EP0117879A1 - Schaltbares Viertor - Google Patents

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EP0117879A1
EP0117879A1 EP83101997A EP83101997A EP0117879A1 EP 0117879 A1 EP0117879 A1 EP 0117879A1 EP 83101997 A EP83101997 A EP 83101997A EP 83101997 A EP83101997 A EP 83101997A EP 0117879 A1 EP0117879 A1 EP 0117879A1
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circulators
circulator
switchable
gate
arms
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Heinz Dieter Dr. Ing. Friedrichs
Roland Dipl.-Ing. Heer
Gerhard Hirsch
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Bosch Telecom GmbH
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ANT Nachrichtentechnik GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38—Circulators
    • H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387—Strip line circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/11—Auxiliary devices for switching or interrupting by ferromagnetic devices

Definitions

  • the present invention relates to a switchable four-port gate, consisting of two axially arranged Y-circulators, two arms of the circulators being connected to one another and the superimposed gyromagnetic ferrite regions of the two circulators being exposed to a DC magnetic field.
  • Such a four-port gate with two Y-circulators arranged coaxially one above the other is known from DE-OS 19 16 035. It has the advantage that it is very space-saving compared to a four-port, which is realized by two circulators which are connected in series and are arranged separately from one another. In addition, the four-port, with two circulators arranged one above the other, only requires one magnetic field for the necessary magnetic flooding of the gyromagnetically active ferrite regions lying one above the other. In the case of spatially separated circulators, each is to be exposed to its own magnetic field.
  • the invention is based on the object of creating a switchable four-port gate of the type mentioned which has two signal paths crossing at an angle of 90 °, a signal fed into a signal path completely passing through this signal path or diverted into the crossing signal path, depending on the switching state becomes.
  • the object is achieved in that the circulators are rotated relative to one another about their axis and / or the circulator arms are angled such that two arms of each circulator end at gates which point in opposite directions and the gates of one circulator opposite the gates of the other circulator are oriented about 9 0 ° twisted and that the DC magnetic field is umpolbar.
  • the four gate according to the invention has the advantage that it is constructed in a very space-saving manner.
  • the switchable four-port shown in Fig. 1 consists of two axially arranged Y-circulators 1 and 2. Both circulators are housed in a common housing 3 and separated from each other by an intermediate wall 4.
  • the conductor system 5, 6 is designed with the arms of the circulators spatially offset by 120 ° using symmetrical stripline technology. Implementation in waveguide or coaxial line technology is also possible.
  • Two of the three arms of the two circulators are led out laterally from the housing 3 via coaxial connections.
  • the two connections a and b can be seen, which represent two of the total of four gates.
  • One arm of each circulator is not led out of the housing 3 to a gate. These two arms of the circulators are interconnected.
  • the intermediate wall 4 is provided with a coaxial passage 7.
  • Gyromagnetic ferrite disks 8, 9, 10, 11 are arranged axially one above the other on both sides of the conductor systems 5, 6 of the circulators.
  • the pole shoes 12, 13 of an electromagnet are located above and below the housing 3 in the area of the ferrite disks stacked one above the other.
  • a coil 15 is wound on the yoke 14 connecting the two pole shoes.
  • This electromagnet passes through the ferrite disks with a magnetic field, the direction of which can be reversed depending on the current flowing through the coil 15.
  • permanent magnets can also be used, the magnetic field of which can be reversed with an electromagnetic pulse.
  • the direction of rotation of the two circulators depends on the polarity of the magnetic field and thus also the assignment of the individual gates to each other.
  • the air gaps between the ferrite disks are only very narrow.
  • FIG. 2 illustrates in a top view of the switchable four-port the routing of the two Y-circulators superimposed, there are the arms of the lower circulator dashed and the arms of the upper circulator drawn with solid lines.
  • the two circulators are positioned in the housing and two arms are angled at the ends so that the arms lead to gates a, c and b, d, of which gate a is opposite to gate c and gate b is aligned opposite to gate d.
  • the two circulators are rotated about their common axis, so that the gates a, c of one circulator point in directions which are offset by 90 ° from the directions in which the gates b, d of the other circulator point.
  • the other two arms of the circulators, which do not lead to the four gates a, b, c, d, run towards the common connection point 7.
  • FIG. 3 a and 3 b schematically show how the individual gates are assigned to one another in different directions of rotation of the circulators. If the circulators turn clockwise, as shown in FIG. 3 a, a signal fed in at gate b reaches gate d and a signal fed in at gate c reaches gate a; d. In this case, the signals fed in at gate b or c are directly switched through to the opposite gate d or a. If the circulators turn counterclockwise, a signal fed in at gate b to gate a and a signal fed in at gate c are switched through to gate d, as can be seen in FIG. 3b. In the one case (cf. FIG. 3 a) the signals go straight through two signal paths crossing at an angle of 90 °, in the other case (cf. FIG. 3 b) the signals fed into a signal path are crossed in the signal paths Signal path redirected.
  • the four-gate described above with its gates pointing in four different directions offset by 180 ° can advantageously be installed in a switching matrix.
  • 4 shows a switching matrix composed of four switchable four gates 16, 17, 18 and 19.
  • the four gates can be easily connected to form a switching matrix without the need for elaborate connecting arms between the four gates.
  • z. B two possible signal paths (solid line, dashed line) are drawn.
  • a signal fed in at gate c 19 of quarter gate 19 is deflected to gate d 19 , then passes from gate b 17 of quarter gate 17 to gate a 17 and is finally switched through straight from gate c 16 of quarter gate 16 to gate a 16 .
  • Another signal passes through a direct path from the gate 18 of the b Viertors 18 via the gate 18 d, the gate 16 of the Viertors b 16 to the To r d 16

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  • Transmission Devices (AREA)
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Abstract

Der Erfindung liegt ein schaltbares Viertor zugrunde, das aus zwei, einem umpolbaren Magnetfeld ausgesetzten, axial übereinander angeordnete Zirkulatoren (1,2) besteht. Die Zirkulatoren sind so gegeneinander verdreht und/oder die Zirkulatorarme so abgewinkelt, daß jeweils zwei Arme eines jeden Zirkulators an Toren (a, c, bzw. b, d) enden, die in entgegengesetzte Richtungen weisen und die Tore (a, c) des einen Zirkulators gegenüber den Toren (b, d) des anderen Zirkulators um 90° verdreht ausgerichtet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein schaltbares Viertor, bestehend aus zwei axial übereinander angeordneten Y-Zirkulatoren, wobei zwei Arme der Zirkulatoren miteinander verbunden sind und die übereinander liegenden gyromagnetisch wirksamen Ferritbereiche der beiden Zirkulatoren gemeinsam einem magnetischen Gleichfeld ausgesetzt sind.
  • Ein solches Viertor mit zwei koaxial übereinander angeordneten Y-Zirkulatoren ist aus der DE-OS 19 16 035 bekannt. Es hat den Vorteil, daß es sehr platzsparend aufgebaut ist gegenüber einem Viertor, das durch zwei in Reihe geschaltete, getrennt voneinander angeordnete Zirkulatoren realisiert ist. Außerdem benötigt das Viertor mit zwei übereinander angeordneten Zirkulatoren nur ein Magnetfeld für die erforderliche magnetische Durchflutung der axial übereinander liegenden gyromagnetisch wirksamen Ferritbereiche. Bei räumlich getrennten Zirkulatoren ist jeder einem eigenen Magnetfeld auszusetzen.
  • Bei dem Viertor der DE-OS 19 16 035 besteht eine unveränderbare Zuordnung zwischen den einzelnen Toren. D. h., ein an einem Tor eingespeistes Signal tritt immer an dem gleichen Tor, welches dem Eingangstor fest zugeordnet ist, aus.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein schaltbares Viertor der eingangs genannten Art zu schaffen, das zwei sich im Winkel von 90° kreuzende Signalwege aufweist, wobei je nach Schaltzustand ein in einen Signalweg eingespeistes Signal diesen Signalweg vollständig durchläuft oder in den kreuzenden Signalweg umgelenkt wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zirkulatoren um ihre Achse so gegeneinander verdreht und/oder die Zirkulatorarme so abgewinkelt sind, daß jeweils zwei Arme eines jeden Zirkulators an Toren enden, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, und die Tore des einen Zirkulators gegenüber den Toren des anderen Zirkulators um 90° verdreht ausgerichtet sind und daß das magnetische Gleichfeld umpolbar ist.
  • Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Das erfindungsgemäße Viertor besitzt den Vorteil, daß es sehr platzsparend aufgebaut ist.
  • Es sind hierbei nämlich keine kompliziert geführten, viel Raum in Anspruch nehmende Anschlußarme für die Zirkulatoren erforderlich, um ein Viertor zu realisieren, dessen vier Tore in vier verschiedene um 90° bzw. 180° gegeneinander verdrehte Richtungen weisen. Mit einem derartigen Viertor läßt sich mit geringem Aufwand z. B. eine Schaltmatrix realisieren.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll nun die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 die Seitenansicht des erfindungsgemäßen schaltbaren Viertors,
    • Fig. 2 die Draufsicht auf das Viertor,
    • Fig. 3 a, 3 b zwei verschiedene Schaltzustände des Viertors und
    • Fig. 4 eine mit Viertoren realisierte Schaltmatrix.
  • Das in Fig. 1 dargestellte schaltbare Viertor besteht aus zwei axial übereinander angeordneten Y-Zirkulatoren 1 und 2. Beide Zirkulatoren sind in einem gemeinsamen Gehäuse 3 untergebracht und darin durch eine Zwischenwand 4 voneinander getrennt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Leitersystem 5, 6 mit den um 120° räumlich versetzten Armen der Zirkulatoren in symmetrischer Streifenleitertechnik ausgeführt. Genauso ist eine Realisierung in Hohlleiter- oder Koaxialleitungstechnik möglich. Je zwei der drei Arme der beiden Zirkulatoren sind seitlich aus dem Gehäuse 3 über koaxiale Anschlüsse herausgeführt. In der Querschnittsdarstellung des Viertors in Fig. 1 sina nur die beiden Anschlüsse a und b zu sehen, welche zwei der insgesamt vier Tore darstellen. Ein Arm eines jeden Zirkulators ist nicht zu einem Tor aus dem Gehäuse 3 herausgeführt. Diese zwei Arme der Zirkulatoren sind miteinander verbunden. Zu diesem Zweck ist die Zwischenwand 4 mit einer koaxialen Durchführung 7 versehen.
  • Zu beiden Seiten der Leitersysteme 5, 6 der Zirkulatoren sind gyromagnetisch wirksame Ferritscheiben 8, 9, 10, 11 axial übereinander angeordnet. Oberhalb und unterhalb des Gehäuses 3 im Bereich der übereinander gestappelten Ferritscheiben befinden sich die Polschuhe 12, 13 eines Elektromagneten. Auf dem die beiden Polschuhe miteinander verbindenden Joch 14 ist eine Spule 15 gewickelt. Dieser Elektromagnet durchsetzt die Ferritscheiben mit einem Magnetfeld, dessen Richtung in Abhängigkeit von dem die Spule 15 durchfließenden Strom umpolbar ist. Statt eines Elektromagneten können auch Permanentmagnete eingesetzt werden, deren Magnetfeld mit einem elektromagnetischen Impuls umgepolt werden kann. Von der Polung des Magnetfeldes hängt nämlich die Drehrichtung der beiden Zirkulatoren und damit auch die Zuordnung der einzelnen Tore zueinander ab. Um den magnetischen Widerstand zwischen den Magnetpolschuhen 12 und 13 gering zu halten, sind die Luftspalte zwischen den Ferritscheiben nur sehr schmal. Aus dem gleichen Grund ist es zweckmäßig, in diesem Bereich die Wandstärke des Gehäuses 3 und der Zwischenwand 4 gering zu halten. Der magnetische Widerstand läßt sich noch weiter herabsetzen, wenn man die von dem Magnetfeld durchfluteten Gehäuse- und Zwischenwandbereiche aus einem Material mit gutem magnetischen Leitwert herstellt.
  • Die Fig. 2 verdeutlicht in der Draufsicht auf das schaltbare Viertor die Leitungsführung der beiden übereinander gelagerten Y-Zirkulatoren,
    dabei sind die Arme des unteren Zirkulators
    strichliert und die Arme des oberen Zirkulators mit durchgezogenen Linien gezeichnet.
  • Die beiden Zirkulatoren sind in dem Gehäuse so positioniert und jeweils 2 Arme von diesen an den Enden so abgewinkelt, daß die Arme zu den Toren a, c bzw. b, d führen, von denen das Tor a entgegengesetzt zum Tor c bzw. das Tor b entgegengesetzt zum Tor d ausgerichtet ist.
  • Zusätzlich sind die beiden Zirkulatoren um ihre gemeinsame Achse verdreht, so dass die Tore a, c des einen Zirkulators in Richtungen weisen, die um 90° gegenüber den Richtungen versetzt sind, in welche die Tore b, d des anderen Zirkulators weisen. Die anderen beiden Arme der Zirkulatoren, die nicht zu den vier Toren a, b, c, d führen, laufen auf den gemeinsamen Verbindungspunkt 7 zu.
  • In den Fig. 3 a und 3 b ist schematisch dargestellt, wie die einzelnen Tore bei verschiedenen Drehrichtungen der Zirkulatoren einander zugeordnet sind. Drehen die Zirkulatoren im Uhrzeigersinn, so gelangt, wie die Fig. 3 a verdeutlicht, ein am Tor b eingespeistes Signal zum Tor d und ein an dem Tor c eingespeistes Signal zum Tor a; d. h., in diesem Fall werden die am Tor b, bzw. c eingespeisten Signale direkt zum jeweils gegenüber liegendem Tor d, bzw. a durchgeschaltet. Drehen die Zirkulatoren entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, so wird, wie der Fig. 3 b zu entnehmen ist, ein am Tor b eingespeistes Signal zum Tor a und ein am Tor c eingespeistes Signal zum Tor d durchgeschaltet. In dem einen Fall (vgl. Fig. 3 a) durchlaufen die Signale geradewegs zwei sich im Winkel von 90° kreuzende Signalwege, in dem anderen Fall (vgl. Fig. 3 b) werden die jeweils in einen Signalweg eingespeisten Signale in den diesen kreuzenden Signalweg umgelenkt.
  • Das oben beschriebene Viertor mit seinen in vier verschiedene um 180° versetzte Richtungen weisenden Toren läßt sich vorteilhafterweise in eine Schaltmatrix einbauen. Eine sich aus vier schaltbaren Viertoren 16, 17, 18 und 19 zusammensetzende Schaltmatrix zeigt die Fig. 4.
  • Wegen der in vier verschiedene um 90° bzw. 180° versetzte Richtungen weisenden Tore lassen sich die Viertore auf einfache Weise zu einer Schaltmatrix zusammenschalten, ohne daß aufwendig geführte Verbindungsarme zwischen den Viertoren erforderlich sind.
  • Bei der Schaltmatrix in Fig. 4 sind zur Veranschaulichung z. B. zwei mögliche Signalwege (durchgezogene Linie, strichlinierte Linie) eingezeichnet. Ein am Tor c19 des Viertors 19 eingespeistes Signal wird umgelenkt zum Tor d19 , gelangt dann vom Tor b17 des Viertors 17 zum Tor a17 und wird schließlich vom Tor c16 des Viertors 16 geradeaus zum Tor a16 durchgeschaltet. Ein anderes Signal durchläuft einen direkten Weg vom Tor b18 des Viertors 18 über das Tor d18, das Tor b16 des Viertors 16 zum Tor d 16

Claims (6)

1. Schaltbares Viertor, bestehend aus zwei axial übereinander angeordneten Y-Zirkulatoren, wobei zwei Arme der Zirkulatoren miteinander verbunden sind und die übereinander liegenden gyromagnetisch wirksamen Ferritscheiben der beiden Zirkulatoren gemeinsam einem magnetischen Gleichfeld ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulatoren (1, 2) um ihre Achse 10 gegeneinander verdreht und/ oder die Zirkulatorarme so abgewinkelt sind, daß jeweils zwei Arme eines jeden Zirkulators an Toren (a, c, bzw. b, d) enden, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, und die Tore (a, c) des einen Zirkulators gegenüber den Toren (b, d) des anderen Zirkulators um 90° verdreht ausgerichtet sind und daß das magnetische Gleichfeld umpolbar ist.
2. Schaltbares Viertor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulatoren (1, 2,) in Hohlleitertechnik ausgeführt sind.
3. Schaltbares Viertor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulatoren (1, 2) in koaxialer Leitungstechnik ausgeführt sind.
4. Schaltbares Viertor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulatoren (1, 2) in planarer Leitungstechnik ausgeführt sind.
5. Schaltbares Viertor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gyromagnetisch wirksamen Ferritscheiben (8, 9, 10, 11) der Zirkulatoren zwischen den Polschuhen (12, 13) eines umpolbaren Elektromagneten liegen.
6. Schaltbares Viertor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gyromagnetisch wirksamen Ferritscheiben (8, 9, 10, 11) der Zirkulatoren zwischen den Polen von Permanentmagneten liegen, die durch elektromagnetische Impulse umpolbar sind.
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