DE1161600B - Star circulator - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: H Ol p;Boarding school Cl .: H Ol p;
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
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Display day:
H 03 hH 03 h
Deutsche Kl.: 21 a4 - 74German class: 21 a4 - 74
B 62842 IXd/21 a4B 62842 IXd / 21 a4
9. Juni 1961June 9, 1961
23. Januar 1964January 23, 1964
In der Technik der sehr hohen Frequenzen stellt sich mitunter die Aufgabe, bei einer gemeinsamen Verbindung zwischen mehreren Wellenleitern (Hohlleiter oder koaxiale Kabel) eine Umleitung derart zu schaffen, daß die über einen der Leiter der Verbindung zugeführte Energie diese nur über einen bestimmten anderen Leiter verläßt. Sind z. B. drei Leiter A1 B und C vorhanden, so soll die über A zugeführte Energie über B austreten, die über B zugeführte über C und die über C zugeführte über A. In the technology of very high frequencies, the task sometimes arises of creating a diversion in a common connection between several waveguides (waveguides or coaxial cables) in such a way that the energy supplied to the connection via one of the conductors only leaves it via a certain other conductor . Are z. B. A three conductors are present, to escape 1 B and C supplied through A power via B, supplied via B via C and supplied via C over A.
Zu diesem Zweck verwendet man Vorrichtungen, die man als Stern-Zirkulatoren (oder, wenn nur drei Leiter vorhanden sind, als Y-Zirkulatoren) bezeichnet und die, um die gewünschte selektive Umleitung zu bewirken, die anisotropen magnetischen Eigenschaften von gewissen ferrimagnetischen Stoffen (etwa von Ferrit oder Granat) ausnutzen. Wenn eine elektromagnetische Welle ein aus einem solchen von einem geeigneten magnetischen Feld magnetisierten Stoff bestehendes Hindernis durchdringt, ergibt sich zwischen dem Spin der Atome dieser Stoffe und der elektromagnetischen Welle eine solche Wechselwirkung, daß die Welle eine Verdrehung erfährt und in die gewünschte Richtung umgelenkt wird.For this purpose devices known as star circulators (or if only three Heads are present, referred to as Y-circulators) and those to effect the desired selective diversion, the anisotropic magnetic properties of certain ferrimagnetic substances (such as ferrite or garnet). If an electromagnetic Wave is a material magnetized from such a material by a suitable magnetic field penetrates existing obstacle, arises between the spin of the atoms of these substances and the electromagnetic wave such an interaction that the wave experiences a twist and in the desired direction is diverted.
Man verwendet zu diesem Zweck einen sternförmigen Zirkulator, welcher ein leitendes Glied mit radial gerichteten streifenartigen Armen enthält und welcher ein senkrecht zur Fläche des Gliedes magnetisiertes Elementenpaar aus magnetisch anisotropem Material besitzt, das kreisförmig ausgebildet und in der Mitte auf beiden Seiten des Gliedes angeordnet ist, wobei das Glied und das Elementenpaar in einer zylindrischen Kammer angeordnet sind, die durch zwei parallel voneinander auf Abstand gehaltenen Platten sowie einen Ringkörper gebildet wird.A star-shaped circulator is used for this purpose, which has a conductive member with radial directed strip-like arms and which contains a magnetized perpendicular to the surface of the member Pairs of elements made of magnetically anisotropic material, which are circular and in the middle is arranged on both sides of the link, the link and the pair of elements in a cylindrical Chamber are arranged by two parallel spaced apart plates as well an annular body is formed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zirkulator der beschriebenen Art zu schaffen, der eine verbesserte Übertragungsbandbreite aufweist, der sich einfach herstellen läßt, robust ist und der geringe Abmessungen hat. Diese Verbesserung erfolgt also nach beiden Seiten.The object of the present invention is to provide a circulator of the type described create that has an improved transmission bandwidth that is easy to manufacture, is robust and which has small dimensions. This improvement takes place on both sides.
Bei einem diese Bedingungen erfüllenden Stern-Zirkulator der vorbeschriebenen Ausführung sind erfindungsgemäß dielektrische Abstandsstücke zwischen jedem Arm und den Platten innerhalb der Kammer und unter Abstand von dem Ringkörper angeordnet.In the case of a star circulator of the embodiment described above which fulfills these conditions, according to the invention dielectric spacers between each arm and the plates within the chamber and spaced from the ring body.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die Arme über einen Teil ihrer Länge von der Mitte des Gliedes aus im wesentlichen in dem von den anisotropen Elementen überdeckten Bereich in ihrer Breite reduziert.According to an expedient development of the invention, the arms are over part of their length from the middle of the link essentially in the area covered by the anisotropic elements reduced in width.
Weiter können gemäß der Erfindung zwischen Stern-ZirkulatorFurthermore, according to the invention between star circulator
Anmelder:Applicant:
The Bendix Corporation,The Bendix Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)Detroit, me. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41Dr.-Ing. H. Negendank, patent attorney,
Hamburg 36, Neuer Wall 41
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 10. Juni 1960V. St. v. America June 10, 1960
(Nr. 35 281)(No. 35 281)
jedem Element aus magnetisch anisotropem Material und der benachbarten Grundfläche des Gehäuses zusätzlich zu den dielektrischen Abstandsstücken dünne Elemente aus dielektrischem Material angeordnet werden.each element made of magnetically anisotropic material and the adjacent base of the housing thin elements made of dielectric material are arranged in relation to the dielectric spacers will.
Eine derartige Vorrichtung hat gegenüber den be~ kannten Vorrichtungen wesentlich verbesserte Eigenschaften:
Die Anwesenheit der dielektrischen Elemente, die zwischen den Armen des sternförmigen
Leiters und den Gehäuseflächen angeordnet sind, ruft lokale Veränderungen der Kapazität und des magnetischen
Feldes hervor und gestattet durch die daraus resultierenden Diskontinuitäten die sonst vorhandenen
Reflexionen der nutzbaren Wellen fast vollständig zu unterdrücken. Die genaue radiale Lage der
zwischengelegten dielektrischen Elemente weist einen großen Einfluß auf die Eingangsverluste und die Übertragungsbandbreite
auf. Andererseits hat die Verringerung der Breite der Arme im Bereich der Ferritoder
Granatelemente die Wirkung, daß die durch die Anwesenheit dieser Elemente hervorgerufene örtliche
Verringerung der Impedanz kompensiert wird.
Von den Figuren zeigtSuch a device has significantly improved properties compared to the known devices: The presence of the dielectric elements, which are arranged between the arms of the star-shaped conductor and the housing surfaces, causes local changes in the capacitance and the magnetic field and allows the discontinuities resulting therefrom to suppress the otherwise existing reflections of the usable waves almost completely. The exact radial position of the interposed dielectric elements has a great influence on the input losses and the transmission bandwidth. On the other hand, reducing the width of the arms in the area of the ferrite or garnet elements has the effect of compensating for the local reduction in impedance caused by the presence of these elements.
From the figures shows
F i g. 1 eine zum Teil geschnittene Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung,F i g. 1 is a partially sectioned plan view of a device according to the invention,
F i g. FIG. 2 shows a longitudinal section along the line 2-2 of the FIG. 1 shown device,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den sternförmigen Leiter 56.3 shows a plan view of the star-shaped conductor 56.
Die dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 20, das sich aus zwei miteinander verschraubtenThe device shown consists of a housing 20, which is screwed together from two
So Platten 22 und 24 zusammensetzt. Diese beiden vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Platten sind an ihren Innenflächen ausgehöhlt, so daß zwischenSo panels 22 and 24 are put together. These two plates are preferably made of aluminum hollowed out on their inner surfaces so that between
309 780/173309 780/173
3 43 4
ihnen eine zylindrische, abgeplattete Kammer 26 ge- Arm (z. B. 60) umgelenkt wird, der bei einem bebildet wird, deren beide Querwände, die z. B. einen stimmten Drehsinn auf den erstgenannten Arm folgt. Abstand von 6,35 mm voneinander haben, die beiden Lediglich ein sehr geringer Bruchteil der ankommen-Massenflächen 27 und 27 a bilden. Jede der beiden den Welle geht auf den anderen benachbarten Arm Platten 22 und 24 weist eine äußere koaxiale Aus- 5 (z. B. 62) über. Wird das magnetische Feld zwischen nehmung mit einer zylindrischen Vertiefung 28 auf, den Polschuhen 36, 37 umgekehrt, so ändert sich der in die jeweils ein aus zwei übereinanderliegenden Drehsinn ebenfalls, d. h., bei dem genannten Beispiel Scheiben 32 und 34 gebildeter Magnet eingesetzt ist. wird die über den Arm 58 ankommende Welle auf Die Scheiben bestehen vorzugsweise aus einem bis den Arm 62 umgeleitet.a cylindrical, flattened chamber 26 ge arm (z. B. 60) is deflected to them, which is illustrated in one is, the two transverse walls, the z. B. a correct sense of rotation follows the first-mentioned arm. Have a distance of 6.35 mm from each other, the two only a very small fraction of the arriving mass areas 27 and 27 form a. Each of the two shafts goes to the other adjacent arm Plates 22 and 24 have an outer coaxial configuration 5 (e.g. 62). Will the magnetic field between recording with a cylindrical recess 28, the pole pieces 36, 37 reversed, the changes in each of the two directions of rotation lying one above the other, d. that is, in the example mentioned Discs 32 and 34 formed magnet is used. the wave arriving via the arm 58 will open The disks preferably consist of one redirected to the arm 62.
zur Sättigung magnetisierten keramischen Material. io Wie Fig. 1 deutlich zeigt, fällt der schmale Teil Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat jedes der drei Arme 58, 60, 62 mit dem Radius der jede Magnetscheibe einen Durchmesser von 27,41 mm Granatscheiben 66 und 68 zusammen. Die Anwesen- und eine Dicke von 6,35 mm. Jeder der beiden durch heit dieser Scheiben verändert die Impedanz der die beiden Scheiben gebildeten Magnete weist weiter Übertragungsleitung in dem von diesen Scheiben einen Polschuh 36 bzw. 37 aus Weicheisen auf, der i5 überdeckten Bereich. Die beschriebene Verschmälean der inneren Scheibe des Magnets anliegt und in rung der Arme bewirkt eine Kompensation, die sichereine weitere Vertiefung 38 oder 40 am Boden der stellt, daß die resultierende Impedanz annähernd zylindrischen Vertiefungen 28 eingelassen ist. gleichförmig ist und die Reflexion niedrig hält. Weiter An drei jeweils um 120° gegeneinander versetzten wird dadurch ein sehr niedriger Eintrittsverlust über Abflachungen des Gehäuses 20 sind drei identische 20 ein breites Frequenzband sichergestellt. Zwischen der Anschlußstutzen 42, 44 und 46 festgeschraubt. In Massenfläche 27 und 27« des Gehäuses 20 und der jedem Anschlußstutzen ist mit Hilfe einer in eine Scheibe 66 oder 68 ist eine kleine isolierende Scheibe Ausnehmung am Ende des Stutzens eingelassenen 70 angeordnet, die vorzugsweise aus Tetrafluoräthylen isolierenden Scheibe 48 ein rohrförmiger Stecker 50 besteht. Die relative Dielektrizitätskonstante dieses montiert, dessen äußerer Teil gespalten ist, so daß 25 Materials beträgt 2,1 und der Tangens des Verlustzwei Finger 53 gebildet werden, von denen im Be- winkeis 0,0002.ceramic material magnetized to saturation. As FIG. 1 clearly shows, the narrow part coincides. In the exemplary embodiment described here, each of the three arms 58, 60, 62 has a diameter of 27.41 mm garnet disks 66 and 68 with the radius of each magnetic disk. The property and a thickness of 6.35 mm. Each of the two integrated by these discs changes the impedance of the magnets, the two disks formed further includes transmission line in which a pole shoe of these disks 36 and 37 of soft iron on which i 5-covered area. The described narrowing rests against the inner disk of the magnet and causes the arms to compensate, which securely creates a further recess 38 or 40 at the bottom, which means that the resulting impedance is embedded in approximately cylindrical recesses 28. is uniform and keeps reflection low. Furthermore, on three each offset by 120 ° from one another, a very low entry loss is ensured via flattened areas of the housing 20, three identical 20 a wide frequency band. Screwed tightly between the connecting pieces 42, 44 and 46. In the ground area 27 and 27 "of the housing 20 and each connection piece, a small insulating disk recess 70 is arranged in a disk 66 or 68, which is preferably made of tetrafluoroethylene insulating disk 48, a tubular plug 50. The relative dielectric constant of this mounted, the outer part of which is split, so that 25 material is 2.1 and the tangent of the loss two fingers 53 are formed, of which in the angle 0.0002.
trieb der Mittelleiter des nicht weiter dargestellten Jede dieser Scheiben hat bei dem gewählten Auskoaxialen Kabels gehalten wird. führungsbeispiel einen Durchmesser von 12,70 mm In der Symmetrieebene des Gehäuses ist ein aus und eine Dicke von 0,127 mm. Diese Scheiben haben leitendem Blech ausgestanztes, aus drei symmetri- 30 ebenfalls die Aufgabe, den Impedanzverlauf gleichsehen Armen 58, 60, 62 (s. F i g. 3) bestehendes Glied mäßiger zu machen und die Reflexionen zu ver- 56 so angeordnet, daß die Enden der drei genannten ringern.drove the center conductor of the not further shown each of these disks has to be held at the selected coaxial cable. management example a diameter of 12.70 mm In the symmetry plane of the housing is a from and a thickness of 0.127 mm. These disks have conductive plate punched from three symmetrical 30 is also the task of the impedance curve equal see arms 58, 60, 62 (see Fig. F i g. 3) to make existing member even and arranged reflections to comparable 56 so that wrestle the ends of the three named.
Arme in Einschnitten 52 an den inneren Enden der Zwischen jeder der beiden gegenüberliegenden drei Stecker eingreifen. Das Glied 56 ist der oben- Flächen jedes der Arme 58, 60, 62 und der entspregenannte sternförmige Leiter. Bei dem gewählten 35 chenden Grundfläche 27 oder 27 a des Gehäuses ist Beispiel hat jeder Arm eine Länge von 25,4 mm und ein Abstandsstück oder eine Scheibe 72 aus Tetraeine Breite von 5,54 mm über den größten Teil seiner fluoräthylen angeordnet. Der Mittelpunkt jedes dieser Länge. Die Breite vermindert sich dann bis auf Abstandsstücke, die einen Durchmesser von 6,96 mm 3,18 mm bei einem Abstand von 6,35 mm von dem und eine Dicke von 2,44 mm haben, ist 13,85 mm Mittelpunkt des Gliedes. Der Abschnitt, in dem sich 40 von der Mittelachse der Vorrichtung entfernt. Gemäß die Breite von dem genannten größten Wert auf den der Erfindung bilden diese dielektrischen Elemente, genannten kleinsten Wert stetig vermindert, hat eine wiez. B. 72, ein geeignetes, starkes und empfindliches radiale Länge von 4,75 mm. Diese Bemessungs- Abstimmittel dadurch, daß eine sehr geringe Verangaben sind jedoch lediglich Beispiele. DieVerringe- Schiebung dieser Elemente entlang den Armen eine rung der Breite der Arme in dem mittleren Bereich 45 bedeutende Veränderung des Durchlaßfrequenzbandes sternförmigen Leiters 56 soll insbesondere die des der Vorrichtung bewirkt. Weiter erlauben diese Gleichförmigkeit der Impedanz über die gesamte Elemente, wenn sie geeignet angeordnet werden, eine Länge jedes Armes sicherstellen, damit Signal- Reduktion der Reflexionen auf einen sehr niedrigen reflexionen in diesen Armen auf ein Minimum redu- Wert und folglich der Energieverluste in der Vorziert werden. 50 richtung, wahrscheinlich dank der örtlichen Ver-Wie in F i g. 2 dargestellt, sind beiderseits des Glie- änderungen der Kapazität zwischen den leitenden des 56 symmetrisch zwei Scheiben 66, 68 angeordnet, Armen und den Massenflächen, die aus einem Material mit geeigneten anisotropen Die Wirkungsweise ergibt sich bereits aus der vormagnetischen Eigenschaften, etwa aus Ferrit oder aus stehenden Beschreibung. Es sei darauf hingewiesen, Granat, bestehen. Bei dem hier beschriebenen Aus- 55 daß es, um die Richtung der Drehung zwischen der führungsbeispiel bestehen die Scheiben aus Yttrium- eintretenden Welle und der austretenden Welle um- und Eisen-Granat. Die Sättigungsmagnetisierung die- zukehren, ausreicht, die drei Kabel zu lösen, die Vorses Materials liegt bei 1880 Gauß und seine Feld- richtung über Kopf zu drehen und die Kabel wieder stärke bei 55 Örsted. Der Curiepunkt liegt bei 290° C. anzuschließen.Arms in notches 52 at the inner ends of the intermediate of each of the two opposite one another three plugs engage. The member 56 is the top of each of the arms 58, 60, 62 and the deserved one star-shaped ladder. With the selected 35 corresponding base area 27 or 27 a of the housing For example, each arm is 25.4 mm long and has a spacer or disk 72 made of tetraeine Width of 5.54 mm arranged over most of its fluoroethylene. The center of each of these Length. The width is then reduced to spacers that have a diameter of 6.96 mm 3.18 mm at a distance of 6.35 mm from and having a thickness of 2.44 mm is 13.85 mm Center of the limb. The portion where 40 moves away from the central axis of the device. According to these dielectric elements form the width from the stated largest value to that of the invention, said smallest value steadily decreased, has a wiez. B. 72, a suitable, strong and sensitive one radial length of 4.75 mm. This assessment means that a very small amount of information however, are only examples. Reduce the displacement of these elements along the arms tion of the width of the arms in the central region 45 significant change in the pass frequency band Star-shaped conductor 56 is intended in particular to effect that of the device. Further allow this Uniformity of impedance across the entire elements, when properly arranged, one Ensure the length of each arm to reduce the reflection of the signal to a very low level Reflections in these arms are reduced to a minimum and consequently the energy losses in the vorziert will. 50 direction, probably thanks to local information. 2, both sides of the equation are changes in the capacitance between the conductive ones des 56 symmetrically arranged two disks 66, 68, arms and the mass surfaces, made of a material with suitable anisotropic The mode of action already results from the pre-magnetic Properties, for example from ferrite or from standing description. It should be noted Garnet. In the case of the 55 described here, it is necessary to determine the direction of rotation between the In the example, the discs consist of yttrium- the incoming shaft and the outgoing shaft around and iron garnet. Reversing the saturation magnetization is sufficient to loosen the three cables, the pre-ses Material is 1880 Gauss and its field direction is to turn upside down and the cable again strength at 55 Örsted. The Curie point is 290 ° C. to be connected.
Die Scheiben haben einen Durchmesser von 12,70 mm 60 Die Kenndaten der Vorrichtung gemäß der Erfin-The disks have a diameter of 12.70 mm 60 The characteristics of the device according to the invention
und eine Dicke von 2,26 mm (+ 0,025, — 0). Dank dung sind außerordentlich günstig. Bei dem beschrie-and a thickness of 2.26 mm (+ 0.025, - 0). Thanks are extremely cheap. In the case of the
ihrer anisotropen magnetischen Eigenschaften rufen benen Ausführungsbeispiel mit einem Frequenzbandtheir anisotropic magnetic properties call an embodiment with a frequency band
die Scheiben 66 und 68 beim Konzentrieren des zwischen 4700 und 5700MHz liegt die Isolationthe disks 66 and 68 when concentrating the between 4700 and 5700MHz is the isolation
zwischen den beiden Polschuhen 36 und 37 erzeugten mindestens bei 20 db und im Maximum bei 35 bisbetween the two pole pieces 36 and 37 generated at least 20 db and a maximum of 35 to
magnetischen Feldes eine Kreisdrehung des elektro- 65 40 db. Das Verhältnis der stationären Wellen liegtmagnetic field a circular rotation of the electro- 65 40 db. The ratio of the stationary waves is
magnetischen Feldes hervor, derart, daß eine über bei 1,15, und die Eintritts Verluste sind geringer alsmagnetic field emerges, such that one is about at 1.15, and the ingress losses are less than
einen der Arme (beispielsweise den Arm 58) des Glie- 0,4 db. Es kann eine mittlere Leistung von 10 W mitone of the arms (e.g. arm 58) of the limb 0.4 db. It can have an average power of 10W
des 56 zugeführte elektromagnetische Welle auf den Spitzen von 10 kW übertragen werden. Die Abmes-of the 56 supplied electromagnetic wave can be transmitted on the peaks of 10 kW. The dimensions
sungen sind außerordentlich gering: 60,33 mm Durchmesser und 25,4 mm Höhe. Die Vorrichtung wiegt nur 312 g und arbeitet befriedigend bei Temperaturen zwischen -55 und +125° C.Solutions are extremely small: 60.33 mm in diameter and 25.4 mm in height. The device weighs only 312 g and works satisfactorily at temperatures between -55 and + 125 ° C.
Claims (3)
»Proceedings of the IRE«, Januar 1960, S. 115
und 116.Considered publications:
Proceedings of the IRE, January 1960, p. 115
and 116.
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