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Modulator für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht
sich auf einen nach dem Prinzip der Faradaydrehung arbeitenden Modulator für sehr
kurze elektromagnetische Wellen.
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Modulatoren dieser Art bestehen aus einem in der Achse zwischen zwei
miteinander fluchtenden Rundhohlleiterabschnitten angeordneten gyromagnetischen
Stab, dessen Magnetisierung in Achsrichtung von einer elektromagnetischen, die Modulationsgröße
darstellenden Größe gesteuert wird. Als Magnetisierungseinrichtung wird meist eine
den Stab umschließende Spule verwendet, die ein im Rhythmus der Modulation schwankender,
beispielsweise impulsföriniger Strom durchfließt. Die zu modulierende Trägerwelle
wird dem Modulator über einen Rechteckhohlleiter zugeführt. In gleicher Weise wird
die modulierte Trägerwelle am Ausgang des Modulators wiederum von einem Rechteckhohlleiter
übemommen. Dabei ist die Trägerwelle im Rechteckhohlleiter in der Regel vom Hj.-
und in den Rundhohlleiterabschnitten einschließlich dem gyromagnetischen Stab vom
Hll-Typ. Je nach der Größe des Drehwinkels, der der den gyromagnetischen Stab passierenden
Trägerwelle in Abhängigkeit von der Magnetisierung des Stabes mitgeteilt wird, wird
ein größerer oder kleinerer Teil der Trägerwelle am ausgangsseitigen Rundhohlleiter-Rechteckhohlleiter-übergang
reflektiert, so daß die hier abgenommene Welle im gewünschten Sinne eine vom Drehwinkel
abhängige Modulation aufweist. Damit die reflektierten Anteile keine Störungen des
Betriebes verursachen können, werden solche Modulatoren sinnvoll zusätzlich mit
drehwinkelabhängigen Absorbern ausgerüstet.
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Der Grad der Drehung der Polarisationsebene der den Modulator durchlaufenden
Welle hängt neben der Stärke des axialen magnetischen Feldes im gyromagnetischen
Stab auch von der Dauer ab, mit der die Anordnung auf die Trägerwelle einwirkt.
Diese Dauer ist durch die Länge des Stabes und die Laufzeit der Trägerwellen im
Stab gegeben und begrenzt den Anwendungsbereich eines derartigen Modulators gegen
hohe Modulationsfrequenzen. Die Begrenzung kommt dadurch zustande, daß eine eindeutige
Modulation nur so lange gewährleistet ist, wie der reziproke Wert der höchsten Modulationsfrequenz
noch größer ist als die Laufzeit der Trägerwelle im gyromagnetischen Stab. Außerdem
bedingt die Laufzeit einen Modulationsfrequenzgang, der durch die Spaltfunktion
gegeben ist. Hierin bedeutet 1 die Länge des gyromagnetischen Stabes,
f die Modulationsfrequenz und v die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen
im, gyromagnetischen Stab. Um einen brauchbaren Modulationswirkungsgrad zu erreichen,
muß also der reziproke Wert der höchsten Modulationsfrequenz noch wesentlich größer
sein als die Laufzeit der zu modulierenden Trägerwelle im Stab.
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Eine Verkleinerung der Stablänge ermöglicht zwar eine Erhöhung der
Modulationsfrequenz, jedoch sind auch einer solchen Maßnahme enge Grenzen gesetzt,
da jede Verkürzung eine Vergrößerung der aufzubringenden Magnetisierungsenergie,
für einen bestimmten Drehwinkel, bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Modulator der einleitend
beschriebenen Art gerade hinsichtlich der bei hohen Modulationsfrequenzen auftretenden,
geschilderten Schwierigkeiten wesentlich zu verbessern.
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Ausgehend von einem nach dem Prinzip der Faradaydrehung arbeitenden
Modulator für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem in der Achse
zwischen zwei miteinander fluchtenden Rundhohlleiterabschnitten angeordneten gyromagnetischen
Stab, dessen Magnetisierung in Achsrichtung von einer elektromagnetischen, die Modulationsgröße
darstellenden Größe gesteuert wird, wird gemäß der Erfindung die Aufgabe dadurch
gelöst, daß der gyromagnetische Stab über seine Länge von einer in der Stabrichtung
verlaufenden Verzögerungsleitung umschlossen ist, die eingangsseitig von einem Modulationssignal
gespeist und ausgangsseitig ausreichend reflexionsfrei abgeschlossen ist, und daß
die Verzögerungsleitung derart bemessen ist, daß sich das in sie eingespeicherte
Modulationssignal in gleicher Richtung und mit wenigstens annähernd gleicher Geschwindigkeit
fortpflanzt wie die zu modulierende Trägerwelle im gyromagnetischen Stab.
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Einfluß der Laufzeit der zu moduherenden
Welle im gyromagnetischen Stab auf die Größe der Modulationsfrequenz in vorteilhafter
Weise dadurch eliminiert werden kann, daß das axiale magnetische Feld für den Stab
als Wanderfeld mit gleicher Fortpflanzungsrichtung und Geschwindigkeit wie die zu
modulierende Welle ausgebildet ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sind
die beiden Rundhohlleiterabschnitte bis auf eine konzentrische Bohrung mit dielektrischem
Material, vorzugsweise Quarz, angefüllt und weisen innerhalb der konzentrischen
Bohrung Dämpfungsstreifen auf, die so angeordnet sind, daß die zu modulierende Trägerwelle
im unmodulierten Zustand mit ihrem E-Vektor senkrecht zu den Oberflächen der Dämpfungsstreifen
ausgerichtet ist. Der gyromagnetische Stab ist hierbei zweckmäßig über A/4 Transformationsleitungsstücke
an die beiden Rundhohlleiterabschnitte wellenwiderstandsmäßig angepaßt.
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Ein besonders' günstiger Wirkungsgrad läßt sich erreichen, wenn für
den gyromagnetischen Stab ein ungesättigtes Material mit geringen Verlusten vorgesehen
wird.
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Die Verzögerungsleitung kann in einfacher Weise aus einer von einem
metallischen Zylinder umgebenen Wendel mit koaxialem Ein- und Ausgang bestehen.
-, # An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführu7ngsbeispiels soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Der im Schnitt in der Figur dargestellte Modulator besteht aus einem
Ferritstab 1, der auf beiden Seiten über A14 Transformatoren 2 an die RundhohReiterabschnitte
3 wellenwiderstandsmäßig angepaßt ist. Die Rundhohlleiterabschnitte
3 sind bis auf eine konzentrische Bohrung 4 mit verlustarmem dielektrischem
Material 5 angefüllt und tragen an ihren äußeren Enden zum Anschluß an einen
die zu modulierende Trägerwelle T zuführenden und einen die modulierte Trägerwelle
7' weiterleitenden Rechteckhohlleiter einen Flansch 6. In der konzentrischen
Bohrung 4 der Rundhohlleiterabschnitte 3 sind Dämpfungsstreifen
7 angeordnet, die mit ihren Oberflächen hinsichtlich des E-Vektors der unmodulierten
Trägerwelle T senkrecht ausgerichtet sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß
die Dämpfungsstreifen die Trägerwelle nur dann mehr oder weniger bedämpfen
können wenn die Trägerweffe T ira Modulator hinsichtlich ihrer Polarisatibnsebene
gedreht wird. Dabei tritt eine um so größere Dämpfung ein, je größer der
Drehwinkel ist. Die Verzögerungsleitung besteht aus einer den Ferritstab umschließenden
Wendel 8,
die ihrerseits wiederum von einem metallischen Zy-
linder
9 konzentrisch umschlossen wird. Die Zuführung des das Wanderfeld darstellenden
Modulationssignals M erfolgt auf Seiten der Einspeisung der zu modulierenden Trägerwelle
T in den Ferritstab über den koaxialen Anschluß 10. Am Ende geht die Verzögerungsleitung
wiederum in einen koaxialen Anschluß 11 über, der mit einem Absorber lZ reflexionsfrei
abgeschlossen ist. Die Verzögerungsleitung ist, wie bereits erwähnt wurde,
- so bemessen, daß das längs ihr fortschreitende Modulationssignal M wenigstens
annähernd die gleiche Förtpflanzungsgeschwindigkeit aufweist wie die zu modulierende
Trägerwelle T im Ferritstab 1.
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In Abweichung vom Ausführungsbeispiel nach der Figur können die Achsen
der sich auf beiden Seiten an den Modulator anschließenden RechteckhohReiter auch
gegeneinander, beispielsweise um 45', versetzt sein, sofern sich dies für bestimmte
Anwendungsfälle als zweckmäßig erweist. Ferner kann der gyromagnetische Stab durch
ein zusätzliches magnetisches Gleichfeld für einen bestimmten Arbeitspunkt vormagnetisiert
sein.