DE3006387A1

DE3006387A1 - Microwave directional coupling for circulator - has PIT or tee-filter to impedance matching elements for suppressing second harmonics

Info

Publication number: DE3006387A1
Application number: DE19803006387
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 2085 Quickborn Golombek
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1981-08-27

Abstract

The conventional impedance matching network in a microwave junction circulator has additional features to produce the function of an absorption filter for suppressing the second harmonics of the fundamental wave. The second harmonic is produced during the passage through a unidirectional coupling link because of the superimposition of the permanent magnetic field. The second harmonic filter associated with the radial branch conductor strips (3,5) consists of two capacitive elements (7 and 8) in the form of silver-plated brass strips and the inductive component consists of a copper bridging wire (9) placed outside the ferrite discs (11). In combination, these elements act as a filter, and two such filters may be arranged in series, the second one terminating in a conductor output strip (4).

Description

Anpaßnetzwerk für einen Mikrowellen-VerzweigungszirkulatorMatching network for a microwave branching circulator

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.or a microwave one-way branch line The invention relates refer to a matching network for a microwave branching circulator or One-way microwave branching line with an array of microwave ferrite disks and a permanent magnetic circuit which causes the microwave to reside in the one direction can spread practically unhindered, while it can spread in the opposite direction Direction is dampened as much as possible, and the individual connections of the branch are carried out in the so-called coaxial technology and the inner conductor between the Resonator chamber and each actual connection within the housing as a matching network is designed and for broadband transformation of the low-resistance branch E.g. a 50-ohm line has different cross-sections.

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.When microwaves pass through a circulator or one-way conduit at the exit not only the wave originally sent in is found, i.e. the fundamental wave, but also its harmonics. The harmonic that bothers you the most, because it is most strongly developed, it is the second harmonic.

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.Used in calculations by the equations of motion of the magnetization vector are assumed and the terms of the second order are not neglected as usual, for the size of the second harmonic or the first harmonic, an expression is as given in equation 1 below, get: mz, 2 = a # / # f (hx, hy) - F (#H), (1) y where X is the term of the secondary diagonal of the Polder tensor, W is the Circular frequency of the input signal means and the Function f (hx, h) for an elliptically polarized field, y as it is mostly in such circulators occurs in the form: f (hx, hy) = h 2 - h 2 y y x (2) in the equation 2, hx and hy are the amplitudes of this field in the x and y directions, respectively. F (H) represents is a term that depends on the magnetic losses in the ferrite itself.

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.Since the value of X is decisive for the functioning of the circulator and a fairly large value for this g is aimed for for broadband circulators is basically a "generation" of the second harmonic in the circulator given. With waveguide circulators and one-way lines that operate according to the "differential phase shift principle" or the "field displacement principle", it is possible by arrangement the ferrite strip in the area of approximately circularly polarized magnetic fields where hy (see equation 2) is approximately equal to hx, the occurrence of the second x harmonic to keep it low. Such areas with circular polarization exist in the Rectangular waveguide, which is excited in the H10 mode, parallel to the broad side of the waveguide.

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.The second harmonic becomes small as a result of such a construction hold, but is in a microwave branching circulator or microwave disposable line not possible according to the branching principle, because the magnetic ferrite is there in the microwave ferrite Alternating fields are not polarized in a circle.

Derartige Bauweisen sind an sich bekannt und bestehen z.B.Such designs are known per se and consist e.g.

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.for a circulator based on the so-called "tri-plate principle" a printed circuit board, which is the inner conductor represents. These printed circuit board is about halfway between the housing representing Outer conductors, and between the inner conductor and each outer conductor side is generally a ferrite, usually in the form of a disk, e.g. 37 mm in diameter and 3 mm Arranged height.

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.A static magnetic field must be perpendicular to the ferrite disc to work be arranged, which is applied e.g. by permanent magnets. These are e.g. outside connected around with a magnetic yoke, which is made of soft magnetic Material consists, and outside on the outer conductor, which is very thin-walled are, is attached, mostly also through the interposition of a pole plate, so that the following parts are arranged one behind the other in the direction of the static magnetic field are: Starting from the one surface of the return plate, a first follows Permanent magnet, then a pole plate, then the very thin wall of the outer conductor, then the ferrite washer, then the inner conductor and then back to the other side a ferrite disc, the outer conductor, the pole plate and again the polarized one Permanent magnet.

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.The arrangement is made such that the inner conductor is approximately at half the height of the static magnetic field in the reproductive space for the microwave lies, with the direction of propagation of the microwave perpendicular to the static Magnetic field.

Es ist nun möglich, wie in einer anderen Anmeldung der Anmelderin gezeigt (PVE 61-290), im Zirkulator selbst bzw.It is now possible, as in another registration of the applicant shown (PVE 61-290), in the circulator itself or

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.to take measures in the resonator chamber itself in order to already have the To suppress occurrence of the second harmonic. These measures are however with an intervention in the interior of the circulator and not always easy realizable, namely for a circulator in the so-called tri-plate design thinner microwave ferrite disks are required, their production is not quite is easy.

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.The US-PS 3,490,053 shows the damping of housing resonances and a galvanic separation of the inner conductor. Here is shown how each inner conductor with a certain width emerges from the space below the microwave ferrite and extends with an approximately constant width to the connector.

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.GB-PS 2 007 032 shows inner conductors below the ferrite disks each have a narrow inner conductor section for broadband adaptation. Between the exit points of the inner conductors below the microwave ferrite and the connections they have a constant cross-section.

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.DE-PS 1.280.354 shows an inner conductor structure with alternating smaller and larger cross-sections of the individual inner conductors, but with the specification missing which areas of the inner conductor are inside and which outside the area the microwave ferrite. Therefore, the expert could from this DE-PS 1.280.354 In particular, FIG. 3 does not teach anything with regard to the arrangement of the individual inner conductor sections in relation to the microwave ferrite.

Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus.The invention is based on this prior art.

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.The object of the present invention was therefore to take measures to be provided for suppressing the second harmonic in the matching network. As in the beginning executed, it is known within the housing of the junction on the inner conductor a matching network between the actual resonator chamber and the individual connections to arrange the broadband transformation to practically the branching space even to each individual supply line at the junction, also called gate, adapt. The connections there are mostly at an impedance of 50 ohms.

Es geht also um eine Anpassung auf eine 50-Ohmleitung.So it is a matter of adapting to a 50-ohm line.

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.To solve the problem mentioned, a 4npaßnetzwerk of the type mentioned according to the invention, this matching network at the same time designed to block the second harmonic, the relatively broad stripes Adapting elements between the microwave ferrite disks and the relatively thin-striped ones Adapting elements are arranged outside the microwave ferrite disks.

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.In a further embodiment of the invention, the matching network can be in such a way be designed that the filter for blocking the second harmonic is an i or T-filter, and made of two sheet metal strips made of e.g. silver-plated brass is executed, which are connected to one another with a copper bracket.

Dieses Filter kann nach der Erfindung auch aus zwei hintereinandergeschalteten t-Filtern bestehen.According to the invention, this filter can also consist of two series-connected t filters exist.

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.The sheet metal strip parts in the filter represent the capacity and the copper clip is the representation of the inductance. The sheet metal strips are arranged over a large area between the microwave ferrite disks and the very thin ones According to the invention, copper brackets must be arranged outside the microwave ferrite disks so that they have a good dampening effect on the second harmonic.

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.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. 1 shows the representation of a Branching in plan view in principle, Figure 2 shows a double W filter according to the invention.

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.In Fig. 1, 1 denotes the resonator chamber. This one points e.g. a diameter of 25 mm. The arrangement shown is not to scale. It is specified in the dimensions for a frequency of 600 to 800 NEIz.

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.In principle, the individual branches are located on this resonator chamber 1, also referred to as gates, namely gates 2, 3 and 4. At gate 4 is the object been drawn according to the invention. First of all, seen from the resonator space an A / 4 transformer. It is denoted by the reference number 5 and is right about up to the drawn constriction point 6. Then follows the filter, consisting of a sheet metal strip 7; another sheet metal strip 8, which together by a Copper bracket 9 are connected. A decoupling line connects to the sheet metal strip 8 10, which then finally leads to output 4.

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.The two sheet metal parts 7 and 8 exist just like the A / 4 transformation line made of e.g. silver-plated brass, are therefore non-magnetic. The dashed circle is the outer diameter of the microwave ferrite disks and denoted by 11. From Fig. 1 it can be seen that the two relatively broad-striped adapter elements 7 and 8 are below the microwave ferrite disks, during the relatively thin-striped copper bracket, i.e. the thin-striped adapter element, outside the microwave ferrite disk area is arranged. This is very important.

Fig. 2 zeigt schließlich eine besondere Ausbildung eineszweigliederigen W-Filters bzw. eines Doppel--Filters.Finally, FIG. 2 shows a special design of a two-part structure W filter or a double filter.

Das linke Blechteil 12 ist die erste Kapazität, die also an den n /4-Transformator nach Fig. 1 angeschlossen wird.The left sheet metal part 12 is the first capacitance, which is therefore connected to the n / 4 transformer according to Fig. 1 is connected.

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.The middle sheet metal part 13 is the average capacity of the double II filter, while the sheet metal strip 14 is the output capacity is. The copper bracket 15 and 16 represent the inductances. They are therefore outside the usage position the Microwave ferrite disks arranged, while the sheet metal strips or the sheets 12, 13 and 14 inside the microwave ferrite disks, i.e. arranged between these 4 are. The dimension a can e.g. for the operating frequency from 470 to 600 MHz 15.4 mm, the dimension b = 7.8 mm and the dimension e = 15.6 mm. The length 1 the copper balls 15 and 16 are approximately 43 mm with a diameter d of approximately 1.7 mm. The sheet metal strips can, for example, consist of silver-plated brass and have a thickness of about 1 mm.

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.Should the second harmonic be effectively suppressed and is in Fig. 1, the gate 2 the entrance gate, while the gates 3 and 4 are exit gates, so the matching networks according to the invention are only arranged at ports 3 and 4. However, they can also be arranged on gate 2 in order to avoid a reaction on gate 2 be.

Claims

PATENT CLAIMS: Adapter network for a microwave branching circulator or a one-way microwave branch conduit with an array of microwave ferrite disks and a permanent magnetic circuit which causes the microwave to reside in the one direction can spread practically unhindered, while it can spread in the opposite direction Direction is dampened as much as possible, and the individual connections of the branch are carried out in the so-called coaxial technology and the inner conductor between the Resonator chamber and each actual connection within the housing as a matching network is designed and for broadband transformation of the low-resistance branch e.g. a 50-ohm line has different cross-sections, characterized in that that the matching network is carried out at the same time to block the second harmonic is, with the relatively wide-treifigen adapter elements between the microwave ferrite disks and the relatively thin strip adapters outside of the microwave ferrite disks are arranged.

2. matching network according to claim 1, characterized in that the The filter for blocking the second harmonic is designed as a z or filter, consisting of two sheet metal strips made of e.g. silver-plated brass, the are connected to each other with a copper bracket

3. matching network according to claim 2, characterized in that the filter consists of two filters connected in series consists.