DE2743305C2 - Mikrowellen-Zirkulator auf einem Substrat - Google Patents
Mikrowellen-Zirkulator auf einem SubstratInfo
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- H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
- H01P1/38—Circulators
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- H01P1/387—Strip line circulators
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Description
25
Die vorliegende Erfindung Lefaßt sich mit einem Mikrowellen-Zirkulator, bestehend aus einem mit einer
Massefläche und einer Zirkulator-Streifenleitungsstruktür versehenen Substrat und einer Ferritscheibe, die auf
der die Massefläche tragenden Seite des Substrats liegt und ringsum, ausgenommen der auf dem Substrat
aufliegenden Ebene, mit einer Metallisierung versehen ist. welche mit der MassefJäche des Substrats elektrisch
leitend verbunden ist.
Die gebräuchlichste Bauform eines Zirkulators ist der
Verzweigungszirkulator. Es handelt sich dabei um ein nichtreziprokes Dreitor, bei dem im Idealfal! der
Transport hochfrequenter Energie nur in einem Umlaufsinn stattfindet und alle Tore reflexionsfrei an
das angekoppelte Wellenleitersystem angepaßt sind. Der Zirkulator kann damit z. B. zur Entkopplung von
Signalein- und -ausgang bei aktiven Zweipolen Js Richtungsleitung oder als Schalter verwendet werden.
Seit geraumer Zeit werden solche Zirkulatoren in integrierter Bauform hergestellt und auf Substrate nach
dem Prinzip der gedruckten Schaltungen aufgebracht. Problematisch für die Ausbildung eines solchen
Zirkulators ist die Anordnung der zu diesem Bauelement gehörenden Ferritscheibe, die von einem magnetischen
Feld senkrecht zur Fläche des Substrates durchsetzt wird.
In der Zeitschrift IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag.11. No. 5. September 1975. S. 1275, Fig. 8 ist
ein Zirkulator dargestellt, bei dem die der Seite mit der Le'terstruktur gegenüberliegende Ferritscheibe in das
Substrat eingelassen ist und mit ihrer Oberfläche mit der Substratebene bündig ist. Die auf der Masseseite
angeordnete Metallschicht wird auf das Substrat und die Ferritscheibe in gleicher Ebene aufgebracht. Diese
Anordnung hat den Nachteil, daß bei Temperaturunter' schieden das Substrat bzw, die Metallschicht der
Massefläche zerstört werden kann. Ferner fördert diese Ausfilhrungsform sehr enge Toleranzen in der Herstel·
lung def Ferritscheibe und ihrer Aussparung und Verteuert damit das Herstellungsverfahren,
Die gleichen Nachteile Weist eine Anordnung aufj die
in dem Symposium 1971 IEEE-GMTT Int. Microwave Symposium Digest, Washington (1971), May, S. 79, Fig.
la dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Ferritscheibe in einer Aussparung des Substrates
angeordnet. Diese Anordnung hat zwar elektrische Vorteile, die aber die Gefahr der Zerstörung bei
Temperaturunterschieden nicht aufwiegen und auch sehr enge Toleranzen in der Herstellung der Aussparung
und der Ferritscheibe erforderlich machen.
Ein Mikrowellenzirkulator, dessen Ferritscheibe, wie
einleitend ausgeführt, ringsum, ausgenommen ihrer auf dem Substrat aufliegenden Ebene, mit einer Metallisierung
versehen ist, die mit der Massefläche des Substrats verbunden ist, geht aus der US-PS 37 33 563 hervor.
Allerdings befindet sich das Verteilerstück und die Anschlußleitungen der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur
getrennt voneinander auf verschiedenen Seiten des Substrats. Das Verteilerstück liegt elektrisch getrennt
innerhalb der Massefläche, und die Anschlußleitungen sind auf der der Massefläche gegenüberliegenden
Substratseite angeordnet. Es sind daher gesonderte, kapazitiv wirkende Koppelmittel notwendig zur Ankopplung
des Verteilerstucks an die Anschiußieitungen. Solche Koppelmittel haben den Nachteil, daß sie die
Bandbreite des Zirkulators stark einschränken, vor allem, wenn die Koppelmittel nicht optimal dimensioniert
sind. Eine optimale Dimensionierung läßt sich aber nur sehr schwer ermitteln wegen der sich aufgrund der
Koppelelemente im Zirkulator einstellenden, sehr komplizierten Feldverteilung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikroweütn-Zirkulator der eingangs genannten
Art anzugeben, der sehr breitbandig ist und eine möglichst unkomplizierte Feldverteilung aufweist, wodurch
die optimale Dimensionierung der Zirkulatorteile auf einfache Weise vorgenommen werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verteilerstück der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur
zusammen mit den Anschlußleitungen auf der der Ferritscheibe gegenüberliegenden Substratseite
angeordnet ist.
Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der erfindungsgemäße Zirkulator hat den Vorteil, daß er billig hergestellt werden kann und keine
Temperaturprobleme mehr hat.
Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgedanke an einem Ausführungsbeispiel noch näher beschrieben
werden. Inder
Fig. 1 ist ein Zirkulator nach der Erfindung in geschnittener Darstellungsweise wiedergegeben und in
der
Fig. 2 ist der gleiche Zirkulator in einer Draufsicht
abgebildet.
In der F i g. 1 ist ein Zirkulator nach der Erfindung im Schnitt dargestellt. Auf dem Substrat 1, das aus einem
dielektrischen Werkstoff, z. B. aus Aluminiumoxydkeramik hergestellt sein kann, ist die Zirkulator-Streifenleitungsstruktur
bestehend aus dem Verteilerstück 2 und den Anschlußleitungen 5 aufgebracht. Das Verteiler
stück 2. bestehend aus einer Scheibe, ist bei diesem Ausführungsbeispiel kreisrund und besteht aus einer
Metallauflage, wie dies aus der Fi g, 2 ersichtlich ist. Auf
der abgeWandten oder Gegenseite ist die Ferritscheibe
3 angeordnet; sie liegt der Zirkulatof-StreifenieitUngsstruktur
genau gegenüber, Sie ist mit einer Metallisier rung auf ihrer abgewandten Fläche 3a Und an ihrer
Mantelfläche 3b versehen,
Das Substrat 1 ist auf der Gegenseite mit einer Metallauflage in beaufschlagt und an der Stirne der
Ferritscheibe 3 entsprechend deren Abmessung freigeptzu
Die Metallisierung3öder Ferritscheibe 3 ist mit der
Metallauflage Xa des Substrates durch die Lötnaht 4
rundum fixiert.
In der F i g. 2 ist die Draufsicht des Zirkulators dargestellt. Insbesondere geh* aus dieser Darstellung
die Anordnung der Zirkulalor-Strejfenleitungsstruktur hervor. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei
Anschlußleitungen 5 angeordnet, die je in einem Winkel von 120° zueinander stehen. Im allgemeinen werden
zwischen der Resonatorscheibe und den Anschlußleitungen Anpassungsnetzwerke angebracht, die in bekannter
Weise, z. B. als λ/4-Transformatoren, aufgebaut sind.
Die beschriebene Erfindung vereinigt die Vorteile eines Keramiksubstrates mit einer einfachen Möglichkeit
zur Integration von Zirkulatoren. Dies wird in der folgenden Weise erreicht: Das Substrat I, bestehend aus
einer Aluminiumoxydkeramik, wird beidseitig metallisiert; auf der Oberseite werden mit den üblichen
Ätztechniken das Verteilerstück 2 und das Anpassungsnetzwerk (in Fig.2 nicht eingezeichnet) sowie die
Anschlußleitungen 5 hergestellt. Diese Struktur entspricht derjenigen der bereits bekannten integrierten
Zirkulatoren. Die Metallisierung la der Unterseite wird
unterhalb des Verteilerstücks 2 weggeätzt und die
lu Ferritscheibe 3 aufgesetzt. Die Mantelfläche 3ö und die
abgewandte Fläche 3a der Ferritscheibe 3 sind mit einer Metallisierung versehen.
Die Befestigung sowie der elektrische Kontakt zwischen der Ringfläche 3a und der MetallaufJage la
wird durch die ringförmige Lötnaht 4 bewirkt. Das Magnetsystem zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes
Ho-* senkrecht zur Substratebene entspricht ebenfalls dem bei den bekannten Zirkulatoren verwendeten
System.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Mikrowellen-Zirkulator, bestehend aus einem
mit einer Massefläche und einer Zirkulator-Streifenleitungsstruktur
versehenen Substrat und einer Ferritscheibe, die auf der die Massefläche tragenden
Seite des Substrats liegt und ringsum, ausgenommen der auf dem Substrat aufliegenden Ebene, mit einer
Metallisierung versehen ist, welche mit der Massefläche des Substrats elektrisch leitend verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück
(2) der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur zusammen mit den Anschlußleitungen (5) auf der
der Ferritscheibe (3) gegenüberliegenden Substratseite angeordnet ist.
2. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (2) der Zirkulator-Streifenleitungsstruktur aus einer Scheibe
besteht.
3. Mikrowellen-Zirkulator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerstück (2) der
Zirkulator-Streifenleitungsstruktur aus einem Ring besteht.
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Owner name: AEG-TELEFUNKEN NACHRICHTENTECHNIK GMBH, 7150 BACKN |
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Owner name: ANT NACHRICHTENTECHNIK GMBH, 7150 BACKNANG, DE |
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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