DE1210467B - Hohlleiterabschnitt zur Umwandlung einer in ihn eintretenden Welle - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

HO3h
Deutsche Kl.: 21 a4 - 74

Nummer: 1210 467

Aktenzeichen: C 24332IX d/21 a4

Anmeldetag: 9. Juni 1961

Auslegetag: 10. Februar 1966

Die Erfindung betrifft einen Holilleiterabschnitt zur Umwandlung einer in ihn eintretenden Welle, insbesondere zur Umwandlung einer H₁₀-WeIIe in eine H₀₁-WeIIe, mit einem in ihm neben einem Teil der Hohlleiterwandung, an dem das elektrische Feld der Welle Null ist, vorgesehenen Ferritelement, das seine größte Abmessung in der zur Fortpflanzungsachse der im Hohlleiter geführten Energie parallelen Richtung besitzt.

Es sind bereits Hohlleiterabschnitte mit einem in ihnen neben einem Teil der Hohlleiterwandung, an dem das elektrische Feld der Welle Null ist, vorgesehenen Ferritelement bekannt, das — wie gesagt — seine größte Abmessung in der zur Fortpflanzungsachse der im Hohlleiter geführten Energie parallelen Richtung besitzt. Hohlleiterabschnitte dieser Art werden verwendet als Phasenschieber oder zwecks Änderung der Präzessionsfrequenz, nicht dagegen als Moduswandler. Eine Eignung hierfür ist schon insofern dann nicht gegeben, wenn das Ferritelement lediglich in Form einer dünnen Haut vorgesehen ist, da dann eine Umwandlung der Wellenform naturgemäß nicht stattfinden kann.

Wenn ein Ferritelement gleichzeitig dem elektrischen Feld einer Hochfrequenzwelle und einem in seiner Richtung zu dem elektrischen Feld senkrecht stehenden und zu der Fortpflanzungsachse der Welle parallelen, gleichförmigen Magnetfeld unterworfen wird, lassen sich verschiedene bekannte Erscheinungen beobachten, die sich aus dem Faraday-Effekt ergeben. Diesen Effekt kann man in Geräten ausnutzen, die die Drehung der Polarisationsebene der übertragenen Welle ausnutzen, wie in Gyratoren, Zirkulatoren (Richtungsgabeln) usw.

Wenn das Magnetfeld, dem das Ferritelement unterworfen ist, zu der Fortpflanzungsrichtung der Hochfrequenzwelle senkrecht steht, sind zwei unterschiedliche Fälle zu betrachten.

Wenn das gleichförmige Magnetfeld eine zum Magnetfeld der elektromagnetischen Welle senkrechte Richtung besitzt, beobachtet man den Cotton-Mouton-Effekt und den Effekt gyromagnetischer Resonanz.

Der erstere Effekt wird bei den auf niedrigem Pegel arbeitenden nichtreziproken Dämpfungsgliedern und gewissen Zirkulatoren (Richtungsgabeln) ausgenutzt, während der zweitgenannte Effekt in den auf großem Pegel arbeitenden Dämpfungsgliedern mit absorbierendem Ferrit ausgenutzt wird.

Schließlich hat die elektromagnetische Welle keinerlei Wirkung auf die fortschreitenden Bewegungen der Elektronen des Ferrits, wenn das gleich-Hohlleiterabschnitt zur Umwandlung einer
in ihn eintretenden Welle

Anmelder:

Compagnie Francaise Thomson-Houston, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:

Roger Salomon Alfandari, Paris;

Robert Pauchard, St.-Mande, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 9. Juni 1960 (829 527),

vom 23. November 1960 (844 796) -■

förmige Magnetfeld und das Magnetfeld der Welle einander parallel sind.

Die Erscheinungen, die sich aus dem Anlegen eines Magnetfeldes auf ein Ferritelement, in dem sich eine elektromagnetische Welle fortpflanzt, ergeben, sind häufig untersucht worden. Jedoch ist stets vorausgesetzt worden, daß das Magnetfeld in dem gesamten Volumen des Ferritelements gleichförmig ist. Es wurde im Zuge der Erfindung diesseits festgestellt, daß man recht beachtliche selektive Wirkungen erzielen kann, wenn man ein in einem Hohlleiter vorgesehenes Ferritelement einem mit Ausnahme im Innern eines Zylinders kleinen Durchmessers inhomogenen Magnetfeld aussetzt. Fig. 1 zeigt die Kraftlinien eines solchen Feldes, wobei die Feldlinien 1, 2, 3 sich um die Achse oz des engen Zylinders 5 ausbreiten.

Der hier vorgeschlagene Hohlleiterabschnitt der eingangs genannten Art zur Umwandlung einer in ihn eintretenden Welle ist erfindungsgemäß durch Mittel gekennzeichnet, die das Ferritelement der einer zur Polarisationsebene der einfallenden Welle· senkrechten Achse folgenden Komponente eines äußeren Magnetfeldes unterwerfen.

Die neuen Wirkungen, die sich mit dem Hohlleiterabschnitt gemäß der Erfindung erzielen lassen, werden erreicht, wenn ein solches Magnetfeld unter den weiter unten definierten und durch F i g. 2 veranschaulichten Bedingungen an einen ein Ferrit-

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element 6 enthaltenden Hohlleiter 8 angelegt wird. konstante ist es durch Anordnung dieses Prismas in

Dieses beispielsweise in Form eines Parallelepipeds Nähe der einen Hohlleiterwandung möglich, daß sich

gehaltene Ferritelement muß seine größte Abmessung nur eine H₁₀-WeIIe und eine H₀₁-WeIIe ausbreiten

in der Fortpflanzungsrichtung oy der im Hohlleiter 8 können. Unter diesen Bedingungen verhält sich der

geführten Energie besitzen. Es ist in der Nähe einer 5 Hohlleiter wie eine Leitung, die zwei Moden über-

Schmalwand 9 dieses Hohlleiters angeordnet. Das tragen bzw. unter den dielektrischen Werkstoffen, die

Magnetfeld, dem das Ferritelement unterworfen ist, verwendet werden können, bevorzugt man die nicht

besitzt eine einer zur Polarisationsebene P der ein- einem äußeren Magnetfeld unterworfenen ferri-

fallenden Welle senkrechten Achse folgende Korn- magnetischen Materialien,

ponente. io Die Erfindung betrifft nun beispielsweise selektive

Obwohl diese Bedingung zur Erhaltung der später Bandfilter, die die Eigenschaften eines Ferrit-Richtbeschriebenen Erscheinungen nicht unerläßlich ist, kopplers zwischen den beiden oben definierten Grundwird vorausgesetzt, daß das Magnetfeld symmetrisch wellen H₁₀ und H₀₁ durch Anlegen eines äußeren ist und seine Achse mit der Achse Δ des Zylinders, Magnetfeldes an ein im Hohlleiter angeordnetes in dem das Feld geradlinig ist, zusammenfällt. Es ist 15 Ferritelement bringen. Der Richtkoppler erlaubt also, bequem, die Lage dieser Achse Δ gegenüber der diese mehr oder weniger vollständig, mehr oder Symmetrieachse des Ferritelements parallel zu Fort- weniger reziprok und mehr oder weniger selektiv pflanzungsachse der Energie zu betrachten. miteinander zu koppeln. Das angelegte Magnetfeld

Wenn eine Hochfrequenzwelle sich in dem Hohl- ist dadurch definiert, daß ihre Wirkkomponente sich leiter 8 fortpflanzt, wobei dieLage der Achse Δ fest 20 in einer zu der Längskomponente des Magnetfeldes ist, kann man den Wert des äußeren Magnetfeldes der H₁₀-WeIIe und zur Polarisationsebene der eineinregeln, damit die Welle nicht mehr übertragen, fallenden Welle senkrechten Richtung befindet,
sondern reflektiert wird, wobei der Reflexionskoef- Die Art des Anlegens des Magnetfeldes an das fizient zumindest nahe Eins ist. Ferritelement einer Schaltungsanordnung gemäß der

Eine Welle mit einer verhältnismäßig benachbarten 25 Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht.

Frequenz wird ohne bemerkenswerte Dämpfung über- F i g. 3 zeigt den rechtwinkligen Querschnitte BCD

tragen, wobei dann der Reflexionskoeffizient etwas eines Hohlleiters für die Grundwelle H₁₀ und die

verschieden von Null ist. durch den Vektor V₁ dargestellte Polarisationsrich-

Die gleiche Reflexionserscheinung tritt auf, wenn tang.

die Achse des Magnetfeldes der einen der beiden 30 F i g. 4 läßt den gleichen Hohlleiter erkennen, der Abschlußebenen des Ferritelements benachbart ist, ein rechteckiges Prisma aus ferrimagnetischem Madie zur Fortpflanzungsachse der Energie senkrecht terial enthält, das in Nähe der Schmalwand AB anstehen, geordnet ist.

Es ist noch zu bemerken, daß diese Erscheinung Die Gerade Δ ist die Mittellinie der Querschnittsreziprok ist, wenn die Achse des Magnetfeldes durch 35 ebene des Hohlleiters, die durch die Mittellinien M die Längsachse des Ferritelements verläuft. und N der Schmalwände AB und CD des Hohlleiters

Im Fall, daß das äußere Magnetfeld nicht durch läuft. Das Prisma aus ferrimagnetischem Material ist

die Achse des Ferritelements verläuft, ist die Er- in dem Hohlleiter symmetrisch in bezug auf die

scheinung nicht mehr reziprok, und die Verluste in Gerade Δ angeordnet. Die Polarisationsrichtung der

diesem Element werden erheblich höher. 40 H₁₀-WeIIe ist durch den Vektor V₂ dargestellt. Das

Die Erscheinungen ändern sich unter dem Ge- äußere Magnetfeld besitzt sein'e Grundkomponente H₀

sichtspunkt, daß die Lage des Magnetfeldes stets auf längs einer zu der Geraden Δ parallelen Richtung,

die gleiche Art definiert ist, wenn ihre Feldstärke Die Kopplung zwischen den beiden Wellenarten

verhältnismäßig niedrig ist (unterhalb beispiels- kann zwei charakteristische Formen entsprechend

weise 100 Oe). 45 den für die verschiedenen Parameter des Systems an-

Die Energie der Hochfrequenzwelle wird dann in genommenen Werten annehmen. Die verschiedenen einem sehr schmalen Frequenzband fast völlig ab- Parameter des Systems sind die transversalen Absorbiert, wobei die Dämpfung am Rande dieses Fre- · messungen des Prismas aus ferrimagnetischem Maquenzbandes und insbesondere in Nähe seiner terial, die Feldstärke der transversalen Kom-Grenzen praktisch Null ist. Die Erscheinung ist dann 5° ponente H₀ des angelegten Magnetfeldes, die relanicht reziprok. tiven Anordnungen quer und längs zwischen der

Es sei nunmehr an gewisse Eigenschaften von Hohl- Achse des Magnetfeldes H₀ einerseits, der Geraden Δ leitern mit rechtwinkligem Querschnitt erinnert. Die und den die Längsabmessung des Prismas begrenzen-Hohlleitertheorie zeigt, daß sich ein solcher luft- den Querschnittsebenen andererseits (Fig. 5 vergefüllter Hohlleiter, der nur eine transversale elek- 55 anschaulicht diese Querschnittsebenen Jr₁ und n_s und trische WeIIeH₁₀ überträgt, wie ein für die Über- die Querschnittsebene π₀ der F i g. 4, die die Gerade Δ tragung vieler Moden geeigneter Hohlleiter verhält, und die Richtung H₀ enthält),
wenn er ganz oder teilweise mit einem dielektrischen Der Hohlleiterabschnitt gemäß der Erfindung in Material gefüllt ist, das eine in entsprechender Weise Verwendung als selektives Bandfilter besitzt einen bestimmte Dielektrizitätskonstante besitzt. Unter 60 eine elektromagnetische Welle übertragenden Hohldiesen Bedingungen können sich zwei unterschied- leiterabschnitt, in dem neben einem Teil der Hohlliche Typen von Η-Wellen in einem solchen Hohl- leiterwandung, an dem das elektrische Feld der leiter fortpflanzen, wobei die einen vom Typ H„_o, die Welle Null ist, ein Ferritelement vorgesehen ist. anderen vom Typ H_op sind. Die der Anregung der Dieses Ferritelement muß seme größte Abmessung Wellen dieser Arten dienenden Einrichtungen können 65 in der zur Fortpflanzungsrichtung der im Hohlleiter verschieden oder dieselben sein; bei einem dielek- geführten Energie parallelen Richtung besitzen. Enttrischen Material mit von der Wahl der Quer- sprechend einem weiteren wesentlichen Merkmal der abmessungen des Prismas abhängiger Dielektrizitäts- Erfindung muß schließlich das Ferritelement wenig-

stens einem äußeren Magnetfeld unterworfen sein, das eine einer zur Polarisationsebene der einfallenden Welle senkrechten Achse folgende Komponente besitzt. Die erste Art der beobachteten Erscheinungen läßt sich bei einem reziproken Filter mit geringen Verlusten nutzbar machen, das ein zylindrisches Ferritelement verwendet, das einem in bezug auf eine Achse symmetrischen äußeren Magnetfeld unterworfen ist. Diese Achse muß durch die Symmetrieachse des zylindrischen Elements verlaufen. Eine teilweise interessante Anwendung der Einrichtung, die oben beschrieben ist, betrifft einen Hohlleiterschalter, der in Form eines sechspoligen T-Stücks gehalten ist und in dessen beiden Seitenzweige jeweils ein reziprokes Filter der oben beschriebenen Art eingeschleift ist.

Die letztere Erscheinungsart wird gemäß der Erfindung bei einem sehr selektiven, jedoch nichtreziproken Filter ausgenutzt, das die einfallende, nicht übertragene Energie absorbiert. Diese Anordnung weist gegenüber dem reziproken Filter ohne Verluste, das eine Ausführungsform der Erfindung bildet, zwei wesentliche Unterschiede auf. Die Achse des äußeren Magnetfeldes liegt nicht benachbart der Symmetrieachse des Ferritelements, und ferner ist die Feldstärke dieses Magnetfeldes verhältnismäßig klein.

Die beiden Filter gemäß der Erfindung können vorzugsweise in Schaltanordnungen verwendet werden, die dazu bestimmt sind, die Nachteile der bei Radioempfang auftretenden Störgeräusche zu vermindern. Sie können der Verbesserung der Betriebsweise von Superheterodyn-Empfängern dienen, indem sie die auf die Bildfrequenzen zurückzuführenden Störerscheinungen beseitigen lassen. Im übrigen ist die Verwendung dieser Filter immer dann vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, in einem bestimmten Augenblick eine rasche Schaltung vorzunehmen. Die Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf die Zuordnung mehrerer bereits beschriebener Filter. Man bevorzugt unter anderem ein Filter mit einer elektrischen Länge, die den einen oder den anderen zweier vorbestimmter Werte haben kann und elektronisch gesteuert werden kann.

Die Zuordnung zweier Filter gestattet, einen Modulator zu bilden, der die Hochfrequenzenergie in gleichmäßiger Form empfängt und sie in pulsierender Form wiederherstellt.

Zum besseren Verständnis der technischen Merkmale vorliegender Erfindung werden folgend zwei Ausführungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 6 stellt ein reziprokes verlustloses Filter gemäß der Erfindung dar.

F i g. 7 ist ein Schema, das die relativen Lagen des Ferritelements und der Achse des Magnetfeldes klar veranschaulicht.

F i g. 8 stellt graphisch zwei Kurven dar, die in Abhängigkeit von der Frequenz die Änderungen des Übertragungskoeffizienten des Filters der F i g. 6 und die Änderungen des Gehalts an stationären Wellen des Filters zeigen.

Die in F i g. 9 dargestellte Schaltungsanordnung ist ein Hohlleiterschalter, der zwei dem der Fig. 6 identische Filter aufweist.

Fig. 10 stellt ein sehr selektives, jedoch nichtreziprokes Filter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar.

Fig. 11 zeigt in graphischer Darstellung zwei Kurven, die in Abhängigkeit der Frequenz / die Änderungen des Übertragungskoeffizienten r des Filters der Fig. 7 und die Änderungen des Gehalts an stationären Wellen dieses Filters erkennen lassen.

Fig. 12 ist ein Ersatzschaltbild der bereits beschriebenen Selektivfilter.

Fig. 13 ist mehr speziell ein Ersatzschaltbild des in F i g. 6 dargestellten Filters.

ίο Fig. 14 ist entsprechend ein Ersatzschaltbild des Filters der Fig. 10.

Fig. 15 stellt ein Filter mit zwei Zellen dar, die durch die Reihenschaltung zweier einfacher Filter entsprechend dem Schema der Fig. 12 gebildet sind. Fig. 16 zeigt ein Filter gleicher Art wie das der Fig. 15, das sich wie ein elektronisch gesteuerter Phasenschieber verhält.

Fig. 17 bringt schließlich ein Filter der Art wie Fig. 15, das durch Impulse die von ihm empfangene Hochfrequenzenergie zu modulieren gestattet.

Das in F i g. 6 dargestellte reziproke Selektivfilter 11 besitzt einen in seinem Querschnitt rechteckigen Hohlleiterabschnitt 12, entlang dessen Schmalseite 13 ein Ferritelement 14 parallelepipedischer Form angeordnet ist, das zu den Breitenwänden des Hohlleiters gleiche Abstände besitzt. Die großen Kanten dieses Ferritelements liegen parallel zu der Mittellinie des Hohlleiters. Durch eine von einem Erregerkreis 16 gespeiste Magneteinrichtung 15 wird ein Magnetfeld H₀ zur Erregung des Ferritelements 14 geschaffen. Die Magneteinrichtung 15 besteht aus einem von einer Spule 18 umgebenen Weicheisenkern 17, während der Erregerstromkreis 16 eine Gleichstromquelle 19 besitzt, die auf den Widerstand eines Regelpotentiometers Strom abgibt. Das eine Ende 21 und der Schiebekontakt 22 des Potentiometers liegen über ein Amperemeter 23 an der Erregerspule des Elektromagneten 15.

Das Magnetfeld steht senkrecht zur Polarisationsebene einer Welle, die sich in dem Hohlleiter 12 fortpflanzt. Andererseits muß die Achse des Magnetfeldes durch die Längsachse des Ferritelements verlaufen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 werden jetzt die Arbeitsbedingungen des Filters der F i g. 6 erläutert. Mit Jr₁ und π₂ seien die Eingangs- und Ausgangs-Transversalebenen des teilweise mit Ferrit ausgefüllten Hohlleiterabschnitts und mit π₀ die zu der Achse X¹X des Hohlleiters senkrechte Ebene bezeichnet, die die Achse zf des Magnetfeldes H₀ enthält. Da das Ferritelement durch seine Länge definiert ist, pflanzt sich die Welle in dem Hohlleiter mit einer bestimmten Frequenz fort, und bei gegebener Feldstärke des Magnetfeldes läßt sich die Lage der Ebene π₀ bestimmen, damit der größte Teil, nahezu die Gesamtheit der in den Hohlleiter einfallenden Energie reflektiert wird. Unter diesen Bedingungen ist diese Reflexionserscheinung auf ein sehr schmales Frequenzband beschränkt. Die Feldstärke des angelegten Magnetfeldes liegt in der Größenordnung von einigen hundert Oersted.

In dem Frequenzband, in dem das Filter wirksam ist, überträgt es nur einen vernachlässigbaren Teil der einfallenden Leistung. Das Verhältnis der einfallenden Leistung zur übertragenen Leistung liegt über 40 db. Der größte Teil der einfallenden Leistung wird in Richtung auf die Stromquelle reflektiert, wobei die in dem Filter auftretenden Verluste einige

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zehn Dezibel sind. Eine Welle mit außerhalb des 27 und 28 des T-Stücks zusammenfallen. Die Schein-Frequenzbandes der Wirksamkeit des Filters liegen- widerstandsanpassung muß erfolgen, wenn irgendder Frequenz wird mit geringen Verlusten übertra- eines der beiden Filter aktiv wird, was sich durch gen, deren Größenordnung von der Frequenz unab- Betätigung des Wechslers 29 erreichen läßt,
hängig ist. S Wenn der Elektromagnet des Filters 11 Strom er-

Die Kurven 24 und 25 der Fig. 8, die die hält, wird die in den Mittelzweig 30 des T-Stücks einÄnderungen des Übertragungskoeffizienten- τ und fallende Welle in den an den Seitenzweig 28 des des Gehalts stationärer Wellen darstellen, lassen die T-Stücks angeschlossenen Hohlleiter übertragen. Umsoeben beschriebenen Eigenschaften erkennen. Die gekehrt, erhält der Elektromagnet des Filters 11' beobachtete Erscheinung ist reziprok und unabhän- io Spannung, wird die in den Zweig 30 einfallende gig von der Richtung des angelegten Magnetfeldes. Welle in den an den Seitenzweig 27 angeschlossenen

Das Filter der Fig. 6 kann verwendet werden, Hohlleiter übertragen. Es ist daher möglich, eine in wenn sich die Welle in dem Hohlleiter mit einer den mittleren Zweig einfallende Welle auf den Seitengroßen Energie fortpflanzt, wobei man jedoch jeg- zweig 27 oder 28 zu lenken, wenn ihre Frequenz in liehe unzulässige Erhitzung des Ferritelements ver- ¹S dem gemeinsamen Wirkbereich der Filter 11 und meiden muß, dessen Temperatur durch äußere Be- U' liegt Infolge der Ausnutzung elektronischer lüftung des Hohlleiters begrenzt werden kann. Das Steuermittel der Elektromagneten läßt sich der Anlegen dieses Ferritelements gegen eine Metallwan- Wechsel der Stromwege sehr rasch durchführen, dung des Hohlleiters begünstigt die Abfuhr der in Wenn keiner der Elektromagneten erregt wird, diesem Element auftretenden Wärme. Die auf Grund 2° wird die einfallende Welle zwischen den beiden Seider Änderungen des Erregerstromes des Elektro- tenwegen gleichmäßig aufgeteilt, vorausgesetzt, daß magneten 15 auftretenden Änderungen der Feld- die Frequenz / dieser Welle in dem Anpassungsband stärke des äußeren Magnetfeldes H₀ äußern sich in des Geräts enthalten ist. Wenn / außerhalb des Sperreiner Verschiebung der Übertragungskurve des FiI- bandes der Filter 11 und 1Γ liegt, wird die einfalters parallel zur Frequenzachse. Wenn das äußere »5 lende Energie gemäß einem Gesetz, das sich aus der Magnetfeld weggenommen wird, verhält sich das Anpassung des Schalters ergibt, auf die drei Wege Ferritelement wie ein gewöhnliches Dielektrikum. des T-Stücks 26 verteilt. In Abänderung können die

Durch Verwendung irgendeiner Art von Hochfre- Resonanzfrequenzen der beiden Filter unterschied-

quenz-Hohlleitern erhält man eine der der F i g. 6 lieh sein; dann arbeitet das Gerät als eine selektive

analoge Einrichtung. Es lassen sich Filter für einen 3° Weiche für Wellen benachbarter oder verschobener

Betrieb in irgendeinem Hochfrequenzband erstellen, Frequenzen und für breite oder schmale Resonanz-

jedoch hat man den Vorteil, die Eigenschaften des bänder.

verwendeten Ferrits entsprechend dem gewünschten Die in Fig. 10 veranschaulichte Einrichtung ist Zweck zu wählen. Die vernünftige Regelung der ver- ein nichtreziprokes Selektivfilter. Die zentrale Freschiedenen das Filter bestimmenden Parameter läßt 35 quenz seines sehr schmalen Sperrbandes kann fest Wirkbänder erreichen, deren relative Breite zwischen oder mechanisch regelbar sein. Es läßt sich ein Hohl-10~³ und ΙΟ"¹ liegt. Selbstverständlich kann der leiter beliebigen Querschnitts verwenden. Es gestat-Elektromagnet 15 durch einen Dauermagneten er- tet, praktisch völlig die Energie einer elektromagnesetzt werden. Die Verschiebung desselben gestattet, tischen Welle in einem Sperrbereich von etwa F/1000 die Feldstärke des an das Ferritelement angelegten 4° zu absorbieren. Die Einrichtung der F i g. 10 besitzt Magnetfeldes zu regem. Man erhält ein dem soeben einen rechteckigen Hohlleiterabschnitt 31, in dem beschriebenen analoges Filter durch Verwendung wie im Fall des Filters der F i g. 6 ein parallelzweier Platten, die in dem Hohlleiter flächig aufein- epipedisches Ferritelement 34 angeordnet ist. Das ander oder auch verschoben angeordnet sind. In Magnetfeld wird durch einen Dauermagneten 32 erdiesem Fall muß also an jede Platte ein Magnetfeld 45 zeugt, der durch einen Träger 33 in einer richtigen angelegt werden. Lage gehalten wird. Der Träger 33 gestattet, den Das in F i g. 6 dargestellte Filter besitzt folgende Magneten 32 parallel zu einer Schmalwand des Hohl-Vorteile: Es erfordert einen äußerst geringen Platz- leiters zu verschieben. Eine aus magnetischem Mabedarf (seine Länge liegt in der Größenordnung von terial, z. B. Weicheisen, bestehende Schutzkappe 35 zwei Wellenlängen); seine Selektivität ist äußerst 50 umhüllt die gesamte Vorrichtung. Der aus einer groß. Das Filter wird durch elektrische Mittel wirk- Scheibe magnetischen Werkstoffs bestehende Dauersam gemacht. Die Steuerung der Mittelfrequenz magnet 32 ist neben der Schmalwand des Hohlleiters seines wirksamen Bandes erfolgt ebenfalls elektrisch. in der Nähe der Eingangsebene oder, der Ausgangs-Schließlich läßt sich die Bandbreite durch einfache ebene des Ferrits angeordnet. Die Achse des Mamechanische Regelungen steuern, die durch einfache 55 gneten muß nicht durch die Mittellinie des Hohl-Einrichtungen erfolgen können, ohne daß der Raum- leiters verlaufen. Sind die Abmessungen des Ferritbedarf des Geräts gesteigert wird. elements gegeben und pflanzt sich die Frequenzwelle Der in Fig. 9 dargestellte Schalter besteht aus in dem Hohlleiter fort, läßt sich ein Wert der FeIdeinem im Nebenschluß geschalteten oder in der stärke des Magnetfeldes und eine Lage des Magneten Ebene H liegenden T-Stück 26, in dessen Seitenzwei- 60 bestimmen, für den das Filter praktisch die gesamte gen 27 und 28 jeweils ein Filter 11 und 1Γ angeord- Energie dieser Welle absorbiert. Durch Verschiebung net ist, das dem der Fig. 6 entspricht. Die beiden des Magnetfeldes faßt sich die zentrale Frequenz des Elektromagneten 15 und 15' werden durch die Sperrbandes des Filters in geringen Grenzen ändern, gleiche Einrichtung 16 gespeist, mit der die Spulen Das angelegte Magnetfeld hat eine Feldstärke unter 18 und 18' durch einen zweipoligen Wechsler 29 ver- 65 100 Oe. Das Verhältnis zwischen der einfallenden bunden werden. Die Kurzschlußebenen jedes der und der übertragenen Energie ist für die zentrale beiden verlustlosen Bandfilter 11 und 1Γ müssen Frequenz F des Durchlaßbandes 40 db. Diese zenmit den charakteristischen Ebenen der Seitenzweige trale Frequenz kann in einem Bereich von F/100 ein-

gestellt werden. Außerhalb des Bandes, in dem Absorption der einfallenden Energie stattfindet, sind die Verluste in der Größenordnung von einigen Dezibel.

Es ist bereits erklärt worden, daß das Filter der F i g. 10 nicht reziprok ist, d. h. die Energie nur für eine Fortpflanzungsrichtung absorbiert wird. Für die umgekehrte Richtung sind die Verluste in dem. gesamten Band von der Größenordnung einiger Dezibel.

Die in den F i g. 6 und 10 dargestellten Filter sind in Wirklichkeit Richtkoppler zwischen den H₁₀- und H₀₁-Arten. Die erstere derselben ist reziprok, d. h. unabhängig von der Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle, in der die einfallende Energie ganz oder teilweise von einer Art in die andere übertragen wird, wenn die Achse des angelegten Magnetfeldes H₀ mit den Mittellinien M und N (F i g. 4) zusammenfällt. Die zentrale Betriebsfrequenz ,des Selektivfilters und seine Bandbreite sind durch die mit den Parametern des Systems gegebenen Werte definiert.

Das zweite Filter ist ein nichtreziproker Richtkoppler zwischen den Arten H₁₀ und H₀₁, d. h., es weist diese Eigenschaft nur für eine Fortpflanzungsrichtung auf, in der die einfallende Energie ganz oder teilweise von einer Art in die andere übertragen wird, wenn die Achse des angelegten Magnetfeldes H₀ oberhalb oder unterhalb der Mittellinien M und N liegt. Die zentrale Betriebsfrequenz des Selektivfilters und seine Bandbreite sind durch die mit den Parametern des Systems gegebenen Werte definiert.

Das in Fig. 12 dargestellte Ersatzschaltbild des Selektivfilters wird von seinem soeben beschriebenen Arbeitsprinzip abgeleitet. Der als eine Zweiwegleitung betrachtete Hohlleiter ist dargestellt durch zwei unabhängige unterschiedliche Leitungen, von denen die eine die H₁₀-WeIIe, die andere die H₀₁-WeIIe überträgt. Der als Selektivfilter wirkende Richtkoppler kann als ein Ortselement C der Leitung H₁₀ betrachtet werden, das die beiden Leitungen parallellegt und einen Energieverteiler zwischen diesen beiden Leitungen bildet. Die Länge des Prismas aus ferrimagnetischem Material bestimmt diejenige der Zweiwegleitung, wobei die Endebenen dieses Prismas den Kurzschlußebenen Ji₁ und π₂ der die H₀₁-WeIIe übertragenden Leitung entspricht.

Die Fig. 13 und 14 zeigen die Ersatzschaltbilder von zwei verschiedenen, dem Filter der F i g. 12 entsprechenden Selektivfiltern. Im Fall der F i g. 13 ist der Richtkoppler C reciprok. Die bei E in die Leitung H₁₀ einfallende Welle ist völlig gekoppelt auf die Leitung H₀₁ in der Fortpflanzungsrichtung von Ji₁ auf Tr₂, wird dann an der Kurzschlußebene π₂ reflektiert, kehrt auf der gleichen Leitung zurück und wird unter Berücksichtigung der Reziprozität des Richtkopplers C in den Eingangszweig der Leitung H₁₀ gesandt. Wenn die reziproke Kopplungswirkung statt völlig nur teilweise stattfindet, pflanzt sich der nicht gekoppelte Energieanteil in der Leitung H₁₀ auf die bei 5 an den Ausgangszweig dieser Leitung angeschlossenen Einrichtungen fort.

Der Richtkoppler C der Fig. 14 ist nicht reziprok, er gestattet also die Kopplung nur in einer Richtung, beispielsweise derjenigen von der Leitung H₁₀ auf die Leitung H₀₁. Die in die Leitung H₁₀ bei E einfallende Welle wird völlig auf die Leitung H₀₁ gekoppelt; sie pflanzt sich in der Richtung von Ti₁ auf n₂ fort, wird sodann wie im Fall der Fig. 13 an der entsprechenden Kurzschlußebene π_% reflektiert und kehrt auf der gleichen Leitung zurück. Wenn sie auf dem Rückweg den Richtkoppler C erreicht hat, kann sie sich nicht mehr koppeln mit der Leitung H₁₀, und zwar auf Grund der Nichtreziprozität der Kopplung, und wird auf die Leitung H₀₁ zurückgegeben; sie wird also in dem Abschnitt der Leitung H₀₁ gespeichert und verschwindet dort unter Berücksichtigung der nicht Null betragenden Verluste des ferrimagnetischen Materials. Wenn der nichtreziproke Kopplungseffekt statt vollständig nur teilweise ist, wird der nicht gekoppelte Energieanteil in der Leitung H₁₀ auf die an den Weg 5 angeschlossenen Verbrauchereinrichtungen übertragen.

Die vorstehende Beschreibung läßt die Natur der Einrichtung als Gegenstand mehrerer weiterer Anwendungen der Erfindung erkennen. Diese betreffen die Reihenschaltung mehrerer Selektivfilter der bereits beschriebenen Art. Zur Verwirklichung einer solchen Vorrichtung legt man ein Magnetfeld an zwei verschiedenen Bereichen des Ferritstücks an, das in dem Filter der Fig. 12 angordnet ist. Diese beiden Magnetfelder müssen eine einer zur Polarisationsebene senkrechten Richtung folgende Komponente haben. Wenn man in den Eingangszweig dieses Filters eine H₁₀-WeIIe eingibt, wird sie zumindest teilweise als H₀₁-WeIIe in den Anlegungsbereich des zweiten Magnetfeldes übertragen, es ergibt sich eine neue Wellenumformung, und die Gesamtheit der Energie pflanzt sich erneut in der H₁₀-Art fort.

Der Hohlleiter des Filters in dieser besonderen Anwendungsweise gemäß der Erfindung spielt auch noch die Rolle einer Zweiwegleitung und ist in dem Ersatzschaltbild der F ig. 15 durch zwei Leitungen L₁ und L₂ dargestellt, in denen die H₀₁- bzw. H₁₀-WeIIe übertragen wird. Durch Anlegen eines ersten Magnetfeldes an das Ferritstück verwirklicht man die erste Zelle des beschriebenen Filters. Man sieht, daß diese Zelle gleich dem Filter der Fig. 12 ist. Diese Einrichtung verhält sich sozusagen als Richtkoppler zwischen den beiden oben definierten Wellenarten. Sie ist schematisch dargestellt durch die in den Leitungszug L₁ eingeschleifte und an den Leitungszug L₂

angeschlossene Schaltung C₁. Die Länge der Leitung L₁ ist durch diejenige des Ferritelements festgelegt, dessen Längsenden die Kurzschlußebenen U₁ und π₂ für eine sich in der allgemeinen Fortpflanzungsrichtung der Energie (Pfeil 1) oder in der umgekehrten Richtung fortpflanzende Welle bilden.

Die zweite Zelle des Filters wird durch Anlegen eines zweiten Magnetfeldes an das Ferritstück verwirklicht. Diese zweite Filterzelle bildet einen Richtkoppler zwischen den H₁₀- und H₀₁-Wellen und ist schematisch dargestellt durch die in den Leitungszug L₂ eingeschleifte und an die Leitung L₁ angeschlossene Schaltung C₂.

Wenn die Koppler C₁ und C₂ gesamtwirkend sind, hat das System der Fig. 15 zwei unterschiedliche elektrische Längen, je nachdem die beiden Magnetfelder an das Ferritstück angelegt sind oder nicht. Die Anwendung dessen liegt in dem Gerät der Fig. 16, dessen Ersatzschaltbild gemäß dem der Fig. 15 Anwendung von der obenerwähnten Bemerkung macht. Es handelt sich um ein Filter, dessen elektronisch gesteuerte elektrische Länge zwei unterschiedliche Werte annehmen kann. Hier sind die einander gleichen Koppler C₁ und C₂ reziprok, und

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ihr Kopplungskoeffizient ist gleich Eins. Die der Erregung des Ferritstücks dienenden beiden Elektromagneten sind ebenfalls einander identisch. Wenn man gleichzeitig an die Wicklungen dieser beiden Elektromagneten Rechteckimpulse anlegt, werden die beiden Koppler gleichzeitig aktiv. Die in den Eingangszweig der LeItIUIgL₁ einfallende H₁₀-WeIIe wird völlig transformiert in eine H₀₁-WeIIe durch den Koppler C₁. Diese zweite Welle wird in die Leitung L₂ übertragen, darm durch den Koppler C₂ in eine H₁₀-WeIIe transformiert, die dann in den Ausgangszweig der Leitung L₁ übertragen wird. Wenn keiner der Koppler erregt ist, wird die einfallende H₁₀-WeIIe einfach von einem zum anderen Ende der Leitung L₁ übertragen.

Das in Fig. 17 dargestellte Filter hat das gleiche allgemeine Schaltschema wie die Filter der Fig. 15 und 16. Der Koppler C₁ ist nicht reziprok, während der Koppler C₂ reziprok ist. Hier wird der eine H₁₀-WeIIe empfangende Koppler C₁ fortlaufend erregt, während man an die Wicklung des Elektromagneten des Kopplers C₂ rückläufige Impulse anlegt. In dieser Schaltung wird die Energie der H₀₁-WeIIe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steuerimpulsen des Kopplers C₂ in dem Leitungsabschnitt L₂ mit geringen Verlusten gespeichert. Diese Energie wird ausgelöst und übertragen an den Ausgangszweig 2 der Leitung L₁ jedesmal, wenn ein solcher Impuls den Koppler betätigt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Hohlleiterabschnitt zur Umwandlung einer in ihn eintretenden Welle, insbesondere zur Umwandlung einer H₁₀-WeIIe in eine H₀₁-WeIIe mit einem in ihm neben einem Teil der Hohlleiterwandung, an dem das elektrische Feld der Welle Null ist, vorgesehenen Ferritelement, das seine größte Abmessung in der zur Fortpflanzungsachse der im Hohlleiter geführten Energie parallelen Richtung besitzt, gekennzeichnet durch Mittel, die das Ferritelement der einer zur Polarisationsebene der einfallenden Welle senkrechten Achse folgenden Komponente eines äußeren Magnetfeldes unterwerfen.

2. Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 1, der als reziprokes Filter arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritelement in bezug auf eine Längsachse symmetrisch und einem bezüglich einer durch letztere verlaufenden Achse ebenfalls symmetrischen äußeren Magnetfeld unterworfen ist.

3. Als reziprokes Filter arbeitender Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt einen rechteckigen Querschnitt und das Ferritelement die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds besitzt, dessen eine Längsfläche an einer Schmalwand des Hohlleiters anliegt, und ferner das Ferritelement in gleichem Abstand zu den Längswänden des Hohlleiters angeordnet ist und die Magnetfeldachse die Achse des Ferritelements in Nähe der einen seiner beiden quergerichteten Eingangs- und Ausgangsebenen schneidet.

4. Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 1, dei als nichtreziprokes Filter arbeitet, das eine große Selektivität besitzt und die einfallende, nicht übertragende Energie absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritelement zylindrisch und einem äußeren Magnetfeld unterworfen ist, das in bezug auf eine Achse symmetrisch ist, die in der Nähe der einen der beiden quergerichteten Eingangs- und Ausgangsebenen des Ferritelements liegt, jedoch nicht in der Nähe der Achse des letzteren verläuft, wobei das äußere Magnetfeld eine verhältnismäßig geringe Feldstärke .besitzt.

5. Als nichtreziprokes Filter arbeitender Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt einen rechteckigen Querschnitt und das Ferritelement die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds besitzt, dessen eine Längsfläche an einer Schmalwand des Hohlleiters anliegt.

6. Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Ferritelement jeweils in zwei Teilen seiner Bereiche zwei äußeren Magnetfeldern ausgesetzt ist, von denen jedes eine einer zur Polarisationsebene der einfallenden Welle senkrechten Achse folgende Komponente besitzt.

7. Als Phasenschieber arbeitender Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritelement in bezug auf eine Längsachse symmetrisch ist und die beiden äußeren Magnetfelder, denen es unterworfen ist, bezüglich zweier Achsen symmetrisch sind, die durch die Längssymmetrieachse des Ferritelements verlaufen.

8. Als Modulator arbeitender Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritelement in bezug auf eine Längsachse symmetrisch und zwei Magnetfeldern ausgesetzt ist, von denen das eine bezüglich einer Achse symmetrisch ist und die beide durch die Längssymmetrieebene des Ferritelements verlaufen.

9. Hohlleiterabschnitt nach Anspruch 2 für einen Hohlleiterschalter, dadurch gekennzeichnet, daß er jeweils in die beiden Seitenzweige des in Form eines sechspoligen Reihen- oder Nebenschluß-T-Stücks gehaltenen Hohlleiterschalters eingeschleift ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 806150;
»IRE Transactions on Microwave Theory and Techniquer«, Juli 1958, S. 334.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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