DE102004056263A1

DE102004056263A1 - Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des Magnetfeldes in einem YIG-Filter

Info

Publication number: DE102004056263A1
Application number: DE200410056263
Authority: DE
Inventors: Claus Tremmel; Ralf Dr. Jünemann; Wilhelm Hohenester; Gerd Dr. Hechtfischer
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: DE102004056263B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des in einem YIG-Bandpaßfilter (1) herrschenden Magnetfeldes, wobei das YIG-Filter (1) mehrere YIG-Elemente (2) umfaßt, die durch Koppelschleifen (3) elektromagnetisch gekoppelt und einem ersten Magnetfeld (B¶0¶) ausgesetzt sind, sowie weiterhin planparallele Magnetpole (6) zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes (B¶0¶) umfaßt, ist gekennzeichnet dadurch, daß zumindest eines der YIG-Elemente (2) einem zusätzlichen Magnetfeld (B¶1¶) ausgesetzt ist, welches durch zusätzliche Magnetspulen (7) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des in einem YIG-Filter herrschenden Magnetfeldes 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 oder YIG) hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Koppelschleifen erzielt.

Ein YIG-Bandpaßfilter ist beispielsweise aus der Druckschrift US 5,294,899 bekannt. Das durchstimmbare YIG-Bandpaßfilter weist dabei einen festen Magnetpol, einen zu diesem beabstandeten, nicht planparallelen 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 ferrimagnetischen 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 unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt werden.

Weiterhin ist es aus der Praxis bekannt, das Magnetfeld des Filters zwischen den Magnetpolen mit einem Gradienten zu versehen, um das Filter abstimmen zu können. Zu diesem Zweck werden die Polschuhe des Magneten bezüglich einer Raumachse gegeneinander verkippt, indem eine Unterlagscheibe einseitig zwischen den trennbaren Schenkel des Magneten gelegt wird.

Nachteilig an dem genannten Verfahren ist dabei insbesondere, daß das Verfahren aufwendig ist, da jedes Mal der Magnet demontiert werden muß, um Unterlagscheiben verschiedener Stärke einlegen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des Magnetfeldes für ein YIG-Filter zu schaffen, die eine Abstimmung auf nichtmechanischem Weg durch Einsatz eines zusätzlichen Magnetfeldes ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung umfaßt dabei zusätzliche Magnetspulen, welche zumindest eines der YIG-Elemente einem zusätzlichen Magnetfeld aussetzen. Dadurch ist eine einfache, getrennte Einstellung des auf mindestens ein YIG-Element wirkenden Gesamtfeldes möglich, ohne den YIG-Filter zum Abgleich mehrfach mechanisch demontieren zu müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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 zeigen:
1 eine stark schematische, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines YIG-Bandpaßfilters mit YIG-Elementen und Koppelschleifen, und
2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines YIG-Bandpaßfilters mit einem zusätzlichen Magnetspulenpaar.
Die 1 zeigt in einer stark schematisierten, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines YIG-Bandpaßfilters 1, das im Ausführungsbeispiel vier in einem nicht dargestellten Grundkörper angeordnete YIG-Elemente 2 aufweist. Die YIG-Elemente 2 sind dabei kugelförmig aus einem Yttrium-Eisen-Granat ausgebildet und durch Koppelschleifen 3 elektromagnetisch miteinander gekoppelt. Durch je eine Ein- bzw. Auskoppelschleife 4 erfolgt die Anbindung an Koaxialkabel 5 nach außen.
Die Durchstimmbarkeit des YIG-Filters 1 ist durch die physikalischen Eigenschaften der YIG-Elemente 2 im Zusammenwirken mit einem äußeren Magnetfeld B₀ bedingt, welches, wie in 2 dargestellt, über zwei Magnetpole 6 erzeugt wird, zwischen denen die in 1 dargestellten Filterkomponenten angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 nur die YIG-Elemente 2 dargestellt.
Das Magnetfeld B₀ bestimmt die Resonanzfrequenz der YIG-Elemente 2, so daß durch eine Änderung des Magnetfeldes B₀ eine Verschiebung der Resonanzfrequenz möglich ist. Um eine gute Anpassung des YIG-Filters 1 zu erzielen, ist es jedoch notwendig, denjenigen der YIG-Elemente 2, die nicht direkt an die Ein- bzw. Ausgangsleitung 4 gekoppelt sind, ein etwas größeres Magnetfeld anzubieten.
Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Aufhebung der Planparallelität der Magnetpole 6 durch mechanische Verkippung der Magnetpole 6 gegeneinander. Dabei wird auf einer Seite zwischen den nicht dargestellten Schenkelhälften des Magneten eine Unterlagscheibe eingeschoben, so daß zwischen den Magnetpolen 6 bezüglich einer radialen Raumachse der gewünschte Gradient des Magnetfeldes entsteht.
Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist ein komplizierter Abgleich des YIG-Filters 1, bei dem immer wieder die gesamte Filterkonstruktion auseinandergeschraubt werden muß, damit Unterlagscheiben unterschiedlicher Dicke eingelegt werden können.
Demgegenüber erfolgt der Abgleich des Magnetfeldes B₀ gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein überlagertes, zweites Magnetfeld B₁. Dieses wird durch zusätzliche Magnetspulen 7 erzeugt, welche auf die Magnetpole 6 aufgewickelt und untereinander durch eine Überleitung 9 verbunden sind.
Dabei sind, wie aus 2 ersichtlich, die Magnetpole 6 mit jeweils einem Schlitz 8 versehen. Die Magnetspulen 7 sind somit jeweils um eine Hälfte des jeweiligen Magnetpols 6 gewickelt, so daß die Beeinflussung des Magnetfeldes B₀ lediglich in einem begrenzten Bereich um zwei der im Ausführungsbeispiel vier YIG-Elemente 2 stattfindet. Über den Strom durch die zusätzlichen Magnetspulen wird in dem gewählten Bereich ein Magnetfeld B₁ erzeugt, welches sich bei entsprechender Richtungswahl des Stromes zum bereits vorhandenen Feld addiert.
Die Schlitze 8 in den Magnetpolen 6 sind dabei parallel zueinander und mittig zu den beiden Paaren von YIG-Elementen 2 angeordnet. Dabei befinden sich nur diejenigen YIG-Elemente 2, welche nicht direkt an die Ein- bzw. Ausgangsleitung 4 gekoppelt sind, im Wirkungsbereich des zusätzlichen Magnetfeldes B₁. Der eingeprägte Strom bestimmt dann den Offset in den Resonanzfrequenzen der beiden Paare von YIG-Elementen 2 zueinander.
Das Prinzip der zusätzlichen Magnetspulen 7 kann je nach Geometrie beliebig verfeinert werden. So ist es z.B. möglich, bei gängigen mehrstufigen YIG-Filtern 1 einzelne Bereiche mit einem zusätzlichen Magnetfeld B₁ zu beaufschlagen, indem die Magnetpole 6 mehrfach geschlitzt ausgebildet und dann in einzelnen Bereichen wie z.B. in Hälften, Vierteln oder anderen Teilungen mit den zusätzlichen Magnetspulen 7 versehen werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einem drei- oder mehrstufigen YIG-Filter 1 an beliebigen Positionen ein Magnetfeld B₁ zu superponieren, um den Abgleich in einfacher und zuverlässiger, stufenlos variierbarer Form zu ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt und für beliebig ausgestaltete YIG-Filter 1 beispielsweise mit mehr YIG-Elementen 2 oder unterschiedlichen Anordnungsgeometrien geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Vorrichtung zur differenzierten Einstellung des in einem YIG-Filter (1) herrschenden Magnetfeldes, wobei das YIG-Filter (1) mehrere YIG-Elemente (2) umfaßt, die durch Koppelschleifen (3) elektromagnetisch gekoppelt und einem ersten Magnetfeld (B₀) ausgesetzt sind, sowie Magnetpole (6) zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes (B₀) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der YIG-Elemente (2) einem zusätzlichen Magnetfeld (B₁) ausgesetzt ist, welches durch zumindest zwei zusätzliche Magnetspulen (7) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (6) jeweils zumindest einen Schlitz (8) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Magnetspulen (7) so auf die Magnetpole (6) gewickelt sind, daß sie durch die Schlitze (8) verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (8) parallel zueinander ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (7) so angeordnet sind, daß das zusätzliche Magnetfeld (B₁) auf diejenigen YIG-Elemente (2) wirkt, welche nicht an eine Ein- bzw. Ausgangsleitung (4) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (7) getrennt von den Magnetspulen, welche das erste Magnetfeld (B₀) erzeugen, mit Strom beaufschlagt werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder (B₀, B₁) additiv wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (6) jeweils mehrere Schlitze (8) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (6) dadurch Halb-, Viertel- oder höhere Teilungen erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Magnetspulen (7) jeweils um einen der durch die Teilungen entstandenen Magnetpolanteil gewickelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Magnetspulen (7) durch eine Überleitung (9) miteinander gekoppelt sind.