EP0156272A2 - Millimeter wave circulator - Google Patents

Millimeter wave circulator Download PDF

Info

Publication number
EP0156272A2
EP0156272A2 EP19850103069 EP85103069A EP0156272A2 EP 0156272 A2 EP0156272 A2 EP 0156272A2 EP 19850103069 EP19850103069 EP 19850103069 EP 85103069 A EP85103069 A EP 85103069A EP 0156272 A2 EP0156272 A2 EP 0156272A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
waveguide
circulator
ferrite body
circulator according
ferrite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19850103069
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0156272B1 (en
EP0156272A3 (en
Inventor
Stefan Dipl.-Ing. Bartels
Wolfgang Dipl.-Ing. Holpp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken Systemtechnik AG
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Telefunken Systemtechnik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH, Telefunken Systemtechnik AG filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication of EP0156272A2 publication Critical patent/EP0156272A2/en
Publication of EP0156272A3 publication Critical patent/EP0156272A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0156272B1 publication Critical patent/EP0156272B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01P1/39—Hollow waveguide circulators

Definitions

  • the invention relates to a millimeter wave circulator specified in the preamble of claim 1.
  • Circulators of this type are usually designed as Y circulators and are used as a non-reciprocal waveguide branch, for example for transmitter / receiver decoupling or for decoupling a synchronizing millimeter wave source from a reflection amplifier.
  • the bandwidths of such circulators are typically 1-2%. Because the resonance frequency of the ferrite resonators depends primarily on their geometric dimensions, because of the small possible bandwidths, the mechanical tolerances in ferrite production and assembly have to meet high requirements, e.g. B. a minimum lockout must be maintained at a predetermined operating frequency. To increase the bandwidth, it is known to reduce the quality of the circulator arrangement, but this is always associated with an undesirable increase in the transmission loss.
  • the invention is based on the object of specifying a circulator of the type mentioned at the outset with a bandwidth which is substantially greater than in the prior art.
  • the resonance frequency of a circular cylindrical ferrite body of given material in the circulator arrangement is a variable depending on the type of the excited oscillation mode and the geometric dimensions of the ferrite body.
  • a given ferrite body thus has a large number of resonance frequencies in accordance with the different vibration modes (resonances).
  • the geometric dimensions of the ferrite body are defined in the frequency-determining dimensions, that is to say the diameter and / or height of the ferrite cylinder.
  • the ferrite body in the circulator arrangement is excited in several and higher oscillation modes (resonances) than the basic oscillation mode by the wave oscillating with the operating frequency of the millimeter-wave arrangement and fed to the circulator.
  • the resonance frequencies of the two excited vibration modes are close to one another, preferably have a frequency spacing of less than 10% of their arithmetic mean.
  • These vibration modes then exist at the same time with a correspondingly broadband excitation and the transmission characteristics corresponding to the individual vibration modes complement one another to form a new characteristic with a substantially larger operating bandwidth.
  • the manufacturing specifications are then advantageously set up in such a way that the center of the operating band coincides with the predetermined operating frequency with comparatively low demands on the tolerances. Due to the much higher operating range, deviations due to manufacturing tolerances can be accepted to a much greater extent.
  • an embodiment of the invention is to be regarded as particularly advantageous in which the ferrite body is dimensioned such that the operating frequency is in the range of the resonance frequencies of the ferrite body in the H O11 and H 211 vibration modes.
  • the resonance frequencies of the ferrite body are understood to be the resonance frequencies of a cavity resonator with metallic walls enclosing the ferrite body. (Indexing after general naming of resonances in circular cylindrical resonators, see e.g. B. Meinke / Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik). With a required blocking attenuation of at least 20 dB, this arrangement has a relative bandwidth of around 8%.
  • the resonance frequencies in both vibration modes essentially depend only on the height of the ferrite body.
  • the height can be defined as the distance between two plane-parallel surfaces during manufacture, e.g. B. by lapping with much greater accuracy than the diameter of a circular cylinder.
  • the function of the circulator is strongly influenced by the boundary conditions that apply to the resonance body at its interfaces. All-round magnetic interfaces are required in the dielectric for the particularly advantageous H 011 and H 211 vibration modes, ie both the resonance field in the ferrite body and the exciting wave field should have no surface-parallel component of the magnetic field at the interfaces of the ferrite body.
  • the dielectric spacer washers mechanically fixing the ferrite body between the ferrite body and the waveguide bases are matched in their dielectric constant to the wafer thickness and the operating frequency by suitable choice of material in such a way that the wafer thickness of a quarter wavelength is based on a thickness in the disks perpendicular to the waveguide bases propagating wave at the operating frequency (center frequency of the operating frequency band) corresponds.
  • the Waveguide bases given electrical short circuit transformed into an electrical open circuit at the plane-parallel interfaces of the ferrite body.
  • the waveguide branching is expanded to form a circular cylindrical cavity resonator.
  • the frequency dependence of the blocking attenuation in FIG. 1 is outlined, for example an operating bandwidth of only 1-2%, for example at an operating frequency of 100 GHz. B. only 1-2 GHz bandwidth.
  • a circulator according to the invention results in a frequency dependence of the blocking attenuation, as shown in FIG. 2 is outlined.
  • the two resonance frequencies f and f 2 are so close together that the blocking attenuation is better than the required 20 dB anywhere between the two attenuation maxima.
  • a circulator according to the invention is considerably less sensitive to tolerances in the manufacture and assembly of the ferrite bodies, so that adjustments are generally not required subsequently or can be carried out with little effort.
  • the electric field has no component in the direction of the axis of the circular cylindrical ferrite body.
  • the magnetic field lines are spatial curves that reach into the space in front of and behind the image plane.
  • FIG. 5, FIG. 6 show in sectional images a circulator arrangement in which these oscillation modes H 011 and H 211 are excited.
  • the excitation takes place in a manner familiar to the person skilled in the art via the waveguide connecting arm 1 with a shaft, for example of the rectangular waveguide mode H 10 .
  • the Y waveguide branch is expanded to form a circular cylindrical cavity resonator 2.
  • One of the waveguide bases of the resonator is provided with a linear taper 3 which reduces the waveguide height for impedance matching. This reduction in height can also take the form of a circular step.
  • the circular-cylindrical ferrite body 4 is insulated from both sides of the waveguide by two plastic disks 5.
  • the ferrite body has the shape of a flat disc.
  • the dimensions are around 0.5 mm high and 1.5 mm in diameter for an operating frequency of around 93 GHz.
  • the plastic discs have a slightly larger diameter than the ferrite body and have a collar at their edge into which the ferrite body is inserted.
  • the plastic discs in turn are inserted into blind holes in the base sides of the cavity resonator. This results in an independent centering of the ferrite body in the center of the cavity.
  • the depth of the blind holes is as small as possible in order to keep field distortions of the step at the edge of the hole low.
  • the two permanent magnets 6 generate the required constant magnetic field.
  • FIG. 7 shows a preferred, because particularly advantageous, circulator arrangement as a sectional view in side view.
  • the Y waveguide branching extended to the cavity resonator 2 has no base-side tapering here, which is advantageous both from a mechanical and an electromagnetic point of view.
  • the adjustment here is made exclusively by the choice of material for the dielectric spacer discs 5.
  • the dimensions of the ferrite body 4 are determined by the operating frequency and the desired vibration modes H 011 and H 211 .
  • the dielectric spacers have the same diameter D as the ferrite body 4.
  • the spacers 5 are advantageously firmly glued to the ferrite body on the flat surfaces and form a circular cylindrical body with a uniform outer surface.
  • Such a cylindrical body is advantageously produced from a semifinished product which consists of a ferrite disc and two dielectric spacer discs bonded to it.
  • the manufacture of the cylindrical body is then essentially limited to the machining of the lateral surface in order to achieve the required diameter D.
  • the adhesive connections of the ferrite disc to the spacer discs are retained over all machining processes.
  • Both the ferrite disk and the spacer disks already have exactly the thickness required for later use in the circulator before the cylinder surface is machined.
  • the thickness of the ferrite body is determined by the desired vibration modes H 011 and H 211 and the operating frequency. Since the height of the waveguide branch without tapering is equal to the height of the exciting waveguide, the thickness d of the spacers is also 5 given.
  • the adaptation of the circulator arrangement to the feeding waveguide takes place in that the dielectric material used for the spacer disks is selected taking into account its dielectric constant E r so that the thickness d of the disks is equal to a quarter wavelength with respect to a perpendicular to the waveguide base sides (in x Direction) is the electromagnetic wave of the operating frequency propagating in the disks.
  • the wavelength of such a wave is a factor of 1 / ⁇ r from the free space wavelength.

Landscapes

  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

In a Y-circulator, the ferrite body is dimensioned such that at least two higher modes, located close to one another in the frequency domain, are excited at the operating frequency, rather than the fundamental mode of operation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Millimeterwellen-Zirkulator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a millimeter wave circulator specified in the preamble of claim 1.

Derartige Zirkulatoren sind üblicherweise als Y-Zirkulatoren ausgeführt und werden als nichtreziproke Hohlleiterverzweigung beispielsweise zur Sender-/Empfänger-Entkopplung oder zur Entkopplung einer synchronisierenden Millimeterwellen-Quelle von einem Reflexionsverstärker eingesetzt.Circulators of this type are usually designed as Y circulators and are used as a non-reciprocal waveguide branch, for example for transmitter / receiver decoupling or for decoupling a synchronizing millimeter wave source from a reflection amplifier.

Die Bandbreiten solcher Zirkulatoren liegen typischerweise bei 1-2 %. Da die Resonanzfrequenz der Ferritresonatoren in erster Linie von deren geometrischen Abmessungen abhängt, sind wegen der geringen möglichen Bandbreiten an die mechanischen Toleranzen bei der Ferritherstellung und Montage hohe Anforderungen zu stellen, wenn z. B. eine Mindestsperrdämpfung bei einer vorgegebenen Betriebsfrequenz eingehalten werden muß. Zur Vergrößerung der Bandbreite ist es bekannt, die Güte der Zirkulatoranordnung zu verringern, was aber immer mit einer unerwünschten Zunahme der Durchgangsdämpfung verbunden ist.The bandwidths of such circulators are typically 1-2%. Because the resonance frequency of the ferrite resonators depends primarily on their geometric dimensions, because of the small possible bandwidths, the mechanical tolerances in ferrite production and assembly have to meet high requirements, e.g. B. a minimum lockout must be maintained at a predetermined operating frequency. To increase the bandwidth, it is known to reduce the quality of the circulator arrangement, but this is always associated with an undesirable increase in the transmission loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zirkulator der eingangs genannten Art mit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vergrößerter Bandbreite anzugeben.The invention is based on the object of specifying a circulator of the type mentioned at the outset with a bandwidth which is substantially greater than in the prior art.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The achievement of this object is described in the characterizing part of patent claim 1. The subclaims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Die Resonanzfrequenz eines kreiszylindrischen Ferritkörpers gegebenen Materials in der Zirkulatoranordnung ist bei Vernachlässigung von Umgebungseinflüssen eine von der Art des angeregten Schwingungsmodes und den geometrischen Abmessungen des Ferritkörpers abhängige Größe. Ein vorgegebener Ferritkörper hat damit entsprechend den verschiedenen Schwingungsmoden (Resonanzen) eine Vielzahl von Resonanzfrequenzen. Andererseits sind durch Vorgabe einer gewünschten Resonanzfrequenz in einem bestimmten Schwingungsmode die geometrischen Abmessungen des Ferritkörpers in den frequenzbestimmenden Dimensionen, also Durchmesser und/oder Höhe des Ferritzylinders, festgelegt. Die theoretischen Beziehungen zwischen den einzelnen Bestimmungsgrößen sind vielfach beschrieben und werden für die vorliegende Erfindung als bekannt vorausgesetzt.The resonance frequency of a circular cylindrical ferrite body of given material in the circulator arrangement is a variable depending on the type of the excited oscillation mode and the geometric dimensions of the ferrite body. A given ferrite body thus has a large number of resonance frequencies in accordance with the different vibration modes (resonances). On the other hand, by specifying a desired resonance frequency in a specific vibration mode, the geometric dimensions of the ferrite body are defined in the frequency-determining dimensions, that is to say the diameter and / or height of the ferrite cylinder. The theoretical relationships between each determination Sizes have been described many times and are assumed to be known for the present invention.

Erfindungsgemäß wird der Ferritkörper in der Zirkulatoranordnung durch die mit der Betriebsfrequenz der Millimeterwellen-Anordnung schwingende, dem Zirkulator zugeführten Welle in mehreren und höheren Schwingungsmoden (Resonanzen) als dem Grundschwingungsmode angeregt. Wesentlich dabei ist, daß die Resonanzfrequenzen der beispielsweise zwei angeregten Schwingungsmoden eng beieinanderliegen, vorzugsweise einen Frequenzabstand von weniger als 10 % ihres arithmetischen Mittelwertes aufweisen. Diese Schwingungsmoden sind dann bei entsprechend breitbandiger Anregung gleichzeitig existent und die den einzelnen Schwingungsmoden entsprechenden Übertragungscharakteristiken ergänzen sich zu einer neuen Charakteristik mit wesentlich größerer Betriebsbandbreite. Die Fertigungsvorgaben sind dann vorteilhafterweise so aufzustellen, daß mit vergleichsweise geringen Anforderungen an die Toleranzen die Mitte des Betriebsbandes mit der vorgegebenen Betriebsfrequenz zusammenfällt. Durch die wesentlich höhere Betriebsbandbreite können Abweichungen infolge von Fertigungstoleranzen in weit größerem Maße in Kauf genommen werden.According to the invention, the ferrite body in the circulator arrangement is excited in several and higher oscillation modes (resonances) than the basic oscillation mode by the wave oscillating with the operating frequency of the millimeter-wave arrangement and fed to the circulator. It is essential here that the resonance frequencies of the two excited vibration modes, for example, are close to one another, preferably have a frequency spacing of less than 10% of their arithmetic mean. These vibration modes then exist at the same time with a correspondingly broadband excitation and the transmission characteristics corresponding to the individual vibration modes complement one another to form a new characteristic with a substantially larger operating bandwidth. The manufacturing specifications are then advantageously set up in such a way that the center of the operating band coincides with the predetermined operating frequency with comparatively low demands on the tolerances. Due to the much higher operating range, deviations due to manufacturing tolerances can be accepted to a much greater extent.

Als besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung anzusehen, bei welcher der Ferritkörper so dimensioniert ist, daß die Betriebsfrequenz im Bereich der Resonanzfrequenzen des Ferritkörpers im HO11- und im H211-Schwingungsmode liegt. Als Resonanzfrequenzen des Ferritkörpers sind hierbei und im folgenden die Resonanzfrequenzen eines den Ferritkörper umschließenden Hohlraumresonators mit metallischen Wänden verstanden. (Indizierung nach allgemeiner Benennung von Resonanzen in kreiszylindrischen Resonatoren, siehe z. B. Meinke/Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik). Bei einer geforderten Sperrdämpfung von mindestens 20 dB hat diese Anordnung eine relative Bandbreite von rund 8 %. Darüber hinaus ergibt sich bei dieser Wahl der Schwingungsmoden für den Ferritkörper der wesentliche Vorteil, daß die Resonanzfrequenzen in beiden Schwingungsmoden im wesentlichen nur von der Höhe des Ferritkörpers abhängen. Die Höhe kann als Abstand zweier planparalleler Flächen bei der Fertigung z. B. durch Läppverfahren mit wesentlich größerer Genauigkeit eingehalten werden als der Durchmesser eines Kreiszylinders.An embodiment of the invention is to be regarded as particularly advantageous in which the ferrite body is dimensioned such that the operating frequency is in the range of the resonance frequencies of the ferrite body in the H O11 and H 211 vibration modes. Here and in the following, the resonance frequencies of the ferrite body are understood to be the resonance frequencies of a cavity resonator with metallic walls enclosing the ferrite body. (Indexing after general naming of resonances in circular cylindrical resonators, see e.g. B. Meinke / Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik). With a required blocking attenuation of at least 20 dB, this arrangement has a relative bandwidth of around 8%. In addition, with this choice of the vibration modes for the ferrite body, there is the essential advantage that the resonance frequencies in both vibration modes essentially depend only on the height of the ferrite body. The height can be defined as the distance between two plane-parallel surfaces during manufacture, e.g. B. by lapping with much greater accuracy than the diameter of a circular cylinder.

Die Funktion des Zirkulators wird stark mitbestimmt durch die für den Resonanzkörper an seinen Grenzflächen geltenden Randbedingungen. Für die besonders vorteilhaften H011-und H211- Schwingungsmoden sind im Dielektrikum allseitige magnetische Grenzflächen erforderlich, d. h. an den Grenzflächen des Ferritkörpers sollen sowohl das Resonanzfeld im Ferritkörper als auch das anregende Wellenfeld keine flächenparallele Komponente des magnetischen Feldes aufweisen.The function of the circulator is strongly influenced by the boundary conditions that apply to the resonance body at its interfaces. All-round magnetic interfaces are required in the dielectric for the particularly advantageous H 011 and H 211 vibration modes, ie both the resonance field in the ferrite body and the exciting wave field should have no surface-parallel component of the magnetic field at the interfaces of the ferrite body.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind hierzu die den Ferritkörper mechanisch fixierenden dielektrischen Abstandsscheiben zwischen dem Ferritkörper und den Hohlleitergrundseiten durch geeignete Materialwahl in ihrer Dielektrizitätskonstante so auf die Scheibendicke und die Betriebsfrequenz abgestimmt, daß die Scheibendicke einer Viertelwellenlänge bezogen auf eine sich in den Scheiben senkrecht zu den Hohlleitergrundseiten fortpflanzende Welle bei der Betriebsfrequenz (Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbands) entspricht. Hierdurch wird der an den Hohlleitergrundseiten gegebene elektrische Kurzschluß in einen elektrischen Leerlauf an den planparallelen Grenzflächen des Ferritkörpers transformiert.According to a preferred embodiment, the dielectric spacer washers mechanically fixing the ferrite body between the ferrite body and the waveguide bases are matched in their dielectric constant to the wafer thickness and the operating frequency by suitable choice of material in such a way that the wafer thickness of a quarter wavelength is based on a thickness in the disks perpendicular to the waveguide bases propagating wave at the operating frequency (center frequency of the operating frequency band) corresponds. As a result, the Waveguide bases given electrical short circuit transformed into an electrical open circuit at the plane-parallel interfaces of the ferrite body.

Um eine ungestörte Ausbildung beider Schwingungsmoden zu gewährleisten, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Hohlleiterverzweigung zu einem kreiszylindrischen Hohlraumresonator erweitert.In order to ensure an undisturbed formation of both vibration modes, according to an advantageous development of the invention, the waveguide branching is expanded to form a circular cylindrical cavity resonator.

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt

  • FIG. 1 den Frequenzverlauf der Sperrdämpfung bei einem Zirkulator aus dem Stand der Technik
  • FIG. 2 den Frequenzverlauf der Sperrdämpfung bei einem erfindungsgemäßen Zirkulator
  • FIG. 3 den Feldverlauf bei der H011-Resonanz
  • FIG. 4 den Feldverlauf bei der H211-Resonanz
  • FIG. 5 ein Schnittbild durch einen Zirkulator in Draufsicht
  • FIG. 6 ein Schnittbild durch einen ersten Zirkulatoraufbau in Seitenansicht
  • FIG. 7 ein Schnittbild durch einen bevorzugten Zirkulatoraufbau in Seitenansicht.
The invention is illustrated below using an exemplary embodiment with reference to the figures. It shows
  • FIG. 1 shows the frequency response of the blocking attenuation in a circulator from the prior art
  • FIG. 2 shows the frequency response of the blocking attenuation in a circulator according to the invention
  • FIG. 3 the field course at the H 011 resonance
  • FIG. 4 the field profile for the H211 resonance
  • FIG. 5 shows a sectional view through a circulator in plan view
  • FIG. 6 shows a sectional view through a first circulator structure in a side view
  • FIG. 7 shows a sectional view through a preferred circulator structure in a side view.

Bei einer geforderten Sperrdämpfung von mindestens 20 dB hat ein gebräuchlicher Zirkulator aus dem Stand der Technik, dessen Frequenzabhängigkeit der Sperrdämpfung in FIG. 1 skizziert ist, beispielsweise eine Betriebsbandbreite von nur 1-2 %, bei einer Betriebsfrequenz von 100 GHz also z. B. nur 1-2 GHz Bandbreite. Die Einhaltung entsprechender Toleranzen bei der Fertigung ist bei den im Millimeter- und Submillimeterbereich liegenden Abmessungen der Ferritkörper, insbesondere hinsichtlich des Durchmessers der kreiszylindrischen Körper kaum mit vertretbarem Aufwand möglich, so daß die genaue Frequenzeinstellung durch nachträgliche Selektion und externe Anpaßnetzwerke erfolgen muß.With a required blocking attenuation of at least 20 dB, a conventional circulator from the prior art, the frequency dependence of the blocking attenuation in FIG. 1 is outlined, for example an operating bandwidth of only 1-2%, for example at an operating frequency of 100 GHz. B. only 1-2 GHz bandwidth. With the dimensions of the ferrite bodies in the millimeter and sub-millimeter range, especially with regard to the diameter of the circular cylindrical bodies, compliance with corresponding tolerances during production is hardly possible with reasonable effort, so that the exact frequency setting must be carried out by subsequent selection and external matching networks.

Demgegenüber ergibt sich beim erfindungsgemäßen Aufbau eines Zirkulators eine Frequenzabhängigkeit der Sperrdämpfung, wie sie in FIG. 2 skizziert ist. Die beiden Resonanzfrequenzen f und f2 liegen so eng beieinander, daß auch zwischen den beiden Dämpfungsmaxima die Sperrdämpfung überall besser ist als die geforderten 20 dB. Bei einer relativen Betriebsbandbreite von ca. 8 % ist ein erfindungsgemäßer Zirkulator erheblich unempfindlicher gegen Toleranzen bei der Herstellung und Montage der Ferritkörper, so daß i. a. nachträglich Abstimmungen entfallen oder mit geringem Aufwand durchgeführt werden können.In contrast, the construction of a circulator according to the invention results in a frequency dependence of the blocking attenuation, as shown in FIG. 2 is outlined. The two resonance frequencies f and f 2 are so close together that the blocking attenuation is better than the required 20 dB anywhere between the two attenuation maxima. With a relative operating bandwidth of approx. 8%, a circulator according to the invention is considerably less sensitive to tolerances in the manufacture and assembly of the ferrite bodies, so that adjustments are generally not required subsequently or can be carried out with little effort.

Bei der H011-Resonanz, deren auf die Ebene der Hchlleiterverzweigung projizierter Feldlinienverlauf im Ferritkörper in FIG. 3 skizziert ist, hat das elektrische Feld keine Komponente in Richtung der Achse des kreiszylindrischen Ferritkörpers. Dies gilt auch für die H211-Resonanz, deren Feldlinienverlauf in FIG. 4 skizziert ist. Die Magnetfeldlinien (gestrichelt) sind räumliche Kurven, die in den Raum vor und hinter der Bildebene hineingreifen.With the H 011 resonance, whose field line progression projected onto the level of the semiconductor branch in the ferrite body in FIG. 3 is sketched, the electric field has no component in the direction of the axis of the circular cylindrical ferrite body. This also applies to the H 211 resonance, whose Field line course in FIG. 4 is outlined. The magnetic field lines (dashed lines) are spatial curves that reach into the space in front of and behind the image plane.

FIG. 5, FIG. 6 zeigen in Schnittbildern eine Zirkulatoranordnung, in welcher diese Schwingungsmoden H011 und H211 angeregt werden. Die Anregung erfolgt in dem Fachmann geläufiger Art über den Hohlleiteranschlußarm 1 mit einer Welle, beispielsweise vom Rechteckhohlleitermode H10. Die Y-Hohlleiterverzweigung ist zu einem kreiszylindrischen Hohlraumresonator 2 erweitert. Eine der Hohlleitergrundseiten des Resonators ist zur Impedanzanpassung mit einer die Hohlleiterhöhe reduzierenden, linearen Taperung 3 versehen. Diese Höhenreduzierung kann auch in Form einer kreisförmig umlaufenden Stufe erfolgen. Im Zentrum des Hohlraumresonators ist der kreiszylindrische Ferritkörper 4 durch zwei Kunststoffscheiben 5 isoliert gegen beide Hohlleitergrundseiten angeordnet. Der Ferritkörper hat die Form einer flachen Scheibe. Die Abmessungen liegen bei etwa 0,5 mm Höhe und 1,5 mm Durchmesser für eine Betriebsfrequenz von rund 93 GHz. Die Kunststoffscheiben haben einen geringfügig größeren Durchmesser als der Ferritkörper und weisen an ihrem Rand einen Kragen auf, in den der Ferritkörper eingelegt wird. Die Kunststoffscheiben ihrerseits sind in Sacklöcher in den Grundseiten des Hohlraumresonators eingesetzt. Dadurch ergibt sich eine selbständige Zentrierung des Ferritkörpers im Zentrum des Hohlraumresonators. Die Tiefe der Sacklöcher ist möglichst klein, um Feldverzerrungen der Stufe am Lochrand gering zu halten. Die beiden Permanentmagnete 6 erzeugen das erforderliche magnetische Gleichfeld.FIG. 5, FIG. 6 show in sectional images a circulator arrangement in which these oscillation modes H 011 and H 211 are excited. The excitation takes place in a manner familiar to the person skilled in the art via the waveguide connecting arm 1 with a shaft, for example of the rectangular waveguide mode H 10 . The Y waveguide branch is expanded to form a circular cylindrical cavity resonator 2. One of the waveguide bases of the resonator is provided with a linear taper 3 which reduces the waveguide height for impedance matching. This reduction in height can also take the form of a circular step. In the center of the cavity resonator, the circular-cylindrical ferrite body 4 is insulated from both sides of the waveguide by two plastic disks 5. The ferrite body has the shape of a flat disc. The dimensions are around 0.5 mm high and 1.5 mm in diameter for an operating frequency of around 93 GHz. The plastic discs have a slightly larger diameter than the ferrite body and have a collar at their edge into which the ferrite body is inserted. The plastic discs in turn are inserted into blind holes in the base sides of the cavity resonator. This results in an independent centering of the ferrite body in the center of the cavity. The depth of the blind holes is as small as possible in order to keep field distortions of the step at the edge of the hole low. The two permanent magnets 6 generate the required constant magnetic field.

FIG. 7 zeigt eine bevorzugte, weil besonders vorteilhafte Zirkulatoranordnung als Schnittbild in Seitenansicht. Die zum Hohlraumresonator 2 erweiterte Y-Hohlleiterverzweigung weist hier keine Grundseiten-Taperung auf, was sowohl in mechanischer als auch in elektromagnetischer Hinsicht von Vorteil ist. Die Anpassung erfolgt hier ausschließlich durch die Materialwahl bei den dielektrischen Abstandsscheiben 5. Die Abmessungen des Ferritkörpers 4 sind durch die Betriebsfrequenz und die gewünschten Schwingungsmoden H 011 und H 211 festgelegt. Die dielektrischen Abstandsscheiben haben den gleichen Durchmesser D wie der Ferritkörper 4. Die Abstandsscheiben 5 sind vorteilhafterweise mit dem Ferritkörper an den planen Flächen fest verklebt und bilden mit diesem einen kreiszylindrischen Körper mit einheitlicher Mantelfläche. Die Herstellung eines solchen zylindrischen Körpers erfolgt vorteilhafterweise aus einem Halbzeug, das aus einer Ferritscheibe und zwei auf diese geklebten dielektrischen Abstandsscheiben besteht. Die Herstellung des zylindrischen Körpers beschränkt sich dann im wesentlichen auf die Bearbeitung der Mantelfläche zur Erzielung des geforderten Durchmessers D. Die Klebeverbindungen der Ferritscheibe mit den Abstandsscheiben bleibt über alle Bearbeitungsvorgänge erhalten. Sowohl die Ferritscheibe als auch die Abstandsscheiben weisen bereits vor der Bearbeitung der Zylindermantelfläche genau die für den späteren Einsatz im Zirkulator erforderliche Dicke auf. Die Dicke des Ferritkörpers ist durch die gewünschten Schwingungsmoden H011 und H211 und die Betriebsfrequenz festgelegt. Da die Höhe der Hohlleiterverzweigung ohne Taperung gleich der Höhe des anregenden Hohlleiters ist, ist auch die Dicke d der Abstandsscheiben 5 vorgegeben. Die Anpassung der Zirkulatoranordnung an die zuführenden Hohlleiter erfolgt hierbei dadurch, daß das für die Abstandsscheiben verwandte dielektrische Material unter Berücksichtigung seiner Dielektrizitätskonstante E r so gewählt ist, daß die Dicke d der Scheiben gleich einer Viertelwellenlänge bezogen auf eine sich senkrecht zu den Hohlleitergrundseiten (in x-Richtung) in den Scheiben ausbreitende elektromagnetische Welle der Betriebsfrequenz ist. In erster Näherung ergibt sich die Wellenlänge einer solchen Welle über den Faktor 1/√εr aus der Freiraum- wellenlänge. Hierdurch wird der durch die Hohlleitergrundseiten gebildete elektrische Kurzschluß jeweils in einen elektrischen Leerlauf an den planen Grenzflächen des Ferritkörpers transformiert. Die Forderung nach einer magnetischen Grenzfläche des Ferritkörpers ist damit optimal erfüllt.FIG. 7 shows a preferred, because particularly advantageous, circulator arrangement as a sectional view in side view. The Y waveguide branching extended to the cavity resonator 2 has no base-side tapering here, which is advantageous both from a mechanical and an electromagnetic point of view. The adjustment here is made exclusively by the choice of material for the dielectric spacer discs 5. The dimensions of the ferrite body 4 are determined by the operating frequency and the desired vibration modes H 011 and H 211 . The dielectric spacers have the same diameter D as the ferrite body 4. The spacers 5 are advantageously firmly glued to the ferrite body on the flat surfaces and form a circular cylindrical body with a uniform outer surface. Such a cylindrical body is advantageously produced from a semifinished product which consists of a ferrite disc and two dielectric spacer discs bonded to it. The manufacture of the cylindrical body is then essentially limited to the machining of the lateral surface in order to achieve the required diameter D. The adhesive connections of the ferrite disc to the spacer discs are retained over all machining processes. Both the ferrite disk and the spacer disks already have exactly the thickness required for later use in the circulator before the cylinder surface is machined. The thickness of the ferrite body is determined by the desired vibration modes H 011 and H 211 and the operating frequency. Since the height of the waveguide branch without tapering is equal to the height of the exciting waveguide, the thickness d of the spacers is also 5 given. The adaptation of the circulator arrangement to the feeding waveguide takes place in that the dielectric material used for the spacer disks is selected taking into account its dielectric constant E r so that the thickness d of the disks is equal to a quarter wavelength with respect to a perpendicular to the waveguide base sides (in x Direction) is the electromagnetic wave of the operating frequency propagating in the disks. In a first approximation, the wavelength of such a wave is a factor of 1 / √ε r from the free space wavelength. As a result, the electrical short circuit formed by the waveguide base sides is in each case transformed into an electrical open circuit at the flat interfaces of the ferrite body. The requirement for a magnetic interface of the ferrite body is thus optimally met.

Claims (10)

1. Millimeterwellen-Zirkulator mit einem im Zentrum einer ebenen Hohlleiterverzweigung angeordneten und einem statischen Magnetfeld ausgesetzten kreiszylinderförmigen Ferritkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die die Resonanzfrequenz bestimmenden Dimensionen des Ferritkörpers so gewählt sind, daß die Betriebsfrequenz des Zirkulators im Bereich mindestens zweier eng benachbarter Resonanzfrequenzen höherer Ordnung als der des Grundschwingungsmodes des Ferritkörpers liegt.1. Millimeter-wave circulator with a circular cylindrical ferrite body arranged in the center of a flat waveguide branch and exposed to a static magnetic field, characterized in that the dimensions of the ferrite body which determine the resonance frequency are selected such that the operating frequency of the circulator is in the region of at least two closely adjacent resonance frequencies of a higher order than that of the fundamental mode of the ferrite body. 2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand der eng benachbarten Resonanzfrequenzen weniger als 10 % ihres arithmetischen Mittelwertes beträgt.2. Circulator according to claim 1, characterized in that the frequency spacing of the closely adjacent resonance frequencies is less than 10% of their arithmetic mean. 3. Zirkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch,gekennzeichnet, daß der Ferritzylinder symmetrisch zwischen den Hohlleitergrundseiten angeordnet und gegen beide Hohlleitergrundseiten isoliert ist.3. Circulator according to claim 1 or 2, characterized in that the ferrite cylinder is arranged symmetrically between the waveguide base sides and is insulated against both waveguide base sides. 4. Zirkulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkörper durch zwei dielektrische Abstandsscheiben gegen die Hohlleitergrundseiten isoliert ist.4. Circulator according to claim 3, characterized in that the ferrite body is insulated by two dielectric spacers against the waveguide base sides. 5. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkörper so dimensioniert ist, daß die Betriebsfrequenz im Bereich der Resonanzfrequenz des H011- und des H211 Schwingungsmodes liegt.5. Circulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ferrite body is dimensioned so that the operating frequency is in the range of the resonance frequency of the H 011 - and the H 211 vibration mode. 6. Zirkulator nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Abstandsscheiben und die Dielektrizitätskonstante des Materials der Abstandsscheiben so gewählt sind, daß die Scheibendicke gleich einer Viertelwellenlänge, bezogen auf eine sich in den Scheiben senkrecht zu den Hohlleitergrundseiten fortpflanzende Welle der Betriebsfrequenz ist.6. Circulator according to claim 4 and claim 5, characterized in that the thickness of the dielectric spacer washers and the dielectric constant of the material of the spacer washers are chosen such that the washer thickness is equal to a quarter wavelength, based on a wave propagating in the washers perpendicular to the waveguide base sides the operating frequency. 7. Zirkulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsscheiben mit dem Ferritkörper verklebt sind und einen einheitlichen zylindrischen Körper bilden.7. Circulator according to claim 6, characterized in that the spacers are glued to the ferrite body and form a uniform cylindrical body. 8. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterverzweigung zu einem kreiszylindrischen Hohlraumresonator erweitert ist.8. Circulator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the waveguide branch is expanded to form a circular cylindrical cavity resonator. 9. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet., daß die Hohlleiterhöhe im Verzweigungsbereich gleich der der Zuleitungshohlleiter ist.9. Circulator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the waveguide height in the branching area is equal to that of the feed waveguide. 10. Zirkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterhöhe im Bereich der Verzweigung der drei Hohlleiterarme zur Impedanzanpassung reduziert ist.10. Circulator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the waveguide height is reduced in the region of the branching of the three waveguide arms for impedance matching.
EP85103069A 1984-03-29 1985-03-16 Millimeter wave circulator Expired - Lifetime EP0156272B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3411621 1984-03-29
DE3411621 1984-03-29
DE3441354 1984-11-13
DE3441354 1984-11-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0156272A2 true EP0156272A2 (en) 1985-10-02
EP0156272A3 EP0156272A3 (en) 1986-09-10
EP0156272B1 EP0156272B1 (en) 1992-06-03

Family

ID=25819827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP85103069A Expired - Lifetime EP0156272B1 (en) 1984-03-29 1985-03-16 Millimeter wave circulator

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0156272B1 (en)
DE (1) DE3586137D1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988006807A1 (en) * 1987-02-26 1988-09-07 Hughes Aircraft Company Wide band circulator
WO2016180644A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-17 AMPAS GmbH Radio-frequency component

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3714608A (en) * 1971-06-29 1973-01-30 Bell Telephone Labor Inc Broadband circulator having multiple resonance modes
US3895319A (en) * 1972-11-17 1975-07-15 Thomson Csf High-power Y-junction H-plane circulator for microwave transmission

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3714608A (en) * 1971-06-29 1973-01-30 Bell Telephone Labor Inc Broadband circulator having multiple resonance modes
US3895319A (en) * 1972-11-17 1975-07-15 Thomson Csf High-power Y-junction H-plane circulator for microwave transmission

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1982 IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST, Dallas, Texas, US, 15. - 17. Juni 1982, Seiten 252-254, IEEE, New York, US; W. PIOTROWSKI et al.: "Low loss 92-100 GHz circulators" *
ARCHIV F]R ELEKTRONIK UND ]BERTRAGUNGSTECHNIK, Band 36, Nr. 6, Juni 1982, Seiten 258-260, W}rzburg, DE; A.-M. KHILLA: "Aufbau von breitbandigen H-Ebene-Hohlleiter-Y-Zirkulatoren" *
MIKROWELLEN & MILITARY ELECTRONICS MAGAZIN, Band 11, Nr. 1, Februar 1985, Seiten 22-24,26, Coburg, DE; W. HOLPP et al: "Breitbandige Mehrmoden-Hohlleiterzirkulatoren f}r den Millimeterwellenbereich" *
WISSENSCHAFTLICHE BERICHTE AEG-TELEFUNKEN, Band 54, Nr. 4-5, 1981, Seiten 212-218, Frankfurt/Main, DE; W. HOLPP: "Hohlleiterzirkulatoren f}r den Millimeterwellen-Bereich" *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988006807A1 (en) * 1987-02-26 1988-09-07 Hughes Aircraft Company Wide band circulator
WO2016180644A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-17 AMPAS GmbH Radio-frequency component

Also Published As

Publication number Publication date
EP0156272B1 (en) 1992-06-03
EP0156272A3 (en) 1986-09-10
DE3586137D1 (en) 1992-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2341903C2 (en) Electromagnetic wave filter
DE60026037T2 (en) DIELECTRIC RESONATOR AND DIELECTRIC FILTER
DE4026432C2 (en) Radial line slot antenna
DE3245658C2 (en)
DE2415284A1 (en) RESONANCE FILTER FOR LEVEL TRANSMISSION LINES
DE69816324T2 (en) COMPOSITE FILTER
DE3237250A1 (en) CIRCUIT-CONCENTRATED RESONATOR
DE3125763A1 (en) DIELECTRIC FILTER
DE69630163T2 (en) Dielectric resonator for microwave filters and filters with them
DE2723040A1 (en) DIELECTRIC RESONATOR
DE10050544B4 (en) Non-radiative dielectric waveguide
DE3706965C2 (en)
DE2654283C2 (en) Filter for very short electromagnetic waves
DE2326359C3 (en) Broadband circulator
DE2954629C2 (en)
DE2841754A1 (en) MICROWAVE FILTER
DE2512629C2 (en) Electronically tunable microwave coaxial magnetron
EP2100343B1 (en) Ferrite filter from iris-coupled finlines
DE1282102B (en) Device for processing electrical signal energy for frequencies up to and including the millimeter and submillimeter wave length range
DE69822081T2 (en) Dielectric filter, dielectric duplexer and communication device
DE3923209C2 (en)
EP0156272B1 (en) Millimeter wave circulator
DE19723286A1 (en) Device for filtering high-frequency signals
DE3509620A1 (en) Millimetric wave circulator
DE2236234C3 (en) Dielectric window for microwave energy

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): DE FR GB

Designated state(s): DE FR GB

17P Request for examination filed

Effective date: 19860327

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 19890516

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: HOLPP, WOLFGANG, DIPL.-ING.

Inventor name: BARTELS, STEFAN, DIPL.-ING.

REF Corresponds to:

Ref document number: 3586137

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19920709

ET Fr: translation filed
GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 746

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20020222

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20020309

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20020315

Year of fee payment: 18

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20030316

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031001

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20030316

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20031127

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST