DE1036952B

DE1036952B - Backstop for rectangular waveguides

Info

Publication number: DE1036952B
Application number: DEL26580A
Authority: DE
Inventors: Bernard Pierre Chiron
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1956-03-15
Filing date: 1957-01-07
Publication date: 1958-08-21
Also published as: FR1145815A; NL212536A; BE552717A; NL107636C; CH334169A; GB814346A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter, die in der einen Fortpflanzungsrichtung eine geringe Dämpfung und in der anderen Richtung eine sehr große Dämpfung aufweist. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger Rücklaufsperren besteht darin, daß in einen rechteckigen Hohlleiter, in dem sich eine H₁₀-WeIIe fortpflanzt, ein ferromagnetisches Plättchen, z. B. aus Ferrit, eingefügt wird. Wenn ein magnetisches Gleichfeld transversal, d. h. senkrecht zu den Kraftlinien des magnetischen Wechselfeldes, angelegt wird, stellt man fest, daß der Hohlleiter, in dem sich das Ferritelement befindet, für die Fortpflanzungsrichtung eine geringe Dämpfung und für die andere Richtung eine große Dämpfung aufweist. Dies kommt davon her, daß in Anwesenheit eines magnetischen Gleichfeldes die Permeabilität des Ferrits ein asymmetrischer Tensor ist. Infolgedessen hängt die Dämpfung des teilweise mit Ferrit erfüllten Hohlleiters von der Fortpflanzungsrichtung ab. Die Lage des Ferritplättchens in dem Hohlleiter ist nicht beliebig. Man kann feststellen, daß das beste Ergebnis erzielt wird, wenn das Plättchen sich in demjenigen Teil des Hohlleiters befindet, in welchem der magnetische Feldvektor zirkulär polarisiert ist, d. h. die Amplituden der Transversalkomponente und der Longitudinalkomponente der magnetischen Wechselfeldstärke einander gleich sind.The invention relates to a backstop for rectangular waveguides which has little attenuation in one direction of propagation and very high attenuation in the other direction. A known method for producing such backstops is that in a rectangular waveguide in which an H ₁₀ -WeIIe propagates, a ferromagnetic plate, z. B. made of ferrite is inserted. If a direct magnetic field is applied transversely, ie perpendicular to the lines of force of the alternating magnetic field, it is found that the waveguide in which the ferrite element is located has little attenuation in the direction of propagation and high attenuation in the other direction. This is because, in the presence of a constant magnetic field, the permeability of the ferrite is an asymmetrical tensor. As a result, the attenuation of the waveguide, which is partially filled with ferrite, depends on the direction of propagation. The position of the ferrite plate in the waveguide is not arbitrary. It can be stated that the best result is achieved when the plate is located in that part of the waveguide in which the magnetic field vector is circularly polarized, ie the amplitudes of the transverse component and the longitudinal component of the alternating magnetic field strength are equal to one another.

Dies rührt davon her, daß der Umlauf sinn des Vektors sich umkehrt, wenn die Fortpflanzungsrichtung gewechselt wird, daß aber die Leistungsabsorption in dem Ferritelement nur dann auftritt, wenn der Richtungssinn der Zirkularpolarisation bezüglich des angelegten Gleichfeldes positiv ist. Die Zirkularpolarisation heißt positiv bezüglich des angelegten Gleichfeldes, wenn ein in Richtung des Gleichfeldes blickender Beobachter den magnetischen Feldvektor im Gegenzeigersinn umlaufen sieht.This is due to the fact that the direction of rotation of the vector is reversed when the direction of propagation is changed, but that the power absorption in the ferrite element only occurs when the sense of direction the circular polarization is positive with respect to the applied constant field. The circular polarization means positive with respect to the applied constant field if one is looking in the direction of the constant field Observer sees the magnetic field vector revolving counter-clockwise.

Um eine kräftige Dämpfung in Rücklaufrichtung zu erzielen, kann ein Ferritplättchen vonTo achieve strong damping in the return direction, a ferrite plate from

Rücklaufsperre für rechteckige HohlleiterBackstop for rectangular waveguides

Anmelder:Applicant:

Lignes Telegraphiques et Telephoniques, ParisLignes Telegraphiques et Telephoniques, Paris

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 aDipl.-Ing. E. Prince and Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patent attorneys, Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 15. März 1956Claimed priority:
France March 15, 1956

Beinard Pierre Chiron, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenBeinard Pierre Chiron, Paris,
has been named as the inventor

Länge Verwendung finden. Jedoch wurde experimentell festgestellt, daß es schwierig ist, mittels dieses Verfahrens sehr hohe Dämpfungen zu erreichen, die z. B. bei einem Plättchen von 30 mm Länge 20 db übersteigen. Ferner muß in diesem Falle eine starke Dämpfung in der gewünschten Fortpflanzungsrichtung in Kauf genommen werden.Length use. However, it has been found experimentally to be difficult by means of this Method to achieve very high attenuations, the z. B. with a plate of 30 mm length 20 db exceed. Furthermore, in this case, a strong attenuation must be in the desired direction of propagation be accepted.

Wenn die Energie sich in einem Hohlleiter in einer Welle vom H₁₀-Typ fortpflanzt, sind zwei parallele Ebenen vorhanden, in denen der Vektor zirkulär polarisiert ist, und zwar in der einen Ebene in der einen Richtung und in der anderen Ebene in der umgekehrten Richtung. Ein zweites bekanntes Verfahren zur Konstruktion von Rücklaufsperren besteht deswegen darin, daß ein zweites Ferritplättchen symmetrisch zum ersten bezüglich der Hohlleiterachse eingefügt wird. Die an die beiden Ferritplättchen angelegten Gleichfelder müssen dann entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Diese Gleichfelder werden im allgemeinen von zwei getrennten Magneten erzeugt, die einander sehr eng benachbart sind. Dies bedeutet praktisch einen Nachteil, da die optimale Einstellung jedes Feldes schwierig zu erhalten ist.When the energy propagates in a waveguide in a wave of the H ₁₀ type, there are two parallel planes in which the vector is circularly polarized, in one plane in one direction and in the other plane in the opposite direction . A second known method for the construction of backstops is therefore that a second ferrite plate is inserted symmetrically to the first with respect to the waveguide axis. The constant fields applied to the two ferrite plates must then have opposite directions. These constant fields are generally generated by two separate magnets that are very closely spaced. This is practically a disadvantage as the optimal setting of each field is difficult to obtain.

Ferner sind Rücklauf sperren bekannt, bei denen die Richtwirkung durch Feldverdrängung erzielt wird. Auch hierbei wird eine H₁₀-WeIIe verwendet, die an einem oder zwei in Längsrichtung angeordneten Ferritplättchen entlang läuft. Im letzteren Fall befinden sich die Ferritplättchen in magnetischen Gleichfeldern gleicher Richtung, die also von einem einzigen Magroßer 4° gneten erzeugt werden können. Die Einstellung einer derartigen Anordnung ist aber, wie sich gezeigt hat, sehr schwierig, und außerdem können nur zwei Ferritplättchen im Querschnitt angeordnet werden, so daß die Echodämpfung oft nicht ausreicht.Furthermore, return locks are known in which the directional effect is achieved by field displacement. Here, too, an H ₁₀ shaft is used, which runs along one or two ferrite plates arranged in the longitudinal direction. In the latter case, the ferrite plates are in constant magnetic fields in the same direction, which can therefore be generated by a single magnitude 4 °. However, as has been shown, the setting of such an arrangement is very difficult, and moreover only two ferrite plates can be arranged in the cross section, so that the echo attenuation is often insufficient.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter zum Ziel, bei der eine sehr starke Dämpfung in der einen Richtung und eine sehr schwache Dämpfung in der anderen Richtung erreicht werden kann.The invention aims to create a backstop for rectangular waveguides in which very strong attenuation in one direction and very weak attenuation in the other direction can be reached.

Bei einer Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter, enthaltend mindestens zwei ferromagnetische Plättchen, die sich in einem zum magnetischen Wechselfeld der übertragenen Welle senkrechten magnetischen Gleichfeld befinden und innerhalb einesIn the case of a backstop for rectangular waveguides, containing at least two ferromagnetic Platelets that are located in a magnetic field perpendicular to the alternating magnetic field of the transmitted wave Equal field and within a

809 5937392809 5937392

rechteckigen Hohlleiterteils parallel zu den Schmalseiten desselben angebracht sind, liegen erfindungsgemäß die Plättchen in einem Hohlleiterteil, in welchem sich eine elektromagnetische Welle vomH„₀-Typ (n> 1) fortpflanzt. Dieser Hohlleiterteil ist dabei am Eingang und am Ausgang mit Übergangsstücken versehen, die einen annähernd verlust- und reflexionslosen Übergang vom H₁₀-Typ zu dem gewählten H_n0-Typ und umgekehrt gestatten. In den am Eingang und Ausgang angeschlossenen rechteckigen Hohlleitern pflanzt sich dabei eine H₁₀-WeIIe fort.rectangular waveguide part are attached parallel to the narrow sides of the same, according to the invention the platelets lie in a waveguide part in which an electromagnetic wave of the H ₀ type (n> 1) is propagated. This waveguide part is provided with transition pieces at the entrance and exit, which allow an almost lossless and reflectionless transition from the H ₁₀ type to the selected H _n0 type and vice versa. _{An H 10} wave is propagated in the rectangular waveguides connected to the input and output.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß mehrere Ferritelemente vorhanden sind, deren Zahl zwei übersteigen kann, wobei jedes Element vorzugsweise einen anderen Abstand von den Seitenwänden des Hohlleiters hat, daß die magnetischen Gleichfelder, die in denjenigen Bereichen der Vorrichtung, in denen die Kraftlinien des Wechselfeldes gleiche Richtung haben, an die Ferritelemente angelegt werden, alle die gleiche Richtung aufweisen und von einem einzigen Magneten erzeugt werden können und daß die Einstellung der Vorrichtung, insbesondere wenn sie in einem breiten Frequenzbereich verwendet werden soll, nicht den Schwierigkeiten begegnet, die bei der Einstellung von Rücklaufsperren nach dem Prinzip der Feldverdrängung auftreten.The device according to the invention is particularly characterized in that several ferrite elements are present, the number of which may exceed two, each element preferably having a different spacing from the side walls of the waveguide has that the magnetic constant fields, which in those areas the device, in which the lines of force of the alternating field have the same direction, to the ferrite elements are applied, all have the same direction and are generated by a single magnet and that the adjustment of the device, especially if it is in a wide frequency range should not be used has not encountered the difficulties associated with setting backstops occur according to the principle of field displacement.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierin zeigtIn the following description, an embodiment of the invention is based on the drawings explained. Herein shows

Fig. 1 eine bekannte Anordnung,Fig. 1 shows a known arrangement,

Fig. 2 die Gesamtansicht einer Rücklaufsperre gemäß der Erfindung,2 shows the overall view of a backstop according to the invention,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Hohlleiter zur Darstellung der Kraftlinienverteilung des magnetischen Wechselfeldes für eine H₂₀-WeIIe,3 shows a section through the waveguide to show the distribution of the lines of force of the alternating magnetic field for an H ₂₀ wave,

Fig. 4 den Teil der Anordnung nach Fig. 2, in dem sich die Ferritelemente befinden, und4 shows the part of the arrangement according to FIG. 2 in which the ferrite elements are located, and

Fig. 5 ein Übergangsstück zur Anpassung der H₁₀-Welle an die H₂₀-WeIIe.5 shows a transition _{piece for adapting the H 10} wave to the H ₂₀ wave.

In Fig. 1 ist eine bekannte Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art dargestellt, wobei in dem Hohlleiter 1 sich ein Ferritelement 2 in einem gewissen Abstand von der Seitenwand befindet. A^r und S sind die Pole des Magneten 3.1 shows a known device of the type described in the introduction, a ferrite element 2 being located in the waveguide 1 at a certain distance from the side wall. A ^r and S are the poles of the magnet 3.

Wie erwähnt, besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß die ferromagnetischen Elemente in einem Teil der Vorrichtung untergebracht werden, in welchem eine elektromagnetische Welle vom H_n0-Typ (« > 1) sich fortpflanzt. Zwecks leichteren Verständnisses soll die Beschreibung für den Fall einer H₂₀-Welle durchgeführt werden.As mentioned, a feature of the invention is that the ferromagnetic elements are accommodated in a part of the device in which an electromagnetic wave of the H _n0 type (> 1) is propagated. For the purpose of easier understanding, the description will be carried out _{for the case of an H 20 wave.}

In Fig. 2, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt, sind 4 und 5 Hohlleiter, in denen sich eine Welle vom Grundtyp H₁₀ fortpflanzt. Die Hohlleiter 4 und 5 sind mit Übergangsstücken 6 und 7 versehen, welche die Transformation der H₁₀-WeIIe in eine H₂₀-Welle in dem Teil 8, in dem die ferromagnetischen Elemente 9 untergebracht sind, bewirken. In einem Hohlleiter, in dem eine H₂₀-WeIIe läuft, sind vier Ebenen vorhanden, in dem der magnetische Feldvektor H zirkulär polarisiert ist. Die Spuren dieser Ebenen A₁ B₁, A₂ B₂, Α_Ά B₃, A_t B_A sind in Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 3 gibt einen Längsschnitt durch einen rechteckigen Hohlleiter parallel zu den Längsseiten. Wenn beispielsweise die Ferritelemente in den Ebenen A₁ B₁ und A₃ B₃ angebracht werden, wo die magnetischen Kraftlinien gleiche Richtung haben, hat auch das senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien anzulegende Gleichfeld in beiden Ebenen die gleiche Richtung, kann also von einem einzigen Magneten erzeugt werden.In Fig. 2, which shows a device according to the invention, 4 and 5 are waveguides in which a wave of the basic type H _{10 is} propagated. The waveguides 4 and 5 are provided with transition _{pieces 6 and 7, which bring about the transformation of the H 10} wave into an H ₂₀ wave in the part 8 in which the ferromagnetic elements 9 are accommodated. In a waveguide in which an H ₂₀ wave runs, there are four planes in which the magnetic field vector H is circularly polarized. The traces of these planes A ₁ B ₁ , A ₂ B ₂ , Α _Ά B ₃ , A _t B _A are shown in FIG. 3 gives a longitudinal section through a rectangular waveguide parallel to the longitudinal sides. If, for example, the ferrite elements are placed in planes A ₁ B ₁ and A ₃ B ₃ , where the magnetic lines of force have the same direction, the constant field to be applied perpendicular to the magnetic lines of force also has the same direction in both planes, i.e. it can be produced by a single magnet be generated.

Zwecks Verstärkung der Richtwirkung können weitere Ferritelemente in der Ebene A₁ B₁ vorgesehen werden. Das anzulegende Gleichfeld muß dann umgekehrt wie vorher gerichtet sein. Auch können weitere Ferritelemente in der Ebene A₂ B₂ angebracht werden, wobei dann das Gleichfeld von dem gleichen Magneten wie für die Ferritelemente in der EbeneFurther ferrite elements can be provided in the plane A ₁ B _{1 in} order to increase the directional effect. The DC field to be applied must then be directed the other way around as before. Further ferrite elements can also be attached in the plane A ₂ B ₂ , in which case the constant field from the same magnet as for the ferrite elements in the plane

ίο A₄ B_i erzeugt werden kann.ίο A ₄ B _i can be generated.

In Fig. 4 ist der Mittelteil 8 der Anordnung nach Fig. 2 teilweise dargestellt. Er enthält drei Ferritelemente 10, 11 und 12. Die Elemente 10 und 11 befinden sich in Ebenen, die den Ebenen A₁ B₁ undIn Fig. 4, the middle part 8 of the arrangement of FIG. 2 is partially shown. It contains three ferrite elements 10, 11 and 12. The elements 10 and 11 are located in planes that correspond to planes A ₁ B ₁ and

A₃ B₃ in Fig. 3 entsprechen, während das Element 12 in der Ebene A₁ ß₄ angebracht ist. Ein Magnet 13 mit den Polen N₁ und S₁ beaufschlagt die Elemente 10 und 11 mit einem Gleichfeld von gleicher Richtung, während ein Magnet 14 mit den Polen N₂ und S₂ am A ₃ B ₃ correspond in Fig. 3, while the element 12 is attached in the plane A ₁ ß _4. A magnet 13 with the poles N ₁ and S ₁ acts on the elements 10 and 11 with a constant field from the same direction, while a magnet 14 with the poles N ₂ and S ₂ am

Ort des Elements 12 ein Gleichfeld mit umgekehrter Richtung erzeugt.Location of the element 12 generates a constant field with the opposite direction.

Die Übergangsstücke für die Transformation der H₁₀-WeIIe in eine H₀₀-WeIIe und umgekehrt können von verschiedener Art sein. Vorzugsweise sind sie, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgebildet.The transition pieces for the transformation of the H ₁₀ wave into an H ₀₀ wave and vice versa can be of various types. They are preferably designed as shown in FIG.

Fig. 5 gibt eine genauere Ansicht eines solchen erfindungsgemäßen Übergangsstücks für den Fall n=2. Der Hohlleiter 15 stellt den Eingangs- oder Ausgangshohlleiter (H₁₀-WeIIe) für die Sperrvorrichtung dar, während sich im Hohlleiter 16 die H₂₀-WeIIe fortpflanzen soll. Wenn α und b die Längen der Langseite und der Schmalseite des Hohlleiterquerschnitts 15 sind, werden für den Hohlleiterquerschnitt 16 die Abmessungen 2 a und 2 b gewählt. Die Hohlleiter 15 und 16 bilden in der Η-Ebene einen rechten Winkel. Die Wand des Knies ist um 135° gegen die Seiten 18 und 19 der Hohlleiter 15 und 16 geneigt. Ihre Länge beträgt etwa α]/2. 5 gives a more detailed view of such a transition piece according to the invention for the case n = 2. The waveguide 15 represents the input or output waveguide (H ₁₀ -WeIIe) for the locking device, while the H ₂₀ -WeIIe is to propagate in the waveguide 16. If α and b are the lengths of the long side and the narrow side of the waveguide cross section 15, the dimensions 2 a and 2 b are selected for the waveguide cross section 16. The waveguides 15 and 16 form a right angle in the Η plane. The wall of the knee is inclined at 135 ° against the sides 18 and 19 of the waveguides 15 and 16. Their length is about α] / 2.

Beispielsweise wurde eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 gebaut, bei welcher die Abmessungen des Eingangs- und Ausgangshohlleiters, worin sich eine H₁₀-Welle fortpflanzt, 22,86 und 10,16 mm betrugen. Entsprechende Abmessungen des Zwischenleiters, in dem eine H₂₀-WeIIe läuft, sind dann 45,72 und 10,16 mm.For example, a device according to FIG. 5 was built in which the dimensions of the input and output waveguides in which an H ₁₀ wave propagates were 22.86 and 10.16 mm, respectively. Corresponding dimensions of the intermediate _{conductor, in which an H 20} -WeIIe runs, are then 45.72 and 10.16 mm.

Die Übergangsstücke zur Umformung der H₁₀-WeIIe in die H₂₀-WeIIe sind Kniestücke in der Η-Ebene, die wie oben gestaltet sind. Die Wand 17 (Fig. 5) hat eine Länge von etwa 32 mm.The transition pieces for forming the H ₁₀ -WeIIe into the H ₂₀ -WeIIe are knee pieces in the Η-plane, which are designed as above. The wall 17 (Fig. 5) has a length of about 32 mm.

Drei Ferritelemente, die als Plättchen von 0,5 mmThree ferrite elements in the form of platelets of 0.5 mm

5= Dicke und 31 mm Länge ausgebildet sind, wurden in der Vorrichtung angebracht. Ein Magnet erzeugt eine Feldstärke von 1500 Oe, die für Maximumabsorption in zwei Plättchen erforderlich ist, während ein zweiter in umgekehrter Richtung orientierter Magnet eine Feldstärke von 1000 Oe für das dritte Plättchen erzeugt. 5 = thickness and 31 mm length were formed in attached to the device. A magnet creates a field strength of 1500 Oe, which is necessary for maximum absorption in two platelets is required, while a second magnet oriented in the opposite direction is one Field strength of 1000 Oe generated for the third plate.

Die Dämpfung in Sperrichtung beträgt mehr als 40 db. Die durch die Anordnung erzeugte Welligkeit ist kleiner als 1,2.The attenuation in the reverse direction is more than 40 db. The ripple created by the arrangement is less than 1.2.

Claims

Patent claims:

1. Backstop for rectangular waveguides, containing at least two ferromagnetic plates, which are located in a magnetic constant field perpendicular to the alternating magnetic field of the transmitted wave and are attached within a rectangular waveguide part parallel to the narrow sides of the same, characterized in that the plates are in a waveguide part in which an H _{,! 0} -wave propagates

(η > 1), and that two transition pieces connected to the ends of the waveguide part transform the H " ₀ wave into an H ₁₀ wave, which propagates in the rectangular waveguides connected to the input and output.

2. Backstop according to claim 1, characterized in that the plates at unequal intervals are attached from the narrow sides of the waveguide part in those planes in which the alternating magnetic field of the transmitted wave at a given point in time in the same direction has, and that the magnetic constant fields also have the same direction.

3. Backstop according to claim 2, characterized in that further platelets in planes are attached in which the alternating magnetic field of the transmitted wave in the given Time has the opposite direction, and that the magnetic constant fields to which this Platelets are also subject to reverse direction.

4. backstop according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the magnetic constant fields of the same direction from a single Magnets are generated.

5. Backstop according to claim 1, characterized in that the transition pieces each consist of two consist of rectangular waveguide parts with mutually perpendicular axes, the narrow sides of which have the same length, while the broad side of one part is half as long as that of the other is, and that the two waveguide parts are connected by a third part, the width of which Sides represent triangles, while a narrow side is 135 ° against the narrow sides of the two Waveguide is inclined and a length of] / 2 times the length of the broad side of the first-mentioned waveguide part has.

Considered publications:
"The Bell System Technical Journal," January 1955, pp. 65-72.

1 sheet of drawings