DE3026257C2 - Millimeterwellen-Zirkulator - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Millimeterwellen-Hohlleifer-Zirkulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Hohlleiteranordnungen wirken bei einer bestimmten Frequenz, die von den Abmessungen des Körpers aus ferrimagnetischem Material und dessen Magnetisierung abhängt, als Zirkulator (AEÜ, Band 17, 1963/4, Seiten 163 ff.). Besonders verbreitet ist die Ausführung derartiger Zirkulatoren mit drei Zirkulatorarmen und einem Ferritstab mit rundem oder dreieckigem Querschnitt im Schnittpunkt der Zirkulatorarme (Y-ZW-kulatoren). Eine besondere Schwierigkeit besteht bei diesen Zirkulatoren in der breitbandigen Impedanzanpassung des Ferritstabs an die Zirkulatorarme.

Als Maßnahme zur Impedanzanpassung ist beispielsweise in der DE-OS 24 41 254 eine Abstimmschraube in der Η-Ebene des Hohlleiters vorgesehen. Mit zunehmender Mikrowellenfrequenz scheidet diese Möglichkeit aus konstruktiven Gründen (zu kleine Abmessungen) mehr und mehr aus. Weiter ist bekannt, Körper aus Dielektrikum (z. B. Keramikbruchstücke) oder Metall als Impedanztransformatoren in jedem Zirkulatorarm anzuordnen.

Zur Erhöhung der Breitbandigkeit wurde verschiedentlich vorgeschlagen, Transformatoren in den Hohlleiter einzubauen, z.B. eine zum Ferrit konzer.uische Metallscheibe mit dem Radius A/4 in der Hohlleiterverzweigung (Microwave Journal April 1974, Seiten 58—62). Diese Anordnung erfordert zum einen zusätzliche Präzisionsteile und ist zum anderen durch diese Scheibe nicht in dem Maße mechanisch stabil und beschleunigungsfest, wie dies bei der Anwendung beispielsweise in der Munitionselektronik gefordert ist.

Als wesentlicher Nachteil, der diesen bekannten Anordnungen gemeinsam ist, ist die Notwendigkeit der individuellen Anpassung jedes einzelnen Zirkulators bzw. Zirkulatorarms anzusehen. Der hierfür erforderliche Aufwand macht einen beträchtlichen Teil der Herstellungskosten aus.

Aus der DE-OS 21 61 977 ist ein Dreitorzirkulalor bekannt, welcher eine breitbandige Impedanzanpassung durch symmetrische Taperung der Hohlleiterarme erzielt. Der Zirkulator ist als zweiteiliger Fräsbiock aus Oberteil und Unterteil ausgebildet, in die jeweils die Hohlleiterstruktur eingefräst ist. Die beiden Teile passen im zusammengesetzten Zustand so aufeinander, daß sich die beiden eingefrästen Hohlleiterstrukturen zu dem symmetrisch getaperten Zirkulator ergänzen. Bei der Fertigung sind dabei enge Toleranzen einzuhalten, da bereits bei geringen Abweichungen der beiden zusammengesetzten Teile eine Stufe in der Windseite der Hohlleiter auftritt, welche die Eigenschaften des Zirkulators wesentlich beeinträchtigt Im Millimeterwellenbereich führt die Einhaltung der geforderten Feriigungstoleranzen zu einem kaum noch vertretbaren Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. einen MiI-limeterwellen-Hohlleiter-Zirkulalor der eing?ngs genannten Art anzugeben, der *ich durch breitbandige Impedanzanpassung und gegenüber dem Stand der Tcchnik größere Einfachheit in Aufbau und Herstellungsweise auszeichnet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Zirkulator mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Abbildungen für einen K-Zirkulator noch näher erläutert.

Der Zirkulator ist aus einem zweiteiligen Fräsblock aufgebaut, wie in F i g. 1 dargestellt Die Einzelheiten zur Verbindung von Oberteil 1 und Unterteil 2 des Fräsblocks sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.

Die dem Unterteil zugewandte Seite des Oberteils ist völlig pl?.n und die Hohlleiterstruktur vollständig in das Unterteil eingefräst, so daß die plane Fläche des Oberteils eine Grundseite des Hohlleitersystems bildet.

Eine Draufsicht (F i g. 2) auf das Unterteil 2 des Fräsblocks verdeutlicht die Ausbildung der eingefrästen Hohlleiterstruktur. Die Zirkulatorarme, die um jeweils 120° gegeneinander versetzt sind, laufen in der Hohlleiterverzweigung zusammen. Im Zentrum der Verzweigung ist ein Ferritstab 4 angeordnet Dieser Ferritslab weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, aber auch solche mit dreieckigem Querschnitt sind geeignet Dem Schnitt AB der Fi g. 2 entspricht die Schnitidarstellung des Unterteils 2 des Fräsblocks in Fig. 1. Deutlich erkennbar ist das Prinzip der Taperung des Zirkulatorarms 3, wobei auf der Taperlängc /die Hohlleiterhöhc um Ab reduziert wird. Es ist von besonderem Vorteil, für das Verhältnis l/Ab Werte um 25 oder größer zu wählen.

Die Herstellung eines derartigen Unterteils des Fräsblocks stellt sich damit als extrem einfache Aufgabe dar. da nur ein Werkstück bearbeitet wird und die Arbeitsgänge keine besonderen Schwierigkeiten beinhalten.

Dies gilt insbesondere für eine lineare Taperung der Zirkulatorarme.

In Fig. 1 sind weiter die in den Fräsblock eingesetzten Permanentmagnete 5 zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes zu sehen. Um die Anordnung gegen Einflüsse durch magnetische Stoffe in der Umgebung unempfindlich zu machen, können die außenliegenden Magnetpole durch ein Weicheisenjoch 7 überbrückt werden. Durch Einfügen von Polschuhen 6 geeigneten Materials, wie z. B. Ni-Fe-Kompensationslegierung, kann der Einfluß der Temperatur weitgehend eliminiert werden.

Beim erfindungsgemäßen Zirkulator entfällt die Notwendigkeil der individuellen Anpassung jedes einzelnen Zirkulators bzw. Zirkulatorarms.

bo Die Impedanzanpassung ist ohne zusätzliche Abstimmelemente über einen breiten Frequenzbereich ausgezeichnet und der Anpassung der aus dem Stand der Technik bekannten Zirkulatoren gleichwertig. Beispielsweise kann ein einheitlicher Fräsbiock für das ge-

b5 samte W-Band von 75—110GH/. verwendet werden. Die genaue Arbeitsfrequenz wird lediglich durch den Ferrilstab eingestellt. Dadurch, daß keine Anpaßelemcntc vorhanden sind, entfällt die zeitraubende und auf-

wendige Einstellung mit abwechselndem Messen der Anpassungsqualität und Nachstellen der Anpaßelemente.

Insbesondere bei Zirkulatoren, bei denen f.ur Veränderung der Einstellung der Anpaßclemente Ober- und Unterteil des Blocks getrennt werden müssen, führt dies zu einem erheblichen Aufwand bei den bekannten Anordnungen.

Der Umstand, daß eine individuelle Einstellung jedes Zirkulators bei der Erfindung entfällt, empfiehlt den neu vorgeschlagenen Zirkulator besonders zur Anwendung als Teil einer Millimeterwellen-Baugruppe, bei der mehrere zusammenhängende Elemente in einem gemeinsamen Block vereinigt sind. In den Block sind dann beispielsweise außer einem oder mehreren Zirkulatoren auch bereits Mischer, Oszillatoren, Hohlieiterverbindungen etc. untergebracht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
20

25

30

35

40

45

55

60

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Millimeterweilen-Hohlleiter-Zirkuiator mit drei oder mehr in Längsrichtung getaperten Zirkulatorarmen und mit ferrimagnetischem Material, das einem statischen Magnetfeld ausgesetzt ist, im Zentrum der Hohlleiterverzweigung, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der Zirkulatorarrne nur eine Hohlleitergrundseite getapert ist (Fig.1).

2. Zirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taperung linear verläuft