NO170182B

NO170182B - THIN FILM CIRCULATOR WITH THREE CUSTOM PORTS

Info

Publication number: NO170182B
Application number: NO874396A
Authority: NO
Inventors: Franco Marconi
Original assignee: Sits Soc It Telecom Siemens
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1992-06-09
Also published as: EP0265001A3; NO874396D0; EP0265001B1; IT8622088A0; DE3785134D1; ZA877874B; DE3785134T2; JPS63160401A; AU7959987A; AU598595B2; NO874396L; NO170182C; IT1213510B; EP0265001A2; ES2041676T3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en treports tynnfilm-sirkulator med impedanstilpasning, som angitt i innledningen til krav 1. The present invention relates to a three-port thin-film circulator with impedance matching, as stated in the introduction to claim 1.

En treports tynnfilm-sirkulator er en anordning som, når innsatt i en transmisjonslinje, gjør banen ikke-resiprokal, dvs. ikke to-veisrettet. Dersom anordningen settes inn i et mikrobølgegrensesystem, vil den tillate transport til en enkel A three-port thin-film circulator is a device which, when inserted into a transmission line, makes the path non-reciprocal, i.e. not bi-directional. If the device is inserted into a microwave boundary system, it will allow transport to a simple

antenne av signaler fra flere sendere eller ellers fordele signaler fra antennen til egnede mottagere. Dersom en av de tre tilpassede portene er lukket på en tilpasningsavslutning, sikrer anordningen dekobling dersom den er anbragt mellom to mikrobølgekretser eller tilpasning dersom den er innsatt oppstrøms fra den angjeldende kretsen. antenna of signals from several transmitters or otherwise distribute signals from the antenna to suitable receivers. If one of the three matched ports is closed on a matching termination, the device ensures decoupling if it is placed between two microwave circuits or matching if it is inserted upstream from the circuit in question.

En kjent treports sirkulator er fremstilt ved et substrat av magnetiserbart materiale dannet av en granat- eller ferrittskive fullstendig metallisert på begge sider og satt inn i et spesielt hull dannet i et dielektrisk substrat. Tilgang dertil er gjennom tre transmisjonslinjer avsatt på det dielektriske substratet og anordnet ved 120° i forhold til hverandre. Dersom et magnetiserbart substrat i sirkulær form ikke er tilgjengelig, er den ene siden til det magnetiserbare substratet metallisert med en sirkulær geometri av egnet diameter, hvilken tilgang likeledes er tilveiebragt med tre transmisjonslinjer anordnet ved 120° på det magnetiserbare substratet. A known three-port circulator is produced by a substrate of magnetisable material formed by a garnet or ferrite disk completely metallized on both sides and inserted into a special hole formed in a dielectric substrate. Access thereto is through three transmission lines deposited on the dielectric substrate and arranged at 120° in relation to each other. If a magnetizable substrate in circular form is not available, one side of the magnetizable substrate is metallized with a circular geometry of suitable diameter, which access is likewise provided with three transmission lines arranged at 120° on the magnetizable substrate.

Den kjente sirkulatoren har flere ulemper, idet nærmere bestemt heller store rom opptas i forbindelse med diameteren til det magnetiserbare substratet, behov for bruk av impedan-setransformatorer for å tilpasse utgangsimpedansen til den til kretsen med hvilke den er tilknyttet (med det resultatet at størrelsen må ytterligere økes) og de større innsettings-tapene av tilpasningslinjene. The known circulator has several disadvantages, namely rather large spaces are taken up in connection with the diameter of the magnetizable substrate, the need for the use of impedance transformers to adapt the output impedance to that of the circuit with which it is connected (with the result that the size must further increased) and the larger insertion losses of the fitting lines.

For å overvinne disse ulempene har det nylig blitt fremstilt en annen kjent sirkulator ved hvilken metalliseringen av tilgangsflaten til det magnetiserbare substratet ikke lengre er jevn sirkulær, men delt i tre skilleareal ved det smale radiale ikke-ledende segmentet i 120° fra hverandre, idet de ytre kantene til arealet utgjør inngangs- og utgangsportene. To overcome these disadvantages, another known circulator has recently been produced in which the metallization of the access surface of the magnetizable substrate is no longer uniformly circular, but divided into three separation areas at the narrow radial non-conductive segment at 120° from each other, the outer edges of the area form the entry and exit gates.

Denne metall iseringsgeometrien har gjort det mulig å redusere diameteren til det magnetiserbare substratet og følgelig plassen som anordningen opptar, idet transmisjonsfrekvensen er lik, men dette har ikke løst problemet med tilpassing. Driften av sirkulatoren har også vært utilfredstillende. This metallization geometry has made it possible to reduce the diameter of the magnetizable substrate and consequently the space occupied by the device, since the transmission frequency is the same, but this has not solved the problem of adaptation. The operation of the circulator has also been unsatisfactory.

DOS-2 401 188 viser en Y-sirkulator med båndbølgelederopp-bygning av den art som angitt i innledningen til kravet i foreliggende søknad. DOS-2 401 188 shows a Y-circulator with a band waveguide structure of the type stated in the introduction to the claim in the present application.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en tynnfilm-treports sirkulator som opptar liten plass og utgjør selvtilpassings-impedansekarakteristikk slik at ingen eksterne adaptere er nødvendige. The purpose of the present invention is to provide a thin-film three-port circulator which takes up little space and constitutes self-adjusting impedance characteristics so that no external adapters are necessary.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av en tynnfilm-sirkulator av den innledningsvis nevnte art og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene. The above is provided by means of a thin-film circulator of the kind mentioned at the outset and whose characteristic features appear in claim 1. Further features of the invention appear in the other independent claims.

Foreliggende oppfinnelse bygger således på den kjente tre-areal sirkulatoren, som reduserer utstrekningen av arealet med hensyn til intervallene mellom arealene, hvor det har blitt innført respektive linjeseksjoner (stubber) med en impedansetilpassingsfunksjon. Resultatet er en sirkulator fremstilt av tre transmisjonslinjer 120° fra hverandre forsynt med impedansetilpassingsenheter. Plassen opptatt av sirkulatoren er således ytterligere redusert og innførings-tapene som ellers er bevirker ved eksterne tilpassingsnett-verk unngås. The present invention is thus based on the known three-area circulator, which reduces the extent of the area with respect to the intervals between the areas, where respective line sections (stubs) with an impedance matching function have been introduced. The result is a circulator made of three transmission lines 120° apart provided with impedance matching devices. The space taken up by the circulator is thus further reduced and the insertion losses that are otherwise caused by external adaptation networks are avoided.

Oppfinnelsen skal i det påfølgende beskrives nærmere ved hjelp av eksempler og med henvisning til medfølgende tegning-er , hvor: Fig. 1 viser et planriss av en sirkulator i samsvar med The invention will subsequently be described in more detail by means of examples and with reference to accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a plan view of a circulator in accordance with

oppfinnelsen fremstilt i sirkulær form, the invention produced in circular form,

fig. 2 viser et snitt langs linjen II-II på fig. 1, og fig. 3 viser et planriss av en sirkulator i samsvar med fig. 2 shows a section along the line II-II in fig. 1, and fig. 3 shows a plan view of a circulator in accordance with

oppfinnelsen i trekantform. the invention in triangular form.

Sirkulatoren vist på fig. 1 og 2 innbefatter et substrat av magnetiserbart materiale 1 fremstilt av en granatskive eller ferrittskive. En flate derav (bunnflaten vist på tegningene) er fullstendig dekket med sirkulær tynnfilm-metallisering 2, også kalt "grunnplan", mens den andre flaten (toppflaten på tegningene) har tynnfilm-metallisering av en mer kompleks geometri som beskriver den elektriske kretsen for sirkulatoren beskrevet nedenfor. The circulator shown in fig. 1 and 2 includes a substrate of magnetizable material 1 made from a garnet disc or ferrite disc. One surface thereof (the bottom surface shown in the drawings) is completely covered with circular thin-film metallization 2, also called the "ground plane", while the other surface (the top surface in the drawings) has thin-film metallization of a more complex geometry that describes the electrical circuit for the circulator described below.

Som vist på fig. 1 innbefatter metalliseringen at toppflaten til substratet 1 tre transmisjonslinjer 3 anordnet i 120° fra hverandre og konvergerende ved et felles senter 4 fra respektive inngangs- og utgangsporter 5 som passerer gjennom en sirkulær ikke-metallisert perferi til substratet 1 som ikke er nødvendig for den elektriske driften av sirkulatoren og som kun tjener til å gjøre klar inngangs- og utgangsportene 5. As shown in fig. 1, the metallization includes that the top surface of the substrate 1 three transmission lines 3 arranged at 120° from each other and converging at a common center 4 from respective input and output ports 5 passing through a circular non-metallized periphery to the substrate 1 which is not necessary for the electrical the operation of the circulator and which only serves to prepare the entry and exit ports 5.

Som vist på fig. 1 er det i intervallene mellom transmisjonslinjene 3 anbragt tre ytterligere linjeseksjoner 6 som kommer sammen i det felles senteret 4 og driver som impedansadapto-rer (stubber). As shown in fig. 1, three further line sections 6 are arranged in the intervals between the transmission lines 3, which come together in the common center 4 and operate as impedance adapters (stubs).

Tilpassingen av linjeseksjonen 6 generelt av jevn bredde opptil en terminal innsmalning 7 før det felles senteret 4, er slik at transmisjonslinjene 3 har en innerst linjedel 8 av jevn bredde (og følgelig impedans) og en ytterst linjedel 9 av variabel bredde (og følgelig impedans) i forplantningsretningen. Den ytterste delen 9 kommuniserer med den korresponderende inngangs/utgangsporten 5. The adaptation of the line section 6 generally of uniform width up to a terminal taper 7 before the common center 4 is such that the transmission lines 3 have an innermost line section 8 of uniform width (and consequently impedance) and an outermost line section 9 of variable width (and therefore impedance) in the direction of propagation. The outermost part 9 communicates with the corresponding input/output port 5.

Sirkulatoren på fig. 1 og 2 er konstruert for å bli satt inn i et dielektrisk substrat på hvilket er fremstilt en mikro-bølgekrets og sammen med denne anbragt i et hus i hvilket er også anbragt en magnet som kan tilføre et stabilt magnetisk felt. Denne konstruksjonen er i seg selv kjent og er derfor ikke beskrevet nærmere eller vist her. The circulator of fig. 1 and 2 are designed to be inserted into a dielectric substrate on which a microwave circuit is produced and together with this placed in a housing in which is also placed a magnet which can supply a stable magnetic field. This construction is known in itself and is therefore not described in more detail or shown here.

Mens det er vesentlig at metalliseringen av toppflaten (på tegningene) til substratet 1 har geometrien beskrevet med tre transmisjonslinjer og tre tilpasningslinjeseksjoner 6 er det ikke vesentlig at metalliseringen og sirkulatoren generelt har en sirkulær form. Alternativt kan det være en trekantform lik den vist på fig. 3 hvor samme henvisnings tall som fig. 1 og 2 er anvendt for å angi korresponderende deler. While it is essential that the metallization of the top surface (in the drawings) of the substrate 1 has the geometry described with three transmission lines and three alignment line sections 6, it is not essential that the metallization and the circulator generally have a circular shape. Alternatively, it may be a triangular shape similar to that shown in fig. 3 where the same reference number as fig. 1 and 2 are used to indicate corresponding parts.

Det skal bemerkes at en alternativ bruk av sirkulatoren på fig. 1 og 2 eller den vist på fig. 3 kan gjøre det nødvendig for avsetning direkte på substratet 1 mellom en port 5 og grunnflaten 2 av en motstand som har en verdi lik den til den karakteristiske impedansen til kretsen. I dette tilfelle virker sirkulatoren som en separator som gir lav dempning i en retning og høy dempning i en annen. It should be noted that an alternative use of the circulator of FIG. 1 and 2 or the one shown in fig. 3 may make it necessary to deposit directly on the substrate 1 between a gate 5 and the ground surface 2 a resistance having a value equal to that of the characteristic impedance of the circuit. In this case, the circulator acts as a separator that provides low attenuation in one direction and high attenuation in another.

Claims

1. Thin film circulator with three ports including a substrate of a magnetizable material (1) with one surface provided with unbroken thin film metallization (2) and another surface provided with thin film metallization having a geometry to describe three transmission lines (3 ) 120° apart converging at a common center (4) from respective input and output ports (5), further including three other line sections (6) spaced at intervals between the transmission lines (3) and converging at the common center (4) , characterized in that the fitting line sections (6) have essentially uniform width with tapering ends (7) towards the common center (7) and where the transmission lines (4) have an innermost part (8) of constant width and an outermost part (9) with variable width in the propagation direction.

2. Circulator according to claim 1, characterized in that the metallization (3) of the second surface of the substrate (1) is circular in shape.

3. Circulator according to claim 1, characterized in that the metallization (3) of the second surface of the substrate (1) is triangular.

4. Circulator according to claim 1, characterized in that it includes a resistance with a value equal to that of the characteristic impedance of the microwave circuit by which it is connected placed on a substrate (1) between one of the ports (5) and the surface (2) provided with thin metallization in such a way that it acts as a separator.