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Hohlleiteranordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit gyromagnetischem
Material Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für sehr -kurze elektromagnetische
Wellen, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt, dessen Inneres bis auf eine konzentrische
Bohrung, die einen in Achsrichtung vormagnetisierten Stab aus gyromagnetischem Material
aufnimmt, mit dielektrischem Material angefüllt ist.
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Anordnungen dieser Art sind in der Höchstfrequenztechnik unter anderem
als Faraday-Dreher bekannt. Da diese Anordnungen auf einfache Weise als Richtungsleitungen,
Richtungsgabeln, Phasenschieber u. dgl. ausgebildet werden können, finden sie insbesondere
in der Richtfunktechnik eine vielfältige Anwendung. Wichtig für alle diese Anwendungen
ist hierbei eine reflexionsarme und im allgemeinen breitbandige Anpassung des den
gyromagnetischen Stab enthaltenden Hohlleiterabschnitts an die sich daran auf beiden
Seiten anschließenden Hohlleiterabschnitte. Diese Anpassung ist nämlich von vornherein
nicht gegeben, weil die Dielektrizitätskonstante des den Stab bildenden gyromagnetischen
Stoffes den Leitungswellenwiderstand des ihn enthaltenden Hohlleiterabschnitts beeinflußt.
Die Anpassung läßt sich dadurch erzielen, daß die Enden des gyromagnetischen Stabes
als Spitzen ausgebildet sind. Diese Spitzen müssen einen sehr kleinen Neigungswinkel
(z. B. 5°) aufweisen, wenn bei einer breitbandigen Anpassung der Reflexionsfaktor
im Übertragungsbereich den Wert von 1 % nicht wesentlich überschreiten soll. Dies
bedeutet, daß die Spitzen eines beispielsweise runden Stabes mit 5 mm Durchmesser
25 mm lang sind. Abgesehen davon, daß der gyromagnetische Stoff, beispielsweise
Ferrit, spröde ist und daher das Andrehen der Spitzen erhebliche fertigungstechnische
Schwierigkeiten bereitet, bedingen die Spitzen eine unerwünschte Vergrößerung der
an sich bereits großen Baulänge derartiger Anordnungen. Auch müssen besondere Maßnahmen
vorgesehen werden, die verhindern, daß bereits bei geringer Stoß- oder Schlagbeanspruchung
der Anordnung die dünnen Stabspitzen abbrechen.
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An Stelle der in einem spitzen Kegel verlaufenden Enden des gyromagnetischen
Stabs kann die Anpassung auch dadurch herbeigeführt werden, daß der Stab- oder Streifenform
aufweisende gyromagnetische Körper an seinen Enden nach Art eines A/4-Transformators
stufenförmig abgesetzt ist. Diese Maßnahme führt bereits zu einer Verkürzung der
Baulänge der Gesamtanordnung. Auch sind bei dieser Bauform die gyromagnetischen
Stäbe nicht mehr in so hohem Maße durch Schlag- und Stoßbeanspruchung gefährdet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlleiteranordnung der einleitend
beschriebenen Art, insbesondere hinsichtlich noch günstigerer Abmessungen, wesentlich
zu verbessern.
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Ausgehend von einer Anordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen,
bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt, dessen Inneres bis auf eine konzentrische
Bohrung, die einen in Achsrichtung vormagnetisierten Stab aus gyromagnetischem Material
aufnimmt, mit dielektrischem Material angefüllt ist, wird gemäß der Erfindung die
Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bohrung im unmittelbaren Bereich der beiden Enden
des gyromagnetischen Stabes einen Durchmessersprung aufweist, derart, daß der den
gyromagnetischen Stab enthaltende Hohlleiterteilabschnitt wellenwiderstandsmäßig
an die sich daran auf beiden Seiten anschließenden stabfreien Hohlleiterteilabschnitte
angepaßt ist.
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Bei der Erfindung wird von der an sich bekannten Erkenntnis ausgegangen,
daß die Anpassung zweier Hohlleiter mit unterschiedlichem Aufbau durch geeignete
Wahl des in ihrem Innern vorhandenen Mediums herbeigeführt werden kann. Die erfindungsgemäße
Bemessung des den Hohlleiter ausfüllenden zylindrischen Körpers aus dielektrischem
Material hinsichtlich seines Innendurchmessers im Bereich der Enden des gyromagnetischen
Stabes ermöglichen vorteilhafterweise eine Anpassung des den Stab enthaltenden Hohlleiterabschnitts
an die sich hieran an beiden Seiten anschließenden Hohlleiterabschnitte, ohne daß
der gyromagnetische Stab an seinen Enden verjüngt zu werden braucht. Dadurch erhält
der Stab bei vorgegebenem Durchmesser die kleinstmögliche Länge und das ihn magnetisierende
äußere Magnetsystem seine günstigsten Abmessungen.
Bei einer bevorzugten
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erfolgt der Durchmessersprung der Bohrung
in einem kleinen Abstand vom Stabende, wobei dieser Abstand so groß gewählt ist,
daß die an der Sprungstelle auftretende Streuimpedanz kompensiert wird.
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Im folgenden soll an Hand eines ;A:tisführungsbeispiels, das in der
Zeichnung dargestellt ist, der Erfindungsgegenstand näher erläutert werden.
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Die F i g. 1 zeigt zunächst eine Anordnung, bei der die Enden des
gyromagnetischen Stabes abgesetzt sind. Der Rundhohlleiter 1 ist hierbei mit dielektrischem
Material 2 angefüllt, das eine konzentrische Bohrung 3_aufweist,. in der der Stab
4 ebenfalls konzentrisch angeordnet ist. Die gestuften Enden des Stabes 4 bestehen
aus zwei Teilabschnitten 5 und 6, deren Länge jeweils ein Viertel einer mittleren
Hohlleiterbetriebswellenlänge beträgt. Die konzentrische Anordnung des Stabes 4
in der Bohrung 3 ist durch eine an seinen beiden Enden vorgesehene ringförnnige
Halterung 7 aus dielektrischem Material vorgenommen, in denen die die eigentlichen
Enden darstellenden Teilabschnitte 6 gelagert sind.
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Die in den Teilabschnitten 5 und 6 des Stabes 4 begrenzten Hohlleiterteilabschnitte
stellen eine zweistufige Ä/4-Transformationsleitung dar, deren Wellenwiderstände
Zi* und Z2* den Gleichungen
genügen. Hierbei ist Z1 der Wellenwiderstand des Hohlleiterteilabschnitts, in dem
der Stab 4 seinen grüßten Durchmesser d. hat, und Z2 der Wellenwiderstand der stabfreien
Hohlleiterteilabschnitte.
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Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in F i g. 2 im Schnitt
gezeigt. Der Stab 4 weist hier über seine gesamte Länge den Durchmesser d.
auf und ist an seinem Ende jeweils in einer scheibenförmigen Halterung S aus dielektrischem
Material konzentrisch zur Bohrung 3 angeordnet. Die Anpassung des den Stab
4 enthaltenden Rundhohlleiterabschnitts an die sich auf beiden Seiten daran
anschließenden stabfreien Rundhohlleiterteilabschnitte geschieht hier durch Stufung
des dielektrischen Materials 2, und zwar durch einen Durchmessersprung 9 der Bohrung
3 jeweils an' den Enden des Stabes 4. Der Durchmessersprung 9 ist so bemessen,
daß der Wellenwiderstand Z1 des den Stab enthaltenden Rundhohlleiterteilabschnittes
und der Wellenwiderstand Z2 der weiteren Rundhöhlleiterteilabschnitte gleich groß
sind. Wie aus der F i g. 2 zu ersehen ist, erfolgt der Durchmessersprung 9 erst
in einem Abstand d Z vom jeweiligen Ende des Stabes 4. Diese Maßnahme kompensiert
den an der Sprungstelle 9 infolge der Feldverzerrung auftretenden Streublindleitwert.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist besonders breitbandig, weil die Übergänge
keine frequenzabhängigen Längen aufweisen.