DE1239747B - Richtungsleitung mit einseitigem Laengssteg - Google Patents

Description

DEUTSCHES WfflTWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT H03h

Deutsche KL: 21a4-74

Nummer: 1239 747

Aktenzeichen: L 44404IX d/21 a4

1239 747 Anmeldetag: 19. März 1963

Auslegetag: 3. Mai 1967

In der Höchstfrequenztechnik ist es häufig erforderlich, verschiedene Komponenten voneinander zu trennen. Hierzu verwendet man nichtreziproke Einrichtungen mit Ferriten oder anderen gyromagnetischen Stoffen. Für eine Breitbandtrennung mit hoher S Leistung sind jedoch bis jetzt keine ganz befriedigenden Lösungen verfügbar. So ist es bekannt, bei einer Anordnung mit Koaxialleitungen von 7,5 cm Durchmesser eine Richtungsleitung mit verringerter Höhe für die Grundwelle in Kombination mit zwei koaxia-Ien Übergängen zu verwenden. Zur Übertragung der Grundwelle muß aber dieser Hohlleiter eine Breite von 54 cm haben. Soviel Platz steht meist nicht zur Verfügung. Ferner ist es bekannt, für geringere Leistungsanforderungen Hohlleiter mit zwei gegenüberliegenden Längsstegen wegen ihrer verhältnismäßig geringen Abmessungen zu verwenden. Bei diesen Anordnungen ist aber der Ferrit auf dielektrischem Material befestigt und kann deshalb nicht leicht gekühlt werden. Diese Anordnung mit zwei Längsstegen ist deshalb für Hochleistungserfordernisse nicht günstig.

Ferner ist eine Richtungsleitung bekanntgeworden, bei der gyromagnetisches Material, z. B. Ferrit, das unter der Einwirkung eines Magnetfeldes steht, in einem rechteckigen Hohlleiter mit einseitigem Längssteg angeordnet ist. "Eine solche Richtungsleitung hat geringe Abmessungen und ist insbesondere auch für die Einfügung in eine Koaxialleitung geeignet. Für die Vormagnetisierung des gyromagnetischen Materials müssen aber wegen der großen Luftspalte sehr hohe magnetische Feldstärken aufgebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung der zuletzt genannten Richtungsleitung derart, daß die Aufwendungen für die Vormagnetisierung herabgesetzt werden können bzw. mit gleichem Aufwand eine stärkere Magnetisierung erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Richtungsleitung, bei der gyromagnetisches Material, das unter der Wirkung eines Magnetfeldes steht, in einem rechteckigen Hohlleiter mit einseitigem Längssteg angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß magnetisches Material sich innerhalb des Längssteges befindet.

Das innerhalb des Längssteges befindliche magnetische Material dient also zur Schließung des magnetischen Kreises. Hierbei sind die Streifen aus gyromagnetischem Material vorzugsweise gegenüber den Kanten des Längssteges an einer Breitseite des Hohlleiters angebracht. Die Magnetpole können dann an der Breitseite des Hohlleiters anliegen.

Diese Anordnung ist für den genannten Zweck äußerst günstig, da die Hochfrequenzsignale in der Richtungsleitung mit einseitigem Längssteg

Anmelder:

Litton Industries, Inc.,
Beverly Hills, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Ernest Wantuch, Livingston, Ν. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19. März 1962 (180 676)

Nachbarschaft der Kanten eines Hohlleiters mit einseitigem Längssteg zirkulär polarisiert sind, wobei die Zirkularpolarisation an den beiden Kanten entgegengesetzt gerichtet ist. Ebenso ist die Magnetisierungsrichtung in den Ferritstreifen gegenüber den beiden Kanten des Hohlleiters entgegengesetzt, da das Magnetfeld im einen Ferrit von oben nach unten und im anderen von unten nach oben verläuft.

Das Kühlproblem ist ebenfalls gelöst, da die Ferrite in wärmeleitender Berührung mit der leitenden Metallwand des Hohlleiters stehen. Zur Unterstützung der hierdurch bereits erreichten Kühlwirkung können noch Kühlrippen oder eine Wasserkühlung vorgesehen sein. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit der Hohlleiterwand wird die in den Ferriten erzeugte Wärme rasch abgeführt.

Zur Einfügung in eine Koaxialleitung ist die erfindungsgemäße Richtungsleitung so bemessen, daß sie den Wellenwiderstand der Koaxialleitung aufweist. Zur Uberleitung genügt ein einfacher sogenannter Türknopfübergang, wobei die Koaxialleitung starr mit der Oberseite des Längssteges verbunden ist. Dieser Übergang hat im Frequenzbereich von 400 MHz eine Spannungswelligkeit von weniger als 1,12 innerhalb einer Breite von 50 MHz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierzu ist

F i g. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Richtungsleitung,

F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und

709 578/122

Claims (1)

F i g. 3 ein Teillängsschnitt zur Darstellung des Überganges zur Koaxialleitung. Der rechteckige Hohlleiter 12 in F i g. 1 besitzt einen Längssteg an seiner Unterseite, der also nicht sichtbar ist. Die Verbindung mit der Koaxialleitung geschieht mittels der beiden koaxialen Anschlüsse 14 und 16. Die Oberseite des Hohlleiters 12 trägt drei Dauermagnete 18, 20 und 22 zur Erregung der Ferritstreifen, die innerhalb des Hohlleiters die nichtreziproke Dämpfung zur Folge haben. Diese Ferrit- streifen sind in F i g. 1 nicht sichtbar, da sie von innen an der oberen Seitenwand des Hohlleiters 12 angebracht sind. Die Kühlvorrichtung zur Abführung der in den Ferritstreifen absorbierten Wärme besteht aus den beiden Endverteilern 24 und 26 und den vier Kühlkanälen 28, die längs der Oberseite des Hohlleiters verlaufen. Zur Durchleitung von Wasser oder einem sonstigen Kühlmittel sind Armaturen 30 und 32 vorgesehen. In F i g. 2 sind die Ferritstreifen 42 und 44 sichtbar. Sie sind gegenüber den Kanten des Längssteges 46 angebracht. Der Längssteg besteht wie die übrige Wand des Hohlleiters 12 aus leitendem Material, z.B. Aluminium. Innerhalb des Längssteges46 ist eine Platte 48 aus magnetischem Material angebracht. Diese dient als Joch zur Schließung des magnetischen Kreises von einem Pol des Dauermagnets 18 zum anderen Pol. Der magnetische Kreis dient zur Erregung der Ferritstreifen 42 und 44 mit magnetischen Gleichfeldern, deren Richtung durch die Pfeile angegeben ist. Die allgemeine Theorie der nichtreziproken Dämpfung ist bekannt. Sie beruht auf der selektiven Dämpfung zirkulär polarisierter elektromagnetischer Feldenergie durch gyromagnetisches Material, wenn letzteres durch ein magnetisches Gleichfeld erregt ist, das hinsichtlich der Polarisationsrichtung des magnetischen Hochfrequenzfeldes richtig orientiert ist. Im vorliegenden Fall sind die hochfrequenten Magnetfelder in der einen Übertragungsrichtung im einen Umlaufsinn und in der anderen Übertragungsrichtung im entgegengesetzten Umlaufsinn zirkulär polarisiert. Die elektromagnetischen Wellen sind deshalb mit dem magnetisch erregten Ferritstreifen 42 und 44 in der einen Übertragungsrichtung gekoppelt, nicht aber in der anderen Übertragungsrichtung. Die Kopplung erzeugt eine Dämpfung der Welle und Erwärmung des Ferrits. Demzufolge wird in einer Richtung elektromagnetische Energie nahezu ungedämpft übertragen, in der anderen Richtung dagegen tritt eine starke Dämpfung auf. Die in den Ferritstreifen erzeugte Wärme wird durch das Metall der Breitseite 52 des Hohlleiters 12 zu den Kühlkanälen 28 geleitet und dort abgeführt. Die Wände der Kühlkanäle 28 bestehen natürlich aus gut wärmeleitendem Material, wie Aluminium oder Kupfer. F i g. 3 ist ein Teilschnitt durch das linke Ende der Anordnung nach Fi g. 1. Der Anschlußstutzen 14 für den Außenmantel der Koaxialleitung umgibt den Innenleiter 54, der über einen konischen Teil 58 und einen dickeren zylindrischen Teil 56 mit dem Längssteg 46 verbunden ist. Dieser bekannte Türknopfübergang hat sich als vollkommen ausreichend erwiesen. Der zweite Koaxialleitungsanschluß 16 kann z. B. mittels eines Flansches 60 befestigt sein. Bei einer ausgeführten Anlage war die Richtungsleitung für den Frequenzbereich zwischen 400 und 450 MHz bestimmt. Die Koaxialleitungen hatten einen Durchmesser von 79,375 mm. Die Spannungswelligkeit der erfindungsgemäßen Richtungsleitung betrug weniger als 1,12 in dem angegebenen Frequenzband. Bei Verwendung von Streifen aus Nikkelaluminatferrit mit einer Gesamtlänge von 46 cm ergab sich eine Mindestdämpfung von 6 Dezibel bei Abstimmung des Magnetfeldes der Dauermagnete auf die Resonanz der Ferritstreifen. Bei einer Kühlwassertemperatur von 50° C wurden Impulsleistungen von 3 MW und Dauerstrichleistungen von 5 kw übertragen. Die Durchlaßdämpfung hat bei großer Leistung 0,3 Dezibel betragen, so daß sich ein Dämpfungsverhältnis von 20:1 ergibt. Die Gesamtlänge der Richtungsleitung einschließlich der Übergänge zur Koaxialleitung betrug etwa 107 cm und das Gewicht etwa 50 kg. Die Anordnung wird luftdicht ausgeführt, um einen Überdruck von mehr als 2 Atmosphären aushalten zu können. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung in Koaxialleitungen beschränkt. Ebenso fallen sonstige Abänderungen, z. B. hinsichtlich des verwendeten gyromagnetischen Materials bzw. der Kühlvorrichtung, in den Rahmen der Erfindung. Patentansprüche:

1. Richtungsleitung, bei der gyromagnetisches Material, z.B. Ferrit, das unter der Einwirkung eines Magnetfeldes steht, in einem rechteckigen Hohlleiter mit einseitigem Längssteg angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß magnetisches Material (48) sich innerhalb des Längssteges (46) befindet.

2. Richtungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Streifen (42, 44) aus gyromagnetischem Material gegenüber den Kanten des Längssteges an einer Breitseite (52) des Hohlleiters angebracht sind.

3. Richtungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Magnete (18, 20, 22) außerhalb des Hohlleiters so angeordnet sind, daß die Magnetpole gegenüber den Streifen (42, 44) an der Breitseite des Hohlleiters anliegen.

4. Richtungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gyromagnetischen Streifen (42, 44) sich in wärmeleitender Berührung mit der Breitseite (52) des Hohlleiters befinden und daß eine Kühlvorrichtung (24, 26, 28) in wärmeübertragender Berührung mit dieser Hohlleiterwand steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»IBE Transactions on Microwave Theorv and Techniques«, March 1960, S. 247 bis 248.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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