197811. lajstromszámú szabadalom • Hőstabil csomóponti cirkulátor, izolátor
1 197811 2 A találmány tárgya hőstabil csomóponti cirkulátor és izolátor. A cirkulátorok, izolátorok a káros reflexiók leválasztására, a mikrohullámú jel irányított továbbítására a mikrohullámú gyakorlatban széles körben és nagy számban használatosak. A csomóponti cirkulátorokban a nemreciprok tulajdonságot biztosító előmágnesezett mikrohullámú ferrittest a tápvonalak csomópontjában, illetve annak környezetében helyezkedik el. Csomóponti izolátorokat a három kapus csomóponti cirkulátorokból az egyik kapu illesztett lezárásával kapunk. A csomóponti izolátorok és cirkulátorok a mikrohullámú és mm-es sávú tartományban leginkább elosztott paraméteres hálózatként kerültek megvalósításra, az alkalmazott tápvonalaknak megfelelően csőtápvonalas, szalagtápvonalas, mikroszalagtápvonalas kivitelben. A csomópontban elhelyezett ferrittest, vagy annak egy része, anizotrop rezonátort, vagy annak egy részét alkotja, melyet a sávszélesség igényének megfelelő illesztő áramkörök csatolnak az eszköz kapukhoz. Az 1. a, b ábra ismert mikroszalagvonalas cirkulátort szemléltet felül-, ill. oldalnézetből. A 2. a, b ábra ismert mikroszalagvonalas izolátort szemléltet felül- ill. oldalnézetből. A 3.a-h ábrák mutatják a találmány szerinti hőstabil cirkulátor elrendezéseket a 3a, 3c, 3e és 3g ábrák elölnézetből, a többi ábra oldalnézetből. A 4. ábra a találmány szerinti izolátor feszültség — állóhullámarány karakterisztikái széles hőfoktartományban. Az 5. ábra egy ismert megoldás szerinti izolátor feszültség — állóhullámarány karakterisztikái. Az l.a, b ábra gyakran alkalmazott ismert megoldást szemléltet mikroszalagvonalas kivitelben. Az 1 ferrithordozón kialakított 2 tárcsarezonátor X/4-es transzformátorként kialakított 3 illesztő áramkörökkel van az általában 50 Ohmos kapukhoz csatolva. Ilyen megoldást ismertet J. Helszajn: Nonreciprocal Microwave Junctions and Circulators (John Wiley and Sons, 1975). Az előmágnesezést 4 állandó mágnesek biztosítják. A 2. a, b ábra ismert mikroszalagvonalas izolátort mutat be, az 1. a, b ábrán bemutatott kiviteli alaktól a lezáró tag alkalmazásában tér el. A mikrohullámú rendszerek szabadtéri üzemeltetése miatt gyakran van szükség széles hőmérséklettartományban hőstabil cirkulátorokra és izolátorokra. A cirkulátorok, izolátorok hőfokfüggésének a legfőbb oka az eszközökben alkalmazott mikrohullámú ferritek telítési mágnesezettségének, valamint az előmágnesezést biztosító mágneskörnek a hőfokfüggése, melyek következtében széles hőfoktartományban a csomóponti cirkulátorok, izolátorok reflexiós és csillapítás karakterisztikái leromlanak. A kedvezőtlen hatás csökkentésére eddig is sok erőfeszítés történt. A mikrohullámú ferrites eszközök hőfokfüggése csökkentésére alkalmazott ismert megoldások: a. ) anyagában hőkompenzált mikrohullámú és kis hőfokfüggésü mágnesek alkalmazása (lásd: Trans-Tech, Inc. Gaithersburg, Maryland, USA, Ferritanyag katalógus). b. ) a mikrohullámú íerrit hőfokfüggése hatásának csökkentése az állandó mágneses tér célszerű hőfokfüggésével (lásd: Y. Konishi: VHF-UHF Circulators, NHK Technical Monograph, No.6, May 1965. Japan; és P Bársony: A Method for Temperature Stabilization of Stripline and Mikrostrip Circulators, Proc. of the 4. Coll, on Microwave Communication, Vol IV. 1970. Budapest). c. ) egymással ellentétes hőfokfüggő karakterisztikájú mikrohullámú ferritek együttes alkalmazása (lásd: 903 537 sz. GB szabadalmi leírás). d. ) kis hőfokfüggésü mágnesek alkalmazása. Az a.) megoldás a legjobb, azonban csak egyes telítési mágnesezettség tartományban állnak rendelkezésre hőkompenzált mikrohullámú ferritek, a b) megoldás szerinti mágneskörkompenzációt csak nehezen és korlátozottan lehet a rendelkezésre álló anyagválaszték felhasználásával beállítani, szélessávú eszközök esetén gyakran nem vezet eredményre. A c) megoldás csomóponti cirkulátorok, izolátorok esetén nem használatos, mivel nem hozott megfelelő eredményt, d)megoldás bár csökkenti a hőfokfüggést, de csak az a) megoldás szerint vezet megfelelő eredményre. A cirkulátorok működéséhez feltétlenül szükséges, hogy bennük asszimmetrikus permeabilitás tenzorral rendelkező mikrohullámú ferrittest legyen, ami vagy aminek egy része a cirkulátorok anizotrop rezonátorát képezi. A mikrohullámú ferrittestet a cirkulátor kialakításától függő tápvonalrendszer csomópontjába helyezik. Háromkapus csőtápvonalas cirkulátorok esetén a csőtápvonalak 120°-os szimmetriában helyezkednek el, és a csatlakozási csomópontba helyezik az általában háromszögalapú hasáb, vagy henger alakú 5 mikrohullámú ferrittestet, gyakori a csomópontban a szalagvonalból kör vagy háromszög kialakítása. Egyéb tápvonalak esetén is az 5 mikrohullámú ferrittest, a tápvonalak csomópontjába kerül. Többkapus csomóponti cirkulátorok is léteznek, ezekre is az a jellemző, hogy az 5 mikrohullámú ferrittest a csatlakozó tápvonalak csomópontjában van. A csomópontot, illetve az anizotrop rezonátort általában illesztő áramkörök illesztik a cirkulátor kapukhoz. A működéshez feltétlenül szükséges, a mikrohullámú ferrittest teljes egészében vagy részben való mágnesezése, melyet általában egy vagy két 4 állandó mágnessel biztosítanak. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy nem ellentétes hőfokfüggő karakterisztikájú mikrohullámú ferriteket kell alkalmazni (mint a c) megoldásban, hanem azonos 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 6C 65 2
