DE1081087B - Nichtreziproke UEbertragungseinrichtung mit einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf nichtreziproke Übertragungseinrichtungen für Hohlleitersysteme, und zwar für einen Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt, der mit Abstand von einer Schmalseite des Hohlleiters ein sich in Längsrichtung erstreckendes gyromagnetisches Element enthält, dessen gegenüberliegende Längsflächen im wesentlichen parallel und rechteckig sind und auf dessen einer Schmalseite eine Widerstandsschicht angebracht ist und welcher als Isolator nach dem Prinzip der Feldverdrängung arbeiten soll.

Ein Isolator ist definiert als eine Einrichtung, die zur Isolation einer elektromagnetischen Einrichtung von anderen Teilen eines mit elektromagnetischen Wellen arbeitenden Systems in dem Sinne verwendet werden kann, daß die Wellen in Richtung von der Einrichtung durch den Isolator, also in Durchlaßrichtung, ungehindert übertragen werden, während von außerhalb kommende und in entgegengesetzter Richtung, also in Sperrichtung, laufende Wellen durch den Isolator in dem Maße gedämpft werden, daß eine schädliche Einwirkung des Systems auf die zu isolierende Einrichtung vermieden wird.

Ein Isolator nach dem Feldverdrängungsprinzip beruht auf nicht umkehrbaren Verhältnissen, durch welche die Feldverteilung in einem Hohlleiter derart beeinflußt oder das Feld so verdrängt wird, daß die Feldverteilung je nach der Fortpflanzungsrichtung der Wellen durch den Isolator wesentlich verschieden ist.

Es ist eine Hohlleiteranordnung bekanntgeworden, die als Isolator wirkt und bei der mit Hilfe eines auf einem Ferritplättchen angebrachten Flächenwiderstandes eine Feldverschiebung erreicht wird. Mit Hilfe dieses bekannten Isolators läßt sich in Durchlaßrichtung eine Durchlaßdämpfung erreichen, die in der Mitte des Frequenzbereiches etwa 0,3 db beträgt und nach beiden Seiten des Frequenzbereiches '/.M allmählich auf höhere Werte ansteigt. Die mit diesem Isolator erzielte Sperrdämpfung verläuft im gleichen Bereich vom oberen Ende des Frequenzbereiches aus von einem Wert von etwa 3 db über einen Maximalwert in der Mitte des Frequenzbereiches von etwa 24 db auf einen Endwert am oberen Ende des Frequenzbereiches von etwa 15 db.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen nach dem Prinzip der Feldverdrängung arbeitenden Isolator zu schaffen, bei dem sowohl die Dämpfung in Durchlaßrichtung als auch die Dämpfung in Sperrichtung innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches im wesentlichen konstant ist und bei dem die Dämpfung im Durchlaßbereich wesentlich geringer ist, als sich dies mit bisher bekannten Anordnungen erzielen ließ.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Einrichtung der einleitend genannten Nichtreziproke übertragungseinrichtung

mit einem Hohlleiter mit rechteckigem

Querschnitt

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen i, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. April 1955

Howard Boyet, New York, N. Y.,

Frank Joseph Sansalone, Summit, N. J.,

und Samuel Weisbaum, Morristown, N. J. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das gyromagnetische Element nahe bei einer Schmalseite des Hohlleiters angeordnet ist und die Widerstandsbeschichtung aus einem in der Mitte der Längsfläche angeordneten Längsstreifenteil und aus Teilen besteht, die die Bereiche in zwei gegenüberliegende Ecken der Rechteckfläche einnehmen.

Das hier verwendete Element aus gyromagnetischem Material, beispielsweise Ferrit, weist zwei parallele ebene Flächen auf, die eine Schichtdicke zwischen sich begrenzen, deren Größe ziemlich kritisch im Verhältnis zur Wellenlänge im freien Raum einer gegebenen zu übertragenden Welle ist. Dieses Element wird innerhalb eines Hohlleiters von rechteckigem Querschnitt angeordnet, und zwar mit paralleler Lage

dieser Flächen zu den schmäleren Seitenwänden in einem kleinen Abstand von diesen, wobei die Feldverteilung der Wellen in einer Fortpflanzungsrichtung' derart ist, daß der Betrag der elektrischen Feldkomponenten an einer Fläche des gyromagnetischen EIementes im wesentlichen gleich Null ist.

Um durch die Anwesenheit des gyromagnetischen Materials hervorgerufene Reflexionen herabzusetzen, soll dieses vorzugsweise nicht den ganzen Zwischenraum zwischen den längeren Seiten des rechteckigen

0O9 508/296

T 081

Wellenleiters ausfüllen, d. h., es besitzt eine geringere Höhe als die Schmalseiten des Hohlleiters. Die Intensität der rückkehrenden reflektierenden Welle wird hierdurch im Vergleich zu der dem Isolator zugeführten Welle klein gehalten.

Widerstandsmaterial zur Erzeugung der Dämpfung in der Sperrichtung wird auf die Fläche in der Nullfeldzone aufgebracht, wodurch erreicht wird, daß keine wesentliche Dämpfung für in Durchlaßrichtung fortschreitende Wellen auftritt. Das gyromagnetische Material wirkt verschieden auf die in den beiden Richtungen fortschreitenden Wellen ein, derart, daß eine hohe Intensität der elektrischen Feldkomponente an der Stelle des Widerstandsmaterials für in der Sperrichtung fortschreitende Wellen erzielt wird.

Wenn δ die Dicke des gyromagnetischen Elementes zwischen den parallelen Flächen, γ der Abstand zwischen einer Fläche und der benachbarten Seitenwand eines rechteckigen Hohlleiters mit der längeren Seitenwandabmessung L und t die Dicke des Widerstandsmaterials (das als Blatt bzw. Blech oder Film auf die zweite Fläche des gyromagnetischen Materials aufgebracht ist) und A₀ die Wellenlänge im freien Raum in der Mitte eines gewünschten Frequenzbandes ist, so wird der beste Abstand γ aus der Formel

" ' 2- 9,55

gefunden für eine Dicke der Widerstandsschicht aus kohlebeschichtetem Polyäthylen in dem Bereich von 0,076 bis 0,229 mm und einer Frequenz von 6175 MHz in der Mitte des Frequenzbandes. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen eine Beziehung von δ +-^-gleich einer Konstante für δ im Bereich von 4,45 bis 5,08 mm einzuhalten ist. Im allgemeinen ändert sich der Divisor von X₀ gegenüber 9,55, wenn als Widerstandsschicht ein aufgespritzter Film an Stelle eines aufgebrachten Blattes oder Bleches verwendet wird.

Zur Erzielung der Breitbandigkeit muß das Wider-Standsmaterial in bestimmter Gestalt angebracht werden. Es wurde nun gefunden, daß es bestimmte Teile der Fläche gibt, wo größte Absorption in dem Widerstandsmaterial an der unteren Frequenzgrenze eines breiten Frequenzbandes auftritt, und andere Teile, wo die größte Absorption an der oberen Frequenzgrenze des Bandes erzielt wird. Für die niedrigeren Frequenzen ist der Bereich größter Absorption ein in der Mitte der Längsfläche angeordneter Längsstreifen von vorzugsweise der halben Länge der längeren Seite der rechteckigen Fläche. Für die höheren Frequenzen gibt es zwei Bereiche maximaler Absorption in diagonal gegenüberliegenden Ecken der rechteckigen Fläche. Alle diese Bereiche können ausreichend in üblicher Form mit Hilfe eines zentral angeordneten Längs-Streifens aus Widerstandsmaterial bedeckt werden und mit einem diagonal angeordneten Streifen etwa gleich der Länge der Diagonalen der rechteckigen Fläche. Es wurde gefunden, daß es nicht wesentlich ist, welche der beiden möglichen Diagonalstellungen der letztere Streifen einnimmt.

Durch die Erfindung soll der Vorteil eines großen Verhältnisses der Sperrdämpfung zur Durchlaßdämpfung über ein relativ breites Frequenzband erzielt werden, insbesondere eine große Sperrdämpfung verbunden mit einer kleinen Durchlaßdämpfung.

Weiterhin wird erreicht, daß über das gesamte Frequenzband nur wenig Reflexionen am gyromagnetischen Element auftreten, die Rücklaufdämpfung also groß ist. "

Gemäß der hier verwendeten und allgemein üblichen Bezeichnung bedeutet Sperrdämpfung die Dämpfung, der eine durch die Einrichtung in. der Richtung höherer Dämpfung fortschreitende Welle unterworfen ist. Durchlaßdämpfung ist die Dämpfung einer Welle in Richtung geringerer Dämpfung. Rücklaufdämpfung ist das Verhältnis zwischen der Amplitude einer Welle, die der Einrichtung in jeder Richtung aufgeprägt wird, und der Amplitude der resultierenden reflektierenden Welle, die durch die Einrichtung in der Richtung zurückgeworfen wird, aus welcher die ursprüngliche Welle zugeführt wurde. Diese Dämpfungswerte können in allgemein bekannter Weise in Dezibel ausgedrückt werden.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter und betriebener Isolator erzielte eine konstante Sperrdämpfung von wenigstens 30 db über ein Frequenzband von 5925 bis 6425 MHz sowie eine maximale Durchlaßdämpfung von annähernd 0,2 db und eine minimale Rücklauf dämpfung von 30 db. In einigen praktischen Anwendungsfällen wird die Anforderung an einen Isolator als Verhältnis der Anzahl der Dezibel Sperrdämpfung zur Anzahl der Dezibel Durchlaßdämpfung ausgedrückt, gewöhnlich wird auch die maximale Durchlaßdämpfung oder die minimale Sperrdämpfung aufgeführt. Die Bedingung für ein Verhältnis von wenigstens 100 : 1 der Sperrdämpfung zur Durchlaßdämpfung wurde durch den obenerwähnten Isolator erfüllt, der für die Verwendung in einem drahtlosen Relaissystem ausgelegt war.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform nach der Erfindung, bei der die einzelnen Teile teilweise auseinandergenommen und zum Teil abgebrochen dargestellt sind,

Fig. 2 einen Querschnitt in einer Ebene, die durch die Linie 2-2 in Fig. 1 angedeutet ist,

Fig. 3 eine Diagrammdarstellung der elektrischen Feldstärke über einen Querschnitt ähnlich demjenigen in Fig. 2,

Fig. 4 eine Diagrammdarstellung, die verschiedene Bereiche der Oberfläche eines Ferritelementes zeigt, die sich durch verschiedene Werte der elektrischen Feldstärke als Funktion der Frequenz auszeichnen,

Fig. 5 eine Diagrammdarstellung der Gestalt von Widerstandsschichten auf einer Ferritoberfläche,

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Werte der Sperrdämpfung und der Rücklaufdämpfung, gemessen über einen ausgedehnten Frequenzbereich in einer Einrichtung ähnlich derjenigen in Fig. 1,

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Werte der Durchlaßdämpfung, gemessen über den gleichen Frequenzbereich und in der gleichen Einrichtung wie bei der Kurve in Fig. 6,

Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung einer Ausfühlungsform mit zwei Elementen, die in ähnlicher Form dargestellt ist wie die Ausführungsform mit einem Element in Fig. 2,

Fig. 9 eine Diagrammdarstellung für den Fall der zwei Elemente entsprechend dem Diagramm der Fig. 3 für den Fall eines einzigen Elementes und

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Meßsystems, bei dem Isolatoren als Schalter verwendet werden.

In Fig. 1 ist die Außenansicht einer Einrichtung nach der Erfindung gezeigt, die aus einem Abschnitt eines Hohlleiters 10 von rechteckigem Querschnitt mit Endflanschen besteht, die für die Verbindung des Hohlleiters 10 mit einem Hohlleitersystem passend ausgebildet sind. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Flansch 11 gezeigt. Ein Permanentmagnet

13 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt von mit derjenigen des Hohlleiters 10 vergleichbarer Länge umgibt einen Teil des Hohlleiters und wird durch Klammern, beispielsweise die Klammer 14, in seiner Lage gehalten.. S

Zusätzlich ist ein Haltekörper 15 aus schaumförmigem Polystyrol gezeigt und ein Ferritelement 16 mit daran haftend aufgebrachten Widerstandsschichten 17 und 18 (Fig. 5) auf einer Fläche desselben. Der Magnet 13 ist mit Polstreifen 19 und. 20 versehen. io: Der Haltekörper 15 enthält eine Nut 21 (Fig. 2), die genau in solcher Lage angebracht ist, daß das Ferritelement 16 in einer bevorzugten Stellung innerhalb des Hohlleiters 10 gehalten wird. Genaues Einpassen des Elementes 16 in die Nut 21 vermeidet besondere Mittel zum Abdecken oder Abstandhalten zwischen dem Element 16 und der angrenzenden Seitenwand des Hohlleiters 10. Der Magnet 16 ist so angeordnet, daß er einen geeigneten Polarisationsfluß im Element 16 hervorruft. Das Element 16 ist bei der dargestellten Ausführungsform so eingefügt, daß die mit Widerstandsschichten versehene Fläche gegen die Innenfläche der Nut 21 zeigt.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Einrichtung nach Fig. 1. Die längere Innenabmessung des rechteckigen Querschnittes des Hohlleiters 10 ist mit L und die kleinere Innenabmessung mit 5" bezeichnet. Die Dicke des Elementes 16 ist im Querschnitt mit δ und dessen Abstand von der nächsten Seitenwand des Hohlleiters mit γ bezeichnet. Die Dicke der Widerstandsschicht auf der Fläche des Elementes 16 ist mit t bezeichnet.

Die Anwesenheit des Ferritelementes beeinflußt die Feldverteilung der durch den Hohlleiter übertragenen elektromagnetischen Wellen, und zwar hat diese Beeinflussung verschiedene Feldverteilungen für die beiden entgegengesetzten Richtungen der Wellenfortpflanzung zur Folge. Dem Ferritelement wird eine solche Dicke gegeben und dieses in solchem Abstand von der Wandung des Hohlleiters angeordnet, daß für die eine Fortpflanzungsrichtung der Welle eine Feldverteilung mit allzeitig verhältnismäßig geringem Wert der elektrischen Komponente der Feldstärke in einer Ebene parallel zur Längsachse des Hohlleiters 10, die in der mit Widerstandsschichten versehenen Fläche des Elementes 16 liegt, erzielt wird. Für die entgegengesetzte Fortpflanzungsrichtung der Wellen soll die elektrische Komponente der Feldstärke in dieser Ebene einen verhältnismäßig hohen Wert besitzen, was insbesondere besonders günstig erreicht wird, wenn die Dicke des Ferrits und der Abstand sowie die Dicke der Widerstandsschichten mit der Wellenlänge im freien Raum nach folgender Formel zueinander in Beziehung gesetzt sind:

y_
2

2t =

55

9,55

Um Reflexionen der Wellen und Wirbelströme auf Grund einer Störung der sonst gleichförmigen Impedanz des Hohlleiters zu verkleinern, die durch die An-Wesenheit des Ferritelementes hervorgerufen werden, wird die Höhe h des Ferrits vorzugsweise etwas kleiner gewählt als die Höhe 6¹ des Wellenleiters.

Die Widerstandsanpassung zwischen einem Luftbereich und einem Luft-Ferrit-Luft-Bereich ist im allgemeinen besser, wenn wie in Fig. 2 oberhalb und unterhalb des Elementes 16 ein Abstand vorgesehen ist, als zwischen einem Luftbereich und einem reinen Ferritbereich, wenn das Element von der Decke bis zum Boden des Hohlleiters reicht.

In Fig. 3 zeigt die ausgezogene Linie 60 für ein Ferritelement voller Hohe 5 die angenäherte Änderung der elektrischen Komponente der Feldstärke über die Breite des Hohlleiters in Anwesenheit des Ferritelementes für die Fortpflanzungsrichtung, bei der sich die geringste Dämpfung ergibt. Ein Ferritelement voller Höhe ist dargestellt, weil Berechnungen der Feldverteilung für diesen Fall zur Verfügung standen. Theoretisch wird bei NichtVorhandensein einer elektrischen Komponente der Feldstärke keine Energie in den Widerstandsschichten absorbiert. Praktisch geht die Feldstärke sowohl bei voller als auch bei geringerer Höhe des Ferritelementes nicht vollständig auf Null zurück, und man beobachtet in jedem Falle eine geringe Absorption. Die gestrichelte Linie 61 zeigt die angenäherte Änderung der elektrischen Komponente der Feldstärke für die umgekehrte Fortpflanzungsrichtung. Da in diesem Falle eine elektrische Komponente beträchtlicher Stärke in der Ferritoberfläche vorhanden ist, absorbieren die Widerstandsschichten einen hohen Betrag der Wellenenergie und verursachen hierdurch eine beträchtliche Dämpfung der Welle, d. h. eine große Sperrdämpfung.

Die Empfindlichkeit der Einrichtung in bezug auf die Dicke und Anordnung des Ferritelementes beeinflußt das minimale Verhältnis, welches zwischen Sperrdämpfung und Durchlaß dämpfung bei einer bestimmten Frequenz gefunden werden kann.

Um die Wirksamkeit der Einrichtung über ein relativ breites Frequenzband zu ermöglichen, muß man die Widerstandsschichten in bestimmter Formgebung anordnen.

Es wurde gefunden, daß verschiedene Teile der die Widerstandsschichten bildenden Fläche die Absorption oberhalb oder unterhalb der Frequenz bester Betriebsbedingungen unterschiedlich beeinflussen.

Fig. 4 zeigt die Fläche des Ferritelementes 16 unterteilt in drei Bereichsarten A, B und C. Bei einem für ein Frequenzband von 5925 bis 6425 MHz bestimmten Hohlleiter wurden folgende charakteristische Eigenschaften dieser Bereiche ermittelt.

Der Bereich .λ hat keine Wirkung auf die Durchlaßdämpfung, gibt jedoch maximale Absorption, d. h. hohe Sperrdämpfung, bei 5925 MHz und kleine oder keine Wirkung weder auf die Durchlaßdämpfung noch auf die Sperrdämpfung bei 6425 MHz.

Der Bereich B hat kleinen oder keinen Einfluß weder auf die Durchlaßdämpfung noch auf die Sperrdämpfung bei der unteren Frequenz, ergibt jedoch maximale Absorption bei der höheren Frequenz mit keinem wesentlichen Einfluß auf die Durchlaßdämpfung.

Der Bereich C hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Durchlaßdämpfung und erzeugt eine leichte Erhöhung der Sperrdämpfung bei der unteren Frequenz, erhöht jedoch die Durchlaßdämpfung beträchtlich bei der höheren Frequenz.

Demzufolge ist es vorteilhaft, die Widerstandsschicht im Bereich C wegzulassen. Die Anbringung einer Widerstandsschicht sowohl im Bereich A als auch im Bereich B ist offensichtlich günstig für breitbandigen Betrieb. Deshalb werden die Schichten vorzugsweise im wesentlichen in den Bereichen A und B vorgesehen. Es wurde außerdem gefunden, daß es vorteilhaft ist, den Widerstand im Bereich ^4 weniger wirksam zu wählen als im Bereich B. Diese Erfordernisse werden zweckmäßig durch Aufbringen zweier überlappender Schichten erfüllt.

Die Änderungen in der Feldstärke in Vertikalrichtung in Fig. 2, die zu den verschiedenen in Fig. 4 ge-

7 8

zeigten Bereichen Anlaß geben, sind besonders groß, begrenzen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5

wenn das Ferritelement nicht von der Decke zum werden zwei Masken verwendet, und zwar eine für

Boden des Wellenleiters reicht. Demzufolge ändern den Längsstreifen und eine für den Diagonalstreifen,

sich die elektrischen Verhältnisse etwas beim Über- Es ist beispielsweise eine Spritzschicht geeignet mit

gang vom Luftbereich in den Ferritbereich entlang 5 einem spezifischen Widerstand von 96 Ohm pro

der Vertikalrichtung. Im Gegensatz hierzu neigen in Quadratzentimeter, wobei sich bei Überlappung zweier

dem Falle, in. dem das Ferritelement von der Decke Schichten im Überlappungsbereich ein spezifischer

bis zum Boden des Wellenleiters geht, die elektrischen Widerstand von 72 Ohm pro Quadratzentimeter er-

und magnetischen Verhältnisse mehr zur Gleichförmig- gibt.

keit in Vertikalrichtung. io Bei der vorher erläuterten vorteilhaften Ausfüh-Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Anordnungsweise rungsform betrugen die Innenabmessungen des Hohlüberlappender Schichten. Eine Schicht 17 besteht aus leiters:
einem in der Mitte angeordneten Längsstreifen von L = 40,586 mm,

im wesentlichen halber Länge des Elementes 16. Die _{c on ΛΛη} „,„

ι r* t · ι *ο i_ j ι j · j· ι ■-> —ZU,14Z mm.
andere Schicht 18 besteht aus einem diagonal ange- 15

ordneten Streifen, der im wesentlichen gleich lang ist Der optimale Abstand γ des Ferrits von der Seiten-

wie die Diagonale der Rechteckflächen des EIe- wand wurde mit 1,905 mm für ein Ferritelement von

mentes 16. einer Dicke δ gleich 4,572 mm gefunden. Die Höhe

Fig. 6 zeigt die Änderung der Sperrdämpfung und des Ferritelementes betrug 13,97 mm und die Länge der Rücklaufdämpfung und Fig. 7 die Änderung der 20 12,70 cm. Als Widerstandsschichten dienten aufge-Durchlaßdämpfung, jeweils in Dezibel über ein Fre- spritzte Streifen von je 3,175 mm Breite, und zwar quenzband von 5925 bis 6425 MHz für die oben er- der Längsstreifen 6,986 cm und der Diagonalstreifen läuterte Ausführungsform, die gemäß Fig. 1 und 5 11,43 cm lang. Die berechnete Dicke der Widerstandsgebaut wurde und zufriedenstellend arbeitet. Die schicht betrug 0,038 mm. Die metallischen Bestand-Durchlaßdämpfung beträgt 0,15 db über den Bereich 25 teile des Ferritelementes waren Mg_Oi9 Mn_Oil Fe_1<2, und von 5925 bis 6300 MHz und steigt auf ein Maximum die Sättigungsmagnetisierung 4 mM_s betrug' etwa von 0,22 db bei 6425 MHz an. Die Sperrdämpfung 1700 Gauß. Das angewendete äußereMagnetisierungsverläuft im wesentlichen gleichförmig bei 30 db über f_eld betrug etwa 685 Gauß.

das gesamte Band. Die Rücklaufdämpfung beträgt Fig. 8 zeigt die Anwendung des Erfmdungsge-

wenigstens 32,5 db über das gleiche Band. 30 dankens auf einen Doppelstreifenisolator, bei dem auf

Der Wert der Sättigungsmagnetisierung des ge- beiden Seiten von der Mitte des Hohlleiters ein Ferritwählten Ferrits ist für beste Arbeitsweise, d. h. maxi- streifen verwendet ist. In der Figur sind die Ferritmales Dämpfungsverhältnis, von Bedeutung. In der elemente 30 und 31, beide mit einer Dicke δ, in einem Literatur wird die Sättigungsmagnetisierung gewöhn- Abstand γ von den Schmalseiten des Wellenleiters belich durch AnM₅ angegeben. Im Frequenzband von 35 festigt. Da die Drehung des magnetischen Vektors 5925 bis 6425 MHz wurde ein Wert von 4 η M_s gleich der hindurchgehenden Welle auf beiden Seiten des 1700 Gauß als Optimum gefunden. Niedrigere Werte, Wellenleiters in entgegengesetztem Sinne erfolgt, ist beispielsweise 1600 Gauß, und höhere Werte, bei- _es erforderlich, daß die Richtung des äußeren Magnetspielsweise 1800 Gauß, waren etwas schlechter. feldes in den beiden Ferritelementen umgekehrt ist,

Es wurde gefunden, daß nach Entwurf eines zu- 40 um die gleiche Beziehung zwischen dem äußeren Ma-

friedenstellenden Isolators für ein Frequenzband die gnetfeld und der rotierenden magnetischen Kompo-

Bestimmungsstücke im Verhältnis vergrößert oder nente des Feldes der hindurchgehenden Welle auf

verkleinert werden können, um hieraus einen für ein beiden Seiten von der Mitte zu erzielen. Zu diesem

anderes Frequenzband geeigneten Isolator abzuleiten. Zwecke sind Magnete 32, 33 entgegengesetzter Polari-

Insbesondere soll die Sättigungsmagnetisierung des 45 tat vorgesehen. Jedes Element 30, 31 trägt einen oder

Ferrits so gewählt werden, daß deren Wert in direk- mehrere Widerstandsfilmstreif en 34 auf der näher zur

tem Verhältnis zur Änderung der Bandmittenfrequenz Mitte des Wellenleiters liegenden Seite,

steht. Gleichzeitig sollen sowohl die Höhe als auch die Bei einer Ausführungsform eines ausgeführten und

Dicke des Ferritelementes in umgekehrtem Verhältnis erprobten Doppelstreifenisolators betrugen die Innen-

zu den Bandmittenfrequenzen verändert werden. Bei- 5° abmessungen des Hohlleiters:

spielweise kann ein bei einer Mittenfrequenz von _

6000 MHz gut arbeitender Isolator als Grundlage für ^L ~~ ²⁷'^{86 mm>}

den Entwurf eines Isolators benutzt werden, der bei 5· = 10,16 mm.
einer Mittenfrequenz von 12000 MHz etwa die gleiche

Wirksamkeit zeigt. Für das letztgenannte Band soll 55 Der optimale Abstand γ der Ferritelemente von. der

die doppelte Sättigungsmagnetisierung gewählt wer- nächsten Seitenwand wurde mit 0,711 mm gefunden,

den wie bei dem vorhergehenden Band. Die Höhe und Die Dicke <5 jedes Ferritelementes betrug 2,515 mm.

Dicke des Ferritelementes sind gleichzeitig je halb so Jedes Element hatte eine Höhe \^ron 7,69 mm und eine

groß zu machen wie vorher. Der neue Wert der Sätti- Länge von 12,80 cm. Als Widbrstandsschichten dien-

gungsmagnetisierung wird durch Wahl eines anderen ^6o ten aufgespritzte Graphitstreifen von 1,587 mm Breite,

Ferrits aus den vielen zur Zeit bekannten Ferritmate- und zwar war der horizontale Streifen 6,986 cm und

rialien erhalten, die einen ziemlich großen Auswahl- der Diagonalstreifen 11,43 cm lang. Die berechnete

bereich von Sättigungsmagnetisierungswerten bieten. Stärke der Widerstandsschicht betrug 0,015 bis

Die Widerstandsschichten 17, 18 können als Strei- 0,51 mm. Die metallischen Bestandteile in dem Ferrit fen aus Kohlebeschichtetem Polyäthylen ausgebildet ⁶S waren Ni_O)8Cu_Oil Zn₀₁ Mn₀₀₂ Fe_1-9, und die Sättigungssein, die auf der Fläche des Ferritmetalls aufgeklebt magnetisierung 4aiM_s betrug ungefähr 3600 Gauß. oder anderweitig befestigt werden kann. Man kann Das angewendete äußere Magnetisierungsfeld, das andererseits auch Widerstandsmaterial, wie Graphit durch jeden Magnet 32, 33 aufgebracht wurde, betrug od. dgl., auf die Oberfläche aufspritzen und dabei die etwa 1045 Gauß. Der Isolator war für ein Frequenzbespritzten Bereiche durch eine Metallmaske od. dgl. 7< > band von 10700 bis 11700 MHz ausgelegt.

Es wurde gefunden, daß bei der Einrichtung nach Fig. 8 die durch die Nebeneinanderstellung der zwei Ferritelemente in einem einzigen Schnitt eines Hohlleiters erzielte Sperrdämpfung beträchtlich höher als die doppelte Sperrdämpfung einer sonst gleichartigen Einrichtung mit nur einem Ferritelement gemäß Fig. 1 bis 3 ist. So ergab beispielsweise ein Einstreifenisolator eine gemessene minimale Sperrdämpfung von 26 db, während der entsprechende Doppelstreifenisolator eine gemessene minimale Sperrdämpfung von 64 db bei 10700 MHz und eine Sperrdämpfung von über 69 db von 10800 bis 11700 MHz erzielte.

Der größer als zu erwartende Wert der Sperrdämpfung ist vermutlich der günstigeren Feldverteilung zuzuschreiben, die sich durch den symmetrischen Aufbau des Doppelstreifenisolators ergibt. Die Verteilung des elektrischen Feldes für Ferritelemente voller Höhe ergibt sich größenordnungsmäßig aus der Darstellung in Fig. 9, und zwar gilt die ausgezogene Kurve 62 für die Wellenfortpflanzung in Durchlaßrichtung und die gestrichelte Kurve 63 für die Sperrichtung.

Fig. 10 zeigt in einpoliger Darstellung das Schaltbild eines Meßsystems, in dem zwei Isolatoren nach Art von Fig. 1 bis 3 oder 8 oder anderer Bauweise derart kombiniert sind, daß sie gleichartig wie zwei doppelpolige Schalter bzw. doppelpolige Durchgangsschalter für schnelle selbsttätige Umschaltung wirken. In der Figur bedeuten die Blöcke 41 und 42 zwei Kreise, die bezüglich ihrer Wirkungsweise verglichen werden sollen. Mit jedem Block ist ein Isolator 43 bzw. 44 in Reihe geschaltet. Ein Eingangsverzweigungskreis 45, beispielsweise ein Hohlleiter in T-Schaltung, kann in der dargestellten Weise für die Zuführung einer Welle von einer Signalquelle 46 zu den Eingangsseiten beider Isolatoren vorgesehen sein. Die beiden Zweige der Schaltung sind über einen Richtungskoppler 48 oder eine andere Wellenkopplungseinrichtung mit einem Detektor 47 verbunden. Eine Quelle 49 für eine Magnetisierungsspannung ist mit beiden Isolatoren verbunden und wird durch eine Umpoleinrichtung 50 derart gesteuert, daß entweder der Isolator 43 auf Durchlaßzustand und der Isolator 44 auf Sperrzustand geschaltet ist, oder umgekehrt. Als Umpoleinrichtung kann jede bekannte Ausführungsform verwendet werden, vorzugsweise soll diese jedoch für einen Betrieb auf einer hohen Umpolfrequenz geeignet sein. Um fortlaufende Vergleichsmessungen zwischen den Kreisen in den Blöcken 41 und 42 durchführen zu können, ist eine Umpolfrequenz von 60 Hz vorteilhaft, die einem 60-Hz-Starkstromnetz entnommen werden kann.

Während des Betriebes des Systems nach Fig. 10 gestattet der Isolator 43 in seiner Durchlaß stellung die Übertragung von der Signalquelle 46 über den Kreis des Blockes 41 zum Detektor 47. Gleichzeitig verhindert der Isolator 44 in seiner Sperrstellung weitgehend die Übertragung von der Quelle 46 über den Block 42 zum Detektor. Bei der Umpolung der Magnetisierung geht der Isolator 43 in die Sperrstellung und der Isolator 44 in die Durchlaß stellung über. Der Detektor nimmt infolgedessen abwechselnd die Übertragung über die Blöcke 41 und 42 auf, und man kann hierdurch in bekannter Weise Vergleichsmessungen und Abgleiche durchführen.

Es ist klar, daß die erläuterten Einrichtungen in erster Linie zur Darstellung des Erfindungsprinzips herangezogen wurden und zahlreiche Abwandlungen im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich sind.

Claims (5)

PATENTANSPROCHEi

1. Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt, der mit Abstand von einer Schmalseite des Hohlleiters ein sich in Längsrichtung erstreckendes gyromagnetisches Element enthält, dessen gegenüberliegende Längsflächen im wesentlichen parallel und rechteckig sind und auf dessen einer Schmalseite eine Widerstandsschicht angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das gyromagnetische Element nahe bei einer Schmalseite des Hohlleiters angeordnet ist und die Widerstandsbeschichtung aus einem in der Mitte der Längsfläche angeordneten Längsstreifenteil und aus Teilen besteht, die die Bereiche in zwei gegenüberliegenden Ecken der Rechteckfläche einnehmen.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbeschichtung aus einem in der Mitte in Längsrichtung sich erstreckenden Widerstands-Filmstreifen von im wesentlichen halber Länge der Rechteckfläche und einem diagonal liegenden Filmstreifen etwa gleicher Länge wie die Rechteckfläche besteht.

3. Hohlleiter nach Anspruch 1, bei dem der Abstand zwischen den Längsnächen des gyromagnetischen Elementes gleich δ, die Dicke der Widerstandsschicht gleich t, der Abstand zwischen der nächstbenachbarten Schmalseite des Hohlleiters und dem dazu parallelen gyromagnetischen Element gleich γ, die Breite der breiteren Seitenwände des Hohlleiters gleich L ist, dadurch gekennzeichnet, daß δ in einem Bereich von etwa 11 bis 12,6'% von L liegt und γ die Beziehung

JL
2

-2t =

9,55

erfüllt, wobei Jl₀ die Wellenlänge der Arbeitsfrequenz im freien Raum bedeutet.

4. Hohlleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei gyromagnetische Elemente mit Widerstandsbeschichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gyromagnetischen Elemente auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlleiters angeordnet sind und äußere Magnetisierungseinrichtungen die gyromagnetischen Elemente in zueinander entgegengesetztem Sinne magnetisieren.

5. Hohlleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gyromagnetische Element aus Ferrit besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Journal of applied physics«, November 1954,

S. 1413 bis 1421;

»The Bell System Technical Journal«, Januar 1955,

S. 65 bis

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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