DE1244256B

DE1244256B - Leistungsbegrenzer fuer Hochfrequenzwellen

Info

Publication number: DE1244256B
Application number: DEC36987A
Authority: DE
Inventors: Andre-Jean Charles Berteaud; Hubert Marcel Josepf Pascard; Roger Jean Josepf Vautier
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1965-05-17
Filing date: 1965-09-28
Publication date: 1967-07-13
Also published as: GB1143750A; US3534276A; FR1444091A

Description

DEUTSCHES WmWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT H03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 74

Nummer: 1244 256

Aktenzeichen: C 36987IX d/21 a4

1 244 256 Anmeldetag: 28.September 1965

Auslegetag: 13. Juli 1967

Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Begrenzung der Leistung von elektromagnetischen Wellen hoher Frequenz (d. h. mit einer über 1 MHz und vorzugsweise über 1000 MHz liegenden Frequenz), welche von dem Eingang auf den Ausgang dieser Vorrichtungen übertragen werden, wobei die Leistung vorzugsweise veränderlich und ihr Ubertragungsverhältnis um so kleiner ist, je höher diese Leistung ist. Von derartigen Vorrichtungen betrifft die Erfindung insbesondere, wenn auch nicht ausschließ- ίο lieh, solche, welche häufig TR-Glieder oder »Duplexschalter« oder auch »Antennenumschalter« genannt und zum Schutz der Empfangsanlagen gegen die leistungsstarken Impulse benutzt werden, welche von den Sendeanordnungen in den Radaranlagen mit der gleichen Antenne für die Sendung und den Empfang erzeugt werden.

Die Erfindung bezweckt, derartige Vorrichtungen so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.

Hierfür werden erfindungsgemäß derartige Vorrichtungen mit wenigstens einer dünnen ferromagnetischen, gegebenenfalls leitenden Schicht versehen, welche parallel zu dem Magnetfeld der zu steuernden Welle liegt, wobei Einrichtungen vorgesehen werden, um diese Schicht mittels eines magnetischen Gleichfeldes zu magnetisieren, welches zu dieser Schicht parallel und zu dem Feld der Welle senkrecht liegt, wobei der Wertii_s dieses Gleichfeldes kleiner als der Wert H_r ist, welcher der größten Leistungsabsorption durch die Schicht (ferromagnetische Resonanz) entspricht und so gewählt ist, daß er dem Maximum (oder wenigstens einem in der Nähe des Maximums liegenden Wert) einer zusätzlichen Absorption entspricht, welche für hohe Leistungspegel der zu steuernden Welle mit den Werten des Magnetisierungsgleichfeldes, welche kleiner als H_r sind, auftritt.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

F i g. 1 zeigt in einer schematischen schaubildlichen Ansicht unter Wegbrechung von Teilen einen erfindungsgemäßen Leistungsbegrenzer;

Fig. 2 bis 7 zeigen Schaubilder zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Begrenzers.

Die gestellte Aufgabe besteht darin, die Leistung einer elektromagnetischen Welle hoher Frequenz zu begrenzen, welche von einem Punkt A (Fig. 1), zu welchem sie durch einen Hohlleiterl gelangt (einfallende WellePP/), auf einen Punkt B übertragen wird, an welchem sie von einem anderen Hohlleiter 2 aufgefangen wird (austretende Welle Ws).

Leistungsbegrenzer für Hochfrequenzwellen
Anmelder:

Centre National de la Recherche Scientifique,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. C Wallach, DipL-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Andre-Jean Charles Berteaud,

Bourg-la-Reine, Seine;

Hubert Marcel Josepf Pascard, Meudon,

Seine-et-Oise;

Roger Jean Josepf Vautier,
Bourg-Ia-Reine, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreichvom 17. Mai 1965 (17 319)

Zwischen den Punkten^ und B wird eine Zelle oder ein Hohlraum 3 angeordnet, welcher mit diesen Punkten durch entsprechende Öffnungen 4 und 5 in Verbindung steht, welche regelbar und z. B. durch Irisblenden begrenzt sein können.

Auf wenigstens eine der Innenwände der Zelle 3 wird wenigstens eine dünne ferromagnetische Schicht 6 aufgebracht, welche parallel zu dem Magnetfeld/t der Welle in der Zone der Zelle 3, in welcher diese Schicht angebracht ist, liegt.

Diese dünne Schicht wird mittels eines magnetischen Gleichfeldes H magnetisiert, welches zu dieser Schicht parallel und zu dem Feld h senkrecht liegt.

Dieses Magnetisierungsgleichfeld erhält einen Wert H_s, welcher kleiner als der Wert H_r ist, welcher der größten Leistungsabsorption durch die Schicht entspricht, d. h. ihrer ferromagnetischen Resonanz, und welcher mit der Frequenz / der Welle durch eine Beziehung folgender Art zusammenhängt:

2 Ttf = γ H_r "[/(.Sr + 4πΜ),

worin γ die gyromagnetische Konstante des Materials der Schicht und 4 πΜ die Sättigungsmagnetisierung dieses Materials ist.

Dieser »niedrigere« Wert H_s ist so gewählt, daß er dem Maximum (oder einem dem Maximum naheliegenden Wert) einer zusätzlichen Absorption ent-

709 610/18?

Claims

spricht, deren Vorhandensein die Erfinder bei geringen Magnetisierungen (kleiner als H_r) entdeckt haben, wenn die Leistung der zu steuernden Welle einen hohen Pegel erreicht.

Es zeigt sich nämlich, daß im Gegensatz zu der für das Höchstmaß der Haupt- oder Resonanzabsorption gemachten Beobachtungen das Höchstmaß dieser zusätzlichen Absorption gleichzeitig mit der Leistung der zu steuernden Welle zunimmt, wie dies bei Leistungsbegrenzern gewünscht wird.

Diese merkwürdige und bei dünnen ferromagnetischen Schichten unerwartete Erscheinung ist deutlich auf den Schaubildern der F i g. 2 bis 7 sichtbar.

In diesen Schaubildern sind als Abszissen das in Oersted ausgedrückte Magetisierungsgleichfeld H und als Ordinaten der in willkürlichen Einheiten ausgedrückte Leistungsabsorptionskoeffizient aufgetragen.

Die Bedingungen, für welche diese sechs Schaubilder aufgestellt wurden, unterscheiden sich voneinander nur durch die allmähliche Vergrößerung des Leistungspegels der einfallenden Welle, welcher als Feldstärke des Feldes h in Oersted ausgedrückt wurde.

Man sieht, daß, während das Höchstmaß der (H_r entsprechenden) Hauptabsorption allmählich abnimmt, die Absorptionskurve einen immer stärker ausgeprägten Buckel für einen Wertfl^r _s des polarisierenden Feldes aufweist, welcher erheblich kleiner als H_r ist (zusätzliche Absorption).

Wie oben angegeben, ist die Zunahme dieses Buckels günstig, da sie anzeigt, daß die Leistungsabsorption um so größer ist, je höher der Pegel dieser Leistung ist. Diese bei dünnen ferromagnetischen Schichten vollständig neue Eigenschaft wird erfindungsgemäß ausgenutzt, indem man dem polarisierenden Feld den Wert H_s gibt.

Es ist zwar bekannt, zur Leistungsbegrenzung eine ähnliche Erscheinung einer zusätzlichen Leistungsabsorption auszunutzen, welche in Ferriten auftritt. Diese Anwendung hat jedoch aus folgenden Gründen in der Praxis keine befriedigenden Ergebnisse geliefert.

Die Ansprechzeit der Begrenzer ist zu groß, was den schweren Nachteil mit sich bringt, daß der Beginn der in der einfallenden Welle enthaltenen leistungsstarken Impulse übertragen wird; die Kühlung des Ferrits war infolge seines massiven Aufbaus und seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit sehr schwierig.

Demgegenüber ist in dem vorliegenden Fall die Ansprechzeit des Begrenzers vernachlässigbar, und die dünne Schicht erfüllt die idealen Bedingungen fm die Abfuhr der in ihr erzeugten Kalorien (große Oberfläche, gute Wärmeleitfähigkeit).

Das erzielte Maß der Leistungsbegrenzung hängt von der Dicke, der Art, den Abmessungen und der Lage der dünnen Schicht ab.

Man kann natürlich mehrere derartige Schichten mit komplementären Kenngrößen zur Verbesserung der Gesamtwirksamkeit des Begrenzers benutzen.

Die Dicke einer jeden Schicht liegt im allgemeinen zwischen 100 und 100000 A, vorzugsweise zwischen 500 und 5000 A.

Nur beispielshalber und ohne jede einschränkende Absicht sei angegeben, daß die Zahlenwerte der Kurven der F i g. 2 bis 7 unter den nachstehenden Bedingungen angestellten Versuchen entsprechen.

Die Zelle wurde durch einen zylindrischen Hohlraum aus Messing der in F i g. 1 dargestellten Art mit flachen Böden von 27 mm Durchmesser mit einer ResonanzschwingungsartTE₁₁₁ gebildet, dessen Gütefaktor bei Belastung größenordnungsmäßig 1500 beträgt.

Die einfallende Welle wurde durch ein Magnetron mit der Schwingungsart TE₀₁ erzeugt.

Die Frequenz der einfallenden Welle betrug 9365 MHz.

Die Spitzenleistung in dem Hohlraum betrug 0 bis 2,9 kW, was einem zwischen 0 und 60 Oe liegenden Feld h entspricht.

Die dünne Schicht wurde durch einen Überzug aus Permalloy (Legierung mit 83% Ni und 17% Fe) gebildet, welcher im Vakuum auf eine flache Glasunterlage in Form einer Kreisscheibe aufgedampft wurde, worauf diese Unterlage auf einen Boden des Hohlraums so aufgesetzt wurde, daß die Scheibe unmittelbar mit dem Boden in Berührung steht und zu diesem zentrisch liegt, wobei die Scheibe einen Durchmesser von 10 mm und eine Dicke von 1000 A hatte.

Der Wert des zu der dünnen Schicht parallelen und zu h senkrechten polarisierenden Feldes betrug 300 Oe.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So kann z. B. die Zelle so ausgebildet sein, daß sie ebene oder leicht gekrümmte sehr ausgedehnte Zonen aufweist, welche gleichzeitig zu dem Magnetfeld h der zu steuernden Welle und zu dem angelegten Gleichfeld H parallel liegen und mit wenigstens einer dünnen ferromagnetischen Schicht überzogen sind.

Ferner kann die Zelle anstatt durch einen Hohlraumresonator mit ziemlich schmalem Frequenzarbeitsbereich durch eine Zelle mit einem größeren Frequenzbereich gebildet werden, z. B. durch einen sogenannten Hohlraumresonator mit »fortschreitenden Wellen«.

Patentanspruch:

Leistungsbegrenzer zur Begrenzung der Leistung der von seinem Eingang auf seinen Ausgang übertragenen elekromagnetischen Wellen hoher Frequenz, gekennzeichnet durch wenigstens eine dünne ferromagnetische Schicht (6), welche parallel zu dem Magnetfeld (K) der zu steuernden Wellen liegt, und Einrichtungen, welche diese Schicht mittels eines magnetischen Gleichfeldes (H) magnetisieren, welches zu dieser Schicht parallel und zu dem Feld der Welle senkrecht liegt, wobei der Wert H_s dieses Gleichfeldes kleiner als der WertH_r ist, welcher der größten Leistungsabsorption durch die Schicht (ferromagnetische Resonanz) entspricht und so gewählt ist, daß er dem Maximum (oder wenigstens einem in der Nähe des Maximums liegenden Wert) einer zusätzlichen Absorption entspricht, welche füi hohe Leistungspegel der zu steuernden Welle mit den Werten des Magnetisierungsgleichfeldes, welche kleiner als H_r sind, auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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