WO2006056303A1 - Grundkörper für einen yig-filter mit wirbelstromunterdrückung - Google Patents

Grundkörper für einen yig-filter mit wirbelstromunterdrückung Download PDF

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WO2006056303A1
WO2006056303A1 PCT/EP2005/011779 EP2005011779W WO2006056303A1 WO 2006056303 A1 WO2006056303 A1 WO 2006056303A1 EP 2005011779 W EP2005011779 W EP 2005011779W WO 2006056303 A1 WO2006056303 A1 WO 2006056303A1
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Michael Aigle
Claus Tremmel
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Rhode & Schwarz Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218—Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

Definitions

  • the invention relates to a base body for a YIG bandpass filter according to the preamble of claim 1.
  • YIG bandpass filters have at least one YIG element, which is preferably spherical and made of yttrium iron garnet (Yttrium-Iron-Garnet YIG).
  • the resonator effect is mediated by means of coupling lines.
  • a YIG bandpass filter is known, for example, from document US 5,294,899.
  • the tunable YIG bandpass filter has a fixed magnetic pole, a rotatable magnetic pole spaced therefrom, an electromagnet for changing the magnetic field between the poles, and a plurality of resonators (YIG elements) coupled together and disposed in the magnetic field between the poles.
  • the number of ferrimagnetic resonators is three or more, each with an input and output resonator and at least one intermediate resonator.
  • the rotatable magnetic pole is rotated so that the resonators are tuned by the magnetic field between the two magnetic poles to the same resonant frequency.
  • a disadvantage of the YIG bandpass filter known from the cited document is, in particular, that eddy currents which limit the tuning speed are induced in the one-piece base body of the YIG bandpass filter by the fast detuning of the frequency-determining magnetic field required, for example, for spectrum analyzers. It is therefore an object of the present invention to provide a main body for a YIG filter which reduces the induction of the tuning-induced eddy currents in the main body.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of an embodiment of an inventively designed base body of a YIG bandpass filter.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an exemplary embodiment of a YIG bandpass filter 1 which has a main body 2 and, in the exemplary embodiment, four filter chambers 3 formed in the main body 2 with just as many YIG elements 10.
  • the filter chambers 3 are connected to each other by slots 4, in which the sake of clarity not shown coupling lines are inserted, which mediate the Resonator Brady between the resonators 10.
  • the number of filter chambers 3 is not limited to four, but may be less or more.
  • the YIG bandpass filter 1 comprises further components, which are independent of the measures according to the invention and are therefore only shown in an overview.
  • Depending on an input and Auskoppelungs réelle 5 are in the embodiment arranged opposite one another in the base body 2.
  • Actuators 6 for the YIG elements 10 which allow correct positioning of the four YIG elements 10 in the exemplary embodiment relative to the coupling lines, are present in a corresponding number.
  • the YIG elements 10 are mounted on holders 11, which are adjustable by the adjusting devices 6 in their position relative to the coupling lines, not shown.
  • the filter effect of a YIG bandpass filter 1 is based on the coupling of the resonators 10, which allow resonance at an energy transfer from the coupling to the decoupling, but prevent it outside the resonance.
  • the operating frequency of the YIG bandpass filter 1 is determined essentially by the strength of the applied magnetic field.
  • the YIG elements 10 are located in the base body 2 in an air gap of an electromagnet.
  • the base body 2 is preferably made of a solid non-magnetic metal. This has the advantage of a simple mechanical workability, but, as already mentioned above, the disadvantage of the inducibility of eddy currents.
  • the metallic base body 2 serves to decouple the individual YIG filter stages by conducting surfaces which are as closed as possible.
  • the eddy currents produce a magnetic field opposing the original magnetic field and thereby limit the tuning speed.
  • eddy currents in the area of the filter chambers 3 are particularly important because they directly disturb the frequency-determining field at the location of the YIG elements 10.
  • the main body 2 recesses 7 and connected to these slots 8, which the suppression of the rapid alphastiinmen the YIG bandpass filter 1 in the main body 2 induced eddy currents are used.
  • the outer recesses 7 are arranged radially outside the filter chambers 3.
  • the slots 8 extend radially outward between the filter chambers 3.
  • the recesses 7 have a round, rounded or slot-shaped cross-section.
  • the outer recesses 7 and the associated slots 8 are formed in the base body 2, that an interruption of the eddy currents, in particular in the vicinity of the YIG elements 10 is possible.
  • the outer recesses 7 and the slots 8 intersect in an inner region.
  • a further inner recess 9, which is formed cross-shaped in the embodiment, is provided to reduce the eddy currents in the radially inner region of the base body 2.
  • the outer recesses 7 and the inner recess 9 and the slots 8 are introduced in full axial extent of the base body 2 in this, in order to allow a good suppression of the eddy current.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment and suitable for any configured YIG bandpass filter 1.
  • the individual features can be combined with each other as desired.

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Abstract

Ein Grundkörper (2) für einen YIG-Bandpaßfilter (1) ist aus einem nichtmagnetischen Metall ausgebildet und umfaßt Filterkammern (3), die in dem Grundkörper (2) ausgebildet sind, wobei in den Filterkammern (3) YIG-Elemente (10) angeordnet sind. In dem Grundkörper (2) sind Ausnehmungen (7, 9) und/oder radiale Schlitze (8) zur Wirbelstromunterdrückung ausgebildet.

Description

Grundkörper für einen YIG-Filter mit WirbeIstroraunterdrückung
Die Erfindung betrifft einen Grundkörper für einen YIG- Bandpaßfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
YIG-Bandpaßfilter verfügen über zumindest ein YIG-Element, welches vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und aus einem Yttrium-Eisen-Granat (Yttrium-Iron-Garnet YIG) hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Kopplungsleitungen vermittelt.
Ein YIG-Bandpaßfilter ist beispielsweise aus der Druckschrift US 5,294,899 bekannt. Der durchstimmbare YIG- Bandpaßfilter weist dabei einen festen Magnetpol, einen von diesem beabstandeten drehbaren Magnetpol, einen Elektromagneten zur Veränderung des Magnetfeldes zwischen den Polen und mehrere Resonatoren (YIG-Elemente) auf, die untereinander gekoppelt und in dem Magnetfeld zwischen den Polen angeordnet sind. Die Anzahl der ferrimagnetisehen Resonatoren beträgt drei oder mehr mit je einem Eingangs¬ und Ausgangsresonator und zumindest einem dazwischenliegenden Resonator. Der drehbare Magnetpol wird so gedreht, daß die Resonatoren durch das Magnetfeld zwischen den beiden Magnetpolen auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt werden.
Nachteilig an dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten YIG-Bandpaßfilter ist insbesondere, daß in dem einstückigen Grundkörper des YIG-Bandpaßfilters durch das z.B. für Spektrumanalysatoren erforderliche schnelle Verstimmen des frequenzbestimmenden magnetischen Feldes Wirbelströme induziert werden, welche die Abstimmgeschwindigkeit begrenzen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen Grundkörper für einen YIG-Filter zu schaffen, der die Induktion der durch das Abstimmen induzierten Wirbelströme in dem Grundkörper reduziert.
Die Aufgabe wird bezüglich des Grundkörpers durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Grundkörpers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Grundkörpers eines YIG- Bandpaßfilters.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Aufsicht ein Ausführungsbeispiel eines YIG-Bandpaßfilters 1, der einen Grundkörper 2 und im Ausführungsbeispiel vier in dem Grundkörper 2 ausgebildete Filterkammern 3 mit ebenso vielen YIG-Elementen 10 aufweist.
Die Filterkammern 3 sind durch Schlitze 4 miteinander verbunden, in welche der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte Kopplungsleitungen eingelegt werden, die die Resonatorwirkung zwischen den Resonatoren 10 vermitteln. Die Anzahl der Filterkammern 3 ist dabei nicht auf vier beschränkt, sondern kann auch weniger oder mehr betragen.
Der YIG-Bandpaßfilter 1 umfaßt weitere Komponenten, welche unabhängig von den erfindungsgemäßen Maßnahmen sind und daher nur übersichtsweise dargestellt sind. Je eine Ein- und Auskoppelungsleitung 5 sind im Ausführungsbeispiel einander gegenüberliegend in dem Grundkörper 2 angeordnet. Stellvorrichtungen 6 für die YIG-Elemente 10, die eine korrekte Positionierung der im Ausführungsbeispiel vier YIG-Elemente 10 relativ zu den Kopplungsleitungen ermöglichen, sind in entsprechender Anzahl vorhanden. Die YIG-Elemente 10 sind auf Haltern 11 montiert, welche durch die Stellvorrichtungen 6 in ihrer Lage relativ zu den nicht dargestellten Koppelungsleitungen einstellbar sind.
Die Filterwirkung eines YIG-Bandpaßfilters 1 beruht auf der Koppelung der Resonatoren 10, welche bei Resonanz einen Energietransport von der Einkoppelungs- zur Auskoppelungsleitung ermöglichen, diesen aber außerhalb der Resonanz verhindern. Die Arbeitsfrequenz des YIG- Bandpaßfilters 1 ist im wesentlichen durch die Stärke des angelegten Magnetfeldes bestimmt.
Zur Bereitstellung des Magnetfeldes befinden sich die YIG- Elemente 10 in dem Grundkörper 2 in einem Luftspalt eines Elektromagneten. Der Grundkörper 2 besteht dabei vorzugsweise aus einem massiven nichtmagnetischem Metall. Dies hat den Vorteil einer einfachen mechanischen Bearbeitbarkeit, jedoch, wie bereits weiter oben erwähnt, den Nachteil der Induzierbarkeit von Wirbelströmen. Weiterhin dient der metallische Grundkörper 2 dazu, die einzelnen YIG-Filterstufen durch weitestmöglich geschlossene, leitende Flächen zu entkoppeln.
Die Wirbelströme erzeugen ein dem ursprünglichen Magnetfeld entgegengerichtetes Magnetfeld und begrenzen dadurch die Abstimmgeschwindigkeit. Dabei kommen Wirbelströme im Bereich der Filterkammern 3 besonders zum Tragen, da diese unmittelbar das frequenzbestimmende Feld am Ort der YIG-Elemente 10 stören.
Zur Behebung der Nachteile weist der Grundkörper 2 erfindungsgemäß Ausnehmungen 7 und mit diesen verbundene Schlitze 8 auf, welche der Unterdrückung der durch das schnelle Durchstiinmen des YIG-Bandpaßfilters 1 im Grundkörper 2 induzierten Wirbelströme dienen.
Die äußeren Ausnehmungen 7 sind radial außerhalb der Filter-Kammern 3 angeordnet. Die Schlitze 8 erstrecken sich zwischen den Filterkammern 3 nach radial außen. Die Ausnehmungen 7 weisen eine runden, abgerundeten oder langlochförmigen Querschnitt auf. Die äußeren Ausnehmungen 7 und die damit verbundenen Schlitze 8 sind so in dem Grundkörper 2 ausgebildet, daß eine Unterbrechung der Wirbelströme insbesondere im Nahbereich der YIG-Elemente 10 möglich ist. Hierzu wird mindestens ein Schlitz 8, im Ausführungsbeispiel zwei Schlitze 8 radial von innen nach außen in den Grundkörper 2 eingebracht, so daß in einem radial äußeren Bereich um die YIG-Elemente 10 eine Unterbrechung des geschlossenen Grundkörpers 2 und damit der Wirbelströme erfolgt. Die äußeren Ausnehmungen 7 und die Schlitze 8 schneiden sich in einem inneren Bereich. Zwischen den Filterkammern 3 ist eine weitere innere Ausnehmung 9, die im Ausführungsbeispiel kreuzförmig ausgebildet ist, vorgesehen, um die Wirbelströme im radial inneren Bereich des Grundkörpers 2 zu reduzieren.
Die äußeren Ausnehmungen 7 und die innere Ausnehmung 9 und die Schlitze 8 sind dabei in voller axialer Ausdehnung des Grundkörpers 2 in diesen eingebracht, um eine gute Unterdrückung des Wirbelstroms zu ermöglichen.
Je nach der Anzahl der Filterkammern 3 und der Anordnung der übrigen Komponenten sind auch Grundkörper 2 mit einem Schlitz 8 oder Grundkörper 2 mit mehreren Schlitzen 8 möglich. Dabei muß lediglich die mechanische Stabilität des Grundkörpers 2 zur Montage der einzelnen Komponenten beachtet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und für beliebig ausgestaltete YIG-Bandpaßfilter 1 geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Grundkörper (2) für einen YIG-Bandpaßfilter (1), wobei der Grundkörper (2) aus einem nichtmagnetischen Metall ausgebildet ist und Filterkammern (3) in dem Grundkörper (2) ausgebildet sind, wobei in den Filterkammern (3) YIG- Elemente (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper (2) Ausnehmungen (7, 9) und/oder radiale Schlitze (8) zur Unterdrückung von Wirbelstrom ausgebildet sind.
2. Grundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (7, 9) und/oder die Schlitze (8) über eine gesamte axiale Dicke des Grundkörpers (2) erstrecken.
3. Grundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze (8) nach radial außen zwischen den Filterkammern (3) erstrecken.
4. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ausnehmungen (7) und/oder der Schlitze (8) zwei beträgt.
5. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (7) einen runden, abgerundeten oder langlochförmigen Querschnitt aufweisen.
6. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine äußere Ausnehmung (7) radial außerhalb der Filterkammern (3) angeordnet sind.
7. Grundkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ausnehmungen (7) die Schlitze (8) angeordnet ausgebildet sind.
8. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine innere Ausnehmung (9) zwischen den Filterkammern (3) angeordnet ist.
9. Grundkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ausnehmung (9) kreuzförmig ausgebildet ist.
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