DE3785134T2 - Duennschichtiger zirkulator mit drei angepassten anschluessen. - Google Patents

Description

• Ein Dünnfilmzirkulator mit drei Ports ist eine Einrichtung, die bei Einschaltung in einen Übertragungspfad, diesen nicht-rezikrok, d. h. nicht bidirektional macht. Wenn die eben genannte Einrichtung in ein Mikrowellen-Verzweigungssystem eingeschaltet wird, erlaubt sie die Übertragung von Signalen verschiedener Sender zu einer einzelnen Antenne oder aber Verteilung von Signalen der erwähnten Antenne zu den entsprechenden Empfängern. Wenn eines der drei angepaßten Gatter mit einem angepaßten Leitungsabschluß abgeschlossen wird, sorgt die Einrichtung für Entkoppelung, wenn sie zwischen zwei Mikrowellenschaltungen eingesetzt wird, oder aber für Anpassung, wenn sie oberhalb der fraglichen Schaltung eingesetzt wird.
• Ein bekannter Zirkulator mit drei Ports wird gegenwärtig mit einem Substrat aus magnetisierbarem Material hergestellt, das aus einer Granat- oder Ferritscheibe besteht, die auf beiden Seiten vollständig metallisiert ist und in eine spezielle Öffnung des dielektrischen Substrats eingesetzt wird. Der Zugriff erfolgt über drei auf dem dielektrischen Substrat deponierte Übertragungsleitungen, die zueinander einen Winkel von 120º bilden. Wenn ein kreisförmiges magnetisierbares Substrat nicht verfügbar ist, kann eine Seite des magnetisierbaren Substrats mit einer kreisförmigen Geometrie geeigneten Durchmessers metallisiert werden. Der Zugriff erfolgt auch in diesem Fall über drei Übertragungsleitungen auf dem magnetisierbaren Substrat, die zueinander einen Winkel von 120º bilden.
• Der obengenannte bekannte Zirkulator hat verschiedene Mängel, speziell wegen des auf den Durchmessers des magnetisierbaren Substrats zurückzuführenden großen Platzbedarfs, die notwendigen Imapedanzwandler zur Anpassung der Ausgangsimpedanzen an die zugehörige Schaltung (verbunden mit einem weiterem Anwachsen der Dimensionen) und schließlich die auf die Anpassungsleitungen zurückzuführende höhere Einfügungsdämpfung.
• Diese Mängel konnten in letzter Zeit durch einen Zirkulator abgestellt werden, wie er z. B. in dem deutschen Patent DE-A-2401188 beschriebenen wird, wo die Metallisierung der Zugriffseite des magnetisierbaren Substrats nicht mehr einheitlich kreisförmig ist, sondern in drei unterschiedliche, schmale, nichtleitende, einen Winkel von 120º bildende radiale Segmente aufgeteilt wird, wobei die äußeren Ecken der genannten Zonen die Eingangs- und Ausgangsgatter bilden.
• Diese Geometrie der Metallisierung machte es zwar möglich, bei gleichbleibender Übertragungsfrequenz den Durchmesser des magnetisierbaren Substrats und damit den Raumbedarf der Einrichtung zu vermindern, aber das Problem der Anpassung blieb ungelöst. Der Zirkulator arbeitete außerdem nicht zufriedenstellend.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Dünnfilmzirkulator mit drei Ports zu beschreiben, der wenig Raum einnimmt und selbstanpassende Impedanzcharakteristiken aufweist, so daß sich externe Anpassungsglieder erübrigen.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung ist dieses Ziel durch einen Zirkulator erreicht worden, wie er im Anspruch 1 beschrieben ist.
• Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung geht von dem bekannten Dreizonenzirkulator aus, reduziert die Ausdehnung der obengenannten Zonen zugunsten des Zwischenraums zwischen den genannten Zonen, wobei entsprechende linienförmige Sektoren (Stichleitungen) eingeführt werden, die die Funktion der Impedanzanpassung übernehmen. Das Resultat ist ein Zirkulator, der aus drei Übertragungsleitungen besteht, die einen Winkel von 120º bilden und mit Impedanzanpassungseinheiten ausgerüstet sind. Der Raumbedarf des Zirkulators wird auf diese Weise weiter verringert und die Einfügungsdämpfung, die sonst wegen der externen Anpassungsnetze auftritt, ausgeschaltet.
• Zwei praktische Beispiele für die Perfektionierung der vorliegenden Erfindung sind zur besseren Klarheit in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen:
• Bild 1 den Grundriß eines Zirkulators in Übereinstimmung mit der Erfindung in kreisförmiger Ausführung zeigt, Bild 2 einen Querschnitt auf der Linie II-II in Bild 1 des genannten kreisförmigen Zirkulators zeigt, Bild 3 den Grundriß eines Zirkulators in Übereinstimmung mit der Erfindung in dreieckiger Ausführung zeigt.
• Der in Bild 1 und 2 gezeigte Zirkulator enthält ein Substrat aus magnetisierbarem Material 1 in der Form einer Granat- oder Ferritscheibe. Eine der Oberflächen (die in den Zeichnungen dargestellte Grundfläche) ist vollständig mit einer kreisförmigen Dünnfilmmetallisierung 2 belegt, auch "Grundplatte" genannt, während die andere Oberfläche (die in den Zeichnungen dargestellte obere Fläche) mit einer Dünnfilmmetallisierung belegt ist, die eine etwas komplexere Geometrie aufweist, da sie die weiter unten beschriebene elektrische Schaltung des Zirkulators darstellt.
• Wie in Bild 1 gezeigt ist, enthält die Metallisierung auf der oberen Fläche des Substrats 1 drei im Winkel von 120º angebrachte Übertragungsleitungen 3, die von den entsprechenden Eingangs- und Ausgangsgattern 5 kommen und schließlich in einem gemeinsamen Zentralpunkt 4 zusammenlaufen, nachdem sie die kreisförmige nicht metallisierte Peripherie des Substrats 1 durchlaufen haben, die für die elektrische Funktion des Zirkulators unwichtig ist und nur dazu dient, die Eingangs- und Ausgangsgatter 5 klarzustellen.
• Wie in Bild 1 gezeigt ist, sind in den Zwischenräumen zwischen den Übertragungsleitungen 3 drei weitere Leitungsstücke 6 angebracht, die im gemeinsamen Zentralpunkt 4 zusammenlaufen und die Impedanzanpassung übernehmen (Stichleitungen).
• Die Formgebung der Leitungssektoren 6, die normalerweise bis zu einem schmaleren Endpunkt 7 vor dem gemeinsamen Zentralpunkt 4 eine einheitliche Breite besitzen, ist so gewählt, daß die Übertragungsleitungen 3 in Übertragungsrichtung der Reihe nach einen inneren Leitungsabschnitt 8 einheitlicher Breite (und damit einheitlicher Impedanz) und einen äußeren Leitungsabschnitt 9 nicht einheitlicher Breite (und damit nicht einheitlicher Impedanz) besitzen. Der äußere Leitungsabschnitt 9 steht mit dem entsprechenden Eingangs-/Ausgangsgatter 5 in Verbindung.
• Der Zirkulator in Bild 1 und 2 ist so konstruiert, daß er in ein dielektrisches Substrat eingesetzt werden kann, auf dem ein Mikrowellenschaltkreis aufgebracht ist, mit dem zusammen er dann in einen Behälter mit einem Magnet eingesetzt wird, der ein gleichförmiges magnetisches Feld ausstrahlt. Diese Konstruktion ist an sich bekannt und deshalb hier nicht im Detail beschrieben.
• Während es wichtig ist, daß die Metallisierung der oberen Fläche (in den Zeichnungen) des Substrats 1 die beschriebene Geometrie mit den drei Übertragungsleitungen 3 und den drei Leitungsstücken 6 zur Anpassung besitzt, ist es nicht so wichtig, daß die erwähnte Metallisierung und der Zirkulator im Allgemeinen kreisförmig sind. Als Alternative kann eine dreieckige Form wie in Bild 3 gewählt werden, wobei die gleichen Bezugsnummern wie in Bild 1 und 2 zur Bezeichnung der entsprechenden Bauteile gelten.
• Schließlich ist zu bemerken, daß die alternative Benutzung des Zirkulators in Bild 1 und 2 oder Bild 3 einen direkt auf dem Substrat 1 deponierten Widerstand zwischen Gatter 5 und der Grundplatter 2 verlangen kann, der den gleichen Wert wie die charakteristiche Impedanz der Schaltung aufweisen soll. In diesem Fall arbeitet der Zirkulator als Trennglied mit niedriger Dämpfung in einer Richtung und hoher Dämpfung in der anderen.

Claims (4)

1. Dünnfilmzirkulator mit drei Gattern und eine aus magnetisierbarem Material (1) bestehenden Substrat, dessen eine Oberfläche mit einer ununterbrochenen Dünnfilmmetallisierung (2) versehen ist und dessen andere Oberfläche mit einer Dünnfilmmetallisierung versehen ist, deren Geometrie drei Übertragungsleitungen (3) beschreibt, die, ausgehend von den zugehörigen Eingangs- und Ausgangsgattern (5), gegenseitig einen Winkel von 120º bilden, in einem gemeinsamen Zentralpunkt (4) zusammenkommen, und einen äußeren Teil (9) nicht einheitlicher Breite aufweisen, den erwähnten Zirkulator und außerdem drei Leitungsabschnitte (6) einheitlicher Breite mit einschließen, die in den Zwischenräumen der erwähnten Übertragungsleitungen (3) angebracht sind und zur Impedanzanpassung der erwähnten Eingangs- und Ausgangsgatter (5) in dem erwähnten gemeinsamen Zentralpunkt (4) zusammenkommen, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Leitungsanpassungsabschnitte (6) einheitlicher Breite verjüngte, zum gemeinsamen Zentralpunkt (4) weisende Enden (7) haben, und daß die erwähnten Übertragungsleitungen (3) in Ausbreitungsrichtung einen inneren Teil (8) einheitlicher Breite aufweisen.

2. Zirkulator in Übereinstimmung mit Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Metallisierung (3-6) der anderen Oberfläche des Substrats (1) kreisförmig ist.

3. Zirkulator in Übereinstimmung mit Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Metallisierung (3-6) der anderen Oberfläche des Substrats (1) eine dreieckige Form hat.

4. Zirkulator in Übereinstimmung mit Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Widerstand einschließt, mit einem Wert, der gleich der charakteristischen Impedanz einer zugehörigen Mikrowellenschaltung ist, wobei der erwähnte Widerstand auf dem Substrat (1) zwischen einem der erwähnten Gatter (5) und der erwähnten, mit Dünnfilm-Metallisierung (2) versehenen Oberfläche (2) angebracht ist, so daß der Zirkulator wie ein Trennglied arbeitet.