DE1141688B - Elektromagnetischer Wellenuebertragungsweg fuer linear polarisierte Wellenenergie - Google Patents
Elektromagnetischer Wellenuebertragungsweg fuer linear polarisierte WellenenergieInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
kl. 21a4 74
HOIp; H03h
W28411IXd/21a4
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 27. DEZEMBER 1962
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 27. DEZEMBER 1962
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Wellenübertragungsweg, insbesondere breitbandige
gyromagnetische Wellenleiter-Bauteile für derartige Systeme.
Es wurden bereits Elemente aus gyromagnetischem Material in metallischen Hohlleitern verwendet, die
zahlreiche erwünschte Wirkungen auf die sich durch den Wellenleiter fortpflanzenden Wellen hervorbringen.
Eine Klasse von bekannten Wellenleiter-Bauteilen macht von dem sogenannten »Faraday-Effekt«,
der Drehung der Polarisationsebene der Wellenenergie, Gebrauch, die durch ein in Längsrichtung
magnetisiertes Element aus gyromagnetischem Material erzeugt wird. Diese Faraday-Drehrichtungen
sind bei Mikrowellen als Isolatoren (richtungsabhängige Unterdrücker), Modulatoren, Dämpfungseinrichtungen,
Zirkulatoren oder Verteiler, Phasenänderungseinrichtungen usw. angewendet worden.
Es ist zwar ein Bedarf für zahlreiche der obenerwähnten Einrichtungen vorhanden, ihre kommerzielle
Einführung wird jedoch durch die Tatsache behindert, daß sich die Drehung, die man mit den zur
Zeit bekannten gyromagnetischen Materialien erhalten kann, mit der Arbeitsfrequenz ändert. Infolgedessen
waren sie bisher für Nachrichtenübertragungssysteme ungeeignet, die in breiten Frequenzbändern
arbeiten.
Eine bekannte Einrichtung besitzt ein längliches Element aus gyromagnetischem Material, das gewöhnlich
aus Ferrit besteht. Es befindet sich in einem runden, metallischen Hohlleiter und ist einem Gleichstromvormagnetisierungsfeld
ausgesetzt. Insbesondere ist an die Faraday-Dreheinrichtung ein magnetisches Feld angelegt, das parallel zur Längsachse
des Ferrits liegt. Der Drehwinkel der Polarisationsebene der über eine derartige Einrichtung übertragenen
elektromagnetischen Wellen wird mit zunehmender Frequenz größer. Der Grund für diese
Frequenzabhängigkeit ist bekannt.
In einem unendlichen homogenen Dielektrikum wäre die Verteilung der elektromagnetischen Wellenenergie
gleichmäßig und unabhängig von der Frequenz. Wenn jedoch ein dielektrisches Material von
einem anderen Medium mit einer anderen Dielektrizitätskonstante umgeben ist, verteilt sich die Wellenenergie
zwischen dem Element mit hoher Dielektrizitätskonstante und dem ihn umgebenden Medium,
das im allgemeinen eine kleine Dielektrizitätskonstante hat. Wenn nun die Frequenz der Wellenenergie
zunimmt, ändert sich die Energieverteilung zwischen dem Element und dem umgebenden Me-Elektromagnetischer
Wellenübertragungsweg für linear polarisierte Wellenenergie
Anmelder:
Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. September 1959 (Nr. 843 214)
V. St. v. Amerika vom 29. September 1959 (Nr. 843 214)
Clare Earl Barnes, Gillette, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
dium, wobei eine höhere Energiekonzentration in dem Element mit hoher Dielektrizitätskonstante auftritt
und gleichzeitig die Energiekonzentration in dem umgebenden Medium abnimmt. Da der Dreheffekt
von der Konzentration der Wellenenergie indirekt abhängt, ergibt jede Konzentrationsänderung also eine
Änderung der entstehenden Drehung.
Es ist bereits versucht worden, diese Frequenzabhängigkeit der Faraday-Drehung herabzusetzen.
Bei einer bekannten Anordnung wird dazu ein Hohlzylinder aus dielektrischem Material benutzt, der
einen zentralen Stab aus gyromagnetischem Material umgibt und mit den Wänden des Wellenleiters, aber
nicht mit dem gyromagnetischen Material in Berührung steht. Das dielektrische Material entzieht
dem Ferritstab Energie, so daß nur ein Teil der Wellenenergie durch den Stab selbst geht. Auf diese
Weise wird zwar die Frequenzabhängigkeit kleiner, aber es ergeben sich auch hohe Verluste, da die
Wellenenergie vom Ferritmaterial abgezogen und durch ein inhomogenes Medium übertragen wird. Die
Verluste sind insbesondere dann hoch, wenn ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante,
die etwa der des Ferrits entspricht, verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Feststellung, daß zwar die Energiedichte insgesamt
in dem Material mit höherer Dielektrizitätskonstante mit zunehmender Frequenz größer wird, daß aber
Gebiete innerhalb des Materials vorhanden sind, in
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denen die Energiedichte im wesentlichen konstant Material 12 und aus einem inneren Kern aus nichtbleibt.
Wenn demnach das aktive Material, d. h. der gyromagnetischem dielektrischem Material 13 besteht.
Ferrit, hauptsächlich in diesen Gebieten angeordnet Der Ausdiruck »gyromagnetisches Material« wird
wird, dann wird die sich ergebende Drehung der hier in seinem üblichen Sinn verwendet; er bezeichnet
Polarisationsebene ebenfalls etwa konstant bleiben. 5 die Klasse von magnetisch polarisierbaren Materialien,
Bei einem elektromagnetischen Wellenübertra- die nichtpaarige Spinnsysteme aufweisen, welche diegungsweg
für linear polarisierte Wellenenergie mit jenigen Teile der Atome umfassen, die durch ein
einem zusammengesetzten dielektrischen Stab, der äußeres magnetisches, polarisierendes Feld ausgerichin
Längsrichtung in diesem Weg angeordnet ist, um tet werden können und die eine wesentliche Präzesdie
Polarisationsebene der Wellenenergie zu drehen, io sionsbewegung bei einer Frequenz zeigen, die inner-
und der aus einer äußeren Schicht aus gyromagne- halb des Bereichs der Erfindung liegt, und zwar unter
tischem Material und einem inneren Kern aus nicht- dem kombinierten Einfluß des Polarisierungsfeldes
gyromagnetischem Material besteht, wobei das gyro- und einer senkrecht gerichteten, sich ändernden mamagnetische
und das nichtgyromagnetische Material gnetischen Feldkomponente. Diese Präzessionsbeweauf
ihrer gemeinsamen Länge miteinander in Be- 15 gung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Winkelrührung
stehen, und mit Mitteln zur Vormagnetisie- moment, ein gyroskopisches Moment und ein magnerung
des Stabes in Längsrichtung haben erfindungs- tisches Moment aufweist. Typisch für derartige Mategemäß
das gyromagnetische und das nichtgyromagne- rialien sind ionisierte Gase, paramagnetische Matetische
Material im wesentlichen gleiche Dielektrizitäts- rialien und ferromagnetische Materialien, wobei die
konstante. 20 letztgenannten die Spinelle, wie Magnesium-Alumi-
Dadurch wird die normalerweise im zentralen Teil nium-Ferrit, Aluminium-Zink-Ferrit, und die granateines
Ferritstabes konzentrierte Energie durch ein artigen Materialien, wie Yttrium-Eisen-Granat, umhomogenes
Medium übertragen, und es ergeben sich fassen.
geringe Verluste und eine weitgehend von der Fre- Während einige gyromagnetische Materialien wie
quenz unabhängige Drehung der Polarisationsebene, 25 Ferrit eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die
da der nichtgyromagnetische Kern des Stabes die Fre- wesentlich größer als Luft ist und somit als »dielekquenzabhängigkeit
des gyromagnetischen Materials irische Materialien« bezeichnet werden können, ist
kompensiert. der innere Kern 13 von dem gyromagnetischen Zylin-
Darüber hinaus kann die Länge des Ferritstabes der 12 dadurch unterschieden, daß der erstere im
bei der erfindüngsgemäßen Ausbildung für eine ge- 30 wesentlichen keine gyromagnetischen Eigenschaften
gebene Drehung der Polarisationsebene gegenüber der zeigt, während das letztere Material ausgesprochene
bekannten Anordnung mit einem äußeren Hohl- gyromagnetische Eigenschaften zeigt. Sowohl der
zylinder aus dielektrischem Material wesentlich klei- innere Kern 13 als auch die äußeren Mäntel 12 sind
ner sein. so gewählt, daß sie im wesentlichen gleiche Dielektri-
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel emp- 35 zitätskonstante aufweisen und somit als ein homofiehlt
die Erfindung, daß der innere Kern· aus zwei gener dielektrischer Stab 11 für sich fortpflanzende
Teilen besteht, die durch eine Schicht aus elektrisch elektromagnetische Wellenenergie erscheinen. Jedes
dämpfendem Material getrennt sind, und daß die Ende des Stabes 11 kann mit Hilfe der konischen
äußere Schicht aus weiteren zwei Teilen besteht, die Teile 14 und 18 zugespitzt sein, um Reflexionen von
die beiden erstgenannten Teile berühren. 40 auf den Stab 11 auffallender Wellenenergie in be-
Besondere Ausführungsformen der Erfindung er- kannter Weise herabzusetzen. Die Teile sind aus dem
geben sich aus der folgenden ins einzelne gehenden gleichen Material wie der Kern 13 hergestellt und
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. schaffen einen verhältnismäßig glatten Übergang für
Es zeigt die einfallende Wellenenergie.
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausfüh- 45 Zur Erzeugung des notwendigen magnetischen
rungsbeispiels der Erfindung mit einem zylindrischen, Längsfeldes im Stab 11 umgeben geeignete Mittel
zusammengesetzten Stab in einem kreisförmigen Hohl- den Leiter 10. Für die Erläuterung ist eine einfache
leiter, Zylinderspule 15 dargestellt, die durch eine Quelle
Fig. 2 eine Erläuterung der Änderung der hoch- 20 erregt wird'. Regelmittel für die Änderung des Vorfrequenten
magnetischen Feldstärke in einem dielek- 5° magnetisierungsfeldes sind durch den Regelwidertrischen
Stab als Funktion der Frequenz, stand 19 geschaffen. Das Feld kann jedoch durch eine
Fig. 3 einen Querschnitt des Hohlleiters und des Zylinderspule von anderem geeignetem Aufbau gezusammengesetzten
Stabes der Fig. 1, liefert werden, ferner durch eine permanente Magnet-Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines zweiten anordnung, oder es kann der gyromagnetische Zylin-Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit einem recht- 55 der 12 permanent magnetisiert sein,
eckigen, zusammengesetzten Stab, der als dielektri- Bei der gewöhnlichen Arbeitsweise einer Faradayscher
Wellenleiter benutzt wird. Dreheinrichtong, d. h. wenn der zusammengesetzte
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung ist eine PoIa- Stab 11 durch einen festen Ferritstab ersetzt ist,
risations-Dreheinrichtung entsprechend der Erfindung, besteht eine eben polarisierte Welle mit der Fredie
aus einem runden Hohlleiter 10 mit metallischem 60 quenz /0, die auf einen magnetisierten Ferrit auftrifft,
Mantel besteht, der so bemessen ist, daß er linear aus zwei Reihen von Wellenkomponenten im Ferrit,
polarisierte elektromagnetische Wellen führt, und zwar wobei jede Reihe von Wellenkomponenten zirkulär
vorzugsweise derart, daß nur die verschiedenen PoIa- polarisiert ist, und zwar jeweils im entgegengesetzten
risationen der Grundwellenform TE11 fortgepflanzt Sinn wie die andere Reihe. Der vormagnetisierte Ferwerden
können. Innerhalb des Leiters 10 ist entlang 65 rit zeigt für jede der entgegengesetzt polarisierten
seiner Achse das zusammengesetzte dielektrische Teil Wellenkomponentenreihen andere Permeabilitäten.
angeordnet, das aus einem magnetisch polarisier- Infolgedessen hat eine der Komponenten eine kleinere
baren zylindrischen Element aus gyromagnetischem Phasengeschwindigkeit als die andere, und die beiden
Komponentenreihen werden im Ferrit mit ungleichen Geschwindigkeiten fortgepflanzt. Nach dem Austreten
aus dem Ferrit vereinigen sich die Wellenkomponenten, um eine resultierende, eben polarisierte Welle
zu bilden, die im allgemeinen mit einem anderen Winkel Θο wie die ursprüngliche Welle polarisiert ist,
und zwar infolge der Phasendifferenz zwischen den während der Fortpflanzung im Ferrit eingeführten
Komponenten. Eine Welle mit der Frequenz fv die
größer als /0 ist, hat eine um den Winkel Θ1 gedrehte
Polarisationsebene, der größer als Θο ist. Dies ist ein
Ergebnis der besonderen Wellenleitereigenschaften des Ferrits. Bei der Frequenz /0 wird ein gewisser Teil
der hochfrequenten Wellenenergie durch das Ferritelement selbst fortgeleitet, wobei der Rest der Welle
sich im Luftraum zwischen dem Ferrit und der Hohlleiterwand fortpflanzt. Bei der höheren Frequenz
Z1 wird ein größerer Teil der hochfrequenten
Wellenenergie während der Fortpflanzung im Ferrit in diesem konzentriert als bei der Frequenz/0. Infolgedessen
wird die obenerwähnte anisotropische Permeabilitätseigenschaft des Ferrits verstärkt, so daß
die Differenz zwischen den Permeabilitäten für die beiden zirkulär polarisierten Wellenkomponenten erhöht
wird. Nach dem Austritt aus dem Ferrit weisen daher die beiden Komponenten bei der Frequenz;^
eine größere Phasendifferenz als bei der Frequenz/0
auf, so daß ein größerer Drehwinkel hervorgebracht wird.
Die Wirkung auf die hochfrequente magnetische Feldverteilung bei wachsender Signalfrequenz ist in
Fig. 2 graphisch dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. 2 einen Querschnitt der Ausführung der Fig. 1, wobei
das Teil 11 zur Erläuterung als gleichmäßiger dielektrischer Stab dargestellt ist, der entlang der Achse des
Leiters 10 gehalten wird. Der Zwischenraum zwischen dem Stab 11 und der Innenfläche des Leiters 10 ist
mit Luft oder einem anderen Material mit geringer Dämpfung angefüllt, dessen Dielektrizitätskonstante
wesentlich kleiner als diejenige des Stabes 11 ist.
Die Abszisse in Fig. 2 stellt die relative Feldstärke der Querkomponente des hochfrequenten Magnetfeldes
innerhalb des Leiters 10 dar und die Ordinate die Lage innerhalb des Leiters entlang des Durchmessers.
Wie sich aus der Kurve 21 ergibt, ist bei einer Frequenz /0 die magnetische Feldstärke nicht
gleichmäßig, sondern ändert sich quer zum Leiter. Insbesondere hat das Feld einen kleinen Wert an der
Leiterwand, nimmt etwas im Zwischenraum zwischen der Leiterwand und dem Stabil zu, wächst dann
schnell innerhalb des Stabes 11 und erreicht ein Maximum in der Mitte. Die Feldverteilung in der anderen
Hälfte des Leiters ist das Spiegelbild der beschriebenen, sie nimmt symmetrisch von der Mitte bis zu
dem gleichen kleinen Wert an der Leiterwand ab.
Wenn die Signalfrequenz auf eine höhere Frequenz Z1 vergrößert wird, nimmt die relative Feldstärke
die Form der Kurve 22 an, während eine weitere Vergrößerung der Signalfrequenz auf /2 eine entsprechende
weitere Konzentration des magnetischen Feldes im dielektrischen Stab 11 hervorbringt, wie
aus Kurve 23 hervorgeht.
Während es offensichtlich ist, daß eine wesentliche Konzentration des Feldes im Mittelteil des Stabes 11
vorhanden ist, ist es ebenso offensichtlich, daß entlang den Rändern des Stabes in den Gebieten 24 und
25 die Gesamtänderung des Feldes verhältnismäßig klein ist. Wenn das Feld etwa konstant ist, folgt daraus,
daß die Wirkung der anisotropischen Permeabilität irgendeines Ferritmaterials in diesen Gebieten im
wesentlichen konstant bleibt.
Bei der obigen Schilderung wurde der dielektrische Stab 11 für die Prüfung der Wirkung der Vergrößerung
der Frequenz auf die Feldverteilung als Einheit betrachtet. Wenn nun aber der Stab so aufgebaut ist,
daß das gyromagnetische Material auf Gebiete 24 und 25 beschränkt ist und der Rest des Stabes sich aus
ίο nichtgyromagnetischem dielektrischem Material zusammensetzt,
bringen Änderungen der Stärke des hochfrequenten magnetischen Feldes im Mittelteil des
Stabes 11, der aus dem nichtgyromagnetischen Material besteht, bei Änderung der Arbeitsfrequenz keine
entsprechende Änderung der resultierenden Drehung der Polarisationebene der einfallenden elektromagnetischen
Welle hervor.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt der Ausführung der Fig. 1 dargestellt, bei dem das Teil 11 entsprechend
den Lehren der Erfindung aufgebaut ist. Insbesondere ist der Stab aus nichtgyromagnetischem Material mit
dem Radius r von einem Zylinder aus gyromagnetischem Material mit dem äußeren Radius R umgeben.
Das Verhältnis des Radius R/r beträgt vorzugsweise etwa Zwei oder weniger. Im allgemeinen
ist die Bandbreite um so größer, je kleiner das Verhältnis ist. Wenn die Bandbreite mit abnehmendem
Radiusverhältnis zunimmt, wird ferner der Betrag der für eine gegebene Stablänge hervorgebrachten Drehung
entsprechend herabgesetzt. Somit werden die drei Faktoren Bandbreite, Drehung und Länge des
Stabes 11 so eingerichtet, daß sie sich der besonderen Anwendung anpassen. Für eine gegebene Bandbreite
und eine gegebene Winkeldrehung der Polarisationsebene wird die Länge des Teils 11 bestimmt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Erfindung war das gyromagnetische Element in üblicher
Weise in einem leitend begrenzten Mantel angeordnet. Bei zahlreichen Anwendungen ist es jedoch wünsehenswert,
die Stärke oder die Orientierung des an das gyromagnetische Element angelegten Feldes zu
ändern, ferner ist es oftmals vorteilhaft, das Feld schnell und/oder stetig zu ändern. Wenn jedoch das
magnetische Feld in dieser Weise geändert wird, entstehen Wirbelströme im metallischen Leitermantel,
welche das magnetische Feld daran zu hindern suchen, in das gyromagnetische Element einzudringen. Es ergibt
sich dann ein wenig wirksamer Betrieb. Weiterhin muß die magnetische Anordnung 15 notwendigerweise
bei einer derartigen Ausführung größer sein als in dem Falle, daß die Vormagnetisierungsanordnung
unmittelbar an dem gyromagnetischen Material selbst angelegt werden kann. Es ist bekannt, daß eine
Wellenenergie entlang eines dielektrischen Stabes ohne einen leitend begrenzten Mantel fortgepflanzt werden
kann. Während ein Teil der Wellenenergie außerhalb des dielektrischen Materials fortgepflanzt wird, stimmt
das Feld innerhalb des dielektrischen Stabes genau mit denjenigen Wellenfortpflanzungsformen überein,
die in einem Hohlleiter zu erwarten sind. Infolgedessen sind sämtliche üblichen Effekte des gyromagnetischen
Materials .auf die sich fortpflanzende Welle im wesentlichen die gleichen. Insbesondere wird die
Verteilung der hochfrequenten magnetischen Felder innerhalb des dielektrischen Teils 11, wie sie oben
beschrieben wurde, durch das Nichtvorhandensera des metallischen Mantels im wesentlichen nicht beeinflußt,
wobei der zusätzliche Vorteil auftritt, daß
das Problem der Wirbelströme verschwindet und die lieh, daß die Übertragung durch das Vorhandensein
Größe der Vormagnetisierangsanordnung entspre- des Dämpfungsmaterials völlig unbeeinflußt bleibt,
chend herabgesetzt werden kann. wenn die Drehung z. B. eine 180°-Umkehr der PoIa-
Die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführung der risationsrichtung ergibt. Durch Verteilen des Dämp-Erfindung
ist eine breitbandige Dämpfungseinrichtung, 5 fungsfilms über die gesamte Länge des gesamten gyrobei
der die obenerwähnte dielektrische Wellenleiter- magnetischen Materials, so daß eine fortlaufende
wirkung und das breitbandige Prinzip der Erfindung Kopplung entsteht, ist die Energieänderung als Funkangewendet
werden. Die Einzelheiten der Ausführung tion der Winkeldrehung gegeben durch
der Fig. 4 unterscheiden sich etwas von denjenigen .
der Fig. 1 in der geometrischen Anordnung des io [cos2pd] ■ ε — (1 siri 2g«\
gyromagnetischen Materials und des nichtgyro- 2 \ 2 ο d )
magnetischen dielektrischen Materials, welche die
zusammengesetzte dielektrische Wellenleiter anordnung m erster Annäherung, wobei
40 bilden. Insbesondere hat das gyromagnetische d die Länge der Dreheinrichtung und
Material die Form von zwei sich in Längsrichtung 15 Q die Drehung je Längeneinheit ist.
erstreckenden rechteckigen Scheiben 41 und 42, die
durch die beiden nichtgyroniagnetischen dielektrischen Es sei bemerkt, daß bei Zunehmen von d der exTeile
43 und 44 getrennt sind. An den beiden Enden ponentielle Ausdruck sich s~dl2 nähert. Im Idealfalle
der Scheiben 41 und 42 verbreitern sich die Teile 43 verläuft die Übertragung in einer erfindungsgemäßen
und 44 auf die volle Höhe der zusammengesetzten 20 Dämpfungseinrichtung von Eins bei ρά = O bis O bei
Anordnung 40, so daß ein homogenes dielektrisches ρά = 90° und bleibt unterhalb eines willkürlichen
Teil entsteht, welches dann so abgeschrägt ist, daß Wertes, der durch d bestimmt ist, wenn die Drehung
Reflexionen der einfallenden Wellenenergie vermin- vergrößert wird. Die Dämpfungseinrichtung kann
dert werden. Die abgeschrägten Enden 45 und 46 dann so aufgebaut werden, daß eine gegebene minierstrecken
sich in die rechteckigen Hohlleiter 48 und 25 male Dämpfung in einem wesentlich größeren Bereich
49 und sind mit ihnen gekoppelt. Zwei dämpfungs- der Änderungen der Drehung bestehenbleibt. Dieses
arme Halter 50 und 51 mit niedriger Dielektrizitäts- Merkmal ist insbesondere wertvoll, wenn die Einkonstante
halten den Wellenleiter 40 zwischen den richtung in einem breitbandigen geschlossenen Rückbeiden
leitend begrenzten rechteckigen Hohlleitern kopplungskreis verwendet wird, da sie es bei den
48 und 49. 30 meisten Anwendungen unmöglich macht, daß die
Die dargestellten gyromagnetischen Scheiben sind Einrichtung in dem positiven Rückkopplungsbetrieb
parallel zur Fortpflanzungsrichtung permanent magne- im Bereich der Arbeitsfrequenzen übergeht,
tisiert, wie es durch die Pfeile H0 dargestellt ist. Es Durch Überlagerung eines veränderbaren Feldes
können auch andere geeignete Mittel zur Erzeugung über das konstante Vormagnetisierungsfeld H0 kann
der notwendigen konstanten magnetischen Felder in 35 die Dämpfung verändert und damit das Signal moduden
Scheiben 41 und 42 benutzt werden. liert werden. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau
Durch den dielektrischen Wellenleiter 40 erstreckt der Dämpfungseinrichtung kann das (nicht dargesich
ein Film aus einem Dämpfungsmaterial 52, der stellte) Modulationsmittel unmittelbar über den Stab
die oberen und unteren Hälften des Leiters 40 trennt. 40 ohne Mantel angeordnet werden, so daß schnelle
Im Betrieb wird die Richtung der Polarisation einer 40 Änderungen der Dämpfung ohne schädliche Beeinlinear
polarisierten Wellenenergie, die von einem der flussung durch Wirbelströme möglich werden,
rechteckigen Leiter an den dielektrischen Wellenleiter Von besonderem Interesse ist bei den oben be-
40 angelegt wird, in die Ebene des Dämpfungsfihns schriebenen Einrichtungen die Amplitude des konunter
dem Einfluß des in Längsrichtung polarisierten stanten Vormagnetisierungsfeldes, das zum Betrieb
gyromagnetischen Materials gedreht. Anfangs stehen 45 der verschiedenen Ausführungen der Erfindung notsämtliche
Komponenten der angelegten Welle senk- wendig ist. Die Erscheinung der Faraday-Drehung,
recht zur Ebene des Dämpfungsmaterials. Beim Fort- auf der die Arbeitsweise derartiger Dreheinrichtungen
schreiten der Welle entlang des Stabes ändert sich beruht, tritt bei jedem Magnetisierungsfeld auf, das
jedoch die Polarisationsrichtung und erzeugt eine nicht Null ist. Wenn auch das tatsächliche Feld, das
Komponente parallel zur Ebene des Dämpfungsmate- 50 für einen bestimmten Betrag an Drehung erforderlich
rials. Dieser Dreheffekt findet stetig entlang der Aus- ist, von der Länge, dem Durchmesser und den Eigendehnung
der gyromagnetischen Scheiben statt und er- schäften des Ferrits und des dielektrischen Materials
gibt eine fortlaufende Kopplung der hochfrequenten abhängt, so arbeiten doch typische Einrichtungen mit
Energie mit dem Dämpfungsfilm 52. Die derart ein- Magnetisierungsfeldern von 100 Gauß oder weniger,
gekoppelte Energie wird innerhalb des Dämpfungs- 55 Dies wird von besonderer Wichtigkeit bei dem
materials verzehrt. Eine so aufgebaute Dämpfungs- Entwurf von Dämpfungseinrichtungen oder Modulaeinrichtung
unterscheidet sich grundsätzlich von der toren für die stets zunehmenden Frequenzen der
Dämpfungseinrichtung mit Faraday-Drehung, in der heutigen Mikrowellensysteme. Die höheren Frequendas
Dämpfungsmaterial an bestimmten Höhnen an zen haben die Tendenz, die Anwendung dieser Erjedem
Ende konzentriert ist. Bei derartigen Einrich- 60 scheinung als gyromagnetische Resonanz, bei der das
tungen hat die Dämpfungskennlinie eine typische Magnetisierungsfeld proportional der Arbeitsfrequenz
cos2-Energieänderung, bei der es zur Erzielung einer ist, auszuschließen oder schwierig zu machen,
maximalen Dämpfung erforderlich ist, daß die Polari- Zum Beispiel kann ein Isolator entsprechend der
sationsebene genau mit der Ebene des Dämpfungs- Erfindung so gebaut werden, daß er in einem Band
materials zusammenfällt. Änderungen, welche die 65 von 20 °/o bei 50 kMHz mit einem nicht abgestimm-Drehung
zu vergrößern und zu verkleinern suchen, ten Magnetisierungsfeld von nur 50 Gauß arbeitet,
ergeben eine Vergrößerung der Übertragung in der Typische Magnetisierungsfelder für Feldverschie-Dämpfungseinrichtung.
Insbesondere ist es z. B. mög- bungsisolatoren und Resonanzisolatoren betragen bei
dieser Frequenz 14000 oder 18 000Gauß. Keiner dieser Isolatoren konnte bisher die Bandbreite von
°/o ohne Abstimmung des Magnetisierungsfeldes annähernd erreichen.
Claims (5)
1. Elektromagnetischer Wellenübertragungsweg für linear polarisierte Wellenenergie mit einem
zusammengesetzten dielektrischen Stab, der in Längsrichtung in diesem Weg angeordnet ist, um
die Polarisationsebene der Wellenenergie zu drehen, und der aus einer äußeren Schicht aus gyromagnetischem
Material und einem inneren Kern aus nichtgyromagnetischem Material besteht, wobei
das gyromagnetische und das nichtgyromagnetische Material auf ihrer gemeinsamen Länge miteinander in Berührung stehen, und mit
Mitteln zur Vormagnetisierung des Stabes in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das
gyromagnetische und das nichtgyromagnetische Material im wesentlichen gleiche Dielektrizitätskonstante
haben.
2. Wellenübertragungsweg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab in einem
leitend begrenzten Hohlleiter angeordnet ist.
3. Wellenübertragungsweg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Kern ein Vollzylinder und die äußere Schicht ein hohler Zylinder ist, der den Kern umgibt.
4. Wellenübertragungsweg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern
einen Radius r und der hohle Zylinder einen Außenradius R hat, wobei das Verhältnis von R/r
kleiner als Zwei ist.
5. Wellenübertragungsweg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Kern aus zwei Teilen besteht, die durch eine Schicht aus elektrisch dämpfendem Material getrennt
sind, und daß die äußere Schicht aus weiteren zwei Teilen besteht, die die beiden erstgenannten
Teile berühren.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1169 581;
»IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques», Oktober 1957, S. 230 bis 234;
»Elektronische Rundschau«, Nr. 3/1958, S. 105;
»The Bell System Technical Journal«, September 1953, S. 1167.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 209 749/248 12.
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US843214A US3046506A (en) | 1959-09-29 | 1959-09-29 | Broadband polarization rotator |
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