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Richtungsabhängige Dämpfungsleitung
Die Erfindung befasst sich mit der Kompensation des Temperaturganges von richtungsabhängigen Dämpfungsanordnungen für das Mikrowellengebiet.
Zur Erzielung eines richtungsabhängigen Dämpfungseffektes bei Mikrowellen bringt man in bekannter
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Gleichfeld aus, das senkrecht zur Fortplanzungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Hohlleiter gerichtet ist. Wird die Feldstärke des Gleichfeldes so gewählt, dass gyromagnetische Resonanz eintritt, so wird eine elektromagnetische Welle in der einen Fortpflanzungsrichtung maximal - z. B. um 20db - und in der entgegengesetzten Fortpflanzungsrichtung minimal-z. B. um 0, 5db-gedämpft. Die hiebei absorbierte Energie der Hohlleiterwelle wird dabei im Ferrit selbst in Wärme umgesetzt.
Der Vorgang der gyromagnetischen Resonanz in ferromagnerischen Stoffen kann durch die magnetischen Effekte der Präzession von Elektronen mit Spin um die Richtung eines angelegten magnetischen Feldes erklärt werden.
Bekanntlich weisen die Ferrite meist einen erheblichen Temperaturgang auf, d. h. die gyromagnetische Resonanzbedingung w = tRi ändert sich inAbhängigkeit von der Temperatur. Hiebei bedeutet w die Kreisfrequenz, y das gyromagnetische Verhältnis (magnetisches Moment des Elektronenspins geteilt durch Kreismoment) und Hi die statische Magnetfeldstärke. Diese Erscheinungen weisen insbesondere solche Ferrite auf, die für den unteren Teil des Mikrowellengebietes geeignet sind, also für Frequenzen bis zu 4000 MHz. Für solche Ferrite verwendet man Materialien mit einem verhältnismässig niedrigen Curie-
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Zur Beseitigung der Temperaturabhängigkeit kann man bei Verwendung dieser Ferrite dem magnetischen Gleichfeld ebenfalls einen Temperaturgang derart geben, dass dieser die Temperaturabhängigkeit der Ferrite gerade kompensiert.
Solche Temperaturkompensationen sind bekannt. Sie beruhen darauf, dass man zu den weitgehend temperaturkonstantenPermanentmagneten ein temperaturabhängiges ferromagnetisches Material in geeigneter Weise parallel oder in Serie schaltet. Auf diese Weise wird die Feldstärke des Gleichfeld durch Einbau eines oder mehrerer temperaturabhängiger Widerstände geregelt. Diese Kompensationsanordnungen sind jedoch sehr aufwendig und daher kostspielig.
Bei Versuchen zeigte es sich nun, dass diese äusserst komplizierten bekannten Kompensationsanordnnngen nicht nötig sind, um den Temperaturgang des Dämpfungsgliedes zu kompensieren, wenn mandas Dämpfungsglied gemäss der Erfindung ausführt.
In einer richtungsabhängigen Dämpfungsleitung, die aus einem Hohlleiter besteht, in dem ein streifenförmiges Dämpfungsglied oder streifenförmige Dämpfungsglieder (Ferritstreifen) angebracht sind, liegt ein quer zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen verlaufendes statisches Magnetfeld an, das zur Erzeugung gyromagnetischer Resonanz in diesen Dämpfungsgliedem geeignet Ist.
Das Seitenverhältnis dieses Streifens oder dieser Streifen wird nun nach der Erfindung so gewählt, dass eine Kompensation des Temperaturganges der gyromagnetischen Resonanz eintritt ; dazu ist erfindungsgemäss die Streifenabmessung in Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Wellen wesentlich grösser als die Höhe und Dicke des Streifens und das Verhältnis (p) der Streifenhöhe (h) zur Streifendicke (d) genügt der Gleichung :
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zur Abkürzungw die Kreisfrequenz y das gyromagnetische Verhältnis Ms die Sättigungsmagnetisierung bedeuten.
Der Gegenstand der Erfindung soll in einer beispielhaften Ausführungsform an Hand der Figur näher erläutert werden.
In einem Hohlleiter 1 ist ein Ferritstreifen 3 als richtungsabhängiges Dämpfungsglied angebracht. Ein Magnetsystem 2 erzeugt ein Gleichfeld zur Erzeugung der gyromagnetischen Resonanz in diesem Ferrit- streifen3. DieFeldstärkeH diesesFeldes verläuft senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung elektromagneti- scher Wellen, die den rechteckigen Hohlleiter durchlaufen. Der Ferritstreifen 3 besitzt im Ausführung- beispiel ebenfalls rechteckförmigen Querschnitt. Die Streifenhöhe ist mit h und die Dicke des Streifens mit d bezeichnet.
Die Erprobung einer solchen Anordnung ergab nun, dass überraschenderweise eine Temperaturkompen- sation des gyromagnetischen Effektes auftritt, wenn das Verhältnis von Höhe h und Dicke d des relativ langen Ferritstreifens 3 einen ganz bestimmten Wert hatte. Hiebei wurden keine der bekannten Kompen- sationsschaltungenangewandt, d. h. eine Selbstkompensation ist bei ganz bestimmter Formgebung des
Ferritstreifens möglich.
Im folgenden wird für dieses unerwartete Verhalten eine Erklärung gegeben. In der Fig. ist der Mit- telpunkt der Querschnittsfläche des Streifens 3 als Ausgangspunkt eines Koordinatensystems dargestellt, dessen Achsen mit Nx, N und Nz bezeichnet sind und welche die Richtung der Demagnetisierungsfdkto- ren des Ferritstreifens gemäss seinen geometrischen Abmessungen darstellen sollen.
Die Resonanzfrequenz lässt sich nach Ersatz der Ferritplatte durch ein Ellipsoid mit denselben Halbachsen unter Berücksichtigung der Demagnetisierungsfaktoren nach der bekannten Gleichung vor Kittel bestimmen :
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Hiebei bedeutet
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<tb>
<tb> Cù <SEP> die <SEP> Kreisfrequenz
<tb> Nx, <SEP> Ny, <SEP> Nz <SEP> die <SEP> Demagnetisiemngsfaktoren
<tb> Ha <SEP> die <SEP> von <SEP> aussen <SEP> angelegte <SEP> Gleichfeldstärke
<tb> y <SEP> das <SEP> gyromagnetische <SEP> Verhältnis
<tb> Ms <SEP> Sättigungsmagnetisierung
<tb>
Entsprechend der praktischen Anwendung wird die Ausdehnung des Ferritstreifens in y-Richtung als
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Es wird nun geforderr, dass in der Gleichung (3) die Resonanzfrequenz bei Temperaturänderung konstant bleibt.
Wie bereits erwähnt, ist das äussere Feld praktisch temperaturunabhängig und dasselbe gilt
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gnetisierung Ms ist jedoch bei ferrompgnetischen Stoffen stark temperaturabhängig. Die genannte Forderung laute : also :
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i Führt man die Differentation aus, so erhält man
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aannsetzungen lässt sich demnach die für die Temperaturkompensation erforderliche Dimensionierung. mit hinreichender Genauigkeit abschätzen.
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Gleichung (3), (4) oder (5) ergibt sich dann eine Resonanzfeldstärke von Ha = 1250 Oe.
Wie man aus Gleichung (6) entnehmen kann, ergibt sich jeweils genau eine reelle Lösung für P, welche allerdings stets im Bereich p > 2 liegt, was bedeutet, dass diese einfache Temperaturkompensation für Isolatoren des sogenannten E-Typs (hiebei ist die Breitseite des Ferritstreifens parallel zum elektrischen Vektor der H10 - Welle angeordnet) möglich ist.
Sofern das nach der Gleichung (6) berechnete Seitenverhältnis nicht dem zur Erzielung eines günstigen Dämpfungsverhältnisses notwendigen oder wünschenswerten p genügt, kann gemäss Gleichung (4) ein Ferrit mit geänderter Sättigungsmagnetisierung Ms verwendet werden. Die Vorteile der Erfindung liegen in diesem Fall darin, dass bei der Wahl einer geeigneten Sättigungsmagnetisierung auf den Curiepunkt des Materials, aus dem das Dämpfungsglied besteht, keine Rücksicht genommen zu werden braucht, so lange es möglich ist, das äussere Gleichfeld in der notwendigen Stärke bereit zu stellen.
Die Temperaturkompensation durch entsprechende Wahl des Seitenverhältnisses p lässt sich natürlich auch bei Richtungsleitungen mit Dielektrikum anwenden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.