DE3026257A1 - Millimeterwellen-zirkulator - Google Patents

Description

• Millimeterwellen-Zirkulator
• Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter-Zirkulator mit drei oder mehr Zirkulatorarmen. In der Hohlleiterverzweigung befindet sich ein Körper aus ferrimagnetischem Material, der einem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist.
• Derartige Hohlleiteranordnungen wirken bei einer bestimmten Frequenz, die von den Abmessungen des Körpers aus ferrimagnetischem Material und dessen Magnetisierung abhängt, als Zirkulator (AE, Band 17, 1963/4, Seiten 163 ff.). Besonders verbreitet ist die Ausführung derartiger Zirkulatoren mit drei Zirkulatorarmen und einem Ferritstab mit rundem oder dreieckigem Querschnitt im Schnittpunkt der Zirkulatorarme (Y-Zirkulatoren). Eine besondere Schwierigkeit besteht bei diesen Zirkulatoren in der breitbandigen Impedanzanpassung des Ferritstabs an die Zirkulatorarme.
• Als Maßnahme zur Impedanzanpassung ist beispielsweise in der DE-OS 24 41 254 eine Abstimmschraube in der H-Ebene des Hohlleiters vorgesehen. Mit zunehmender Mikrowellenfrequenz scheidet diese Möglichkeit aus konstruktiven Gründen (zu kleine Abmessungen) mehr und mehr aus. Weiter ist bekannt, Körper aus Dielektrikum (z. B. Keramikbruchstücke) oder Metall als Impedanztransformatoren in jedem Zirkul atorarm anzuordnen.
• Zur Erhöhung der Breitbandigkeit wurde verschiedentlich vorgeschlagen, Transformatoren in den Hohlleiter einzubauen, z. B. eine zum Ferrit konzentrische Metallscheibe mit dem Radius \/4 in der Hohlleiterverzweigung (Microwave Journal April 1974, Seiten 58-62). Diese Anordnung erfordert zum einen zusätzliche Präzisionsteile und ist zum andern durch diese Scheibe nicht in dem Maße mechanisch stabil und beschleunigungsfest, wie dies bei der Anwendung beispielsweise in der Munitionselektronik gefordert ist.
• Als wesentlicher Nachteil, der diesen bekannten Anordnungen gemeinsam ist, ist die Notwendigkeit der individuellen Anpassung jedes einzelnen Zirkulators bzw.
• Zirkulatorarms anzusehen. Der hierfür erforderliche Aufwand macht einen beträchtlichen Teil der Herstellungskosten aus.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Millimeterwellen-Hohlleiter-Zirkulator der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch breitbandige Impedanzanpassung und gegenüber dem Stand der Technik größere Einfachheit in Aufbau und Herstellungsweise auszeichnet.
• Diese Aufgabe wird erfind-ungsgemäß gelöst durch einen Zirkulator mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der Abbildungen für einen Y-Zirkulator noch näher erläutert.
• Der Zirkulator ist aus einem zweiteiligen Fräsblock aufgebaut, wie in FIG. 1 dargestellt. Die Einzelheiten zur Verbindung von Oberteil 1 und Unterteil 2 des Bräsblocks sind der Sbersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
• Vorteilhafterweise ist die dem Unterteil zugewandte Seite des Oberteils völlig plan und die Hohlleiterstruktur vollständig in das Unterteil eingefräst, so daß die plane Fläche des Oberteils eine Grundseite des Hohlleitersystems bildet.
• Eine Draufsicht (FIG. 2) auf das Unterteil 2 des Fräsblocks verdeutlicht die Ausbildung der eingefrästen Hohlleiterstruktur. Die Zirkulatorarme, die um jeweils 1200 gegeneinander versetzt sind, laufen in der Hohlleiterverzweigung zusammen. Im Zentrum der Verzweigung ist ein Ferritstab 4 angeordnetO Dieser Ferritstab weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, aber auch solche mit dreieckigem Querschnitt sind geeignet.
• Dem Schnitt AB der FIGG 2 entspricht die Schnittdarstellung des Unterteils 2 des Fräsblocks in FIG. 1.
• Deutlich erkennbar ist das Prinzip der Taperung des Zirkulatorarms 3, wobei auf der Taperlänge 1 die Hohlleiterhöhe um At reduziert wird. Aufgrund fertigungstechnischer Gegebenheiten kann es unter Umständen von Vorteil sein, die kontinuierliche Taperung durch eine stufenweise Höhenreduzierung anzunähern. Es ist von besonderem Vorteil, für das Verhältnis l/Ab Werte um 25 oder größer zu wählen. Ein Ferritstab 4 ist in ein Sackloch im Fräsblock eingepaßt und weist vorteilhafterweise in an sich bekannter Art einen Luftspalt zwischen seinem oberen freien Ende und der durch das Oberteil 1 des Fräsblocks gebildeten Hohlleitergrundseite auf.
• Die Herstellung eines derartigen Unterteils des Fräsblocks stellt sich damit als extrem einfache Aufgabe dar, da nur ein Werkstück bearbeitet wird und die Arbeitsgänge keine besonderen Schwierigkeiten beinhalten. Dies gilt insbesondere für eine lineare Taperung der Zirkulatorarme. Die Einpassung des Ferrits in ein Sackloch, dessen Tiefe genau kontrolliert werden kann, bringt gegenüber dem Aufkleben des Ferrits auf eine Fläche den Vorteil, daß der Ferritstab in seiner Orientierung und in seinem Abstand zum Oberteil 1 auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit einstellbar ist.
• In FIG. 1 sind weiter die in den Fräsblock eingesetzten Permanentmagnete 5 zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes zu sehen. Um die Anordnung gegen Einflüsse durch magnetische Stoffe in der Umgebung unempfind-.
• lich zu machen, können die außenliegenden Magnetpole durch ein Weicheisenjoch 7 überbrückt werden. Durch Einfügen von Polschuhen 6 geeigneten Materials, wie z. B.
• Ni-Fe-Eompensationslegierung, kann der Einfluß der Temperatur weitgehend eliminiert werden.
• Beim erfindungsgemäßen Zirkulator entfällt die Notwendigkeit der individuellen Anpassung jedes einzelnen Zirkulators bzw. Zirkulatorarms. Die Impedanzanpassung ist ohne zusätzliche Abstimmelemente über einen breiten Frequenzbereich ausgezeichnet und der Anpassung der aus dem Stand der Technik bekannten Zirkulatoren gleichwertig.
• Beispielsweise kann ein einheitlicher Fräsblock der erfindungsgemäßen Art für das gesamte W-Band von 75-110 GHz verwendet werden. Die genaue Arbeitsfrequenz wird lediglich durch den Ferritstab eingestellt. Dadurch, daß keine Anpaßelemente vorhanden sind, entfällt die zeitraubende und aufwendige Einstellung mit abwechselndem Messen der Anpassungsqualität und Nachstellen der Anpaßelemente.
• Insbesondere bei Zirkulatoren, bei denen zur Veränderung der Einstellung der Anpaßelemente Ober- und Unterteil des Blocks getrennt werden müssen, führt dies zu einem erheblichen Aufwand bei den bekannten Anordnungen.
• Der Umstand, daß eine individuelle Einstellung jedes Zirkulators bei der Erfindung entfällt, empfiehlt den neu vorgeschlagenen Zirkulator besonders zur Anwendung als Teil einer Millimeterwellen-Baugruppe, bei der mehrere zusammenhängende Elemente in einem gemeinsamen Block vereinigt sind. In den Block sind dann beispielsweise außer einem oder mehreren Zirkulatoren auch bereits Mischer, Oszillatoren, Hohlleiterverbindungen etc.
• untergebracht.
• Aufgrund seines einfachen und stabilen Aufbaus eignet sich der vorgeschlagene Zirkulator besonders für Anwendungen in der Munitionselektronik, wo mechanische Stabilität und Beschleunigungsfestigkeit gefordert werden. Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprüche Es ç Millimeterwellen-Hohlleiter-Zirkulator mit drei oder mehr Zirkulatorarmen und mit ferrimagnetischem Material, das einem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist, im Zentrum der Hohlleiterverzweigung, gekennzeichnet durch die Taperung einer Hohlleitergrundseite in Längsrichtung bei jedem der Zirkulatorarme.
2. 2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taperung linear verläuft.
3. 3. Zirkulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlust der Taperung durch eine Mehrzahl von Stufen angenähert ist.
4. 4. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als ferrimagnetisches Material ein Ferritstab vorgesehen ist.
5. 5. Zirkulator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Sackloch im Zentrum der Hohlleiterverzweigung, in welches der Ferritstab eingepaßt ist.
6. 6. Zirkulator nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Luftspalt zwischen Ferritstab und Hohlleiteroberkante.
7. 7. Zirkulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritstab runden oder dreieckigen Querschnitt hat.