DE2818854C2

DE2818854C2 - Circulator, especially for integrated microwave circuits

Info

Publication number: DE2818854C2
Application number: DE19782818854
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Phys. 8000 München Brun; Josef Dr.Rer.Nat. Deutsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1983-04-07
Also published as: DE2818854A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Zirkulator, insbesondere für integrierte Mikrowellenschaltungskreise, dessen Anschlußarme nach Art gedruckter Leitungszüge ausgebildet und zu einer Leitungsverzweigung zusammengeführt sind, und bei dem im Bereich der Leitungsverzweigung eine Scheibe gyromagnetischen Materials angeordnet ist, die unter dem Einfluß eines von einem Permanentmagneten erzeugten magnetisehen Gleichfeldes steht und die in eine Platte aus dielektrischem Material eingelassen ist, auf deren einer Seite die Anschlußarme und auf deren anderer Seite eine durchgehende Metallisierung vorgesehen sind, wobei ein Permanentmagnet auf der die Anschlußarme «> tragenden Seite der dielektrischen Platte angeordnet ist und das magnetische Gleichfeld über ein U-förmiges magnetisches Rückschlußeisen zurückgeschlossen ist, das zwei Schenkel aufweist, die durch ein Jochteil miteinander verbunden sind.The invention relates to a circulator, in particular for microwave integrated circuits, the Connection arms designed in the manner of printed cable runs and brought together to form a branching line and in the case of the gyromagnetic disk in the area of the branching line Material is arranged, the magnetisehen under the influence of a generated by a permanent magnet Constant field and which is embedded in a plate made of dielectric material, on one of which Side the connecting arms and on the other side a continuous metallization is provided, with a permanent magnet on which the connecting arms «> supporting side of the dielectric plate is arranged and the magnetic constant field via a U-shaped magnetic return iron is closed, which has two legs, which by a yoke part are connected to each other.

Zirkulatoren der vorbezeichneten Art sind beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 22 53 122 bekanntgeworden. Es ist dort im einzelnen die Wirkungsweise eines solchen Zirkulators beschrieben. Zum Einsatz in Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik ist es bekanntlich erforderlich, den Zirkulator in einem metallischen Gehäuse unterzubringen, um dadurch störende Beeinflussungen durch Fremdfelder zu vermeiden. Wie sich dabei gezeigt hat, treten — was anhand der F i g. 1 noch erläutert wird — dabei insbesondere bei höheren Frequenzen störende Resonanzerscheinungen auf, durch die die Repruduzierbarkeit des Übertragungsverhaltens des Zirkulators nicht mehr sichergestellt istCirculators of the aforementioned type are disclosed, for example, in German Offenlegungsschrift 22 53 122 known. The mode of operation of such a circulator is described in detail there. For use in electrical communications equipment, it is known to have the circulator in to accommodate a metallic housing in order to avoid disturbing influences from external fields avoid. As it turned out, kick - what on the basis of FIG. 1 will be explained - especially at higher frequencies disturbing resonance phenomena on, through which the reproducibility of the transfer behavior of the circulator is not more is assured

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für den bekannten Mikrowellenzirkulator anzugeben, durch den das Auftreten störender Resonanzeffekte beim Einbau in Gehäuse unterbunden istThe invention is based on the object of providing a structure for the known microwave circulator which prevents the occurrence of disruptive resonance effects during installation in the housing

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.This object is achieved by the measures according to the characterizing part of the patent claim 1.

In den Unterar.sprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben.In the subordinate sayings there are further advantageous ones Refinements indicated.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert Es zeigt in der ZeichnungThe invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments drawing

F i g. 1 den Aufbau eines Zirkulators gemäß der DE-OS 22 53 122,F i g. 1 the structure of a circulator according to DE-OS 22 53 122,

F i g. 2 die Ausgestaltung des Rückschlußeisens bei einem Zirkulator nach F i g. 1,F i g. 2 shows the configuration of the return iron in a circulator according to FIG. 1,

Fig.3 den Aufbau des erfindungsgemäßen Zirkulators, 3 shows the structure of the circulator according to the invention,

Fig.4 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rückschlußeisens bei einem Zirkulator nach F i g. 3.4 shows an embodiment of the invention Inference iron in a circulator according to FIG. 3.

In F i g. 1 ist der Zirkulator dargestellt, dessen Grundkonzept und dessen elektrische Wirkungsweise im wesentlichen bereits in der DE-OS 22 53 122 beschrieben istIn Fig. 1 shows the circulator whose The basic concept and its electrical mode of operation are essentially described in DE-OS 22 53 122 is described

Der eigentliche Zirkulator besteht dabei aus einer dielektrischen Platte 1 (Substrat), auf deren Oberseite 7 die in Streifenleitungs-Technik ausgebildeten Anschlußarme, sowie auch die Leitungsverzweigung angebracht sind. Die Unterseite des Substrats, also die der Seite 7 gegenüberliegende Seite ist in bekannter Weise mit einer durchgehenden Metallisierung versehen. Am Ort der Leitungsverzweigung ist im Bereich 2 gyromagnetische!= Material in das Substrat eingelassen, das unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehen muß. Dieses magnetische Gleichfeld wird von einem Permanentmagneten 4 erzeugt und über Polschuhe 3 und 3' und ein Rückschlußeisen 6 geschlossen. Der Polschuh 3 liegt dabei auf der Oberseite 7 des Substrates 1, während der Polschuh 3' auf der Unterseite des Substrates angebracht ist. In F i g. 1 ist zugleich eine bevorzugte Ausführungsform insofern dargestellt, als zur Temperaturkompensation der Permanentmagnet 4 mit einem aus weichmagnetischem Material bestehenden Ring 5 umgeben ist Die Wirkungsweise dieser Temperaturkompensation ist ebenfalls aus der vorgenannten Literaturstelle bekannt, geeignete Materialien für den Ring 5 sind unter dem Handelsnamen Thermoflux bekanntgeworden.The actual circulator consists of a dielectric plate 1 (substrate), on the top side 7 the connection arms made in stripline technology, as well as the line branching attached are. The underside of the substrate, that is to say the side opposite the side 7, is in a known manner with a continuous metallization. At the point where the line branches, there is 2 gyromagnetic! = Material let into the substrate, which are under the influence of a magnetic constant field got to. This constant magnetic field is generated by a permanent magnet 4 and via pole shoes 3 and 3 'and a return iron 6 closed. The pole piece 3 lies on the upper side 7 of the substrate 1, while the pole piece 3 'is attached to the underside of the substrate. In Fig. 1 is also a preferred embodiment shown insofar as the permanent magnet 4 for temperature compensation is surrounded by a ring 5 made of soft magnetic material Temperature compensation is also known from the aforementioned literature reference, suitable materials for the ring 5 have become known under the trade name Thermoflux.

In F i g. 1 ist ferner zu erkennen, daß der Zirkulator in ein Gehäuse 8 metallischen Materials eingebracht ist Die Anschlußarme sind aus Gründen der einfacheren Darstellbarkeit nicht im einzelnen gezeichnet In F i g. 1 ist auch erkennbar, daß das Unterteil des Joches 6 in eine Ausfräsung des Gehäusebodens eingebracht ist um dadurch den elektrischen Kontakt zwischen der metallisierten Unterseite des Substrates 1 mit dem Gehäuse 8 zu gewährleisten.In Fig. 1 it can also be seen that the circulator is placed in a housing 8 of metallic material For reasons of simplicity, the connecting arms are not shown in detail in FIG. 1 it can also be seen that the lower part of the yoke 6 is introduced into a recess in the housing bottom thereby the electrical contact between the metallized underside of the substrate 1 with the Housing 8 to ensure.

F i g. 2 läßt in einer Seiten- und Stirnansicht erkennen, daß dabei das Magnet joch 6 die Längsabmessung 1 und Breitenabmessung b hat, so daß also die Unterbringung des Joches in der im Gehäuseboden vorgesehenen Ausfräsung gewährleistet ist.F i g. 2 reveals in a side and front view that the magnet yoke 6 has the longitudinal dimension 1 and width dimension b , so that the accommodation of the yoke in the recess provided in the housing base is guaranteed.

Wie der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen gezeigt haben, treten dabei, insbesondere bei höheren Betriebsfrequenzen, störende Resonanzersrheinungen auf, deren Ursache offenbar durch Streufelder bedingt ist, die wiederum wegen der zwingend unsymmetrischen Ausgestaltung der Leite·- anordnungen in bei der angewendeten Technik hervorgerufen werden. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß das Gehäuse 8 mit einem metallischen Deckel abgeschlossen ist, das für sich und in Verbindung mit den Zirkulatorteilen den Charakter von Mikrowellenresonatoren annehmen und somit gegebenenfalls wie Resonatoren bei bestimmten Wellentypen hohe Verluste aufweisen kann.As the studies on which the invention is based have shown, in particular occur higher operating frequencies, disturbing resonance rivers, the cause of which is evidently through Is caused by stray fields, which in turn because of the necessarily asymmetrical design of the line arrangements in the technology used. It must be taken into account that the housing 8 is closed with a metallic cover, which for itself and in connection with the Circulator parts take on the character of microwave resonators and thus how Resonators can have high losses with certain wave types.

Die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten lassen sich durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung nach F t g. 3 beheben, in F i g. 3 sind wirkungsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 2 bezeichnet, so daß diesbezüglich die zu Fi g. 1 gegebenen Erläuterungen auch für die Ausgestaltung nach Fig.3 Gültigkeit haben. Abweichend von Fig. 1, jedoch unter Wahrung der Analogie, ist in F i g. 3 das Rückschlußeisen 6 in Jochteil und die beiden Schenkel 6' und 6'a unterteilt, und es ist ferner der Gehäuseboden durch die Bezugsziffer 8' kenntlich gemacht.The difficulties mentioned above can be alleviated by an embodiment according to the invention F t g. 3, in FIG. 3 have the same effect Elements with the same reference numerals as in FIG. 2, so that in this regard the to Fi g. 1 The explanations given also apply to the configuration according to FIG. 3. Deviating from Fig. 1, however, maintaining the analogy, FIG. 3 the return iron 6 in the yoke part and the two legs 6 ' and 6'a, and the housing bottom is further identified by the reference number 8 '.

In F i g. 4 ist das in F i g. 3 verwendete Rückschlußeisen wiederum in einer Seiten- und einer Stirnansicht dargestellt Wie F i g. 3 und 4 erkennen lassen, ist der Gehäuseboden nunmehr als durchgehende ebene Fläche ausgebildet, und es hat der Schenkel 6'a des Rückschlußeisens 6 die Länge Γ und die Breite b. Die Abmessungen Γ und 6'sind nun so gewählt, daß der Schenkel 6'a des Rückschlußeisens die gleichen Abmessungen wie die aus dielektrischem Materia! bestehende Platte 1 (Substrat) hat. Weiterhin ist zwischen die Unterseite der Platte 1 und dem Schenkel 6'a ein erstes federndes Kontaktblech eingebracht, das in der Zeichnung durch die Bezugsziffer 9 kenntlichIn Fig. 4 is that in FIG. 3 in turn shown in a side view and a front view, as shown in FIG. 3 and 4 can be seen, the housing base is now designed as a continuous flat surface, and the leg 6'a of the return iron 6 has the length Γ and the width b. The dimensions Γ and 6 'are now chosen so that the leg 6'a of the return iron has the same dimensions as those made of dielectric material! existing plate 1 (substrate) has. Furthermore, a first resilient contact plate is introduced between the underside of the plate 1 and the leg 6'a, which can be identified in the drawing by the reference number 9

ίο gemacht ist. Ein weiteres federndes Kontaktblech liegt zwischen dem Schenkel 6'a und dem Gehäuseboden 8'.ίο is made. Another resilient contact plate is located between the leg 6'a and the housing base 8 '.

Wie bereits erwähnt, stellt auch der Schenkel 6'As already mentioned, the leg 6 '

gegenüber dem Gehäuse 8 bzw. einen auf dem Gehäuse liegenden Deckel ein Leitersystem dar, über das sich störende elektromagnetische Felder ausbreiten können. Wenn es darauf ankommt, solche Erscheinung zu unterdrücken, kann zwischen Schenkel 6' und Gehäuse 8 ein weiteres federndes Blech liegen, das im einzelnen in der Zeichnung nicht mehr dargestellt istopposite the housing 8 or a cover lying on the housing represents a conductor system over which can spread disruptive electromagnetic fields. When it comes down to it, such appearance too suppress, another resilient sheet can lie between the legs 6 'and the housing 8, which in detail is no longer shown in the drawing

Zur Unterdrückung unerwünschter Störfelder wird in vorteilhafter Weise der untere Polschuh 3' in einer Sackbohrung untergebracht, die im Schenkel 6'a des Rückschlußeisens vorgesehen istTo suppress unwanted interference fields, the lower pole piece 3 'is advantageously in a Housed blind hole, which is provided in the leg 6'a of the return iron

Eine weitere Möglichkeit, die Ausbreitung unerwünschter Störfelder zu unterdrücken ist darin zu sehen, daß die Dicke des unteren Polschuhes 3' etwa gleich der Dicke des zwischen der dielektrischen Platte 1 und dem Schenkel 6'a dos Rückschlußeisens liegenden Kontaktbleches 9 gewählt wird. In diesem Fall kann auf die Einbringung einer Sackbohrung in den Schenkel 6'a verzichtet werden, und es läßt sich dadurch auch herstellungstechnisch eine einfachere Ausgestaltung des Rückschlußeisens erreichen.Another way of preventing the spread of unwanted To suppress interference fields can be seen in the fact that the thickness of the lower pole piece 3 'is approximately equal to the Thickness of the contact plate lying between the dielectric plate 1 and the leg 6'a dos return iron 9 is chosen. In this case, a blind hole can be made in the leg 6'a can be dispensed with, and it can also be a simpler design of the manufacturing technology Achieve inference iron.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circulator, especially for integrated microwave circuits, the connection arms of which are designed in the manner of printed cable runs and are brought together to form a branching line, and in which a disc of gyromagnetic material is arranged in the area of the branching line and is under the influence of a constant _{t0 magnetic field generated by a permanent magnet} and which is embedded in a plate of dielectric material, on one side of which the connection arms and on the other side of which a continuous metallization is provided, a permanent magnet being arranged on the side of the dielectric plate carrying the connection arms and the constant magnetic field via a U- shaped magnetic return iron is closed, which has two legs which are connected to one another by a yoke part, characterized in that the continuous metallization of the plate (1) of dielectric material opposite Sc handle (6'a ^ of the return iron (6) has the same dimensions (V, b ') as the plate (1) and ₂ s between these legs and both the metallization and the housing base (8') a resilient contact plate ( 9.10) is inserted.

2. Circulator according to claim 1, characterized in that an additional resilient contact plate also lies between the second leg (6 ') of the return iron and the housing (8).

3. Circulator according to claim 1 or 2, characterized in that in the first leg (6'a) of the return iron (6) a blind hole for receiving the lower pole piece (3 ') is attached.

4. Circulator according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the lower pole piece (3 ') is approximately equal to the thickness of the contact plate (6) lying between the plate (I) and the first leg (6'a) of the return iron (6) 9) is.