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Polarisationsdreher für elektromagnetische Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf Polarisationsdreher für elektromagnetische Wellen und betrifft insbe- sondere breitbandige gyromagnetische Elemente oder Bauteile, die in solchen Einrichtungen angewendet werden können.
Elemente aus gyromagnetischem Material sind bereits innerhalb von metallischen Hohlleiter verwendet worden, um zahlreiche verwertbare Effekte auf elektromagnetische Wellen auszuüben, die sich in dem betreffenden Hohlleiter fortpflanzen. Eine Klasse dieser Elemente nützt den sogenannten FaradayEffekt aus, d. h. die Polarisationsdrehung einer elektromagnetischen Welle, die durch ein longitudinal magnetisiertes Element aus gyromagnetischem Material bewirkt wird. Diese Faraday'schen Polarisationsdreher sind bei Mikrowellenfrequenzen als Bauteile für sogenannte Isolatoren, Modulatoren, Dämpfer, Zirkulatoren, Phasendreher usw. verwendet worden.
Es besteht nun zwar ein erheblicher Bedarf an zahlreichen der vorstehend angegebenen Einrichtungen, doch ist deren kommerzielle Anwendung bisher dadurch verzögert worden, dass die mit den vorhandenen gyromagnetischen Materialien erzielbare Polarisationsdrehung sich in Abhängigkeit von der Frequenz ändert. Aus diesem Grunde konnten Einrichtungen dieser Art kommerziell in Nachrichtensystemen, die innerhalb eines breiten Frequenzbandes arbeiten, nicht verwendet werden.
Es ist demnach ein allgemeines Ziel der Erfindung, die Freqnenzabhängigkeit der Polarisationsdrehung durch gyromagnetische Materialien in Einrichtungen für die Polarisationsdrehung von elektromagnetischen Wellen zu kompensieren.
Bei einer bekannten MikrowelleneinrichtUI1g der beschriebenen Art wird ein langgestrecktes Element aus gyromagnetischem Material, gewöhnlich ein Ferrit, verwendet, das in einem runden metallischen Hohlleiter angeordnet und einem vorspannenden magnetischen Gleichfeld ausgesetzt ist. Beim Faraday'schen Polarisationsdreher ist das magnetische Gleichfeld insbesondere parallel zur Längsachse des Ferritkörpers gerichtet. Es hat sich nun gezeigt, dass der Winkel der Drehung der Polarisationsebene der elektromagnetischen Welle, welche durch diese Einrichtung verläuft, mit zunehmender Frequenz anwächst. Der Grund für diese Frequenzabhängigkeit der Faraday eschen Polarisationsdrehung ist bekannt.
In einem unendlichen, gleichmässigen dielektrischen Material wäre die Verteilung der elektromagnetischen Wellenenergie gleichmässig und unabhängig von der Frequenz. Wenn jedoch ein dielektrisches Element von einem andern Medium umgeben ist, das eine andere Dielektrizitätskonstante hat, so wird die Wellenenergie zwischen dem dielektrischen Element und dem dieses Element umgebenden Medium, das im allgemeinen eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat, verteilt. Wenn nun die Frequenz der übertragenen Wellen anwächst, so tritt eine Neuverteilung der Energie zwischen dem dielektrischen Element und dem ihn umgebenden Medium auf, wobei die Energie stärker in dem Element höherer Dielektrizitätskonstante konzentriert wird und ein entsprechender Abfall der Konzentration der Energie in dem das Element umgebenden Medium auftritt.
Da der Effekt der Polarisationsdrehung, der durch eine solche Einrichtung erzielt wird, von der Konzentration der Energie im Ferritkörper abhängt, wird also durch jede Änderung der Energiekonzentration eine Änderung der resultierenden Polarisationsdrehung bewirkt.
Es wurde nun gefunden, dass zwar die gesamte Energiedichte in dem Element mit höherer Dielektrizitätskonstante mit zunehmender Frequenz wächst, dass aber innerhalb des Materials dieses Elementes
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doch Bereiche verbleiben, in denen die Energiedichte bei Frequenzänderungen praktisch konstant bleibt.
Wenn daher das aktive Material, d. h. der Ferritkörper, im wesentlichen auf diese Bereiche beschränkt ist, in denen die Energiedichte einigermassen konstant bleibt, dann bleibt auch die durch dieses Material hervorgerufene Polarisationsdrehung angenähert konstant.
Es ist demnach ein spezielles Ziel der Erfindung, in einem dielektrischen Bauteil der erwähnten Art, in den Wellenenergie eingekoppelt wird, das gyromagnetische Material auf jene Bereiche des Bauteiles zu beschränken, in denen eine im wesentlichen konstant bleibende Energiedichte auftritt.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildeter Polarisationsdreher für elektromagnetische Wellen besteht, ähnlich wie der aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 169. 581 bekannte Isolator, aus einem dielektrischen
Glied, das aus einer Aussenschicht aus gyromagnetischem Material und einem inneren Kern aus nicht- gyromagnetischem Material zusammengesetzt ist, wobei das gyromagnetische und das nichtgyromagne- tische Material über ihre gemeinsame Längserstreckung miteinander in Berührung stehen, und aus einer
Einrichtung zur magnetischen Vorspannung des zusammengesetzten Gliedes in dessen Längsrichtung.
Ge- mäss der Erfindung ist bei einem solchen Polarisationsdreher die Dielektrizitätskonstante des gyromagneti- schen Materials im wesentlichen gleich der Dielektrizitätskonstante des nichtgyromagnetischen Materials, und ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, welche diesem Polarisationsdreher linear polarisierte Wellen zuführt, die sodann von dem zusammengesetzten dielektrischen Glied in der Polarisation gedreht werden.
Infolge der zumindest angenäherten Übereinstimmung der Dielektrizitätskonstanten der beiden Teile des zusammengesetzten dielektrischen Gliedes bildet dieses praktisch ein homogenes Dielektrikum für die dielektrischen Wellen, die sich darin fortpflanzen. Durch geeignete Bemessung der relativen Dimensionen des gyromagnetischen Materials und des dielektrischen Kernmaterials kann die unerwünschte frequenzabhängige Änderung der Polarisationsdrehung je Längeneinheit des Bauteiles stark herabgesetzt werden, so dass eine breitbandige Faraday'sche Polarisationsdrehung erzielt wird.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der innere Kern aus nichtgyromagnetischem Material zylindrische Form und dieser Kern ist von einer hohlzylindrisch geformten Aussenschicht aus gyromagnetischem Material umschlossen, wobei das Verhältnis vom Aussenradius R der hohlzylindrischen Aussenschicht zum Radius r des zylindrischen Kernes kleiner als 2 ist.
Bei einer andern Ausführungsform besteht der innere Kern aus nichtgyromagnetischem Material aus zwei vorzugsweise leistenförmigen Elementen, die voneinander durch eine Schicht aus elektrisch dämpfendem Material getrennt sind, während die Aussenschicht aus gyromagnetischem Material zwei weitere Elemente umfasst, die in Berührung mit dem ersterwähnten Paar von Elementen angeordnet sind. Bei die- sem Ausführungsbeispiel kann eine breitbandige Dämpfung erreicht werden.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen genauer erläutert werden. Fig. 1 stellt perspektivisch und teilweise im Schnitt ein Ausführungbeispiel der Erfindung mit einem zylindrischen, zusammengesetzten Stab in einem runden Hohlleiter dar.
Fig. 2 erläutert die Änderung des hochfrequenten Magnetfeldes in einem dielektrischen Stab in Abhängigkeit von der Frequenz. Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Hohlleiter und den zusammengesetzten Stab nach Fig. 1 und Fig. 4 ist schliesslich eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung mit einem rechteckigen, zusammengesetzten Stab, der als dielektrischer Wellenleiter Verwendung findet.
Der in Fig. 1 dargestellte Polarisationsdreher gemäss der Erfindung besteht aus einem runden Hohlleiter 10 aus Metallblech, der so bemessen ist, dass er eine linear polarisierte elektromagnetische Welle aufrechterhält, vorzugsweise die TEll-Welle. In Längsrichtung innerhalb des Hohlleiters 10 ist an der Achse ein zusammengesetzter dielektrischer Körper 11 vorgesehen, der ein magnetisch polarisierbares hohlzylindrisches Element 12 aus gyromagnetischem Material und einen inneren Kem 13 aus noch nicht gyromagnetischem dielektrischem Material umfasst.
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bare Materialien verwendet, die unpaare Spinsysteme aufweisen, welche Atomen zugehören, die durch ein äusseres magnetisches Polarisationsfeld ausgerichtet werden können und unter dem kombinierten Einfluss dieses polarisierenden Feldes und eines orthogonal gerichteten, veränderlichen Magnetfeldes eine typische Präzessionsbewegung bei einer Frequenz innerhalb des im Rahmen der Erfindung in Betracht kommenden Frequenzbereiches ausführen. Diese Präzessionsbewegung wird durch ein Winkelmoment, durch ein gyroskopisches Moment und durch ein magnetisches Moment gekennzeichnet.
Typische Materialien dieser Art sind ionisierte Gase, paramagnetische und ferromagnetische Materialien, zu welch letzteren die Spinelle, wie etwa Magnesium-Aluminium-Ferrite, Aluminium-Zink-Ferrite, und granatähnliche Materialien, wieYttrium-Eisen-Granat, gehören.
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Während einige gyromagnetische Materialien, wie die Ferrite, eine wesentlich grössere Dielektrizi- tätskonstante als Luft haben und daher als dielektrische Materialien im engeren Sinne bezeichnet werden können, muss der innere Kern 13 vom gyromagnetischen Hohlzylinder 12 insofern unterschieden werden, als der erstgenannte praktisch keine'gyromagnetischen Eigenschaften, der letztgenannte hingegen stark ausgeprägte gyromagnetische Eigenschaften aufweist. Der innere Kern 13 und der äussere Hohlzylinder 12 sind so gewählt, dass sie im wesentlichen gleiche Dielektrizitätskonstanten haben und daher für eine elek- tromagnetische Welle, die sich im Stab 11 fortpflanzt, als homogenes Dielektrikum wirken.
Die Enden des Stabes 11 können sich in Form von konischen Abschnitten 14 und 18 verjüngen und in bekannter Weise die Reflexion der Wellen, die über den Stab 11 verlaufen, herabsetzen. Diese Abschnitte werden aus dem gleichen Material wie der Kern 13 hergestellt und bewirken eine relativ sanfte Überleitung der einfallen- den Wellen.
Der Hohlleiter 10 ist von geeigneten Einrichtungen zur Erzeugung des erforderlichen magnetischen Längsfeldes im Stab 11 umgeben. Für die Zwecke der Erläuterung ist hiefür ein einziges Solenoid 15 an- genommen worden, das von einer Stromquelle 20 gespeist wird. Durch einen Schiebewiderstand 19 kann das Vorspannungsfeld eingeregelt werden. Dieses Feld kann aber auch durch ein anderes aufgebautes So- lenoid, durch einen Permanentmagnet oder durch den gyromagnetischen Hohlzylinder 12 selbst gebildet werden, wenn dieser permanent magnetisiert ist.
Beim Betrieb einer normalen Faraday'schen Polarisationsdrehung, bei dem der zusammengesetzte
Stab 11 durch einen einfachen Ferritstab ersetzt ist, bildet eine im magnetisch vorgespannten Ferritstab einfallende eben polarisierte Welle mit der Frequenz f. im Ferritstab zwei Sätze von Wellenkomponen- ten, die gegensinnig zirkular polarisiert sind. Der vorgespannte Ferritstab bietet den beiden Sätzen von gegensinnig polarisierten Wellenkomponenten unterschiedliche Permeabilitäten dar. Infolgedessen hat eine dieser Komponenten eine kleinere Phasengeschwindigkeit als die andere und die beiden Komponentensätze pflanzen sich daher durch den Ferritstab mit ungleichen Geschwindigkeiten fort.
Beim Austritt aus diesem Medium setzen sich die Komponenten zusammen und ergeben wieder eine eben polarisierte
Welle, deren Polarisation aber im allgemeinen unter einem Winkel Qo verläuft, welcher vom ursprünglichen Polarisationswinkel infolge der zwischen den Wellenkomponenten beim Durchgang durch den Ferritstab entstehenden Phasendifferenz verschieden ist. Bei einer Welle mit der Frequenz f, die grösser als die Frequenz f ist, wird die Polarisationsebene bis zu einem Winkel 6 gedreht, der grösser als eu ist. Das ist das Ergebnis der schon erläuterten besonderen Wellenleitereigenschaften des Ferrits.
Bei der Frequenz fo wird nämlich ein gewisser Teil der hochfrequenten Wellen durch das Ferritelement selbst übertragen, während der Rest durch den Luftraum zwischen dem Ferritelement und der Wandung des Hohlleiters verläuft. Bei der höheren Frequenz fi wird ein grösserer Teil der hochfrequenten Welle während des Fortschreitens durch den Hohlleiter im Ferritelement konzentriert, als dies bei der Frequenz fo der Fall war. Infolgedessen wird die erwähnte Anisotropie der Permeabilität des Ferrits gefördert und die Differenz zwischen den Permeabilitäten, welche den beiden zirkular polarisierten Wellenkomponenten dargeboten werden, wird erhöht.
Beim Austritt aus dem Ferrit setzen sich daher die beiden Wellenkomponenten bei der Frequenz fi mit einer grösseren Phasendifferenz als bei der Frequenz fo zusammen und es ergibt sich eine stärkere Polarisationsdrehung.
In Fig. 2 ist der Einfluss einer Zunahme der Signalfrequenz auf die Verteilung des hochfrequenten magnetischen Feldes graphisch dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein stabförmiges dielektrisches Element 11, das längs der Achse eines Hohlleiters 10 abgestützt ist. Der zwischen dem Stab 11 und der Innenfläche des Hohlleiters 10 verbleibende Zwischenraum ist mit Luft oder einem andern dämpfungsarmen Material ausgefüllt, dessen Dielektrizitätskonstante wesentlich kleiner als jene des Stabes 11 ist.
Die Abszisse des Diagramms nach Fig. 2 stellt die Intensität des hochfrequenten Magnetfeldes innerhalb des Hohlleiters 10 dar, während die Ordinate den Ort Innerhalb des Hohlleiters längs eines Durchmessers angibt. Wie die Kurve 21 für eine Frequenz fo zeigt, ist die magnetische Feldintensität innerhalb des Hohlleiters nicht gleichmässig, sondern veränderlich. Das Feld hat nämlich in der Nähe der Hohlleiterwandung zunächst eine geringe Stärke, wächst dann langsam im Zwischenraum zwischen der Hohlleiterwandung und dem Stab 11 und schliesslich rasch innerhalb des Stabes 11 an, um in dessen Mitte seinen Maximalwert anzunehmen.
Die Feldverteilung auf der andem Seite der Hohlleiterachse ist spiegelbildlich zu der beschriebenen, d. h. das Feld nimmt symmetrisch von der Stabmitte bis auf die gleiche geringe Stärke an der Hohlleiterwandung wieder ab.
Wenn die Signalfrequenz auf einen höheren Frequenzwert f anwächst, so nimmt die hochfrequente Feldverteilung den Verlauf der Kurve 22 an, während sich bei einem weiteren Frequenzzuwachs auf den
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Wert f2 eine entsprechende weitere Konzentration des magnetischen Feldes im dielektrischen Stab ergibt, wie dies durch die Kurve 23 angedeutet worden ist.
Es ist nun einerseits erkennbar, dass im Innenteil des Stabes 11 bei zunehmender Frequenz eine erhebliche Konzentration des magnetischen Feldes auftritt, anderseits aber auch, dass in den Randzonen des Stabes, d. h. in den Bereichen 24 und 25, die Gesamtänderung des Feldes relativ gering ist. In den Bereichen, in denen das Feld angenähert. konstant ist, ist natürlich auch der Einfluss der anisotropen Perme- abilität des Ferritmaterials angenähert konstant.
In der vorliegenden Diskussion ist der dielektrische Stab 11 zur Erläuterung des Effektes der zunehmenden Frequenz auf die magnetische Feldverteilung als eine homogene Einheit betrachtet worden. Wenn nun aber dieser Stab erfindungsgemäss so aufgebaut ist, dass das gyromagnetische Material auf die Regionen 24 und 25 beschränkt ist und der Rest des Stabes aus nicht gyromagnetischem dielektrischem Material besteht, dann haben die starken Änderungen der Intensität des hochfrequenten magnetischen Feldes im Mittelteil des Stabes 11, welcher das nichtgyromagnetische Material umfasst, bei einer Änderung der Betriebsfrequenz keine entsprechenden Änderungen der resultierenden Drehung der Polarisationsebene der einfallenden elektromagnetischen Welle zur Folge.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Element 11 nach der Lehre der Erfindung aufgebaut. Der Kemstab 13 aus nichtgyromagnetischem Material hat den Radius r und ist von einem Hohlzylinder 12 aus gyromagnetischem Material mit dem Aussenradius R umschlossen. Das Verhältnis R/r der Radien beträgt vorzugsweise etwa 2 oder weniger. Im allgemeinen ist die Bandbreite umso grösser, je kleiner dieses Verhältnis ist. Mit abnehmendem Verhältnis der Radien nimmt zwar die Bandbreite zu, doch ist auch die bei gegebener Stablänge erzielte Polarisationsdrehung entsprechend geringer. Es muss daher für die drei Grössen : Bandbreite, Polarisationsdrehung und Länge des Stabes 11 eine Wahl getroffen werden, die dem jeweiligen Anwendungszweck entspricht.
Bei gegebener Bandbreite und gegebenem Drehwinkel der Polarisationsebene kann die erforderliche Länge des Stabes 11 ermittelt werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich das gyromagnetische Element innerhalb eines leitend begrenzten Hohlleiters üblicher Bauweise. Für viele Anwendungszwecke ist es jedoch erwünscht, die Stärke oder Orientierung des Magnetfeldes, das auf das gyromagnetische Ele- ment einwirkt, zu verändern, insbesondere schnell und/oder kontinuierlich zu verändern. Wenn jedoch das Magnetfeld dermassen geändert wird, dann entstehen im metallischen Hohlleiter Wirbelströme, welche das magnetische Feld am Eindringen bis zum gyromagnetischen Element hindern, wodurch sich ein Betrieb mit geringem Wirkungsgrad ergibt. Ferner muss der magnetische Bauteil 15 bei solchen Ausführungen notwendigerweise grösser sein, als dies der Fall wäre, wenn das Vorspannungsfeld direkt an das gyromagnetische Material selbst angelegt werden könnte.
Es wurde nun gefunden, dass die elektromagnetischen Wellen direkt längs eines dielektrischen Stabes ohne leitende Begrenzung fortgeleitet werden können ; während dabei ein Teil der Wellenenergie ausserhalb des dielektrischen Materials fortschreitet, ergibt sich innerhalb des dielektrischen Stabes ein Feld, das sehr ähnlich jenen Wellen ist, die in einem metallischen Hohlleiter zu erwarten wären. Infolgedessen treten alle Effekte des gyromagnetischen Materials auch bei der Fortpflanzung der Wellen in einem solchen Bauteil ein.
Insbesondere bleibt die Verteilung des hochfrequenten magnetischen Feldes innerhalb des dielektrischen Elementes 11, die vorstehend beschrieben worden ist, bei Fehlen einer metallischen Hülle im wesentlichen unbeeinflusst, wobei sich aber der zusätzliche Vorteil ergibt, dass Wirbelströme vermieden werden und daher die Abmessungen der Vorspannungseinrichtung entsprechend herabgesetzt werden können.
Das in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Breitbanddämpfer, der unter Ausnutzung des eben erläuterten dielektrischen Wellenleitereffektes und der Breitbandprinzipien der Erfindung arbeitet. Die Einzelheiten des Ausführungsbeispieles nach Fig. 4 weichen von jenen des Beispieles nach Fig. 1 hinsichtlich der geometrischen Anordnung des einen zusammengesetzten dielektrischen Wellenleiter 40 bildenden gyromagnetischen Materials und nichtgyromagnetischen dielektrischen Materials ab. Insbesondere hat das gyromagnetische Material die Form von zwei längsweise verlaufenden rechteckigen Leisten 41 und 42, die voneinander durch nichtgyromagnetische dielektrische Elemente 43 und 44 getrennt sind.
An den beiden Enden ausserhalb der Längserstreckung der Leisten 41 und 42 sind die Elemente 43 und 44 auf die volle Höhe des zusammengesetzten Wellenleiters 40 verdickt, so dass sich ein homogener dielektrischer Wellenleiter ergibt, dieser ist aber an beiden Enden verjüngt, um die Reflexion der einfallenden Wellen herabzusetzen. Die verjüngten Enden 45 und 46 ragen in rechteckige Hohlleiter 48 bzw. 49 und sind mit diesen gekoppelt. Zur Abstützung des Wellenleiters 40 zwischen den beiden leitend begrenzten Hohlleitern 48 und 49 dienen zwei Stützen 50 und 51 aus dämpfungsarmem Material nied- riger Dielektrizitätskonstante.
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Die dargestellten gyromagnetischen Leisten oder Streifen sind parallel zu ihrer Längserstreckung im Sinne des Pfeiles Ho permanent magnetisiert. Es können jedoch auch andere geeignete Mittel zur Erzeugung des erforderlichen stationären Magnetfeldes in den Leisten 41 und 42 verwendet werden.
Durch den dielektrischen Wellenleiter 40 verläuft ein Film 52 aus verlustbehaftetem Material, der , diesen Wellenleiter in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt.
Im Betrieb wird die Richtung der linear polarisierten Wellen, welche den dielektrischen Wellenleiter 40 von einem der rechteckigen Hohlleiter zugeführt werden, unter dem Einfluss des longitudinal polarisierten gyromagnetischen Materials in die Ebene des verlustbehafteten Filmes gedreht. Anfänglich verlaufen alle Komponenten der eintreffenden Welle senkrecht zur Ebene des verlustbehafteten, dämp- ) fenden Filmes. Beim Fortschreiten der Wellen längs des Stabes wird jedoch die Polarisationsrichtung ge- ändert, was zu einer parallel zur Ebene des dämpfenden Filmes liegenden Wellenkomponente fuhrt. Dieser Effekt der Polarisationsdrehung findet kontinuierlich längs des gyromagnetischen Materials statt und verursacht eine kontinuierlich zunehmende Kopplung der hochfrequenten Energie mit dem dämpfenden Film 52.
Die so eingekoppelte Eneigie wird in dem verlustbehafteten Material des Filmes 52 vernichtet.
Ein derart aufgebauter Dämpfer unterscheidet sich grundsätzlich von einem Dämpfer nach Art eines Faraday'schen Polarisationsdrehers, bei dem das verlustbehaftete Material in bestimmten Intervallen an einem der beiden Enden des Dämpfers konzentriert ist. Bei solchen Einrichtungen ist die Dampfmgskennlinie in ihrem Verlauf ähnlich einer cos2-Kennlinie, was zur Erzielung maximaler Dämpfung erfordert, dass die Ebene der Polarisation genau mit der Ebene des verlustbehafteten Materials zusammenfällt.
Störeinflüsse, die zu einer Vergrösserung oder Verminderung der Polarisationsdrehung führen, haben dabei eine erheblich stärkere Übertragung über den Dämpfer zur Folge. Insbesondere ist es auch möglich, dass die übertragene Energie vom verlustbehafteten Material gar nicht beeinflusst wird, wenn nämlich die
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h.lung des verlustbehafteten Materials über die Gesamtlänge des gyromagnetischen Elementes wird hinge- gen eine kontinuierliche Kopplung erzielt, und die Leistungsänderung in Abhängigkeit von Änderungen der Polarisationsdrehung kann durch
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ausgedrückt werden, worin d die Länge des Polarisationsdrehers, p die Winkeldrehung je Längeneinheit und e die Basis der natürlichen Logarithmen bedeuten.
Man erkennt, dass bei Zunahme von d der Exponentialausdruck sich dem Wert e-d/2 nähert. Es geht daher die Energieübertragung über den erfindungsgemäss aufgebauten Dämpfer vom Wert 1 bei pd = 0 auf den Wert 0 bei pd = 900 über und verbleibt unter einem wählbaren Pegel, der von d abhängt, wenn die Polarisationsdrehung weiterhin zunimmt. Der erfindungsgemässe Dämpfer kann daher so bemessen werden, dass er über einen wesentlich grösseren Bereich von möglichen Schwankungen der Polarisationsdrehung eine vorgegebene Minimaldämpfung beibehält. Dieser Vorteil ist besonders bedeutsam, wenn der Dämpfer in einer breitbandigen geschlossenen Rückkopplungsschleife verwendet wird, weil er es in den meisten Anwendungsfällen verhindert, dass das System innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches zur Selbsterregung kommt.
Es ist ferner möglich, den Betrag der Dämpfung zu ändern und damit das Signal zu modulieren, indem dem stationären Vorspannungsfeld Ho ein veränderliches Feld überlagert wird. Infolge des besonderen Aufbaues des in Fig. 4 dargestellten Dämpfers kann die (nicht dargestellte) Modulationseinrichtung direkt über dem nicht abgeschirmten Wellenleiter 40 angeordnet werden, was rasche Änderungen der Dämpfung ohne schädliche Beeinflussung durch Wirbelströme ermöglicht.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorstehend beschriebenen Einrichtungen die Amplitude des stationären Vorspannungsfeldes, welches erforderlich ist, um die verschiedenen Einrichtungen nach der Erfindung zu betreiben. Das Phänomen der Faraday'schen Polarisationsdrehung, auf dem alle diese Einrichtungen beruhen, tritt an sich bei jeder von Null abweichenden magnetischen Feldstärke auf. Die Feldstärke, die für eine bestimmte Polarisationsdrehung erforderlich ist, hängt von der Länge, vom Durchmesser und von den Proportionen des Ferritkörpers und des dielektrischen Materials ab, das im Polarisationsdreher verwendet wird ; typische Einrichtungen dieser Art arbeiten mit magnetischen Feldstärken von 100 Gauss oder weniger.
Das ist von besonderer Bedeutung bei der Bemessung von Dämpfern oder Modulatoren für die in modernen Mikrowellensystemen immer mehr verwendeten Höchstfrequenzen. Je höher die Frequenzen sind, desto schwieriger wird es, Phänomene, wie die gyromagnetische Resonanz, auszunützen, bei welchen die magnetische Feldstärke proportional der Arbeitsfrequenz ist.
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Beispielsweise kann nach den Prinzipien der Erfindung ein Isolator so ausgebildet werden, dass er in einem 20 glu breiten Band bezogen auf die Trägerfrequenz bei einer Trägerfrequenz von 50 kMHz mit unabgestimmtem magnetischen Feld in der Grösse von nur 50 Gauss arbeitet. Typische magnetische Feldstärken für bekannte Feldverschiebungs- und Resonanzisolatoren für diese Frequenzen liegen bei 14000 bzw.
18000 Gauss. Keiner dieser Isolatoren konnte bisher angenähert mit einer 20 % igen Bandbreite ohne Aufopferung der Abstimmung des magnetischen Feldes gebaut werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Polarisationsdreher für elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem dielektrischen Glied, das aus einer Aussenschicht aus gyromagnetischem Material und einem inneren Kern aus nichtgyromagnetischem Material zusammengesetzt ist, wobei das gyromagnetische und das nichtgyromagnetische Material über ihre gemeinsame Längserstreckung miteinander in Berührung stehen, und aus einer Einrichtung zur magnetischen Vorspannung des zusammengesetzten Gliedes in dessen Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des gyromagnetischen Materials (12,41, 42) im wesentlichen gleich der Dielektrizitätskonstante des nichtgyromagnetischen Materials (13,43, 44) ist,
und dass eine Einrichtung zur Zuführung linear polarisierter Wellen zu dem polarisationsdrehenden zusammengesetzten Glied (11,40) vorgesehen ist.