DE1256280B - In einer Richtung wirkende Anordnung zur UEbertragung elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.

HOlp

H03h

DeutscheKl.: 21a4-74

Nummer: 1256 280

Aktenzeichen: C 30644 IX d/21 a4

Anmeldetag: 8. August 1963

Auslegetag: 14. Dezember 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine in einer Richtung wirkende Anordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen.

Bekannte Anordnungen dieser Art enthalten in einem Hohlleiter angeordnete Teile aus gyromagnetischem Material, insbesondere Ferrit, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind. Der Frequenzbereich dieser bekannten Anordnungen ist aber begrenzt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung dieser Art, die einen wesentlich größeren Frequenzbereich hat.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß quer zur Ausbreitungsrichtung einer zirkularpolarisierten Welle eine Platte aus halbleitendem Material angeordnet ist, auf die ein magnetisches Gleichfeld in Ausbreitungsrichtung der Wellen einwirkt.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung beruht auf folgender Erscheinung: Wenn die Frequenz der ankommenden Welle sehr viel kleiner als ao die Zyklotronresonanzfrequenz ist und zugleich die Kollisionszeit der Elektronen sehr viel größer als der Kehrwert der Zyklotronresonanzkreisfrequenz ist, wird die ankommende Welle mit verhältnismäßig geringen Verlusten übertragen, wenn sich die Zirkularpolarisation in der gleichen Richtung wie die Elektronen dreht, während praktisch keine Übertragung stattfindet, wenn die zirkuläre Polarisation die entgegengesetzte Richtung hat, wie die Drehbewegung der Elektronen unter der Wirkung des Magnetfeldes.

Bekanntlich ist die Zyklotronresonanzfrequenz f_c durch folgende Beziehung gegeben:

fe = -So ·

2 π ^m

ίο

worin S₀ die magnetische Induktion, e die Ladung eines Elektrons und m die Masse eines Elektrons sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann in einem Frequenzbereich verwendet werden, der von sehr niedrigen Frequenzen bis zu mehreren 10 000 MHz geht.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei Raumtemperatur betrieben werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht jedoch darin, daß sie bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs betrieben ist. Dadurch können die Verluste etwa auf den zehnten Teil herabgesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung sehr schematisch dargestellt.

In einer Richtung wirkende Anordnung
zur Übertragung elektromagnetischer Wellen

Anmelder:
CSF-Compagnie

Generale de Telegraphie sans Fil, Paris
Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Häuser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Jacques Gremillet, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreichvom 10. August 1962 (906 672)

Die Zeichnung zeigt einen runden Hohlleiter 1, eine senkrecht zur Achse des Hohlleiters angeordnete Halbleiterscheibe 2 und ein in der Längsrichtung verlaufendes magnetisches Gleichfeld B, das durch nicht dargestellte Mittel erzeugt wird.

Beispielsweise wird eine Scheibe aus Indiumantimonid von 2,7 mm Dicke verwendet, die eine solche Störstoffkonzentration aufweist, daß sie IO¹⁴ Elektronen pro Kubikzentimeter enthält, und man wendet eine zirkulär polarisierte Welle mit einer Frequenz von IO¹⁰ Hz an.

Wenn die Anordnung bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff arbeitet und ein Magnetfeld von 10 000 Gauß so gerichtet ist, daß die Polarisation die gleiche Richtung wie die Drehbewegung der Elektronen hat, hat die übertragene Leistung ein Maximum.

Die Anordnung kann auch bei gewöhnlicher Temperatur betrieben werden; in diesem Fall wird bei sonst gleichen Bedingungen die übertragene Leistung ein Maximum, wenn die Dicke der Scheibe 0,2 mm beträgt, jedoch sind die Verluste dann etwa zehnmal so groß wie bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff.

709 708/143

Claims (4)

Wenn man entweder die Richtung der Polarisation der ankommenden Welle oder die Richtung des Magnetfeldes umkehrt, breitet sich die Welle nicht aus. Diese Erscheinung kann dadurch erklärt werden, daß sich das Vorzeichen des Realteils der kornplexen Dielektrizitätskonstante des Materials umkehrt, wenn das Magnetfeld B seine Richtung ändert. Hinsichtlich der praktischen Auswirkung der Erscheinung besteht eine gewisse Analogie zu dem gyromagnetischen Effekt, der bei Ferriten beobachtet wird, jedoch wirkt in diesem Fall das Magnetfeld auf die Permeabilität des Materials und nicht auf dessen Dielektrizitätskonstante ein. Ein wichtiger Vorteil der beschriebenen, in einer Richtung wirkenden Anordnung besteht darin, daß sie sowohl bei sehr niedrigen Frequenzen als auch bei Frequenzen von mehreren 10000 MHz arbeiten kann. Damit die Anordnung arbeitet, ist es nämlich erforderlich, daß die Frequenz der ankommenden Welle wesentlich kleiner als die Zyklotronresonanzfrequenz ist. Wenn dies nicht der Fall ist, drehen sich die Elektronen zugleich mit dem elektrischen Feld der ankommenden Welle, die nicht übertragen wird. Da aber beispielsweise bei Indiumantimonid die Zyklotronresonanzfrequenz in der Größenordnung von IO12 Hz liegen kann, ist die obere Grenze der Betriebsfrequenz der Anordnung praktisch sehr hoch. Diese Betriebsfrequenz weist theoretisch keine untere Grenze auf. Für die Wahl des die Platte bildenden Materials muß die zweite Arbeitsbedingung der Anordnung berücksichtigt werden, nämlich daß die Kollisionszeit wesentlich größer als der Kehrwert der Zyklotronresonanzkreisfrequenz ist. Diese Bedingung bedeutet, daß die Elektronen Zeit haben müssen, wenigstens eine Umdrehung in dem mittleren Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kollisionen auszuführen. Für die verhältnismäßig niedrigen Arbeitsfrequenzen ist es daher notwendig, daß eine große Kollisionszeit besteht, was für bestimmte Halbleiter der Fall ist. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann man eine geführte Welle mit im wesentlichen zirkularer Polarisation je nach den in Betracht kommenden Frequenzen auf irgendeine geeignete Weise erzeugen. Patentansprüche:

1. In einer Richtung wirkende Anordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Ausbreitungsrichtung einer zirkulär polarisierten Welle eine Platte aus halbleitendem Material angeordnet ist, auf die ein magnetisches Gleichfeld in Ausbreitungsrichtung der Wellen einwirkt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle geführt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gleichfeld so bemessen ist, daß die Frequenz der ankommenden Welle sehr viel kleiner als die Zyklotronresonanzfrequenz ist und daß zugleich die Kollisionszeit der Elektronen sehr viel größer als der Kehrwert der Zyklotronresonanzkreisfrequenz ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs betrieben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 644 930, 2 798 205,

922129, 2 978 654;
»Philips' Technische Rundschau«, Mai 1950,

S.318, 11. Jahrg., Nr. 11;

»Electronics«, November 1954, S. 168 bis 172.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 708/143 12.67 © Bundesdruckerei Berlin