DE1031381B

DE1031381B - Device for introducing a magnetic field generated by a coil into a waveguide

Info

Publication number: DE1031381B
Application number: DEE14100A
Authority: DE
Inventors: Roy Stanley Cole; William Neil Honeyman
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1956-05-12
Filing date: 1957-05-08
Publication date: 1958-06-04
Also published as: US3020501A; GB859945A; NL217093A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Ferrite können in Hohlleitern zur Amplitudenmodulation mit hohem Modulationsgrad oder zur Phasenmodulation sowie als Schalter verwendet werden, Ferritschalter haben den Vorteil, sehr viel höhere Schaltfrequenzen zu gestatten als mechanische. Hierzu ist es notwendig, in den Hohlleiter ein magnetisches Wechselfeld einzuführen. Die Einführung solcher Felder durch die Hohlleiterwandung hindurch ist jedoch mit Wirbelstromverlusten in der Hohlleiterwand verbunden.Ferrites can be used in waveguides for amplitude modulation with a high degree of modulation or for Phase modulation as well as being used as a switch, ferrite switches have the advantage of being very much to allow higher switching frequencies than mechanical. For this it is necessary to insert a magnetic into the waveguide To introduce alternating field. The introduction of such fields through the waveguide wall however, it is associated with eddy current losses in the waveguide wall.

Es ist bekannt, Wirbelstromverluste in einem Hohlleiter dadurch herabzusetzen, daß man die Hohlleiterwand derart schlitzt, daß die Wege der Wirbelströme aufgetrennt werden. Weiterhin ist bekannt, die Dicke der Hohlleiterwand herabzusetzen. Beide Verfahren werden um so weniger wirksam, je höher die Frequenz des Magnetfeldes wird. Weiterhin ist es bekannt, zwischen einem Ferritstab in einem Hohlleiter und der umgebenden Hohlleiterwand eine Spule anzuordnen. Auch hierbei entstehen Wirbelstromverluste. It is known to reduce eddy current losses in a waveguide by removing the waveguide wall slits in such a way that the paths of the eddy currents are separated. The thickness is also known reduce the waveguide wall. Both methods become less effective the higher the frequency of the magnetic field. It is also known between a ferrite rod in a waveguide and to arrange a coil on the surrounding waveguide wall. Eddy current losses also occur here.

Bei einer Einrichtung zum Einbringen eines durch eine Spule erzeugten Magnetfeldes in einen Hohlleiter besitzt erfindungsgemäß die Wand des Hohlleiters einen Abschnitt, der ganz oder teilweise aus der Spule besteht, deren Windungen, voneinander isoliert sind. So wird erreicht, daß der Strom durch diese Windungen hindurchfließen kann, um das Magnetfeld innerhalb des Hohlleiters aufzubauen, ohne daß wesentliche Wirbelstromverluste auftreten.In a device for introducing a magnetic field generated by a coil into a waveguide According to the invention, the wall of the waveguide has a section that is wholly or partially from the Coil, the turns of which are isolated from each other. So it is achieved that the current through this Windings can flow through to build up the magnetic field within the waveguide without significant eddy current losses occur.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher beschrieben. In den Fig. 1 und 2 ist die Anwendung der Erfindung auf einen Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, in dem ein Längsmagnetfeld erzeugt werden soll. Der Hohlleiterabschnitt besteht aus einer als Solenoid ausgebildeten Hauptspule 1, durch welche der Erregerstrom über die Zuführungen 2 und 3 (Fig. 2) fließen kann, um ein magnetisches Wechselfeld innerhalb des Hohlleiters zu erzeugen. Die Frequenz des Wechselfeldes kann 100 kHz betragen, und die Feldstärke liegt in der Größenordnung von 50 Gauß. An den Enden der Spule 1 sind weitere Spulen 4 und 5 vorgesehen, die von der Hauptspule durch Flansche 6 und 7 getrennt sind. Jeder Flansch hat einen radial verlaufenden Schlitz 6 a und 7a, damit die Entstehung einer Kurzschlußwindung durch den Flansch verhindert wird. Die Spulen 4 und 5 sind so aufgebaut, daß ihre Enden die zylindrischen Teile 8 und 9 eines üblichen Hohlleiters mit kreisförmigem Querschnitt umschließen. Der innere Durchmesser der Teile 8 und 9 ist gleich dem inneren Durchmesser der Spulen 1, 4 und 5, so daß die gesamte Anordnung einen Hohlleiter kreisförmigen Querschnittes ergibt. Die Spu-In the following, exemplary embodiments are described in more detail with reference to the drawing. 1 and 2, the application of the invention to a waveguide with a circular cross-section is shown, in which a longitudinal magnetic field is to be generated. The waveguide section consists of a main coil 1 designed as a solenoid, through which the excitation current can flow via the feed lines 2 and 3 (FIG. 2) in order to generate an alternating magnetic field within the waveguide. The frequency of the alternating field can be 100 kHz and the field strength is of the order of 50 Gauss. At the ends of the coil 1, further coils 4 and 5 are provided, which are separated from the main coil by flanges 6 and 7. Each flange has a radially extending slot 6 a and 7 a , so that the formation of a short-circuit winding through the flange is prevented. The coils 4 and 5 are constructed so that their ends enclose the cylindrical parts 8 and 9 of a conventional waveguide with a circular cross-section. The inner diameter of the parts 8 and 9 is equal to the inner diameter of the coils 1, 4 and 5, so that the entire arrangement results in a waveguide of circular cross-section. The spu-

Einrichtung zum Einbringen
eines durch eine Spule erzeugten
Magnetfeldes in einen HohlleiterDevice for bringing in
one generated by a coil
Magnetic field in a waveguide

Anmelder:Applicant:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Great Britain)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76Representative: Dr.-Ing. B. Johannesson, patent attorney,
Hanover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Mai 1966 und 2. Mai 1957Claimed priority:
Great Britain May 12, 1966 and May 2, 1957

Roy Stanley CoIe, London,
und William Neil Honeyman, Hanworth, MiddlesexRoy Stanley CoIe, London,
and William Neil Honeyman, Hanworth, Middlesex

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden(Great Britain),
have been named as inventors

len 4 und 5, durch welche kein Strom fließt, sollen verhindern, daß die angrenzenden Hohlleiterteile 8 und 9 für die Hauptspule 1 eine Kurzschlußwindung bilden. Ihre Enden haben einen Durchmesser gleich dem äußeren Durchmesser der Teile 8 und 9.len 4 and 5, through which no current flows, should prevent the adjacent waveguide parts 8 and 9 for the main coil 1 from making a short-circuit turn form. Their ends have a diameter equal to the outer diameter of parts 8 and 9.

Die Spule 1 wird auf einem gewachsten Wickeldorn, wie ihn Fig. 3 zeigt, gewickelt. Der Wickeldorn besteht aus zwei Teilen 10 und 11, von denen jeder mit einem Endflansch 12 und 13 größeren Durchmessers als der Dorn versehen ist. Der mittlere Teil hat einen Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser der Teile 8 und 9, während die Endflansche dem Außendurchmesser der Teile 8 und 9 entsprechen. Die Spule 1 wird auf dem mittleren Teil gewickelt, während die Spulen 4 und 5 teilweise auf dem inneren Teil und dem Flansch gewickelt werden,The coil 1 is wound on a waxed winding mandrel, as shown in FIG. 3. The winding mandrel consists of two parts 10 and 11, each of which is provided with an end flange 12 and 13 of larger diameter than the mandrel. The middle part has a diameter equal to the inner diameter of parts 8 and 9, while the end flanges correspond to the outer diameter of parts 8 and 9. The coil 1 is wound on the middle part, while the coils 4 and 5 are partly wound on the inner part and the flange,

809 529/351809 529/351

so daß die äußeren Spulenenden über den Hohlleiter herübergeschoben werden können. Das Herausziehen des Wickeldornes wird durch eine Schicht von Wachs erleichtert, die vor dem Wickeln auf den Wickeldorn aufgebracht wurde. Die Spule wird durch Imprägnieren mit einem geeigneten Isoliermaterial selbsttragend ausgeführt. Als Isoliermaterial kann Äthoxylinharz verwendet werden, z. B. das unter dem Handelsnamen Araldit bekannte Äthoxylinharz. Eine Länge von 152 mm der Spule 1 mit einem inneren Durchmesser von angenähert 25 mm wird durch eine Drahtschicht, z. B. aus 1000 Windungen, auf dem Wickeldorn gebildet. Der Abstand der Leiter der Spule soll so klein als möglich sein, um ein Austreten von Energie aus dem Hohlleiter zu vermeiden.so that the outer coil ends can be pushed over the waveguide. The pulling out The winding mandrel is made easier by a layer of wax that is applied to the winding mandrel before winding was applied. The coil becomes self-supporting by impregnation with a suitable insulating material executed. Ethoxylin resin can be used as the insulating material, e.g. B. under the trade name Araldite known ethoxylin resin. A length of 152 mm of the coil 1 with an inner diameter of approximately 25 mm is passed through a layer of wire, e.g. B. from 1000 turns, formed on the winding mandrel. The distance between the conductors of the coil should be so small as possible to avoid energy leakage from the waveguide.

In Fig. 1 bezeichnet 14 einen Stab aus ferromagnetischem Material, welcher in den Hohlleiter durch einen Isolierkörper 15, z. B. aus Polystyrol, zentriert wird. Das ferromagnetische Material wird durch das Magnetfeld erregt, welches durch einen Wechselstrom erzeugt wird, dessen Zuführung über die Enden 2 und 3 der Spule 1 erfolgt. Diese Anordnung kann als Amplitudenmodulator mit hohem Modulationsgrad oder als Phasenmodulator verwendet werden.In Fig. 1, 14 denotes a rod made of ferromagnetic material, which in the waveguide through an insulating body 15, e.g. B. made of polystyrene, is centered. The ferromagnetic material is made by the Magnetic field excited, which is generated by an alternating current, the supply of which via the ends 2 and 3 of the coil 1 takes place. This arrangement can be used as an amplitude modulator with a high degree of modulation or used as a phase modulator.

Der oben beschriebene Hohlleiterabschnitt, bestehend aus einer 152 mm langen Spule, hat die gleiche Impedanz wie ein Hohlleiter mit massiven Wänden gleicher Abmessung. Der Verlust auf der oben angegebenen Länge beträgt ungefähr 1 db bei einer Wellenlänge von angenähert 3 cm.The waveguide section described above, consisting of a 152 mm long coil, has the same impedance as a waveguide with solid walls of the same dimensions. The loss on the The length given above is approximately 1 db at a wavelength of approximately 3 cm.

In manchen Fällen kann die Spule noch durch ein Dielektrikum, z. B. Polystyrol, gehalten werden. Ein rechteckiger Hohlleiter kann in gleicher Weise aufgebaut werden, indem man einen rehteckigen Wickeldorn verwendet.In some cases the coil can also be covered by a dielectric, e.g. B. polystyrene, are held. A rectangular waveguide can be constructed in the same way by using a rectangular winding mandrel used.

Die Flansche 6 und 7 sind nicht notwendig. Die drei Spulen können auch in einem Stück gewickelt werden, und die Spule 1 kann durch Anzapfungen gebildet werden. Die Lagen der zusammengesetzten Spule können in der Weise gewickelt werden, daß wenige, z. B. drei Windungen zuerst gewickelt werden und dann die folgenden Windungen auf diese heraufgewickelt werden, bis eine genügend dicke Wicklung aufgebaut ist. Dann werden die folgenden Windungen der Spule unmittelbar neben die Anfangswindungen gesetzt. Dieses erleichtert das Herstellen der Anzapfe während des Wickeins des zentralen Teiles der zusammengesetzten Spule, welche den Hohlleiter bildet.Flanges 6 and 7 are not necessary. The three coils can also be wound in one piece and the coil 1 can be formed by taps. The layers of the compound Coil can be wound in such a way that a few, e.g. B. three turns are wound first and then the following turns are wound up on top of it until one is thick enough Winding is built up. Then the following turns of the coil are immediately adjacent to the initial turns set. This makes it easier to make the tap while winding the central one Part of the composite coil that forms the waveguide.

Die Erfindung kann auch auf Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt angewendet werden. Ein solcher Hohlleiter ist in Fig. 4 dargestellt. Er ist in seiner Konstruktion dem in Fig. 2 dargestellten Hohlleiter sehr ähnlich. Gleiche Teile der Fig. 2 und der Fig. 4 sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Solenoide 1, 4 und 5 der Fig. 4 können auf einen Wickeldorn gewickelt werden, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Die äußeren Abmessungen dieses Wickeldornes entsprechen den inneren Abmessungen der Teile 8 und 9, während die äußeren verstärkten Teile 12 und 13 die gleichen Abmessungen haben wie die äußeren Abmessungen der Teile 8 und 9. Wie man sieht, ist der Aufbau prinzipiell der gleiche wie in Fig. 2. Ein Längsschnitt durch die Fig. 4 würde genauso aussehen wie der in Fig. 1 dargestellte Längsschnitt. Die Flansche 6 und 7 können vorteilhaft dann verwendet werden, wenn die Spulen 1, 4 und 5 getrennt gewickelt werden. Die drei Spulen können aber auch als eine zusammenhängende Spule gewickelt werden, und die Zuführungen zur Spule 1 können als Abgriffe angebracht werden. Dies wurde bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben.The invention can also be applied to waveguides with a rectangular cross section. Such a waveguide is shown in FIG. Its construction is very similar to the waveguide shown in FIG. The same parts in FIG. 2 and FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. The solenoids 1, 4 and 5 of FIG. 4 can be wound on a winding mandrel as shown in FIG. The outer dimensions of this winding mandrel correspond to the inner dimensions of parts 8 and 9, while the outer reinforced parts 12 and 13 have the same dimensions as the outer dimensions of parts 8 and 9. As can be seen, the structure is basically the same as in Fig 2. A longitudinal section through FIG. 4 would look exactly like the longitudinal section shown in FIG. The flanges 6 and 7 can advantageously be used when the coils 1, 4 and 5 are wound separately. The three coils can, however, also be wound as a coherent coil, and the leads to the coil 1 can be attached as taps. This has already been described in connection with FIG. 3.

Die Spulen 1 der Fig. 1, 2 und 4 dienen dazu, in dem ferromagnetischen Material 14 ein magnetisches Längsfeld zu erzeugen. Die Fig. 6 und 7 zeigen Beispiele, angewendet auf Hohlleiter mit kreisförmigem und rechteckigem Querschnitt, welche von einem quer zur Ausbreitungsrichtung verlaufenden Magnetfeld durchgesetzt werden sollen. Im Fall eines Hohlleiters mit kreisförmigem Querschnitt sind die Spulen in Form von Spiralspulen gewickelt, in kreisförmiger oder rechteckiger Form und so gebogen, daß sie sich der Krümmung des Hohlleiters anschmiegen. In Fig. 6 sind die Spulen 15 in rechteckiger Form gewickelt und tauchen in gegenüberliegend angeordneten öffnungen der Wand 14 des Hohlleiters ein. In Fig. 6 ist nur eine Spule dargestellt. Die zweite liegt der dargestellten Spule verdeckt durch den Hohlleiter diametral gegenüber. Über die Zuführungen 16 und 17 werden die Spulen gespeist. Eine weitere Spule kann zu jeder der Spulen 15 hinzugefügt werden. Diese soll die Spule 15 umgeben und dient genau wie in Fig. 1 dazu, Wirbelströme in dem Hohlleiter zu vermeiden. Die Spule hat keine Stromzuführung und ihre Lage ist in Fig. 6 durch die gestrichelte Linie 18 angedeutet. Fig. 7 zeigt die Anwendung einer Spule gemäß Fig. 6 bei einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt. Die Spule 15 ist wiederum spiralförmig gewickelt, nur ist sie im Falle des Hohlleiters mit rechteckigem Querschnitt eben ausgebildet. Die übrigen Bezügszeichen sind die gleichen wie in Fig. 6, so daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann. Die die Spule 15 in Fig. 6 oder 7 umgebende Spule kann — genau wie bei Fig. 1 oder 4 — getrennt gewickelt werden oder mit der Spule 15 gemeinsam gewickelt werden. Wenn es gewünscht wird, kann zwischen der Spule 15 und der zusätzlichen Spule ein Distanzstück eingesetzt werden, welches mit einem Schlitz versehen ist, um die Bildung einer Kurzschlußwindung zu verhindern. Wenn die Spule 15 eine flache, kreisförmige Spiralspule ist, kann der Abstandshalter die Form eines Sprengringes haben, und bei einer Säule, wie sie Fig. 7 zeigt, die rechteckig ausgebildet ist, kann der Abstandshalter ebenfalls rechteckig ausgebildet sein.The coils 1 of FIGS. 1, 2 and 4 are used in the ferromagnetic material 14, a magnetic Generate longitudinal field. 6 and 7 show examples applied to waveguides with circular and rectangular cross-section, which is caused by a magnetic field running transversely to the direction of propagation should be enforced. In the case of a waveguide with a circular cross-section, the coils are in Form of spiral coils wound in a circular or rectangular shape and bent so that they are conform to the curvature of the waveguide. In Fig. 6, the coils 15 are wound in a rectangular shape and dive into openings arranged opposite one another the wall 14 of the waveguide. In Fig. 6 only one coil is shown. The second is the Coil shown covered by the waveguide diametrically opposite. Via feeders 16 and 17 the coils are fed. Another coil can be added to each of the coils 15. This should surround the coil 15 and, exactly as in FIG. 1, serves to avoid eddy currents in the waveguide. The coil has no power supply and its position is indicated in FIG. 6 by the dashed line 18. FIG. 7 shows the use of a coil according to FIG. 6 in a waveguide with a rectangular cross section. The coil 15 is again wound in a spiral shape, only in the case of the waveguide it is with rectangular cross-section flat. The other reference symbols are the same as in Fig. 6, so that a more detailed description can be dispensed with. The one surrounding the coil 15 in FIG. 6 or 7 Coil can - exactly as in Fig. 1 or 4 - be wound separately or together with the coil 15 to be wrapped. If desired, a can be inserted between the coil 15 and the additional coil Spacer are used, which is provided with a slot in order to form a short-circuit turn to prevent. If the coil 15 is a flat, circular spiral coil, the Spacers have the shape of a snap ring, and in the case of a column as shown in FIG. 7, which is rectangular, the spacer can also be rectangular.

In den Hohlleiter kann ein für Mikrowellen geeignetes ferromagnetisches Material eingebaut sein, das von dem Magnetfeld durchsetzt wird, wodurch die Permeabilität des ferromagnetischen Materials durch das Wechselfeld gesteuert wird.A ferromagnetic material suitable for microwaves can be built into the waveguide, which is penetrated by the magnetic field, thereby increasing the permeability of the ferromagnetic material is controlled by the alternating field.

Claims

Claims-.

1. Device for introducing a magnetic field generated by a coil into a waveguide, characterized in that the wall of the waveguide has a section that is wholly or partially consists of the coil, the turns of which are isolated from each other.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coil as a self-supporting Coil is formed and with its ends interrupted over the ends of the coil at the point Waveguide is pushed over.

3. Device according to claim 1, characterized in that only the central part of the coil is traversed by the current.

4. Device according to claim 1, characterized in that the waveguide wall on two

opposite points is replaced by a coil whose magnetic field runs transversely to the direction of propagation of the waveguide waves.

5. Device according to claim 4, characterized in that the coil is in the form of an or multilayer coil is wound.

characterized in that the coil is surrounded by a second coil which is not fed will.

6. Device according to claim 4 or 5, that p. 1282.

Considered publications:
"Journal of Applied Physics", 1955, October,

1 sheet of drawings