DE1073561B

DE1073561B - Hohlleiterzirkulator

Info

Publication number: DE1073561B
Application number: DENDAT1073561D
Authority: DE
Inventors: Redhill Surrey und Frederick Warren Smith London Philip Edgar Varnham Allin (Großbritannien)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-12-02
Publication date: 1960-01-21
Also published as: GB852751A; FR1208990A; US3015787A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Hohlleiterzirkulatören. Gemäß der Erfindung enthält ein Vierpolhohlleiterzirkulator zwei rechtwinklige Hohlleiter, die miteinander verbunden sind und die in der gleichen Ebene in Flucht miteinander liegen in der Weise, daß sie unter einem rechten Winkel ein Kreuz miteinander bilden, wobei ein Prisma aus ferromagnetischem Ferrit in den Hohlleiter in der Mitte der erwähnten gegenseitigen "Verbindung vorgesehen ist, in der Weise, daß die Achse des Körpers zu der erwähnten Ebene senkrecht ist.

Das Ferritprisma ist vorzugsweise in bezug auf jeden der vier Arme des von den Hohlleitern gebildeten Kreuzes symmetrisch. Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Hofalleiterzirkulators zeigt;

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Hohlleiterzirkulators gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsfoim, wobei die Deckplatte weggenommen ist; ._■-- ■ ...

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, wobei die Deckplatte angebracht dargestellt ist;

Fig. 5 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung eines Hohlleiterzirkulators;

Fig. 6 zeigt eine Ansicht gemäß Fig. 3 einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 7 zeigt eine Ansicht gemäß der nach Fig. 4 eines Teiles einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 8 zeigt eine Ansicht eines Teiles einer anderen Ausführungsform.

Es sei erwähnt, daß ein Hohlleiterzirkulator bekannt ist, der zwei in einem Kreuz angeordnete Hohlleiter mit rechtwinkligem Querschnitt und einen zu diesem Kreuz senkrecht angeordneten Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt enthält, wobei der letztgenannte Hohlleiter ein axial vormagnetisiertes, hochfrequenzmagnetisches Material enthält und dieser Hohlleiter an einer Seite abgeschlossen ist und somit einen Faraday-Rotator bildet, der jedoch nicht mit dem Wellenleiterzirkulator nach der Erfindung zu vergleichen ist.

Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Umriß eines Hohlleiterzirkulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Hohlleiterzirkulator enthält vier kurze Hohlleiterzweige 11, 12, 13 und 14, deren Enden die üblichen »Pole« oder Klemmen des Kreises bilden. Die Hohlleiterzweige sind kreuzweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die Winkel zwischen den Zweigpaaren 90° betragen.

Innerhalb des Hohlleiters in der Mitte der Verbindungsstelle der Zweige ist ein kurzes, zylindrisches

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2, Dezember 1957

und 15. August 1958

Philip Edgar Varnham Allin, Redhill, Surrey,

und Frederick Warren Smith, London (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Stück aus Ferritmaterial 3 "vorgesehen, das durch ein geeignetes Klebemittel mit dem sogenannten »Boden« des Höhlraums des Hohlleiterzirkulators verbunden ist. Unmittelbar über dem Ferritmaterial 3 ist einc-Kupferschraube 25 angebfacht, die sich durch eine Öffnung mit Schraubengewinde in dem »Dach« des Hohlleiters erstreckt, so daß es in und aus dem Innern dieses Zirkulators eingestellt werden kann; diese Kupferschräübe dient zur Einstellung der Eingangsadmittanz des Wellenleiterzirkulators. Nach den Fig. 2, 3, 4, die eine praktische Ausführungsform eines Hohlleiters darstellen, hat der Hauptkörper 1 Kanäle 11, 1-2, 13 und 14 angemessener Größe, die kurze Höhlleiter bilden. Die Deckplatte 2 ist an dem Hauptkörper 1 mittels nicht dargestellter Bolzen befestigt, die in Gewindelöchern 15 des Hauptkörpers liegen. Weitere konische Höhlungen oder Gewindelöcher 16 sind längs der vier Außenränder des Körpers 1 und der Deckplatte vorgesehen zur Befestigung von Endflanschen von Hohlleiterabschnitten. Es" ist ersichtlich, daß, wenn die Hohlleiterabschnitte mit dem" Kreis verbunden werden, die Kanäle 11, 12, 13 und 14 Verlängerungen der Innenflächen der Hohlleiter bilden. In der Mitte des Hohlleiterkreises ist auf der unteren. Innenfläche des Häuptkörpers ein zylindrisches Stück Ferritmaterial 3 befestigt, das mittels eines geeigneten Klebemittels mit dem Körper' verbunden ist. In der Mitte der Deckplatte 2 ist ein Gewindeloch 24 gemäß Fig. 4 vorgesehen; in der eine Schraube aus Kupfer 25 angebracht ist, die nach dem Ferrit-

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material 3 und von diesem ab eingestellt und mittels deren die Eingangsadmittanz des Kreises geändert werden kann.

Im Betrieb wird ein Magnetfeld in einer zur Schraube 25 und dem Ferritmaterial 3 axialen Riehtung an den Zirkulator angelegt, wie dies durch den Pfeil H in Fig. 2 angegeben ist. Wenn die Feldstärke H den Maximalwert erreicht, ist die Einrichtung als ein Hohlleiterzirkulator wirksam. Die richtige Anpassung der Impedanz wird durch Einstellung der Kupferschraube 25 bewerkstelligt.

In Fig. 5 bezeichnen a, b, c und d die Eingänge der Hohlleiter 11, 12, 13 und 14. Eine Welle, die am Eingang α eintritt, erzeugt in bekannter Weise zwei gleich große Gleichtaktwellen in den Hohlleitern 12 und 14. Die magnetische Komponente der Eingangswelle erzeugt überdies in dem axial vormagnetisierten, hochfrequenzmagnetischen Material ein magnetisches Feld mit einer Komponente senkrecht zum erzeugenden Feld. Durch diesen Komponenten werden in den Hohlleitern 12 und 14 zwei gleich große Gegentaktwellen erzeugt. Abhängig von der Abstimmung des Hohlraums und der Richtung und Stärke des axialen Magnetfeldes H heben sich die zwei Wellen in dem Hohlleiter 12 auf und unterstützen einander im Hohlleiter 14. Die ganze Leistung an der Klemme α wird an der Klemme d heraustreten, wobei praktisch kein Signal an den Klemmen fr und c auftreten wird.

Es wird dabei selbstverständlich angenommen, daß jeder der Hohlleiter, die mit den Klemmen a, b, c und d verbunden sind, entsprechend einem Wellenwiderstand abgeschlossen ist.

Zwei Ausführungsbeispiele von Hohlleiterzirkulatoren gemäß den Fig. 2, 3 und 4 werden weiter unten beschrieben.

Beispiel I

Der Kreis war im Innern für Anwendung eines Normalhohlleiters mit Innenabmessungen von 22,9 und 10,2 mm bemessen. Das Ferritmaterial 3 war ein Magnesium-Mangan-Ferrit, das käuflich unter dem Namen MS. 8504 erhältlich ist; das Stück hatte die Abmessungen: 6,35 mm Durchmesser und 7,6 mm Länge. Die Kupferschraube 25 wurde in den Kreis eingeschraubt, bis sie die Endfläche des Ferritkörpers 3 erreichte. Es wurde ein Außenfeld von 250 Oersted angelegt. Bei einer Frequenz von etwa 9000 MHz war die an der Klemme d (Fig. 5) heraustretende Leistung neun Zehntel der an die Klemme a angelegten Leistung

Beispiel II

Bei einem Hohlleiterzirkulator der gleichen Abmessungen wie die des Beispiels I hatte das Stück Ferritmaterial 3 einen Durchmesser von 8,89 mm und eine Länge von 5,1 mm. Die Kupferschraube 25 wurde wieder so eingestellt, daß sie die Endfläche des Ferritkörpers 3 berührte, und das angelegte Feld betrug 350 Oersted.

Die Hohlleiterzirkulatoren brauchen nicht einen rechtwinkligen Außenquerschnitt zu haben; Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Außenform des Kreises nahezu kreisförmig ist. Die Außenfläche der Vorrichtung ist mit flachen Teilen 4 versehen, so· daß Hohlleiter bequem an dem Kreis befestigt werden können.

Unter bestimmten Verhältnissen kann es erwünscht sein, den verhältnismäßig groß bemessenen Magnet zur Erzeugung des Außenfeldes wegzulassen; dies kann dadurch erzielt werden, daß statt der Kupferschraube 25 eine Schraube gleicher Gestalt aus einem dauermagnetischen Material verwendet wird. Das dauermagnetische Material kann z. B. eine hauptsächlich aus Eisen, Kobalt, Nickel und Aluminium bestehende Legierung oder es kann ein Dauermagnet aus Ferrit sein. Es ist vorzuziehen, die magnetische Schraube zu überziehen, um ihre Hochfrequenzverluste zu verringern, die Schraube kann z. B. mit Kupfer oder Silber überzogen werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei Ausführungsformen, bei denen solche Magnetschrauben verwendet werden. Nach Fig. 7, die teilweise einen Schnitt gemäß dem nach Fig. 4 zeigt, ist eine Schraube 27 aus Weicheisen in einem Gewindeloch 28 einstellbar, die in dem Hauptkörper unmittelbar unterhalb des Ferritmaterials 3 vorgesehen ist. Das angelegte Magnetfeld wird durch eine mit Silber überzogene Magnetschraube 26 erzeugt, die ähnlich wie die Kupferschraube 25, nach den Fig. 2 und 4 zur Einstellung der Eingangsadmittanz der Einrichtung dient; durch Einstellung der Schraube 27 in dem Gewindeloch 28 kann die Stärke des das Ferrit durchlaufenden Feldes eingestellt werden.

Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich der nach Fig. 7, sofern sie auch mit einer Magnetschraube 26 versehen ist. Die in dem Ferrit vorherrschende Feldstärke ist bei dieser Ausführungsform mittels eines mit Schraubengewinde versehenen, rohrförmigen Glieds 29 aus Weicheisen einstellbar, das in eine oder aus einer konischen, ringförmigen Aussparung 39 geschraubt werden kann. Andere, weniger wichtige Abänderungen der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen sind möglich; das kurze, rohrförmige Glied 29 aus Weicheisen nach Fig. 8 kann gewünschtenfalls in der Deckplatte2 untergebracht werden, wobei es die Schraube 26 umgibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Hohlleiterzirkulator, gekennzeichnet durch zwei rechtwinklige Hohlleiter, die eine Verbindungsstelle haben und die in der gleichen Ebene unter einem rechten Winkel miteinander in Flucht liegen, derart, daß sie ein Kreuz bilden, und mit einem Prisma aus ferromagnetischem Ferritmaterial im Innern der Hohlleiter in der Mitte der erwähnten Verbindungsstelle, wobei die Achse des Prismas zu der erwähnten Ebene senkrecht steht.

2. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkörper eine zu jedem der vier Zweige des durch die Hohlleiter gebildeten Kreuzes symmetrische Gestalt hat.

3. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkörper zylindrisch ist.

4. Hohlleiterzirkulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritprisma mit einer der zwei parallelen Grenzflächen in der Mitte des Kreises verbunden ist, welche Grenzflächen zur Ebene der Einrichtung parallel verlaufen, und daß die axiale Länge des Prismas geringer ist als der Abstand zwischen den Innenflächen der zwei erwähnten Grenzflächen.

5. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbares prismatisches Glied in der anderen Grenzfläche in zum Ferritprisma axialer Richtung vorgesehen ist.

6. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des prisma-

tischen Glieds in axialer Richtung zum Ferritprisma einstellbar ist.

7. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das prismatische Glied einen Kupferzylinder aufweist.

8. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das prismatische Glied einen Dauermagnet enthält.

9. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das prismatische Glied aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht.

10. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das prismatische Glied aus Ferritmaterial besteht.

11. Hohlleiterzirkulator nach einem der An-Sprüche 8, 9 und 10 mit Mitteln zur Einstellung des Magnetfeldes in dem Ferritprisma, welches Feld von dem erwähnten Dauermagnet erzeugt wird.

12. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einstellung des Magnetfeldes ein zylindrisches Weicheisenglied enthalten, das in ein Gewindeloch in einer der zwei parallelen Grenzflächen der Einrichtung eingeschraubt wird.

13. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Weicheisenglied massiv ist.

14. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Weicheisenglied einen kleineren Durchmesser hat als das prismatische Glied.

15. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Weicheisenglied einen ringförmigen Querschnitt hat und in ein ringförmiges Gewindeloch in der Grenzfläche eingeschraubt werden kann.

16. Hohlleiterzirkulator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Weicheisenglied einen größeren Durchmesser hat als das prismatische Glied.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques«, Oktober 1956, S. 223 bis 227.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen