-
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: