DE1069233B

DE1069233B -

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Publication number: DE1069233B
Application number: DENDAT1069233D
Authority: DE
Priority date: 1955-12-08
Publication date: 1959-11-19
Also published as: FR1169581A; GB836440A

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.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufmgerstr. 8

Beanspruciite Priorität:
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

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. 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 E_lA und E ₁B der linear PolarisiertenE₁-Welle (Fig. 3 c) erklären. Die Komponente E_lA 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 E_1A wandert schneller als die Komponente E_1B und verläßt den Polarisator eine Viertelwellenlänge vor der Komponente E_1B. Die Komponenten E_1A 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 Hohlleiterll_j 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 ⁼ (ftpfff_eff)^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 ε_βί{ 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.

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 μ_β{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

können von gleichem Sinne sein,: und demgemäß können ihre entsprechenden flachen Oberflächen in denselben Ebenen liegen. In diesem Falle ist es nötig, daß der Rechteckhohlleiter 19 um 90° um seine Achse gegenüber dem Rechteckhohlleiter 17 verdreht ist. Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 6 pflanzt sich die einfallende Welle vom Sender zur Antenne durch einen Rechteckhohlleiter 41 fort. Wenn die Welle sich in der Tii10-Form fortpflanzt, tritt eine Zirkularpolarisation der Welle um eine Achse parallel zu den kurzen Seiten an Punkten längs einer Ebene auf, die parallel zu der kurzen Seite des Hohlleiters liegt. Der Abstand der Zirkularpolarisationsebene von der schmalen Wand hängt von der Wellenfrequenz ab und kann etwa ein Viertel der Weite des Hohlleiters betragen. Längs dieser Ebene sind mehrere Stäbe 42, 43 und 44 angeordnet, die, wie oben beschrieben, aus dem zur Verwendung in dem Teil 12 (Fig. 2) bestimmten Ferriten bestehen. Die Achsen der Stäbe 42 bis 44 liegen parallel zur Polarisationsachse. Ein statisches magnetisches Feld wird auf diese Ferritteile senkrecht zu der breiten Wandung des Hohlleiters ausgeübt, damit die Ferritteile gegenüber den einfallenden Wellen die Permeabilität Null haben, diesen gegenüber als leitende Stäbe wirken und diese Wellen nicht dämpfen. Für die reflektierten Wellen dagegen, die im anderen Sinne zirkulär polarisiert sind, haben die Stäbe ein Produkt μβΗε„{£, das wesentlich größer als das des Vakuums ist, so daß sich die Wellen durch die Stäbe fortpflanzen. Wie oben bei dem Ferritteil 12 beschrieben, bestehen die Ferritstäbe 42, 43 und 44 aus einem verlustbehaftetem Material oder enthalten dieses. Daher werden die reflektierten Wellen in den Teilen absorbiert, so daß eine nicht umkehrbare Dämpfung erzielt wird. Bei einer nach Fig. 7 abgewandelten Ausführungsform sind ähnliche Ferritstäbe 47, 48 und 49 längs der Ebene der Zirkularpolarisation für eine TjB10-WeIle angeordnet, welche sich in einem Rechteckhohlleiter 46 fortpflanzt. Eine verlustbehaftete Flüssigkeit fließt durch die hohlen Innenräume der Ferritstäbe 47, 48 und 49 aus einer Eingangssammelleitung 50 in eine Ausgangssammelleitung 51, wie die Pfeile 52 zeigen. Die sich in den Stäben fortpflanzenden reflektierten Wellen werden in der Flüssigkeit absorbiert, die gleichzeitig als Kühlmittel dient, so daß Wellen von erheblicher Energie ohne Überhitzung der Ferritstäbe gedämpft werden können. Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 8 ist ein Ferritstab 54 der obenerwähnten Art innerhalb eines Rechteckhohlleiters 53 so angebracht, daß seine Achse parallel zur Achse des Hohlleiters und in der Ebene der Zirkularpolarisation liegt, und ist einem magnetischen Feld, das parallel zu den kurzen Seiten verläuft, unterworfen. Der Stab 54 ist einer breiten Seite des Hohlleiters benachbart, damit die in ihm infolge der absorbierten reflektierten Welle verteilte Wärme leicht fortgeleitet werden kann. Ein Kühlmittel, z. B. Luft, kann längs der Hohlleiterfläche strömen und Wärme von der Anordnung fortführen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 hat ein Stege aufweisender Rechteckhohlleiter 56 eine nahe bei den Stegen liegende Zirkularpolarisationsebene für die vorherrschende Wellenform. Zwei Ferritstäbe 57, 58 der vorher beschriebenen Art sind an den Stegen angeordnet und liegen mit ihren Achsen parallel zur Hohlleiterachse. Deckplatten 59 und 60, welche die Stege abdecken, bilden geschlossene Kanäle, in welche, wie bei 61 angedeutet, Kühlmittel gepumpt werden kann, damit die Wärme von den Ferritstäben weggeführt wird. Figr 10 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Rechteckhohlleiter 64 eine Platte 65 aus ferromägnetischem Ferrit enthält, die sich längs eines erheblichen Stückes des Hohlleiters erstreckt und zwischen den beiden langen Seiten des Hohlleiters zwischen der Mitte und der einen Seitenwand verläuft. Wiederum ist das magnetische Feld senkrecht zu den langen Seiten des Hohlleiters gerichtet. Die Arbeitsweise ähnelt der der Ausführungsform nach Fig. 6. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 2 darstellt. Die Polarisatoren 14 und 15 unterscheiden sich jedoch von den in Fig. 2 dargestellten, wie oben beschrieben. Der stabförmige Ferritteil ist ebenfalls etwas anders mit Hilfe einer Hülse 67 aus dielektrischem Stoff (vorzugsweise Polystyrolschaum) gelagert. Polystyrol-Anpaßstücke 68 sind an beiden Enden des Ferritteils angebracht und verringern oder verhindern Wellenreflexionen an dem Ferritkörper. Patentansprüche:

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-