DE2812207C2

DE2812207C2 - Verzweigungszirkulator in Streifenleitungstechnik, insbesondere für den GHz-Bereich von etwa 1 GHz bis 4 GHz

Info

Publication number: DE2812207C2
Application number: DE19782812207
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 2084 Rellingen Plötzl
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-03-20
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE2812207A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verzweigungszirkulator in Streifenleitungstechnik zur Verwendung insbesondere im GHz-Bereich von etwa 1 GHz bis GHz, dessen Gehäusehälften aus nichtmagnetisierbarem Metall die Außenleiter einer Triplateleitung darstellen, in deren Mittelebene die Leiterstruktur des Innenleiters liegt, beiderseits der unter dem Einfluß eines senkrecht zu ihren Stirnflächen· ausgerichteten statischen Magnetfeldes stehende Mikrowellen-Ferritscheiben angeordnet sind, die jeweils von einem Ring aus dielektrischem Material umgeben sein können, und bei dem die Innenleiterstruktur radial vom Verzweigungspunkt wegführende Verzweigungsarme aufweist, die auf einem Teil ihrer Länge parallel zum Rand der Ferritscheiben zu den Anschlußstellen geführt sind.

Derartige Zirkulatoren sind beispielsweise aus der DE-AS 19 59 947 bekannt.

Die Schwierigkeit bei dem Aufbau eines jeden Zirkulators besteht darin, daß er in seinem Betriebsfrequenzbereich eine möglichst kleine Durchlaßdämpfung und in seinem Sperrbereich eine möglichst hohe Sperrdämpfung aufweist Dabei sollen bei dieser Sperrdämpfung meistens nicht nur Bandpaßeigenschaften erreicht werden, sondern es kann auch gefordert sein, die zweite Harmonische zu absorbieren.

Die Durchlaß- und Sperrdämpfung eines derartigen Zirkulators werden, liegt der Aufbau für einen derartigen Zirkulator einmal fest, einerseits durch die verwendete Mikrowellen-Ferritsorte und das statische Magnetfeld wesentlich beeinflußt, andererseits aber auch durch die Qualität der Impedanzanpassung zwischen dem konzentrisch liegenden Verzweigungspunkt des Innenleiters, dem Verkopplungsraum und den Anschlußstellen bestimmt Für die Impedanzanpassung sind die Ausbildung, d. h. die flächenhafte Gestaltung und die elektrischen Kenndaten des umgebenden Dielektrikums maßgebend. Eine derartige Innenleiterstruktur besteht aus einem flächenförmig ausgebildeten Verzweigungspunkt und Anpaßnetzwerken. Diese bestehen aus z. B. zunächst in radialer Richtung und dann außen am Umfang entlang bis zu den Anschlußstellen verlaufenden Leiterteilen, die z. B. auch noch in diesem Bereich dann in der Breite sich ändernd abgesetzt ausgeführt sein können, wobei für eine Entkopplung zum Nebenanschluß hin ausreichende Abstände eingehalten werden sollten.

Da jedoch in dem genannten Frequenzbereich die Anpassung nur durch die Leiterstruktur des Innenleiters und die die Wellenwiderstände der Leitungsabschnitte der Anpaßnetzwerke mitbestimmenden Werkstoffkonstanten (Dielektrizitätskonstante, effektive Permeabilität) beeinflußt werden kann, andererseits diese Größe nur mit endlicher Genauigkeit reproduzierbar herstellbar sind, verbleibt immer noch eine gewisse Fehlanpassung.

Für Forderungen nach Sperrdämpfungswerten von etwa 20 dB genügten die bekannten Ausführungen und Herstelltechniken, z. B. Fotoätztechnik für die Herstellung der Innenleiterstruktur.

Neue Forderungen für Sperrdämpfungswerte von 27 dB und größer waren durch den bekannten Stand der Technik in der Serienherstellung nicht erfüllbar.

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, eine Vorrichtung anzugeben, mit der es auf einfache Weise möglich ist, an den Wellenwiderstand jeder Anschlußstelle anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verzweigungszirkulator der eingangs genannten Art nach der Erfindung zwischen den Ferritscheiben und den Außenleitern jeweils dünne metallische Platten angeordnet, die in ihren Randbereichen durch radiale Einschnitte, Ausschnitte oder Einkerbungen gefiedert sind, und stehen durch die Fiederung erhaltene Zungen über die angrenzenden Flächen der Ferritscheiben oder gegebenenfalls der sie umgebenden Ringe aus dielektrischem Material über und sind in diesen überstehenden Randbereichen nach Bedarf zu Abgleichzwecken zur Innenleiterebene hin umgebogen.

Weiterhin kann der den Innenleiter darstellende metallische Leiter in der Nähe des äußeren Umfanges der Ferritscheiben in seiner Breite sich ändernd bis zu den Anschlußstellen hingeführt werden.

Dadurch ist es möglich, durch die Einlage eines einfachen Teiles, z. B. bei der oben beschriebenen Leiterstruktur, die Wellenwiderstände im Bereich des Anpaßnetzwerkes, soweit diese außen am Umfang der

Ferritscheibe verlaufen, zu beeinflussen, wobei durch ein Umbiegen der Zungen der Kapazitätsbelag und damit der Wellenwiderstand der zu den Anschlußstellen hin führenden Leiterteile abschnittsweise geändert wird.

Da die Leiterstruktur recht verwickelt ist, können die durch die Einschiitzungen gebildeten Zungen nach der Erfindung an diese Leiterstrukturen angepaßt werden, und zwar dadurch, daß die Einschiitzungen verschieden breit gemacht werden, so daß verschieden breite Zungen entstehen, wobei auch gleichzeitig eine Anpassung an die vorhandenen Krümmungsradien erfolgt. Wenn Konstruktionen verwendet werden,, bei denen die Gefahr eines Kurzschlusses durch das Umbiegen der Zungen besteht, können diese Zungen in radialer Richtung gesehen unterschiedliche Längen aufweisen, so daß auch beim vollständigen Hochbiegen der Zungen keine Berührung mit dem Innenleiter möglich ist

Nach der Erfindung sind die Abgleichplatten derart ausgeführt, daß sie mit ihren Zungen relativ zu den Leiterteilen der Anpaßnetzwerke in dem Bereich stehen, an dem ihr Einfluß auf die Wellenwiderstände am größten ist.

Dieser Bereich ist, wenn nur Ferritscheiben verwendet werden, direkt an dem äußeren Umfang dieser Ferritscheiben vorhanden. Wenn aber, wie in dem nachfolgenden Beispiel ausgeführt, die Ferritscheiben noch durch Keramikringe zwecks Vermeidung von Dispersionen im Bereich der Anpaßnetzwerke auf ihren Außendurchmessern eingefaßt sind, dann sind die Zungen auf den äußeren Durchmessern der Keramikringe angeordnet, wobei bei einem derartigen Aufbau auch der Innenleiter hinsichtlich seiner Leiterführung ebenfalls am äußeren Umfang der Keramikringe bzw. in dessen Nähe zur Anschlußstelle hingeführt ist. a

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Zirkulator,

Fig. 2 ein Schnittbild des Zirkulators nach Fig. 1 in etwa gleichem Maßstab,

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung des Schnittbildes nach F i g. 2,

F i g. 4 eine Abgleichplatte nach der Erfindung, F i g. 5 eine Darstellung des metallischen Innenleiters. 4^r>

In Fig. 1 ist ein Zirkulator dargestellt, dessen Anschlüsse 1 in koaxialer Bauweise ausgebildet sind. Das Gehäuse 2 des Zirkulators bildet den Außenleiter, und in F i g. 1 ist lediglich noch der Rückschlußbügel 7 zu erkennen, wie näher anhand der F i g. 2 und 3 erläutert. ><> Da die Fig. 2 praktisch nur eine verkleinerte Ausführung der Fig. 3 ist, sei der Aufbau des Zirkulators anhand der F i g. 3 erläutert. Der Koaxialanschluß 1 liegt in der Zeichnung nach F i g. 3 unten. Der Zirkula\or besteht im wesentlichen aus zwei den Außenleiter 5> bildenden metallischen und unmagnetischen Gehäusehälften 3, die Ausnehmungen 4 aufweisen, und diese Teile sind nun so gegeneinandergelegv, daß die Ausnehmungen 4 nach außen zeigen. In den Ausnehmungen 4 liegt eine Polscheibe 5 und auf dieser ein in *λ axialer Richtung magnetisierter Dauermagnet 6. Diese Teile werden nach außen hin. wie auch aus Fig. 1 ersichtlich, durch den Rückschlußbügel 7 abgedeckt. Die magnetische Feldrichtung ist durch Eintragung der Nord- und Südpole mit den Buchstaben Λ/und S in den <" Dauermagneten angegeben. Wie aus F i g. 3 erkennbar, sind die Ausnehmungen in den Teilen 3 für die Außenleiter soweit in axialer Richtung in diese Teile hineingearbeitet, daß nur noch ein dünner Boden, der hier mit 8 bezeichnet ist gebildet wird, und zwischen diesen beiden Böden sind dann bei den bekannten Zirkulatoren die Ferrite 9 eingeklemmt, die zwischen sich dann wieder den Innenleiter 10 einklemmen, nämlich seinen Resonatorteil. Dieser Innenleiter 10 ist in der Darstellung in Fig.3 nur an den schwarz durchgezogenen Bereichen vorhanden, da er eine Struktur wie anhand der Fig.5 beschrieben aufweist Jede Ferritscheibe 9 ist in einem Keramikring 11 gefaßt

Nach der Erfindung sind nun zwischen je einer Ferritscheibe 9 und dem Boden 8 der Ausnehmung je eine metallische Abgleichplatte 12 nach der Erfindung eingelegt, die hochbiegbare Lappen 13 aufweist Eine Draufsicht zeigt die F i g. 4. Die hochbiegbaren Zungen 13 sind durch Schlitze bzw. Einschiitzungen 14 gebildet, die im Bereich der Anschlüsse eine größere Breite aufweisen und dort mit 15 bezeichnet sind. Die Zungen können unterschiedliche Breiten aufweisen, wie bei 16 und 17 gezeigt Sie können auch, insbesondere im Bereich der Anschlußstellen 26, geringere radiale Längen aufweisen, wie bei 18 gezeigt. Diese gezeigte Abgleichplatte 12 ist für einen Dreitorzirkulator mit dreimal 120°-Toraufteilung gedacht. Die Schnittlinie III-III in F i g. 4 entspricht dann der Zeichenebene in der Fig. 3.

Das gleiche gilt für Fig.5. Auch in dieser ist die Schnittlinie III-III die Zeichenebene in der Darstellung nach F i g. 3. Aus F i g. 5 ist die recht verwickelte Struktur einer Zirkulatoranordnung ersichtlich, wie sie für einen metallischen Leiter 19, der der Innenleiter 10 ist, verwendet werden kann. Im inneren Bereich 20, der also im Zentrum, d. h. im Verkopplungsraum, liegt, ist der Innenleiter 10 voll mit Metall ausgefüllt, bildet also hier den Resonatorteil. Drei Anschlüsse auf 120° führen nun aus diesem Verkopplungsraum heraus, und zwar in radialer Richtung, und sind mit 21 bezeichnet. Sie knicken dann etwas ab, und zwar in dem Bereich 22, und verlaufen dann am Umfang im Bereich 23,24 und 25 und sind hier abgesetzt, d. h. in der Breite sich ändernd bis zu den Anschlußstellen 26 hin geführt. Hier erfolgt durch Wellenwiderstandstufung eine breitbandige Anpassung an den Wellenwiderstand der Anschlußstellen, jedoch entspricht diese Anpassung nicht immer hohen Genauigkeitsanforderungen. Um nun gerade für diese Fälle eine hinreichende Anpassung zu schaffen, ist, wie bereits zu Fig.3 beschrieben, die Abgleichplatte 12 eingelegt, wobei der Durchmesser 27 der Abgleichplatte 12 geringfügig größer ist als der Durchmesser 28 des Innenleiters 19, so daß die Zungen 13, 16, 17 und 18 in einem Bereich hochgebogen werden, in dem auch der optimale Einfluß auf den Wellenwiderstand des Innenleiters 19 möglich ist, weil er einerseits nahe genug am Innenleiter 19 und damit in den elektromagnetischen Feldern liegt, andererseits aber noch ein genügender Abstand im Hinblick auf die Spannungsfestigkeit eingehalten wird. Es ist festgestellt worden, daß im Bereich der Leiter 23, 24, 25 das Hochbiegen der Zungen 16 und 17 bzw. 13 im wesentlichen kapazitiv wirkt.

Die Abgleichplatte 12 kann aus einem nicht magnetisierbaren metallischen Werkstoff bestehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit den Keramikringen 11 kann die Abgleichplatte 12 auch aus einem ferromagnetischen metallischen Werkstoff bestehen, weil dann das statische magnetische Feld in den Mikrowellenferritscheiben 9 praktisch durch ein Hochbiegen der Zungen 13, 16, 17 und 18 nicht mehr

Mit dem Hochbiegen einer Zunge 13, 16, 17 und 18 konnte für eine Ausführung an einer bestimmten Umfangsstelle eine Kapazitätsänderung von etwa 1,2 pF erreicht werden,
beeinflußt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verzweigungszirkulator in Streifenleitungsteehnik zur Verwendung insbesondere im GHz-Bereich von etwa 1 GHz bis 4 GHz, dessen Gehäusehälften aus nichtmagnetisierbarem Metall die Außenleiter einer Triplateleitung darstellen, in deren Mittelebene die Leiterstruktur des Innenleiters liegt, beiderseits der unter dem Einfluß eines senkrecht zu ihren Stirnflächen ausgerichteten statischen Magnetfeldes stehende Mikrowellen- Ferritscheiben angeordnet sind, die jeweils von einem Ring aus dielektrischem Material umgeben sein können, und bei dem die Innenleiterstruktur radial vom Verz'veigungspunkt '5 wegführende Verzweigungsprme aufweist, die auf einem Teil ihrer Länge parallel zum Rand der Ferritscheiben zu den Anschlußstellen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ferritscheiben (9) und den Außenleitern (3) jeweils dünne metallische Platten (12) angeordnet sind, die in ihren Randbereichen durch radiale Einschnitte, Ausschnitte (15) oder Einkerbungen (14) gefiedert sind, und daß durch die Fiederung erhaltene Zungen (13, 16, 17, 18) über die -!5 angrenzenden Flächen der Ferritscheiben (9) oder der sie gegebenenfalls umgebenden Ringe (11) aus dielektrischem Material überstehen und in diesen überstehenden Randbereichen nach Bedarf zu Abgleichzwecken zur Innenleiterebene hin umgebogen sind.

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13, 16, 17, 18) in LJmfangsrichtung gesehen unterschiedliche Breiten aufweisen.

3. Zirkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen (13, 16, 17, 18) in radialer Richtung gesehen unterschiedliche Längen aufweisen.

4. Zirkulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Innenleiter (10) darstellende metallische Leiter in der Nähe des äußeren Umfanges der Ferritscheiben (9) in seiner Breite sich ändernd (23, 24, 25) bis zu den Anschlußstellen (26) hingeführt ist.