FR2507391A1 - Microwave isolator with surface wave propagation - has two parallel plates of gyromagnetic material polarised by permanent magnet in contact with conducting plates - Google Patents
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Abstract
Description
PERFECTIONNEMENT AUX DISPOSITIFS H YPERFREQUENCES NON
RECIPROQUES A ONDES DE SURFACE ELECTROMAGNETIQUES,
ET UTILISATION DE TELS DISPOSITIFS
La présente invention concerne un dispositif hyperfréquence
non réciproque à ondes de surface électromagnétiques, tel que par
exemple un isolateur ou un déphaseur.IMPROVEMENT ON NON-MICROWAVE DEVICES
ELECTROMAGNETIC SURFACE WAVE RECIPROCS,
AND USE OF SUCH DEVICES
The present invention relates to a microwave device
non-reciprocal to electromagnetic surface waves, such as by
example an isolator or a phase shifter.
On appelle dispositif non réciproque. un dispositif dont les
caractéristiques de transmission (atténuation, déphasage) changent
suivant le sens de propagation des ondes à travers ledit dispositif.We call non-reciprocal device. a device whose
transmission characteristics (attenuation, phase shift) change
according to the direction of propagation of the waves through said device.
En outre, on désigne par ondes de surface électromagnétiques,
des ondes dont la propagation dans une direction perpendiculaire à
l'aimantation d'un matériau anisotrope, tel qu'un ferrite, présente
des modes d'un type nouveau, appelés modes gyromagnétiques anor
maux provenant des propriétés anisotropes du ferrite.Pour une
description détaillée de ces ondes dites de surface, on se reportera
par exemple à l'article publié dans la revue "Câbles et Trans
mission", n" 4, octobre 1973, pages 416 à 435, intitulé: "Propagation
dans une lame de ferrite aimantée, application à de nouveaux
dispositifs non réciproques à large bande", et au brevet français
accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET
TELEPHONIQUES le 10 janvier 1977 sous le nO 2 139 767, concer
nant : "Dispositifs non réciproques à ondes de surface".In addition, electromagnetic surface waves denote,
waves whose propagation in a direction perpendicular to
the magnetization of an anisotropic material, such as a ferrite, presents
modes of a new type, called anor gyromagnetic modes
ailments from the anisotropic properties of ferrite.
detailed description of these so-called surface waves, we will refer
for example to the article published in the review "Cables and Trans
mission ", n" 4, October 1973, pages 416 to 435, entitled: "Propagation
in a magnetic ferrite blade, application to new
non-reciprocal broadband devices ", and to the French patent
granted to the company TELEGRAPHIC LINES AND
TELEPHONES January 10, 1977 under No. 2 139 767, concer
nant: "Non-reciprocal surface wave devices".
D'autre part, on connaît déjà des structures de dispositif
hyperfréquence non réciproque utilisant la propagation d'ondes élec
tromagnétiques de surface dans un milieu constitué d'un matériau
gyromagnétique ou ferrimagnétique. On se reportera par exemple au
brevet français accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET
TELEPHONIQUES le 16 août 1978 sous le n" 2 344 1407 concer
nant : "Isolateurs à large bande fonctionnant aux longueurs d'onde
centimétriques".Selon ce brevet, I'isolateur, de structure triplaque,
comporte:
- deux plaquettes- parallèles superposées en matériau gyro magnétique, servant à la propagation des ondes de surface électromagnétiques;
- un conducteur plan disposé entre les deux plaquettes, convertissant l'onde d'entrée en une onde de surface, et l'onde de surface en une onde de sortie;
- deux plaques conductrices disposées de part et d'autre des deux plaquettes;
- un circuit magnétique de polarisation, disposé à l'extérieur du volume compris entre les deux plaques conductrices, et comprenant deux aimants réunis par un circuit magnétique de fermeture permettant d'établir un champ magnétique homogène perpendiculaire à la direction de propagation des ondes de surface; et
- deux charges absorbantes superposées, disposées le long des deux plaquettes, et situées de part et d'autre du conducteur plan.On the other hand, device structures are already known
non-reciprocal microwave using electric wave propagation
surface tromagnetics in a medium made of a material
gyromagnetic or ferrimagnetic. For example, see
French patent granted to the company LIGNES TELEGRAPHIQUES ET
TELEPHONES on August 16, 1978 under the number 2 344 1407 concer
nant: "Broadband isolators operating at wavelengths
centimetric ". According to this patent, the insulator, of triplate structure,
includes:
- two superimposed parallel plates of gyro magnetic material, used for the propagation of electromagnetic surface waves;
- a flat conductor arranged between the two plates, converting the input wave into a surface wave, and the surface wave into an output wave;
- two conductive plates arranged on either side of the two plates;
- a magnetic polarization circuit, placed outside the volume between the two conductive plates, and comprising two magnets joined by a magnetic closing circuit making it possible to establish a homogeneous magnetic field perpendicular to the direction of propagation of the surface waves ; and
- two superposed absorbent charges, arranged along the two plates, and located on either side of the planar conductor.
Toutefois, un dispositif isolateur du type décrit précédemment présente des inconvénients. En effet, le fait d'utiliser deux aimants et de les disposer à l'extérieur des plaques conductrices délimitant l'espace où se propagent les ondes de surface, provoque un encombrement important des aimants et augmente considérablement le volume du dispositif hyperfréquence. De plus, les aimants utilisés constituent des pièces relativement lourdes, ce qui augmente notablement-le poids total dudit dispositif. However, an isolating device of the type described above has drawbacks. Indeed, the fact of using two magnets and of placing them outside the conductive plates delimiting the space where the surface waves propagate, causes a significant bulk of the magnets and considerably increases the volume of the microwave device. In addition, the magnets used are relatively heavy parts, which significantly increases the total weight of said device.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques, qui est de faible volume, de poids peu élevé, et présente d'excellentes performances globales en hyperfréquence. The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a non-reciprocal microwave device with electromagnetic surface waves, which is of low volume, of low weight, and has excellent overall microwave performance.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes de surface électromagnétiques; comportant:
-- au moins deux plaquettes parallèles en matériau gyromagnétique, appliquées l'une contre l'autre, et dans lesquelles se propagent les ondes de surface;
- au moins deux plaques conductrices parallèles aux pla quettes, et montées en appui de part et d'autre des deux plaquettes, respectivement;
- au moins un conducteur plan disposé entre les deux plaquettes, convertissant une onde de volume présente à l'entrée du dispositif en une onde de surface destinée à se propager dans les plaquettes en matériau gyromagnétique, et convertissant à la sortie du dispositif l'onde de surface en une onde de volume ; et
- un circuit magnétique de polarisation des deux plaquettes en matériau gyromagnétique, établissant un champ. magnétique dans lesdites plaquettes ; caractérisé en ce que le circuit magnétique de polarisation comporte un aimant permanent plat, parallèle aux plaquettes, s'étendant sensiblement sur toute la longueur des plaquettes, et disposé entre les deux plaques conductrices en étant en contact avec elles, lesdites plaques constituant ainsi les pièces polaires de l'aimant.To this end, the invention relates to a non-reciprocal microwave device with electromagnetic surface waves; comprising:
- at least two parallel plates of gyromagnetic material, applied one against the other, and in which the surface waves propagate;
- At least two conductive plates parallel to the plates, and mounted to bear on either side of the two plates, respectively;
- at least one flat conductor disposed between the two plates, converting a volume wave present at the input of the device into a surface wave intended to propagate in the plates of gyromagnetic material, and converting at the output of the device the wave surface in a volume wave; and
- a magnetic polarization circuit of the two plates of gyromagnetic material, establishing a field. magnetic in said pads; characterized in that the magnetic polarization circuit comprises a flat permanent magnet, parallel to the plates, extending substantially over the entire length of the plates, and disposed between the two conductive plates by being in contact with them, said plates thus constituting the parts magnet poles.
On comprend qu'ainsi la présence d'un seul aimant, au lieu de deux selon l'art antérieur, et disposé à l'intérieur du volume compris entre les deux plaques conductrices, assurera un encombrement réduit dudit aimant, permettant ainsi au dispositif de se présenter sous une forme compacte. De plus, le montage de l'aimant entre les deux plaques conductrices permettra d'obtenir un circuit à induction constante quasi sans entrefer. Dès lors, le flux magnétique de l'aimant permanent, parfaitement canalisé par les plaques conductrices et les plaquettes en matériau gyromagnétique, engendrera de faibles pertes, et améliorera par conséquent l'efficacité du circuit magnétique de polarisation. It is understood that thus the presence of a single magnet, instead of two according to the prior art, and disposed inside the volume between the two conductive plates, will ensure a reduced size of said magnet, thus allowing the device to come in a compact form. In addition, mounting the magnet between the two conductive plates will make it possible to obtain a constant induction circuit almost without air gap. Consequently, the magnetic flux of the permanent magnet, perfectly channeled by the conductive plates and the plates of gyromagnetic material, will generate low losses, and consequently improve the efficiency of the magnetic polarization circuit.
L'invention vise également une utilisation du dispositif hyperfréquence selon l'invention, cette utilisation étant caractérisée par le fait que le dispositif constitue un isolateur à large bande. The invention also relates to a use of the microwave device according to the invention, this use being characterized in that the device constitutes a broadband isolator.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif hyperfréquence selon l'invention ; et
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne ll-ll de la figure 1, cette coupe étant réalisée pour le dispositif complet selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear better in the detailed description which follows and refers to the appended drawings, given only by way of example and in which:
- Figure 1 is a longitudinal sectional view of the microwave device according to the invention; and
- Figure 2 is a sectional view along the line II-II of Figure 1, this section being made for the complete device according to the invention.
Pour une bonne compréhension de la description, les éléments représentés sur la figure 1 correspondent à ceux situés à gauche de l'axe XX' de la figure 2. For a good understanding of the description, the elements represented in FIG. 1 correspond to those situated to the left of the axis XX 'of FIG. 2.
Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant aux figures 1 et 2, on a représenté en 1 un dispositif isolateur hyperfréquence non réciproque utilisant des ondes de surface électromagnétiques, et à grande largeur de bande, c'est-à-dire comprise par exemple entre 1,5 et 2,5 octaves. According to an exemplary embodiment, and with reference to FIGS. 1 and 2, there is shown in 1 a non-reciprocal microwave isolating device using electromagnetic surface waves, and with a large bandwidth, that is to say comprised by example between 1.5 and 2.5 octaves.
Le dispositif isolateur 1, d'axe longitudinal YY', comporte deux plaquettes parallèles 2 et 3, de longueur L, réalisées en matériau gyromagnétique, tel qu'un ferrite poli de Lithium. The isolating device 1, of longitudinal axis YY ', comprises two parallel plates 2 and 3, of length L, made of gyromagnetic material, such as a polished lithium ferrite.
Les deux plaquettes 2 et 3, dans lesquelles se propagent les ondes de surface, sont appliquées l'une contre l'autre, et leurs faces latérales respectives 2a et 3a (figure 2) sont fixées, par exemple par collage, sur deux plaques conductrices 5 et 6, de largeur 1, et disposées parallèlement aux deux plaquettes 2 et 3. Les deux plaques conductrices 5 et 6 sont en fer doux ou en acier doux, et leurs faces latérales respectives, sur lesquelles sont fixées les deux plaquettes 2 et 3, sont obtenues par rectification, et sont recouvertes uniformément d'une mince couche d'un matériau de bonne conductivité, tel que par exemple de l'argent. The two plates 2 and 3, in which the surface waves propagate, are applied one against the other, and their respective lateral faces 2a and 3a (FIG. 2) are fixed, for example by gluing, on two conductive plates 5 and 6, of width 1, and arranged parallel to the two plates 2 and 3. The two conductive plates 5 and 6 are made of soft iron or mild steel, and their respective lateral faces, on which the two plates 2 and 3 are fixed , are obtained by rectification, and are uniformly covered with a thin layer of a material of good conductivity, such as for example silver.
Comme il apparaît sur la figure 2, les plaques conductrices 5 et 6 constituent les deux faces latérales d'un boîtier parallélépipédique 10 protégeant l'isolateur. Les deux plaques 5 et 6 sont rendues solidaires l'une de l'autre par tout système de fixation approprié, constitué par exemple par un ensemble de vis 12 se logeant dans des trous de fixation 13 pratiqués dans les deux plaques 5 et 6. Le boîtier 10 est fermé par deux plaques supérieure 15 et inférieure 16 présentant chacune une forme de U en section longitudinale. As it appears in FIG. 2, the conductive plates 5 and 6 constitute the two lateral faces of a parallelepipedic box 10 protecting the insulator. The two plates 5 and 6 are made integral with each other by any suitable fixing system, constituted for example by a set of screws 12 being housed in fixing holes 13 made in the two plates 5 and 6. The housing 10 is closed by two upper 15 and lower 16 plates each having a U shape in longitudinal section.
L'isolateur 1 comporte également deux charges absorbantes 18 et 19 appliquées l'une contre l'autre, et montées sur les deux plaquettes en matériau gyromagnétique 2 et 3, respectivement. La charge absorbante 18 est par exemple une charge continue de forme trapézoydale, et la charge 19 est constituée par exemple par deux barreaux parallélépipédiques placés le long de la direction de propagation, comme cela est décrit dans le brevet français accordé à la Société LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES le 16 août 1978 sous le nO 2 344 140, concernant: "Isolateurs à large bande fonctionnant aux longueurs d'onde centimétriques". The insulator 1 also comprises two absorbent fillers 18 and 19 applied one against the other, and mounted on the two plates of gyromagnetic material 2 and 3, respectively. The absorbent load 18 is for example a continuous load of trapezoidal shape, and the load 19 is constituted for example by two parallelepiped bars placed along the direction of propagation, as described in the French patent granted to the company LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONES on August 16, 1978 under No. 2 344 140, concerning: "Broadband isolators operating at centimeter wavelengths".
Entre les deux plaquettes 2 et 3, et entre les deux charges absorbantes 18 et 19, est interposé un conducteur plan 22, par exemple en cuivre, convertissant une onde de volume du type TEM présente à l'entrée de l'isolateur en une onde de surface électromagnétique, et convertissant à la sortie de l'isolateur l'onde de surface en une onde de volume TEM. Between the two plates 2 and 3, and between the two absorbent charges 18 and 19, is interposed a flat conductor 22, for example made of copper, converting a volume wave of the TEM type present at the input of the insulator into a wave of electromagnetic surface, and converting at the output of the isolator the surface wave into a wave of volume TEM.
Dans le but d'augmenter la largeur de bande de l'isolateur 1, il est d'usage de donner au conducteur plan 22 une forme particulière. In order to increase the bandwidth of the insulator 1, it is customary to give the flat conductor 22 a particular shape.
Ainsi, comme il apparaît sur la figure 1, le conducteur 22 présente par exemple une forme sensiblement trapézoldale dont le grand côté 22a et le petit côté 22b sont disposés suivant l'axe longitudinal YY' des plaquettes en matériau gyromagnétique, et dont les deux autres cotés 22c et 22d sont constitués par deux parties curvilignes, respectivement, tournant leur convexité vers le grand côté 22a.Thus, as it appears in FIG. 1, the conductor 22 has for example a substantially trapezoidal shape, the long side 22a and the short side 22b of which are arranged along the longitudinal axis YY ′ of plates of gyromagnetic material, and of which the other two sides 22c and 22d are constituted by two curvilinear parts, respectively, turning their convexity towards the long side 22a.
On a représenté en 25 et 26 (figure 1) les connecteurs d'entrée et de sortie, de structure classique, fixés aux deux extrémités 28 -et 29-du conducteur plan 22. 25 and 26 (FIG. 1) show the input and output connectors, of conventional structure, fixed at the two ends 28 -and 29-of the planar conductor 22.
L'isolateur 1 comporte de plus un circuit magnétique de polarisation des deux plaquettes 2 et 3 en matériau gyromagnétique, destiné à ktablir un champ magnétique homogène perpendiculaire à la direction de propagation des ondes de surface. Plus précisément, le circuit de polarisation comprend un unique aimant permanent plat 30, de forme parallélépipédique, parallèle aux plaquettes 2 et 3, et disposé entre les deux plaques conductrices 5 et 6 en étant en contact avec elles. L'aimant permanent 30 est en ferrite anisotrope, tel que par exemple le ferrite de Strontium, dont la section est déterrninée de manière à ajuster le champ magnétique. The insulator 1 further comprises a magnetic circuit for biasing the two plates 2 and 3 of gyromagnetic material, intended to establish a homogeneous magnetic field perpendicular to the direction of propagation of the surface waves. More specifically, the bias circuit comprises a single flat permanent magnet 30, of parallelepiped shape, parallel to the plates 2 and 3, and disposed between the two conductive plates 5 and 6 while being in contact with them. The permanent magnet 30 is made of anisotropic ferrite, such as for example Strontium ferrite, the cross section of which is determined so as to adjust the magnetic field.
La face inférieure de l'aimant plat 30 est fixée, par exemple par collage, sur la plaque de fermeture inférieure 16, et ses deux
faces latérales sont fixées, par exemple par collage, sur les faces latérales intérieures des- deux plaques conductrices 5 et 6, respectivement. L'aimant 30 est donc disposé en-dessous des deux plaquettes en matériau gyromagnétique 2 et 3, et les deux plaques conductrices 5 et 6 constituent les pièces polaires de l'aimant 30.The underside of the flat magnet 30 is fixed, for example by gluing, to the lower closure plate 16, and its two
side faces are fixed, for example by gluing, on the inner side faces of two conductive plates 5 and 6, respectively. The magnet 30 is therefore placed below the two plates of gyromagnetic material 2 and 3, and the two conductive plates 5 and 6 constitute the pole pieces of the magnet 30.
Dans ces conditions, I'incorporation de l'aimant 30 entre les deux plaques 5 et 6 du boîtier 10, permet une réduction de masse du dispositif isolateur, de l'ordre de 50 % par rapport aux isolateurs selon l'art antérieur.Under these conditions, the incorporation of the magnet 30 between the two plates 5 and 6 of the housing 10 allows a reduction in mass of the insulator device, of the order of 50% compared to the insulators according to the prior art.
A titre illustratif, la Demanderesse a réalisé un isolateur selon l'invention fonctionnant dans la bande de fréquences comprise entre 7 et 18 GHz et comprenant un milieu de propagation constitué par deux plaquettes en ferrite de Lithium-Titane, et un aimant plat en ferrite de Strontium. Le poids total de cet isolateur est de l'ordre de 50 g. Dans la bande de fréquences considérée, les pertes d'insertion de l'isolateur restent inférieures à 2 dB, l'isolation reste supérieure à 20 dB et le taux d'ondes stationnaires reste inférieur à 1,4. By way of illustration, the Applicant has produced an isolator according to the invention operating in the frequency band between 7 and 18 GHz and comprising a propagation medium consisting of two plates of lithium-titanium ferrite, and a flat magnet of ferrite Strontium. The total weight of this insulator is around 50 g. In the frequency band considered, the insulator insertion losses remain below 2 dB, the insulation remains above 20 dB and the standing wave rate remains below 1.4.
On notera que la description ci-dessus a été faite en référence à un isolateur à ondes de surface électromagnétiques. Bien sûr, l'invention s'applique également à tout autre dispositif hyperfréquence utilisant une onde de surface électromagnétique, et notamment aux déphaseurs, sans sortir du cadre de l'invention. Note that the above description has been made with reference to an electromagnetic surface wave insulator. Of course, the invention also applies to any other microwave device using an electromagnetic surface wave, and in particular to phase shifters, without departing from the scope of the invention.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si cellesci sont effectuées suivant l'esprit de l'invention et mises en oeuvre -dans le cadre des revendications qui suivent. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown and includes all the technical equivalents of the means described as well as their combinations if these are carried out according to the spirit of the invention and implemented in the The scope of the following claims.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8111214A FR2507391A1 (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Microwave isolator with surface wave propagation - has two parallel plates of gyromagnetic material polarised by permanent magnet in contact with conducting plates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8111214A FR2507391A1 (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Microwave isolator with surface wave propagation - has two parallel plates of gyromagnetic material polarised by permanent magnet in contact with conducting plates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2507391A1 true FR2507391A1 (en) | 1982-12-10 |
| FR2507391B1 FR2507391B1 (en) | 1985-03-08 |
Family
ID=9259251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8111214A Granted FR2507391A1 (en) | 1981-06-05 | 1981-06-05 | Microwave isolator with surface wave propagation - has two parallel plates of gyromagnetic material polarised by permanent magnet in contact with conducting plates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2507391A1 (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |