EP0827234A2 - Mikrowellen-Bauelement - Google Patents

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EP0827234A2
EP0827234A2 EP97202541A EP97202541A EP0827234A2 EP 0827234 A2 EP0827234 A2 EP 0827234A2 EP 97202541 A EP97202541 A EP 97202541A EP 97202541 A EP97202541 A EP 97202541A EP 0827234 A2 EP0827234 A2 EP 0827234A2
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EP
European Patent Office
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electrical conductor
recess
ferromagnetic material
microwave component
microwave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97202541A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0827234A3 (de
Inventor
Lars Walther
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.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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Publication date
Application filed by Philips Corporate Intellectual Property GmbH, Philips Patentverwaltung GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV, Philips Electronics NV filed Critical Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Publication of EP0827234A2 publication Critical patent/EP0827234A2/de
Publication of EP0827234A3 publication Critical patent/EP0827234A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • the invention relates to a microwave component with a electromagnetic resonance arrangement, the at least one flat and the desired operating frequency and vibration training accordingly edged electrical conductor includes.
  • microwave components are are known and are used, for example, in microwave circuits Stripline technology used.
  • the electrical conductor of such a Strip line, which also form an electromagnetic resonance arrangement can be flat in such a way that it as a covering on a the electrical material arranged or as a conductive sheet or foil is trained.
  • the edge of such is flat trained electrical conductor to be regarded as essentially linear, since with the usual material thicknesses of such electrical conductors, i.e. their Dimensions perpendicular to the directions of the planar formation, the Area of the borders small compared to the surfaces of the electrical Are leaders in the directions of flat training.
  • the present invention always with a flat electrical conductor line-shaped boundary.
  • microwave components are used in particular in microwave circuits used as circulators.
  • the described flat electrical conductor can be used in a Stripline arrangement parallel to the surface of at least one other electrical conductor may be arranged; in particular, such an electrical Conductor with its two-dimensional extent between two essentially to each other parallel, further flat conductors can be inserted.
  • Such Arrangements for the transmission of microwaves are known in principle and in this arrangement, which is known in principle, is not in itself the subject of present invention.
  • the resonance frequency of this resonance arrangement and the field distribution of the electromagnetic that develops in the case of resonance Field of the shape and dimensions of the boundary of the flat electrical conductor. It is observed that for a reduction in Resonance frequency of such resonance arrangements the dimensions of the electrical conductor enlarged in the directions of its flat formation Need to become. Such an increase in the dimensions of the electrical Conductor and thus the electromagnetic resonance arrangement can in Contradiction to a requirement for the small size of the concerned Microwave component stand.
  • the invention has the task of lowering the resonance frequency To achieve resonance arrangement without increasing its external dimensions.
  • this object is achieved in the case of a microwave component type mentioned solved by a recess in the planar extent of the electrical conductor. If the microwave component is designed as non-reciprocal component by at least one-sided limitation of the electrical conductor with ferromagnetic material has this feroomagnetic Material according to the invention in its along the flat formation of the electrical conductor extending flat area a recess. This leaves the dimensions of the outer edge of the electrical conductor and therefore also those of the resonance arrangement unchanged, even if the Resonance frequency, i.e. the operating frequency of the resonance arrangement is reduced becomes.
  • the microwave component according to the invention is not designed Reciprocal component by the surface delimiting the electrical conductor Ferromagnetic material results in the reduction in the resonance frequency unchanged external dimensions either through the recess in the electrical conductor. the ferromagnetic material or both.
  • the two the latter measures also lead to a noticeable Reduction in the volume of the ferromagnetic material for the Microwave component according to the invention. This can add weight and manufacturing costs for the ferromagnetic material and thus for the microwave component according to the invention can be saved.
  • both the electrical conductor and the ferromagnetic material each have a recess in it have two-dimensional expansion.
  • the recess of the corresponds electrical conductor in its delimitation along the planar extent at least largely with the recess of the ferromagnetic material.
  • these recesses can lie congruently one above the other, at least, however, geometrically similar contours along the flat Have extension with preferably coinciding centers of symmetry. This is, for example, the same for concentric, circular recesses of different diameters, triangles with identical angles and coincident focal points or the like.
  • This enables distributions of the electromagnetic field which is different from that of the continuous, i.e. without Recess of flat electrical conductor or ferromagnetic Materials are only slightly different. It is preferably achieved that the resonance arrangement with the recess in resonance operation of the same Shaft type forms like without the recess.
  • the recess is advantageous arranged around the point of symmetry or on the line of symmetry.
  • the symmetries desired for the operation of the microwave component also obtained after insertion of the recess made according to the invention. This applies in particular if the recess is essentially symmetrical with respect to the Point of symmetry or the line of symmetry is formed.
  • a preferred application of the microwave component according to the invention consists in his training as a non-reciprocal component, which training is achieved in particular in that the electrical conductor at least on one side area is limited by ferromagnetic material.
  • the electrical conductor is flat on the surface a ferromagnetic body is arranged.
  • the ferromagnetic body can be strip-shaped in the form of a disk be formed and between the flat electrical conductor and the surface of the further head.
  • a layer arrangement is also possible the electrical in the space between two parallel, facing each other conductive surfaces and a first one perpendicular to them ferromagnetic disc, the flat electrical conductor and a second ferromagnetic disc are inserted.
  • the microwave component according to the invention comes used in a microwave circulator.
  • the microwave component according to the invention shows a series of for the practical use of very important advantages. So compared to the stand The technology first avoided that the resonance arrangement of the microwave circulator geometrically enlarged and the circulator by its size is no longer useful if it is at a lower operating frequency to be dimensioned. Also the use of a changed one ferromagnetic material with higher saturation magnetization and thus indispensable use of a stronger external magnetic field can be dispensed with, so that when Use of the microwave circulator according to the invention larger or more expensive Magnets are not required. Rather, these components can be from the microwave circulator the dimensioning chosen for the original operating frequency unchanged.
  • Fig. 1 shows in the form of a schematic, perspective exploded drawing the layered structure of a microwave circulator with a Microwave component according to the invention with a flat design electrical conductor 1 is constructed.
  • This electrical conductor 1 is in Fig. 1 in the Kind of a sheet with a surface 2 and one in comparison with the size this surface 2 is shown essentially in the form of a line 3.
  • the electrical conductor 1 represents a cylindrical body of very high low height, the surface 2 as a cover surface and a bottom surface Consistently shaped, the surface 2 opposite surface and has a lateral surface of very low height. Because strictly speaking flat formation of the lateral surface for the explanation of the present Invention is not important, the electrical conductor 1 is simplified as Disc with a surface 2 and with a linear border 3 instead considered the surface-shaped boundary.
  • Fig. 2 shows a plan view of the electrical conductor 1, as for the 1 according to the teaching of the present invention for Lowering the operating frequency can be formed with a recess 10.
  • the Electrical conductor 1 in FIGS. 1 and 2 is schematically simplified shown in the form of a circular disk; the recess 10 is also circularly edged and arranged concentrically with the edge 3 of the electrical conductor 1.
  • Resonance frequency can be influenced. At least in one particular Dimensional range for the diameter of the recess 10, the resonance frequency decrease to the same extent as the diameter of the recess 10 increases.
  • the electrical conductor 1 has the for its use in one Microwave circulator attached three connecting lines 11, 12, 13 on the are also formed in the form of a strip line.
  • these connecting lines 11, 12, 13th dimensioned uniformly and evenly over the circumference of the distributed circular electrical conductor 1.
  • Connection lines are available in a different number and arrangement.
  • FIGS. 1 and 2 show in a representation corresponding to Figure 2 more Embodiments for the design of the electrical conductor 1 according to the Invention.
  • These electrical conductors 1 are also for use in one Microwave circulator provided; with the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 matching elements are again with the same reference numerals Mistake.
  • the electrical conductor 1 has an outer edge 3, which in their basic shape forms a circular disc with a geometric center 14.
  • the junction (third) connecting line 13 in the electrical Head 1 is expanded like a funnel. This expansion will, among other things, make one improved wave impedance matching achieved.
  • the connecting lines 11, 12, 13 are also of different widths to form different ones Shaft resistances executed.
  • the designs of the electrical conductors 1 according to FIGS. 3 and 43 differ in the geometric shape of the edge of the recess 10. While in Figure 3, the recess 10 is circular and concentric the circular sections of the boundary 3 of the electrical conductor 1 is the edge of the recess 10 in Fig. 4 in the form of an equilateral Triangular, the sides of which are parallel to the flats of the outer Boundary in the area of the mouths of the connecting lines 11, 12, 13 out are and its focus with the geometric center 14 of the electrical conductor 1 coincides. In a modification of the embodiment 4, the corners of the triangular recess 10 can also be rounded to reduce ohmic losses in particular.
  • FIG. 5 another embodiment of the invention is schematically in Fig. 1 shown microwave circulator shown, with already described Elements are again provided with identical reference symbols.
  • 5 are in addition to the design of the electrical conductor 1 with its recess 10 cutouts 15 and 16 are also provided in ferromagnetic material 4 and 5, respectively.
  • the disks 4 and 5 are made of ferro-magnetic Material broken through in such a way that they form the recesses Breakthroughs concentric and at least largely congruent Boundaries come to rest on the recess 10 in the electrical conductor 1.
  • Fig. 6 is this position of the disc 4 made of ferromagnetic material with its Recess 15 relative to the electrical conductor 1 by a dash-dotted line shown schematically.
  • FIG. 7 shows the electrical conductor shown in FIG. 3 in a corresponding manner 1 with the contours also indicated by a dash-dotted line Disk 4 made of ferromagnetic material
  • Fig. 8 shows the electrical conductor 1 in the embodiment of FIG. 4 with a disk 4 indicated by dash-dotted lines ferromagnetic material
  • the recess 15 of the contour of the recess 10 4 is adapted.
  • the recess 15 in the disc 4 6 has the recess 15 in the ferromagnetic material 7 a compared to the recess 10 in the electrical conductor 1 increased diameter, which also results in increased savings ferromagnetic material can be achieved.
  • the recess 15 is in the washer 4 of the triangular shape of the recess 10 in the electrical conductor 1 customized.
  • the disk 5, not shown in FIGS. 6 to 8, can be preferred be identical to the disk 4. They are also for training the recesses 15 and 16 in the ferromagnetic material other than that represented geometric shapes possible.
  • FIG. 9 A modification of these arrangements is shown in FIG. 9, in which only those in FIG Representation of lower disk 5 made of fero-magnetic material, a recess 16 where, on the other hand, both the upper disk 4 and the electrical conductor 1 are designed without a recess.
  • Disc 4 have a recess, or one of the discs 4,5 and electrical conductors 1 each have a recess.
  • the recesses can also 15, 16 in the ferromagnetic material as depressions, not - as shown - as Breakthroughs should be formed.

Landscapes

  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Mikrowellen-Bauelement mit einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die wenigstens einen flächig ausgebildeten und der gewünschten Betriebsfrequenz und Schwingungsausbildung entsprechend berandeten elektrischen Leiter umfaßt. Wahlweise ist eine Ausbildung als nicht reziprokes Bauelement dadurch vorgesehen, daß der elektrische Leiter wenigstens einseitig flächig von ferromagnetischem Material begrenzt ist. Um bei diesem Bauelement eine Absenkung der Resonanzfrequenz der Resonanzanordnung ohne Vergrößerung ihrer äußeren Abmessungen zu erreichen, ist eine Aussparung in der flächigen Ausdehnung des elektrischen Leiters bzw. des ferromagnetischen Materials oder beider vorgesehen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellen-Bauelement mit einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die wenigstens einen flächig ausgebildeten und der gewünschten Betriebsfrequenz und Schwingungsausbildung entsprechend berandeten elektrischen Leiter umfaßt. Derartige Mikrowellen-Bauelemente sind bekannt und werden beispielsweise in Mikrowellenschaltungen in Streifenleitungstechnik verwendet. Dabei kann der elektrische Leiter einer derartigen Streifenleitung, der auch eine elektromagnetische Resonanzanordnung ausbilden kann, in der Weise flächig ausgeformt sein, daß er als Belag auf einem dieelektrischen Material angeordnet oder als leitendes Blech oder leitende Folie ausgebildet ist. In jedem Fall ist die Berandung eines derartigen, flächig ausgebildeten elektrischen Leiters als im wesentlichen linienförmig anzusehen, da bei den üblichen Materialstärken derartiger elektrischer Leiter, d.h. ihren Abmessungen senkrecht zu den Richtungen der flächigen Ausbildung, die Flächeninhalte der Berandungen klein gegenüber den Oberflächen des elektrischen Leiters in den Richtungen der flächigen Ausbildung sind. In diesem Sinne wird bei der vorliegenden Erfindung stets von einem flächigen elektrischen Leiter mit linienförmiger Berandung ausgegangen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einMikrowellen-Bauelement mit
  • einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die wenigstens einen flächig ausgebildeten und der gewünschten Betriebsfrequenz und Schwingungsausbildung entsprechend berandeten elektrischen Leiter umfaßt, und
  • einer Ausbildung als nicht reziprokes Bauelement dadurch, daß der elektrische Leiter wenigstens einseitig flächig von ferromagnetischem Material begrenzt ist.
Derartige Mikrowellen-Bauelemente werden insbesondere in Mikrowellen-Schaltungen als Zirkulatoren eingesetzt.
Der beschriebene, flächig ausgebildete elektrische Leiter kann bei einer Streifenleitungsanordnung parallel zur Oberfläche wenigstens eines weiteren elektrischen Leiters angeordnet sein; insbesondere kann ein solcher elektrischer Leiter mit seiner flächigen Ausdehnung zwischen zwei im wesentlichen zueinander parallel angeordneten, weiteren flächigen Leitern eingefügt sein. Derartige Anordnungen für die Weiterleitung von Mikrowellen sind im Prinzip bekannt und in dieser prinzipiell bekannten Anordnung für sich genommen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Bei einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die einen flächig ausgebildeten elektrischen Leiter umfaßt, wird die Resonanzfrequenz dieser Resonanzanordnung und die im Resonanzfall sich ausbildende Feldverteilung des elektromagnetischen Feldes von Form und Abmessungen der Berandung des flächig ausgebildeten elektrischen Leiters abhängen. Dabei wird beobachtet, daß für eine Verringerung der Resonanzfrequenz derartiger Resonanzanordnungen die Abmessungen des elektrischen Leiters in den Richtungen seiner flächigen Ausbildung vergrößert werden müssen. Eine derartige Vergrößerung der Abmessungen des elektrischen Leiters und damit der elektromagnetischen Resonanzanordnung kann aber im Widerspruch zu einer Forderung nach geringer Baugröße des betreffenden Mikrowellen-Bauelements stehen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Absenkung der Resonanzfrequenz der Resonanzanordnung ohne Vergrößerung ihrer äußeren Abmessungen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Mikrowellen-Bauelement der eingangs genannten Art gelöst durch eine Aussparung in der flächigen Ausdehnung des elektrischen Leiters. Bei einer Ausbildung des Mikrowellen-Bauelements als nicht reziprokes Bauelement durch eine wenigstens einseitig flächige Begrenzung des elektrischen Leiters mit ferromagnetischem Material weist dieses feroomagnetische Material erfindungsgemäß in seiner entlang der flächigen Ausbildung des elektrischen Leiters sich erstreckenden flächigen Ausdehnung eine Ausparung auf. Damit bleiben die Abmessungen der äußeren Berandung des elektrischen Leiters und deswegen auch diejenigen der Resonanzanordnung unverändert, auch wenn die Resonanzfrequenz, d.h. die Betriebsfrequenz der Resonanzanordnung, vermindert wird. Bei Ausbildung des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelements als nicht reziprokes Bauelement durch das den elektrischen Leiter flächig begrenzende ferromagnetische Material ergibt sich die Verminderung der Resonanzfrequenz bei unveränderten äußeren Abmessungen wahlweise durch die Aussparung in dem elektrischen Leiter. dem ferromagnetischen Material oder in beiden. Die beiden letztgenannten Maßnahmen führen darüberhinaus auch zu einer spürbaren Verringerung des Volumens des ferromagnetischen Materials für das erfindungsgemäße Mikrowellen-Bauelement. Dadurch können zusätzlich Gewicht und Herstellungskosten für das ferromagnetische Material und somit für das erfindungsgemäße Mikrowellen-Bauelement eingespart werden.
Bevorzugt kann bei dem erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelement sowohl der elektrische Leiter als auch das ferromagnetische Material je eine Aussparung in ihrer flächigen Ausdehnung aufweisen. Dabei korrespondiert die Aussparung des elektrischen Leiters in ihrer Umgrenzung entlang der flächigen Ausdehnung wenigstens weitgehend mit der Aussparung des ferromagnetischen Materials. Insbesondere können diese Aussparungen deckungsgleich übereinander liegen, zumindest aber einander geometrisch ähnliche Konturen entlang der flächigen Ausdehnung mit bevorzugt zusammenfallenden Symmetriezentren aufweisen. Dies ist beispielsweise erfüllt für konzentrische, kreisförmige Aussparungen gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers, Dreiecke mit identischen Winkeln und zusammenfallenden Schwerpunkten oder dergleichen.
Vorteilhaft ist die Aussparung in den Richtungen der flächigen Ausbildung des elektrischen Leiters allseitig von dessen leitendem Material umgeben. In entsprechender Weise umgibt das ferromagnetische Material in den Richtungen seiner flächigen Ausbildung die Aussparung allseitig. Dies ermöglicht Verteilungen des elektromagnetischen Feldes, die von denjenigen des ununterbrochen, d.h. ohne Aussparung flächig ausgebildeten elektrischen Leiters bzw. ferromagnetischen Materials nur geringfügig verschieden sind. Vorzugsweise wird dabei erreicht, daß die Resonanzanordnung mit der Aussparung im Resonanzbetrieb denselben Wellentyp ausbildet wie ohne die Aussparung. Bei einem Mikrowellen-Bauelement der vorbeschriebenen Art, bei dem die flächige Ausbildung des elektrischen Leiters und/oder des ferromagnetischen Materials sich im wesentlichen um einen Symmetriepunkt oder eine Symmetrielinie erstreckt, ist vorteilhaft die Aussparung um den Symmetriepunkt bzw. auf der Symmetrielinie angeordnet. Dadurch bleiben die für den Betrieb des Mikrowellen-Bauelements gewünschten Symmetrien auch nach Einfügung der erfindungsgemäß vorgenommenen Aussparung erhalten. Dies gilt insbesondere, wenn die Aussparung im wesentlichen symmetrisch bezüglich des Symmetriepunktes bzw. der Symmetrielinie ausgebildet ist.
Ein bevorzugter Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelements besteht in seiner Ausbildung als nichtreziprokes Bauelement, welche Ausbildung insbesondere dadurch erreicht wird, daß der elektrische Leiter wenigstens einseitig flächig von ferromagnetischem Material begrenzt ist. Dies kann beispielsweise dadurch vorgenommen sein, daß der elektrische Leiter flächig auf der Oberfläche eines ferromagnetischen Körpers angeordnet wird. Im Anwendungsfall für eine Streifenleiteranordnung kann der ferromagnetische Körper scheibenförmig ausgebildet sein und zwischen dem flächigen elektrischen Leiter und der Oberfläche des weiteren Leiters eingefügt werden. Auch eine Schichtanordnung ist möglich, bei der im Zwischenraum zwischen zwei parallelen, einander zugewandten, elektrisch leitenden Flächen und zu diesen senkrecht aufeinanderfolgend eine erste ferromagnetische Scheibe, der flächige elektrische Leiter und eine zweite ferromagnetische Scheibe eingefügt sind.
In einer bevorzugten Ausbildung kommt das erfindungsgemäße Mikrowellen-Bauelement in einem Mikrowellen-Zirkulator zum Einsatz. Besonders bei diesem Einsatzfall zeigt das erfindungsgemäße Mikrowellen-Bauelement eine Reihe von für den praktischen Einsatz sehr wesentlichen Vorteilen. So wird gegenüber dem Stand der Technik zunächst vermieden, daß die Resonanzanordnung des Mikrowellen-Zirkulators geometrisch vergrößert wird und der Zirkulator durch seine Baugröße nicht mehr sinnvoll einsetzbar ist, wenn er auf eine niedrigere Betriebsfrequenz diemensioniert werden soll. Auch wird der Einsatz eines geänderten ferromagnetischen Materials mit höherer Sättigungsmagnetisierung und der damit unabdingbare Einsatz eines stärkeren äußeren Magnetfeldes entbehrlich, so daß beim Einsatz des Mikrowellen-Zirkulators gemäß der Erfindung größere oder teurere Magnete nicht erforderlich sind. Vielmehr können diese Bauteile vom Mikrowellen-Zirkulator der für die ursprüngliche Betriebsfrequenz gewählten Dimensionierung unverändert übernommen werden. Dadurch werden auch beträchtliche Fertigungskosten eingespart. Dieselben Vorteile ergeben sich auch dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelement die äußere Berandung des flächigen elektrischen Leiters unverändert bleibt. Im übrigen ist durch die erfindungsgemäße Aussparung im flächigen elektrischen Leiter eine stärkere Absenkung der Betriebsfrequenz möglich, als dies durch besondere Ausbildungen der Außenberandung des flächigen elektrischen Leiters oder der diesen enthaltenden elektromagnetischen Resonanzanordnung möglich wäre.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der
Fig. 1
den prinzipiellen Aufbau eines Mikrowellen-Zirkulators mit einem flächigen elektrischen Leiter,
Fig. 2
ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Leiter,
Figuren 3 und 4
weitere Abwandlungen der Ausbildung des elektrischen Leiters gemäß der Erfindung,
Fig. 5
ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Ausbildung des Mikrowellen-Zirkulators nach Fig. 1,
Figuren 6 bis 8
Beispiele für Abwandlungen des Mikrowellen-Zirkulators nach Fig. 5 und
Fig. 9
eine weitere erfindungsgemäße Abwandlung des Mikrowellen-Zirkulators nach Fig. 1 zeigen.
Fig. 1 zeigt in der Form einer schematischen, perspektivischen Explosionszeichnung den schichtförmigen Aufbau eines Mikrowellen-Zirkulators, der mit einem erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelement mit einem flächig ausgebildeten elektrischen Leiter 1 aufgebaut ist. Dieser elektrische Leiter 1 ist in Fig. 1 in der Art eines Bleches mit einer Oberfläche 2 und einer im Vergleich mit der Größe dieser Oberfläche 2 im wesentlichen linienförmigen Berandung 3 dargestellt. Zwar stellt der elektrische Leiter 1 streng genommen einen zylindrischen Körper von sehr geringer Höhe dar, der als Deckelfläche die Oberfläche 2 und als Bodenfläche eine übereinstimmend geformte, der Oberfläche 2 gegenüberliegende Fläche aufweist sowie eine Mantelfläche sehr geringer Höhe besitzt. Da die streng genommen flächige Ausbildung der Mantelfläche für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung ist, wird der elektrische Leiter 1 vereinfacht als Scheibe mit einer Oberfläche 2 und mit einer linienförmigen Berandung 3 anstelle der mantelflächenförmigen Berandung betrachtet.
In zur Richtung der flächigen Ausbildung des elektrischen Leiters 1 senkrechter Richtung, d.h. in Richtung senkrecht zur Oberfläche 2, sind an den elektrischen Leiter 1 schichtförmig weitere Bauteile angefügt, und zwar in beiden Richtungen ausgehend vom elektrischen Leiter 1 zunächst je eine Scheibe 4 bzw. 5 aus ferromagnetischem Material (oder bevorzugt: Ferrit), je eine Polscheibe 6 bzw. 7 und je ein ebenfalls scheibenförmig ausgebildeter Magnet 8 bzw. 9. Durch die Magnete 8, 9 wird die Schichtstruktur aus Polscheiben 6, 7, Scheiben 4, 5 aus ferromagnetischem Material (bzw. Ferritscheiben) und elektrischem Leiter 1 von einem homogenen, zeitlich konstanten Magnetfeld durchsetzt. In Fig. 1 ist der elektrische Leiter 1 zunächst ohne Aussparung dargestellt; Fig. 1 repräsentiert somit die Ausbildung des Mikrowellen-Zirkulators für eine bestimmte, "hohe" Betriebsfrequenz (d.h. "hohe" Resonanzfrequenz).
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den elektrischen Leiter 1, wie er für den Mikrowellen-Zirkulator gemäß Fig. 1 nach Lehre der vorliegenden Erfindung zur Absenkung der Betriebsfrequenz mit einer Aussparung 10 ausgebildet sein kann. Der elektrische Leiter 1 in Fig. 1 und Fig. 2 ist dabei vereinfachend schematisch kreisscheibenförmig dargestellt; die Aussparung 10 ist ebenfalls kreisförmig berandet und mit der Berandung 3 des elektrischen Leiters 1 konzentrisch angeordnet. Durch entsprechende Dimensionierung des Durchmessers der Aussparung 10 kann die Resonanzfrequenz beeinflußt werden. Dabei wird wenigstens in einem bestimmten Abmessungsbereich für den Durchmesser der Aussparung 10 die Resonanzfrequenz in gleichem Maße abnehmen, wie der Durchmesser der Aussparung 10 zunimmt.
In den Figuren 1 und 2 weist der elektrische Leiter 1 die für seinen Einsatz in einem Mikrowellen-Zirkulator angefügten drei Anschlußleitungen 11, 12, 13 auf, die ebenfalls in Form einer Streifenleitung ausgebildet sind. In der sehr schematischen Darstellung der Figuren 1 und 2 sind diese Anschlußleitungen 11, 12, 13 übereinstimmend dimensioniert und gleichmäßig über den Umfang des kreisscheibenförmigen elektrischen Leiters 1 verteilt. Für einen Einsatz des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelements in einer anderen Anwendung als dem beschriebenen Mikrowellen-Zirkulator können selbstverständlich die Anschlußleitungen in veränderter Anzahl und Anordnung vorliegen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in einer der Figur 2 entsprechenden Darstellung weitere Ausführungsbeispiele für die Gestaltung des elektrischen Leiters 1 gemäß der Erfindung. Auch diese elektrischen Leiter 1 sind für den Einsatz in einem Mikrowellen-Zirkulator vorgesehen; mit den Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 und 2 übereinstimmende Elemente sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Der elektrische Leiter 1 weist hier eine äußere Berandung 3 auf, die in ihrer Grundform eine Kreisscheibe mit einem geometrischen Mittelpunkt 14 bildet. In der Umgebung der Einmündungen der Anschlußleitungen 11, 12, 13 in den elektrischen Leiter 1 ist dessen Berandung in Form eines gleichseitigen Dreiecks abgeplattet, wobei die Einmündung (dritten) Anschlußleitung 13 in den elektrischen Leiter 1 trichterartig erweitert ist. Durch diese Erweiterung wird unter anderem eine verbesserte Wellenwiderstandsanpassung erzielt. Die Anschlußleitungen 11, 12, 13 sind darüberhinaus in unterschiedlicher Breite zur Bildung unterschiedlicher Wellenwiderstände ausgeführt.
Die Ausbildungen der elektrischen Leiter 1 nach den Figuren 3 und 43 unterscheiden sich in der geometrischen Form der Berandung der Aussparung 10. Während in Figur 3 die Aussparung 10 kreisförmig berandet ist und konzentrisch zu den kreisförmigen Abschnitten der Berandung 3 des elektrischen Leiters 1 liegt, ist die Berandung der Aussparung 10 in Fig. 4 in der Form eines gleichseitigen Dreiecks ausgeführt, dessen Seiten parallel zu den Abplattungen der äußeren Berandung im Bereich der Einmündungen der Anschlußleitungen 11, 12, 13 geführt sind und dessen Schwerpunkt mit dem geometrischen Mittelpunkt 14 des elektrischen Leiters 1 zusammenfällt. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 können die Ecken der dreieckförmigen Aussparung 10 auch verrundet sein, um insbesondere ohm'sche Verluste zu vermindern.
Darüberhinaus sind auch Aussparungen anderer geometrischer Formen möglich. Allen gemeinsam ist die einfache Herstellbarkeit im selben Fertigungsschritt wie demjenigen des elektrischen Leiters 1. Da außer diesem alle übrigen Bauteile des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Bauelements durch die Dimensionierung für eine andere Betriebsfrequenz nicht berührt werden, ist eine einfache, standardisierbare Auslegung auf unterschiedliche Betriebsfrequenzen mit äußerst geringem Fertigungsaufwand möglich. Insbesondere muß das erfindungsgemäße, eine Resonatoranordnung umfassende Mikrowellen-Bauelement in einer äußeren Berandung nicht verändert werden, und auch seine Hochfrequenz-Übertragungseigenschaften bleiben unverändert.
In Fig. 5 ist eine andere erfindungsgemäße Ausbildung des in Fig. 1 schematisch dargestellten Mikrowellen-Zirkulators wiedergegeben, wobei bereis beschriebene Elemente wieder mit identischen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 5 sind zusätzlich zu der Ausbildung des elektrischen Leiters 1 mit seiner Aussparung 10 auch Aussparungen 15 bzw. 16 im ferromagnetischen Material 4 bzw. 5 vorgesehen. Im Beispiel nach Fig. 5 sind dazu die Scheiben 4 bzw. 5 aus dem feroomagnetischen Material in der Weise durchbrochen, daß diese die Aussparungen bildenden Durchbrüche konzentrisch und wenigstens weitgehend mit deckungsgleicher Berandung auf der Aussparung 10 im elektrischen Leiter 1 zu liegen kommen. In Fig. 6 ist diese Lage der Scheibe 4 aus ferromagnetischem Material mit ihrer Aussparung 15 relativ zum elektrischen Leiter 1 durch eine strichpunktierte Linie schematisch dargestellt.
Fig. 7 zeigt in entsprechender Weise den in Fig. 3 dargestellten elektrischen Leiter 1 mit ebenfalls durch eine strichpunktierte Linie in ihren Konturen angedeuteter Scheibe 4 aus ferromagnetischem Material, und Fig. 8 zeigt den elektrischen Leiter 1 in der Ausbildung der Fig. 4 mit einer strichpunktiert angedeuteten Scheibe 4 aus ferromagnetischem Material, deren Aussparung 15 der Kontur der Aussparung 10 gemäß Fig. 4 angepaßt ist. In Abwandlung der Aussparung 15 in der Scheibe 4 aus ferromagnetischem Material gemäß Fig. 6 weist die Aussparung 15 in der Ausbildung gemäß Fig. 7 einen gegenüber der Aussparung 10 im elektrischen Leiter 1 vergrößerten Durchmesser auf, wodurch auch eine erhöhte Einsparung an ferromagnetischem Material erzielt werden kann. In Fig. 8 ist die Aussparung 15 in der Scheibe 4 der Dreiecksform der Aussparung 10 im elektrischen Leiter 1 angepaßt. Die in den Figuren 6 bis 8 nicht dargestellte Scheibe 5 kann bevorzugt identisch zur Scheibe 4 ausgeführt sein. Darüberhinaus sind auch für die Ausbildung der Aussparungen 15 bzw. 16 im ferromagnetischen Material andere als die dargestellten geometrischen Formen möglich.
Eine Abwandlung dieser Anordnungen zeigt Fig. 9, in welcher nur die in der Darstellung untere Scheibe 5 aus feroomagnetischem Material eine Aussparung 16 aufweist, wo hingegen sowohl die obere Scheibe 4 als auch der elektrische Leiter 1 ohne Aussparung ausgeführt sind. In weiterer Abwandlung kann auch nur die obere Scheibe 4 eine Aussparung aufweisen, oder eine der Scheiben 4,5 und der elektrische Leiter 1 weisen je eine Aussparung auf. Auch können die Aussparungen 15,16 im ferromagnetischen Material als Vertiefungen, nicht - wie dargestellt - als Durchbrüche ausgebildet sein.

Claims (10)

  1. Mikrowellen-Bauelement mit einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die wenigstens einen flächig ausgebildeten und der gewünschten Betriebsfrequenz und Schwingungsausbildung entsprechend berandeten elektrischen Leiter umfaßt,
    gekennzeichnet durch eine Aussparung in der flächigen Ausdehnung des elektrischen Leiters.
  2. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 1, nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 1, nach Anspruch 8 in Verbindung mit den Ansprüchen 7 und 1 oder nach Anspruch 9 in Verbindung mit den Ansprüchen 8,7 und 1,
    gekennzeichnet durch eine Ausbildung als nicht reziprokes Bauelement dadurch, daß der elektrische Leiter wenigstens einseitig flächig von ferromagnetischem Material begrenzt ist.
  3. Mikrowellen-Bauelement mit
    einer elektromagnetischen Resonanzanordnung, die wenigstens einen flächig ausgebildeten und der gewünschten Betriebsfrequenz und Schwingungsausbildung entsprechend berandeten elektrischen Leiter umfaßt, und
    einer Ausbildung als nicht reziprokes Bauelement dadurch, daß der elektrische Leiter wenigstens einseitig flächig von ferromagnetischem Material begrenzt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material in seiner entlang der flächigen Ausbildung des elektrischen Leiters sich erstreckenden flächigen Ausdehnung eine Aussparung aufweist.
  4. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter in seiner flächigen Ausdehnung eine Aussparung aufweist.
  5. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung des elektrischen Leiters in ihrer Umgrenzung entlang der flächigen Ausdehnung wenigstens weitgehend mit der Aussparung des ferromagnetischen Materials korrespondiert.
  6. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 3,4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material in den Richtungen seiner flächigen Ausbildung die Aussparung allseitig umgibt.
  7. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 1 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung in den Richtungen der flächigen Ausbildung des elektrischen Leiters allseitig von dessen leitendem Material umgeben ist.
  8. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 5,6 oder 7, bei dem die flächige Ausbildung des elektrischen Leiters und/oder des ferromagnetischen Materials sich im wesentlichen um einen Symmetriepunkt oder eine Symmetrielinie erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung um den Symmetriepunkt bzw. auf der Symmetrielinie angeordnet ist.
  9. Mikrowellen-Bauelement nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung im wesentlichen symmetrisch bezüglich des Symmetriepunktes bzw. der Symmetrielinie ausgebildet ist.
  10. Mikrowellenzirkulator,
    gekennzeichnet durch ein Mikrowellen-Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3739302A (en) * 1971-06-01 1973-06-12 Trak Microwave Corp Miniaturized ferrimagnetic circulator for microwaves
US3978433A (en) * 1974-05-15 1976-08-31 Yoshiyuki Naito Magnetic transmission devices using the edge-guided mode of propagation
FR2592231A1 (fr) * 1985-12-20 1987-06-26 Thomson Csf Dispositif gyromagnetique miniature et procede d'assemblage de ce dispositif.

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Title
"BEATING THE BEAT" ELECTRONICS. DE 1984 A 1985 : ELECTRONICS WEEK., Bd. 42, Nr. 6, 17. M{rz 1969, Seiten 203-204, XP002082185 NEW YORK US *

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