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Anpaßnetzwerk für einen Mikrowellen-Verzweigungszirkulator
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oder eine Mikrowellen-Einweg-Verzweigungsleitung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Anpaßnetzwerk für einen Mikrowellen-Verzweigungszirkulator oder eine
Mikrowellen-Einweg-Verzweigungsleitung mit einer Anordnung aus Mikrowellenferritscheiben
und einem Dauermagnetkreis, durch die bewirkt wird, daß sich die Mikrowelle in der
einen Richtung praktisch ungehindert ausbreiten kann, während sie in der entgegengesetzten
Richtung möglichst stark bedämpft wird, und wobei die einzelnen Anschlüsse der Verzweigung
in der sogenannten Koaxialtechnik ausgeführt sind und der Innenleiter zwischen dem
Resonatorraum und jedem eigentlichen Anschluß innerhalb des Gehäuses als Anpaßnetzwerk
ausgebildet ist und zur Breitbandtransformation der niederohmigen Verzweigung auf
z.B. eine 50-Ohmleitung unterschiedliche Querschnitte aufweist.
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Beim Durchgang von Mikrowellen durch einen Zirkulator oder eine Einwegleitung
wird am Ausgang nicht nur die ursprünglich hereingeschickte Welle gefunden, d.h.
die Grundwelle, sondern auch ihre Oberwellen. Die Oberwelle, die am meisten stört,
weil sie am kräftigsten ausgebildet ist, ist die zweite Harmonische.
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Wird bei den Berechnungen von den Bewegungsgleichungen des Magnetisierungsvektors
ausgegangen und werden dabei nicht wie üblich die Glieder zweiter Ordnung vernachlässigt,
so wird für die Größe der zweiten Harmonischen bzw. der ersten Oberwelle ein Ausdruck,
wie in der nachfolgenden Gleichung 1 angegeben, erhalten: mz,2 = a #/# f (hx, hy)
- F (#H), (1) y wobei X das Glied der Nebendiagonalen des Poldertensors ist, W die
Kreisfrequeredes Eingangssignales bedeutet und die
Funktion f(hx,
h ) für ein elliptisch polarisiertes Feld, y wie es in derartigen Zirkulatoren meistens
vorkommt, in der Form vorliegt: f (hx, hy) = h 2 - h 2 y y x (2) In der Gleichung
2 sind hx und hy die Amplituden dieses Feldes in x- bzw. y-Richtung. F (H) stellt
einen Ausdruck dar, der von den magnetischen Verlusten im Ferrit selbst abhängt.
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Da der Wert von X ausschlaggebend für die Funktion des Zirkulators
ist und für breitbandige Zirkulatoren ein recht großer Wert für dieses g angestrebt
wird, ist grundsätzlich eine "Erzeugung" der zweiten Harmonischen im Zirkulator
gegeben. Bei Hohlleiterzirkulatoren und Einwegleitungen, die nach dem "differential-phase-shift-Prinzip"
oder dem "Feldverdrängungsprinzip" aufgebaut sind, ist es möglich, durch Anordnung
der Ferritstreifen im Bereich annähernd kreisförmig polarisierter Magnetfelder,bei
denen hy (siehe Gleichung 2) etwa gleich hx ist, das Auftreten der zweiten x Harmonischen
gering zu halten. Derartige Flächen mit kreisförmiger Polarisation existieren im
Rechteckhohlleiter, der in der H10-Mode erregt wird, parallel zur Hohlleiterbreitseite.
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Die zweite Harmonische durch eine derartige Konstruktion klein zu
halten, ist aber in einem Mikrowellen-Verzweigungszirkulator oder in einer Mikrowellen-Einwegleitung
nach dem Verzweigungsprinzip nicht möglich, weil dort im Mikrowellenferrit die magnetischen
Wechselfelder nicht kreisförmig polarisiert sind.
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Derartige Bauweisen sind an sich bekannt und bestehen z.B.
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für einen Zirkulator nach dem sogenannten "Tri-Plate-Prinzip" aus
einer gedruckten Leiterplatte, die den Innenleiter
darstellt. Diese
gedruckte Leiterplatte liegt etwa auf halber Höhe zwischen den das Gehäuse darstellenden
Außenleitern, und zwischen dem Innenleiter und jeder Außenleiterseite ist im allgemeinen
ein Ferrit, meistens in Form einer Scheibe, von z.B. 37 mm Durchmesser und 3 mm
Höhe angeordnet.
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Zur Wirkungsweise muß senkrecht zur Ferritscheibe ein statisches Magnetfeld
angeordnet sein, das z.B. durch Dauermagnete aufgebracht wird. Diese sind z.B. außen
herum mit einem magnetischen Rückschluß miteinander verbunden, der aus weichmagnetischem
Werkstoff besteht, und außen auf die Außenleiter, die sehr dünnwandig ausgebildet
sind, aufgesetzt ist, und zwar meistens auch durch Zwischenschaltung einer Polplatte,
so daß in Richtung des statischen Magnetfeldes folgende Teile hintereinander angeordnet
sind: Ausgehend von der einen Fläche der Rückschlußplatte folgt also zunächst ein
Dauermagnet, dann eine Polplatte, dann die recht dünne Wandung des Außenleiters,
darauf die Ferritscheibe, dann der Innenleiter und nach der anderen Seite hin wieder
eine Ferritscheibe, der Außenleiter, die Polplatte und wieder der entsprechend polarisierte
Dauermagnet.
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Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß der Innenleiter etwa
in halber Höhe des statischen Magnetfeldes im Fortpflanzungsraum für die Mikrowelle
liegt, wobei die Fortpflanzungsrichtung der Mikrowelle senkrecht zum statischen
Magnetfeld liegt.
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Es ist nun möglich, wie in einer anderen Anmeldung der Anmelderin
gezeigt (PVE 61-290), im Zirkulator selbst bzw.
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im Resonatorraum selbst Maßnahmen zu ergreifen, um dort bereits das
Auftreten der zweiten Harmonischen zu unterdrücken. Diese Maßnahmen sind aber mit
einem Eingriff in das Innere des Zirkulators verbunden und nicht immer ganz leicht
verwirklichbar, da nämlich für einen Zirkulator in der sogenannten Tri-Plate-Ausführung
dünnere Mikrowellenferritscheiben benötigt werden, deren Herstellung nicht
ganz
einfach ist.
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Die US-PS 3,490,053 zeigt die Dämpfung von Gehäuseresonanzen und eine
galvanische Trennung der Innenleiter. Hier ist gezeigt, wie jeder Innenleiter mit
einer bestimmten Breite aus dem Raum unterhalb der Mikrowellenferrite austritt und
sich mit annähernd konstanter Breite bis zum Anschlußstecker hin erstreckt.
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Die GB-PS 2 007 032 zeigt Innenleiter, die unterhalb der Ferritscheiben
jeweils einen schmalen Innenleiterabschnitt zur Breitbandanpassung aufweisen. Zwischen
den Austrittsstellen der Innenleiter unterhalb der Mikrowellenferrite und den Anschlüssen
weisen sie einen gleichbleibenden Querschnitt auf.
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Die DE-PS 1.280.354 zeigt zwar eine Innenleiterstruktur mit abwechselnd
kleineren und größeren Querschnitten der einzelnen Innenleiter, wobei aber die Angabe
fehlt, welche Bereiche der Innenleiter innerhalb und welche außerhalb des Bereiches
der Mikrowellenferrite liegen. Deswegen konnte der Fachmann aus dieser DE-PS 1.280.354
insb. Fig. 3 keine Lehre hinsichtlich der Anordnung der einzelnen Innenleiterabschnitte
in bezug auf die Mikrowellenferrite entnehmen.
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Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, Maßnahmen
zur Unterdrückung der zweiten Harmonischen im Anpaßnetzwerk vorzusehen. Wie eingangs
ausgeführt, ist es bekannt, innerhalb des Gehäuses der Verzweigung auf dem Innenleiter
zwischen dem eigentlichen Resonatorraum und den einzelnen Anschlüssen ein Anpaßnetzwerk
anzuordnen, das der Breitbandtransformation dient, um praktisch den Verzweigungsraum
selbst an jede einzelne Zuführungsleitung bei der Verzweigung, auch Tor genannt,
anzupassen. Die Anschlüsse dort liegen meistens auf der Impedanz von 50 Ohm.
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Es geht also um eine Anpassung auf eine 50-Ohmleitung.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nun bei einem 4npaßnetzwerk
der eingangs genannten Art nach der Erfindung dieses Anpaßnetzwerk gleichzeitig
zur Sperrung der zweiten Harmonischen ausgeführt, wobei die verhältnismäßig breitstreifigen
Anpaßelemente zwischen deWkikrowellenferritscheiben und die verhältnismäßig dünnstreifigen
AnpaBelemente außerhalb der Mikrowellenferritscheiben angeordnet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Anpaßnetzwerk derart
ausgebildet sein, daß das Filter zur Sperrung der zweiten Harmonischen ein i- oder
T-Filter ist, und aus zwei aus z.B. versilbertem Messing bestehenden Blechstreifen
ausgeführt ist, die mit einem Kupferbügel miteinander verbunden sind.
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Dieses Filter kann nach der Erfindung auch aus zwei hintereinandergeschalteten
t-Filtern bestehen.
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Dabei sind die Blechstreifenteile im Filter die Darstellung der Kapazität
und der Kupferbügel ist die Darstellung der Induktivität. Die Blechstreifen sind
großflächig zwischen den Mikrowellenferritscheiben angeordnet und die sehr dünnen
Kupferbügel müssen nach der Erfindung außerhalb der Mikrowellenferritscheiben angeordnet
sein, damit sie eine gute dämpfende Wirkung für die zweite Harmonische bringen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die Darstellung einer
Verzweigung in Draufsicht im Prinzip,
Fig. 2 ein Doppel-W-Filter
nach der Erfindung.
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In der Fig. 1 ist mit 1 der Resonatorraum bezeichnet. Dieser weist
z.B. einen Durchmesser von 25 mm auf. Die gezeigte Anordnung ist nicht maßstäblich.
Sie ist für eine Frequenz von 600 bis 800 NEIz in den Abmessungen angegeben.
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Im Prinzip liegen an diesem Resonatorraum 1 die einzelnen Verzweigungen,
auch als Tore bezeichnet, und zwar die Tore 2, 3 und 4. Am Tor 4 ist der Gegenstand
nach der Erfindung eingezeichnet worden. Zunächst folgt vom Resonatorraum her gesehen
ein A/4-Transformator. Er ist mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet und recht etwa
bis zur gezeichneten Einschnürungsstefle 6. Dann folgt das Filter, bestehend aus
einem Blechstreifen 7; einem weiteren Blechstreifen 8, die miteinander durch einen
Kupferbügel 9 verbunden sind. An den Blechstreifen 8 schließt sich eine Auskoppelleitung
10 an, die dann schließlich zum Ausgang 4 führt.
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Die beiden Blechteile 7 und 8 bestehen ebenso wie die A/4-Transformationsleitung
aus z.B. versilbertem Messing, sind also unmagnetisch. Der gestrichelte Kreis ist
der Außendurchmesser der Mikrowellenferritscheiben und mit 11 bezeichnet. Aus Fig.
1 ist erkennbar, daß die beiden verhältnismäßig breitstreifigen Anpaßelemente 7
und 8 unterhalb der Mikrowellenferritscheiben liegen, während der verhältnismäßig
diinnstreifige Kupferbügel, also das dünnstreifige Anpaßelement, außerhalb des Mikrowellenferritscheibenbereiches
angeordnet ist. Dies ist sehr wesentlich.
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Fig. 2 zeigt schließlich eine besondere Ausbildung eineszweigliederigen
W-Filters bzw. eines Doppel--Filters.
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Das linke Blechteil 12 ist die erste Kapazität, die also an den n
/4-Transformator nach Fig. 1 angeschlossen wird.
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Das mittlere Blechteil 13 ist die mittlere Kapazität des Doppel-ll-Filters,
während der Blechstreifen 14 die Aus-
gangskapazität ist. Die Kupferbügel
15 und 16 stellen die Induktivitäten dar. Sie sind in der Benutzungslage also außerhalb
der Nikrowellenferritscheiben angeordnet, während die Blechstreifen oder die Bleche
12, 13 und 14 innerhalb der Mikrowellenferritscheiben, d.h. zwischen diese4 angeordnet
sind. Die Abmessung a kann z.B. für die Betriebsfrequenz von 470 bis 600 MHz 15,4
mm betragen, die Abmessimg b = 7,8 mm und die Abmessung e = 15,6 mm. Die Länge 1
der Kupferbugel 15 und 16 beträgt etwa 43 mm bei einem Durchmesser d von etwa 1,7
mm. Die Blechstreifen können z.B. aus versilbertem Messing bestehen und eine Stärke
von etwa 1 mm aufweisen.
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Soll die zweite Harmonische wirksam unterdruckt werden und ist in
Fig. 1 das Tor 2 das Eingangstor, während die Tore 3 und 4 Ausgangstore sind, so
sind die Anpaßnetzwerke nach der Erfindung nur an den Toren 3 und 4 angeordnet.
Sie können aber auch, um eine Rückwirkung am Tor 2 zu vermeiden, am Tor 2 angeordnet
sein.