DE3633910A1 - Verzweigungszirkulator fuer grosse hochfrequenzleistungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verzweigungszirku­ lator für große Hochfrequenzleistungen mit einer gekühlten Ferritstruktur, die in der Wellenleiterverzweigungszone an­ geordnet und dort einem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist.

Ein derartiger Hochleistungszirkulator ist aus den Druck­ schriften IEEE Transactions on Microwave Theory and Techni­ ques, Vol. MTT-26, No. 5, May 1978 S. 364-369 und IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-17, No. 6, Nov. 1981 S. 2957-2960 bekannt. Bei den hier beschriebenen Zirkulatoren besteht die Ferritstruktur aus mehreren durch Luftspalte voneinander getrennten, senkrecht zum statischen Magnetfeld angeordneten Ferritscheiben, welche auf von einer Kühlflüs­ sigkeit durchströmten Metallträgern angebracht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zirkulator der eingangs genannten Art anzugeben, der für einen Betrieb mit sehr großer Hochfrequenzleistung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor.

Durch die Aufteilung des Zirkulator-Ferrits in eine Vielzahl von Kugeln entsteht eine sehr ausgedehnte Kühlfläche, die es ermöglicht, große Wärmemengen abzuleiten. Deshalb kann der Zirkulator mit einer sehr hohen Leistung betrieben werden, ohne daß das Ferritmaterial durch thermische Spannungen zer­ stört wird.

An Hand von zwei zeichnerisch dargestellten Ausführungsbei­ spielen wird nun die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Verzweigungszone eines Hohlleiter­ zirkulators und

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Verzweigungszone eines Streifen­ leitungszirkulators.

Wie der in Fig. 1 dargestellte Querschnitt durch die Ver­ zweigungszone eines Hohlleiterzirkulators zeigt, sind in die zwei einander gegenüberliegenden Hohlleiterwände 1 und 2 zwei in das Innere der Verzweigungszone hineinragende Pol­ schuhe 3 und 4 eines nicht im einzelnen dargestellten übli­ chen Magnetsystems eingelassen.

Zwischen den beiden Polschuhen 3 und 4 ist in der Hohllei­ terverzweigung ein dielektrischer Zylinder 5 eingefügt, der in Nuten 6, 7 in den einander zugewandten Flächen der Pol­ schuhe eingesetzt ist. Dieser dielektrische Zylinder 5 dient zur Aufnahme mehrerer zu einer dichtesten Kugelpackung auf­ einandergeschichteter Ferritkugeln 8, so daß ein mit den beiden Polschuhen 3 und 4 in Berührung stehender zylindri­ scher Ferritkugelhaufen entsteht.

Die Ferritkugeln 8 bilden insgesamt eine sehr große Oberflä­ che, womit äußerst günstige Voraussetzungen gegeben sind für die Ableitung der in den Ferritkugeln 8 vorhandenen Wärme. Mit Hilfe eines die Ferritkugeln umströmenden Kühlmittels, z. B. Gas oder einer geeigneten dielektrischen Flüssigkeit können auf einfache Weise sehr große Wärmemengen aus dem Ferritkugelhaufen abgeführt werden. Zu diesem Zweck sind in den Polschuhen 3 und 4 Öffnungen 9 und 10 vorgesehen, durch die ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel in den die­ lektrischen Zylinder 5 eindringen und nach Durchströmen des Ferritkugelhaufens aus dem dielektrischen Zylinder 5 wieder entweichen kann. Damit kein Kühlmittel aus dem dielektri­ schen Zylinder 5 in die Hohlleiterarme des Zirkulators ge­ langt, ist der dielektrische Zylinder 5 mit Dichtungsringen 11 und 12 in den Nuten 6 und 7 der Polschuhe 3 und 4 abge­ dichtet. Die in die Hohlleiterverzweigung weisenden Öffnun­ gen 9 und 10 in den Polschuhen 3 und 4 sind so dimensio­ niert, daß sie für das Hochfrequenzfeld im Zirkulator un­ durchlässig sind.

Der direkte Kontakt der Polschuhe 3 und 4 mit den Ferritku­ geln 8 schafft einen recht kleinen magnetischen Widerstand für das sich zwischen den Polschuhen ausbreitende statische Magnetfeld. Als Folge davon kann das für die Magnetisierung des Ferritkugelhaufens erforderliche Magnetfeld von einem weniger aufwendigen Magnetsystem aufgebracht werden.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Verzweigungszir­ kulator in Streifenleitertechnik dargestellt.

Der Innenleiter 14 bildet zusammen mit den als Außenleiter dienenden Polschuhen 3 und 4 eine in Streifenleitungstechnik ausgeführte Wellenleiterverzweigung. Bei diesem Streifenlei­ ter-Verzweigungszirkulator sind alle Teile, die Bauteilen des Hohlleiterzirkulators entsprechen, mit den gleichen in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum Hohlleiterzirkulator sind hier zwei mit Ferritkugeln ge­ füllte dielektrische Zylinder vorhanden, von denen der eine dielektrische Zylinder 5 mit den Ferritkugeln 8 zwischen der Oberseite des Innenleiters 14 und dem Polschuh 3 und der an­ dere dielektrische Zylinder 5′ mit den Ferritkugeln 8′ zwi­ schen der Unterseite des Innenleiters 14 und dem Polschuh 4 angeordnet ist. Damit das Kühlmittel von einem dielektri­ schen Zylinder 5 in den anderen 5′ strömen kann, ist der In­ nenleiter 14 mit Löchern 16 versehen. Die dielektrischen Zylinder 5 und 5′ sind gegen das Ausströmen von Kühlmittel an den Polschuhen 3 und 4 und auf dem Innenleiter 14 abge­ dichtet. Der Innenleiter 14 kann aus magnetisch leitendem Material bestehen, um den magnetischen Widerstand der Anord­ nung zwischen den Polschuhen klein zu halten.

Claims (5)

1. Verzweigungszirkulator für große Hochfrequenzleistungen mit einer gekühlten Ferritstruktur, die in der Wellenlei­ terverzweigungszone angeordnet und dort einem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritstruktur aus mehreren aufeinandergeschichteten Ferritkugeln (8, 8′) besteht.

2. Verzweigungszirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ferritkugeln (8, 8′) in einer dichte­ sten Kugelpackung in einem dielektrischen Zylinder (5, 5′) der in der Wellenleiterverzweigungszone angeordnet ist, untergebracht sind, und daß zwei einander gegenüber­ stehende Polschuhe (3, 4) eines das statische Magnetfeld erzeugenden Magnetsystems den zylindrischen Ferritkugel­ haufen zwischen sich aufnehmen und dabei die Ferritkugeln (8, 8′) berühren.

3. Verzweigungszirkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Polschuhen (3, 4) Öffnungen (9, 10) vorgesehen sind, durch die ein Kühlmittel in den dielektrischen Zylinder (5, 5′) eindringen und nach Durchströmen des Ferritkugelhaufens aus dem dielektri­ schen Zylinder (5, 5′) wieder entweichen kann.

4. Verzweigungszirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hohlleiterzirkula­ tor die Polschuhe (3, 4) des Magnetsystems durch zwei einander gegenüberliegende Hohlleiterwände (1, 2) in das Innere der Hohlleiterverzweigungszone hineinragen und den Ferritkugelhaufen zwischen sich aufnehmen.

5. Verzweigungszirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zirkulator, dessen Wellenleiterverzweigung in Streifenleiterstechnik ausge­ bildet ist, auf beiden Seiten des Innenleiters (14) ein mit Ferritkugeln (8, 8′) gefüllter und von einem Polschuh (3, 4) abgedeckter dielektrischer Zylinder (5, 5′) ange­ ordnet ist und daß der Innenleiter (14) und die als Außenleiter ausgebildeten Polschuhe (3, 4) mit Durchgangs­ löchern (16, 9, 10) für das Kühlmittel versehen sind.