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Die
Erfindung bezieht sich auf einen nicht-linearen dispergierenden Übertragungsleitungsbaufbau,
der insbesondere geeignet ist zur Erzeugung von elektrischen Radiofrequenzsignalen
hoher Leistung.
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Radiofrequenz-Generatoren
und Mikrowellen-Generatoren für
hohe Leistung sind notwendig zur Erzeugung von Radiofrequenzsignalen
hoher Leistung. Dabei ist es notwendig, mit derartigen Generatoren
Spitzenleistungen bis zu wenigstens 100 MW zu erzeugen, und in Rahmen
dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Radiofrequenz" Strahlungen umfassen, die im Hochfrequenzbereich,
im VHF-Bereich, im UHF-Bereich und im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen
Spektrums liegen. Es ist bekannt, daß nichtlineare dispergierende Übertragungsleitungen
wie in 1 der beiliegenden Zeichnung dargestellt, benutzt
werden können,
um Radiofrequenz-Ausgangsimpulse durch Modulation eines elektrischen
Impulseingangs zu erzeugen, der in die Leitung injiziert wird. Eine
solche Leitung kann Radiofrequenzsignale hoher Spitzenleistung mit
mehr als 100 MW erzeugen. Die Leitung gemäß 1 ist eine Induktivitäts/Kapazitäts-Kettenübertragungsleitung, der
nicht-lineare und dispergierende Charakteristiken hinzugefügt wurden.
Die Figur zeigt fünf
vollständige Abschnitte
der Übertragungsleitung,
die bis zu 100 oder 200 solche Abschnitte aufweisen kann. Ein in die
linke Seite der Leitung an der Stelle 1 injizierter Eingangsimpuls
breitet sich nach der rechten Seite der Leitung aus und tritt als
Ausgangs-Radiofrequenzsignal
an der Stelle 2 aus. Kondensatoren 3 mit je einem
Kapazitätswert
von Co und Induktoren 4 mit je
einem Induktivitätswert
von Lo bilden die Primärelemente der Übertragungsleitung.
In jedem Induktor 4 ist sättigbares magneti sches Material
angeordnet, was bewirkt, daß die
Induktoren nicht linear sind. Die Kondensatoren 5 mit einem
Kapzitätswert
C' bilden Koppelkondensatoren
und werden benutzt, um kapazitiv jede zweite Zelle in der Leitung
zu verbinden, wodurch der Leitung eine zusätzliche dispergierende Charakteristik
erteilt wird. Infolge der Hinzufügung von
Nicht-Linearitäten und
Dispersionen in die Übertragungsleitung
wird ein elektrischer Impuls, der längs der Leitung von der Stelle 1 nach
der Stelle 2 fortschreitet, gemäß den spezifischen Eigenschaften der Übertragungsleitung
verzerrt. Derartige herkömmliche,
nicht-lineare Übertragungsleitungen
werden als Impulsmodulationsschaltungen benutzt, in denen beispielsweise
eine geeignete Leitung einen elektrischen Eingangsimpuls mit einer
flachen Spitze so modifiziert, daß ein Radiofrequenz-Ausgangssignal
geeigneter Form geschaffen wird. Wenn die injizierten Impulse längs der
Leitung fortschreiten, dann wird Energie von dem injizierten Impuls
in das Radiofrequenzsignal übertragen,
das ebenfalls von der Stelle 1 nach der Stelle 2 in
der Leitung gemäß 1 fortschreitet.
Das Radiofrequenzsignal und der Rest des injizierten Impulses werden
an der Stelle 2 abgezogen.
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Durch
die Ausbreitung des injizierten Impulses über die Leitung gemäß 1 wird
eine Quelle elektrischer Energie geschaffen, die sich längs der Übertragungsleitung
bewegt. Die Wirkung der Einführung
einer Nicht-Linearität
in die Leitung besteht darin, die Form des Eingangsimpulses zu modifizieren,
während
dieser längs
der Leitung fortschreitet. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Eingangsimpulses
an einer bestimmten Stelle ist von der Amplitude des Signals an
jedem Punkt abhängig,
so daß verschiedene
Teile des Signals mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausgebreitet
werden. Unter diesen Umständen
kann die Front des Eingangsimpulses zu einer Stoßwellenfront mit einer sehr
kurzen Anstiegszeit angeschärft
werden.
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Dadurch,
daß eine
Dispersion in die Leitung gemäß 1 eingeführt wird,
ergeben sich elektrische Charakteristiken, welche die Erzeugung
und das nachfolgende Ausbreiten von Schwingungssignalen auf der
Leitung ermöglichen.
In der Praxis erregt der Eingangsimpuls, der an der Stelle 1 in
die Leitung injiziert wird, die Erzeugung eines Radiofrequenzsignals.
Die Energie wird von dem injizierten Impuls in das Radiofrequenzsignal
an der Vorderkante des injizierten Impulses übertragen. Infolgedessen ist
die Vorderkante des injizierten Signals koinzident mit der Vorlaufschwingung
im Radiofrequenzsignal, wobei der Synchronismus der Signale aufrechterhalten
wird, wenn Eingangsimpuls und Radiofrequenzsignal längs der
Leitung fortschreiten.
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An
der Vorderkante des Eingangsimpulses geht Energie vom Impuls auf
verschiedene Weise verloren. Beispielsweise geht die Energie durch Übertragung
auf das Radiofrequenzsignal, durch Reflexionen von der Stoßwellenfront
und durch Ableitung in das nicht-lineare Material verloren, das
als Ferrit-Perlen
ausgebildet sein kann, die über
Längen des
metallischen Leiterdrahts aufgefädelt
sind. Der Anteil der Energie, der in das Radiofrequenzsignal übertragen
wird, hängt
von der Konkurrenz zwischen diesen Verlustverfahren ab. Außerdem ist
der Anteil der Energie, die in ein Radiofrequenzsignal übertragen
werden kann, abhängig
von der relativen Zeitdauer einer Periode der Radiofrequenzschwingung und
der Zeitdauer der Stoßwellenfront,
die durch den Eingangsimpuls erzeugt werden kann. Um den Wirkungsgrad
der Radiofrequenz-Erzeugung zu erhöhen, ist es notwendig, die
Stoßwellenfrontdauer
im Vergleich mit der Radiofrequenz-Schwingungsperiode zu vermindern.
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Die
Wirksamkeit von Schaltungen, wie sie in 1 dargestellt
sind, ist begrenzt durch die Dauer der Stoßwellenfront, die durch den
Eingangsimpuls erzeugt werden kann. Derartige herkömmliche Schaltungen
können
Radiofrequenzsignale mit einem Wirkungsgrad bis zu 40 % bei Radiofrequenz-Schwingungsfrequenzen
von 1 GHz bilden. Bei höheren
Schwingungsfrequenzen sinkt der Wirkungsgrad der Radiofrequenz-Erzeugung
aus den drei obengenannten Gründen
ab. Zusätzliche
Verluste der Radiofrequenzenergie treten auf, nachdem die Radiofrequenzschwingung
gebildet ist. Da die Radiofrequenzschwingung sich nach dem Ausgangspunkt 2 der
Schaltung ausbreitet, strömt
sie durch zahlreiche Abschnitte oder Zellen der Übertragungsleitung. Dies führt zu verschiedenen
Verlustmechanismen, von denen der eine der Magnetverlust in dem
gesättigten
Magnetmaterial ist. Trotz der Sättigung
des Magnetmaterials durch den Eingangsimpuls können die hohen Radiofrequenzströme, die
dem Radiofrequenzsignal zugeordnet sind, zu einer teilweisen Remagnetisierung
des Magnetmaterials führen.
Diese teilweise Remagnetisierung zieht Energie aus dem Radiofrequenzsignal
ab und führt
zu einer Abschwächung
des Radiofrequenzsignales.
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Demgemäß besteht
ein Bedarf nach einem allgemein verbesserten nicht-linearen dispergierenden Übertragungsleitungsaufbau
mit größerem Wirkungsgrad
bei der Erzeugung eines Radiofrequenzsignals aus einem Eingangsimpuls.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein nichtlinearer dispergierender Übertragungsleitungsaufbau
zur Erzeugung elektrischer Radiofrequenzsignale hoher Leistung vorgesehen,
der eine Übertragungsleitung
aufweist, die mehrere in Reihe geschaltete Induktoren besitzt, von
denen jeder sättigbares
Magnetmaterial enthält,
um eine Nicht-Linearität
hervorzurufen, wobei eine erste Gruppe von Kondensatoren die äußersten
Enden unmittelbar benachbarter Paare von Induktoren verbindet, und
eine zweite Gruppe von Kondensatoren die äußersten Enden unmittelbar benachbarter
Paare von Induktoren verbindet, wobei die zweiten Gruppenverbindungspunkte
durch einen Induktor von den ersten Gruppenverbindungspunkten entfernt
liegen, und wobei Mittel vorgesehen sind, um ein erstes Magnetfeld
in der Übertragungsleitung
in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung eines zweiten
Magnetfeldes aufzuprägen,
das in der Übertragungsleitung
dadurch erzeugt wird, daß ein
Hochspannungsimpuls erzeugt wird, um die Erzeugung einer zeitlich
sehr kurzen Stoßwellenfront
an der Vorderkante des Eingangsimpulses zu erzeugen, wenn eine Ausbreitung über die Übertragungsleitung
stattfindet, um die Energieverluste und Ableitung in der Übertragungsleitung
zu vermindern und dadurch die Energieübertragung von dem Eingangsimpuls
nach dem elektrischen Radiofrequenz-Ausgangssignal hoher Leistung
zu vergrößern und
die Abschwächung des
elektrischen Radiofrequenzsignals hoher Leistung zu vermindern.
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Vorzugsweise
weist die erste Gruppe von Kondensatoren eine Untergruppe von Koppelkondensatoren
auf, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei jeder Kondensator
mit einem äußersten Ende
des unmittelbar benachbarten Paares von Induktoren verbunden ist
und eine Untergruppe von Verbindungskondensatoren in Reihe zueinander über den
ersten Gruppenkondensatoren an den äußersten Enden des Induktors
angeschaltet sind, wobei jeder der Verbindungskondensatoren die
zwei Koppelkondensatoren verbindet, die parallel zu den äußersten
Enden des Induktorpaares liegen.
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Zweckmäßigerweise
weist die zweite Gruppe von Kondensatoren eine Untergruppe von Koppelkondensatoren
auf, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei jeder Kondensator
an einem äußersten
Ende des unmittelbar benachbarten Paares von Induktoren angeschaltet
ist und eine Untergruppe von Verbindungskondensatoren in Reihe zueinander
an die zweite Verbindungsgruppe mit den äußersten Enden der Induktoren
geschaltet ist, wobei jede zweite Gruppe von Verbindungskondensatoren die
beiden Gruppen-Koppelkondensatoren verbindet, die an den innersten
Enden eines Induktorpaares angeschlossen sind.
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Vorteilhafterweise
haben die Induktoren die Gestalt von Ferrit-Perlen, die auf eine Länge eines elektrisch
leitfähigen
Drahtes aufgefädelt
sind oder die Form einer elektrisch leitfähigen Schraubenwicklung, die
um einen magnetischen Toroid gewickelt ist.
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Vorzugsweise
sind die Induktoren in Reihe in einer linearen Folge geschaltet,
und die erste Kondensatorengruppe und die zweite Kondensatorengruppe
liegen im wesentlichen quer zur Linearachse durch die Induktoren.
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Zweckmäßigerweise
ist die Einrichtung zur Anwendung des ersten Magnetfeldes die Wicklung eines
Elektromagneten, die sich um die lineare Achse erstreckt und einen
gepulsten Strom oder einen Gleichstrom führt, um ein axiales Magnetfeld
in dem magnetischen Material der Induktoren zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise
besteht die Einrichtung zum Anlegen des ersten Magnetfeldes aus
einer Mehrzahl von Permanentmagneten, die in einer Reihe im wesentlichen
parallel und im Abstand zur Linearachse mit ungleichnamigen Polen
gegenüberliegend
angeordnet sind und ein vorherrschend axiales Magnetfeld über das
magnetische Feld der Induktoren erzeugen.
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Stattdessen
sind die Induktoren in Reihe geschaltet und im wesentlichen parallel
zueinander im wesentlichen quer zur Linearachse durch den Aufbau angeordnet.
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Vorzugsweise
besteht die erste magnetische Feldanwendungs-Einrichtung aus einer Gruppe von Permanentmagneten,
die im wesentlichen parallel zu der Linearachse des Aufbaus und
außerhalb
hiervon im Abstand angeordnet sind, wobei gleichnamige Pole nach
der Linearachse hin gerichtet sind.
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Vorzugsweise
wird die Einrichtung zum Anlegen des ersten Magnetfeldes von einer
Gruppe von Permanentmagneten gebil det, die derart angeordnet sind,
daß jeder
Induktor zwei Magnete der Gruppe enthält, und zwar einen an jedem
Ende des Induktors, wodurch ein im wesentlichen axiales Magnetfeld durch
das Magnetmaterial des Induktors erzeugt wird.
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Vorzugsweise
weist der Aufbau einen Behälter
auf, in dem die Kondensatorgruppen und die Induktoren angeordnet
sind.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und zur Erläuterung, wie diese Erfindung benutzt
wird, werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Teils einer herkömmlichen nicht-linearen dispergierenden Übertragungsleitung,
die nicht Gegenstand der Erfindung ist;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer Übertragungsleitung
zur Benutzung in einem nicht-linearen dispergierenden Übertragungsleitungsaufbau
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Übertragungsleitungsaufbaus
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit der Übertragungsleitung gemäß 2;
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Übertragungsleitungsaufbaus
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit der Übertragungsleitung gemäß 2;
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5 ist
eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung einer Übertragungsleitung zur
Benutzung in dem Übertragungsleitungsaufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine schematische Darstellung eines Übertragungsleitungsaufbaus
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer Übertragungsleitung gemäß 5;
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Übertragungsleitungsaufbaus
gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer Übertragungsleitung gemäß 5; und
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8 ist
eine schematische Darstellung, die die Geometrie des nicht-linearen
magnetischen Toroids veranschaulicht, der im Übertragungsleitungsaufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung Anwendung findet.
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Ein
nicht-linearer dispergierender Übertragungsleitungsaufbau
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird benutzt, um elektrische Radiofrequenzsignale hoher
Leistung zu erzeugen. Zu diesem Zweck weist der Aufbau eine Übertragungsleitung
auf, wie sie mit dem Bezugszeichen 6 in 2 und
mit dem Bezugszeichen 7 in 5 der beiliegenden
Zeichnung dargestellt ist. Jede Übertragungsleitung
weist mehrere in Reihe geschaltete Induktoren 8 auf, von denen
jede sättigbares
Magnetmaterial enthält,
um eine Nicht-Linearität
herbeizuführen.
Die Induktoren 8 können
irgendeine zweckmäßige Gestalt
einnehmen. Vorzugsweise weist jeder Induktor Ferrit-Perlen 9 auf,
die auf einem elektrischen Leiterdraht aufgefädelt sind, vorzugsweise auf
einem Metalldraht, wie in 8 der Zeichnung
dargestellt, oder es kann eine leitfähige Schraubenwicklung um einen
magnetischen Toroid gewickelt sein.
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Jede Übertragungsleitung 6, 7 weist
eine erste Gruppe 11 von Kondensatoren auf, die die äußersten
Enden unmittelbar benachbarter Paare von Induktoren 8 verbinden.
Diese erste Gruppe 11 weist eine Untergruppe von Koppelkondensatoren 12 auf, die
parallel zueinander geschaltet sind und jeweils mit dem äußersten
Ende eines unmittelbar benachbarten Paares von Induktoren in Verbindung
steht, und eine weitere Untergruppe von Verbindungskondensatoren 13 ist
in Reihe zueinander geschaltet und liegt über den ersten Gruppenverbindungen
nach den äußersten
Enden des Induktors, wobei jeder Verbindungskondensator 13 zwei
Koppelkondensatoren 12 verbindet, die an den äußersten
Enden eines Paares von Induktoren 8 angelegt sind.
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Jede Übertragungsleitung,
die in dem erfindungsgemäßen Übertragungsaufbau
benutzt wird, weist eine zweite Gruppe 14 von Kondensatoren
auf, die die äußersten
Enden der unmittelbar benachbarten Paare von Induktoren 8 verbinden,
wobei die Verbindungspunkte der zweiten Gruppe um einen Induktor 8 von
den Verbindungspunkten der ersten Gruppe distanziert sind. Die zweite
Gruppe 14 von Kondensatoren weist eine Untergruppe von
Koppelkondensatoren 15 auf, die parallel zueinander geschaltet sind,
wobei jeder Kondensator an einem äußersten Ende des unmittelbar
benachbarten Paares von Induktoren 8 angeschlossen ist,
und es ist weiter eine Untergruppe von Verbindungskondensatoren 16 vorgesehen,
die in Reihe zueinander geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung
an die beiden äußeren Enden
der Induktoren angeschlossen ist, und wobei jede zweite Gruppe von
Verbindungskondensatoren 16s die zwei Kopplungskondensatoren 15 der
zweiten Gruppe verbindet, die an die äußersten Enden eines Induktorpaares 8 angeschlossen
sind.
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Bei
den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
gemäß 2, 3 und 4 sind
die Induktoren 8 in einer linearen Folge in Reihe geschaltet,
und die ersten und zweiten Kondensatorgruppen 11 und 14 liegen
im wesentlichen quer zur Linearachse durch die Induktoren 8.
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In üblicher
Weise wird ein kleiner pulsierter Strom oder ein kleiner Gleichstrom
benutzt, um das nicht-lineare Magnetmaterial in jedem Induktor zu konditionieren,
bevor der Haupteingangsimpuls an der Stelle 1 injiziert
wird. Dieser Konditionierungsstrom ist eine zweckmäßige Art
und Weise zur Bestimmung des Anfangszustandes des nicht-linearen Magnetmaterials.
Der Konditionierungsstrom wird über
in der Zeichnung nicht dargestellte Schaltungsschutzelemente am
Eingang 1 und Ausgang 2 der Übertragungsleitung 11 an
der Stelle 1 injiziert und fließt durch jeden Induktor 8 der Übertragungsleitungsschaltung.
Der Konditionierungsstrom erzeugt ein umlaufendes Magnetfeld, das
die magnetischen Domänen
des Magnetmaterials in einer geeigneten Richtung orientiert. Der
angelegte Konditionierungsstrom erzeugt nur ein umlaufendes Magnetfeld,
so daß die
innere Magnetisierung des Magnetmaterials nur eine in Umfangsrichtung
verlaufende Komponente besitzt. Diese Komponente 17 kann,
wie aus 8 ersichtlich, irgendwo zwischen
dem vollen Gegenuhrzeigersinn und dem vollen Uhrzeigersinn liegen, jedoch
besitzt diese Komponente keine axiale Magnetisierungskomponente.
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Der Übertragungsleitungsaufbau
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auch Mittel auf, um ein erstes Magnetfeld auf die Übertragungsleitung 6 in einer
Richtung 18 im wesentlichen senkrecht zur Richtung des
Magnetfeldes 17 aufzuprägen,
welches in der Übertragungsleitung 6 durch
Anwendung eines Hochspannungs-Eingangsimpulses bei 1 erzeugt wurde,
um eine Stoßwellenfront
sehr kurzer Dauer an der Vorlaufkante des Eingangsimpulses beim
Durchlauf durch die Übertragungsleitung
zu erzeugen, und es wird die Energiekonkurrenz und der Energieverlust
in der Übertragungsleitung
vermindert, und dadurch wird die Energieübertragung vom Eingangsimpuls
auf das elektrische Radiofrequenz-Ausgangssignal hoher Leistung
an der Stelle 2 erhöht,
und die Dämpfung
des Hochleistungs-Radiofrequenzsignals an
der Stelle 2 wird vermindert. Diese zusätzliche Einrichtung zum Anlegen
eines Magnetfeldes kann unterschiedlich ausgebildet sein.
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Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel, welches
in 3 dargestellt ist, kann das zusätzliche Feld
durch eine erste Magnetfeld-Anwendungseinrichtung erzeugt werden,
die als stromführende
Elektromagnetwicklung 19 ausgeführt ist und sich um die Linearachse
erstreckt und einen gepulsten Strom oder einen Gleichstrom führt, um
ein axiales Magnetfeld im Magnetmaterial der Induktoren 8 zu
erzeugen. Die Wicklung 19 führt einen Gleichstrom oder
einen gepulsten Strom, der ein axiales Magnetfeld 18 in den
Ferrit-Perlen 9 erzeugt, wie dies in 8 dargestellt
ist.
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Stattdessen
kann, wie aus 4 ersichtlich, die Magnetfeld-Anwendungseinrichtung
aus einer Mehrzahl von Permanentmagneten 20 bestehen, die mit
ungleichnamigen Polen gegenüberliegend
in einer Linie im wesentlichen parallel zur Linearachse und im Abstand
zu dieser angeordnet sind und ein vorherrschend axiales Magnetfeld
im magnetischen Material der Induktoren erzeugen. Gemäß der Beschreibung
ist die Linearachse die Achse, die durch die Induktoren 8 in
Richtung zwischen Eingang 1 und Ausgang 2 hindurchläuft. Zweckmäßigerweise
können
diese Magnete 20 längs
der Außenseite
eines Behälters 21 angeordnet
werden, in dem die Kondensatorgruppen 11 und 14 und
die Induktoren 8 angeordnet sind. In gleicher Weise wie
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 kann die stromführende Elektromagnetwicklung 19 außen angeordnet
sein und den Behälter 21 umschließen. Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 4 wird ein Magnetfeld in den magnetischen Komponenten
erzeugt, welches vorherrschend axial bezüglich der Ferrit-Perlen 9 verläuft, die
die Induktoren 8 bilden, obgleich außerdem auch nicht-axiale magnetische
Feldkomponenten erzeugt werden könnten.
Das Ausführungsbeispiel nach 4 kann
einen Radiofrequenzimpuls erzeugen, der amplitudenmoduliert ist,
weil die axialen und nicht-axialen magnetischen Feldkomponenten
nicht gleichförmig
längs der Übertragungsleitung
verteilt sind.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß 5, 6 und 7 der
beiliegenden Zeichnung sind die Induktoren 8 in Reihe geschaltet
und liegen im wesentlichen parallel zueinander im wesentlichen quer
zur Linearachse entlang der Linie 1-2 durch den Aufbau. In diesem
Fall fließt
der Strom in diametral entgegengesetzten Richtungen in benachbarten
Induktoren 8, wenn er durch die Übertragungsleitung fließt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 6 der Erfindung besteht die erste Magnetfeld-Anwendungseinrichtung
aus einer Gruppe von Permanentmagneten 22, die im wesentlichen
parallel 2 und außerhalb
im Abstand von der Linearachse des Aufbaus angeordnet sind, wobei
gleiche Pole nach der Linearachse, die durch die Induktoren 8 geht,
hin gerichtet sind. Die Magnete 22 können entweder innerhalb oder
außerhalb
des Behälters 21 angordnet
werden, obgleich in 6 die Magnete außerhalb
des Behälters 21 befindlich
sind. Das axiale Feld, welches den Induktoren 8 in 6 angelegt
wird, verläuft
im wesentlichen parallel und antiparallel zu dem Strom, der durch
die Induktoren fließt.
Der Grund dafür
ist der, daß die
Richtung des Stromflusses sich in jedem Abschnitt der Übertragungsleitung 7 umkehrt. So
fließt
gemäß 6 der
Strom von Nord nach Süd durch
einen Induktor, dann von Süd
nach Nord durch den nächsten
und von Nord nach Süd
durch den folgenden Induktor, wobei das angelegte Magnetfeld in der
gleichen Richtung über
das volle Ausmaß der Übertragungsleitung 7 orientiert
ist. Die abwechselnden Orientierungen des Schaltungsstroms und des axialen
Magnetfeldes beeinträchtigen
das Verhalten der Schaltung nicht in ungünstiger Weise.
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Das
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel nach 7 der
beiliegenden Zeichnung weist eine erste Magnetfeld-Anwen dungseinrichtung
in Form einer Gruppe kleiner Permanentmagneten 23 auf,
die derart angeordnet sind, daß jeder
Induktor zwei Magnete 23 des Feldes besitzt, und zwar je
einen Magneten an jedem Ende, wodurch ein im wesentlichen axiales
Magnetfeld durch das Magnetmaterial des Induktors erzeugt wird.
Die Magnete 23 haben eine gleiche Größe wie die nicht-linearen magnetischen Toroide 10 der
Induktoren 8, und durch diese Anordnung wird das Volumen
des permanentmagnetischen Materials vermindert, das erforderlich
ist, um ein geeignetes axiales Magnetfeld zu erzeugen, und dadurch
werden die Kosten verringert und es kann ein axiales Magnetfeld
durch jeden Induktor gewählt werden.
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Die
Wirkung des gemäß der Erfindung
angelegten axialen Magnetfeldes besteht darin, die Dynamik der schnellen
Magnetisierungsänderungen
in dem nicht-linearen magnetischen Material zu modifizieren, wenn
der Eingangsimpuls bei 1 in die Übertragungsleitung 6 oder 7 injiziert
wird. Das axiale Magnetfeld ermöglicht
eine schnelle Magnetisierung des nichtlinearen Materials in den
Induktoren 8, und es wird eine sehr kurze Stoßwellenfront
an der Vorderkante des Eingangsimpulses erzeugt. Durch Erzeugung
dieser Bedingungen, die die Erzeugung einer sehr kurz andauernden
Stoßwellenfront
ermöglichen, werden
die Energieverteilungsverfahren in der Übertragungsleitung modifiziert,
was die Aufteilung der Energie zwischen Radiofrequenzsignal-Erzeugung und
Verlusten bestimmt. Durch Erzeugung dieser Bedingungen kann ein
grösserer
Anteil der Eingangsenergie auf das Radiofrequenzsignal übertragen
werden und der Wirkungsgrad der Erzeugung des Radiofrequenzsignals
wird dadurch verbessert.
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Dabei
muß berücksichtigt
werden, daß die Anwendung
eines nur in Umfangsrichtung verlaufenden Magnetfelds (dies ist üblich bei
herkömmlichen Radiofrequenz-Erzeugungsschaltungen)
zu Magnetisierungsänderungen
führt,
die als inkohärent
zu bezeichnen sind und die wesentlich langsamer sind als die kohörenten Magnetisierungsänderungen,
die durch den erfindungsgemäßen Aufbau
erzeugt werden.
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Ein
zweites vorteilhaftes Merkmal der Einführung eines axialen Magnetfeldes
in die erfindungsgemäße Schaltung
besteht darin, daß die
Energieverluste im Radiofrequenzsignal vermindert werden, wenn dieses
Signal über
die Übertragungsleitung
läuft.
Nach der Erzeugung von Radiofrequenzschwingungen wandern diese Schwingungen längs der Übertragungsleitung
und durchlaufen zahlreiche Induktivitäts/Kapazitäts-Abschnitte der Leitung.
Verschiedene Energieverlustprozesse führen zu einer Dämpfung des
Radiofrequenzsignales in der Übertragungsleitung,
und ein Prozeß ist
durch die magnetischen Verluste in dem nicht-linearen magnetischen
Material bedingt.
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Die
Magnetverluste treten auf, weil der Radiofrequenzstrom mit großer Amplitude,
der dem Radiofrequenzsignal zugeordnet ist, ein Radiofrequenz-Magnetfeld
erzeugt, welches an das nicht-lineare magnetische Material angelegt
wird. Dieses Radiofrequenz-Magnetfeld tendiert dazu, die Magnetisierung
des Magnetmaterials mit einer sehr hohen Frequenz zu modulieren.
Magnetische Hochfrequenzverluste können sehr schwerwiegend sein, wenn
die Magnetisierung des nicht-linearen Magnetmaterials beträchtlich
moduliert wird.
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Das
Vorhandensein eines starken axialen Magnetfeldes tendiert dazu,
die Magnetisierung des nicht-linearen Materials in einer festen
Orientierung zu halten, nachdem die Stoßwellenfront hindurchgelaufen
ist. Unter diesen Umständen
wird der Modulationseffekt des Radiofrequenzstromes auf die Magnetisierung
des nicht-linearen Materials reduziert, und damit werden die magnetischen
Energieverluste vermindert. Infolgedessen wird die Dämpfung des Radiofrequenzsignales durch
das Vorhandensein eines hohen magnetischen Feldes in dem nicht-magnetischen
Material vermindert. Dadurch verbessert das zusätzliche Magnetfeld die Übertragung
der Energie vom Eingangsimpuls auf das Radiofrequenzsignal, und
dadurch wird die Dämpfung
des Radiofrequenzsignales vermindert, die durch die Magnetverluste
verursacht wird. Beide Effekte verbessern die Wirksamkeit des Übertragungsaufbaus
nach der Erfindung.