DE1009689B

DE1009689B - Hochfrequenz-Richtungskoppler

Info

Publication number: DE1009689B
Application number: DEI10829A
Authority: DE
Inventors: Herbert F Engelmann
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1954-10-29
Filing date: 1955-10-27
Publication date: 1957-06-06
Also published as: BE542392A; US2755447A; FR68330E; CH348733A; GB785096A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Richtungskoppler, und zwar insbesondere einen Wellenleiterkoppler, welcher ein Gyratorelement enthält, durch welches HF-Energie frei in einer Richtung übertragen wird, während die Übertragung in der entgegengesetzten Richtung verhindert ist.

Gyrator-Richtungskoppler wurden bereits vorgeschlagen; aber bei diesen waren die Kopplungsanordnungen und Wellenleiter sehr kompakt und von großen Dimensionen und auch die zugehörige Anordnung zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes sind bei diesen bekannten Anordnungen massig, kompakt, kompliziert und von äußerst großen Dimensionen. Die Erfindung schafft demgegenüber einen HF-Gyrator-Richtungskoppler, der diese Nachteile nicht aufweist, der relativ einfach und leicht zu bauen ist und verhältnismäßig geringe Ausdehnung hat.

Bei einem Hochfrequenz-Richtungskoppler, bestehend aus einem Eingangswellenumformer, welcher einen spiralförmig gewundenen Leiter zum Umformen linear polarisierter Wellen in zirkular-polarisierte Wellen aufweist und einen Ausgangswellenümformer mit einem spiralförmig gewundenen, dem Windungssinn des Eingangsumformers entsprechenden Leiter zum Umformen der zirkular-polarisierten Wellen in linear polarisierte Wellen besitzt, sind erfindungsgemäß die beiden spiralförmig gewundenen Leiter koaxial zu einem zwischen ihnen liegenden Körper der Ferrit enthält, angeordnet, und auf diesem Körper wirkt ein in Richtung der Wellenausbreitung gerichtetes, einem Gyroresonanzzustand in dem Körper erzeugendes magnetisches Feld ein.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Koppler mit seinen meisten Teilen nach Art der gedruckten Schaltungstechnik hergestellt werden kann. Zu den nach Art der gedruckten Schaltung hergestellten Teilen gehören sowohl die Anschlüsse am Eingang und am Ausgang des Wellenleiters als auch die Übertrager bzw. Wandlerteile, die mit dem Gyratorelement zur Erzielung des Richteffektes zusammenwirken. Der Wellenleiter kann derart, z. B. nach Art der gedruckten Bandleitungen, hergestellt sein, daß der eine Leiter breiter als der andere gehalten ist und eine leitende Oberfläche darstellt, so daß eine Wellenausbreitung etwa nach dem TEM-Modus erfolgen kann. Das elektrische Feld für diese Ausbreitungsanordnung ähnelt in der Feldverteilung dem zwischen einem Leiter und der neutralen Ebene einer parallelen Zweileiterleitungsanordnung vorhandenen Feld. Der schmalere der beiden Streifen ist über den anderen hinaus verlängert und in Form einer flachen Spirale gedruckt, die eine Umwandlung der Wellenenergie von linearer Polarisation in Zirkularpolarisation bewirkt. Der Wellenleiter kann aber auch eine Hochfrequenz-Richtungskoppler

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. Oktober 1954

Herbert F. Engelmann, Mountain Lakes, N.J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

gedruckte aufgelegte Leitung oder eine mit Dielektrikum ausgefüllte Koaxialleitung sein, deren innerer Leiter mit der Spirale gekoppelt ist. Ein Körper aus solchem Material das Ferrit enthält ist zwischen die beiden flachen Spiralen der Eingangs- und Ausgangsteile gelegt. Weiterhin sind Anordnungen vorgesehen, um den Ferritkörper in axialer Richtung zu den beiden Spiralen mit einem magnetischen Feld zu beaufschlagen. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes geeigneter Stärke wird ein Gyroresonanzzustand in dem Ferritkörper erzeugt, der dem Faradayschen Rotationseffekt entspricht. Es erfolgt somit eine Selektion der Polarisation der Eingangswelle, entsprechend der Richtung des magnetischen Feldes und dem Rotationssinn der Gyroresonanz derart, daß die Wellenenergie praktisch verlustlos in einer Richtung durch den Körper hindurchtreten kann. Jede Reflektion von Wellen oder Übertragungen in entgegengesetzter Richtung wird jedoch durch den Ferritkörper verhindert, da seine Rotation entgegengesetzt derjenigen der Eingangsenergie ist und somit durch den Körper absorbiert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, welche Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kopplungsanordnung;

Fig. 2 ist eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Draufsicht des oberen spiralförmigen Teiles längs der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Ferritkörper;

709 547/309

Fig. 5 ist eine Draufsicht des unteren spiralförmigen Teiles längs der Linie 5-5 der Fig. 2;

Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispieles;

Fig. 7 ist eine Draufsicht der Ausführung nach Fig. 6, und

Fig. 8 ist eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 6

Die Eingangswellenfeitung der Fig. 1 und 2 weist einen ersten oder ebenen Leiter 1, einen zweiten oder streifenförmigen Leiter 2 und eine Schicht dielektrischem Materials 3' auf, welche die Leiter 1 und 2 in parallelem Abstand zueinander hält. Das dielektrische Material kann Polysteyrol, Polyäthylen, Polytetra-Fluor-Äthylen (bekannt unter dem Handelsnamen Teflon), Fiberglas oder Schichtungen von Fiberglas und Teflon oder auch anderes Material hoher dielektrischer Güte enthalten. Wenn die Form oder der Aufbau der Wellenleitung es erlauben, kann das Dielektrikum auch aus Luft bestehen. Der Ausgangswellenleiter ist ähnlich aufgebaut und weist einen ersten oder ebenen Leiter 1 a, einen zweiten oder Streifenleiter 2 α und eine Schicht dielektrischem Materials 3 a auf. Die ebenen Leiter 1 und 1 α enden in einem kurzen zylindrischem Gehäuse 4, dessen eines Ende durch eine Erweiterung bzw. Verlängerung 7 der Schicht 3 dielektrischen Materials abgeschlossen ist, während das andere Ende durch eine Erweiterung bzw. Verlängerung 8 der Schicht 3 a abgeschlossen ist. Der Streifenleiter 2 erstreckt sich über die Erweiterung 7 und ist mit Hilfe eines Nietes 9 oder einer anderen geeigneten Verbindung an einen spiralförmig gewundenen, an der entgegengesetzten Seite- der dielektrischen Schicht angebrachten Leiter 5 angeschlossen. Der Leiter 2 α ist in ähnlicher Weise an den spiralförmigen Leiter 6 mit Hilfe einer sich durch die dielektrische Erweiterung 8 erstreckenden Verbindung 9 α angeschlossen. Die beiden Spiralen 5 und 6 haben denselben Windungssinn und sind in axialer Verlängerung zu einem zwischen ihnen angeordneten Gyratorelement angebracht. Das Element 10 kann aus mehrwertigem Eisen und Ferriten bestehen; das letztere kann z. B. nach der Strukturformel RO Fe₂ O₃ aufgebaut sein, worin R ein zweiwertiges Metallion darstellt. Die Ferrite enthalten zweiwertige Ionen von Magnesium, Zink, Kupfer, Nickel, Eisen, Kobald, Mangan oder Mischungen davon.

Zwischen den Nord- und Südpolen 11 und 12 und in axialer Verlängerung zu den Spiralen 5 und 6 befindet sich eine elektromagnetische Anordnung 13, die eine Spule 14 und eine Anordnung 15 zur Einstellung der magnetischen Feldstärke aufweist. Im Betrieb wird das den Körper 10 beaufschlagte magnetische Feld so gewählt, daß es einen Gyroresonanzeffekt in diesem Körper erzeugt. Die Spirale 5 ist so angeordnet, daß sie die bezweckte Resonanzbedingung für die mittlere Betriebsfrequenz bei dem gegebenen Magnetfeld einleitet, und die Krümmung der Spirale ist derart gewählt, daß die an zwei um 90° (d.h. im Abstand /1/4) auseinander liegenden Punkten vorhandenen elektrischen Felder senkrecht zueinander verlaufen. Die Spirale 5 gibt die Wellenenergie zirkulär polarisiert in einem für die Gyroresonanz in dem dielektrischen Körper 10 geeigneten Richtungssinn ab. DieEingangswellenenergie wird demgemäß praktisch verlustlos von dem Körper 10 weitergeleitet und von der Spirale 6 aufgenommen, deren Windungssinn dem der Spirale 5 entspricht und die zirkulär polarisierte Welle in lineare Polarisation zur weiteren Ausbreitung längs der Ausgangswellenleitungsanordnung übergeführt.

Jede sich in entgegengesetzter Richtung über die Ausgangsverbindung B ausbreitende Wellenenergie wird von der Spirale 6 in eine zirkulär polarisierte Welle umgesetzt, deren Rotationssinn der von der Spirale 5 ausgehenden Eingangsenergie entgegengesetzt gerichtet ist. Infolge dieser entgegengesetzt gerichteten Beziehungen wird die von der Spirale 6 in entgegengesetzter Richtung übertragene Energie vollständig im Körper 10 verbraucht, so daß hierdurch eine Ausbreitung in einer ganz bestimmten Richtung durch den Richtungskoppler gewährleistet ist.

Die röhrenförmige Wand 4 kann z. B. durch Löten mit den Leitern 1 und la verbunden werden und kann einen die Streifen bzw. Bänder 7 und 8 überlappenden Flansch 4 a aufweisen. Dieses Gehäuse dient zur Aufnahme der Kopplungsanordnung und auch weiterhin zur Herstellung einer Abschirmung gegen Strahlungsverluste.

In den Fig. 6, 7 und 8 sind Ausführungen dargestellt, bei denen eine erfindungsgemäße Anordnung vollständig abgeschirmt ist. Die Anordnung weist einen Eingangswellenleiter 16 und einen Ausgangswellenleiter 17 auf, die mit Hilfe eines zylinderförmigen Gehäuses 18 verbunden sind. Jeder dieser Wellenleiter hat die Form einer Koaxialleitung, vorzugsweise von rechteckigem Querschnitt, und weist einen äußeren Leiter 19 und einen inneren Leiter 20 auf. Der innere Leiter 20 besteht aus einem flachen Streifen und wird von dem festen Dielektrikum 21 getragen, welches den äußeren Leiter 19 ausfüllt. Die Koaxialleitung kann natürlich auch als Dielektrikum Luft verwenden. In diesem Fall ist der Mittelleiter 20 mit Stützen in seiner Längsrichtung versehen. Als weitere Ausführung kann die Wellenleitung auch als sogenannte »Sandwich-Leitung« ausgebildet sein, d.h. sie kann zwei ebene breite Leiter und einen gemeinsamen Mittelleiter besitzen und weist obere und untere parallele -Wände auf, zwischen denen der Wellenleiter liegt.

4.0 In beiden Fällen endet der Mittelleiter zentral zum Gehäuse 18 und ist mit einem spiralförmigen Teil 22 bzw. 23 versehen, der eine zirkuläre Polarisation der Wellenenergie bewirkt. Die beiden spiralförmigen Teile 22 und 23 liegen axial und parallel zueinander und weisen beide den gleichen Umlaufsinn auf. Wenn also ein Magnetfeld zwischen dem Nord- und Südpol 24 und 25 erzeugt wird, so erfolgt eine Wellenausbreitung durch den Ferritkörper 26 in einer bestimmten Richtung, während eine Ausbreitung in einer entgegengesetzten Richtung verhindert ist. Der äußere Leiter 19 jedes Wellenleiters ist mit dem Gehäuse 18 verbunden, so daß das Gehäuse die spiralförmigen Teile 22 und 23 und den Ferritkörper 26 vollständig abschirmt. Sind die Wellenleiter nach Art der Bandleitungen aufgebaut, so können die inneren und äußeren Leiter einschließlich der Spiralen nach Art der gedruckten Schaltungstechnik hergestellt werden. Unabhängig von der Art des verwendeten Wellenleiteranschlusses für den HF-Koppler, können auch Übertrager zur Ankopplung an Wellenleiter anderer Art verwendet werden. So kann z. B. der Rechteckleiter 16 mit Hilfe eines abgestuft gestalteten Abschnitts unmittelbar an eine Koaxialleitung kreisförmigen Querschnitts oder mit Hilfe eines an den Mittelleiter angeschlossenen sattelförmig ausgebildeten Umformers an einen Rechteckhohlleiter angeschlossen werden. Ebenso kann die Koaxialleitung (z. B. von rechteckigem Querschnitt) unmittelbar an eine nach Art der gedruckten Schaltung hergestellte Bandleitung angeschlossen werden, indem der Mittelleiter

an den Leitungsleiter und der äußere Leiter an den ebenen oder Erdleiter der Bandleitung angeschlossen wird.

Claims

Patentansprüche-

1. Hochfrequenz-Richtungskoppler, bestehend aus einem Eingangswellenumformer, welcher einen spiralförmig gewundenen Leiter zum Umformen linear polarisierter Wellen in zirkulär polarisierte Wellen aufweist und einen Ausgangswellenumformer mit einem spiralförmig gewundenen, dem Windungssinn des Eingangsumformers entsprechenden Leiter zum Umformen der zirkularpolarisierten Wellen in linear polarisierte Wellen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden spiralförmig gewundenen Leiter koaxial zu einem zwischen ihnen liegenden Körper, der Ferrit enthält, angeordnet sind und auf diesem Körper ein

in Richtung der Wellenausbreitung gerichtetes, einen Gyroresonanzzustand in dem Körper erzeugendes magnetisches Feld einwirkt.

2. Kopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Spiralen bildenden Leiter Flachleiter sind.

3. Kopplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Hohlleiter konzentrisch und im Abstand, vorzugsweise dielektrisch getrennt, um die spiralförmig gewundenen Leiter angeordnet ist.

4. Kopplungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangswellenleiter sowie ein Ausgangswellenleiter vorgesehen sind, die je nach Art einer unsymmetrischen Bandleitung ausgebildet sind, und daß die Enden der schmalen Leiter dieser Bandleitung die spiralförmig gewundenen Leiter bilden.

5. Kopplungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den unsymmetrischen Bandleitungen angeordneten Schichten dielektrischen Materials sich über das Ende des breiten Bandleiters erstrecken und die von diesen Erweiterungen getragenen Teile der schmaleren Bandleiter in je einer ebenen Spirale enden.

6. Kopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die breiten Bandleiter mit dem zylindrischen Hohlleiter verbunden sind und daß die Lage und Form der spiralförmig gewundenen Leiterteile der schmalen Bandleiter so gewählt sind, daß sie in Resonanz bei der Betriebsfrequenz sind und eine zirkuläre Polarisation im gleichen Umdrehungssinn für die HF-Wellen hervorrufen.

7. Kopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die spiralförmig gewundenen Leiter umgebende Hohlleiter ein Gehäuse mit einer öffnung für den Eingangswellenumformer und eine weitere öffnung für den Ausgangswellenumformer bildet.

8. Kopplungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Eingangs- oder Ausgangswellenleiter wenigstens zwei ebene breite Leiter und einen Mittelleiter aufweisen, der sich in das von dem die spiralförmig gewundenen Leiter umgebenden zylindrischen Hohlleiter gebildete Gehäuse erstreckt, wobei die Enden dieser inneren Leiter die spiralförmig gewundenen Leiterteile bilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 M77309 5.57