DE1013731B

DE1013731B - Gyrator, especially for decimeter waves

Info

Publication number: DE1013731B
Application number: DES36095A
Authority: DE
Inventors: Claus Colani
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-10-30
Filing date: 1953-10-30
Publication date: 1957-08-14
Also published as: CH338502A; FR1111860A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Übertragungsvierpol, insbesondere für Dezimeterwellen, der unter Ausnutzung der Faradayschen Polarisationsdrehung nicht dem Reziprozitätstheorem folgt, einen sogenannten Gyrator.The invention relates to a four-pole transmission, in particular for decimeter waves, which utilizes the Faraday polarization rotation does not follow the reciprocity theorem, a so-called Gyrator.

In der elektrischen Übertragungs- und Meßtechnik sind mit Gyrator bezeichnete Anordnungen bekannt, welche unter Ausnutzung der Faradayschen Polarisationsdrehung in f erromagnetischen Medien Übertragungsvierpole darstellen, die nicht dem Reziprozitätstheorem folgen. Einen derartigen Übertragungsvierpol enthält beispielsweise die »Ein-Richtungsübertragungsleitung«, welche einer Energieübertragung in einer Richtung sehr geringe, in entgegengesetzter Richtung dagegen eine sehr hohe Verlustdämpfung entgegensetzt.In electrical transmission and measurement technology, arrangements denoted by gyrators are known, which utilizing the Faraday polarization rotation in ferromagnetic media quadrupole transmission that do not follow the reciprocity theorem. Such a four-pole transmission contains, for example, the "unidirectional transmission line", which enables energy to be transmitted in Loss attenuation is very low in one direction and very high in the opposite direction opposed.

Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung, bestehend aus dem Polarisator A, dem Analysator H und dem dazwischenliegenden Gyrator G. Wird in den als Rechteckhohlleiter ausgebildeten Polarisator A in Richtung H eine .ffio-Welle mit senkrechter Polarisation eingespeist, so· tritt diese bei B in einen Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts ein und setzt sich in diesem als H₁₁-WeIIe ebenfalls senkrechter Polarisation fort. Die Welle durchläuft dann ungedämpft einen senkrecht zur Polarisationsebene angeordneten Dämpfungsschirm D₁ um hier in ein ferromagnetisches und, z. B. durch eine in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte äußere Spule, in Längsrichtung magnetisiertes Medium M einzutreten. Alle Übergänge sind durch nicht eingezeichnete Elemente stoßfrei gemacht. In diesem Medium erfolgt unter dem Einfluß des magnetischen Längsfeldes und abhängig von der Richtung dieses magnetischen Längsfeldes eine Polarisationsdrehung, z. B. um 45° im Uhrzeigersinn. Nach dieser Polarisationsdrehung durchläuft die Welle weiter den kreisförmigen Hohlleiter und tritt stoßfrei bei F in den um 45° gegenüber dem Polarisator A gedrehten, ebenfalls als Rechteckhohlleiter ausgebildeten Analysator H ein. Auf diesem Wege erleidet die Welle nur geringe Dämpfung, z. B. durch Verluste im ferromagnetischem Medium. Anders verhält es sich bei einer in entgegengesetzter Richtung laufenden Welle. Diese wird, gleiches magnetisches Längsfeld wie bei der hinlaufenden Welle vorausgesetzt, im ferromagnetischen Medium M, entsprechend dem Faradayschen Effekt, entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und erreicht die im Gyrator G angeordnete Dämpfungsplatte D mit einer relativ zur hinlaufenden Welle senkrechten Polarisationsrichtung, also mit einer Polarisationsrichtung parallel zur Dämpfungsplatte D. Dadurch wird die Dämpfung voll wirksam, und die Dämpfungsplatte D absorbiert die Welle. Der Teil der Welle, der den Übergang auf den Rechteckhohlleiter A Gyrator,
insbesondere für DezimeterwellenFig. 1 shows such an arrangement, consisting of the polarizer A, the analyzer H and the intermediate gyrator If G. fed a .ffio wave having a vertical polarization in the formed as a rectangular waveguide polarizer A in the direction H, so · this occurs at B into a waveguide of circular cross-section and continues in this as an H ₁₁ wave, likewise perpendicular polarization. The wave then passes undamped through a damping screen D ₁ arranged perpendicular to the plane of polarization to convert it into a ferromagnetic and, e.g. B. through an outer coil, not shown in FIG. 1 for the sake of clarity, in the longitudinal direction magnetized medium M to enter. All transitions are made seamless by elements that are not shown. In this medium, under the influence of the longitudinal magnetic field and depending on the direction of this longitudinal magnetic field, a polarization rotation occurs, e.g. B. 45 ° clockwise. According to this polarization rotation, the shaft further passing through the circular waveguide, and enters smoothly at F in the rotated through 45 ° relative to the polarizer A, also as a rectangular waveguide formed analyzer H a. In this way, the wave suffers little attenuation, e.g. B. by losses in the ferromagnetic medium. The situation is different with a wave running in the opposite direction. Assuming the same longitudinal magnetic field as the incoming wave , this is rotated counterclockwise in the ferromagnetic medium M, according to the Faraday effect, and reaches the damping plate D arranged in the gyrator G with a polarization direction perpendicular to the incoming wave, i.e. with a polarization direction parallel to the damping plate D. As a result, the damping is fully effective and the damping plate D absorbs the wave. The part of the wave that makes the transition to the rectangular waveguide A gyrator,
especially for decimeter waves

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Claus Colani, München,
ist als Erfinder genannt wordenClaus Colani, Munich,
has been named as the inventor

bei B noch erreicht, kann in diesen infolge der geänderten Polarisationsrichtung nicht eintreten, sondern wird wieder auf die Dämpfungsplatte D reflektiert.Still reached at B , it cannot enter this due to the changed direction of polarization, but is reflected back onto the damping plate D.

Damit ist der Durchgang in Richtung H~A gesperrt. Die beschriebene Anordnung erfordert Hohlleiter, deren Dimensionen sich nach den verwendeten Frequenzen richten. Für Zentimeterwellen läßt sich die Anordnung gut verwirklichen. Vom unteren Gebiet der Dezimeterwellen, etwa von λ = 10 cm an, werden jedoch für den Gyrator Hohlleiter mit unhandlichen Dimensionen erforderlich.This means that the passage in the direction of H ~ A is blocked. The arrangement described requires waveguides, the dimensions of which depend on the frequencies used. The arrangement can be easily implemented for centimeter waves. From the lower area of the decimeter waves, for example from λ = 10 cm, waveguides with unwieldy dimensions are required for the gyrator.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß in demjenigen Teil des Gyrators, der das den Faraday-Effekt aufweisende Medium, z. B. einen Ferritkörper, enthält, metallische oder dielektrische Stege derart angeordnet sind, daß sich in der Umgebung des polarisationsdrehenden Mediums eine Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung ausbreiten kann, ohne daß eine bestimmte Polarisationsrichtung der Welle bevorzugt wird. Der Ferritkörper wird dabei, vorzugsweise axial, im Innern des kapazitiv belasteten Hohlleiters angeordnet. Zweckmäßig verwendet man einen mit metallischen oder dielektrischen Stegen, insbesondere mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Stegpaaren, kapazitiv belasteten, mit einer Magnetspule umgebenen Hohlleiter mit im Innern axial angeordnetem Ferritkörper.This disadvantage is avoided according to the invention in that in that part of the gyrator, the the medium exhibiting the Faraday effect, e.g. B. a ferrite body, contains metallic or dielectric Web are arranged such that in the vicinity of the polarization-rotating medium a Wave with any polarization direction can propagate without a specific polarization direction the wave is preferred. The ferrite body is loaded capacitively inside the, preferably axially Waveguide arranged. It is advisable to use one with metallic or dielectric Web, in particular with two web pairs offset by 90 ° from one another, capacitively loaded, with one A waveguide surrounded by a magnetic coil with an axially arranged ferrite body inside.

Es ist bekannt, bei Rechteckhohlleitern eine kapazitive Belastung durch Einbringung von z. B. zwei einander gegenüberliegenden metallischen Stegen in den Breitseiten des Rechteckhohlleiters zu erzielen. Die Übertragung dieses Gedankens auf einen Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt würde bedeuten,It is known that in rectangular waveguides a capacitive load by introducing z. B. two to achieve opposing metallic webs in the broad sides of the rectangular waveguide. The transfer of this idea to a waveguide with a circular cross-section would mean

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daß man zwei ebenfalls, gegenüberliegende Stege in diesen Hohlleiter einbringen müßte. Damit würde jedoch eine Polarisationsrichtung bevorzugt werden. Der ursprünglich unbelastete kreisförmige Hohlleiter ist jedoch beliebig polarisierbar. Um dieses auch bei 5 kapazitiver Belastung des kreisförmigen Hohlleiters zu erzielen, muß man noch ein zweites Stegpaar um 90° gegenüber dem ersten Stegpaar versetzt anordnen. Betrachtet man den Wellenwiderstand dieses kapazitiv belasteten Hohlleiters* für eine Polarisationsrichtung parallel zu dem einen Stegpaar, so ist offensichtlich, daß das zweite Stegpaar keinen Einfluß auf den Wellenwiderstand ausübt, da es in der elektrisch neutralen Ebene liegt... Dk._gleiche Überlegung gilt für eine um 90° gedrehte Polarisationsrichtung, nur ist dabei die Wirkung der Stegpaare vertauscht. Für eine Welle mit einer beliebigen Polarisationsrichtung muß der gleiche Wellenwiderstand gelten, da sich diese Welle immer aus den Teilkomponenten in Richtung der Stegpaare zusammensetzen läßt. Daraus erhellt, daß das Verhalten des mit zwei zueinander senkrecht orientierten Stegpaaren belasteten kreisförmigen Hohlleiters dem des unbelasteten hinsichtlich einer Ji₁₁-WeIIe gleich ist. Die kapazitive Belastung eines Hohlleiters bewirkt jedoch grundsätzlich eine Verlängerung der Grenzwellenlänge, d. h., man kann bei Beibehaltung der gleichen Grenzwellenlänge die Abmessungen des Hohlleiters verkleinern. Dadurch läßt sich aber ein Gyrator mit handlichen Dimensionen auch für das Dezimeterwellengebiet verwirklichen.that one would also have to introduce two opposing webs into this waveguide. However, one polarization direction would thus be preferred. The originally unloaded circular waveguide can, however, be polarized as required. In order to achieve this even with capacitive loading of the circular waveguide, a second pair of webs must be arranged offset by 90 ° with respect to the first pair of webs. If you consider the wave resistance of this capacitively loaded waveguide * for a polarization direction parallel to the one pair of bars, it is obvious that the second pair of bars has no influence on the wave resistance, as it lies in the electrically neutral plane ... a polarization direction rotated by 90 °, only the effect of the bridge pairs is reversed. The same wave resistance must apply to a wave with any polarization direction, since this wave can always be composed of the sub-components in the direction of the bridge pairs. From this it is evident that the behavior of the circular waveguide loaded with two mutually perpendicular pairs of webs is the same as _{that of the unloaded with respect to a Ji 11 wave.} However, the capacitive loading of a waveguide basically causes the cut-off wavelength to be lengthened, ie the dimensions of the waveguide can be reduced while maintaining the same cut-off wavelength. As a result, however, a gyrator with manageable dimensions can also be implemented for the decimeter wave area.

Das Gyratorprinzip erfordert in der unmittelbaren Umgebung des polarisationsdrehenden Mediums eine Ausbreitungsmöglichkeit für eine Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung, dabei darf keine der Polarisations richtungen von der Welle bevorzugt werden, d. h., der Wellenwiderstand muß für jede Polarisationsrichtung gleich sein. Eine Anordnung, die diese Bedingungen erfüllt und für das Dezimetergebiet keine unhandlich großen Dimensionen annimmt, erhält man gemäß weiterer Erfindung, wenn man die inneren Kanten der zur Erzielung einer verteilten kapazitiven Belastung im Hohlleiter angeordneten Belastungsstege durch Längsdrähte ersetzt und die äußere Umhüllung, also das eigentliche Hohlrohr, fortläßt. Damit kommt man zur Verwendung der sogenannten Mehrdrahtleitung, insbesondere der Vierdrahtleitung, für den Aufbau von Gyratoren. Das den Faraday-Effekt aufweisende Medium, insbesondere der Ferritkörper, kann im Innern der Mehrdrahtleitung, insbesondere axial, angeordnet werden und/oder diese ganz oder teilweise umgeben. Das erforderliche magnetische Längsfeld kann in an sich bekannter Weise, z. B. mit Hilfe einer die Mehrdrahtleitung umgebenden Magnetspule, erzeugt werden. Die Ankopplung an die Mehrdrahtleitung kann in der Weise erfolgen, daß man die Enden je eines Leiterpaares mit je einer Zweidraht-Lecherleitung verbindet, die gegeneinander abgewinkelt sind.The gyrator principle requires in the immediate Surrounding the polarization-rotating medium a possibility of propagation for a wave with any Direction of polarization, none of the polarization directions of the wave may be preferred, d. That is, the wave resistance must be the same for each direction of polarization. An arrangement that this Conditions met and none for the decimeter area takes on unwieldy large dimensions, one obtains according to a further invention, if one takes the inner Edges of the load bars arranged in the waveguide to achieve a distributed capacitive load replaced by longitudinal wires and the outer casing, i.e. the actual hollow tube, omits. With that comes to use the so-called multi-wire line, especially the four-wire line, for the Construction of gyrators. The medium exhibiting the Faraday effect, in particular the ferrite body, can be arranged in the interior of the multi-wire line, in particular axially, and / or all or partially surrounded. The required longitudinal magnetic field can in a known manner, for. B. with Using a magnetic coil surrounding the multi-wire line, can be generated. The coupling to the multi-wire line can be done in such a way that the ends of a pair of conductors each with a two-wire Lecher line connects that are angled against each other.

Eine Mehrdrahtleitung unterscheidet sich von Hohlleitern im wesentlichen dadurch, daß sie, abgesehen von der Möglichkeit der Ausbildung verschiedener Wellenformen, bei zu hohen Frequenzen keine Grenzwellenlänge hat. Die Mehrdrahtleitung, insbesondere die Vierdrahtleitung, läßt sich daher auch zum Aufbau von Gyratoren bei noch längeren als Dezimeterwellen verwenden. Bei Anwendung für Gyratoren im Dezimeterwellengebiet aber lassen sich damit sehr kleine Dimensionen erreichen. Außerdem ist die Vierdrahtleitung in fabrikatorischer Hinsicht wesentlich einfacher als ein kapazitiv belasteter Hohlleiter.A multi-wire line differs from waveguides essentially in that, apart from on the possibility of the formation of different waveforms, with too high frequencies no limit wavelength Has. The multi-wire line, in particular the four-wire line, can therefore also be used for construction of gyrators at waves longer than decimeter waves. When used for gyrators in Decimeter wave areas, however, can be used to achieve very small dimensions. In addition, the four-wire line is from a manufacturing point of view much simpler than a capacitively loaded waveguide.

Der Hohlraum der den Ferritkörper enthaltenden, kapazitiv belasteten Hohlleitung bzw. der Hohlraum zwischen dem Ferritkörper und der Mehrdrahtleitung kann auch ganz oder teilweise mit einem anderen Dielektrikum als Luft ausgefüllt sein.The cavity of the capacitively loaded hollow line containing the ferrite body or the cavity between the ferrite body and the multi-wire line can also be wholly or partially with another Dielectric to be filled as air.

Durch die Anordnungen gemäß der Erfindung ist es also möglich, insbesondere für das Dezimeterwellengebiet, Gyratoren mit handlichen Dimensionen zu realisieren, d. h., es werden die von der Zentimetertechnik her bekannten Anwendungsgebiete auch für längere Wellen erschlossen. Man kann beispielsweise Einrichtungsübertragungsleitungen, Umschalter bzw. Ausschalter oder variable Dämpfungsglieder mit den Anordnungen gemäß.der Erfindung auch für längere Wellen darstellen.The arrangements according to the invention therefore make it possible, in particular for the decimeter wave region, Realize gyrators with handy dimensions, d. that is, it will be those of the centimeter technique Well-known areas of application also opened up for longer waves. One can for example Unidirectional transmission lines, changeover switches or circuit breakers or variable attenuators with the Represent arrangements according to the invention for longer waves.

Die Anordnungen gemäß der Erfindung werden an Hand der in den Fig. 2 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.The arrangements according to the invention are shown schematically with reference to FIGS Embodiments explained in more detail.

Die Fig. 2 stellt einen Gyrator mit kapazitiv belastetem kreisförmigem Hohlleiter 1 dar. Der kreisförmige Hohlleiter 1 enthält zur kapazitiven Belastung zwei gegeneinander senkrecht angeordnete, metallische oder dielektrische Stegpaare 2 und 3. Der Ferritkörper 4 ist im Innern des mit einer Magnetspule 5 umgebenen Hohlleiters 1 axial angeordnet. Die Magnetspule 5 ist so beschaffen, daß sie ein magnetisches Längsfeld, also ein Feld in Richtung des Hohlleiters, erzeugen kann.Fig. 2 shows a gyrator with capacitively loaded circular waveguide 1. The circular For capacitive loading, waveguide 1 contains two mutually perpendicular, metallic or dielectric web pairs 2 and 3. The ferrite body 4 is inside the with a magnetic coil 5 surrounded waveguide 1 arranged axially. The solenoid 5 is designed so that it is a magnetic longitudinal field, i.e. a field in the direction of the waveguide, can generate.

Die Fig. 3 stellt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie die Fig. 2 dar. An Stelle des mit zwei Stegpaaren versehenen Hohlleiters 1 der Fig. 2 ist jedoch ein mit mehreren Stegpaaren 2 versehener Hohlleiter 1 verwendet. Der im Innern des Hohlleiters axial angeordnete Ferritkörper ist mit 4 und die den Hohlleiter umgebende Magnetspule mit 5 bezeichnet.FIG. 3 shows essentially the same arrangement as FIG. 2. Instead of the one with two The waveguide 1 of FIG. 2 provided with web pairs is, however, a waveguide provided with several web pairs 2 1 used. The inside of the waveguide axially arranged ferrite body is with 4 and the The magnetic coil surrounding the waveguide is denoted by 5.

In der Fig. 4 ist eine Gyratoranordnung mit einer Vierdrahtleitung schematisch dargestellt. Im Innern der mit einer Magnetspule 5 umgebenen Vierdrahtleitung 1 ist der Ferritkörper 4 axial angeordnet. Die Magnetspule 5 ist wie bei den Anordnungen nach Fig. 2 und 3 so ausgebildet, daß sie ein magnetisches Längsfeld, also ein Feld in Richtung der Vierdrahtleitung, erzeugen kann.In FIG. 4, a gyrator arrangement with a four-wire line is shown schematically. At the inside the four-wire line 1 surrounded by a magnetic coil 5, the ferrite body 4 is arranged axially. the Magnetic coil 5 is designed as in the arrangements according to FIGS. 2 and 3 so that it is a magnetic Longitudinal field, i.e. a field in the direction of the four-wire line, can generate.

Claims

Patent claims:

1. Quadruple transmission, which does not use the Faraday polarization rotation Reciprocity theorem follows, so-called gyrator, especially for decimeter waves, characterized in that that in that part of the gyrator containing the medium exhibiting the Faraday effect, z. B. a ferrite body contains, metallic or dielectric webs are arranged such that A wave with any polarization direction can propagate in the vicinity of the polarization-rotating medium without a specific one Direction of polarization of the wave is preferred.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by one with two offset from one another by 90 ° Bar pairs capacitively loaded, with a magnetic coil surrounded waveguide and through a ferrite body arranged in the waveguide, preferably axially.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the webs are a multi-wire line form.

4. Arrangement according to claim 3, characterized by a four-

Wire line with inside, in particular axially, arranged and / or the four-wire line entirely or partially surrounding ferrite body.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow

space of a capacitively loaded hollow line or the hollow space containing the ferrite body between the ferrite body and a multi-wire line in whole or in part with another Dielectric is filled as air.

1 sheet of drawings

709 557/310 8.57