DE2126782A1 - Leistungsbegrenzer für Hochfrequenzsignale - Google Patents

Description

7175 - 71 Ks/So

HCA 62 610

U.S. Serial No. 42 153 2126782

Filed June 1, 1970

RCA Corporation
New York, N. Y. V- St-. A.

Leistungsbegrenzer für Hochfrequenzsignale.

Die Erfindung bezieht sich auf.. Mikrowellenbegrenzer und betrifft speziell solche Ausgestaltungen, in denen Stoffe enthalten sind, die unter dem Einfluß eines statis chen Magnetfeldes einen nichtlinaaren Effekt auf Hochfrequenzsignale (HF-Signale) oberhalb eines bestimmten Leistungspegels ausüben.

Wenn ferromagnetische, ferromagnetische oder antiferromagnetischä Stoffe durch ein statisches Magnetfeld (Gleichfeld) vormagnetisiert werden, dann werden Mikrowellensignale oberhalb eines bestimmten Leistungspegels absorbiert, weil die magnetischen Momente (Spin-Dipole) innerhalb des Stoffes von einer gleichmässigen Präzessionsschwingung auf bestimmte Spinschwingungen übergehen, welche die HF-Energie durch Wärmeentwicklung im Kristallgitter aufbrauchen und somit eine Leistungsbegrenzung herbeiführen. Eine weitere Beschreibung solcher Mikrowellenbegrenzer befindet sich in den Abschnitten 5 und 12 der Veröffentlichung "Microwave Ferrites and Ferrimagneties" von Lax und Button, herausgegeben von McGraw-Hill. Weitere Beschreibungen befinden sich in einem Aufsatz von G". 8· Uebele mit dem Titel "Characteristics of Ferrite Limiters", veröffent-

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licht in"IRE Transactions of Microwave Theory and Techniques", Januar 1959 sowie in einem Aufsatz von W.F.Krupke, F.S. Hartwick,und M.T. Weiss mit dem Titel "Solid-State X-Band Power Limiters", ebenfalls veröffentlicht in"IRE Transactions of Microwave Theory and Techniques", November 1961.

Ein ernstliches Problem ergibt sich bei den erwähnten bekannten Begrenzern aus dem starken Nadelimpuls, der an der Vorderflanke eines Signals durch den Begrenzer läuft, wenn ein von aussen zugeführter HF-Impuls einen steilen Anstieg und eine über dem

Schwellwert des Begrenzers liegende Amplitude aufweist. Die Energie dieses Nadelimpulses kann mehrere hundert oder tausend Erg betragen. Begrenzer dieser Art sind im allgemeinen für die Anwendung in Senderempfängern nicht geeignet, weil der Empfänger eine maximale Energie von nur etwa einem Erg verträgt* Man hat sich zwar sehr darum'bemüht, die Spitze des ladelimpulses durch geeignete Geometrie der Ferrite und durch geeignete Wahl des vormagnetisierenden Gleichfeldes herabzusetzen, jedoch konnte ä^n bisher den hervorbrechenden Nadenimpuls an der. Vorderflanke nicht wirksam unterdrücken.

P Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung

eines verbesserten Mikrowellenbegrenzers, bei dem der besagte Nadelimpuls an der Vorderflanke wirksam unterdrückt wird.

Bei einem Leistungsbegrenzer für Hochfrequenzsignale, bei !reichen in einer Übertragungsleitung ein Material angeordnet ist, welches bei Vormagnetisierung von einem

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linearen Verhalten zu einem nichtlinearen Verhalten übergeht, wenn ihm HochfrequenzsignaLe hoher Leistung zugeführt werden, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine zwischen Eingang und Ausgang des Begrenzers vorgesehene Verzögerungseinrichtung, welche die Signale derart verzögert, daß die Verzögerten Signale die Übertragungsleitung erst verlassen, nachdem das darin befindliche Material seine nichtlineare Eigenschaft angenommen hat«

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung werden nachstehend Äusführungsbeispiele anhand der Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 zeigt ein Schaubild, in welchem für einen Mikrowellen-Ferritbegrenzer bei einem angelegten Signal die HF-Leistung über der Zeit aufgetragen ist;

Figur 2 zeigt das Blockschaltbild einer Sender/Empfängeranordnung mit einem Begrenzer und eins r Verzögerungsleitung gemäss der Erfindung;

Figur 3 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Querschnitt durch den in Figur 2 dargestellten Begrenzer}

Figur 4 ist eine Skizze eines mit Ferrit besetzten schraubenförmigen Begrenzers gemäss der Erfindung;

Figur 5 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Begrenzer mit einer Richtungsgabel kombiniert ist.

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In Figur 1 stellt die Kurve 10 ein typisches Ausgangssignal eines herkömmlichen Mikrowellen-Ferritleistungsbegrenzers dar, wie es als Antwort auf ein Eingangssignal 12 erhalten wird,welches in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist. Die Welle 10 besteht aus einem Nadelimpuls 16 an der Vorderflanke und einem flachen gedämpften Teil 18. Der vordere Nadelimpuls 16 macht nur einen kleinen Teil der Gesamtbreite der Welle 10 aus . Der Abschnitt mit dem Nadelimpuls 16 ist in Figur dadurch auseinandergezogen dargestellt, daß der Maßstab auf der,Zeitachse nach den ersten 60 Nanosekunden wechselt. Dieser vordere Abschnitt 16 mit seinem hohen Energieinhalt ist es, der diesen Begrenzertyp für viele Anwendungen ungeeignet macht.

Die Dauer des Nadelimpulses (in Figur 1 etwa 40 Nanosekunden) entspricht der Zeit, die das Ferritmaterial· benötigt, um von deinem linearen Zustand in den nichtlinearen oder Dämpfungszustand überzugehen, im Falle von ferroma&netischen, ferrimagnetischen oder antiferromagnetischen Stoffen, die manchmal zusammengefaßt auch als "gyromagnetische" Stoffe bezeichnet werden, weil ihr Verhalten ähnlich einer Kreiselwirkung ist, tritt eine bedeutsame Begrenzung nur ein, wenn die zur Anregung dieses Stoffes benötigte Zeit zur Verfugung steht. Die gyromagnetischen Materialien werden von den. Autoren Lax und Button in dem oben erwähnten Buch mit dem Titel "Microwaves Ferrites and Ferrimagnetics" als ferromagnetische, ferrimagnetische und antiferromagnetische Materialien behandelt. Die Dauer des Nadelimpuises hängt vom Leistungspegel des zugeführten HF-Signals ab.

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Wenn die HF-Leistung so groß ist, daß das Material gerade im nichtlinearen Bereich betrieben wird, dann ist der Nadelimpuls verhältnismässig breit und beträgt einige hundert Nanosekunden, und seine Spitze liegt nur wenige db über dem flachen oder nichtlinearen Abschnitt 18 des Ausgangsimpulses. Bei hohen HP-Leistungspegeln jedocht, wenn die gyromagne ti sehen Stoffe tiefer im nichtlinearen Bereich betrieben werden, dann ist die Dauer des Nadelimpulses gering und beträgt typischerweise 40 Nanosekunden. Die Abfallzeit dieser kurzen und starken Nadelimpulse bzw. die benötigte Zeit für den Abfall des Nadelimpulses 16 von seinem Spitzenwert bis zu einem etwa 10 db tiefer liegenden wert hängt von dem verwendeten Stoff ab. Sie liegt im Bereich zwischen etwa 12 und 20 Nanosekunden. Die Spitze des Nadelimpulses 16teo3n2Q db über dem flachen Abschnitt 18 des Ausgangsimpulses liegen. .

Die Figur 2 zeigt in Verbindung mit einer sender/pipfängeranordnung einen Mikrowellenbegrenzer, bei dem der an der Vorderflanke eines Signals auftretende Nadelimpuls unterdrückt wird. Bei dieser Anordnung ist eine einzige Antenne 11 durch eine Übertragungsleitung 15 an einen Arm 17 einer gewöhnlichen dreiarmigen Richtungsgabel 13 gekoppelt. Ein Sender 19 ist mittels einer Übertragungsleitung 23 auf einen zweiten Arm 21 der Richtungsgabel gekoppelt. Der dritte Arm 25 der Richtungsgabel 13 ist auf eine zweite dreiarmige Richtungsgabel<29 über die Übertragungsleitung 28 gekoppelt. Der zweite Arm 31 der zweiten Richtungsgabel 29 ist durch die Übertragungsleitung 37 mit einem Ende 35 eines Ferritbegren-

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zers 33 verbunden. Das gegenüberliegende Ende 39 des Ferritbegrenzers 33 liegt über die Leitung 45 an einem Ende 43 einer Verzögerungsleitung 41· Das gegentb erliegende Ende 47 der Verzögerungsleitung 41 ist mit " einem Reflexionskurzschluß 49 versehen. Der dritte Arm der zweiten Richtungsgabel 29 ist durch die Übertragungsleitung 52 auf den Empfänger 53 gekoppelt.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Begrenzer 33 handelt es sich vorzugsweise um einen reziproken Ferritbegrenzer. Ein reziproker Begrenzer ist deswegen vorzuziehen, weil er eine niedrige Einfügungsdämpfung und eine gute Begrenzung in beiden Richtungen bewirkt, was für den nachstehend beschriebenen Begrenzertyp wichtig ist. Bei dem besonderen Begrenzer 33 kann es sich beispielsweise um einen parallelgepumpten Nebenresonanzbegrenzer handeln, in welchem ein polykristalliner Yttrium-Eisen-Granat verwendet wird, der als Platte oder Stab 56 in Figur 3 gezeigt ist. Diese Platte ist in der Mitte des Querschnitts eines:Rechteckhohlleiters 57 angeordnet, der die zugeführten Signale in Form einer H-, -welle führen kann. Die grundzüge der Nebenresonanz und der Nebenresonanzbegrenzung sind in der erwähnten Literaturstelle von Lax and Button mit dem Titel" Microwaves Ferrites and Ferrimagnetics", herausgegeben von McGraw-Hill, behandelt. Besondere Hinweise auf Nebenresonanz und Mikrowellen—Leistungsbegrenzung befinden sich in den Abschnitten 5 unä 12 dieser Literaturstelle.

Die Platte 56 aus Yfctrium-Eisen-Granat wird durch ein geeignetes Qleichfeld gemäss dem Pfeil 58 senkrecht

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zur Fortpflanzungsrichtung der zugeführten Signale und senkrecht zum elegischen Feld der Signale im Hohlleiter magnetisiert. Dieses magnetische Gleichfeld hat eine solche Stärke und Richtung, daß für die zugeführten und über dem gegebenen Leistungspegel liegenden Signale eine reziproke Dämpfung erreicht wird.

besonderes Konstruktionsmerkmal ist eine Verzögerungsleitung 41 vorgesehen, mit der für die HF-Signale nach ihrer Zuführung zum Begrenzer eine gesamtverzögerung erreicht wird, die mindestens gleich ist der Abfallzeit des Nadelimpulses an der Vorderflanke des signals. Als Abfallzeit des vorderen Nadelimpulses wird hierbei wie oben die Zeitspanne definiert, die der Nadelimpuls für den Abfall von seinem Spitzenwert bis zu einem IQ db tiefer liegenden Wert benötigt.

Wenn der Begrenzer der oben beschriebenen Art mit Eingangssignalen einer Frequenz zwischen etwa 9»3 und 9,4 GHz und mit einem Eingangssignalpegel von dO Kilowatt betrieben wird, dann liegt diese Zeit bei etwa 12 Nanosekunden. Die Verzögerungsleitung 41 kann aus einem Hohlleiterabschnitt bestehen,' dessen ein Ende am Hohlleiterabschnitt 57 des Begrenzers 33 liegt und dessen anderes Ende in einem Reflexionskurzschluß endet, sodaß alle in einer Richtung durch den Hohlleiterabschnitt 57 der Verzögerungsleitung wandernden Signale zurück zum Begrenzer 33 reflektiert werden. Die Länge des Hohlleiters ist so gewählt,' daß der Mindestwert der Gesamtverzögerung mindestens 12 Nan-osekunden beträgt. Eine größere Verzöge-

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rung bringt vermutlich etwas bessere Ergebnisse, weil dem gyromagnetischen Material mehr Zeit für die Erreichung seines nichtlinearen Zustandes gegeoen wird. Diese Gesamtverzögerung ist gleich der Zeit, die das Signal benötigt, um in einer Richtung vom Begrenzer entlang-der Verzögerungsleitung 41 zum Reflexionskurzschluß 49 und von dort zurück längs der Verzögerungsleitung 41 zum Begrenzer 33 zu laufen.

Beim Betrieb der Anordnung nach der Figur 2 werden HF-Mikrowellensignale hoher Leistung vom Sender 19 ™ über die Übertragungsleitung 23 auf den Arm 21 der Richtungsgabel 13 geKoppelt. Die Richtungsgabel 13 ist so vorgespannt, daß sie Signale im Uhrzeigersinn weiterleitet. Die vom Sender 19 kommenden und am Arm 21 erscheinenden HF-Signale werden über den Arm 17 von der Richtungsgabel 13 ausgekoppelt und über die Übertragungsleitung 15 auf die Antenne 11 gegeben.

An der Antenne 11 erscheinende Hochfrequenzsignale gelängen über die Übertragungsleitung 15 zum Arm 1? der Richtungsgabel 13. Wenn die Richtungsgabel im Sinne k des Pfeils 24 betrieben wrd, dann werden die von der Antenne kommenden HF-Signale in nichtreziproker Weise vom Arm 17 auf den Arm 25 gekoppelt. Die HF-Biggangssignale am dritten Arm 25 gelangen durch die Übertragungsleitung 28 zum Arm 27 der Richtungsgabel 29. Diese Richtungsgabel ist ,mittels eines geeigneten Gleichfeldes derart vorgespannt, daß sie Signale gegen den Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 26 weitergibt. Die am Arm 27 einlaufenden HF-Signale werden am Arm

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ausgekoppelt und gelangen durch die Übertragungsleitung 27 zum Eingang des Ferritbegrenzers 33·

Beim Anlegen von HF-Signalen sehr hoher Leistung (oberhalb des kritischen Werts) an den reziproken Begrenzer 33» beginnt der Yttrium-Eisen-Granat von seinem linearen Verhalten auf ein nichtlineares Verhalten überzugehen. Die Ausgangsleistung.des Begrenzers 33 hat etwa den Verlauf, wie er durch die Abschnitte 16 und 18 der Kurve 10 in Figur 1 dargestellt ist. Dieses Ausgangssignal des Begrenzers 33 wird auf die Verzögerungsleitung 41 gegeben» Die Verzögerungsleitung 41 verzögert das Signal um annähernd 6 Nanosekunden, worauf es am Kurzschluß 49 reflektiert wird und in entgegengesetzter Richtung durch die Verzögerungsleitung 41 läuft, sodaß man eine Gesamtverzögerung von etwa 12 Nanosekunden erhält. Das verzögerte und reflektierte Signal'ist in Figur 1 als gestrichelte Kurve 59 dargestellt. Das verzögerte und reflektierte Signal 59 durchläuft den Begrenzer 33 der sich in einem im wesentlichen nichtlinearen Zustand befin- ' det, sodaß der Nadelimpuls an der Vorderflanke verkleinert wird. Die Ausgangsleistung des Begrenzers entspricht der Wellenform 14 in Figur 1. Dieses Ausgangssignal wird über die Leitung 37 zum Arm 31 der Richtungsgabel· 29 geführt. Die Richtungsgabel 29 koppelt dieses begrenate Signal über die Leitung 52 auf den- Empfänger 53·

Bei einer Einrichtung der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Art wurde der Begrenzer 33 mit einem Eingangssignal im Frequenzbereich zwischen 9>3 und 9,4 GHz beaufscflagt. Der Pegel des Eingangssignals 12 lag bei 80 Kilowatt. Der spezielle Begrenzer bestand aus einer Platte aus Yttrium-Eisen-Granat mit einem Querschnitt von

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etwa 0,95 x 0,48 cm, die in einem Abschnitt eines Recht- · eckhohlleiters (Typ WR 112) angeordnet war, dessen äussere Querschnittsabmessungen 2,82 χ 1,27 cm betrugen. Die Höhe des inneren lichten Querschnitts des Hohlleiterstücks war gering und betrug nur etwa 0,48 cm bzw. gerade so viel, daß die Platte 56 innerhalb des Hohlleiters Platz finden konnte. Diese geringe Höhe brächte grössere FeM stärke des magnetischen Steuerfeldes, wodurch die kritische Magnetische Feldstärke des Steuerfeldes bei niedrigeren Leistungspegeln erreicht wurde und eine Absorption von Mikrowellenleistung frei niedrigeren Leistungspegeln erfolgte. Die StärKe des magnetischen Gleich-

P feldes zur Magnetisierung des Platte 56 lag in der Grössenordnung von 1000 Gauss. Es wurde ein Yttrium-Eisen-Granat mit der Bezeichnung G 113 der Herstellerfirma Trans Tec of Gaithersburg, Md.verwendet. Die Breite des inneren lichten Querschnitts des Hohlleiters war ebenfalls klein gehalten. Sie betrug 0,95 cm_;bzw. gerade so viel, daß die Platte 56 innerhalb des Hohlleiters Platz finden konnte. Durch diese kleine Breite werden Schwingungszustände höherer Ordnung im Hohlleiter unterdrückt. Bei der oben beschriebenen Anordnung für einen Betrieb im Frequenzbereich von 9,3 - 9,4 GHz bestand die Verzögerungsleitung 41 aus einem gewöhnlichen 183 cm

" langen geraden Stück eines WR 112-Hohlleiters mit den gleichen äusseren Querschnittabmessungen wieider Begrenzer (2,82 χ 1,27 cm), dessen ein Ende an den Begrenzer 33 gekoppelt war und dessen anderes Ende durch einen leitenden Reflexionskurzschluß 49 abgeschlossen war. Die Verzögerungsleitung 41 muß nicht in dieser Weise aufgebaut sein, sie kann beispielsweise auch in wendelför—

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miger Anordnung gepackt sein, wobei sich Teile der Verzögerungsleitung überlappen, oder sie kann schlangenähnlich überlappt sein, um die Verpackung zu erleicht^rn. Bei der vorliegenden Anordnung für Frequenzen zwischen 9,3 und 9,4 GHz und für einen Eingangssignalpegel von do Kilowatt enthielt das Ausgangssignal des Begrenzers nach nur einem Durchlauf durch den Brenzer einen flachen Abschnitt 18, der 19,5 db unter dem Eingangssignal lag, wobei jedoch die spitze des Nadelimpulses 16 nur 0,5 db unter dem Eingangssignalpegel lag. Nach einer Verzögerung des Signals von etwa 12 Nanosekunden in der obeneneschriebenen Hohlleiter-Verzögerungsleitung 41 und nach seiner Reflexion und dem zweiten Durchlauf durch den Begrenzer 33 war der vordere Nadelimpuls im Ausgangssi^nal um 15,5 db schwächer als dgts Eingangssignal 12,und der flache Teil 1Ö lag um 36 db unter dem Eingangssignal 12. Durch diese starke Abschwächung (15,5 db) des Nadelimpulses (Anschnitt 16) an der Vorderflanke des Signals ist ein Begrenzer 33 der oben beschriebenen Art nunmehr verwendbar beim Auftreten von HF-Signalen hoher Leistung.

Zusammengefasst lässt sich aus dem Vorstehenden entnehmen, daß die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem vorderen Nadelimpuls beseitigt werden, wenn man das HF-Signal nach seinem Anlegen an das gyromagnetische Material eines Begrenzers ausreichend verzögert, damit sich bestimmte dämpfende Spinwellen im gyromagnetischen Material des Begrenzers aufbauen können. Es wurde gesagt, daß die Verzögerungszeit ausreicht, wenn sie mindestens so lang ist wie die hier definierte Abfallzeit. Bei der besonderen oben beschriebenen An-

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Ordnung wurde diese Verzögerung und die Begrenzung erreicht durch die Kombination eines reziproken Begrenzers und einer Verzögerungsleitung mit Reflexionsabschluß, sodaß eine gesamtverzögerung erreicht wurde, die mindestens so groß ist, wie die hier definierte Abfallzeit eines speziellen Nadelimpulses.

Eine andere Möglichkeit für den Aufbau eines Leistungsbegrenzers mit Nadelimpulsunterdrückung wird im Zusammenhang mit Figur 4 gezeigt. Figur 4 zeigt eine Kombination einer Verzögerungsleitung mit einem Ferritbegrenzer. Der Ferritbegrenzer besteht aus einem Stück

t eines Rundhohlleiters 61, der an einem Ende mit einem Kurzschluß 33 abgeschlossen ist. Innerhalb des Rundhohlleiters 61 ist ein wendeiförmiges Gebilde 62 angeordnet, dessen ein Ende 62 a mit dem Kurzschluß 63 ' verbunden ist und dessen anderes Ende 62 b als sonde in ein Rechteckhohlleiterstück 64 ragt. Dieses Hohlleiterstück 64 kann ein Teil der Übertragungsleitung 37 nach Figur 2 sein. Das empfangende Ende 62 b der Wendel 62 liegt in der Mitte der Breitseite des R_eohteckhohlleiters 64. u'er Rechteckhohlleiter 64 ist an einem Ende mit einem verstellbaren Kolben 66 abgeschlossen, der gegenüber der Sonde 62 b so angeordnet ist, daß eine

| maximale Kopplung zu und von der Wendel 62 bei minimalen Verlusten und mit einem Kinimum an stehenden Wellen erreicht· wird. Durch die Wendel 62 ist ein Ferritstab 6ü geführt, und ein Rohr 69 aus Ferrit umgibt die Aussenseite der Wendel 62, wie es in Figur 4 veranschaulicht ist.

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Beim Betrieb des in Figur 4 dargestellten Leistungsbegrenzers werden die elektromagnetischen HF-Signale 55» die durch den Hohlleiter 64 zum Kolben 66 laufen, von dem Ende 62 b der Wendel 62 aufgefangen, worauf sie entlang der Wendel 62 zum Kurzschlußende 63 laufen und nach Reflexion entlang der Wendel 62 zurück zum Hohlleiter 64 gelangen. Die Fortpflanzung längs der Wendel geschieht auf ähnliche Weise wie die Fortpflanzung von Mikrowellensignalen in Wanderfeldföhren. Eine weitere Beschreibung dieser Art der Fortpflanzung gibt J.R. Pierce im Anhang II seines Buchs "Traveling Waves Tubes" (eine. Reihe der Bell Laboratories)» herausgegeben von der D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, New Jersey. Auch sei auf das U.S.-Patent 2 848 695 von Pierce hingewiesen, welches eine solche Verzögerungsleitung betrifft. Da das Signal längs der Wendel 62 wandert, und die Wendel 62 vom Dielektrikum der Ferritsfange 68 und des Rohrs 69 umgeben ist, wird eine Verzögerung des Signals bewirkt. Die von dieser Anordnung hervorgerufene Verzögerung einschliesslich der reflektierten Verzögerung muß einen Gesamtwert ergeben, der mindestens gleich ist der Abfallzeit, oder wie im Zusammenhang mit der vorigen Ausführungsform beschrieben, mindestens 12 Nanosekunden beträgt. Wenn das Ferritmaterial des Rohrs 69 und des Stabes 68 auch- durch ein mg^netisches Gleichfeld in Richtung des Pfeils 6? vormagnetisiert wird, dann entstehen die bestimmten Spinwellen und die damit verbundene Absorption der Mikrowellenleistung, falls das HF-Signal einen gegebenen Leistungspegel übersteigt. Macht man diä Wendel 62 durch dichten Abstand ihrer Windungen (d.h. durch Änderung der Ganghöhe) ausreichend lang und sorgt man für eine genügend

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hohe Dielektrizitätskonstante des Ferritmaterials, dann kann man die Länge der Verzögerungsleitung klein halten. Wenn die gesamte Verzögeerungszeit (beide Durchgänge durch die Verzögerungsleitung) etwa 12 - 20 Nanosekunden beträgt, wie es bei der vorigen Ausführungsform beschrieben wurde, dann wandert das reflektierte Signal durch einen Teil des ferritbelasteten Wendeiförmigen Begrenzers, während dieser sich genügend weit im nichtlinearen Bereich befindet, und der Nadelimpuls an der Forderflanke des Signals wird verkleinert. Das reflektierte und begrenzte Signal längs der Wendel 62 wird von dem Koppelende 62 b in den Hohlleiter 64 gek . geben und verläßt diesen Hohlleiter in entgegengesetzter Richtung, wie es durch den Pfeil 55 a angedeutet ist.

Es sind aueh verschiedene andere Anordnungen möglich, ma. die Ferritbegrenzung und dfe Verzögerung herbeizuführen. Es sei jedoch daran erinnert, daß die Verzögerung ausreichend groß sein muß, damit beim Durchlauf des Signals durch den Begrenzer eine genügende Dämpfung zur Unterdrückung der HF-Nadelimpulse vorhanden ist_y und daß diese Dämpfung nur dann auftritt, wenn dem ^; Ferritmaterial genügend Zeit gegeben wird, um in den ^ nichtlinearen Betrieb überzugehen.

In Figur 5 ist eine andere Anordnung zur Herbeiführung einer Begrenzung gezeigt. Bei dieser Anordnung wird einö Richtungsgabel mit Begrenzerwirkung in verbindung mit einer Verzögerungsleitung verwendet. Die Richtungsgabel besteht aus den Übertragungsleitungen 73» 75 und 77» die in einer gemeinsamen Zone 72 zusammengeführt sind.

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Die Richtungsgabel 71 ist ein herkömmlicher Zirkulator (junction circulator), wie er beispielsweise in der U.S.- Patentschrift 3 089 101 beschrieben ist.Eine ein-, zelne Platte 74 aus gyromagnetischein Material ist in der gemeinsamen Zone 72 der drei Übertragungsleitungen 73» 75 und 77 in der Richtungsgabel 71 angeordnet. Bei Vormagnetisierung der Platte 74 durch ein geeignetes magnetisches Gleichfeld in Richtung der Zeichenebene gemäß dem Pfeil 76 wird eine Kopplung in , Richtung des Pfeils 78 bewirkt. Die entlang der Übertragungsleitung 73 wandernden Signale werden auf die Übertragungsleitung 7 7 gekoppelt,und die längs der Übertragungsleitung 77 laufenden Signale werden auf die Übertragungsleitung 75 in nichtreziproker Weise gekoppelt. Dieselbe Platte 74 aus gyromagnetischem Material ruft bei der oben beschriebenen richtigen Vormagnetisierung die bestimmten Spinwellen und die damit verbundene Absorption hervor, wenn HF-Signale mit hohem Begel anliefen, und die Richtungsgabel übernimmt somit auch die Rolle eines Leistungsbegrenzers. Auf den Ausgang des Arms 77 ist die Verzögerungsleitung 80 gekoppelt, deren Ende mit einem reflektierenden Kurzschluß 81 abgeschlossen ist. Bei der in der Figur 5 gezeigten Anordnung ist die Länge der Verzögerungsleitung dO wieder so gewählt und der Kurzschluß ist an einem solchen Punkt angeordnet, daß sich eine Gesamtverzögerung (beide Durchgänge durch die Verzögerungsleitung 80) von mindestens der Abfallzeit oder, wie im vorangegangenen Fall, von mindestens 12 Nanosekunden ergibt.

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Beim Betrieb der Anordnung nach Figur 5 werden die über einem gewünschten Pegel liegenden und am Eingangsarm 73 einlaufenden HF-Eingangssignale auf den Ausgangsarm 77 des Ferritzirkulators 71 gekoppelt. Durch das Anlegen dieser Signale hoher Leistung an. den richtig vorgespannten Ferritzirkulator wird der Ferrit 74 im Zirkulator angeregt una beginnt von linearem Verhalten auf nichtlineares Verhalten überzugehen. Bas Signal aus dem Arm 77 läuft durch die Verzögerungsleitung 80, wird am Kurzschluß 81 reflektiert, und läuft wieder durch die Verzögerungsleitung 80 in entgegengesetzter Richtung zum Arm 77. Hierdurch entsteht eine Gesamtverzögerung von 12 Naaosekunden. Das Signal läuft also 12 Nanosckunden später durch den Ferrit des Zirkulator-Begrenzers 71, der sich nun genügend weit im nichtlinearen Bereich befindet, um den Nadelimpuls an der Vcr derflanke beträchtlich abzuschwächen. Da der Zirkulator-Begrenzer 71 aus einem durch ein magnetisches Gleichfeld vormagnetisierten Ferritmaterial besteht und durch die Wirkung der Verzögerungsleitung 80 genügend Zeit hat, dem nichtlinea.ren Zustand nahezukommen, wird das durch den Zirkulator zum Arm 75 laufende Signal begrenzt. Das am Ausgangsarm 75 erscheinende begrenzte Signal wird dann auf den Empfänger gekoppelt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche.

   1.) Leistungsbegrenzer für Hochfrequenz signale, "bei welchem in einem Stück einer Übertragungsleitung ein Material angeordnet ist, welches bei Vormagnetisierung von einem linearen Verhalten zu einem nichtlinearen Verhalten übergeht, wenn ihm Hochfrequenzsignale hoher Leistung zugeführt werden, gekennzeichnet durch eine zwischen Eingang (27) und Ausgang (51) des Begrenzers vorgesehene Verzögerungseinrichtung (41), welche die Signale derart verzögert, daß die verzögerten signale das Leitungsstück (33) erst' verlassen, nachdem das darin befindliche Material (56) seine nichtlineare Eigenschaft angenommen hat.

   2. Begrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (56) gyromagnetisch ist.

   3. Begrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein reziprokes Bauelement ist.

   4. Begrenzer nach Anspruch. 1, 2 oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungseinrichtung (41) mindestens zwölf Nanosekunden beträgt.

   5. Begrenzer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen eines statischen Magnetfeldes einer solchen Richtung und Feldstärke an das gyromagnetische Material (56), daß die Leistung von in beiden Richtungen durch das Leitungsstück (57) sich

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   fortpflanzenden Hochfrequenzsignalen (12) oberhalb eines gegebenen Pegels begrenzt wird, wobei an den Vorderflanken der Signale unerwünschte schmale Nadelimpulse (16) auftreten, sowie ein zweites Stück (41) einer Übertragungsleitung, welches mit dem einen Ende an das erste Leitungsstück (33) gekoppelt ist und am entgegengesetzten Ende einen Hochfrequenzkurzschluß (49) aufweist und welches so aufgebaut ist, daß es die Signale für eine Zeit verzögert, die mindestens halb so groß ist wie die Zeit für den Abfall des Nadelimpulses um 10 db von seinem Spitzenwert.

   ^ 6o Begrenzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Leitungsstück jeweils ein Hohlleiter ist.

   7« Begrenzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rundhohlleiter (Sl), in welchem eine Wendel (62) und mindestens ein Körper aus gyromagnetischem Material angeordnet ist, welches teilweise an der Innenseite und der Aussenseite der Wendel liegt, eine Einrichtung zum Anlegen eines statischen Magnetfeld.es derart, daß bei Leitung von Hochfrequenzsignalen über einem gegebenen Leistungspegel entlang der Wendel im gyrok magnetischen Material bestimmte Spinwellen angeregt

   werden, die zur Absorption von Hochfrequenzleistung führen, sowie einen Hochfrequenzkurzschluß (63) an einem Ende der Wendel, wobei das gyromagnetische Material und die Länge sowie die Ganghöhe der wendel so gewählt sind, daß zwischen dem Anlegen der Hochfrequenzsignale an den Körper und dem Erscheinen der Signale nach ihrer Reflexion am Kurzschluß und nach dem

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   -Verlassen des Körpers in entgegengesetzter Richtung mindestens zwölf Nanosekunden verstreichen.

   8. Begrenzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Richtungsgabel (71) mit mehreren in einer gemeinsamen Zone (72) zusammengeführten Übertragungsleitungen (73t 77, 75) und einem in dieser Zone angeordneten Körper (74) aus gyromagnetischem Material, welches bei Magnetisierung durch ein statisches Magnetfeld Hochfrequenzsignale von einer Übertragungsleitung auf die benachbarte nächste Übertragungsleitung in nichtreziproker Weise koppelt, wobei eine der Übertragungsleitungen (77) an ihrem der gemeinsamen Zone entfernt liegenden Ende einen Hochfrequenzkurzschluss (öl) aufweist und so dimensioniert und angeordnet ist, daß vom gyromagnetisehen Körper zum Kurzschluß eine gesamte Signalverzögerung von mindestens sechs Nanosekunden erreicht wird, und wobei an dieser einen Übertragungsleitung (77) ein zweiter Körper aus gyromagnetischem Material liegt, der einem statischen Magnetfeld solcher Stärke unterworfen ist, daß in ihm beim Anliegen von Hochfrequenz-Signalen über einem gegebenen Leistungspegel bestimmte Spinwellen angeregt werden, die zur Absorption von Hochfrequenzleistung führen.

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