DE1069233B - - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft eine Isolatoranordnung zur Verwendung in Mikrowellen-Übertragungsleitungen.
Eine derartige Isolatoranordnung in Form eines in einer Richtung wirkenden Übertragungselements ist
beispielsweise zur Isolation eines Senders gegen von der Übertragungsleitung oder von der Antenne ausgehende
Reflexionen erwünscht. So wird beispielsweise bei Radargeräten und anderen Mikrowellen-Übertragungsanlagen
ein Sender mit einem Verbraucher, beispielsweise mit einer Antenne, über eine Übertragungsleitung, beispielsweise in Form von Koaxial-
oder Hohlleitern, gekoppelt. Falls der Verbraucher für die ankommenden elektromagnetischen
Wellen nicht vollständig angepaßt ist, wird ein Teil dieser Wellen an der Verbindungsstelle reflektiert. Die
Überlagerung einer ankommenden mit einer derartigen reflektierten elektromagnetischen Welle in einem Leiter
erzeugt stehende Wellen, die für den Sender eine mit dem Wellenwiderstand des Leiters nicht übereinstimmende
Impedanz darstellen. Außerdem wird jede Änderung im Verbraucher, wie sie z. B. bei einem abtastenden
Radarverfahren auftritt, als eine sich ändernde Impedanz in dem Sender reflektiert; dies bewirkt,
daß dem Verbraucher eine veränderbare Energiemenge zugeführt wird, und kann außerdem ein
»Mitziehen« des Senders, d. h. eine Frequenzänderung des Senders, zur Folge haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolatoranordnung zu schaffen, welche
für die vom Sender ankommende Welle durchlässig ist, jedoch verhindert, daß die reflektierte Welle den
Sender erreicht; mit anderen Worten: es soll eine Isolatoranordnung geschaffen werden, welche für in
entgegengesetzte Richtungen laufende Wellen verschiedene Durchlässigkeit aufweist, im besonderen
möglichst völlige Durchlässigkeit in der einen Richtung und möglichst völlige Sperrung für in der entgegengesetzten
Richtung laufende Wellen.
Es ist zu diesem Zweck bereits bekannt, eine selektiv wirkende Anordnung, die auf einer Drehung der Polarisationsebenen
beruht, zu verwenden. Die ankommende, linear polarisierte Welle wird hierbei durch
ein Ferritteil geleitet, das in einem magnetischen Feld liegt. Das Ferritteil bewirkt eine Drehung der Polarisationsebene
der Wellen um 45°. Anschließend wird die Welle dem Verbraucher zugeführt. Die reflektierte,
ebenfalls linear polarisierte Welle kehrt durch das B'erritteil zurück und wird dabei um zusätzliche 45°
in ihrer Polarisationsebene gedreht, so daß sie das Ferritteil in einem gegen die Polarisationsebene der
ankommenden Wellen um 90° gedrehten Polarisationszustand verläßt. Die in dieser Weise von der ankommenden
Welle unterschiedene reflektierte Welle wird dann beispielsweise von einer Dämpfungsvor-
Isolatoranordnung mit einem Hohlleiter
Anmelder:
Sperry Rand Corporation,
New York, N.Y. (V.St.A.)
New York, N.Y. (V.St.A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufmgerstr. 8
München 2, Kaufmgerstr. 8
Beanspruciite Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1955
V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1955
Bobby J. Duncan, Port Washington, N. Y.,
Murray Β. Loss, GIen Oaks, Ν. Y.,
und Peter J. Sferrazza, Wantagh, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
Murray Β. Loss, GIen Oaks, Ν. Y.,
und Peter J. Sferrazza, Wantagh, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
richtung, die selektiv nur auf den Polarisationszustand der reflektierten Welle anspricht, die ankommenden
Wellen jedoch unbeeinflußt läßt, absorbiert. Derartigen Einrichtungen haften jedoch verschiedene Nachteile
an; ihr Aufbau ist kompliziert; sie arbeiten nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes; ein erheb-Hcher
Anteil des Feldes der ankommenden Welle durchdringt das Ferritteil, wodurch das Übertragungsvermögen dieser Isolatoranordnung für hohe Energien
beschränkt wird. Schließlich kehren bei dieser Anordnung alle vom Ferritteil selbst reflektierten Wellen
in den Sender zurück.
Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Isolatoranordnung mit einem Hohlleiter, einem
in diesem angordneten Teil aus einem ferromagnetischen Ferrittmaterial sowie mit einer Vorrichtung zur
Erzeugung eines magnetischen Feldes in dem Hohlleiter, bei der das Ferritteil durch das magnetische
Feld so magnetisiert werden kann, daß es für längs des Hohlleiters wandernde, zirkulär polarisierte Wellen
in Abhängigkeit von der Magnetisierung verschiedene Werte der effektiven Permeabilität aufweist.
Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile bekannter Anordnungen wird eine Isolatoranordnung
dieser Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß das Ferritteil den Hohlleiterquerschnitt nur unvoll-
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ständig ausfüllt und daß die Magnetisierung so gewählt wird, daß das Ferritteil für längs des Hohlleiters
wandernde, in dem einen Drehsinn zirkulär polarisierte Wellen der Permeabilität Null aufweist,
derart, daß die in dem genannten Sinn zirkulär polarisierten Wellen sich in dem Zwischenraum zwischen
dem Teil und dem Hohlleiter nahezu ungedämpft fortpflanzen, während das Ferritteil derartig ausgebildet
bzw. mit einer Dämpfungsschicht versehen ist, daß in dem anderen Sinne zirkulär polarisierte Wellen größtenteils
im Ferritteil bzw. der Dämpfungsschicht absorbiert werden.
Es ist an sich bekannt, daß in Ubertragungsanordnungen mit einem in den Leitern angeordneten magnetisierbaren
Ferritteil die effektive Permeabilität für in entgegengesetztem Drehsinn zirkulär polarisierte
Wellen verschieden ist und daß die effektive Permeabilität für in einem bestimmten Drehsinn zirkulär
polarisierte Wellen in Abhängigkeit von der Magnetisierung des Ferritteils veränderbar ist, derart, daß
das Ferritteil als veränderbares Dämpfungsglied wirkt, wobei die so bewirkte Phasendrehung von der
Stärke der Magnetisierung des Ferritteiles abhängt.
Es ist dabei für einen anderen als den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Zweck, nämlich
zur Umwandlung einer linear polarisierten in eine zirkulär polarisierte Welle, insbesondere bekannt, ein
veränderbar magnetisierbares Ferritteil im Hohlleiter anzuordnen, das diesen vollständig ausfüllt. Bei dieser
bekannten Anordnung wird eine in dem einen Drehsinn zirkulär polarisierte Welle von dem Ferritteil
reflektiert, während eine im entgegengesetzten Sinn zirkulär polarisierte Welle durch das Material des
Ferritteiles hindurch übertragen wird.
Während bei den bekannten, nicht als Isolatoranordnungen wirkenden Einrichtungen der oben erwähnten
Art die durchgelassene Welle sich im Ferritmaterial fortpflanzt, wird bei der Isolatoranordnung
gemäß der Erfindung, welche verhindern soll, daß eine übertragene Welle infolge von Reflexion in den Sender
zurückgelangt, durch die besondere erfindungsgemäße Anordnung erreicht, daß die durchgelassene,
in dem einen Sinne zirkulär polarisierte Welle sich im Zwischenraum zwischen dem Hohlleiter und dem
Ferritteil und somit überhaupt nicht im' Ferritteil selbst fortpflanzt.
Die eingangs erwähnten Nachteile bekannter Isolatoranordnungen werden durch die gemäß der Erfindung
vorgeschlagene Maßnahme vermieden; die Isolatoranordnung gemäß der Erfindung ist im Aufbau
einfach und kann den verschiedensten Wellenleiterformen und Verwendungszwecken angepaßt werden;
sie ist innerhalb eines verhältnismäßig breiten Frequenzbandes verwendbar; da die durchgelassene ankommende
Welle überhaupt nicht oder jedenfalls nicht nennenswert in das Ferritteil eindringt, werden Absorbtionsverluste
vermieden, und das Übertragungsvermögen der Anordnung wird außerordentlich erhöht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlleiter einen kreisförmigen
Querschnitt hat und das Ferritteil eine zylindrische, zum Hohlleiter koaxiale Außenfläche aufweist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß an oder nahe jedem
Ende des Hohlleiters jenseits des Endes des Ferritteiles je ein Polarisator vorgesehen ist, welcher linear
polarisierte Wellen in zirkulär polarisierte umwandelt, und umgekehrt.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Hohlleiter ein Rechteckhohlleiter
ist, in welchem die Vorrichtung ein Magnetfeld erzeugt, das parallel zur kurzen Seite des Hohlleiters
gerichtet ist.
Das magnetische Feld kann dabei so angeordnet sein, daß es in der Fortpflanzungsrichtung der Wellen
längs des Hohlleiters verläuft. Bei der Ausführungsform der Erfindung, in welcher der Hohlleiter Recht-
eckform hat, kann das Magnetfeld jedoch auch parallel zu den kurzen Seiten des Hohlleiters und somit
senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen gerichtet sein. In diesem Fall kann das Ferritteil innerhalb
des Hohlleiters zwischen den beiden langen Seiten an einer zwischen der Mittelebene des Hohlleiters
und der kurzen Seitenwand gelegenen Stelle angeordnet sein.
An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 ein Schaubild, aus dem hervorgeht, wie die reelle Komponente der effektiven Permeabilität bei
einer zirkulär polarisierten elektromagnetischen Welle eines repräsentativen ferromagnetischen Ferriten sich
mit der Sfärke eines Magnetfeldes ändert, welches die Richtung der Drehachse der Wellenpolarität hat,
Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt einen Mikrowellenhohlleiter nach der Erfindung,
Fig. 3 eine Reihe von Darstellungen der Verteilung des elektrischen Feldes an verschiedenen Stellen längs
des Hohlleiters nach Fig. 2, wobei in allen Fällen eine Blickrichtung von links nach rechts in Fig. 2 zugrunde
gelegt ist und wobei die in Fig. 3 die einzelnen Darstellungen kennzeichnenden kleinen Buchstaben den
großen Buchstaben in Fig. 2 entsprechen, welche die Stellen angeben, an denen die Feldverteilung auftritt,
Fig. 4 in perspektivischer Ansicht, teilweise im Schnitt, eine Einzelheit des Hohlleiters nach Fig. 2 in
vergrößertem Maßstab,
Fig. 5 in gleicher Ansicht eine Einzelheit einer anderen Ausführungsform,
Fig. 5 in gleicher Ansicht eine Einzelheit einer anderen Ausführungsform,
Fig. 6 bis 10 in perspektivischer Ansicht, teilweise im Schnitt, andere Ausführungsformen der Erfindung
und
Fig. 11 in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der Erfindung, die den Ausführungsformen
nach Fig. 2 und 4 ähnelt, jedoch vereinfacht ist.
Ferrite lassen sich beschreiben als polykristalline Stoffe von spineller Struktur, die bei hoher Temperatur
durch Reaktionen der festen Phase von Eisenoxyd und einem oder mehreren zweiwertigen Metalloxyden
gebildet werden. Durch Änderung der Zutaten und der Behandlungsverfahren lassen sich weite Bereiche
von allgemeinen Eigenschaften der Ferrite erzielen. In ihrer einfachsten Form haben die Ferrite
die allgemeine chemische FormelXOFe2O3, wobei X ein zweiwertiges Metall darstellt. Ferrite, welche
durch diese allgemeine Formel dargestellt werden, lassen sich in zwei Hauptklassen einteilen, nämlich in
die ferromagnetischen und in die nichtferromagnetischen Ferrite. Ob ein Ferrit in die eine oder andere
dieser Klassen fällt, hängt von dem zu seinem Aufbar verwendeten zweiwertigen Metalloxyd ab. Zum
Beispiel sind die Ferrite, bei denen X Magnesium, Kupfer, Mangan, Lithium, Nickel, Blei, Eisen, Calcium
oder Kobalt ist, ferromagnetisch. Die ferromagnetischen Ferrite sind keramikartige Stoffe, die
sich durch hohe Permeabilität, geringe Leitfähigkeit, niedrige Verluste und hohe Dielektrizitätskonstante
auszeichnen.
Es ist bekannt, daß die Hochfrequenz-Permeabilität eines gesättigten ferromagnetischen Stoffes keine ska-Iare
Größe ist, sondern daß die wechselnde Flußdichte in dem Medium zu dem Wechselfeld durch eine Permeabilität
in Beziehung steht, die komplexe Tensorkomponenten aufweist.
Eine eben oder linear polarisierte elektromagnetische Welle läßt sich auffassen als zusammengesetzt
aus zwei zirkulär polarisierten Wellen von entgegengesetztem Drehsinn. Wenn sich eine linear polarisierte
Welle durch einen gesättigten ferromagnetischen Ferritkörper in eine Richtung fortpflanzt, die parallel
zu dem Vektor des magnetischen Gleichfeldes ist, so treffen ihre beiden zirkulär polarisierten Komponenten
wegen der Tensorform der Permeabilität des Stoffes unterschiedliche Fortpflanzungskonstanten an. Die
komplexen Komponenten der Permeabilität, die von den beiden zirkulär polarisierten Komponenten angetroffen
werden, hängen von dem Stoff ab, von der Frequenz der Welle und von der Stärke des angelegten
magnetischen Feldes. Fig. 1 zeigt die reellen Komponenten der Permeabilität μ, die einer zirkulär
polarisierten Welle von einem ferromagnetischen Ferritkörper dargeboten werden, der parallel zur Fortpflanzungsrichtung
der Welle magnetisiert ist. Die Linie 1 gibt die Permeabilität bei der Feldstärke 0 an.
Ähnliche Kurven bestehen für verschiedene ferromagnetische Ferrite und verschiedene Frequenzen. Sie
unterscheiden sich lediglich in ihrer Größe und in der Lage der kritischen Punkte.
Die Fortpflanzungskonstante einer elektromagnetischen Welle in einem Medium ist proportional dem
Faktor (με)1/έ, wobei μ die von der Welle angetroffene
Permeabilität und ε die Dielektrizitätskonstante ist. Wenn die von der Welle angetroffene Permeabilität
Null ist, so verschwindet die Fortpflanzungskonstante, und die Welle pflanzt sich in dem Medium nicht fort.
In diesem Falle wird eine Welle beim Auftreffen auf das Medium vollständig reflektiert und dringt in dieses
nicht ein. Für die betreffende Welle wirkt das Medium also wie eine leitende Fläche. Fig. 1 zeigt,
daß bei einem bestimmten Werkstoff ein bestimmtes magnetisches Feld X existiert, bei welchem der reelle
Teil der Permeabilität für die positiv zirkulär polarisierte Komponente der Welle Null ist. Bei Magnesium-Mangan-Ferriten,
Nickel-Zink-Ferriten, vielen Nickelferriten und dem unter der Bezeichnung Feramic R-I im Handel befindlichen, von der General
Ceramics Corporation (USA) hergestellten Ferritmaterial, dessen ungefähre Zusammensetzung 37 Molprozent
Fe2 O3 und 63 Molprozent einer Mangan-Magnesium-Legierung im Verhältnis Mn/Mg = 0,11 beträgt,
ist der imaginäre Teil der Permeabilität sehr klein und die Gesamtpermeabilität soweit praktisch
gleich Null, so daß das Medium als Reflektor für positiv zirkulär polarisierte Wellen wirkt. Fig. 1 zeigt,
daß andererseits für die negativ zirkulär polarisierte Komponente die Permeabilität Endlich ist. Infolgedessen
pflanzt sich diese Komponente durch den Ferritkörper fort.
Bei dem bevorzugt benutzten Hohlleiter nach Fig. 2 ist in einem kreisrunden Hohlleiter 11 mit einer dielektrischen
Luft- oder Gasfüllung koaxial in der Mitte zwischen seinen Enden ein ferromagnetischer
Ferritteil 12 angebracht. Eine Magnetspule 13 umgibt den Hohlleiter 11 und erzeugt ein zur Magnetisierung
des Ferritteiles dienendes axiales magnetisches Feld. Zwei Polarisatoren 14 und 15 sind in dem Hohlleiter,
und zwar je einer jenseits des Endes des Ferritteiles 12, angeordnet und wandeln linear polarisierte Wellen
in zirkulär polarisierte um, und umgekehrt. Die Polarisatoren können beliebiger Art sein und haben vorzugsweise
eine verhältnismäßig große Bandbreite. Die Bezugszeichen 14 und 15 in Fig. 2 und 11 weisen auf
zwei unterschiedliche Formen von Polarisatoren hin. Ein Sender 16 ist mit Hilfe eines Rechteckhohlleiters
17 und eines Übergangsstückes 20 mit dem einen Ende des Hohlleiters 11 verbunden, während eine Antenne
18 mit Hilfe eines Rechteckhohlleiters 19 und eines ίο Übergangsstückes 21 mit dem anderen Ende verbunden
ist. Alle diese Teile liegen zueinander koaxial.
Das Ferritteil 12 ist innerhalb des Hohlleiters 11 mit Hilfe zweier ringförmiger Scheiben 22, 23 aus
Polystyrolschaum oder einem anderen dielektrischen Stoff gelagert. Der Stab besteht aus einem der oben
beschriebenen ferromagnetischen Ferrite und hat eine Kennlinie nach Fg. 1.
Das Ferritteil 12 weist einen hohlen Ferritzylinder 26 auf (Fig. 4), in welchem koaxial ein dielektrischer
ao Stab 27 liegt, der von einer Hülse 28 aus verlustbehaftetem
Stoff umgeben ist. Zwei sich verjüngende Endstücke 29, 30 sind jedes in ein Ende des hohlen Ferritzylinders
26 eingepaßt. Der Stab 27 besteht aus einem Stoff, der für eine Welle ein Produkt aus Permeabilität
und Dielektrizitätskonstante (μ ε) darstellt, welches wesentlich größer ist als das eines Vakuums. Ein Beispiel
eines solchen Stoffes ist der oben näher beschriebene Stoff, der für eine negativ rotierende Welle ein
Produkt μ ε darstellt, welches annähernd zwanzigmal so groß ist wie das des Vakuums, obwohl die meisten
Ferrite für diesen Zweck ausreichend sind. Die Hülse 28 besteht aus einem Stoff, der die ihn durchströmende
Mikrowellenenergie absorbiert, z. B. aus Aquadag (Graphit). Die Spule 13 wird so stark erregt, daß
sie ein axiales Feld erzeugt, das gerade ausreicht, um den Ferritkörper auf den Punkt X in Fig. 1 zu
bringen.
Der Sender 16 sendet eine senkrecht linear polarisierte Welle der Form TE10 in den Rechteckhohlleiter
17, so daß dort eine Feldverteilung nach Fig. 3 a auftritt. Diese Welle wird durch das Übergangsstück 20
in den kreisrunden Hohlleiter 11 übertragen, wo die Feldverteilung die in Fig. 3 b dargestellte linear polarisierte
TE11-Form annimmt. Die Welle bleibt also senkrecht polarisiert, d. h., ihr elektrisches Feld liegt
senkrecht zu den gedachten Verlängerungen der breiten Wände des Rechteckhohlleiters 17.
Diese Welle tritt in den Polarisator 14 ein, wo sie in eine (betrachtet in Fortpflanzungsrichtung) sich
entgegen dem Uhrzeigersinne drehende zirkulär polarisierte Welle umgewandelt wird. Diese Umwandlung
läßt sich durch Betrachtung der beiden einander gleichen, aufeinander senkrecht stehenden Komponenten
ElA und E 1B der linear PolarisiertenE1-Welle (Fig. 3 c)
erklären. Die Komponente ElA pflanzt sich parallel zu den Flächen des Zirkularpolarisators fort, dessen ebene
Flächen unter einem Winkel von 45° gegenüber der Polarisationsrichtung von E1 geneigt sind. Die Komponente
E1A wandert schneller als die Komponente E1B
und verläßt den Polarisator eine Viertelwellenlänge vor der Komponente E1B. Die Komponenten E1A und
E1 β sind nun zeitlich und räumlich gegeneinander um 90° phasenverschoben und bilden zusammen eine
sich entgegen dem Uhrzeigersinne drehende zirku-Iar polarisierte Welle, wie sie in Fig. 3d dargestellt
ist.
Diese Welle dreht sich gegenüber dem von der Spule 13 angelegten magnetischen Feld im positiven
Sinne. Daher weist der Zylinder 26 des Ferritteiles 12 für diese Welle die Permeabilität Null auf und wirkt
daher als zylindrischer Leiter. Da dieser Zylinder 26 koaxial innerhalb des kreisrunden Hohlleiters 11 liegt,
wird er zu dem mittleren Leiter eines Koaxialleiters für die sich entgegen dem Uhrzeigersinne drehende
Welle. Jede linear polarisierte Komponente dieser Welle pflanzt sich in der koaxialen TE11-Form längs
dieses so gebildeten Koaxialleiters fort. Die Feldverteilung für die Komponente E1 ^ ist in Fig. 3e dargestellt.
Dieser Koaxialleiter dämpft die beiden Komponenten der Welle nicht wesentlich, so daß sie das Ferritteil
12, wie in Fig. 3f dargestellt, mit nahezu denselben Größen verlassen, die sie beim Eintritt in den
Koaxialleiter hatten.
Die sich entgegen dem Uhrzeigersinne drehende Welle wird durch den Polarisator 15 in eine senkrecht
linear polarisierte Welle zurückverwandelt, wie Fig. 3 g und 3 h zeigen. Der Polarisator 15 ist von entgegengesetztem
Sinne wie der Polarisator 14 und wandelt eine linear polarisierte Welle in eine Welle
um, die gegenüber der vom Polarisator 14 erzeugten Welle den entgegengesetzten Drehsinn hat. Diese senkrecht
linear polarisierte Welle tritt durch das Ubergangsstück 21 und den Rechteckhohlieiter 19 in die
Antenne 18 ein.
Die Antenne 18 ist nicht vollständig an den Hohlleiter 19 angepaßt, so daß Wellen, die sich in diesem
nach rechts fortpflanzen und in die Verbindung zwischen Hohlleiter und Antenne einfallen, teilweise reflektiert
werden. Die resultierende reflektierte Welle pflanzt sich nach links in dem Hohlleiter 19 und dem
Ubergangsstück 21 fort und wird in dem kreisrunden Hohlleiter 11 zu einer senkrecht linear polarisierten
TE11-Welle, wie Fig. 3 h zeigt. Diese Welle wandert dann durch den Polarisator 15, wo sie in eine sich
entgegen dem Uhrzeigersinne drehende zirkulär polarisierte Welle umgeformt wird, und wandert weiter
nach links in den Hohlleiterllj wie Fig. 3 j zeigt (Blickrichtung nach rechts im Hohlleiter 11). Die sich
nach links fortpflanzende, sich entgegen dem Uhrzeigersinne drehende Welle erreicht dann das Ferritteil
12. Die Welle dreht sich gegenüber dem vorhandenen Alagiietfeld im negativen Sinne. Diese Welle
trifft eine endliche Permeabilität in dem hohlen Ferritzylinder 26 an und tritt daher durch den Zylinder
hindurch.
Das Ferritteil 12 stellt also für diese Welle ein Gesamtprodukt der effektiven Permeabilität und effektiven
Dielektrizitätskonstante ^eff£eff) dar, das wesentlich größer als das des Vakuums ist. Wenn
d = (ftpfffeff)1,2 d' ist- wobei d der innere Durchmesser
des Hohlleiters und d' der Außendurchmesser des Ferritteils ist, so pflanzt sich der größte Teil der
Welle durch das Ferritteil fort und nur ein sehr kleiner Teil der Welle durch den das Ferritteil umgebenden
Raum. Fig. 3 k, die dem Schnitt E-E entspricht, zeigt eine Komponente dieser negativ rotierenden
Welle. Bei ihrer Fortpflanzung durch das Ferritteil 12 trifft die Welle auf die verlustreiche Hülse 28
und wird gedämpft. Das Ausmaß der Dämpfung hängt von dem Produkt μ(.Η εβί{ ab, von den Dimensionen der
Komponenten und von dem spezifischen Widerstand der Hülse 28 aus verlustbehaftetem Material. Diese
Vorrichtung wirkt also, da sie die einfallende Welle ungedämpft hindurchläßt und die reflektierte Welle
dämpft, als nicht umkehrbarer Dämpfer.
Diese Ausführungsform der Erfindung weist unter anderem folgende Vorteile auf:
Der Punkt mit der Permeabilität Null ist verhältnismäßig unempfindlich gegen Änderungen der
Wellenfrequenz, und infolgedessen ist dieser Isolator innerhalb eines verhältnismäßig weiten Frequenzbandes
verwendbar.
Da sich die einfallende Welle nicht durch das Ferrit fortpflanzt, können hohe Energien durch die
Einrichtung befördert werden.
Alle vom Ferritteil 12 reflektierte Energie wird vom Polarisator 14 in eine Welle umgewandelt, deren Schwingungsrichtung gegenüber derjenigen ίο der einfallenden Welle um 90° verdreht ist. Diese Welle pflanzt sich daher nicht durch den Hohlleiter 17 fort und kehrt nicht in den Sender 16 zurück.
Alle vom Ferritteil 12 reflektierte Energie wird vom Polarisator 14 in eine Welle umgewandelt, deren Schwingungsrichtung gegenüber derjenigen ίο der einfallenden Welle um 90° verdreht ist. Diese Welle pflanzt sich daher nicht durch den Hohlleiter 17 fort und kehrt nicht in den Sender 16 zurück.
Bereits durch eine geringfügige Änderung der Stärke des magnetischen Feldes, in dem das Ferritteil 12
liegt, läßt sich erreichen, daß die einfallende positiv rotierende Welle zum Teil in das Ferritteil eindringt.
In dieser Weise ist die Dämpfung der einfallenden
ao Welle regelbar, während die reflektierte Welle absorbiert wird, so daß die Einrichtung als veränderbarer
Dämpfer und Isolator wirken kann.
Eine andere Form des Ferritteils 12, die in der Anordnung nach Fig. 2 verwendet werden kann und
welche die Einrichtung befähigt, als nicht umkehrbarer Dämpfer zu wirken, ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses
Ferritteil weist einen hohlen Ferritzylinder 32, einen dielektrischen Stab 33 aus verlustbehaftetem Material
und sich verjüngende Endstücke 29,30 auf. Der Zylinder 32 besteht aus demselben Stoff wie der hohle
Ferritzylinder 26 nach Fig. 4 und liegt ebenfalls innerhalb eines stetigen magnetischen Feldes, so daß er die
Permeabilität Null gegenüber einer positiv rotierenden zirkulär polarisierten Welle aufweist. Der Stab
33 besteht aus einem Stoff, der gegenüber einer negativ rotierenden Welle ein Produkt με hat, das wesentlich
größer ist als das des Vakuums und außerdem für elektromagnetische Wellen, die diesen Stoff durchdringen,
verlustbehaftet ist. Der dielektrische Stab 33 erfüllt daher in dieser Einrichtung sowohl die Aufgaben
des dielektrischen Stabes 27 als auch die der Hülse 28 aus verlustbehaftetem Material der Anordnung
nach Fig. 4. Der dielektrische Stab 33 sorgt dafür, daß das Ferritteil 12 gegenüber der negativ rotierenden
Welle ein Produkt μβ{ί£βίί aufweist, das wesentlich
größer ist als das des Vakuums. Da sich das größere Teil der reflektierten Welle dann durch das
Ferritteil und ein erhebliches Teil davon durch den dielektrischen Stab 33 fortflanzt, ergibt sich aus den
Verlusteigenschaften des Stabes eine Dämpfung der reflektierten Welle.
Die sich verjüngenden Endstücke 29 und 30 sind so geformt, daß sie den für die einfallende Welle vorhandenen
Koaxialleiter an den kreisrunden Hohlleiter 11 anpassen. Die Kegelflächen der Endstücke 29 und
30 Ijestehen aus leitendem Stoff, während das übrige Teil aus einem Stoff besteht, der zur Erzeugung des
richtigen magnetischen Feldes im Ferritteil 12 beiträgt. Demnach können die Endstücke aus einem
ferromagnetischen Stoff bestehen, der an den Kegelteilen mit einer leitfähigen Schicht überzogen ist. Der
ferromagnetische Stoff dient zur Herabsetzung des magnetischen Widerstandes des magnetischen Pfades
der Spule 13. Die Stücke 29 und 30 können statt dessen aus Permanentmagneten bestehen, welche das
magnetische Feld für das Ferritteil 12 liefern und auf deren sich verjüngende Flächen eine leitfähige Schicht
aufgetragen ist.
Die Polarisatoren 14 und 15 müssen nicht notwendigerweise von entgegengesetztem Sinne sein. Sie
Claims (5)
1. Isolatoranordnung mit einem Hohlleiter, einem in diesem angeordneten Teil aus einem
ferromagnetischen Ferritmaterial sowie mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen
Feldes in dem Hohlleiter, bei der das Ferritteil durch das magnetische Feld so magnetisiert werden
kann, daß es für längs des Hohlleiters wandernde, zirkulär polarisierte Wellen in Abhängigkeit
von der Magnetisierung verschiedene Werte der effektiven Permeabilität aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ferritteil den Hohlleiterquerschnitt nur unvollständig ausfüllt und daß die
Magnetisierung so gewählt wird, daß das Ferritteil für längs des Hohlleiters wandernde, in dem
einen Drehsinn zirkulär polarisierte Wellen die Permeabilität Null aufweist, derart, daß die in
dem genannten Sinn zirkulär polarisierten Wellen sich in dem Zwischenraum zwischen dem Teil und
dem Hohlleiter nahezu ungedämpft fortpflanzen, während das Ferritteil derartig ausgebildet bzw.
mit einer Dämpfungsschicht versehen ist, daß in dem anderen Sinne zirkulär polarisierte Wellen
größtenteils im Ferritteil bzw. der Dämpfungsschicht absorbiert werden.
2. Isolatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter einen kreisförmigen
Querschnitt hat und das Ferritteil eine zylindrische, zum Hohlleiter koaxiale Außenfläche
aufweist.
3. Isolatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritteil die Form einer
zylindrischen Hülse hat, innerhalb welcher ein Stab (27) aus dielektrischem Stoff liegt, der von
einer Hülse (28) eines mikrowellendämpfenden Stoffes umgeben ist.
4. Isolatoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
an oder nahe jedem Ende des Hohlleiters jenseits des Endes des Ferritteiles je ein Polarisator (14
bzw. 15) vorgesehen ist, welcher linear polarisierte Wellen in zirkulär polarisierte umwandelt, und
umgekehrt.
5. Isolatoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Ende des kreis-
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