Einseitig durchlässiges Übertragungssystem für elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf ein einseitig durchlässiges übertragungssystem, das heisst ein Übertragungssystem, bei dem die elektromagne tischen Wellen in der einen Richtung durchgelassen und in der entgegengesetzten Richtung nicht durch gelassen werden.
Es ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der in einem Hohlleiter an einer Stelle, an wel cher der magnetische Vektor einer durchzulassenden bzw. zu sperrenden Welle kreisförmig polarisiert ist, ein Streifen aus nichtleitendem Magnetmaterial, bei spielsweise Ferrit, angeordnet ist, welches Material in der Richtung senkrecht zur Drehebene des er wähnten magnetischen Vektors so stark vorpolari- siert ist, dass sich ferromagnetische Resonanz ergibt.
Beim Übertragungssystem gemäss der Erfindung ist eine Seite des magnetischen Streifens mit einem dielektrischen Material überzogen, dessen Dielektri- zitätskonstante wenigstens nahezu gleich der Qua dratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des magnetischen Materials ist und dessen Stärke wenig stens nahezu gleich einem Viertel der Wellenlänge der Wellen im dielektrischen Material ist.
Versuche haben gezeigt, dass infolge dieser Mass nahme das Verhältnis zwischen dem Sperrkoeffizien ten und dem Durchlasskoeffizienten wesentlich ver bessert werden kann: Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt den Querschnitt eines recht eckigen Hohlleiters 1, dessen Abmessung in der x-Richtung gleich a und in der y-Richtung gleich b ist. Im Hohlleiter können sich in der z-Richtung, das heisst senkrecht zur Zeichenebene, longitudinal magnetische Wellen vom Typ Hl. fortpflanzen. Die magnetischen V ektorkomponenten H., und HZ kön nen dabei durch
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dargestellt werden, während die Komponente Hy gleich Null ist.
Hierbei stellt p die Fortpflanzungs konstante dar, die gleich
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ist, wobei co die Kreisfrequenz der Wellen, c die Lichtgeschwindigkeit und a die Abmessung des Hohlleiters in Richtung der x-Achse darstellen, während B eine Konstante ist. In den Formeln für H, und H, gilt das obere Zeichen für Wellen, die sich in Richtung der positiven z-Achse fortpflanzen und das untere Zeichen für Wellen in der entgegen gesetzten Richtung.
Die Vektorkomponente Hl zeigt überall einen Phasenunterschied von 90 gegenüber der Komponente HZ. An der Stelle, für die gilt
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sind die Amplituden dieser Komponenten einander gleich und es ergibt sich also ein genau kreisförmig polarisiertes magnetisches Drehfeld, dessen Dreh ebene senkrecht zur y-Achse ist, während die Dreh richtung des magnetischen Vektors für Wellen, die sich in Richtung der positiven z-Achse fortpflanzen, derjenigen für Wellen in der entgegengesetzten Rich tung entgegengesetzt ist.
An der erwähnten Stelle ist im Hohlleiter 1 ein dünner Streifen 2 aus Ferrit angeordnet, der sich über eine bestimmte Strecke in Richtung der Achse des Hohlleiters erstreckt und vorzugsweise an den Enden abgeschrägt ist, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Der Streifen 2 ist durch ein Magnet feld Ho in der y-Richtung vormagnetisiert, das heisst in der Richtung senkrecht zur Drehebene des magne tischen Vektors.
Wenn im Hohlleiter keine Wellen vorhanden sind, wird- der magnetische Spin der Elektronen im Magnetmaterial somit auf die y-Achse ausgerichtet sein.
Bekanntlich ergibt sich in einem vormagnetisier ten, elektrisch nicht leitenden Magnetmaterial, das in einem linear polarisierten magnetischen Wechselfeld angeordnet wird, senkrecht zur Vormagnetisierungs- richtung, eine Präzession des magnetischen Elek- tronenspins, und zwar mit einer genau bestimm ten Drehrichtung um die Vormagnetisierungsrichtung. Befindet sich das Magnetmaterial in einem kreisför mig polarisierten magnetischen Drehfeld,
dessen Drehsinn gleich demjenigen der Präzessionsbewegung ist, so unterstützen sich die zueinander senkrechten Komponenten des Drehfeldes. Weiter ergibt sich be kanntlich bei einer gewissen Stärke des vormagneti sierenden Feldes, abhängig von der Frequenz des Drehfeldes, eine ferromagnetische Resonanz, wobei sich eine sehr starke Absorption der elektromagne tischen Welle ergibt.
Wenn der Drehsinn des magnetischen Drehfeldes demjenigen der Präzessionsbewegung entgegengesetzt ist, wirken zueinander senkrechte Komponenten des Drehfeldes sich entgegen und es ergibt sich keine ferromagnetische Absorption. Es bleibt dann insge samt noch eine geringe Absorption übrig, die bei spielsweise eine Folge dielektrischer Verluste und magnetischer Verluste infolge von Unvollkommen heit des magnetischen Materials und - der endlichen Dicke des Streifens ist.
Wellen, die sich im Hohlleiter 1 in einer Richtung fortpflanzen, für die der Drehsinn des magnetischen Vektors an der Stelle des magne tischen Streifens 2 demjenigen der Präzessionsbewe- gung entgegengesetzt ist, werden somit wenigstens nahezu unbehindert hindurchgelassen werden, wäh rend Wellen in der entgegengesetzten Richtung stark gedämpft werden. Die Abschwächung ist im ersten Fall beispielsweise gleich 1,5 dB und im zweiten Fall gleich 20 dB.
Versuche haben gezeigt, dass dieses Verhältnis erheblich verbessert werden kann, indem am Streifen 2 anliegend eine Platte 3 aus dielektrischem Material angebracht _ wird, dessen Dielektrizitätskonstante gleich der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Materials des Streifens 2 ist und dessen Stärke d angenähert gleich 1/4 der Wellenlänge der Wellen in der Platte 3 ist.
Diese Erscheinung liesse sich viel- leicht so erklären, dass ohne das Vorhandensein der Platte 3 eine gewisse Reflexion der Wellen an der Oberfläche des magnetischen Streifens 2 auftritt und so ein gewisser Anteil der Wellenenergie durch den Raum zwischen der rechten Seitenwand des Streifens 2 und der rechten Seitenwand des Wellenleiters 1 entweichen kann.
Infolge des Vorhandenseins der dielektrischen Platte 3, die als 2,/4 Transformations- glied wirkt, ergibt sich eine bessere Anpassung zwi schen dem erwähnten Raum und dem Streifen 2, wodurch die Wellenenergie besser auf den Streifen 2 konzentriert und die Reflexion an dessen Oberfläche stark verringert wird. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist, wie Versuche gezeigt haben, eine Dämpfung der sich in der Sperrichtung fortpflanzenden Wellen von mehr als 50 dB erzielbar.
Weiter stellte sich heraus, dass die Anordnung einer dielektrischen Platte an der entgegengesetzten Seite des Streifens 2, das heisst an der der Achse des Hohlleiters abgewendeten Seite, sich wenig auswirkt oder sogar eine entgegengesetzte Wirkung hat.
Die gleiche Massnahme kann auch bei andern Wellentypen in einem Hohlleiter mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt Verwendung finden. Im letzteren Falle ergibt sich beispielsweise beim Typ H" eine Phasenverschiebung von 90 zwischen der radialen und der axialen Komponenten des Magnetfeldes, und es sind die Absolutwerte dieser Komponenten in zwei bestimmten Abständen von der Achse des Wellenleiters einander gleich.
Hierbei kann in einem der erwähnten Abstände ein Ferrit- zylinder angeordnet werden und eine Vormagnetisie- rung mittels eines Gleichstromes in einem Leiter in der Achse des Hohlleiters durchgeführt werden, wel cher Leiter das Feld nicht stört, weil die axiale Komponente des elektrischen Vektors vom Wellen typ Ho gleich Null ist. Die magnetischen Kraftlinien sind hierbei somit Kreise um die Achse.
Dieses ein seitig durchlässige Übertragungssystem kann gemäss der Erfindung dadurch verbessert werden, dass ein Zylinder aus dielektrischem Material vorgesehen wird, dessen Dielektrizitätskonstante gleich der Qua dratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des Fer- rits und dessen Stärke gleich ?.@ der Wellenlänge für Wellen innerhalb des dielektrischen Materials ist.
Dieser dielektrische Zylinder wird innerhalb oder ausserhalb des Ferritzylinders angeordnet, je nach dem der Radius des letzteren den grössten oder den geringsten Wert aufweist, wobei die magnetischen Vektoren einander gleich sind. Es kann beispiels weise ein Zylinder aus Quarzglas Verwendung fin den.