EP0156272B1

EP0156272B1 - Millimeter wave circulator

Info

Publication number: EP0156272B1
Application number: EP85103069A
Authority: EP
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Bartels; Wolfgang Dipl.-Ing. Holpp
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1992-06-03
Anticipated expiration: 2005-03-16
Also published as: DE3586137D1; EP0156272A2; EP0156272A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Millimeterwellen-Zirkulator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Eine ähnliche wirkende Anordnung ist beispielsweise aus dem Artikel von W. Piotrowski et.al: "Low loss 92-100 GHz circulators"_, MTT-S, 15.-17. Juni 1982, Seite 252-254 bekannt.The invention relates to a millimeter-wave circulator of the type specified in the preamble of claim 1. A similar arrangement is, for example, from the article by W. Piotrowski et.al: "Low loss 92-100 GHz circulators" _, MTT-S, 15.- 17th June 1982, pages 252-254.

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.

Aus US-3 895 319 ist ein Zirkulator, bestehend aus einem kreiszylindrischen Hohlraum, bekannt. Er weist y-förmig angeordnete Hohlleiteranschlußöffnungen auf. Zentrisch sind dielektrische Scheiben auf der Boden- und Deckfläche des Hohlraums angeordnet. Zwischen diesen Scheiben und den Boden- und Deckflächen des Hohlraums sind zusätzliche Impedanzanpassungsscheiben ausgebildet.A circulator consisting of a circular cylindrical cavity is known from US Pat. No. 3,895,319. It has waveguide connection openings arranged in a Y-shape. Dielectric disks are arranged centrally on the bottom and top surface of the cavity. Additional impedance matching washers are formed between these washers and the bottom and top surfaces of the cavity.

Ferner ist von W. Piotrowski und S. Schell in "Low loss 92-100 GHz circulators", IEEE MTT-S, Juni 1982, Seite 252-254 die Ausbildung eines Ferritkörpers zwischen zwei Impedanzanpassungsscheiben, die zwischen zwei parallel verlaufenden Wandungen angeordnet sind, bekannt.Furthermore, W. Piotrowski and S. Schell in "Low loss 92-100 GHz circulators", IEEE MTT-S, June 1982, pages 252-254, describe the formation of a ferrite body between two impedance matching disks which are arranged between two parallel walls. known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zirkulator der eingangs genannten Art mit gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vergrößerter Bandbreite anzugeben.The invention has for its object to provide a circulator of the type mentioned with a significantly increased bandwidth compared to 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 solution to this problem according to the invention 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 the individual parameters have been widely described 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 oscillation modes, for example, lie close together, 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 H₀₁₁- 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 in the region of the resonance frequencies of the ferrite body is in the H im₁₁ and H₂₁₁ 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 am Rande des 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. For the particularly advantageous H₀₁₁ and H₂₁₁ vibration modes all-round magnetic interfaces are required at the edge of the dielectric, d. H. at the interfaces of the ferrite body, both the resonance field in the ferrite body and the exciting wave field should not have any surface-parallel component of the magnetic field.

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 branch 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 Zirkulatoraufbau in Seitenansicht mit einer Hohlleiterhöhenreduzierung gemäß dem Stand der Technik.
FIG. 7: ein Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Zirkulatoraufbau in Seitenansicht.

The invention is illustrated below using an exemplary embodiment with reference to the figures. It shows

FIG. 1: the frequency response of the blocking attenuation in a circulator from the prior art
FIG. 2nd: the frequency response of the blocking attenuation in a circulator according to the invention
FIG. 3rd: the field course at the H₀₁₁ resonance
FIG. 4th: the field course at the H₂₁₁ resonance
FIG. 5: a sectional view through a circulator in plan view
FIG. 6: a sectional view of a circulator in side view with a waveguide height reduction according to the prior art.
FIG. 7: a sectional view of a circulator structure according to the invention in 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 submillimeter 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 f₁ 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, in the construction of a circulator according to the invention, there is a frequency dependence of the blocking attenuation, as shown in FIG. 2 is outlined. The two resonance frequencies f ₁ 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 i. a. Subsequent voting is not necessary or can be carried out with little effort.

Bei der H₀₁₁-Resonanz, deren auf die Ebene der Hohlleiterverzweigung 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.In the H₀₁₁ resonance, whose projected onto the level of the waveguide field line course 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 H₂₁₁ resonance, the 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` Hierbei ist dem Fachmann bekannt, eine Impedanzan passung mittels einer Reduzierung der Hohlleiterhöhe zu erreichen 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 views a circulator arrangement in which these vibration modes H₀₁₁ and H₂₁₁ 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 1. 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 tapering 3 that reduces the waveguide height for impedance matching. It is known to the person skilled in the art to achieve an impedance matching by reducing the waveguide height. This height reduction can also take place in 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 H₀₁₁ und H₂₁₁ 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 ε_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/ √ε_r aus der Freiraumwellenlänge. 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 is made here exclusively by the choice of material for the dielectric spacers 5. The dimensions of the ferrite body 4 are determined by the operating frequency and the desired vibration modes H₀₁₁ and H₂₁₁. 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 H₀₁₁ and H₂₁₁ 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 ε _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 results from the factor 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

Millimetre wave circulator consisting of a cavity resonator with three waveguide connecting arms (1) and a centrally arranged cylindrical ferrite body (4) with dielectric spacer discs (5) at its end faces, wherein the operating frequency of the circulator lies in the range of at least two closely adjacent resonance frequencies of higher order than that of the fundamental oscillation mode,
characterised thereby, that
- the cavity resonator (2) is of cylindrical shape,

- the waveguide connecting arms (1) are arranged in y-shape,

- the matching of the circulator takes place substantially by the choice of the dimensions and material of the ferrite body (4) and the spacer discs (5) and

- H₀₁₁ and H₂₁₁ oscillation modes are excited in the ferrite body (4).
Circulator according to claim 1, characterised thereby, that the frequency spacing of the closely adjacent resonance frequencies amounts to less than 10% of their arithmetic mean value.
Circulator according to claim 1 or 2, characterised thereby, that the ferrite cylinder is arranged symmetrically between the waveguide base sides and insulated from both waveguide base sides.
Circulator according to claim 3, characterised thereby, that the ferrite body is insulated from the waveguide base sides by two dielectric spacer discs.
Circulator according to claim 4, characterised thereby, that the thickness of the dielectric spacer discs and the dielectric constant of the material of the dielectric spacer discs is so selected that the disc thickness is equal to a quarter wavelength referred to a wave at the operating frequency propagating in the discs perpendicularly to the waveguide base sides.
Circulator according to claim 5, characterised thereby, that the spacer discs are cemented together with the ferrite body and form a unitary cylindrical body.
Circulator according to one of the claims 1 to 6, characterised thereby, that the waveguide height in the branching region is equal to that of the feed waveguides.