DE2163305A1

DE2163305A1 - Ferrimagnetic connection circulator

Info

Publication number: DE2163305A1
Application number: DE19712163305
Authority: DE
Inventors: Andrew Seyfang Springfield Green Essex Hudson (Großbritannien). P
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1970-12-19
Filing date: 1971-12-20
Publication date: 1972-08-24
Also published as: DE2163305B2; GB1307776A; AU3693371A; FR2120800A5

Description

OR. MÖLLER-BORS DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-INQ. FINSTERWALD DIPL.-INQ. QRAMKOW OR. MÖLLER-BORS DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-INQ. FINSTERWALD DIPL.-INQ. QRAMKOW

PATENTANWXLTtPATENTANWXLTt

München, den 20. Dez, 1971 Ve/U - M 2145Munich, December 20, 1971 Ve / U - M 2145

THE MARCONI COMPANT LIMIiCED Marconi House, New Street, Ohelmsford, Essex / ENGLAIiDTHE MARCONI COMPANT LIMIiCED Marconi House, New Street, Ohelmsford, Essex / ENGLAIiD

Ferrimagnetischer Verbindungs-Zirkulator 'Ferrimagnetic Link Circulator '

Die Erfindung betrifft ferrimagnetische Verbindungszirkulatoren. The invention relates to ferrimagnetic compound circulators.

Die Figur 1 der Zeichnung stellt schematisch einen typischen bekannten ferrimagnetischen Hochleistujagß-Verbindungs-Zirkulator dar« Gemäss Pig. I der Zeichnung besteht der Zirkulator aus einer Wellenleiter-Verbindung mit drei Offnungen, deren Offnungen mit 1,2 und 3 nummeriert sind und welche ein gyromagnetisches Medium aufweist, welches auf eine geeignete gleich magnetische feldstärke vorgespannt ist, wobei die In' Ordnung so getroffen ist, dass eine geringe Dämpfung der zwischen benachbarten Öffnungen übertragenen Mikrowellen-Signale in einer Hichtung erreicht ist und eine hohe Dämpfung in der entgegengesetzten Bichtung vorhandenFigure 1 of the drawings schematically depicts a typical known high performance ferrimagnetic compound circulator dar «According to Pig. In the drawing, the circulator consists of a waveguide connection with three openings, their openings with 1, 2 and 3 are numbered and which are a gyromagnetic Has medium which is biased to a suitable equal magnetic field strength, the In ' Order is such that a low attenuation of the microwave signals transmitted between adjacent openings is reached in one direction and high attenuation is present in the opposite direction

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ist. Um solche Zirkulatoren bei hohen Pegeln einfallender Mikrowellenenergie zu betreiben, ist es üblich, das gyromagnetische Material in der Art zu modifizieren, dass der Pegel der Hochfrequenzenergie,bei welchem sogenannte nichtlineare Effekte auftreten, über den maximalen Leistungspegel hinausgehoben wird, welchen der Zirkulator bearbeiten soll. Ein üblicherweise verwendeter Parameter zur Angabe des höchsten Energiepegels, welcher von einem Perrit verarbeitet werden kann, ist die Spinnwellen-Linienbreite (AH^), wobei die maximal verarbeitbare Energie sich alsA H2j£ ändert. ¥ie jedoch hinreichend bekannt ist, wächst die Einfügungsdämpfung des Ferrits mit' zunehmendenis. Around such circulators incident at high levels To operate microwave energy, it is common practice to modify the gyromagnetic material in such a way that the level of high frequency energy at which so-called non-linear effects occur above the maximum power level is lifted out which the circulator is to process. A commonly used parameter to indicate the highest energy level that can be processed by a Perrit is the spinning wave line width (AH ^), where the maximum processable energy changes as A H2j £. However, it is sufficiently known the insertion loss of the ferrite increases with increasing

In dem in der Pig. I dargestellten Zirkulator ist angenommen, dass ein Sender Tx mit der öffnung 1 verbunden ist, dass ein Empfänger Rx mit der öffnung 3 verbunden ist und eine gemeinsame Antenne Ae mit der öffnung 2 ver bunden ist. Energie von dem Sender Tx, welcher mit der öffnung 1 verbunden ist, wird mit geringer Dämpfung L. ~ zur Antennenöffnung 2 übertragen, Jedoch nieht zur Smpfängeröffnung 3» und zwar aufgrund der hohen DämpfungIn the one in the Pig. I shown circulator is assumed that a transmitter Tx is connected to the opening 1, that a receiver Rx is connected to the opening 3 and a common antenna Ae is connected to the opening 2. Energy from the transmitter Tx, which with the opening 1 is connected, L. ~ to the antenna opening 2, but not to the receiver opening 3 »because of the high damping

Übertragungsrichtung.Transmission direction.

In ähnlicher Weise wird ein durch die Antenne AE, welche mit der öffnung 2 verbunden ist, empfangenes Signal an die Empfängeröffnung 3 mit geringer Dämpfung ϊ*ο-* übertragen, jedoch nicht zur Senderöffnung 1, und zwar aufgrund der hohen Dämpfung L₃, ~ ^ⁿ ^^er umgekehrten Ausbreitung srichtung.In a similar way, a signal received by the antenna AE, which is connected to the opening 2, is transmitted to the receiver opening 3 with low attenuation ϊ * ο- * , but not to the transmitter opening 1, due to the high attenuation L ₃ , ~ ^ ⁿ ^ ^er reverse direction of propagation.

Normalerweise sind die Einfügungsdämpfungen L_{1 o}, L₀ ~ und L, η ähnlich, und sie liegen im Bereich zwischen O und 1 dB. Die Einfügungsdämpfungen Lp ^ * ^_pUsually the insertion losses L ₁₀ , L ₀ ~ and L, η are similar, and they are in the range between 0 and 1 dB. The insertion losses Lp ^ * ^ _p

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sind ebenfalls ähnlich und liegen im Bereich zwischen 10 und 4Ö dB. Dieser bekannte Zirkulator weist den ernsthaften Nachteil auf, dass die Spinnwellen-Linienbreite Äug des Ferrits so eingestellt ist, dass die maximal durch den Sender erzeugte Leistung Verarbeitet wird, was zu erhöhten Einfügungsdämpfungen (L^_-2' ^L2-3' ^3-1 ^ ^{in der} Vorwärtsrichtung der übertragung zwischen allen öffnungen führt. Weiterhin würde im Falle einer Fehlanpassung extern zur Öffnung 2 ein grosser Energiebetrag zur öffnung 3 übertragen und damit zum Empfänger Hx. Um gegen diese Möglichkeit Vorkehrungen zu treffen, ist es üblich, eine Art von Begrenzungseinrichtung zwischen der öffnung 3 und dem Empfänger vorzusehen.are also similar and range between 10 and 40 dB. This known circulator has the serious disadvantage that the spinning wave line width ug of the ferrite is set so that the maximum power generated by the transmitter is processed, which leads to increased insertion losses (L ^ _-2 ' ^L 2-3' ^ 3- 1 ^ leads ^{in the} forward direction of the transmission between all openings. Furthermore, in the event of a mismatch externally to opening 2, a large amount of energy would be transmitted to opening 3 and thus to the receiver Hx Provide limiting device between the opening 3 and the receiver.

Die Erfindung hat zum Ziel, ferromagnetische Verbindungs-Zirkulatoren zu schaffen, welche nicht im selben Ausmass unter den obigen Nachteilen leiden.The invention aims to provide ferromagnetic compound circulators to create which do not suffer from the above disadvantages to the same extent.

Gegenstand der Erfindung ist ein ferrimagnetischer Verbindungs-Zirkulator, dadurch gekennzeichnet, dass das gyromagnetische Hedium als eine Zusammensetzung von Ferritmaterialien mit verschiedenen Spinnwellen-Linienbreiten-Eigenschaften derart angeordnet ist, dass Ferritmaterial mit hoher Spinnwellen-Linienbreite dort vorhanden ist, wo im Betrieb ein starkes Hochfrequenzfeld vorhanden ist, und Ferritmaterial mifc geringer Spinnwellen-Linienbreite dort vorhanden ist, wo im Betrieb ein schwächeres Hochfrequenz-Feld vorhanden ist.The invention relates to a ferrimagnetic compound circulator, characterized in that the gyromagnetic hedium as a composite of ferrite materials with different spinning wave line width properties is arranged such that ferrite material is present with a high spinning wave line width where there is a strong high-frequency field during operation, and ferrite material with a small spinning wave line width is present where there is a weaker high-frequency field during operation is available.

Durch geeignete Veränderung im Aufbau über das gyromagnetische Hedium hinweg lasst sich die Spinnwellen-Linienbreite an einer beliebigen Stelle im Körper zumindest annähernd optimalisieren, und zwar unter Berücksichtigung der .Hochfrequenzenergie, welche im Betrieb an dieserThe spinning wave line width can be changed by suitable changes in the structure beyond the gyromagnetic hedium at least approximately optimize at any point in the body, taking into account the .high-frequency energy, which during operation on this

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Stelle erwartet wird.Position is expected.

Die Unterschiede im Aufbau, bzw. der Zusammensetzung, können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass dem Ferritmaterial verschiedene Mengen und Mischungsverhältnisse seltene Erden wie Dysprosium oder Terbium zugesetzt werden oder indem die Korngiftsse oder die Porositätspegel über das Medium eingestellt werden.The differences in structure or composition, can be achieved, for example, by adding different amounts and mixing ratios to the ferrite material rare earths such as dysprosium or terbium are added or by the Korngiftsse or the Porosity level can be adjusted via the medium.

Die Veränderung im Aufbau kann Grenzen zwischen Volumina der Ferritmaterialien verschiedener ßpinnwellen-Linienbreite einbeziehen oder die Übergänge können kontinuierlich und allmählich sein. Ein kontinuierlicher und allmählicher Obergang kann durch eine kontinuierliche und allmähliche Veränderung der Konzentration der seltenen Erde erreicht werden oder auch durch einen entsprechenden kontinuierlichen und allmählichen Übergang in der Korngrösse oder der Porosität, und zwar durch das Medium hindurch und in Abhängigkeit vom jeweiligen Fall.The change in structure can create boundaries between volumes of ferrite materials of different spinning shaft line widths involve or the transitions can be continuous and gradual. A continuous and gradual transition can be due to a continuous and gradual change in the concentration of the rare Earth or through a corresponding continuous and gradual transition in grain size or porosity, through the medium through and depending on the case.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:The invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows:

Fig. 2 ein Diagramm, welches einen erfindungsgemässen ferrimagnetisehen Hochleistungs-Verbindungs-Zirkulator darstellt.Fig. 2 is a diagram showing an inventive high performance ferrimagnetic compound circulator represents.

Gemäss Figur 2 ist wiederum angenommen, dass ein Sender mit der Öffnung 1, ein Empfänger mit der Öffnung 3 und eine.gemeinsame Antenne mit der Öffnung 2 verbunden sind. Das (nicht schraffiert dargestellte ) Hauptvolumen 4 des gyromagnetischen Mediums besteht aus Ferritmaterial mit einer mittleren Spinnwellen-Linienbreite (A H^). Der restliche Teil des Mediums ist aus drei (kreuzschraffiert dargestellten) Bereichen 5 zusammengesetzt, welche eine hohe Spinnwellen-Linienbreite (Δ H^) besitzen und welche beiderseits der Öffnungen 1 und 2 angeordnet sind. Ein weiterer (schraffiert dargestellter) Bereich 6 mit geringer Spinnwellen-Linienbreite (A H^-) umgibt die Öffnung 3· Die Spinnwellen-Linienbreite (A EL·) eines beliebigen Bereiches ist so ausgebildet, dass der verhältnismässig hohen übertragenen Hochfrequenzleistung Rechnung getragen ist, welche im Betrieb zwischen den Öffnungen 1 und 2 vorhanden ist und weiterhin auch der verhältnisjjmässig geringen empfangenen Hochfrequenzleistung, welche im Betrieb zwischen den Öffnungen 2 und 3 vorhanden ist. In dem veranschaulichten Zirkulator stehen die Spinnwellen-Linienbreiten der Bereiche 5, 6 und 4· im Verhältnis A PL· , A^£ XiXLd K .
* 2 ~g According to FIG. 2, it is again assumed that a transmitter is connected to the opening 1, a receiver is connected to the opening 3 and a common antenna is connected to the opening 2. The main volume 4 (not hatched) of the gyromagnetic medium consists of ferrite material with an average spinning wave line width (AH ^). The remaining part of the medium is composed of three areas 5 (shown cross-hatched) which have a high spinning wave line width (Δ H ^) and which are arranged on both sides of the openings 1 and 2. Another area 6 (shown hatched) with a small spinning wave line width (AH ^ -) surrounds the opening 3. The spinning wave line width (A EL is present between the openings 1 and 2 during operation and also the relatively low received high-frequency power which is present between the openings 2 and 3 during operation. In the illustrated circulator, the spinning wave line widths of regions 5, 6 and 4 · are in the ratio A PL ·, A ^ £ XiXLd K.
* 2 ~ g

Obwohl s'ie zwar typisch ist, ist die obige Beziehung zwischen den Bereichen von hoher, mittlerer und geringerWhile typical, the above relationship is between the ranges of high, medium, and low

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Spinnwellen-Bandbreite nur als Beispiel angeführt. Es ist zu bemerken, dassSpinning shaft bandwidth is only given as an example. It should be noted that

1) In der Öffnung 1 auftretende hohe Energiepegel ein Muster einer Feldintensität herrorrufen, wodurch das Feld Ferritmaterial vorfindet, welches dazu in der Lage ist, diesem gemäss seiner Intensität standzuhalten. Somit wird die Gesamtdämpfung zwischen den Offnungen 1 und 2 reduziert, und zwar im Vergleich zu den Verhältnissen, wie sie vorhanden wären, wenn das Material gleichförmig dazu in der Lage wäre, der maximalen Feldstärke standzuhalten. 1) High energy levels occurring in opening 1 evoke a pattern of field intensity, whereby the field finds ferrite material, which is able to this according to its intensity to withstand. Thus the total attenuation is reduced between openings 1 and 2, compared to the proportions as they exist would be if the material were uniformly able to withstand the maximum field strength.

2) Signale geringer Energie an der öffnung 2 ein Feldmuster hervorrufen, wo die grösste Intensität in Bereichen angeordnet ist, in denen das Ferritmaterial die geringste Spinnwellen-Linienbreite aufweist, ils Ergebnis davon ist die Einfügungsdämpfung zwischen den Öffnungen 2 und 3 geringer als zwischen den öffnungen 1 und 2.2) Low energy signals at the opening 2, a field pattern cause where the greatest intensity is located in areas where the ferrite material has the smallest spinning wave line width, the result of which is the insertion loss between openings 2 and 3 less than between openings 1 and 2.

5) ein Signal hoher Energie, welches durch eine Fehlenpassung in die öffnung 2 hineinreflektiert würde, bei ausreichend hohem Pegel zu einer Nichtlinearität in den Ferrit führen würde, da Material mit geringem AHg vorgefunden wird. Daraus würde sich ein Hass an Energiebegrengung ergeben und ein Hass an für den Empfangskanal vorzusehendem Schutz. Die Ausbildung des zusammengesetzten Ferritkörpers kann nach Belieben angeordnet sein, und zwar unter Berücksichtigung der Belange einer speziellen An-5) a high energy signal caused by a mismatch would be reflected into the opening 2, with a sufficiently high level to a non-linearity into the ferrite as material with low AHg is found. This would result in a Hatred of energy limitation and a hatred of protection to be provided for the receiving channel. Training of the composite ferrite body can be arranged at will with consideration the concerns of a special

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Wendung und kann so angeordnet sein, dass entweder di' Einfügungsdämpfung zwischen den Öffnungen 2 una 3 oder diejenige zwischen den Offnungen 1 und optimalisiert ist oder dass die Begrenzungswirkung zwischen den Offnungen 2 und 3 oder einer beliebigen Kombination derselben optimal ist.Turn and can be arranged so that either di 'insertion loss between the openings 2 una 3 or the one between openings 1 and is optimized or that the delimiting effect between the openings 2 and 3 or any Combination of the same is optimal.

- Patentansprüche -- patent claims -

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Claims

Ferrimagnetic connection circulator, thereby characterized in that the gyromagnetic medium as a composite of ferrite materials with different spinning wave line width properties is arranged such that ferrite material (5) with a high Spinnwilen line width is available where there is a strong high-frequency field during operation is available and ferrite material (6) with a small spinning wave line width is available there, where there is a weaker high-frequency field during operation.

Circulator according to claim 1, characterized in that the differences in structure are achieved by adding an additive in various amounts and mixing ratios to the ferrite material of rare earths such as dysprosium or terbium is added.

3. Circulator according to claim 1, characterized in that g e k e η η that the differences in the structure by setting the grain size via the ferrite medium are achieved.

4. Circulator according to claim 1, characterized in that the differences in structure are achieved by adjusting the porosity level via the ferrite medium.

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5 · circulator according to one of the preceding claims, characterized in that the differences in structure between volumes of the perite materials Include different spinning shaft line width limits.

6. Circulator according to one of claims 1 to 4-, characterized in that the change under construction between volumes of ferrite materials and various spinning shaft line widths are gradual and continuous.

7- circulator according to claim 6, characterized in that the change in structure by a gradual and continuous change in the concentration of the rare earth or the Grain size or the porosity through the medium is reached, depending on the respective pail.

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