DE1541016A1

DE1541016A1 - Veraenderbare Breitband-Verzoegerungsleitung

Info

Publication number: DE1541016A1
Application number: DE19661541016
Authority: DE
Inventors: Olson Frank A
Original assignee: Teledyne Inc
Current assignee: Teledyne Inc
Priority date: 1965-05-07
Filing date: 1966-04-14
Publication date: 1969-10-09
Also published as: GB1133032A; SE332449B; US3309628A

Description

Dr. Expl.

12. April I966

Veränderbare Breitband-Verzögerungsleitung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine veränderbare Breitband-Verzögerungsleitung und insbesondere auf eine veränderbare Verzögerungsleitung, bei der eine magneto-elastische Kopplung und Portpflanzung von akustischen Wellen in einem ferro-magnetischen Material verwendet wird.

Im allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Breitbandgerät für die veränderbare Verzögerung von Mikrowellen, bei dem ein Eingang und ein Ausgang von Mikrowellensignalen entsprechend an ein Eingangsund an ein Ausgangsbereicht eines einzigen ferro-magnetischen Kristallmaterials, wie beispielsweise eines Yittrium-Eisen-Granat-Kristells (allgemein als YIG bezeichnet) derart gekoppelt wird, daß in dem Kristall-Material eine akustische Welle erzeugt wird, die sich im wesentlichen von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich fortpflanzt und außerdem eine Einrichtung vorgesehen ist, die zur Verschiebung eines dieser Bereiche dient, um die wirksame Bahnlänge der akustischen Wellen von dem Eingangs- zum Ausgangsbereich und somit die Zeitverzögerung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mikrowellensignale zu ändern.

Ein ersten Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht in der Tatsache, daß der größte Anteil in der Verzögerung

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während der akustischen Fortpflanzung der Welle erfolgt und nicht dispers ist. Die Verzögerung ist im wesentlichen für alle Frequenzen bei einem gegebenen Abstand zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsbereieh gleich, so daß eine Breitbandübertragung ermöglicht wird.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung eines steilen magnetischen Stufenfeldes in einem der Eingangs- oder Ausgangsbereiehe von einer genügenden Stärke, um eine Kopplung zwischen einem Mikrowellensignal und einer magnetischen Welle (spin wave) und eine Kopplung zwischen einer magnetischen Welle und einer akustischen Welle innerhalb eines kleinen oder engen Bereiches des Kristalls zu verwirklichen, wobei die gleiche Verzögerung für einen breiten Bereich von Frequenzen erreicht wird und eine Einrichtung zur Veränderung der Stellung dieses Bereiches zur Änderung der Verzögerung vorgesehen ist.

Innerhalb des Bereiches der vorliegenden. Erfindung sind verschiedene Wege für die besondere Veränderung der Stellung des Kopplungsbereiches entlang des ferro-ma^gnetischen Materials vorgesehen. Das erforderliche magnetische Feld kann mittels eines Permanentmagneten oder eines Solenoids, das mit einer Hochfrequenz-Kopplungsschleife oder -spule versehen ist, erzeugt werden, und die Spule, der Magnet oder das Solenoid können körperlich verschoben werden, um die Stellung des Kopplungsbereiches zu verändern. Die Verwendung eines Permanentmagneten hat den Vorteil, daß keine zusätzliche Stromversorgung benötigt wird, die sonst für die Betätigung eines Solenoids erforderlich ist. Auf der anderen Seite wird bei einem System das über eine längere Zeitperiode ohne die Möglichkeit einer Nachregulierung betrieben werden soll, wenn es mit einem Solenoid ausgerüstet ist, die Schwie-

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rigkeit vermieden, die in einer Änderung in der Feldstärke eines Permanentmagneten über eine sich lang erstreckende Zeitperiode auftreten kann.

Anstelle der Verwendung eines Magneten und einer Spule an den beiden Kopplungsstellen, dem Eingang und dem Ausgang, kann ein Verdichtungs- oder Querschwingungs-Wellenumformer (eompressional or shear acoustic wave transducer) an einem Ende des YIG-Stabes angeordnet werden, der als Kopplungsanordnung dient.

In diesem Fall kann entweder der Magnet, oder die Spule oder der Stab oder beide bewegt werden, um die Verzögerung des Mikrowellensignals zu ändern.

Gemäß einem weiteren Gesiehtpunkt der vorliegenden Erfindung, kann das ferro-magnetische Material in Gestalt eines im wesentlichen länglich sich erstreckenden Bauteiles mit einer wendeiförmigen gewundenen Kopplungsschleife versehen werden, die auf der ganzen Länge des Bauteiles sich erstreckt und die mit einer Einrichtung zur Veränderung der Stellung einer Stufe in dem magnetischen Feld versehen sein kann. Das magnetische Feld mit einer veränderbaren Stufe kann erzeugt werden, indem eine Reihe von Lamellierungen, die mit Spalten versehen sind, verwendet werden, von denen jede einen kleinen Elektromagnet darstellt.

Eine Änderung der Erregung der verschiedenen Elektromagejate ändert die Stellung einer Stufe in dem magnetischen Feld entlang der Länge des magnetischen Materials. Diese Konstruktion vermeidet die Notwendigkeit einer mechanischen Verschiebung von Einrichtungen, die das magnetische Feld erzeugen.

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Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich mit der unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert werden sollen.

Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht, die ein veränderbares Verzögerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt,

Fig. TA eine Darstellung des querlaufenden inneren magnetischen Feldes entlang des ferro-magnetischen Materialstabes, der in Fig. 1 gezeigt ist und eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung,

Fig. 1B eine Darstellung der Frequenz gegenüber der Wellenzahl, mit dem die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung erläutert werden soll,

Fig. 1C eine Endansicht eines abgeänderten Aufbaues gegenüber Fig. 1,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines abgeänderten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2A und 2B Darstellungen, die gleich den Fig. 1A und 1B sind, jedoch die Wirkungsweise des Gerätes nach Fig« 2 angeben,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres abgeändertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt,

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Pig. % und J5B Darstellungen, die gleich den Pig. IA und IB sind, jedoch die Wirkungsweise des Aufbaues der in Pig. J5 dargestellt ist, angeben,

Pig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren abgeänderten Ausführungsbeispieies der vorliegenden Erfindung,

Pig. ²I-A eine Darstellung wie Pig. ΊΑ, bei der jedoch die Wirkungsweise der Ausführungen, die in Pig. 4 dargestellt ist, angegeben wird,

Pig. 5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren abgeänderten AusfUhrungsbeispieles der vorliegenden Erfindung,

Pig, 5A eine Darstellung, ähnlich wie Pig. IA,. die die Wirkung des Gerätes nach Fig. 5 darstellt,

In Fig. 1 ist ein Verzögerungsgerät IQ gezeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet Lst und das einen einzigen ferro-magnetischen Kristallstab 11 enthält, beispielsweise einen YIG-Stab, der zur Portloibung von magnetischen (spin waves) und akustischen Wellen vorgesehen ist. Eine Eingangs-Kopplungseinriehtung 12 ist in einem Bereich A entlang der Länge des Stabes 11 angeordnet und enthält eine kreisförmige Kopplungsspuie oder -schleife 1J5, die mit ihren Enden entsprechend an einen Mittelleiter und einen Außenleiter einer koaxialen Leitung I¹I- angeschlossen ist, an die ein Eingangssignal angelegt wird. Durch die Schleife 1^ wird ein magnetisches Feld H senkrecht zu dem mikrowellen-magnetischen Feld mittels eines Permanentmagneten t.5 er'-i.-mgt. Die PoIflachen des Permanentmagneten 15 sind au-enfcgügerigusetzten Selten des SUabas Il angeordnet uu'-l yrisoii^eri ein

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gleichmäßiges magnetisches Feld H.., das senkrecht zu der Achse des Stabes 11 und eine steil ansteigende Stufe in der rnagrietischen Feldstärke aufweist.

Unterteilt, entlang der Länge des Stabes Il in einen Bereich B in einem Abstande von dem Eingangs-Kopplungsbereich A, ist eine verschiebbare Ausgangskopplungseinrichtung 16 angeordnet. Die Ausgangskopplungs-Einrichtung enthält eine Ausgangskopplungsschleife I ^r[, die in der gleichen Art mit Bezug auf den Stab 11 eingeordnet ist, wie die Eingarigskopplungssohleife 13 und die an eine Ausgangs-Koaxialleitung 18 angeschlossen ist, Die Ausgangskopplungn-Einrichtung 16 enthält außerdem einen Permanentmagneten 19> der gleich dem Magnet 15 ist, und der ein Feld H¹ senkrecht zu der Schleife 13 erzeugt. Die gesamte Ausgangskopplurigs-Einrichtiing 16 isb axial auf dem Stab 11 mittels eines bekannten Aufbaus, wie beispielsweise mittels eines Mikrometerantriebes, verschiebbar. Durch Verschieben der Ausgangskopplungs-Einrichutng 16 aus der Stellung B in eine andere Stellung B¹, die mit gestrichenen Linien in Fig. 1 dargestellt ist, kann die Zeitverzögerung zwischen dem Eingang und dem Ausgang von Mikrowellensignalen geändert werden.

Natürlich, wie es in Einzelheiten untenstehend noch erläutert werden soll, können anstatt der Ausgangs-Einrichtung I6 die Eingangs-Einrichtung 13 oder beide Einrichtungen entsprechend verschoben werden, um den Abstand zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Einrichtungen 12 und Ib entlang des Stabes 11 zu ändern.

Die Steilstufen in den beiden magnetischen Feldern in dor Eingangs- und der Ausgangskopplungs-Einrichtung 12 und 16 können mit Einrichtungen erzielt werden, die in der Technik bekannt sind, wie beispielsweise genau bestimmte und ausgeführte Polstücke und/oder durch Anordnung von Kotnpensdi; innsfe Ldern.

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Die Wirkungsweise des Geräts zur veränderbaren Verzögerung von Mikrowellen, das in Fig. 1 dargestellt ist, ist schematisch in Fig. 1A erläutert. Fig. 1A zeigt einen Verlauf des inneren quergericliteten magnetischen Feldes H. innerhalb des YIG-Stabes 1T, Ein Mikrowellen-Eingangs signal, das im Stab 11 mittels der Kopplungsschleife 13 mit einer Frequenz iu = /". H₁ wird an ein magnetisches Netz-Dipolmoment, das infolge der ungleichförmigen Feldstärke H. besteht, gekoppelt und erzeugt eine magnetisch fortschreitende Bewegung in der Stellung Z₁, in der E^ gleich H₁ ist. Dieses entspricht der Erregung einer magnetischen Welle (spin wave) mit langen Wellenlängen k ^ 0 in dem Punkt, der mit 1 auf der ausgezogenen Kurve in dem Streuungsbild in Fig. TA bezeichnet ist. Die magnetische Welle pflanzt sich nach recht^'in Fig. 1A fort und das Feld H₁ fällt scharf an der Kante der Eingangskopplungs-Einrichtung ab, so daß die magnetische Streuungskurve derart erniedrigt wird, daß sie die gestrichelte Kurve, wie es in Fig. 1B dargestellt ist, einnimmt. Daher erhöht sich die Anzahl der magnetischen Wellen und an den Stellen, an denen die Feldstärke H.. gleich H₉ ist, die mit dem Punkt 2 auf der unteren gestrichelten Kurve, in. Fig. 1B bezeichnet ist, wird die magnetische Welle zu einer akustischen Welle, infolge der magneto-elastischen Kopplung. Diese akustische Welle pflanzt sich nach rechts in Fig. 1A fort und tritt in den Bereich ein, der mit Z₇ bezeichnet ist, wo B. gleich H_Vj ist« Diese Bedingung ist als Punkt 3~a.n- d«?r noch weiter herabgesetzten gestrichelten Streuungskurve in Fig. 1B dargestellt» Zum besseren Verständnis siiiti die Kurven von links unten nach rechts oben in Fig. 1B unterteilt.

Aus der Stellung Z-, an der Kante des kräftigen magnetischen Feldes der Eingangskopplungs-Einrichtung 12 wandert die akustische '//eile ihrerseits entlang des

Stabes nach rechts in Fiß, 1Ä mit einer entsprechenden 909841/0760

, - 3 -■■.

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akustischen Geschwindigkeit zu dem Bereich Z,¹ an der Kante des starken magnetischen Feldes der Ausgangskopplungs-Einrichtung 16 und dort auf den Bereich Zp¹ wo H. gleich Hg¹ ist. Bei Z₃ ¹ wird die akustische Welle im Punkt J5 in der urngekehrten Reihenfolge zu Punkt 2 in Fig. 1B in eine magnetische Welle umgeformt, die zum Bereich Z.' wandert in dem die Bewegung der magnetischen Wellen ein"Hochfrequenzfeld H_RF erzeugt, das von der Schleife I7 der Ausgangskopplungs-Einrichtung abgetastet wird und als ein Ausgangssignal austritt. Das Ausgangssignal ist gegenüber dem Eingangssignal um annähernd den Abstand von Zp zu Z₃ ¹, der noch durch die akustische Ger schwindigkeit zu teilen ist, verzögert. Der Abstand von Z₁ zu Zp ist so kurz, daß er für die meisten Verzögerungsbelange vernachlässigbar ist, insbesondere, wenn die Steilheit der Stufen in dem inneren Feld IL so scharf wie möglich ist.

Um möglichst klar die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung darzustellen, sind die Stufen der Feldstärke H., die in Fig. 1A gezeigt sind und die relativen Wellen von H₁, Hp, Η-, nicht genau maßstäblich dargestellt.

Für ein Eingangssignal mit einer Frequenz ^₂ - χ Hg, wirkt das Verfahren wie vorher, jedoch mit magnetischen Wellen, die bei Zp vorhanden* sind und die nachfolgend in akustische Wellen mit einem anderen Wert von Z umgewandelt werden, wo H. etwas niedriger als H_p ist und. mit nachfolgender Fortleitung entlang des Stabes mittels akustischer Wellen. Die Änderung der akustischen Bahnlänge infolge der Änderung der Signalfrequenz, kann klein gehalten werden, indem die Stufen in dem inneren Feld H₁ sehr steil gemacht werden, sodaß die Zeitverzögerung im wesentlichen für alle Signalfrequenzen über einen breiten Frequenzbereich gleich ist.

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Der PrequenzbereiGh der Wirkungsweise ist gegeben als

max

wobei H der Spitzenwert des Stufenfeldes ist und

■V*

TT

min A " min

wo H . die Grundlinie des Stufehfeldes plus dem Wert oder dem Anwuchs des Feldes ist, der erforderlich ist, um eine magnetische Welle von K ^ 0 auf annähernd reine akustische Wellen zu ändern. Als Beispiel kann in dem Gerät, das .oben beschrieben wurde, ein Anwuchs des Feldes von nur annähernd 10 Oersted bei S-Band-Frequenzen angegeben werden. Um eine S-Band-Frequenz zu überdecken,

bei der' \jJ _av gleich 2Tf (4 GH ) ist und M^₁. gleich iiiciX ζ πι χ η

GH ) ist, so daß ,H- _ gleich tö73 Oersted und H.

Z liiaX mj.il

gleich 1150 Oersted ist, muß die Stufe in dem Feld annähernd 545 Oersted betragen, um eine gleiche Verzögerung für SLgnalfrequenzen im Frequenzbereich von 2 bis (GH ) zu erzielen.

Durch Änderung der Stellung der Ausgangskopplungs~ELnrichtung I β von B zu B¹ tritt die Umwandlung von akustischen Wellen in magnetische Wellen in der Ausgangs« kopplungs-Einrichtung bis Z₃ ¹ ein, siehe Flg. 1A und von den magnetischen Wellen in ein hochfrequenttes magnetisches Feld H_Rp bei Z₁'' ein, wobei das Signal am Ausgang um annähernd die Entfernung zwischen Zp bis Zp'' dividiert durch die akustische Geschwindigkeit vjj^-- zögert wird.

DLe Grenzen des Bereiches der möglichen Verzögerung Bind durch zwei Funktionen bestimmt.

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1. die geringste Verzögerung ist davon abhängig, wie dicht die Kopplungsschleifen und die damit zusammenhängenden Magnete angeordnet werden können und hierbei noch die erforderlichen Stufen in dem Feld aufrecht erhalten werden können und

2. ist die maximale Verzögerung von der Länge des ferromagnetischen Stabes abhängig.

Es ist möglich die geringste Verzögerung herabzusetzen und/oder die maximale Verzögerung zu erhöhen, indem eine andere Form von einer Eingangs- oder Ausgangs-Schaltung verwendet wird, wie es weiter unten, mit Bezug auf Fig. 2, beschrieben werden soll.

Der ZIG-Stab kann mit einer beliebigen Querschnittsgestalt ausgebildet sein, beispielsweise kreisförmig, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, oder von einer quadratischen Gestalt, wie es in Fig. 1C dargestellt ist.

In Fig. 2 ist eine abgeänderte Konstruktion einer veränderbaren Verzögerungsleitung 20 gezeigt, bei der der YTG-8tab 21 mit einer Eingangskoppl'urigs-Einrichtung 22 an einem Ende zur Verzögerung akustischer fellen in dem Stab 21 versehen ist. Die Eingangskopplungs-Einrichtung 22 enthält einen akustischen Verdichtungs- oder Querschwingungs-Umformer 23 (compressionalor shear acoustic wave transducer) zur direkten Verzögerung akustischer V/ellen, die entlang des Stabes 21 fortgeleitet werden, wenn eine Mikrowellen-Eingangs signal angelegt wird.

Unterteilt entlang der Länge des Stabes 21 ist eine verschiebbare Ausgangskopplungs-Einrlchtung 26 angeordnet, die die Kopplungsschielfe 27 enthält, die koaxial mit dem Stab 21 ausgerichtet ist und die an eine Ausgangsleitung 28 angeschlossen ist und die zwischen den PoIflachen eines

_r ,9098 /,I /0760 _ _oR1Q1NAU

-Tl-

Permanen tmagne ten 29 angeordnet ist. Die Ausgangskopplungs-Einrichtung 26 ist in der Längsrichtung auf dem Stab 21 verschiebbar angeordnet, um Änderungen in der Verzögerung des Mikrowellen-Signal zu erzielen, die an die Eingangskopplungs-Einrichtung 22 angelegt werden und die an der Ausgangskopplungs-Einrichtung 26 abgenommen werden.

Die Fig. 2A und 2B zeigen die Wirkungsweise des Gerätes für eine veränderbare Verzögerung, das in Pig. 2 dargestellt ist. Für die Fig. 2B ist,vorausgesetzt, daß dort eine Änderung des magnetischen Feldes zwischen den Punkten stattfindet, die mit 1, 2 und j5 bezeichnet sind, um eine entsprechende Änderung in der Frequenz an diesen Punkten zu erzielen, so daß die Punkte die gleiche Frequenz aufweisen, wie es in dem Fall von Fig. 1B dargestellt ist.

In Fig. 2B stellt der Punkt, der mit 1 bezeichnet ist, die Bedingung dar, mit denen die akustische Welle am Ende des YIG-Stabes 21 durch die Eingangskopplungs-Einrichtung 22 erzeugt wird. Diese akustische Welle setzt sich nach rechts in der Richtung Z entlang des Stabes 21 fort (Fig. 2A) und erreicht den Punkt Z2, wo das Feld aufgrund des Magneten 29 der Ausgangskopplungs-Einrichtung 26 der magneto-elastischen Kopplung entspricht, wie es in diesem Punkt, der mit 2 in Fig. 2B bezeichnet ist, dargestellt ist.

Bei Z2 entspricht die magnetische Feldstärke der Ausgangskopplungs-Einriehtung der magnetischen Welle von KO, (die in Fig. 2B mit Punkt > bezeichnet ist) und die hochfrequenten magnetischen Felder werden von der Schleife 27 aufgenommen und erzeugen ein Ausgangssignal. Die Verzögerung des Verzögerungsgerätes 20, das in Fig. 2 gezeigt ist, 1st von einer sehr kurzen Bahn, wenn das Stufenfeld der Ausgangskopplungs-Einriiohtung 26 sich sehr nahe dem Eingangsende des Stabes 21 befindet, bis zu einer Bahn,

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ORIGINAL MSPECTED

die durch die Länge des Kristalls bestimmt wird, veränderbar. Die Isolation zwischen der Eingangsschaltung 22 und der Ausgangsschaltung 26 vermindert die Durchleitung der äußeren Signale in diesem Verzögerungsgerät. Um die gesamte Verzögerung, die durch das Gerät, das in Fig. 2 gezeigt ist, zu erhöhen, kann ein nichtmagnetisches Kristall zwischen dem Wandler 23 und dem Ende des YIG-Stabes 21 eingesetzt werden. Anstatt der Bewegung der Ausgangseinrichtung 26 um eine Änderung in der Verzögerung herbeizuführen, kann natürlicherweise auch der Stab 21 selbst verschoben werden, um die relative Entfernung zwischen den Eingangs- und Ausgangskopplungen zu verändern und dadurch die Verzögerung zu ändern.

In Fig. 3> 3A, J5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel V der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem in den Eingangs- und Ajtusgangskopplungs-Einrichtungen Solenoide 35* 36 zur Erzeugung von magnetischen Feldern in dem ferromagnetischen Material verwendet werden. Wie dargestellt ist, enthält das Gerät 30 für die veränderbare Verzögerung e'inen YIG-Stab 31 mit beispielsweise einem rechteckigen Querschnitt. In Abständen entlang der Länge des Stabes J51 sind eine Eingangs- und eine Ausgangskopplungs-Einrichtung 32, 36 angeordnet.

Die Eingangskopplungs-Einrichtung 32 enthalt eine Kopplungsschleife 33, deren Windungen über und unter der Breitseite des Stabes 3I angeordnet und an eine koaxiale Eingangsleitung 34 angeschlossen sind, die zur Erzeugung eines senkrecht zu der Achse des Stabes gerichteten magnetischen Feldes H_Rp dient. Ein Solenoid 35 ist so angeordnet, daß er den Stab 31 und die Schleife 33 umgibt, die zur Errichtung eines gleichmäßigen Zustandes oder Gleichstromes des magnetischen Feldes H₁ entlang des Stabes vorgesehen ist. In gleicher Weise enthält die Ausgangskopplungs-Einrichtung 36 eine Drahtschleife 37, die an eine koaxiale

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Leitung 38 zur Erzeugung eines Feldes HLp senkrecht zu der Achse des Stabes 31 angeschlossen ist und die von einem Solenoid 39 umgeben ist, der zur Erzeugung eines magnetischen Feldes R™ entlang des Stabes 31 dient.

In den Fig. 3A, 3B ist die Wirkungsweise des Aufbaus erläutert, der in Fig. 3 gezeigt ist. Ein Eingangs-Mikrowellen-Signal an der Eingangskopplungs-Einrichtung 32 koppelt magnetisch auf dem Stab bei H. ein Feld HL¹, das bei Z₁ auftritt, um an dem Punkt, der mit 1 in Fig. 3B bezeichnet ist, eine magnetische Welle zu erzeugen, die sich parallel zu dem Feld R~„ fortpflanzt. Für die Fig. 3B entsteht der gleiche Magnetfeldwechsel, wie er obenstehend mit Bezugnahme auf Fig. 2B beschrieben wurde. Wenn die magnetische Welle von Z- bei Zg ankommt, wo HL gleich H₂ ist, tritt eine Umwandlung in akustische Wellen auf (an einem Punkt, der mit 2 in Fig. 3B bezeichnet ist). Diese akustischen Wellen pflanzen sich im Bereich eines Minimumfeldes fort, toie es in dem Punkt 3 in Fig. 3B angedeutet ist und der Vor- " gang wird im Bereich der Ausgangskopplungs-Einrichtung 36 umgekehrt, wobei das Ausgangssignal erzeugt wird. Wiederum, wie bei der vorhergehenden Konstruktion ist die Verzögerung, die in dem YIG-Stab auftritt, nicht dispers, so daß das Gerät mit einem breiten, Frequenzbereich beaufschlagt werden kann. Eine veränderbare Verzögerung wird durch Bewegung des Ausgangskopplers und des Solenoids entlang des Stabes erreicht» Wiederum kann die Eingangskopplunga-Einriehtung 32 selbst verschoben werden, oder in Verbindung mit einer Verschiebung der Ausgangskopplungs-linrichtung, die relativen Stellungen der Eingangs- und der Ausgangskopplungs-Einrichtung so festgelegt werden^ daß eine gewünschte Verzögerung erzfeit wird.

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In Pig. 4, 4A ist eine veränderbare Verzögerungsleitung 40 gezeigt, die mit einem YIG-Stab 41 und einer Ausgangskopplungs-Einrichtung ^6 versehen ist, die ähnlich dem Aufbau ist, der in Pig. 3 gezeigt wurde, bei der jedoch die Eingangskopplungs-Einrichtung 42 einen akustischen Verdichtungs- oder Quersehwingungs-Wandler 43 (a compressional or a shear acoustic wave transducer) enthält. Am Eingang des Wandlers 45 werden akustische Wellen erzeugt, die sich zur magnetischen Stufe fortpflanzen, die in dem Stab 41 aufgrund des Feldes des Solenoids 49 an der Ausgangskopplungs-Einrichtung 46 erzeugt werden und werden über die Spule 47 zu der koaxialen Leitung 48 ausgekoppelt. Wiederum ist eine minimale Größe der Verzögerung durch Verwendung des Wandlers am Eingangsende des Stabes ermöglicht.

Während die Veränderung der Verzögerung in Pig. 2 und 4 dadurch erreicht wurde, daß entweder die verschiebbare Ausgangskopplungs-Einrichtung oder der Stab oder beide verschoben wurden, kann festgestellt werden, daß der Wandler an dem Ausgangsende des Stabes'vorgesehen werden kann und die Eingangseinrichtung entlang der Länge des Stabes angeordnet werden kann. In diesem Pail wird entweder die Eingangskopplungs-Einrichtung gegenüber dem Stab oder der Stab gegenüber der Eingangskopplungs-Einrichtung bewegt, um eine Änderung der Verzögerung zu erreichen.

Eine Veränderung der Verzögerung ohne.eine körperliche Bewegung der Bauteile kann ebenfalls durchgeführt werden, indem eine Mehrzahl von verteilten Kopplern und von Sättigungs- oder Abtastmagnet-Feldern vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Aufbau in der Pig. 2 so abgeändert werden, daß ein in Fig. 5 gegeigtes Ausführungsbeispiel erhalten wird. Die veränderbare Breit-

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bandleitung 50 enthält einen YIG-Stab mit einer Eingangskopp lungs -Einrichtung 52/ die einen Wandler 55 an einem Ende des Stabes aufweist und eine langgestreckte Ausgangskopplungs-Einrichtung 56 über eine wesnjptliche Länge des Stabes 51 vorgesehen ist. Die Ausgangskopplungs-Einriehtung 56 ist mit einer großen Anzahl von Windungen versehen, die den Stab 51 umgeben, sich über eine beträchliche Länge des Stabes erstrecken und die an eine Ausgangsleitung 58 angeschlossen sind. Ferner erstreckt sind eine sorgfältig ausgearbeitete magnetische Einrichtung entlang der Länge des Stabes, der außerdem noch von der Schleife 57 umgeben ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, enthält die magnetische Einrichtung eine Mehrzahl von einzelnen Lamellierungen 61, die mit "a" bis "o" bezeichnet sind. Jede Lamellierung 61 weist eine getrennte Stromwindung auf, die mit 62a bis 62o bezeichnet sind, so daß sefi eine Reihe von Elektromagneten bilden. Die Windungen 62a bis 62o sind mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbindbar und derart angeschlossen, daß s,ie entweder einzeln oder in parallelen Reihen schaltbar sind, so daß hierdurch die stellung einer Stufe in einem magnetischen Feld entlang der Länge des Stabes 51 verändert werden kann.

Die Wirkungsweise der Einrichtung, die in Pig. 5 gezeigt ist, soll nun mit Bezug auf die Fig. 5A näher erläutert werden. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, kann eine Kopplung über die Länge des Stabes verteilt werden, sie findet Jedoch nur in dem Bereich statt, wo eine Stufe U in dem magnetischen Feld auftritt. Die Stellung der Stufe in dem inneren magnetischen Feld H₁ (nicht gezeigt) kann durch selektiven Anschluß einer der Windungen 62 an die Stromquellen gewählt werden. Durch aufeinanderfolgende Abschaltung der Laraellenwindungen in der Nähe der Eingangskopplungs-Einrichtung 52, kann die Stufe in dem magnetischen Feld in kleinen Abständen nach rechts

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bewegt werden. Wie mit der ausgezogenen magnetischen Feldlinie gezeigt ist, die mit I_fe bezeichnet ist, sind die Lamellenwindungen "a" bis "g" abgeschaltet und die Stufe in dem magnetischen Feld tritt bei der Lamelle "h" auf. In diesem Falle erzeugen die akustischen Wellen magnetische Wellen bei "z" und die magnetischen Wellen werden als Mikrowellen bei Z₁ abgetastet. Durch eine Abschaltung der Lamellenwindungen "h" bis "j""kann die Stufe in dem magnetischen Feld H-. auf die Lamelle "k" verschoben werden, wie es mit der gestrichelten Linie I_K gezeigt ist, so daß die Erzeugung der magnetischen Wellen und die Ausgangsabtastung entsprechend bei Zp¹' und Z₁' stattfinden. Daher ändert die Abschaltung der Lamellierungen von "h" bis "J" entsprechend die Verzögerungsbahn, ohne daß irgend eine Bewegung der Bauteile erforderlich wäre. Selbstverständlich kann die Eingangskopplungs-Einrichtung 52 so geändert werden, daß sie einer der anderen Arten von vorher beschriebenen Eingangs einrichtungen entspricht. Außerdem kann die Ausgangskopplungs-Einrichtung 56 als Eingangskopplungs-Einrichtung in einer besonderen Konstruktion dienen.

Obwohl die vorliegende Erfindung in allen Einzelheiten und unter Bezugnahme auf Zeichnungen und Ausführungsbeispiele genau erläutert wurde, kann festgestellt werden, daß gewisse Änderungen in der Praxis möglich sind, die innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung liegen, die nur durch die nachstehenden Patentansprüche begrenzt wird.

Patentansprüche:

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Claims

PatentansprUOhet

Gerät zur Erzeugung einer veränderbaren Verzögerung für ein breites Band von Mikrowellen, die eine Einrichtung zur Fortpflanzung akustischer Wellen enthält, das aus einem einzigen, f err o*«magne ti sehen Kristall besteht mit einer Eingangskopplungs-Einrichtung zur Kopplung eines Eingangs-Mikrowellen-Signals in einen Eingangsbereich des Kristalls zur Erzeugung einer akustischen Welle, die sich innerhalb des- Kristalls fortpflanzt und mit einer Ausgangskppplungs-Einrichtung zur Umwandlung der akustischen Wellen in austretende Mikrowellen-Signale in einem Äusgangsbereioh des genannten Kristalls in einer Entfernung von dem Eingangsbereich, dadurch gekennzeichnet;, daß eine der Kopplungs-Einrichtungen (12) am einen Ende der Bereiche eine Einrichtung (15) zur Erregung eines solchen magnetischen Feldes (H₁) enthält, daß das genannte magnetische Feld (H₁) eine steile Stufe in der magnetischen Feldstärke besitzt innerhalb des Bereiches zur Umänderung der genannten akustischen Wellen und in eine magnetische Welle und einer magnetischen Welle und in ein Mikrowellejisignali daß ferner eine Einrichtung zum Verschieben dieses einen Bereiches des Kristalls (11) um.die wirksame Bahnlänge der genannten akustischen welle von dom Eingangsbereich (12) zum Äusgangsbereiöh (16) zu ändern und somit die zeitverzögerung zwischen dem genannten Eingangsmikrowellen-Signal und dem Ausgangsmik*owellen-Signal zu verändern*,

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154 TlI §
2. Gerät für eine veränderbare Verzögerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeiebnet, daß ^: die Einrichtung zum Verschieben eines der genannten Bereiche (12, 16) eine Vorrichtung zum Verschieben des genannten magnetischen Feldes (H₁) ist,
>, Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (16) am anderen Ende des Bereiches einen akustischen Wandler an einem Ende des Kristalls (11) enthält und die genannte Vorrichtung zum Verschieben des einen der genannten Bereiche eine Vorrichtung zur relativen Bewegung zwischen dem genannten Kristall (11) und der Einrichtung (19) zur Erzeugung des magnetischen Feldes enthält.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte ferro-magnetische Kristall (11) ein langgestreckter Stab ist der eine Längsachse besitzt und die genannte Schleife eine im wesentlichen zu der genannten Achse des Stabes koaxial ausgerichtete Windung (13) ist, daß die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes ÄJÜüuÜfc einen Permanentmagneten (T5)^iSÖflÄ Pole zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgerichtet sind, dessen Kraftlinien im weaentlichen senkrecht zu der genannten Achse des Stabes (11) verlaufen.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte ferro-magnetische Material ein im wesentlich langgestreckter Körper (1t> ist der eine Längsachse besitzt, die Schleife eine wendelförmig gewundener Draht (1» ist, dessen Achse im wesentlichen koaxial init der Längsachse des Stabes (52) ausgerichtet ist und die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischeii Feldes eine Eeihe von Lamellieruiigen, (a bis o$ enthält, die entlang

der Länge dieses Stabes (52) ausgerichtet sind und jede der Lamellierungen· derart angeordnet ist, daß ein magnetisches Feld im wesentlichen quer zu der Achse des Stabes (52) erzeugt wird und die genannte Einrichtung zur Bewegung eines Bereiches von dem genannten Material aus einer Einrichtung besteht, die zur Änderung des magnetischen Feldes in bestimmten genannten Lamellierungen (ä bis o) dient.
6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Errichtung des magnetischen Feldes ein Solenoid (49) ist und die genannte Schleife mit ihren Achsen so angeordnet ist, daß sie senkrecht zu den Achsen des Solenoids (4-9) steht.

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