DE2226419A1 - Breitbandzirkulator - Google Patents

Breitbandzirkulator

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DE2226419A1
DE2226419A1 DE19722226419 DE2226419A DE2226419A1 DE 2226419 A1 DE2226419 A1 DE 2226419A1 DE 19722226419 DE19722226419 DE 19722226419 DE 2226419 A DE2226419 A DE 2226419A DE 2226419 A1 DE2226419 A1 DE 2226419A1
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broadband circulator
circulator according
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Application number
DE19722226419
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English (en)
Inventor
Friedrich Dipl Ing Poetzl
Gerd Dr Schiefer
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
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Philips Patentverwaltung GmbH
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/32Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38Circulators
    • H01P1/383Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387Strip line circulators

Landscapes

  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Description

  • Breitbandzirkulator Die Erfindung bezieht sich auf einen Breitbandzirkulator, insbesonderte für den Frequenzbereich von 10 bis 1000 MHz, in konzentrierter Bauweise mit drei j jeweils zweipoligen Anschltissen, von denen die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in einen gemeinsamen ferriterfüllten Verkopplungsraum über parallel geschaltete und an den gegenüberliegenden Enden zusammengefaßten Strompfaden der drei den Anschlüssen zugeordneten Leiterbahnen, die etwa in einer Ebene liegend angeordnet, miteinander verwoben und an den KreuzwgspunJr.ten, an denen sich nicht mehr als zwei Strompfade kreuzen, gegeneinander isoliert sind, eintreten.
  • Ein derartiger Breitbandzirkulator ist aus der Literaturstelle "IEEF-Transactions on MTT",1970, Seiten 393 bis 396, sowie aus den US-PS 3 335 374, 3 522 555, 3 510 804 und der DT-PS 2 003 713 bekannt. Der bekannte Breitbandzirkulator ist nach der sogenannten "Konishi-Struktur" ausgeführt. Es sind pro Anschluß je zwei Strompfade für je eine Leiterbahn vorgesehen. Diese beiden Strompfade sind mit den jeweils zwei Strompfaden der anderen Leiterbahnen an den Kreuzungspunkten miteinander verwoben. An den Kreuzungspunkten soll der Werkstoff SiO2 oder Luft als Isolator angeordnet sein. Der Isolator Luft ist jedoch nur dann realisierbar, wenn jeder Strompfad eine erhebliche mechanische Stabilität aufweist, so daß er i.n die entsprechende Form gebogen werden kann und sich in dieses Form auch nach dem Einbau wäbrend des Betriebes. schwingungsfrei hält(siehe lig. 10 der DT-PS 2 003 713).
  • Jede geringste Abstandsänderung zwischen den Strompfaden derselben Leiterbahn untereinander und gegenüber den der anderen Leiterbahnen führt zu Blindwiderstandsänderunglen, im wesentlichen zur Änderung der Kapazität, und damit zu Fehlaanpassunglen.
  • Der bekannte Zirkulator nach "MTT" wird im wesentlichen dadurch angepaßt, daß für alle Anschlüsse gemeinsam eine zusätzliche Kapazität realisiert ist. Die jeweils zwei Strompfade je Leiterbahn sind an ihren Enden mechanisch und elektrisch zusammengeschlossen, also kurzgeschlossen, und stehen in elektrischer Verbindung mit einer unterhalb der Mikrowellenferritscheibe angeordneten Metallscheibe, die einen Kondensator C bildet. Dadurch wird aber dieser zirkulator nicht breitbandiger.
  • Auch die in den genannten Patentschriften gezeigten Zirkulatoren sind von der Konstruktion bzw. dem Aufbau her nicht breitbandig. Z.B. ist der Zirkulator nach Fig. 5 der US-PS 3 335 374 sogar sehr schmalbandig; die Bandbreite für eine Sperrdämpfung # 20 dB ist 5 MHz.
  • Natürlich ist für den Einsatz eines Zirkulators auch die an diesen angeschlossene oder auch die in diesem unmittelbar zwischen den Leiterbahnenden und den Anschlüssen wirksam werdende Beschaltung für die Anpassung und Bandbreite wichtig. Es ist aber möglich, im Verkopplungsraum des Zirkulators Maßnahmen zu treffen, um schon hier von der Konstruktion bzw.
  • dem Aufbau her die für eine Breitbandigkeit des Zirkulators günstigen Voraussetzungen zu schaffen.
  • Die Bandbreite eines solchen Zirkulators wird nämlich um so größer, je kleiner die induktivität der Leiterbahnen ist und je besser die drei Leiterbahnen miteinander verkoppelt sind.
  • Beide Bedingungen sind bei den bekannten Anordnungen nicht in genügendem Maße erfüllt. Die Erfindung schafft her Abhilfe. Beide Bedingungen lassen sich bei gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile und Mängel der bekannten Bauarten gut erfüllen, wenn in der Ebene der Leiterbahnen ein zweifellos größerer Aufwand getrieben wird, der aber sich durch die besseren elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Breitbandigkeit des Zirkulators lohnt. Bei einem Breitbandzirkulator der eingangs genannten Art schlägt die Erfindung vor, mindestens drei, vorzugsweise jedoch eine gerade Anzahl von Strompfaden der Leiterbahnen je Anschluß im Verkopplungsraum anzuordnen.
  • Vorzugsweise sollen vier oder sogar acht Strompfade je Leiterbahn und Anschluß angeordnet sein. Dabei kann jeder Strompfad aus einem isolierten, vorzugsweise runden Draht bestehen.
  • Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Strompfade der Leiterbahnen in einer isolierenden Folie, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, gehalten sind. Die Folie kann geschlitzt bzw. gelocht sein und jeder Strompfad/aus einem nicht isolierten Metallband oder -draht bestehen. Nach der Erfindung soll der Abstand zwischen den Strompfaden einer Leiterbahn etwa das Sechsfache der Breite bzw. des Durchmessers eines Strompfades sein. Auch kann als Halter für die Strompfade der Leiterbahnen ein isolierender, in der Technik gedruckter Schaltungen hergestellter Trägerwerkstoff (Basismaterial) verwendet werden, in dem die Verwebung der Strompfade der Leiterbahnen mit Hilfe von Nieten oder Durchkontaktierung mit Hilfe galvanischer Bäder verwirklicht ist.
  • Insbesondere bei Anwendung der zuletzt gekennzeichneten Maßnahme kann der Breitbandzirkulator weitgehend automatisch / kann gefertigt werden, wie an sich schon in Fig. 3 auf Seite 396 der oben genannten Lit raturstelle "MTT" gezeigt, jedoch ist bei Einsatz der Erfindung der Aufwand mit dem zusätzlichen Kondensator nicht erforderlich.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf den geöffneten Breitbandzirkulator -Verkopplungsraum, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II nach Fig. 1, lediglich als Darstellung der miteinander verwobenen Strompfade der Leiterbahnen, Fig. 3 eine Ausführung ähnl. Fig. 1 in der Technik gedruckter Schaltungen, Fig. 4 einen im vergrößerten Maßstab gezeichneten Ausschnitt der Kreuzungspunkte der Leiterbahnen.
  • In Fig. 1 ist mit 1 der meist aus dem Werkstoff Messing ausgeführte äußere Wandungsteil des Zirkulators bezeichnet, dessen Höhe etwa 1,5 cm beträgt. Durch diesen Wandungsteil sind, in ebenfalls bekannter Weise, die jeweils zweipoligen Anschlüsse 2, 3 und 4 hindurchgeführt, wobei der Außenleiter immer im galvanischen Kontakt mit dem Wandungsteil 1 steht, während der Innenleiter isoliert in den inneren Raum des Zirkulators hineingeführt ist. Dieser Raum ist in bekannter Weise ausgefüllt mit einer Scheibe 5, die aus einem isolierenden Werkstoff besteht und beiderseits eine in den erforderlichen Bereichen stehengebliebene Kupferkaschierung aufweist, wie nachfolgend näher beschrieben. Auf der nichtgezeichneten Rückseite geht die Kupferkaschierung bis an den mit 6 bezeichneten eigentlichen Verkopplungsraum heran und weist nur Ausnehmungen um den Innenleiter herum auf. In der gezeichncten Ansicht ist eine Kupferkaschierung jeweils bei 7, zum Anschluß der Innenleiter jeweils bei 8 und zum Anschluß der Strompfade 9 bei 10 vorhanden. Jeweils gegenüber der Eintrittsseite der Anschlüsse 2, 3 und 4 sind die Strompfade 9 miteinander bei 11 verbunden und auch mit der Kupferkaschierung 7, liegen also hier elektrisch auf meinsmen-Bezugspunkt, z.B. Masse, Auf der den Anschlüssen 2, 3 und 4 zugewandten Seite sind die Strompfade 9 ebenfalls miteinander verbunden, also pro Anschluß immer vier Strompfade 9. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 2, 3 und 4 und den Anschlüssen 10 der jeweils zugeordneten vier nebeneinanderliegenden Strompfade 9 sowie mit Nasse erfolgt durch konzentrierte Elemente 12 und 13, die aus Kapazitäten und Induktivitätenbestehen können und entsprechend oberhalb der Ebene der Platte 7 in dem verbleibenden Raum innerhalb der Höhe der Wandung 1 liegen.
  • Derartige konzentrierte Schaltungselemente sind ebenfalls bekannt und können auch auf der hier nicht dargestellten Seite des Zirkulators im wesentlichen aus Platzgründen angeordnet werden.
  • Innerhalb des eigentlichen verkopplungsraumes 6 ist nun eine, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen bestehende, Folie 14 angeordnet, und die Strompfade 9 eines jeden Anschlusses sind in diese Folie 14 derart eingewoben, daß sie sich an den Kreuzungsstellen nicht mit den Strompfaden 9 des anderen Anschlusses berühren können. Außerdem kreuzen nicht drei Strompfade 9 miteinander.
  • Dies ist z.B. naher in Fig. 2 dargestellt. Dort erkennt man, daß die Strompfade 9 und 91 für den anderen Anschluß an den Kreuzungspunkten bei 15 gegeneinander isoliert sind.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführung in der Technik der gedruckten Schaltungen. Eine Platte 16 aus isolierendem Werkstoff trägt auf jeder Seite ein besonderes Muster, in der die mit 17 bezeichneten Teile den gemeinsamen Bezugspunkt darstellen, also z.B. den Masseanschluß, während die Teile 18, 19 und 20 di.e Strompfade für die drei Anschlüsse sind. Diese sind an den Stellen 21, 22 und 23 unterbrochen. Hier können, wie zu Fig. 1 bereits beschrieben, die konzentrierten Schaltungselemente 12 und 13 angeordnet werden. Die Strompfade 24 sind hier ebenfalls als stehengebliebene Kupferkaschierung auf dem gemeinsamen Träger 16 angeordnet.
  • Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung die Strompfade 24.
  • Die durchgezeichneten Teile liegen in dieser Ansicht oben auf dem Träger 16, während dieoffengelassenen Teile der Strompfade 24 auf der Unterseite des Trägers 16 liegen, so daß, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, an den Kreuzungspunkten bei 15 die Strompfade 24 auch hier gegeneinander isoliert sind. So muß jetzt nur eine Verbindung zwischen den Strompfadstücken auf jeder Seite des Trägers 16 geschaffen werden. Diese Verbindungsstellen sind mit 25 bezeichnet.
  • Sie können entweder durch Einziehen von Nieten verwirklicht werden, was sehr umständlich und zeitraubend ist. Eine bessere Möglichkeit ist die Durchkontaktierung mit Hilfe galvanischer Bäder. Dabei wird eine Bohrung an den Stellen 25 in einem entsprechenden Bad auf der Innenseite mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen, so daß die auf den beiden Seiten des Trägers 16 vorhandenen Strompfadstücke elektrisch miteinander verbunden werden.
  • Das Ausfüllrunrrsbeispiel nach den Fig. 3 bzw. 4 schafft die Möglichkeit der Herstellung von Breitbandzirkulatoren mit den für den geforderten Frequenzbereich gewünschten elektrischen Eigenschaften in fast vollautomatischer Herstellung. Auch die konzentrierten Elemente 12 und 13 können durch entsprechenden Raum auf der Trägerplatte 16 in der Technik der gedruckten Schaltungen hergestellt werden, so daß es nicht mehr erforderlich ist, diese Elemente zusätzlich später einzulöten. Auch fallen dann die in Fig. 3 mit 26 bezeichneten Bohrungen fort.
  • Derartige Breitbandzirkulatoren nach der Erfindung ergeben im Frequenzbereich um 100 MHz oder auch 300 MHz einschließlich der Beschaltung Bandbreitenvergrößerungen etwa um den Faktor Fünfzehn. Damit der Verkopplungsraum 6 nicht völlig durch Strompfade 9 abgedeckt wird, andererseits die Strompfade 9 z.B. als Gründen der Belastbarkeit und Herabsetzung der Induktivität nicht beliebig dünn ausgeführt werden können, ist erfindungsgemäß der Abstand. zwischen den Strompfaden 9 einer Leiterbahn etwa das Sechsfache der Breite bzw. des Durchmessers eines Strompfades.
  • Darauf wäre besonders zu achten, wenn für jeden Anschluß bzw. wenn jede Leiterbahn in. acht Strompfade 9 im Verkopplungsraum 6 aufgeteilt ist, weil sich dann insgesamt vierundzwanzig Strompfade 9 miteinander kreuzen.
  • Diese Art der besseren Verkopplung ist sowohl für Zirkulatoren anwendbar, deren Leiterbahnen bzw. Strompfade sich unter 1200 als auch unter 600 kreuzen. 1 P A T E N T A N S P R Ü C H E:

Claims (9)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Breitbandzirkulator, insbesondere für den Frequenzbereich von 10 bis 1000 MHz, in konzentrierter Bauweise mit drei jeweils zweipoligen Anschlüssen, von denen die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in einen gemeinsamen ferriterfüllten Verkopplungsraum über parallel geschaltete und an den gegenüberliegenden Enden zusammengefaßten Strompfaden der drei den Anschlüssen zugeordneten Leiterbahnen eintreten, die etwa in einer Ebene liegend angeordnet, miteinander verwoben und an den Kreuzungspunkten, an denen nicht mehr als zwei Strompfade kreuzen, gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei, vorzugsweise jedoch eine gerade Anzahl von Strompfaden der Leiterbahnen je Anschluß im Verkopplungsraum angeordnet sind.
  2. 2. Breitbandzirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Strompfade je Leiterbahn und Anschluß angeordnet sind.
  3. 3. Breitbandzirkulator nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß acht Strompfade je Leiterbahn und Anschluß angeordnet sind.
  4. 4. Breitbandzirkulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strompfad aus einem isolierten, vorzugsweise runden Draht besteht.
  5. 5. Breitbandzirkulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade der Leiterbahnen in einer isolierenden Folie, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, gehalten sind.
  6. 6. Breitbandzirkulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie geschlitzt bzw. gelocht ist.
  7. 7. Breitbandzirkulator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strompfad aus einem nicht isolierten Metallband oder -draht besteht.
  8. 8. Breitbandzirkulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstancl zwischen den Strompfaden einer Leiterbahn etwa das Sechsfache der Breite bzw. des Durchmessers eines Strompfades ist.
  9. 9. Breitbandzirkulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Halter für die Strompfade der Leiterbahnen ein isolierender, in der Technik gedruckter Schaltunglen hergestellter Trägerwerkstoff (Basismaterial) verwendet ist, in dem die Verwebung der Strompfade der Leiterbahnen mit Hilfe von Nieten oder Durchkontaktierung mit Hilfe galvanischer Bäder verwirklicht ist.
    L e e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2927865A1 (de) * 1978-07-10 1980-01-24 Lignes Telegraph Telephon Breitband-leistungszirkulator fuer vhf- oder uhf-frequenzen
WO1984003393A1 (en) * 1983-02-23 1984-08-30 Hughes Aircraft Co Coaxial transmission line crossing

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