DE7030665U

DE7030665U - Y-CIRCULATOR IN TAPE LINE DESIGN.

Info

Publication number: DE7030665U
Application number: DE19707030665
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-08-14
Filing date: 1970-08-14
Publication date: 1971-02-11

Description

Y-Zirkulator in BandleitungsbauweiseY-circulator in stripline construction

Die Neuerung bezieht sich auf einen Y-Zirkulator mit einer dreiarmige- Bandleitungsverzweigung und im Bereich der Verzweigung angeordneten, unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehenden Ferritscheibchen.The innovation relates to a Y-circulator with a three-armed ribbon line branching and in the area of the branching arranged, under the influence of a constant magnetic field, ferrite disks.

Beim Aufbau von Mikrowellenschaltungen haben Zirkulatoren bekanntlich ein breites Anwendungsfeld gefunden, da die an einem Arm eingespeiste Mikrowellenenergie nahezu vollständig an den in Umlaufrichtung des Zirkulators folgenden Arm weitergegeben wird, während einer oder mehrere weitere Anschlußarme gegenüber diesen Anschlußarmen entkoppelt sind. Eine bekannte spezielle Ausfuhrungsforro solcher Zirkulatoren sind die sogenannten BandleItungs-Y-Zirkulatoren, bei denen zwischen zwei metallischen Deckplatten eine dreiarmige Bandleitungaverzweigung vorgesehen ist. Im Bereich der Verzweigung eelbet sind zwei Ferritscheibchen angeordnet, die den zwischen der Bandleitungsverzweigung und. den Deckplatten liegenden Raum vollständig ausfüllen. Pur die elektrische Wirkungsweise ist es dabei zusätzlich wesentlich, daß die Ferritscheibchen einem magnetischen G-leichfeld ausgesetzt sind, dessen Stärke ebenso wie die Formgebung und die Art des Ferrites für den Arbeitefrequenzbereich des Zirkulators bestimmend sind.When building microwave circuits have circulators As is known, a wide field of application has been found, since the microwave energy fed into an arm is almost completely passed on to the arm following in the direction of rotation of the circulator is, while one or more other connecting arms are decoupled from these connecting arms. An acquaintance special execution forro of such circulators are the so-called Ribbon line Y-circulators where between two metallic cover plates a three-armed ribbon cable branch is provided. In the area of the eelbet junction, two ferrite disks are arranged, which connect the between the Ribbon branch and. the space lying on the cover plates fill in completely. Purely for the electrical mode of operation, it is also essential that the ferrite disks are exposed to a constant magnetic field, its strength just as the shape and type of ferrite determine the working frequency range of the circulator.

Solche Zirkulatoren werden beispielsweise verwendet, um Reflexionsverstärker, wie z.B. parametrische Verstärker,Such circulators are used, for example, to Reflection amplifiers, such as parametric amplifiers,

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708068511.2.71708068511.2.71

Tixnneldiodenveretärker oder Reflexionsmaser Vierpolcharakter zu geben. Die betreffenden Reflexionaverstärker werden zu diesem Zweck an einen Zirkulator angeschaltet, der seinerseits über einen großen Frequenzbereich angepaßt sein soll bzw. einen vorgegebenen impedanzverlauf hauen soll.Tixnneldiode amplifier or reflection maser four-pole character admit. For this purpose, the reflection amplifiers in question are connected to a circulator which, in turn, should be adapted over a large frequency range or should hit a given impedance curve.

Zur Verbreiterung des Frequenzbandes ist die Verwendung von Serienresonanzkreisen im Zirkulator nahe am Ferrit bekannt. Dabei wird von der Überlegung auegegangen, daß die Eingangsimpedanz und damit die Frequenzabhängigkeit des VerlustesThe use of series resonance circuits in the circulator close to the ferrite is known to broaden the frequency band. It is assumed that the input impedance and thus the frequency dependence of the loss in der Durchlaßrichtung dadurch verbessert werden können, daß in der Verlängerung einer den Zirkulator bildenden Leitung ein Parallel- oder Serienresonanzkreis angeordnet und die Frequenzabhängigkeit der Impedanz oder Admittanz, die durchin the forward direction can be improved in that in the extension of a line forming the circulator arranged a parallel or series resonance circuit and the frequency dependence of the impedance or admittance, which by diesen Resonanzkreis, den Ferrit und die Leitung beeinflußt wird, innerhalb eines gewissen Bereiches kompensiert wird. Anpassungskreise dieser Art können aber für Breitbandzirkulatoren die Schwierigkeit bringen, daß bei der Einführung des Parellelresonanzkreises der Ferrit and die Einführungethis resonance circuit, the ferrite and the line is influenced, is compensated within a certain range. Adjustment circles of this type can bring the difficulty for broadband circulators that during the introduction the parallel resonance circuit of the ferrite and the introductions stelle des Parallelresonanzkreises voneinander entfernt und der Raumbedarf vergrößert werden. Bei der Einführung eines Serienresonanzkreisee wird der Raumbedarf ebenfalls vergrößert, vor allem, wenn es sich um einen Halbwellenlängen-Resonanzkreis handelt.place the parallel resonance circuit away from each other and the space requirement can be increased. When a series resonance circuit is introduced, the space requirement is also increased, especially if it is a half-wavelength resonance circuit.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen und den Aufbau eines Zirkulators, insbesondere für den Höchstfrequenzbereich anzugeben, mit demThe innovation is based on the task of solving the difficulties outlined above in a relatively simple manner Way to counter and specify the structure of a circulator, especially for the high frequency range, with the ^^ei geringem Rauroverbrauch eine gute Anpassung über einen weiten Bereich des Frequenzbandes erreichbar ist.^ ^e i low noise consumption a good adaptation over a wide range of the frequency band can be achieved.

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Ausgehend von einem Y-Zirkulator mit einer dreiarmigen Bandleitungaverzweigung und zwei im Bereich der Verzweigung angeordneten, unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldee stehenden Ferritscheibchen, wird diese Aufgäbe gemäß der Neuerung in der Weise gelöst, daß die Bandleitungen vor der Verzweigung Jeweils aus einem gegenüber dem Bandleiter schmalen, eine Induktivität darstellenden Leitungsstreifen und einem sich daran anschließenden, eich halbkreisförmig verbreitenden Leiterstreifen bestehen, der von dem in einem Abstand fortgeführten Bandleiter durch einen belagfreien Bereich galvanisch getrennt ist und mit diesem eine Kapazität bildet. Wegen des platzsparenden Aufbaues ist diese Ausführung des Zirkulators besonders vorteilhaft. Starting from a Y-circulator with a three-armed one Ribbon branch and two in the area of the branch arranged, under the influence of a constant magnetic field, ferrite disks, this task is solved according to the innovation in such a way that the ribbon lines in front of the branch each from one opposite the strip conductor, which is narrow and constitutes an inductance, and an adjoining, calibrated semicircular widening conductor strips exist, which from the strip conductor continued at a distance through a coating-free area is galvanically separated and forms a capacitance with it. Because of the space-saving structure this version of the circulator is particularly advantageous.

Nachstehend wird die Neuerung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The innovation is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Es zeigen in der Zeichnung
20It show in the drawing
20th

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Y-Zirkulators in Bandleitungstechnik in einer perspektivischen Teildarstellung und1 shows the schematic structure of a Y circulator in stripline technology in a perspective Partial representation and

Fig. 2 das elektrische Ersatzschaltbild eines solchen Zirkulators,Fig. 2 shows the electrical equivalent circuit diagram of such Circulator,

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zirkulator mit einer dreiarmigen Bandleitungsverzweigung ist der Übersichtlichkeit wegen von der Bandleitung nur der innere Leiter eingezeichnet. Dessen im Verzweigungspunkt um jeweils 120° gegeneinander versetzte Leitungen sind mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Die Bandleitung befindet sich in der Mitte zwischen zwei in der Figur nicht dargestellten metallischen Deckplatten, dieIn the circulator shown in Fig. 1 with a three-armed For the sake of clarity, only the inner conductor of the ribbon line is shown. Its lines, which are offset from one another by 120 ° at each branch point, are denoted by 1, 2 and 3. The ribbon line is located in the middle between two metallic cover plates, not shown in the figure, which

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gleichzeitig Massepotential für den Zirkulator darstellen. Im Bereich der Leitungsverzweigung sind kreisförmige Ferritscheibchen zu beiden Seiten der Bandleitung so angebracht, daß sie den Raum zwischen der Bandleitung und den Deckplatten vollständig auffüllet!-. Ρί« Vptt jtsoheibchea 5* 6 stehen unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes Hq, dessen Erzeugung zur besseren Obersicht nicht im einzelnen dargestellt, sondern lediglich durch entsprechende Pfeile kenntlich gemacht ist. In die einzelnen Leitungen 1, 2 und 3 ist vor der Verzweigung jeweils ein Serienresonanzkreis eingefügt, der aus konzentrierten Bauelementen L und C besteht und in die Bandleitung integriert ist. Die einzelnen LC-Serienkreise sind dabei so aufgebaut, daß der Bandleiter zunächst in einem gegenüber seiner Breite schmalen Leiterstreifen übergeht, an den sich ein sich halbkreisförmig verbreitender Leiterstreifen anschließt, der von dem weiterführenden Bandleiter galvanisch getrennt ist und mit diesem zusammen die Serienkapazität C bildet, während der schmale Leiterstreifen die Induktivität L darstellt. Die Bandleiter sowie die EIe mente des Serienkreises und die Verzweigung werden in vor teilhafter Weise in Ätztechnik auf kupferkaschierte Platten aufgebracht. at the same time represent ground potential for the circulator. In the area of the line branching, circular ferrite disks are attached to both sides of the strip line so that it completely fills the space between the strip line and the cover plates! Ρί « Vptt jtsoheibchea 5 * 6 are under the influence of a magnetic constant field Hq, the generation of which is not shown in detail for the sake of clarity, but is only indicated by appropriate arrows. A series resonance circuit, which consists of concentrated components L and C and is integrated into the ribbon line, is inserted into the individual lines 1, 2 and 3 before the branch. The individual LC series circuits are constructed in such a way that the ribbon conductor initially merges into a conductor strip that is narrow compared to its width, which is followed by a semi-circular widening conductor strip, which is galvanically separated from the continuing ribbon conductor and together with this forms the series capacitance C, while the narrow conductor strip represents the inductance L. The strip conductors as well as the elements of the series circle and the branching are applied to copper-clad plates in an advantageous manner using etching technology.

In Pig. 2 ist das elektrische Ersatzschaltbild des Zirkulators dargestellt. Die einzelnen Tore des Zirkulators sind mit I, II und III bezeichnet. Das Verhalten des Zirrkulators wird dabei durch die Parallelkreise und Quellen beschrieben, welche mit K1, K2 und Z3 bzw. Q 13, Q21 und Q 32 bezeichnet sind. Dabei wird z.B. durch Q21 angedeutet, daß an Tor II nur eine in Tor I eintretende Welle erscheint.In Pig. 2 shows the electrical equivalent circuit diagram of the circulator. The individual gates of the circulator are labeled I, II and III. The behavior of the cirrulator is described by the parallel circles and sources, which are denoted by K1, K2 and Z3 or Q 13, Q21 and Q 32. For example, Q21 indicates that at gate II only one wave entering gate I appears.

Vor dem Parallelzweig aus dem Parallelkreis und der Quelle liegt jeweils der Serienresonanzkreis aus den Elementen L1, C1 ; L2, C2 und L3, C5.In front of the parallel branch from the parallel circuit and the source is the series resonant circuit made up of the elements L1, C1; L2, C2 and L3, C5.

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7C306651U.717C306651U.71

Nachstehend wird die Wirkungsweise dieses Zirkulators erläutert. The following explains how this circulator works.

Eine in Tor I hineinlaufende Welle erscheint praktisch verlustirei am Tor II, wühreua Tor IXX "bsi Aups.ssu.ug toi Tor II entkoppelt ist. Entsprechend läuft eine in Tor II eintretende Welle nach Tor III, wobei Tor I entkoppelt ist aew Der Umlaufsinn des Zirkulators ist durch die eingetragene Pfeilrichtung kenntlich gemacht. Der durch die Abmessungen der Bandleitung gegebene Wellenwiderstand Z_Q wird infolge des ε und ii der Ferritscheibchen in der Verzweigung etwa auf den Wert 0,4 Z_Q herabgesetzt. Durch den Serien-LC-K^eie vor der Verzweigung wird der niedrige Wellenwiderstand der Verzweigung breitbandig auf den gewünschten Wert Z_Q bzw. auf einen gewünschten Impedanzverlauf Z(^) transformiert. Dabei ist bei dieser Anordnung von Vorteil, daß man durch die Wahl der Serieninduktivität und der Serienkapazität den Wellen-^ widerstand der Verzweigung an jedem Tor auf den jeweils günstigsten Z_Q-Wert transformieren kann. Diese Tranefornation wird üblicher Weise mit λ/4-Leitungen erzeugt, die insbesondere bei tieferen Frequenzen beträchtliche geometrische Ausmaße annehmen. Demgegenüber haben die Abstimmelemente L und C bei der vorstehend beschriebenen Anordnung gemäß der Neuerung sehr kleine geoemtrische Abmessungen und ergeben zudem eine hohe Breitbandigkeit des Zirkulatore.A wave running into gate I appears practically lossy at gate II, wühreua gate IXX "bsi Aups.ssu.ug toi gate II is decoupled. Correspondingly, a wave entering gate II runs to gate III, where gate I is decoupled aew the direction of rotation of the circulator is indicated by the registered arrow. the given by the dimensions of the strip line impedance Z _Q is reduced as a result of ε and ii Ferritscheibchen in the branching approximately the value 0.4 Z _Q. eie the series LC K ^ Before the branching, the low wave resistance of the branching is broadband transformed to the desired value Z _Q or to a desired impedance curve Z (^). The advantage of this arrangement is that the wave- ^ resistance of the branch at each port can transform _{to the most favorable Z Q value} ie take on considerable geometrical dimensions, especially at lower frequencies. In contrast, the tuning elements L and C in the above-described arrangement according to the innovation have very small geometrical dimensions and also result in a high bandwidth of the circulator.

2 Schutzansprüche
2 Figuren2 claims for protection
2 figures

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Claims

- 6 protection claims

. - Circulator with a three-armed ribbon cable -branch and two arranged in the area of the branch, Ferrite disks under the influence of a constant magnetic field, characterized that the ribbon cables in front of the branch each from one opposite the ribbon conductor narrow, inductive conductor strips and an adjoining, semicircular widening conductor strips are made from the in a distance continued strip conductor is galvanically separated by a coating-free area and with this forms a capacity.

2. Y-circulator according to claim 1, characterized in that the strip conductor which the Conductor strips forming inductivity and capacitance and the branching in etching technology on copper-clad plates are upset.

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