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Ferroelektrischer Hohlleiter-Phasenschieber Die Erfindung betrifft
einen elektrisch steuerbaren Mikrowellen-Phasenschieber für Rechteckhohlleiter.
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Bei den bisher bekannten Anordnungen ist das Ferroelektrikum in einem
Hohlleiter angebracht. Es befindet sich am Ort maximaler elektrischer Wechselfeldstärke.
Die Steuerspannung wird zwischen einer das Ferroelektrikum halbierenden Steuerelektrode
und dem geerdeten Hohlleiter angelegt. Transformationsstücke aus linearen Dielektrika
geeigneter Dielektrizitätskonstante, angeordnet direkt vor und hinter dem ferroelektrischen
Material, dienen der Anpassung.
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Die Nachteile solcher Anordnungen, bei denen das Ferroelektrikum den
Hohlleiter praktisch ausfüllt, liegen darin, daß der Wellenwiderstand des mit dem
Ferroelektrikum belasteten Hohlleiterstückes etwa llso des Wellenwiderstandes des
unbelasteten Hohlleiters beträgt. Dies führt zu einer sehr schmalbandigen Anpassung.
In den der Anpassung dienenden Dielektrikumsstücken treten ferner Verluste auf.
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Der niedrige Wellenwiderstand des mit dem Ferroelektrikum belasteten
Hohlleiters bedingt weiterhin hohe Wandströme, d. h. ohmsche Verluste, die die durch
das Ferroelektrikum bedingten dielektrischen Verluste überwiegen können.
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Da die Wellenlänge im Ferroelektrikum etwa '/so der Wellenlänge im
unbelasteten Hohlleiter beträgt, besteht die Gefahr der Entstehung höherer Moden
im Ferroelektrikum.
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Der Abstand der Steuerelektrode von der Hohlleiter-Breitseite bestimmt
die zur Erzielung der notwendigen Steuerfeldstärke benötigte Steuerspannung, die
bei den Abmessungen des normalen X-Band-Hohlleiters etwa 10 kV beträgt. Außerdem
ist die Abfuhr der Verlustwärme im Ferroelektrikum wegen dessen großer Dicke schlecht.
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Diese Nachteile werden bei einem elektrisch steuerbaren Mikrowellen-Phasenschieber
für Rechteckhohlleiter gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß ein Längsschlitz
in der Schmalseite oder Querschlitze in der Breitseite eines Hohlleiters vorgesehen
sind, die von außen mit einer Ferroelektrikumsplatte abgedeckt sind, und daß dieses
Ferroelektrikum mit mindestens einer plattenförmigen Elektrode belegt ist.
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Dadurch wird der Wellenwiderstand nur wenig geändert, und somit treten
keine wesentlich erhöhten Wandströme auf. Auch höhere Moden im Hohlleiter treten
nicht auf, da dieser fast unverändert bleibt.
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Es können dünne Plättchen ferroelektrischen Materials benutzt werden,
so daß die Steuerspannung höchstens 1 kV beträgt. Die Wärmeabfuhr ist gut.
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Wegen der dünnen Plättchen kann das ferroelektrische Material als
Einkristall in gewachsener oder aufgedampfter Form verwendet werden.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt F i g. 1 einen
Hohlleiter mit einem Längsschlitz, F i g. 2 einen Hohlleiter mit vier Längsschlitzen,
F i g. 3 einen Hohlleiter mit Querschlitzen.
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Bei dem Phasenschieber nach F i g. 1 befindet sich in der Schmalseite
1 eines Hohlleiters 2 ein Längsschlitz 3. Dieser Schlitz 3 unterbricht den Wand-Querstrom
IQ. Am Schlitz 3 steht nun ein elektrisches Wechselfeld E, an, dessen Größe
unter anderem von der Schlitzbreite w abhängt. Der Schlitz 3 ist durch ein Plättchen
4 aus ferroelektrischem Material abgedeckt, das somit in den Stromkreis der Wandströme
IQ eingefügt ist. Die Dielektrizitätskonstante dieses ferroelektrischen Plättchens
4 beeinflußt die Phasenlage des Wandstromes IQ und damit die Phasenkonstante
des Hohlleiters.
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Das steuernde elektrische Feld im Ferroelektrikum 4 wird durch
Anlegen einer Spannung U zwischen der Steuerelektrode 5 und dem geerdeten Hohlleiter
2 erzeugt. Diese Steuerelektrode 5 deckt den mit Ferroelektrikum belegten Schlitz
3 ab und verhindert so eine Abstrahlung von Hochfrequenzenergie aus dem Hohlleiter
2 in den freien Raum. An die Stelle des Schlitzes 3 könnte auch eine Reihe äquidistanter
Löcher treten.
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F i g. 2 zeigt eine Weiterentwicklung des in F i g. 1 beschriebenen
Phasenschiebers. In die beiden Schmalseiten 1 und 1' des Hohlleiters 2 ist jeweils
ein breiter Schlitz eingefräst. Diese beiden Schlitze werden durch die als Hauptsteuerelektroden
dienenden Stege 7 und 7' in die vier Koppelschlitze 3, 3', 3", 3"' unterteilt. Beide
Schlitzpaare 3, 3" bzw. 3', 3"' sind durch je ein Plättchen 4 bzw. 4' aus ferroelektrischem
Material abgedeckt. Die Steuerspannung U wird an die Hauptsteuerelektroden 7 bzw.
7' und an die das
Ferroelektrikum abdeckenden Außenelektroden 5
bzw. 5' gelegt. Der Gegenpol liegt am geerdeten Hohlleiter 2. Die Kombination der
Steuerelektroden 5 und 7 bzw. 5' und 7' ergibt eine günstigere Steuerfeldverteilung
im Ferroelektrikum 4 bzw. 4' als die in F i g. 2 gezeigte Einzelelektrode 5. Durch
die beiderseitige Anordnung steuernder Schlitze erhält man eine größere Phasendrehung
pro Längeneinheit.
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F i g. 3 zeigt einen weiteren Phasenschieber nach dem genannten Prinzip.
In der Breitseite 8 eines Hohlleiters 2 befinden sich im Abstand a voneinander die
Querschlitze 9, 9', 9" . . . Diese unterbrechen den Wand-Längsstrom IL. Das
an einem Schlitz 9 anstehende elektrische Wechselfeld EL hängt von den Schlitzabmessungen
und dem gegenseitigen Schlitzabstand ab. Die Schlitze 9, 9' . . . sind durch ein
Plättchen 4 aus ferroelektrischem Material abgedeckt, so daß das Ferroelektrikum
in den Stromkreis der Wandströme IL eingefügt ist. Das steuernde Feld wird
durch eine Spannung U zwischen der Steuerelektrode 5 und dem geerdeten Hohlleiter
2 erzeugt. Diese Steuerelektrode 5 verhindert auch eine Abstrahlung von Hochfrequenzenergie
aus dem Hohlleiter 2 in den freien Raum. Eine symmetrische Anordnung, bei der auch
die zweite Hohlleiter-Breitseite 8' des Hohlleiters 2 mit gesteuerten Schlitzen
versehen ist, liefert auch in diesem Fall eine größere Phasendrehung pro Längeneinheit.