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Dokumentenidentifikation DE102004056260A1 01.06.2006
Titel YIG-Filter oder YIG-Oszillator mit Manipulatoreinheit
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Hohenester, Wilhelm, 81543 München, DE;
Tremmel, Claus, 85540 Haar, DE;
Huber, Rupert, 84405 Dorfen, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 22.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004056260
Offenlegungstag 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse H01P 1/218(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H03B 5/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein YIG-Filter (1) oder YIG-Oszillator (1a) umfaßt ein Gehäuse (2) aus einem nicht-magnetischen Material mit einer Ausnehmung (14) sowie zumindest ein YIG-Element (3) und zumindest eine Kopplungsleitung (5). Zur Ausrichtung des YIG-Elements (3) relativ zu der Kopplungsleitung (5) ist eine Manipulatoreinheit (6) vorgesehen. Die Manipulatoreinheit (6) weist ein Kugelgelenk (7) auf.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen YIG-Filter oder einen YIG-Oszillator, der eine Manipulatoreinheit zur Ausrichtung eines YIG-Elements in dem YIG-Bandpaßfilter oder YIG-Oszillator umfaßt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

YIG-Bandpaßfilter oder YIG-Oszillatoren verfügen über zumindest ein YIG-Element, welches vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und aus einem Yttrium-Eisen-Granat (Yttrium-Iron-Garnet YIG) hergestellt ist. Die Resonatorwirkung wird mittels Kopplungsleitungen vermittelt, die so ausgebildet und angeordnet sein müssen, daß der Mittelpunkt des Resonators und der Mittelpunkt des Biegeradius einer Kopplungsleitung genau übereinstimmen.

Aus der DE 43 12 410 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abstimmen einer abstimmbaren ferrimagnetischen Resonatorschaltung durch Manipulation der Lage von YIG-Kugeln bezüglich ihrer zugeordneten Koppelungsschleifen und eines Magnetfeldes bekannt. Jede YIG-Kugel kann in drei Achsenrichtungen bewegt oder zur Ausrichtung in dem Magnetfeld gedreht werden. Wenn die YIG-Kugel positioniert ist, wird sie in der gewählten Position fixiert. Der Abstimmprozeß kann wiederholt werden.

Nachteilig an der aus der oben genannten Druckschrift bekannten Abstimmvorrichtung ist insbesondere, daß die Verstellung der Position des YIG-Elements über eine Verformung und Verspannung des Gehäuses über Schrauben erfolgt. Dies ist in hohem Maße ungenau, da das Gehäuse beispielsweise durch thermische und mechanische Prozesse während des Betriebs ebenfalls Verformungen unterworfen ist, welche die Position des YIG-Elements relativ zur Kopplungsleitung verändern und damit eine Resonatorwirkung unmöglich machen können.

Zudem ist die Ausrichtung des YIG-Elements durch die Stellschrauben aufwendig zu realisieren, da viele Bauteile und Montageschritte benötigt werden, um die Manipulatoreinheit zu montieren und zu justieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen YIG-Filter oder einen YIG-Oszillator mit einer Manipulatoreinheit zu schaffen, welche eine einfache und dabei zuverlässige und störunanfällige dreidimensionale Ausrichtung der YIG-Elemente relativ zu den Kopplungsleitungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen YIG-Filters oder YIG-Oszillators mit einer Manipulatoreinheit sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1A eine schematische, teilgeschnittene seitliche Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Manipulatoreinheit, welche insbesondere für einen YIG-Bandpaßfilter geeignet ist,

1B eine schematische, teilgeschnittene perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Manipulatoreinheit gemäß 1A, und

2 eine schematische, teilgeschnittene perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Manipulatoreinheit, welche insbesondere für einen YIG-Oszillator geeignet ist.

Die 1A und 1B zeigen in einer schematischen teilweise geschnittenen seitlichen Ansicht sowie in einer schematischen teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines YIG-Bandpaßfilters 1, der mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Manipulatoreinheit 6 zur Positionierung von YIG-Elementen 3 ausgestattet ist. Der YIG-Filter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in welchem bei einem YIG-Bandpaßfilter 1 mehrere YIG-Elemente 3 auf stabförmigen Achsen 4 montiert und so angeordnet sind, daß sie durch Koppelungsleitungen 5 elektromagnetisch gekoppelt sind. Die YIG-Elemente 3 sind dabei kugelförmig aus einem Yttrium-Eisen-Granat ausgebildet.

Der Koppelungsgrad der YIG-Elemente 3 hängt dabei vornehmlich von ihrer Positionierung relativ zu den Koppelungsleitungen 5 ab. Ein Mittelpunkt der kugelförmigen YIG-Elemente 3 muß dabei möglichst genau mit einem Mittelpunkt eines Biegeradius der Koppelungsleitungen 5 zusammenfallen.

Zum Zweck der Justierung kann grundsätzlich auf zwei Arten vorgegangen werden. Entweder werden – wie bislang weithin üblich – die YIG-Elemente 3 in festen Positionen fixiert und die Koppelungsleitungen durch Biegen angepaßt, bis der YIG-Filter 1 Resonanz zeigt, oder die Kopplungsleitungen 5 werden erfindungsgemäß in fester Form vorgefertigt und die YIG-Elemente 3 relativ zu den Kopplungsleitungen 5 beweglich gelagert und dann justiert. Ersteres ist aufwendig, da das Gehäuse 2 des YIG-Filters 1 für jeden neuen Justierungsprozeß erneut geöffnet, dann wieder montiert und getestet werden muß. Dies ist aufwendig und störanfällig, insbesondere dadurch, daß die Justierung der Koppelungsleitungen händisch mit grobem Werkzeug und daher nur sehr ungenau erfolgt. Eine Verstellung der Position der YIG-Elemente 3 ist dann nur noch in Achsrichtung beispielsweise durch Unterlegen von Beilagscheiben möglich. Auch dies ist jedoch problematisch, da hierzu jeweils die Achse 4 vollständig entfernt werden muß, was zu Beschädigungen des empfindlichen Bauteils führen kann.

Die Justierung der YIG-Elemente 3 relativ zu den fest montierten und vorgeformten Koppelungsleitungen 5 war bislang nur, wie in der DE 43 12 410 A1 gezeigt, durch eine aufwendige Verstellvorrichtung mit mehreren Schrauben möglich, welche das Gehäuse 2 des YIG-Filters 1 verformen und dadurch die Positionierung der YIG-Elemente 3 relativ zu den Koppelungsleitungen 5 erlauben. Die Schrauben stellen jedoch nicht die einzige Ursache für Verformungen das Gehäuses 2 dar. Erwärmungen während des Betriebs und Verformungen durch Verspannungen in die Einbaulage können ebenso dazu führen, daß die unter Spannung stehenden Achsen 4, auf welchen die YIG-Elemente 3 montiert sind, weiter verformt werden. Fehlfunktionen und Verlust der Resonanz sind dadurch häufig zu beobachten.

Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß die beliebige Positionierung der YIG-Elemente 3 relativ zu den Koppelungsleitungen 5 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Manipulatoreinheit 6 einfach und ohne verformende Beaufschlagung der Achsen 4 möglich. Die Manipulatoreinheit 6 weist dabei erfindungsgemäß ein Kugelgelenk 7 auf, welches in dem Gehäuse 2 des YIG-Filters 1 gelagert ist.

Die Manipulatoreinheit 6 umfaßt dabei eine Hülse 8 mit einem umlaufenden Kragen 9, wobei der Kragen 9 eine zumindest teilweise torusartig und/oder sphärisch geformte Oberfläche aufweist, die gleitend in einer gegeförmig geformten Lagerschale 10 einer Kunststoffbuchse 13 gelagert ist. Die Kunststoffbuchse 13 ist vorzugsweise in einer geeignet geformten Ausnehmung 14 des Gehäuses 2 angeordnet.

Die Achse 4 ist in der Hülse 8 der Manipulatoreinheit 6 geführt und in Richtung ihrer Längsachse darin verschieblich.

Ein wesentlicher Vorteil der Kunststoffbuchse 13 ist neben der leichten Herstellbarkeit die thermische Entkoppelung der Achse 4 und des YIG-Elements 3 gegenüber dem Gehäuse 2 des YIG-Filters 1. Da beim Abgleich des YIG-Filters 1 eine gleichbleibende, an die Betriebstemperatur des YIG-Filters 1 angepaßte Temperatur erwünscht ist, ist vorzugsweise ein Heizelement 15 an der Achse 4 vorgesehen. Durch die thermische Isolierung der Achse 4 gegen das Gehäuse 2 ist eine schnellere Aufheizung der Achse 4 und des YIG-Elements 3 möglich, als wenn die Achse 4 ohne thermische Isolierung in dem metallischen Gehäuse 2 gelagert wäre, da ohne thermische Isolation das Gehäuse 2 unerwünschterweise mit aufgeheizt würde.

Durch die gleitende Lagerung ist es möglich, die Achse 4 in jede beliebige Raumrichtung zu verschwenken und dadurch die Position des YIG-Elements 3 relativ zu der Koppelungsleitung 5 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Achse 4 zu verändern. Durch die verschiebliche Anordnung der Achse 4 in der Hülse 5 ist es zudem möglich, die Position des YIG-Elements 3 in Richtung der Längsachse der Achse 4 zu variieren, ohne die Achse 4 aus der Hülse 8 entfernen zu müssen.

Dies wird durch ein verschiebliches Justierteil 11 ermöglicht, welches in dem in 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten YIG-Filters 1 in der Hülse 8 und auf der Achse 4 verschieblich angeordnet ist und einen Anschlag bildet. Mittels eines geeigneten Werkzeugs wie z.B. eines Schraubendrehers ist es dann möglich, die Achse 4 über einen aufgesteckten Aufsatz 12 in Richtung der Längsachse der Achse 4 zu verschieben. Nach Einstellung des Anschlags wird das Justierteil 11 beispielsweise durch Kleben in seiner Position an der Achse 4 fixiert. Danach ist es immer noch möglich, die Achse 4 zu verschwenken bzw. die Achse 4 um ihre Längsachse zu drehen, um das YIG-Element 3 in seine temperaturstabile Achse zu drehen.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Manipulatoreinheit 6 am Beispiel eines YIG-Oszillators 1a dargestellt.

Ein YIG-Oszillator 1a umfaßt nur ein YIG-Element 3, welches ebenfalls in einer Koppelungsleitung 5 angeordnet ist. Für die Ausrichtung des YIG-Elements 3 zur Koppelungsleitung 5 zum Abgleichen treffen die gleichen Überlegungen wie bereits in der Beschreibung zu den 1A und 1B betreffend einen YIG-Filter 1 erwähnt zu.

Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist ebenfalls ein in dem Gehäuse 2 ausgebildetes Kugelgelenk 7 auf, welches die Positionierung des YIG-Elements 3 durch Schwenken erlaubt. Die Verschiebung in Richtung der Längsachse der Achse 4 ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch in Form eines durch Ein- bzw. Ausschrauben beweglichen Justierteils 11 ermöglicht.

Zu diesem Zweck weist die Hülse 8 ein Gewinde 17 auf, welches in Eingriff mit einem an der Achse 4 ausgebildeten zweiten Gewinde 18 steht. Durch Verdrehen des Aufsatzes 12 mit einem geeigneten Werkzeug ist es möglich, die Achse 4 in die Hülse 8 hinein- bzw. herauszuschrauben. Eine Schulter 16 an dem Justierteil 11 dient als Anschlag, um die Einschraubtiefe der Achse 4 zu begrenzen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebig ausgestaltete YIG-Filter 1 oder YIG-Oszillatoren 1a geeignet. Die einzelnen Merkmale sind dabei beliebig miteinander kombinierbar.


Anspruch[de]
  1. YIG-Filter (1) oder YIG-Oszillator (1a) mit einem Gehäuse (2) aus einem nicht-magnetischen Material mit zumindest einem YIG-Element (3), mit zumindest einer Kopplungsleitung (5), und mit zumindest einer Manipulatoreinheit (6) zur Ausrichtung des zumindest einen YIG-Elements (3) relativ zu der zumindest einen Kopplungsleitung (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoreinheit (6) ein Kugelgelenk (7) aufweist.
  2. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoreinheit (6) eine Hülse (8) umfaßt, welche einen umlaufenden Kragen (9) aufweist.
  3. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Kragen (9) eine zumindest teilweise torische und/oder sphärische Oberfläche aufweist.
  4. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest teilweise torische und/oder sphärische Oberfläche des Kragens (9) gleitend in einer entsprechenden Gegenfläche einer Lagerschale (10) angeordnet ist.
  5. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (8) gegenüber der Lagerschale (10) in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Hülse (8) schwenkbar ist.
  6. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (10) in einer Buchse (13) ausgebildet ist.
  7. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (13) in einer Ausnehmung (14) des Gehäuses angeordnet ist, so daß die Manipulatoreinheit (6) in dem Gehäuse (2) gelagert ist.
  8. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (8) eine Achse (4) angeordnet ist.
  9. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine YIG-Element (3) an der Achse (4) fixiert ist.
  10. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4) axial verschieblich in der Hülse (8) ist.
  11. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Achse (4) ein Justierteil (11) vorgesehen ist.
  12. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Justierteil (11) ein axialer Anschlag definiert ist.
  13. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierteil (11) auf die Achse (4) aufgeschoben ist.
  14. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierteil (11) nach der Justierung an der Achse (4) fixierbar ist.
  15. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung durch Kleben erfolgt.
  16. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierteil (11) auf die Achse (4) aufgeschraubt ist.
  17. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4) ein Gewinde (17) aufweist, welches in Eingriff mit einem Gewinde (18) in der Hülse (8) steht.
  18. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulatoreinheit (6) thermisch gegenüber dem Gehäuse (2) des YIG-Filters (1) oder YIG-Oszillators (1a) isoliert ist.
  19. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an der Manipulatoreinheit (6) ein Heizelement (15) angeordnet ist.
  20. YIG-Filter oder YIG-Oszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Manipulatoreinheiten (6) des YIG-Filters (1) oder YIG-Oszillators (1a) gleich der Anzahl der YIG-Elemente (3) ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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