DE2710506C3 - Breitband-Richtungsleitung - Google Patents

Description

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 ί höher liegen als die Frequenzen, die üblicherweise mit einem für den Benutzer annehmbaren Einfügungsdämpfungspegel erreichbar sind. Beispielsweise konnte eine Richtungsleitung hergestellt werden, die d&«i Band 3—18 GHz erfaßte und eine Einfügungsdämpfung von in 1,8 dB bei 18 GHz aufwies.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnähme auf die Zeichnung weiter erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 «ine perspektivische Ansicht der Bestandteile einer Richtungsleitung nach der Erfindung,

F i g. 2 und 3 Kennlinien einer Richtungsleitung mit einer Bandbreite von 2 Oktaven und

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

F i g. 1 zeigt schematisch eine Oberflächenwellen-Richtungsleitung nach der Erfindung, wobei die Darstellung derjenigen von F i g. 1 der bereits erwähnten DE-AS 22 26 726 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 AA und AB 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 AA und des ebenen Leiters 5 sind so profiliert, daß die Erregung dc<~ in den eingangs erwähnten Aufsätzen ίο 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 dt?- Ausbildung der Belastung AA, AB, die entlang den Plättchen 2 angeordnet ist. Diese Belastung besteht aus zwei Teilen 4/4 und AB. Der Teil AA ist eine kontinuierliche Belastung, die sich über £x ganze Länge der Struktur so unterhalb des ebenen Leiters 5 erstreckt An den beiden Enden weis? die Belastung ΛΑ Flächen 10 auf, die gegen die Ausbreitungsrichtung geneigt sind. Die Belastung AB 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„ 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„ als der Abstand definiert werden, der die Anpassung zwischen der Impedanz des Stabes 1 und derjenigen der zu unterdrückenden Störwelle an dem ^ betrachteten Punkt der Ausbreitungsachse ergibt. Bei bestimmten Ausführungin 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„ 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 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 21 vervollständigt, die miteinander durch einen Rückschluß 22 verbunden sind, wodurch es möglich ist, in dem von dem gyromagnetischen Material eingenommenen Volumen ein gleichförmiges Magnetfeld auszubilden, das die durch den Pfeil H in F i g. 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 F i g. 2 und 3 zeigen die Kennlinien der Einfügungsdämpfung bzw. des WeHigkeitsfaktors 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 AB beträgt 2. Die Stäbchen haben die Abmessungen 7 χ 8 χ 1,4 mm³. Die Belastung 4>4 hat die Abmessungen 28 χ 8 χ 1,4 mm¹, 'ind jedes der Plättchen 2 hat die Abmessungen 48 χ 10,5 χ 1,4 mm³ (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.

F i g. 4 zeigt die Kennlinien der Einfügungsdämpfung, der aperrdämpfung bzw. des WeHigkeitsfaktors bei einer Richtungsleitung nach der Erfindung, die zur Erzielung eines maximal nutzbaren Frequenzbandes (3 bis 18GHz) ausgelegt worden ist Es ist zu erkennen, daß in dem Frequenzband die Einfügungsdämpfung (Kurve a mit der¹ 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 deivi 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 χ 1,2 mm² (Länge χ Breite χ Dicke) haben. Die Belastung AA hat

einen trapezförmigen Querschnitt, der aus einem Rechteck mit den Abmessungen 35 χ 10 mm² ausgeschnitten ist, und eine Dicke von 1,2 mm. Die kleine Basis des Trapezes hat eine Länge von 5 mm. Die Belastung 45 besteht aus vier Stäbchen mit den Abmessungen 5 χ 10 χ 1,2 mm'. Die Belastungen bestehen aus Eisenpulver. Das gyromagnetische Material der Plättchen 2 ist ein Yttrium-Eisen-Granat.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Breitband-Richtungsleitung, bei der die Ausbreitung von nicht-reziproken Höchstfrequenz-Oberflächenwellen in der Längsrichtung der Rieh- tungsleitung ausgenutzt wird, mit zwei übereinander angeordneten Plättchen aus gyromagnetische^) Material, einem zwischen den beiden Plättchen angeordneten ebenen Leiter, der an seinen beiden Enden die Umwandlung der TEM-Wellenform in die ι ο nicht-reziproke TE-Wellenform und umgekehrt vornimmt, mit zwei auf beiden Seiten der beiden Plättchen angeordneten Masseleitern, einem geschlossenen magnetischen Gebilde, das ein Vormagnetisierungs-Gleichfeld senkrecht zu dem ebenen '5 Leiter ausbildet, und mit zwei absorbierenden Belastungen, die entlang der beiden Plättchen und übereinander auf beiden Seiten des ebenen Leiters angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste {4A) der beiden Belastungen eine sich über die gesamte Länge der Richtungsleitung erstreckende durchgehende Belastung ist, die in einer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen parallelen Ebene einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen kleine Basis in Beruhrung mit einem ersten der beiden Plättchen (20) aus gyromagnetische™ Material ist, und daß die zweite Belastung (4B) aus wenigstens zwei quaderförmigen Stäbchen (11, 12) gebildet ist, die auf der ersten Belastung (4A) entlang der Ausbreitungsrichtung ·» und gegenüber dem zweiten Plättchen (20) aus gyromagnetischem Material angeordnet ist

2. Breitband-Richtungsleitui-ig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ebene des ebenen Leiters (S) parallelen Obfc. Dächen der beiden Plättchen (20) aus gyromagnetischem Material eine dem optischen Polieren entsprechende Oberflächenfeinheit aufweisen.

3. Breitband-Richtungsleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand «0 zwischen dem zweiten gyromagnelischen Plättchen (20) und dem diesem Plättchen am nächsten liegenden Ende der die zweite Belastung (4B) bildenden Stäbchen (U, 12) so eingestellt ist, daß eine Anpassung zwischen der Impedanz des *"> Stäbchens und derjenigen der parasitären Welle an dem betreffenden Punkt der Ausbreilungsachse erhalten wird.

4. Breitband-Richtungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der w Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, die zweite Belastung (4B) bildenden Stäbchen (11, 12) derart eingestellt ist, daß eine Anpassung zwischen der Impedanz dieser Stäbchen und derjenigen der parasitären Welle an dem beireffenden Punkt der « Ausbreitungsachse erhalten wird,

5. Breitband-Richtungsleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Belastung (4B) bildenden Stäbchen (11,12) jeweils eine Fläche aufweisen, die «> gegen die Seitenfläche des zweiten gyromagnetischen Plättchens (20) geneigt ist.

6. Breitband-Richtungsleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der die zweite Belastung (45) ^M bildenden Stäbchen (I I, 12) eine mit der Bandbreite wachsende Funktion ist.

Die Erfindung betrifft Richtungsleitungen (Isolatoren), bei denen die Ausbreitung nichtreziproker elektromagnetischer Oberflächenwellen in einem gyromagnetischen Medium angewendet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorrichtungen dieser Art sind in der DE-AS 22 26 726 sowie in Aufsätzen in den Zeitschriften »Cables et Transmissions«, Oktober 1973, S. 416—435, und »IEEE-Transactions on Magnetics«, Vol. Mag. U, Nr. 5, September 1975, S. 1276, btschrieberu

Diese Aufsätze befassen sich insbesondere mit der Analyse der Ausbreitung von Oberflächenwellenformen sowie vom Störwellenformen (Volumenwellenformen oder reziproken Oberfiächenwellenformen), die bei Frequenzen des Übertragungsbandes erregt werden können und sich in dem gyromagnetischen Material gleichzeitig mit der erwünschten nichtreziproken Oberflächenwellenform ausbreiten können. Die Störwellenformen, die der (in den erwähnten Aufsätzen als »dynamische Wellenform« bezeichneten) Nutzwellenform am nächsten kommen, sind Volumenwellenformen. Solche Störwellenformen treten insbesondere auch bei der Breitband-Richtungsleitung nach der genannten DE-AS 22 26 726 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Breitband-Richtungsleitung der genannten Art 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: es 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 Ferner sollen die Störwellen selektiv so gedämpft werden, daß die übertragene Störenergie verringert wird, was sich in einer Herabsetzung der AmplitujJenänderungen im Durchlaßband äußert und bei gegebener Einfügungsdämpfung eine Vergrößerung der Bandbreite oder bei gegebener Bandbreite eine Verringerung der Einfügungsdämpfung ergibt

Diese Aufgabe wird durch eine Breitband-Richtungsleitung gelöst, die im Anspruch 1 gekennzeichnet ist Nach der Erfindung ist also im wesentlichen eine besondere Ausbildung der im Ausbreitungsmedium enthaltenen Belastung vorgeschlagen, die 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 angeordnet 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 ebenen Leiters liegen und optisch poltert sind. Das Polieren dieser Flächen hat den Zweck, die Erregung von parasitären Öberflächenwellen (reziproken Wellehforrnen) zu verringern, was eine Verbreiterung des DurchlaQbandes durch Unterdrückung der Resonanzen der parasitären Wellenformen ergibt. Ferner ist dadurch eine Verringerung der Länge des Weges in dem gyromagnetischen Material für eine gegebene Sperrdämpfung möglich, wodurch die Einfügungsdämpfung weiter herabgesetzt wird. Bei einer besonderen Ausführung konnte die