kennlinie

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notwendig ist. Die Abmessungen der Plättchen 2 aus gyromagnetischem Material sind durch die Kurven festgelegt» die sich aus der in den beiden zuvor erwähnten Aufsätzen veröffentlichten theoretischen Untersuchung ergeben. Die Struktur wird durch zwei Magnete 20 und vervollständigt, die miteinander durch einen Magnetkreis 22 verbunden sind, wodurch es möglich ist, in dem von dem gyromagnetisehen Material eingenommenen Volumen ein gleichförmiges Magnetfeld auszubilden, das die durch den Pfeil H in Fig. 1 dargestellte Richtung hat. Die beiden Masseebenen sind durch seitliche Metallflächen verbunden, die das Schutzgehäuse der Vorrichtung verschließen. Bei 23 ist schematisch ein Anschlußstecker dargestellt, der natürlich an der in der Zeichnung nicht dargestellten Vorderwand des Gehäuses befestigt ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Kennlinien der Einfügungsdämpfung bzw. des Welligkeitsfaktors bei einer Ausführung der Richtungsleitung nach der Erfindung, die im Hinblick auf eine möglichst weitgehende Verringerung der Einfügungsdämpfung ausgelegt ist. Die Kurven a, b, c entsprechen verschiedenen Oberflächenzuständen der Plättchen 2 aus gyromagnetischem Material und lassen deutlich die durch das Polieren erbrachte Verbesserung erkennen. Die Kurve c entspricht der Verwendung von Plättchen, die für das Auge sichtbare Kratzer und Rillen aufweisen, die Kurven b entsprechen roh abgerichteten Plättchen, und die Kurven a entsprechen Plättchen, deren Flächen optisch poliert sind. Die Struktur der Richtungsleitung entspricht der Darstellung von Fig. 1. Die Anzahl der Belastungen 4B beträgt 2. Die Stäbchen haben die Abmessungen 7x8x1,4 mm . Die Belastung 4A hat die Abmessungen 28 χ 8 χ 1,4 mm ,

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und jedes der Plättchen 2 hat die Abmessungen 48 χ 10,5 χ 1,4 nmr (Länge χ Breite χ Dicke). Es ist zu erkennen, daß zwischen 3 und 12 GHz die maximale Einfügungsdämpfung 0,65 dB beträgt, und daß sie zwischen 3 und 10 GHz kleiner als 0,5 dB bleibt. In den gleichen Frequenzbändern bleibt der maximale Welligkeitsfaktor unter 1,2 bzw. 1,1.

Fig. 4 zeigt die Kennlinien der Einfügungsdämpfung, der Sperrdämpfung bzw. des Welligkeitsfaktors bei einer Richtungsleitung nach der Erfindung, die zur Erzielung eines maximal nutzbaren Frequenzbandes (3 bis 18 GHz) ausgelegt worden ist. Es ist zu erkennen, daß in dem Frequenzband die Einfügungsdämpfung (Kurve a mit dem oberen linken Ordinatenmaßstab) kleiner als 2 dB bleibt, trotz einer schnellen Zunahme bei den höheren Frequenzen des betreffenden Bandes, daß die Sperrdämpfung (Kurve b mit dem rechten Ordinatenmaßstab) größer als 17 dB bleibt, und daß der Welligkeitsfaktor (Kurve c mit dem linken unteren Ordinatenmaßstab) kleiner als 1,45 bleibt. Diese Richtungsleitung ist mit Plättchen 2 hergestellt

worden, welche die Abmessungen 48 χ 8,9 x 1»2 mm (Länge χ Breite χ Dicke) haben. Die Belastung 4A hat einen trapezförmigen Querschnitt, der aus einem Rechteck

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mit den Abmessungen 35 x 10 mm ausgeschnitten ist, und eine Dicke von 1,2 mm. Die kleine Basis des Trapezes hat eine Länge von 5 mm. Die Belastung 4B besteht aus vier Stäbchen mit den Abmessungen 5 x 10 χ 1,2 mm . Die Belastungen bestehen aus Eisenpulver. Das gyromagnetische Material der Plättchen 2 ist ein Yttrium-Eisen-Granat.

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ΛΑ Leerseite

Claims

Patentanwälte

Dipt-big. DipL-Chem. Dipl.-Ing. O *7 1 Π R Π R

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser ^Ll ' ^u ° ^υ °

Ernebergerstrasse 19

8 München 60

LIGNES TELEGRAPHIQUES 10. März 1977

ET TELEPHONIQUES

89t Rue de la Faisanderie

75016 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: L 1016

Patentansprüche

Breitband-Richtungsleitung, bei der die Ausbreitung von nichtreziproken Höchstfrequenz-Oberflächenwellen in der Längsrichtung einer ein Ausbreitungsmedium enthaltenden Vorrichtung angewendet wird, mit einem in dem Ausbreitungsmedium angeordneten ebenen Leiter zur Umwandlung der V/ellenform TEM in die Oberflächenwellenform TE und umgekehrt an seinen beiden Enden, zwei mit den Enden des ebenen Leiters in Kontakt stehenden Anschlüssen, zwei zu beiden Seiten des Ausbreitungsmediums angeordneten Masseleitern und mit einem geschlossenen magnetischen Gebilde, das ein Vormagnetisierungs-Gleichfeld senkrecht zu dem ebenen Leiter ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbreitungsmedium zwei Plättchen aus gyromagnetischem Material und zwei absorbierende Belastungen enthält, die in parallel zu dem ebenen Leiter liegenden

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Ebenen nebeneinander angeordnet sind, und daß sich der ebene Leiter zwischen den beiden gyromagnetischen Plättchen und den beiden Belastungen erstreckt, die so ausgebildet sind, daß sie die Amplitude von Wellen verringern, die sich in dem Ausbreitungsmedium in parasitären Wellenformen ausbreiten können.

2) Breitband-Richtungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen aus gyromagne ti schein Material einander gleich sind, wogegen die beiden Belastungen voneinander verschieden sind, indem die erste Belastung zusammenhängend ist und in einer parallel zur Ausbreitungsrichtung der Wellen liegenden Ebene einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt hat, dessen kleine Basis in Kontakt mit dem ersten gyromagnetischen Plättchen steht, und die andere Belastung aus quaderförmigen Stäbchen besteht, die entlang der Ausbreitungsrichtung gegenüber dem zweiten gyromagnetischen Plättchen auf der ersten Belastung angebracht sind.

3) Breitband-Richtungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem zweiten gyromagnetischen Plättchen und dem diesem Plättchen am nächsten liegenden Ende der die zweite Belastung bildenden Stäbchen so eingestellt ist, daß eine Anpassung zwischen der Impedanz des Stäbchens und derjenigen der parasitären Welle an dem betreffenden Punkt der Ausbreitungsachse erhalten wird.

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A) Breitband-Richtungsleitung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäbchen der zweiten Belastung so eingestellt ist, daß eine Anpassung zwischen der Impedanz des Stäbchens und derjenigen der parasitären Welle an dem betreffenden Punkt der Ausbreitungsachse erhalten wird.

5) Breitband-Richtungsleitung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Belastung bildenden Stäbchen jeweils eine Fläche aufweisen, die gegen die Seitenfläche des zweiten gyromagnetisehen Plättchens geneigt ist.

6) Breitband-Richtungsleitung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der die zweite Belastung bildenden Stäbchen eine mit der Bandbreite wachsende Funktion ist.

7) Breitband-Richtungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu dem ebenen Leiter liegenden Flächen der beiden Plättchen aus gyromagnetischem Material eine dem optischen Polieren entsprechende Oberflächenfeinheit aufweist.

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