DE2226726B2 - Nichtreziproke Übertragungsanordnung für elektromagnetische Höchstfrequenzwellen - Google Patents
Nichtreziproke Übertragungsanordnung für elektromagnetische HöchstfrequenzwellenInfo
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Description
und daß die Erregungsanordnung (5) die allgemeine Form eines Dreiecks hat, von dem zwei
Ecken durch zwei Leitungsabschnitte verlängert sind, welche teilweise den zweiten Teil (3) aus
dielektrischem Material überdecken, und daß die teilweise den dritten Τ«*Π (45) überdeckende drine
Ecke mit einer dritten Anschlußvorrichtung K3
verbunden ist (F i g. 32).
29. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erregungsanordnung (5) zwischen der ersten Ecke und der dritten Ecke und zwischen der
zweiten Ecke und der dritten Ecke Seiten aufweist, die nicht geradlinig sind (Fig. 32).
30. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 21 nach Art einer vierarmigen
Richtungsgabel (Zirkulator), dadurch gekennzeichnet, daß die als Träger für die Wellenausbreitung
dienende Struktur dadurch gebildet ist. daß die Struktur nach Anspruch 28 symmetrisch in bezug
auf eine parallel zur Ausbreitungsrichtung liegende und durch den dritten Teil aus dielektrischem
Material gehende Gerade ergänzt ist und daß die Erregungsanordnung (5) durch die gleiche
symmetrische Ergänzung aus der Anordnung nach Anspruch 29 gebildet ist (F i g. 34).
31. Nichtreziproke Übertragimgsanordnung nach Anspruch 1 oder 4, zur Verwendung als
Phasenschieber, dadurch gekennzeichnet, daß das als Träger für die Wellenausbreitung dienende
Medium über eine parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegende Verbindungsfläche mit einem
dielektrischen Medium verbunden ist.
32. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 20 oder 21, zur Verwendung als
Phasenschieber, dadurch gekennzeichnet, daß das als Träger für die Wellenausbreitung dienende
Medium mit einem zweiten dielektrischen Medium verbunden ist, das aus einem anderen Material
als der zweite Teil des als Ausbreitungsträger dienenden Mediums besteht und das sich
an das als Ausbreitungsträger dienende Medium auf der Seite des aus magnetischem Material bestehenden
Teils anschließt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine nichtreziproke Übertragungsanordnung für elektromagnetische
Höchstfrequenzwellen mit einem gyromagnetischen Material, das unter dem Einfluß eines Vormagnetisierungs-Gleichfeldes
steht.
Als nichtreziproke Anordnung bezeichnet man eine Schaltung, deren Übertragungseigenschaften (Dämp-
1S fung, Phasenverschiebung) je nach der Ausbreitungsrichtung der Wellen durch die Schaltung verschieden
sind. Es sind Schaltungen dieser Art bekannt. Jic
durch Abschnitte von Übertragungsleitungen (Koaxialleitungen, Hohlleiter, Bandleitungen usw.) gebildet
sind, die ein ferrimagnetisches oder gyromagnetisches
Material (in der folgenden Beschreibung magnetisches Material genannt) enthalten, das unter
einem Vormagnetisierungs-Gleichfeld steht. Die Permeabilität eines solchen Materials ist unter der Ein-
»5 wirkung der äußeren Magnetisierung ein Tensor, wa1-beJeutet
daß die Impedanz des Mediums für eine sich dann ausbreitende Welle von der Orientieruni:
des Magnetfeldes der Welle in bezug auf eine mi. dem Medium verknüpfte feste Bezugsrichtung ah-
hängt. Diese Orientierung ändert sich also mit der
Ausbreiiungsrichtung. Die Ausnutzung dieser Eigenschaft ist die Grundlage für die Bildung der unter ιλr
Bezeichnung Richtungsleitungen (Isolatorei), Richtungsgabeln (Zirkulatoren). Phasenschieber usw Hekannten
Schaltungen, die beispielsweise im FaI /er
Richtungslcitungen die Wellen mit einer gering en Dämpfung (von einigen Dezibel und manchmal τλ·.Δ\
weniger) in der Vorwärtsrichtung und mit einer scr.i
viel größeren Dämpfung (,über 20 dB) in der Rück-
wärtsrichtung übertragen. Die meisten Schaltungen dieser Art weisen gemeinsame Eigenschaften auf.
welche die von den Benutzern gegenwärtig gestellten erhöhten Anforderungen nicht erfüllen, nämlich:
eine verhältnismäßige kleine Bandbreite, die selten eine Oktave übersteigt, selbst wenn einander
überlagerte Gleichfelder mit verschiedenen Werten verwendet werden, wie beispielsweise
im Fall der Resonanz-Richtungsleitungen; ein im allgemeinen mittelmäßiges Temperatur-
und Leistungsverhalten, selbst wenn beispielsweise Lötungen oder leitende Klebstoffe verwendet
werden.
Im Fall der Resonanz-Richtungsleitungen ist beispielsweise die Betriebsfrequenz dem Vormagnetisierungsfeld
direkt proportional, und da dieses überlagerte Feld aus Gründen des Raumbedarfs und des
Gewichts gewöhnlich fest und vorzugsweise gering
So ist, ist das Betriebsfrequenzband verhältnismäßig
klein. Im Fall derFeldverschiebungs-Richtungsleitungen, wenn Strukturen auf der Basis von rechteckigen
oder runden Hohlleitern verwendet werden, ist das Durchlaßband auf das Band des eigentlichen Hohi-
leiters beschränkt. Wenn koaxiale Strukturen oder Strukturen aus Dreifachbandleitungen verwendet
werden, die mit der normalen TEM-Wellenform arbeiten, ist die Feldverschiebung häufig von der Er
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regung von Störvellenformen begleitet, also von
Hohlleiler-Wellcnlormen, welche Grenzfreqiicnzen
aufweisen, die den Durchlaßbereich der Anordnung beschränken. Im Fall von Richtungsleitungen. die
mit Faraday-Effekt arbeiten, ist die Bandbreite durch die Bandbreite des eigentlichen runden Hohlleiters
und durch die Wellenform-Anpassungsglieder festgelegt; sie überste gt niemals eine Oktave. Wenn die
Richtungsleitungen durch Richtungsgabeln (Zirkulatoren) gebildet sind, bei denen ein Arm reflexionsfrei
abgeschlossen ist. ist die Bandbreite der Richtungsleitung gleich derjenigen der Richtungsgabel und
daher schließlich sehr gering; in der Dreifachbandleitung. Technologie mit Wellenausbreitung in der
Wellenform TEM, übersteigt sie selten eine Oktave. Die Richtungsgabdn mit Übergang oder mit Phasendifferenz
sind im illgemeinen ebenfalls auf die Bandbreite
des Übertragungshohlleiters beschränkt, so daß auch hier die Bardbreite stets höchstens gleich einer
Oktave ist.
Hinsichtlich des Verhaltens in Abhängigkeit von der Temperatur jnd der mittleren Leistung (wobei
diese Größen in den meisten Fällen miteinander verknüpft sind) sind die Eigenschaften infolge der bekannten
Temper.iturabhängigkeit der Permeabilität der magnetischer Materialien oder infolge des zu
niedrigen Curie-Funktes der verwendeten Materialien beschränkt. Andererseits verbleibt die in der Rückwärtsrichtung
nicht übertragene Energie, wie im FaI!
der Resonanz-Richtungsleitungen, häufig in dem mag^H^hen Material das sich seinerseits in einem
Hohlleiter oder in einer Koaxialstruktur befindet, wodurch die Abführung der Energie erschwert wird.
Dies hat eine betiächtliche Erhöhung der Temperatur
des Materials zur Folge. Ferner werden die Einfügungsverluste (Dämpfung in der Vorwärtsrichtung)
durch die Anwendung eines Dämprungsgliedes im Innern des Raumes, in dem sich die Welle ausbreitet,
unabhängig von der angewendeten Technologie vergrößert.
Die Erfindung beruht auf einer neuartigen Anwendung der Eigenschaften von Wellenformen, die
unter den Bezeichnungen TM-Oberflächenwellen. Ouasi-TM-Oberflächenwellen oder Hybridwellen.
beispielsweise von Typ HEn, bekannt sind, in einem
ferro- oder gyro magnetischen Medium, auf das ein Vormagnetisierungs-Gleichfeld einwirkt und dem in
bestimmten Fälbn ein Medium aus einem dielektrischen
Material zugeordnet ist, wobei dann beide Medien zu der Ausbreitung der Oberflächenwellen
in der Struktur beitragen.
Da sich die Techniker gewöhnlich auf den Fall von geführten etenen TEM-Wellen beschränken (bei
denen da; elektr.sche Feld und das magnetische Feld beide senkrecht m der Ausbreitungsrichtung stehen),
erscheint es zweckmäßig, kurz daran zu erinnern, was unter TM-Oberflächenwellen, Quasi-TM-Oberflächenwellen
und ΗΕ,,-Hybridwellen zu verstehen
ist. In einem Aufsatz verhältnismäßig jüngeren Datums von G. G ο u b a u in der Zeitschrift »Journal
of Applied Physics« (1950. S. 1119). werden die Oberflächenwelisn in einem zylindrischen Leiter
(Draht) untersucht. Die Oberflächenwellen (Drahtwellen) sind voι Sommerfeld definiert worden.
Obwohl sie von einem Leiter geführt werden, nehmen sie einen großen Raum rings um diesen Leiter ein,
was ihre praktische Anwendung verhindert. Goub a u hat gezeig t, daß man eine Konzentration der
Energie in dem Leiter erhält, wenn dessen Oberfläche mit einer dielektrischen Schicht überzogen wird.
Diese Arbeiten zeigen, daß die Konzentration der Energie rings um den Leiter von den Abmessungen
des Leiters und des Dielektrikums abhängt. Dies hat zur Verringerung der Feldausdehnimg auf praktisch
annehmbare Werte geführt, wobei die Feldausdehnung als das Volumen definiert werden kann, das
900O (oder igendeinen anderen festgelegten Bruchteil)
der Energie einschließt. Diese Untersuchungen sind von C Ii a ν a η c e und Chiron fortgesetzt
worden und haben insbesondere ihren Niederschlag in einem Aufsatz gefunden, der in der Zeitschrift
»Les Anales des Telecommunications«. Bd. 8, Nr. 11. November 1953, S. 367, veröffentlicht worden ist.
Als Quasi-TM-Oberflächinwelle wird eine Welle bezeichnet,
die sich unter sehr ähnlichen Bedingungen ausbreitet, jedoch eine kleine Komponente des magnetischen
Wechselfeldes in der Ausbreitungsrichtung aufweisen kann. Unter ΗΕ,,-Hybridwellen sind Wellen
zu verstehen, die eine vorherrschende Komponente des elektrischen Feldes senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung
haben, ohne daß die übrigen Komponenten Null sind. Dieser Wellentyp weist eine
longitudinal Komponeme des Magnetfeldes zusätzlich zu den transversalen Komponenten auf. Das
magnetische Wech^elfcld weist daher keine lineare Polarisation auf und kann in bestimmten Strukturen
zirkulär sein. Diese Feldverteilung ist die Grundlage für eine Ausführungsform der Erfindung.
Die bei der erfindun jsgemäßen Anordnung angewendeten
Oberflächenwellen weisen, unabhängig von der Wellenform, den Vorteil auf. daß sie sich
unter analogen Bedingungen in einem sehr breiten Frequenzband ausbreiten, das mehr al=, dreimal
größer als das Frequenzband von TEM-Wellen bei 5er gleichen Trägerstrukiur ist. Ferner neigt die Verteilung
der Höchstfrequenzenergie in der oder rings um die Trägerstruktur zur spontanen Ausbildung
einer nicht linear polarisierten Welle, d. h. zur Ausbildung einer longitudinalen Komponente des Magnetfeldes
zusätzlich zu der transversalen Komponente. Eine zirkuläre Polarisation des Magnetfeldes
kann leicht erhalten werden, wie soeben für den Fall der HEn-Wellen angegeben wurde.
Die Verwendung einer sich in einem ferromagnetischen Medium ausbreitenden Oberflächenwelle für
die Bildung eines nicht reziproken Phasenschiebers ist in der französischen Patentschrift 1 468 808 beschrieben
worden. Wenn ein magnetisiertes ferromagnetisches Medium in den Feldausdehnungsraum
einer Leitung derart eingebracht wird, daß das Hochfrequenzmagnetfeld wenigstens in einem Teil des von
dem ferromagnetischen Material eingenommenen Volumens nicht parallel zu dem Magnetisierungsfeld
liegt, erhält man einen nichtreziproken Effekt insbesondere hinsichtlich der Phase einer Welle, die sich
wenigstens teilweise in einer von der TEM-Wellenform"
verschiedenen Wellenform ausbreitet, da aus Gründen der technologischen Bequemlichkeit das
Magnetisierungsfeld senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung steht. Diese Bedingung ist unerläßlich für
die Erzielung des nichtreziproken Effekts in dem Material, Es wurde beobachtet, daß bei einer solchen
Struktur die Breite des Bandes der nutzbaren Frequenzen größer als bei den nichtreziproken Anordnungen
ist, die eine Ausbreitung in der TEM-Wellenform
anwenden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer nichtreziproken Übertragungsanordnung für elektromagnetische
Höchstfrequenzwellen, die eine große Bandbreite aufweist und einen einfachen Aufbau hat,
der sich insbesondere für eine Ausbildung nach der Technik der integrierten Höchstfrequenzschaltungen
eignet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die nichtreziproke Übertragungsanordnung nach der Erfindung gekennzeichnet
durch eine Oberflächenwellenleitung, deren Ausbreitungsmedium wenigstens zum Teil aus dem
gyromagnetischen Material besteht und eine parallel zu der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen
liegende größte Abmessung hat, während die beiden anderen Abmessungen klein gegen diese Abmessungen
sind, eine Vormagnetisierungsvorrichtung, die in wenigstens einem Teil des Ausbreitungsmediums der
Oberflächenwellenleitung ein homogenes Magnetfeld derart ausbildet, daß die Permeabilität des gyromagnetischen
Materials in der Richtung parallel zu dem angelegten Magnetfeld wenigstens für eine Ausbreitungsrichtung
sehr verschieden von seiner Anfangspermeabilität ist, und durch eine Erregungsanordnung, welche eine dem Eingang der Oberflächenwellenleitung
zugeführte Eingangswelle (TEM-Raum-Welle)
in eine Oberflächenwelle der Wellenform TM oder Quasi-TM oder der Hybridform HEn
und am Ausgang der Oberflächenwellenleitung die Oberflächenwelle in eine Ausgangswelle (TEM-Raum-Welle)
umformt.
Die für die Wellenausbreitung dienende Struktur enthält wenigstens einen Teil aus magnetischem Material.
Für ^stimmte Formen von Oberflächenwelle7!,
insbesondere die HEU-Hybridwellenfonn, kann dieser Teil das ganze Medium bilden. Wie bereits zuvor
erwähnt wurde, weist nämlich das Magnetfeld eine nicht ebene Polarisation auf, was eine Wechselwirkung
mit dem Magnetisierungsfeld gewährleistet. Diese Wechselwirkung ist Null, wenn die Welle infolge
der durch technologische Gründe \'orgeschriebenen Orientierung des Magnetisierungsfeldes eben
ist. Bei bestimmten Formen von Oberflächenwellen ist es notwendig, die Ausbildung einer nichtlinearen
Polarisation des magnetischen Wechselfeldes zu begünstigen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein dielektrisches
Medium zu dem magnetischen Medium derart hinzugefügt wird, daß die Verbindungsfläche der
beiden Medien die Ausbreitungsrichtung enthält und das so gebildete zusammengesetzte Medium in einer
Ausbreitungsrichtung elektrisch kontinuierlich ist, weil sonst hohe Einfügungsverluste entstehen. Die
Kontinuität des Mediums wird durch die Bedienung iif ■ ,.,«/ι,, · ec ausgedrückt, wobei μί0 die Anfangspermeabilität und ff die Dielektrizitätskonstante des
magnetischen Materials sind, während μ, die Permeabilität
und Ee die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums
sind (praktisch gilt /ie = 1).
Bei bestimmten Ausführungsformen kann die für die Wellenausbreitung dienende Struktur mit einem
Leiter von angepaßter Form verbunden werden. Die so abgebildete Struktur ist derjenigen eines Harms-Goubau-Leiters
für eine rotationssymmetrische Struktur analog; im Fall einer ebenen Struktur nähert
sie sich an die Struktur an, die von H. Kaden in dem Aufsatz »Dielektrische und Metallische Wellenleiter«
in der Zeitschrift »Archiv für elektrische Übertragung«, August 1952, S. 319 bis 332, »Harms-Goubau-Platte«
genannt wird und durch einen unbegrenzten ebenen Leiter gebildet ist, über dem sich
eine Isolierschicht befindet, in der sich Oberflächenwellen ausbreiten. Im vorliegenden Fall ist das homogene
oder zusammengesetzte Medium zwangläufig begrenzt, wodurch die TM-Wellenform in eine Quasi-TM-Wellenform
oder im wesentlichen in eine HE11-Hybridwellenform
umgeformt wird. Der Leiter ist jedoch für die Ausführung der erfindungsgemäßen
Anordnungen nicht unbedingt notwendig, wie aus der
ίο folgenden Beschreibung hervorgehen wird.
Die geometrische Form des homogenen oder nichthomogenen Mediums kann beliebig sein, soweit die
geometrischen Parameter der zuvor angegebenen Bedingung gehorchen. Insbesondere werden Beispiele
für ebene Strukturen und für zylindrische Strukturen angegeben werden. Die allgemeine theoretische
Untersuchung der Ausbreitung von TM-Oberflächcnwellen
oder Quasi-TM-Oberflächenweilen oder )hbrid-Oberflächenwellen,
beispielsweise vom Typ HEn, in dem bei den Ausführungsformen der Erfindung
verwendeten homogenen oder zusammengesetzten Medium ist zu komplex, als daß sie Ιικ · wiedergegeben
werden könnte.
Die vollständige mathematische Theorie führt zu transzendenten Gleichungen. Der theoretische Ansatz,
der von H. K ad en in dem zuvor genannten Aufsatz gemacht wurde, ist auf ein Medium der Di elektrizitätskonstante
ε und konstanter Permeabilität //. = 1 (unmagnetisch) begrenzt. Diese Arbeiten fübren
schnell zu transzendenten Gleichungen. Wenn da Medium magnetisch ist, ist die Untersuchung noch
komplizierter. Am Ende der Beschreibung werde 1 Formeln angegeben werden, die einem besondeR "
Fall entsprechen.
Die für die Ausbildung von Oberflächenwellen in dem homogenen oder zusammengesetzten Medium
notwendige Wellenumwandlungsanordnung kanu irgendeine der bekannten Anordnungen sein. Bestimmte
Ausführungsbeispiele solcher Umwandluniisanordnungen, die für zylindrische Strukturen bestimmt
sind, sind in der französischen Patentschrift 1113 753 zu finden. Es sind auch Umwandlungsanordnungen bekannt, die besser an ebene Strukturen
angepaßt sind und direkt von d;n Anordnungen abgeleitet sind, die in dem bereits angegebenen
Aufsatz von Chavance und Chiron beschrieben sind.
Der anisotrope Charakter des magnetisierten Materials ergibt eine Dekonzentration der Wechselenergie
in einer der Ausbreitungsrichtungen. Im Fall von Anordnungen, bei denen die Anisotropie zur Erzeugung
einer Dämpfung der Energie in einer der Ausbreitungsrichtungen ausgenutzt wird, muß die
nicht erwünschte Energie absorbiert werden, da sonst der Betrieb benachbarter Anordnungen gestört wird.
Es ist daher bei diesen Ausführungsformen vorgesehen, zu der für die Wellenausbreitung dienenden
Struktur, unabhängig davon ob sie homogen oder nicht homogen ist, ein Element hinzuzufügen, das
die Wechselenergie absorbiert. Wenn bei den Anordnungen nach der Erfindung die Anisotropie des magnetischen
Materials dazu verwendet wird, eine nichtreziproke Phasenverschiebung zu erzeugen, muß die
ganze Energie in den beiden Ausbreitungsrichtungen
in der Struktur aufrechterhalten werden. Die Verwendung eines zusammengesetzten Mediums ist dann
notwendig, und die geometrischen Abmessungen werden unter Berücksichtigung dieser Bedingung be-
rechnet. Das absorbierende Element wird dann nicht verwendet.
Die erfindungsgemäßen Anordnungen weisen gegenüber
den Anordnungen bekannter Art eine sehr beträchtliche Vergrößerung der Bandbreite auf, denn
solche Strukturen weisen, wie die Erfahrung zeigt und durch eine Näherungsformel nachzuweisen ist, keine
Grenzfrequenz im oberen Teil des Frequenzbandes auf, sondern nur ein eSchwellenfrequenz, die nur von
den elektrischen und geometrischen Eigenschaften des Ausbreitungsmediums oder der Anordnung aus
dem Ausbreiiungsmedium und dem Leiter abhängt. Die höheren Störwellenforrnen, die erregt werden
könnten, können mit an sich bekannten Mitteln leicht gedämpft weiden. Wenn sie sich als unerwünscht erv.sisen,
werden z. 3. in an sich bekannter Weise Metallplatten oder Metalldrähte verwendet, die senkrecht
zu den Komponenten des elektrisch::! Wechselfcldes
liegen. Die Erfahrung zeigt, daß die nutzbare Bandbreite ohne besondere Maßnahmen vier Oktaven
üK ι steigen kann. Natürlich müssen die verschiedenen
Bestandteile der erfindungsgemäben Anordnung, insbesondere die Überflächenwellenerreger, in der
Lage sein, solche Bandbreiten zu übertragen.
Die Verbesserung des Energieverhahens der erfindungsgemäßen
Anordnungen im Vergleich zu den bekannten Anordnungen ergibt sich aus verschiedenen
Eigenschaften der Erfindung. Sie betrifft natürlich nur die Anordnungen, bei denen eine nichtreziproke
Dämpfung angewendet wird. Am einfachsten läßt sich die Eigenschaft erläutern, die sich aus der
Lage der Vorrichtung für die Absorption der Energie in der Rückwärtsrichtung ergibt, die meist Dämpfungsglied
genannt wird. Diese Vorrichtung ist nämlich außerhalb des Ausbreitungsmediums angeordnet
und daher an allen Flächen, ausgenommen an der in Berührung mit dem Aushreitungsmedium stehenden
Fläche, von Luft umgeben, so daß sie einen Raum einnehmen kann, der mit einer wirksamen Wärmeabführung
verträglich ist, ohne daß sie die Verluste in der Vorwärtsrichtung beeinflußt, weil sich in diesem
Fall fast die ganze Energie in dem homogenen oder zusammengesetzten Medium ausbreitet. Ein
solches Dämpfungsglied kann also für ein gegebenes Energieniveau eine größere Temperaturstabilität gewährleisten
oder für eine gegebene Temperaturerhöhung eine sehr viel größere Verlustleistung abführen.
Wenn ein zusammengesetztes Medium verwendet wird, verhält sich dieses wegen der Anisotropie des
aus magnetischem Material bestehenden Teils insgesamt wie ein anisotropes Medium. Wenn die Werte
der geometrischen Parameter des Teils oder der beiden Teile so gewählt sind, daß fast die ganze Energie
für eine Ausbreitung in der Vorwärtsrichtung in dem Medium konzentriert ist, wird dieses Ergebnis durch
die Wahl der geometrischen Abmessungen des Mediums erreicht. Die Anisotropie des magnetischen
Mediums hat eine Dekonzentration der Energie im Fall einer Ausbreitung in der Rückwärtsrichtung zur
Folge. Das Ungleichgewicht hängt von der Änderung von H1 in der Vorwärtsrichtung und in der Rückwärtsrichtung
ab, und es ist ersichtlich, daß die Art des Materials und das Vormagnctisierungsfeld so gewählt
werden, daß eine maximale Änderung erhalten wird. Die Änderung von μ! drückt sich auch in den
meisten Fällen durch eine bevorzugte Ausbreitung der Rückwärtswelle in nur einem der beiden Teile
aus, weil die beiden Teile dann sehr verschiedene Impedanzen und Übertragungsmaße aufweisen. Der
als Träger für die Rückwärtswelle dienende Teil ist nicht mehr so dimensioniert, d;iß er allein eine optimale
Wellenausbreitung ergibt, weil die Abmessungen seines Querschnitts senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung
zu klein sind. Dies hat zur Folge, daß sich dieser Teil gegenüber der Rückwärtswelle infolge
der beträchtlichen elektrischen Unstetigkeit,
ίο die sich in der Rückwärtsrichtung in dem Querschnitt
des Mediums ausbildet, wie ein strahlendes Element verhält.
Es ist namiicu bekannt, daß jede Übertragung^
leitung von Obcrflächenwellen als strahlendes EIement verwendet werden kann. Damit dieses Ergebnis
erhalten wird, braucht nur entweder eine geometiische Unstetigkeit oder eine elektrische Ui:Sletigkeit
in die Übertragungsleitung eingefügt zu werden. Eine Unstctigkeit jeder Art verhält sich für eine
Oberflächenwelle im wesentlichen wie eine Strahlungsquelle, nicht aber wie eine Quelle reflektierter
Energie, wie es bei den anderen Arten von geführten Wellenformen der Fall ist. Dieser Effekt addiert sich
zu der Änderung der elektrischen Eigenschaft des Mediums infolge der Anisotropie, wodurch die
Nichtreziprozität noch weiter erhöht wird. Insbesondere breitet sich die in der Rückwärtsrichtung abgestrahlte
Oberflächenwelle außerhalb des Mediums aus, und sie wird im Fall der Richtungsleitungen von
dem Dämpfungsglied absorbiert. Wenn man die Richtung des Vormagnetisierungsfeldes verändert,
wird der nichtreziproke Charakter der Struktur natürlich aufrechterhalten, und die Eigenschaften in
der Vorwärtsrichtung und in der Rückwärtsrichtung
werden vertauscht. Durch Anwendung von konstanten Vormagnetisierungsfeldem. die aber in dem aus
magnetischem Material bestehenden Teil nicht überall gleichförmig sind, kann man übertragungseigenschaften
zwischen dem einen Ende der Struktur und einem der Unstetigkeit des Vormagnetisierungsfeldes
entsprechenden Zwischenpunkt erhalten, die von den Übertragungseigenschaften zwischen diesem Zwischenpunkt
und dem anderen Ende der Struktur verschieden sind. Diese Feststellung ist die Grundlage
für die Ausbildung von breitbandigen Richtungsgabeln, die besonders einfach sind und sehr viel
kleinere Einfügungsverluste aufweisen als die bisher bekannten Ausführungen von Richtungsgabeln. Wie
später zu erkennen sein wird, enthält die Struktur dann mehrere magnetische Teile und mehrere dielektrische
Teile.
Das Dämpfungsglied ist meistens in Form eines unterteilten oder kontinuierlichen Überzugs aus einer
Mischung auf der Basis von Kohlenstoff bekannter Art ausgeführt. Das Dämpfungsglied wird aut den
die Rückwärtswelle enthaltenden Teil des Mediums oder auf das ganze zusammengesetzte Medium aufgebracht.
Aus den später angegebenen Ausführungsbeispielen wird zu erkennen sein, daß je nach der
Ausführung die Energie der Rückwärtswelle sich in der Nähe des einen oder des anderen Teils des zusammengesetzten
Mediums ausbreitet. Das angewendete Dämpfungsglied kann so gewählt werden, daß es eine ausreichend große Dielektrizitätskonstante
und sogar eine ausreichend große Permeabilität hat. In diesem Fall bewirkt das Dämpfungsglied nicht nur
die gewünschte Absorption, sondern es kann in gewissem Maße auch dazu beitragen, die abgestrahlte
14
oder außerhalb des Mediums geführte Energie herauszuziehen.
Hinsichtlich der in dem homogenen oder zusammengesetzten Medium nach der Erfindung
verwendeten Materialien ermöglicht der Bereich der im Handel erhältlichen Materialien eine Auswahl,
die gewöhnlich auf den Verlusten der Materialien in dem Betriebsfrequenzband beruht. Die Wahl des
magnetischen Materials beruht jedoch hauptsächlich auf dem Wert seiner Sättiaunasinduktion.
sind entweder leitend oder isolierend, aber im allgemeinen eben, damit die Ausbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtungen in integrierter Form ermöglicht wird, die für die Verringerung des Raumbedarfs
und des Gewichts günstiger ist; hierbei handelt es
sich um Ziele, die sich jeder Hersteller von modernen
Höchstfrequenzanordnungen stellt.
und des Gewichts günstiger ist; hierbei handelt es
sich um Ziele, die sich jeder Hersteller von modernen
Höchstfrequenzanordnungen stellt.
In der technischen Literatur sind zahlreiche Versuche zur Vergrößerung der Bandbreite von nicht-Zur
Erzielung einer befriedigenden Vorwärts- io reziproken Vorrichtungen beschrieben, und es sind
dämpfung bei der niedrigsten Frequenz des Durch- bereits zahlreiche Vorrichtungen ausgeführt worden,
laßbereichs ist es notwendig, daß die Sättigungs- bei denen die Technik der Mikrobandleitungen aninduktion
gering ist. Zur Erzielung eines beträcht- gewendet wird. Als Beispiel sei auf die USA.-Patentlichen
Unterschieds zwischen den Permeabilitäten Schriften 3 555 459 und 3 617 951 verwiesen, in denen
des Ferrits in den beiden Ausbreitungsrichtungen ist 15 breitbandige nichtreziproke Vorrichtungen beschriees
dagegen im allgemeinen notwendig, daß die Sät- ben sind, bei denen die Technologie der Mikrobandtigungsinduktion
groß ist. Die Erfahrung hat gezeigt, leitungen angewendet wird. In diesen Patentschriften
daß diese Eigenschaft des Verlustes bei kleiner Feld- ist hervorgehoben, daß die gewünschte Wellenfonr
stärke bevorzugt in Betracht gezogen werden muß. die TEM-Welle (RaumwelleT ist und daß die Band-Es
ist allgemein bekannt, daß die Sättigungsinduk- 20 breite dadurch erhalten wird, daß
tion des Ferrits mit der Betriebsfrequenz durch die folgende Ungleichung verknüpft ist:
F [MHzj > 2,8 (4.T Ms + Hc)
Darin sind:
Ms das jättigungsmoment,
Hc die Anisotropiefeldstärke.
Hc die Anisotropiefeldstärke.
1. ein Ferrit verwendet wird, de; einen resonanzfreien Hohlraum bildet;
2. die Störwellenformen unterdrückt werden. (Bei
den meisten Ausführungsformen sind Störwellcnunterdrücker vorgesehen.)
den meisten Ausführungsformen sind Störwellcnunterdrücker vorgesehen.)
Die TEM-Raumwelle wird auch als Bezu& >ür d:
Eestimrnur" der Impedanzen verwendet.
Diese Ungleichung gilt für ein ehr schwaches D;e Erfindung wirJ an Hand der Zeichnung für
Vormagnetisierungsfeld. Es ist meistens erwünsch«, 30 einige Anwendungsbeispiele beschrieben. Darin zeigt
j_o ._. 1, :.: r.ij :
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstel
lung einer ersten Art einer Richtungsleitung mit
einem homogenen Träger für die Wellenausbreitung,
i dh di Rih
einem homogenen Träger für die Wellenausbreitung,
i dh di Rih
daß man das Vormagnetisif rungsfe'd vernnge: η
kann, so daß das Gewicht und der Raumbedarf des
das Vormagnetisierungsfeld erzeugenden Magnets
verkleinert werden können. Als Beispiel sei daran
erinnert, daß die Sättigungsinduktion von reinem 35 leitung von F i tz. I,
kann, so daß das Gewicht und der Raumbedarf des
das Vormagnetisierungsfeld erzeugenden Magnets
verkleinert werden können. Als Beispiel sei daran
erinnert, daß die Sättigungsinduktion von reinem 35 leitung von F i tz. I,
g g
Fig. la einen Längsschnitt durch die Richtung-
Yttriumgranat 168OG beträgt, was einer kleinsten Betriebsfrequenz von 4700 MHz bei geringer Vormagnetisierungsfeldstärke
entspricht. Im Fall eines durch Gd und Al substituierten Yttriumgranats ist
die Induktion in einem Verhältnis von etwa 5 herabgesetzt, was einen Betrieb unter optimalen Bedingungen
von 1000 MHz an ermöglicht.
Hinsichtlich des Dielektrikums ist es erwünscht, ein Material zu wählen, dessen Verlustfaktor in dem
Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Erregu;·.-der
Richtungsleitung von Fig. 1,
Fig. 3 ein Kennliniend-^ramm des Erregers \\n
Fig. 2,
Fig. 2,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Erregers
von F i g. 2,
von F i g. 2,
Fi ζ. 5 ein Kennliniendiagramm des Erregers von
F ig. 4,
F ig. 4,
F i 2. 6, 7 und 8 weitere Ausführungsformen des Betriebsfrequenzbereich möglichst klein ist und das 45 Erregers der Anordnung von F i g. 1,
im allgemeinen eine Dielektrizitätskonstante aufweist, Fi 2. 9 und 11 Ausführungsformen von Richtungs-
die in der Nähe der Dielektrizitätskonstante der leitungen ohne aufgebrachte Belastung,
Ferrits liegt. Im Fall der zuvor angegebenen Granate Fig. 10 zwei Kurven zur Erleichterung des Vcr-
liegt dieser Wert in der Nähe von 15. Die üblicher- ständnisses der Wirkungsweise der Richtungslcitunweise
verwendeten Dielektrika (Aluminium-Beryl- 50 gen von Fig. 9 und 11,
lium-Titanate) können geeignet sein. Es sind .tuch die Fig. 12 ein Kennliniendiagramm der Richtungs-
Dielektrika mit Spinell-Struktur zu erwähnen, die in der französischen Patentschrift 2 070 436 beschrieben
sind, die insbesondere dann von Vorteil sein können, wenn das gewählte magnetische Material die
gleiche kristallstruktur aufweist.
Hinsichtlich des Oberflächenweilenerregers dienen
die bereits zitierten Arbeiten als Ausgangspunkt für
ihre Berechnung, und die Erfahrung ermöglicht es,
die optimale Ausführung in jedem besonderen Fall 60 lungsleitung von Fig. 14.
die bereits zitierten Arbeiten als Ausgangspunkt für
ihre Berechnung, und die Erfahrung ermöglicht es,
die optimale Ausführung in jedem besonderen Fall 60 lungsleitung von Fig. 14.
festzulegen. Es wird zu erkennen sein, daß in be- Fi a. 15 eine Ausführiingsform des Erregers bei
stimmten Fällen die Anwendung eine; kontinuicr- der Richtungsleitung von Fig. 14.
liehen Vorrichtung bevorzugt wird, die sich von Fig. 16 ein Kennliniendiagramm der Richtungs-
;inem Anschlußglied zum anderen erstreckt. Bei leitung von F i g. 14,
anderen Ausführungsformen erfolgt die Erregung 65 Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer anderen
der Oberflächenwellen und ihrer Umwandlung durch Ausführiingsform der Richtungsleitung von Fig. 14,
i\vei getrennte Vorrichtungen, die in den meisten ~"
Fällen die gleiche Form haben. Diese Vorrichtungen
leitung von F i g. 9,
Fig. 13 ein Kennliniendiagramm der Richtungsleitung von Fig. 11,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer zweiten
Ausführiingsform einer Richtungs)eitun6 nach ucr
Erfindung mit einem zusammengesetzten Träger für
die Wellenausbreitung,
Ausführiingsform einer Richtungs)eitun6 nach ucr
Erfindung mit einem zusammengesetzten Träger für
die Wellenausbreitung,
Fia. 14 a eine Schnittansicht eines Teils der Rich-
Fig. 17a ein Kennliniendiagramm der Richtungs-Ieituna
von F i 2. 17.
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Fi2-]R eine weitere Ausführungsform der Richtunasieitung
von F i g. 14,
Fi ti. 18a eine Ansicht des Anschlusses des Erreeers
t>ci der Richtungsleitung von Fig. 17,
1JTJg. 19 eine Ausführungsform des" Erregers der
Richtungsleitung von F i g. 17,
Fi α. 20 ein Kennliniendiagram.n einer Richtunssleitunc
der in F i g. 17 gezeigten Art.
Fis. 21 eine schematische Darstellung einer drit-
Resonanz aufweisen, von der zuvor die Rede war, unabhäncig von der Kristallstruktur. Es ist bekannt,
daß am häufigrten zwei sehr verschiedene Familien verwendet werden: die Spinelle und die Granate.
Die F i g. 1 und 1 a zeigen eine nach der Erfindung ausgeführte Richtungsleitung (Isolator). Diese Richtungsleitung
besteht im wesentlichen aus einer Plaüc 2 aus gyromagnetischem Material, die auf
einer Metallplatte 1 aufliegt. Die Erregung der Oberteil Ausführungsform einer Richtungsleitung nach io flächenwelle erfolgt mit Hilfe einer sehr dünnen Meder
Erfindung, die keine Masseebene aufweist," tallfolie 5. die in°Fig. la in Oberansicht zu sehen
ist. Die Metallfolie 5 endet an jeder Seite in einem Dreieck und liegt in der Mitte der Dicke des magnetischen
Materials. Es gibt daher eine zweite Platte -
Fig. 2? ein Kennliniendiagramm einer Richtungs- 15 über der Metallfolie 5. Die Breite der Folie ist ausleitung
der in F ig^21 gezeigten Art. " reichend groß, daß sich keine elektromagnetische
TEM-Welte in der Struktur ausbreiten kann, sondern
sich aHein eine Oberflächenwelle ausbreitet. Die Breite der Platte 2 liegt in der Nähe der Breite der
Metallfolie 5, ist aber gegenüber der Breite der Platte 1 (von unendlich großer Breite) so klein, daß
sich eine Oberflächenwelle der Wellenform Quasi-TM (und keine TM-Welie) darin ausbreitet. Das senkrecht
zu der Ebene der Platten 2. 2' stehende Vormagnetisierungs-Gleichfeld H wird von einem schematisch
angedeuteten Magnet 8 erzeugt. Ferner ist ein Gehäuse 9 dargestellt. Eine die Höchstfirequenzenergie
absorbierende Belastung 4 ist entlang den Platten 2 und 2' angeordnet.
30 Unter diesen Bedingungen weist da? magnetische
\Vf:".:selfeld, wie in Fig. la dargestellt ist, eine
longitudinal Komponente Hz auf. die senkrecht zu der^Komponente Hx steht. Die Polarisation des Magnetfeldes
ist wenigstens elliptisch. Unter der Wirtungsgiibel
bekannter Art, die mit Hilfe von Phasen- 35 kung des Magnetisierungsfeldes ist für eine gegebene
schiebe η nach der Erfindung ausführbar ist, Richtung dieses Feldes die Permeabilität des Mate
rials größer als die Anfangspermeabilität //,„, und für
die andere Richtung ist sip kleiner. Die Energie
breitet sich in jeder Ausbreitungsrichtung auf der Seite aus. wo die Polarisation durch das Magnetfeld
H die höchste Permeabilität ausbildet. Die Abmessungen der Platte 2 werden so gewählt, daß bei
Abwesenheit des magnetischen Gleichfeldes die Polarisation des Wechselfelds nahezu eine zirkuläre PoIa-
Fig. 36 eine Schnittansicht zur Erläuterung der 45 risation ist und sich die ganze Energie außerhalb des
Wirkungsweise der Richtungsgabel von F i g. 34 und Materials befindet. Sie wird dann von dem Dämp-
Fig. 37 ein Kennliniendiagramm zui Eiiauterung fungsglied 4 absorbiert, das entlang der Platte 2 ander
Wirkur.esweise der Richtungsgabel von F i g. 34! geordnet ist. Die Richtung des Vormagnetisierungs-
In der folgenden Beschreibung sind ur Erleichte- Gleichfeldes ist so gewählt, daß sich die Energie in
rung des Verständnisses der Figuren die deichen Be- 50 der Vorwärtsrichtung auf der dem Dampfungsglied
zupszeichen bei den verschiedenen Ausführungsfor- entgegengesetzten Seite ausbreitet, so daß der Em-
men beibehalten und die folgenden Übereinkünfte f::" -»-'"- ·»"»» ^-'^ T- ^ Ri»-i.^rKnrn-
beachtet worden: Das gyromagnetische Material ist durch einfache schräge Schraffierungen dargestellt,
die Mnssecbene (Leiter) ist ohne Schraffierung dar- »■ MeIIt. die Oberfiächenwellencrreger (Metallisierung)
sind durch gekreuzte schräge und zueinander senkrechte Schraffierungen dargestellt, die absorbierenden
Belastungen sind durch doppelte Schraffie- - - ■ a
rungcn bezeichnet, die aus horizontalen Linien und 60 1.5 mm. Die für die Erregung verwendete Mctallaus'schrägen
Linien bestehen, und die dielektrischen folie 5 aus Kupfer ist zwischen den beiden Platten
Teile sind durch eine Rasterung gekennzeichnet, die
aus gekreuzten horizontalen und vertikalen Linien
gebildet ist. Ferner werden in der folgenden Be-
aus gekreuzten horizontalen und vertikalen Linien
gebildet ist. Ferner werden in der folgenden Be-
Fie. -2 eine Ansicht des Anschlusses des Erregers
bei einer Richtungsleitung der in Fig. 21 gezeigten Art,
Fic. 24 eine Richtungsleitung mit zylindrischer
Struktur.
Fis. 25 einen Erreger für eine Richtungsleituns
der inF i g. 24 gezeigten Art,
Fig. 26 eine Phasenschieberstruktur mit einem
homoaenen Träger für die Wellenausbreitung nach der Erfindung,
Fig 27 das Kennliniendiagramm des Phasenschiebers
vor. F i g. 26,
Fig. 28 eine andere Ausführungsform einer Phasenschieber^
ruk;ur nach der Erfindung mit zusammensese'.^tem
Träger für die Wellenausbreitbnp
Fi?. 29 das Kennliniendiagramm des Phasenschiebers
von Fig. 28,
Fig. ■?<>
das Blockschaltbild einer Richtungsgabel bekanr.ier Art, die mit Hilfe von Phasenschiebern
nai.fr >■-'<■ Erfindung ausführbar ist,
Fie. 31 das Blockschaltbild einer anderen Rich-
F i c 32 eine dreiarmige Richtungsgabel nach der
Erfindung.
Fi α 33 das Kennliniendiagramm der Richtungsgabel von Fig. 32,
F i ·χ. 34 eine vicrarmige Richtungsgabel nach der
ErfT.iiung-
!•ig. 35 das Kennliniendiagramm der Richtungsgabel von Fig. 34,
fügungsverlust gering bleibt. In der Rückwärtsrichtung
läuft die Energie in dem Dämpfungsglied 4, in dem sie absorbiert wird.
Bei einer besonderen Ausführung ist das gyromagnetische Material der beiden Platten 2 und 2'
Yttriumgranat, dessen Sättigungsinduktion in der Nähe von 1700 Gauß liegt. Die Länge der Platten
beträgt 55 mm. ihre Breite 10 mm und ihre Dicke
angeordnet und hat eine Breite von 10 mm und eine
Dicke von 0,05 mm.
Eine Vorwärtsdämpfung von weniger als 2.5 dB
Schreibung die Ausdrücke »Ferrite«, ^magnetisches 65 ist im Frequenzband von 3,5 bis 8.:: GHz für eine
Material« und »gyromagnetisches Material« unter- Rückwärlsdämpfung von etwa 15 dB im gleichen
schiedslos für die Bezeichnung von Stoffen vcrwcn- Frequenzband erhalten worden,
det. welche die Erscheinung der gyromngnctischen Bei einer Ausführungsform der Anordnung von
det. welche die Erscheinung der gyromngnctischen Bei einer Ausführungsform der Anordnung von
409 519/279
17 Λ lfpr die-r entlang seiner Längssymmetrieachse in ^
Fig. 1. bei der zwei Yttriumgranatplatten doppelter d zerschnitten orden ,stund daß zwjschende*
Breite, also mit etwa 20 mm, verwendet werdenbe und den. Ausgang erne Urymmetne in der ;
trägt die erhaltene Vorwärtsdämpfung etwa , ^m - ^ Leiterfo he S fur die Erregung der Ob0. ^nn zu
gleichen Frequenzband, aber die Rückwan-.rnp_ ^^^ eingeführt jorden isDk= Oberflächen. ξ J^n. c
hing ist kleiner als 6 dB. Die Verringerung de. Nie.Λ wellen.Errege^latte hat dann die Form emes ge. der Eber
reziprozität läßt sich leicht erklären. Wenn namheh eradlinigen Sechseck mt einer großeil >
<£ i
die Breite des magnetischen Materials vergrößert ^ ejner k] Seite die zueinander.parallel ,: führt wer
wird, wird die Ausbreitung der Gnindwellenfo m TM ^. die b ,den sich and« große Seite Sent , ^ Trai
begünstigt. Diese Wellenform weist aber emelneare ^ ^ ^ anschl!eßenden Seiter, unterschied^ ^ Ferri
Polarisation des magnetischen Wechseltet es , Läneen haben. n u- u α λ, ' Fi"- 8 e
wodurch die nichtreziproke Erscheinung (durch F;raer ist in der Metallschicht oder MetalUoHeS : ^6 elel
Wechselwirkung mit dem äußeren Vormagnetwe e;„pAnzahl von strahlenden Schlitzen 10 angebracht, u„d5' di
rungsfeld) unterdrückt wird. . d ren Abmessungen so bemessen sind daß sie bei -leitung 6
Der in Fig. 1 gezeigte OberflächenwellenerregerS d Mittcnfrequenz des Bandes oder bei mehreren J sind,
weist eine Svmmetrieachse parallel zur Ausbauun s 5 hiedenen Frequenzen im Band strahlen können. Ferritplai
richtung auf. Die in Fig. 2 gezeigte Variante zei t ^^ lish ein einziger strahlender Schlitz geeig. Jjnes F Ma
diese Symmetrie nicht mehr. Sis ermöglicht die tr- -.^ ^^ verwendet werden. Em zusätzliche einc Fon
zielune einer Verbreiterung des Durchlaßbanaeb u^ r^mpfunssalied 11 (das von dem Dampfungsglied4 «-ährleist«
so gebildeten Richtungsleitung. Wie zu erkennen^i t, —^ f verSchieden ist) wird dann über den fischen
endet der Erreger S in Übergangsabschmttcn bauchi nckn ScnlitZen angebracht, damn es die aas. ; dämpfun..
ger und unsymmetrischer Form. Die Übergangszonen «r ^ 7Usätzliche Energie absorbiert. Demzufow Die bi
sind durch Bögen 51, 52, 53 und 54 begrenz,, a.e =^ Ge,.amtrückwärtsdämpfung sehr viel größer ^ t,iren ent
zur Symmetrieachse der Platte hin konvex sin... v.nu ;'; ]ircnd ,,;c \'orwärtsdämpfung unverändert bleibt. '■ line Hilfdiese
Bögen enden an Punkten, die m untcschie·-- ^ - vorrundensein des Dämpfungsgl.cds 11 verhu,. on"eDaßt
liehen Abständen c, bzw. C2 von der Langsachse .Jit -a ^-^ djc B£ibchaltung der zweiten Ferritschicht2' : me"sten 1
Richtungsleitung liegen, welche durch die die ui. V0.-, Fi" i- einem di
gungspunkte verbindende Gerade definiert ist. ^ '^ S^17* 10 ergeben eine starke Zunahme der I s;nd im 1
Die Vergrößerung des Durchlaßbandes infolge ucr R^kw:ir.sdämpfung, wie die beiden Kurven 69 und } men von
unsymmetrischen Ausbildung des Erregers wiiu nu.n ^ ^ ρ. ^ 5 ze{ge^ wobei die Kurve 69 für einet I a[c Rolle
bei "allen anderen Strukturen erhalten, die r.aui- ύ ^^^ ^ der mit v{er Schlitzen von 2X3mm W'irtsrich'
stehend beschrieben werden, insbesondere y._ Jen ^s^sta^ct iS[. die eine maximale D!impfung in der L\mo der
Strukturen ohne Masseebene 1 (Fig. 21) und ou ei. ^ ■= ^ ^ GHz ergeben, während die Kurve70für v ;r| Die
Strukturen der in Fig. 8 gezeigten Art, bei denen ^ ;kr,hcil Erreger ohne Schlitze gut. dner p,a
keine elektrische Kontinuität zwischen den koaxiaiai ^ vcrnnaerung der Einfügungsverluste sind vier ^ebcnei
Innenleitern der Eingangs-und Ausgangs-brregun^- o. - hinzugefügt, die auf dem Vorwärtsweg und der
leiter besteht, sowie bei den Strukturen rnit zusam- ^'^,^^^g iiegen. Nach dem gleichen si ^Tm zm
mengesetztem Ausbreitungsmedium (M g- '-*i- d'inkcn den" srößten Teil der Energie des Ferrits ir. z-,veite ΡΪ
Eine praktisch hergestellte Richtungsleitung der m ^ Kii^vvärfsrjchtung zu den Dämp[ungsgliedern4 vollständi
F is. 2 gezeigten Art, die unterhalb 1000 MK/. x- ^ ^ ^ ]citen js{ es auch mögiicli. möglichst viel Struktur;
trieben wurde, hatte die folgenden Abmessungen und Encr„ic in cier Vorwärtsrichtung mit Hilfe der strah- ' Daß si>
Eigenschaften: lcndeii Schlitze 12 außerhalb des Ferrits laufen zu j ,äaer fü
c = 5 mm lassen. Um jedoch eine möglichst kleine Vorwärts- , a]s Dämr
c = ln mm dämpfung zu erhalten, ist es notwendig, die auf dem vcn von
Breite der Ferritplatte 2 55 mm. ^ Vorwärtsweg liegenden Schlitze mit einem Dielektri- »Microw;
Länge der Ferritplatte2 82 mm. j..lim 13 Von geeigneter Dielektnzitaiskonstante zu und But
Dicke der Ferritplatte 2 1,5 mm. bedecken. Auf diese Weise kann eine Verringerung cntnomm
Dicke der leitenden Folie 5 0.05 mm. der Einfügungsverluste von 0,5 dB im Durchlaßband den Real-Das
magnetische Material der Platte 2 war ein 011J^p" JCJ ^d sowohl die Schlitze auf dem Vor- Wclen"
Granat vom Typ Cal-Van-Big (Calcium-Vanauium- 5° wärtsweg b a]s auch die Schlitze auf dem Rückwärts- . .,e<,Cn2esL
Wismut-Granat). dargestellt, doch kann man sich natürlich je nach 'das äuße
F i g. 3 zeigt experimentelle Kurven der Dämpfung β ^wünschten Zweck auch nur mit einer einzigen Richtuna
als Funktion der Frequenz einerseits fur einen über- Reihe fc von Schlitzen begnügen. stcht. Dk
flächcnwellenerreger mit symmetrischem Eingang una ß sind die jm Erreger angebrachten man für
Ausgang nach Fi g. 1 a und andrerseits fur einer,. un- 55 ^ ^^ Löchef ^ ^^^ dje durch ^ ^
symmetrischen Erreger nach Fig. 2. Die Kurww ferrirna«nctischc Material gebohrt sind und die ent- Material
bezieht sich auf einen symme nschen E. reger ^ g^ ^ ^ ^ dielektrischen pfropfen „. fenden p
(Fig. la) mit C1 = c = 5 mm, die Kurve 61 gi t deren Dielektrizitatskonstante von der- Maxima ■
für einen symmetrischen Erreger (F ig. a) mit ?- agnetischcn Materials verschieden des ange
C1 = c, ^ 10 mm und die Kurve 62 g.lt fur emen g Un„elkeiten für die Rückwärtswellc Werten c
unsymmetrischen Erreger (t ig. 2) mit C1 - ^ mm ^ ß ebcncnfa„s {ür die Vorwärtswelle einführen, zunimmt,
und C2 - 10 mm. , P Schließlich sind in F i g. 7 die Unstetigkeiten durch zwischen
F i g. 4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform des Er- ^e\5 ^ der seitli|hen Fläche des ferriraagne. Ferrit hc
regers, die noch bessere Leistungen ermöglicht (u. a. ^eπ«n" ^ bild t = m Bl
hinsichtlich der Rückwärtsdämpfung und der Band- 65 üschc, ^[f^^ wurde, breiten sich in der «
brAr Erreeer S der Richtungsleitung von F i g. 4 ist Richtungsleitung Hybrid-Oberflächenwellen aus, d_h„ Feld in
aus^emSnvonFig.2Lurch8abgeleit5,daß daß die Welle Komponenten des magnetischen legen ein.
wei Wechselfeldes in den drei Achsrichtungen eines Be- den Frequenz ist es dann möglich, die Ferrite außerlem
. zugskoordinatensystems hat. Es ist also möglich, halb der Resonanz mit geringeren Verlusten zu beder
· nichtreziproke Cberflächenwellenanordnungen auch treiben. Das angelegte "Magnetfeld hat dann die
■>er- ι dann zu erhalten, wenn Gleichfeidi;r angewendet entgegengesetzte Richtung wie das Feld, da= die
ien- ; werden, deren Richtungen nicht immer senkrecht zu 5 gyromagnetische Resonanz verursacht,
ge- j der Ebene des Ferritplättchens sind. Insbesondere Bekanntlich besteht die Möglichkeit, jede nicht ßen : können Anordnungen mit einem Gleichfeld ausge- ebene Welle in zwei in entgegengesetzten Richtungen illel j führt werden, das eine Longituduialkomponente und zirkulär polarisierte Wellen zu zerlegen. Aus den nk- j eine Transversalkomponente parallel zu der Ebene Kurven von Fig. 10 kann festgestellt werden, daß cr"-e j der Ferritplatte hat. Ein Ausführungsbeispiel ist in io für eine Drehrichtung des Magnetfeldes (in der Zeich-Fig. 8 gezeigt; sie bezieht sich auf eine Struktur nung durch das Minuszeichen dargestellt) die beiden ie 5 I ohne elektrische Kontinuität zwischen den Erregern 5 Komponenten der Permeabilität bei Änderung des =ht, ; und 5', die mit den innenleitern der Eingangskoaxial- äußeren Feldes praktisch konstant und nur wenig bei I leitung 6 bzw. der Ausgangskoaxialleitung 7 verbun- von ihrem Wert bei dem Vormagnetisierungsfeld ren j <jen sind. Ein transversales Gleichfeld parallel zu der 15 >iull verschieden sind. Dagegen gehen für die mit ien. ] Ferritplatte 2 wird von den Magnetpolen 16 und 17 dem Pluszeichen bezeichnete Welle die Verluste,« J' "ig- ■ eines Magnets erzeugt. Die Erreger 5 und 5' haben durch ein sehr beträchtliches Maximum, das der hes j eine Form, die eine richtige Impedanzanpassung ge- gyromagnetischen Resonanzerscheinung entspricht. d4 \ uährleistet. Im X-Band sind Unterschiede von 2OdB |>ie Änderungen der zweiten Komponente μ +' der den j zwischen der Vorwärtsdäinpfung und der Rückwärts- 20 Permeabilität sind ebenfalls sehr beträchtlich. Wie ••us- j dämpfung erhalten worden. bereits einleitend erläutert wurde, weist eine 'Ige j Die bisher beschriebenen Richtungsleitungsstruk- TM-Oberflächenwelle oder Hybridwelie wenigstens Ser, j türen enthalten eine Belastung 4 (und gegebenenfalls zwei Komponenten des Magnetfelds auf, von denen ibt. \ eine Hilfsbelastung 11), die bei der Betriebsfrequenz die eine parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegt. un" ! angepaßt ist. Derartige Belastungen, die in den 25 Wie in F i g. 1 a angegeben ist, bildet sich in dem 12' meisten Fällen durch ein Eisenpulveragglomerat in gyromagnetischen Material eine Oberflächenwelle i einem dielektrischen Plastikmaterial gebildet sind, aus, deren Polarität von der Symmetrieachse der der sind im Handel erhältlich. Bei den Ausführungsfoi- Struktur aus immer elliptischer wird, wobei die Drehend : inen von F i g. 9 und 11 übernimmt der Ferrit selbst richtung des Magnetfeldvektors auf der einen Seite nen ; die Rolle, die Höchstfrequenzenergie in der Rück- 30 der Achse entgegengesetzt zu derjenigen auf der annm 1 wärtsrichtung zu absorbieren, wodurch die Ausbil- deren Seite der Achse ist. Im Fall einer unsymmeder jung der Richtungsleitungen beträchtlich vereinfacht trischen Erregung (F i g. 2, 4, 6, 7) ist auch die Auffür vvird. Diese bestehen dann nämlich ausschließlich aus teilung der Energie auf die Komponenten der ellipeiner Platte 2 aus gyrnmagne'.ischem Material, die tisch polarisierten Welle mit entgegengesetzten Dreh-/ier gegebenenfalls auf eine Leiterplatte 1 aufgebracht ist 35 richtungen des Magnetfelds gleichfalls unsymmeveg und der ein Oberflächenwellenerreger 5 geeigneter trisch, und man kann durch Verwendung eines Ober-3e-Form zugeordnet ist. Die Struktur wird durch eine flächenwellenerregers der in F i g. 4 gezeigten Art ■ in zweite Platte 2' aus gyromagnetischem Material ver- praktisch die ganze Eingangsenergie (Wellenform η 4 vollständig!, die auf die in der Zeichnung dargestellte TEM) in einer der beiden Oberflächenwellen konväel Struktur aufgelegt wird. 40 zentrieren, die sich in einer Wellenform Quasi-TM ah- 1 Daß sich das magnetische Material gleichzeitig als oder TE11 ausbreiten. Dies kommt darauf hinaus, zu ; Träger für die Ausbreitung der Oberflächenwelle und daß nur eine der beiden durch die Symmetrieachse "ts- als Dämpfungsglied verhält, kann an Hand der Kur- begrenzten Hälften der Struktur von F i g. 1 a in Beem ■ ven von Fig. 10 erklärt werden, die aus dem Buch tracht gezogen wird. Unter diesen Bedingungen wird tri- »Microwave ferrites und ferrimagnetics« von Lax 45 das gesamte Volumen des magnetischen Materials zu und Button. Verlag McGraw Hill, 1962, S. 300, von einer Welle + (oder einer Welle —) eingenom- >ng entnommen sind. Diese Kurven zeigen bei 9 GHz men, wenn die Bezeichnungen des zuvor angegebeind den Realteil und den Imaginärteil der skalaren Per- nen Buches aufgegrillen werden. Die sich in der incabiliiät, wie sie für zwei zirkulär polarisierte Rückwärtsrichtung ausbreitende Energie erscheint or Wellen erscheint, deren Magnetfeldvektoren in ent- 50 also zum größten Teil als eine Welle — (bzw. eine fts- gegengesetzten Richtungen drehen, für de.i Fall, daß Welle ).
ge- j der Ebene des Ferritplättchens sind. Insbesondere Bekanntlich besteht die Möglichkeit, jede nicht ßen : können Anordnungen mit einem Gleichfeld ausge- ebene Welle in zwei in entgegengesetzten Richtungen illel j führt werden, das eine Longituduialkomponente und zirkulär polarisierte Wellen zu zerlegen. Aus den nk- j eine Transversalkomponente parallel zu der Ebene Kurven von Fig. 10 kann festgestellt werden, daß cr"-e j der Ferritplatte hat. Ein Ausführungsbeispiel ist in io für eine Drehrichtung des Magnetfeldes (in der Zeich-Fig. 8 gezeigt; sie bezieht sich auf eine Struktur nung durch das Minuszeichen dargestellt) die beiden ie 5 I ohne elektrische Kontinuität zwischen den Erregern 5 Komponenten der Permeabilität bei Änderung des =ht, ; und 5', die mit den innenleitern der Eingangskoaxial- äußeren Feldes praktisch konstant und nur wenig bei I leitung 6 bzw. der Ausgangskoaxialleitung 7 verbun- von ihrem Wert bei dem Vormagnetisierungsfeld ren j <jen sind. Ein transversales Gleichfeld parallel zu der 15 >iull verschieden sind. Dagegen gehen für die mit ien. ] Ferritplatte 2 wird von den Magnetpolen 16 und 17 dem Pluszeichen bezeichnete Welle die Verluste,« J' "ig- ■ eines Magnets erzeugt. Die Erreger 5 und 5' haben durch ein sehr beträchtliches Maximum, das der hes j eine Form, die eine richtige Impedanzanpassung ge- gyromagnetischen Resonanzerscheinung entspricht. d4 \ uährleistet. Im X-Band sind Unterschiede von 2OdB |>ie Änderungen der zweiten Komponente μ +' der den j zwischen der Vorwärtsdäinpfung und der Rückwärts- 20 Permeabilität sind ebenfalls sehr beträchtlich. Wie ••us- j dämpfung erhalten worden. bereits einleitend erläutert wurde, weist eine 'Ige j Die bisher beschriebenen Richtungsleitungsstruk- TM-Oberflächenwelle oder Hybridwelie wenigstens Ser, j türen enthalten eine Belastung 4 (und gegebenenfalls zwei Komponenten des Magnetfelds auf, von denen ibt. \ eine Hilfsbelastung 11), die bei der Betriebsfrequenz die eine parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegt. un" ! angepaßt ist. Derartige Belastungen, die in den 25 Wie in F i g. 1 a angegeben ist, bildet sich in dem 12' meisten Fällen durch ein Eisenpulveragglomerat in gyromagnetischen Material eine Oberflächenwelle i einem dielektrischen Plastikmaterial gebildet sind, aus, deren Polarität von der Symmetrieachse der der sind im Handel erhältlich. Bei den Ausführungsfoi- Struktur aus immer elliptischer wird, wobei die Drehend : inen von F i g. 9 und 11 übernimmt der Ferrit selbst richtung des Magnetfeldvektors auf der einen Seite nen ; die Rolle, die Höchstfrequenzenergie in der Rück- 30 der Achse entgegengesetzt zu derjenigen auf der annm 1 wärtsrichtung zu absorbieren, wodurch die Ausbil- deren Seite der Achse ist. Im Fall einer unsymmeder jung der Richtungsleitungen beträchtlich vereinfacht trischen Erregung (F i g. 2, 4, 6, 7) ist auch die Auffür vvird. Diese bestehen dann nämlich ausschließlich aus teilung der Energie auf die Komponenten der ellipeiner Platte 2 aus gyrnmagne'.ischem Material, die tisch polarisierten Welle mit entgegengesetzten Dreh-/ier gegebenenfalls auf eine Leiterplatte 1 aufgebracht ist 35 richtungen des Magnetfelds gleichfalls unsymmeveg und der ein Oberflächenwellenerreger 5 geeigneter trisch, und man kann durch Verwendung eines Ober-3e-Form zugeordnet ist. Die Struktur wird durch eine flächenwellenerregers der in F i g. 4 gezeigten Art ■ in zweite Platte 2' aus gyromagnetischem Material ver- praktisch die ganze Eingangsenergie (Wellenform η 4 vollständig!, die auf die in der Zeichnung dargestellte TEM) in einer der beiden Oberflächenwellen konväel Struktur aufgelegt wird. 40 zentrieren, die sich in einer Wellenform Quasi-TM ah- 1 Daß sich das magnetische Material gleichzeitig als oder TE11 ausbreiten. Dies kommt darauf hinaus, zu ; Träger für die Ausbreitung der Oberflächenwelle und daß nur eine der beiden durch die Symmetrieachse "ts- als Dämpfungsglied verhält, kann an Hand der Kur- begrenzten Hälften der Struktur von F i g. 1 a in Beem ■ ven von Fig. 10 erklärt werden, die aus dem Buch tracht gezogen wird. Unter diesen Bedingungen wird tri- »Microwave ferrites und ferrimagnetics« von Lax 45 das gesamte Volumen des magnetischen Materials zu und Button. Verlag McGraw Hill, 1962, S. 300, von einer Welle + (oder einer Welle —) eingenom- >ng entnommen sind. Diese Kurven zeigen bei 9 GHz men, wenn die Bezeichnungen des zuvor angegebeind den Realteil und den Imaginärteil der skalaren Per- nen Buches aufgegrillen werden. Die sich in der incabiliiät, wie sie für zwei zirkulär polarisierte Rückwärtsrichtung ausbreitende Energie erscheint or Wellen erscheint, deren Magnetfeldvektoren in ent- 50 also zum größten Teil als eine Welle — (bzw. eine fts- gegengesetzten Richtungen drehen, für de.i Fall, daß Welle ).
icn das äußere magnetische Gleichfeld senkrecht zu der Wenn in dem Ferrit zwei nebeneinanderliegende
lcn Richtung des Höchstfrequenz-Magnetfeldvektors Magnetfelder mit unterschiedlichen Werten ausgestellt.
Die gleiche allgemeine Form der Kurven findet bildet werden, die so gewählt sind, daß die diesen
ten man für alle jyrcmagnetischen Materialien bei Fre- 55 beiden Werten entsprechenden Permeabilitäten
las quenzen, die sehr verschieden sein können. Für ein wenigstens in einer Ausbreitungsrichtung deutlich
nt- Material behalten diese Kurven, je nach den betref- verschieden sind und die magnetischen Verluste für
14' fenden Frequenzen, die gleiche Form, wobei sich die einen dieser Werte in der Rückwärtsrichtung groß
er- M;ixima und Minima in Abhängigkeit von dem Wert sind, erhält man eine Absorption der Energie durch
Icn des angelegten Feldes im allgemeinen zu höheren 60 His rr.iignetische Material selbst in der Rückwärts-
:lle Werten des Feldes verschieben, wenn die Frequenz richtung.
sn. zunimmt. Im Fall von niedrigen Frequenzen (UHF Unter Bezugnahme auf die Kurven von Fig. 10
ch zwischen 100 und 1000 MHz) kommt es vor, daß der ist zu erkennen, daß zwei ziemlich verschiedene Bcne-Ferrit
hohe Verluste beim Feld Null aufweist, was triebsarten angewendet werden können. Die Wahl
einem Betrieb jenseits der gyromagnetischen Reso- 65 erfolgt auf Grund der Eigenschaften der verfügbaren
ler nanz entspricht. Mit anderen Worien liegt das innere Ferrite unter Berücksichtigung des gewünschten Beil.,
Feld in der Nähe des Resonanzfeldes. Durch An- triebsfrequenzbereichs. Der erste Fall gilt für Ferrite
en legen eines Größeren Magnetfeldes bei der betreffen- mit großen Verlusten bei dem Magnetfeld Null, d. h.
für Ferrite, die bei der Betriebsfrequenz für ein äußeres Magnetfeld Null gesättigt sind. Das Anlegen
eines äußeren Magnetfeldes an ein solches Material verschiebt die gyromagnetische Resonanz zu höheren
Frequenzwerten. Die Richtung und der Wert des angelegten Feldes werden dann so gewählt, daß der
Ferrit diesseits der Resonanz magnetisiert ist. so daß die Verluste verringert werden. Diese Betriebsart ist
besonders für niedrige Frequenzen (einige 100 MHz) interessant. Die zweite Betriebsart erfordert das Anlegen
von zwei unterschiedlichen und von Null verschiedenen Werten A und B des Magnetfelds
(Fig. 10), die größer als der der gyromagnetischen
Resonanz entsprechende Wert. sind. Diese Betriebsart entspricht derjenigen, die bei den vorangehenden
Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist. Im allgemeinen sind die erhaltenen Kennlinien besser,
wenn dem Ferrit ein angepaßtes Dielektrikum (gleiche Produkte με) zugeordnet ist, wie später an
Hand von Fig. 14 genauer erläutert wird.
F i g. 9 ist eine Oberansicht einer Richtungsleitung, die durch eine im wesentlichen lechteckigc Ferritplatte
2 gebildet ist. die auf eine Metallplatte 1 aufgebracht ist. Auf dem Ferrit ist der Oberflächeriwellenerreger
5 angeordnet, der durch eine Metallfolie gebildet ist, die mit den Innenleitern der koaxialen
Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 6, 7 in Kontakt steht. Die Form der Platte 2 und die Form
der Folie 5 sind so gewählt, daß die Führung der Wellen und die Absorption der Energie in der verlustbehafteten
Zone des Materials 2 in der Rückwärtsrichtung begünstigt werden.
Der Oberflächenwcllenerreger 5 erscheint in Form
eine*. Sechsecks, das an ik-i kleineren der beiden parallel
zur Ausbreitungsrichtung liegender» Seiten durch ein Rechteck S1 verlängert ist. Wie zu erkennen ist,
ist die Platte 2 aus gyromagnetischem Material in der Nähe des rechteckigen Abschnitts S1 des Erregers S
durch Abschrägungen 2V 2., abgeschnitten. Eine
zweite Ferritplatte,"die der F'erritplatte 2 gleich ist,
wird im allgemeinen auf die Oberflächenwcllenerregungselektrode 5 aufgelegt. Die so gebildete Anordnung
wird in ein Metallgehäuse eingebracht, und in der oberen Hälfte der Struktur wird ein Magnetfeld
ausgebildet, das senkrecht zu der Zeichenebene steht und nach vorn gerichtet ist. Diese Struktur enthält,
im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, keine absorbierende Belastung. Die
Form des Erregers 5 ermöglicht, wie bereits zuvor an Hand von F i g. 2 erläutert wvrde, die Ausbildung
einer nichtreziproken unsymmetrischen Welle, d. h., daß eine der beiden zuvor erwähnte:1. Wellen —
ίο und — auf Kosten der anderen Welle begünstigt
wird.
Eine solche Struktur ist im Hinblick auf die Bildung einer Richtungsleitung untersucht worden, die
im unteren Bereich der Höchstfrequenzen zwischen 200 und 400 MHz arbeitet. Bekanntlich ergab die
Ausbildung von Vorrichtungen, bei denen die Eigenschaften gyromagnetischer Materialien angewendet
wurden, bisher sehr schwerwiegende Probleme bei so wenig hohen Frequenzen. Der verwendete Ferrit ist
durch einen Wert 4.-tMs = 900 Gauß/cm3 gekennzeichnet,
wobei Ms die Sättigungsinduktion ist. Das
äußere Magnetfeld beträgt etwa 450 Oersted und der Stehwellengrad ist kleiner als 2 im Frequenzband.
Die geometrischen Abmessungen des rechteckigen
Teils der Platte 2 betragen 82 mm X 60 mm X S ir.ni.
Der Erreger 5 besteht aus Messing mit einer Dicke von 0,05 mm. Die leitende Platte 1 bildet eine Wand
des Gehäuses. Wie au? Fig. 12 zu erkennen ist, erhält
man zwischen 220 und 380 MHz Einfügungs-Verluste von weniger als 4 dB, die in der Mitte dos
Frequenzbandes 2 dB erreichen, und eineRückwnnsdämpfung
von mehr als 13 dB, die in der Mitte des Frequenzbandes 18 dB erreicht. In der folgenden
Tabelle 1 sind die Werte der Vorwärtsdämpfunir v
und der Rückwärtsdämpfung \; einerseits für die
Struktur von F i g. 9 angegeben und andrerseits für eine Richtungsleitung mit gleichen Abmessungen,
bei welcher der untere Teil der Ferritplatte (d. h. der Teil zwischen den Abschrägungen 2, und 2.,) durch
eine absorbierende Belastung gleicher Form ersetzt ist, die durch ein Agglomerat auf der Basis von
Eisenpulver gebildet ist, wie es üblicherweise angewendet wird.
200 | 220 | 240 | 260 | 280 | / 300 |
320 | 340 | 360 | 380 | 400 | |
Eisenpulver | 6,5 7 |
6,5 7,5 |
6 8 |
5 9,5 |
5 14 |
2.5 18 |
2 16 |
1,4 9 |
1 8 |
1,5 8 |
2.4 8 |
LT; | 5 | 4 | 3,5 | 2,7 | 2.2 | j | ■> ·> | 2,3 | 2,5 | 3 | 3,4 |
Ferrit i\.i |
12 | 14 | 15 | 15 | 15 | 16 | 16 | 15 | 13 | 13 | 12 |
«i |
Die Betriebsbedingungen dieser Anordnung entsprechen der zuvor erwähnten ersten Betriebsart,
d. h. der Anwendung eines äußeren Vormagnetisierungsfeldes, das kleiner als das Feld ist, das der gyromagnetischen
Resonanz in dem Betriebsfrequenzbereich entspricht. Die Vorwärtsrichtung entspricht
der Welle— und die Rückwärtsrichtung entspricht der Welle+ in Fig. 10. Das Vormagnetisierungsfeld
wird etwa in der oberen Hälfte der Struktur angelegt. Es ist zu erkennen, daß unter diesen Bedingungen die
Richtung des äußeren Magnetfeldes für eine gegebene Vorwärtsrichtung umgekehrt zu der Richtung ist, in
der das äußere Magnetfeld bei dem zuvor beschriebenen und bei höheren Frequenzen arbeitenden Anordnungen
angelegt wird.
Ferner ist zu erkennen, daß der Gütefaktor «,·/«,,
der Richtungsleiiung mit einer Belastung aus Ferrit besser als derjenige der Richtungsleitung mit einer
Belastung aus Eisenpulver ist. Die Verwendung des Ferrits selbst als absorbierendes Material vereinlacht
die Herstellung der Anordnung und verbessert die Anpassung der Welle vor allem in der Rückwärtsrichtung.
F i g. 11 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher
die Form der als Oberfiächenwellenerreger verwendeten Metallisierung 5 dadurch stetiger gemacht ist. daß
.■ine zum Teil gekrümmte Trapezform angewendet
wird, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Eine solche Struktur ist zur Bildung einer Richtungsleiiung für
einen Betrieb zwischen 200 und 300 MHz verwendet worden, wobei als gyromagnetisches Material ein
Granat verwendet wurde, dessen Sättigungsinduktion iurch 4 .7M5 = 400 Gauß/cm3 gekennzeichnet war.
Das Magnetfeld wurde so ausgebildet, daß der außerhalb des Magnetfelds liegende Teil der Struktur die
Abmessungen 104 mm ■ 10 mm ■' 12 mm hatte. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 13 dargestellt. Es
ist festzustellen, daß zwischen 22ς und 300 MHz die
Einfügungsverluste .\d unter 2,5 dB bleiben und daß
die Verluste in der Rückwärtsrichtuns, größer als 11 dB sind.
Die Richtungsleitungsstruktur ohne aufgebrachte äußere Belastung ergibt auch dann Vorteile, wenn
tier Träger für die Ausbreitung der Höchstfrequenzwelle komplex ist (gyromagnetisches Material und
■ dielektrisches Material), wie später angegeben wird. j "ine solche Richtungsleitung ist so ausgeführt, daß
•ich die Energie in der Vorwärtsrichtung hauptsächlich im Dielektrikum ausbreitet. In der Rückwärts-
{ richtung erfolgt die Ausbreitung in der Zone des Ferrits,
die starke Verluste aufw· '"t. Diese Zone ist vorzugsweise
diejenige, die am weitesten vom Dielektrikum entfernt ist.
In bestimmten Anwendungsfallen mit sehr großer
Bandbreite ist es notwendig, eine besser definierte zirkuläre oder quasi-zirkulare Polarisation des magnetischen
Wechselfeldes zu erhalten; ferner kann die in der Vorwärtsrichtung nicht absorbierte Energie,
die sich außerhalb des Materials ausbreitet, durch das Vorhandensein eines einschließenden Metallgehäuses
oder durch Umgebungskreise gestört werden.
Die Untersuchung der Ausbreitung einer Oberflächenwelle in einer komplexen Struktur (magnetisches
Material und dielektrisches Material) zeigt, daß I das Vorhandensein des Dielektrikums die Ausbildung
I einer zirkulären Polarisation des Magnetfeldes der
1 Hochfrequenzwelle begünstigt. Das Vorhandensein j des Dielektrikums erzeugt nämlich eine longitudinale
;| Komponente des elektrischen Feldes auf Kosten des ;| transversalen elektrischen Feldes. Jede Änderung
■I des elektrischen Feldes ist aber von einer Änderung 3 des magnetischen Feldes begleitet und umgekehrt.
I Das Vorhandensein einer longitudinalen Komponente
II des elektrischen Feldes läßt daher eine longitudinale
I Komponente des Magnetfeldes entstehen, welche die ;| Magnetfeldkomponente verstärkt, die auf der end-I
liehen Abmessung des Plättchens aus gyromagnetii| schem Material beruht. Das Vorhandensein des Di-
iis elektrikums macht es ferner möglich, eine bevorzugte
elliptische Polarisation zu erhalten; es gibt nicht mehr, wie im Fall der Struktur mii einem einzigen homogenen
Material (Fig. 1) zwei Wellen mit elliptischer Polarisation des Magnetfeldes in jeder Ausbreitungsrichtung, sondern eine deutlich überwiegende Welle.
Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß dem gyromagne'ischen Material eine beträchtlich größere
Wirksamkeit erteilt wird. Diese quasi-zirkulare Polarisation
ist besonders günstig für eine wirksame Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Weehselfeld
und dem an das Ferritmalerial angelegten Vormagnetisierungs-Gleichfeld und begünstigt demzufolge
die nichtreziproke Eigenschaft einer solchen Struktur.
ίο Fig. 14 zeigt die Anordnung von Fig. 1 für den
Fall einer Richtungslcitung. bei welcher ein nichthomogener Träger für die Wellenausbreitung verwendet
wird. In der Praxis erfordert die Ausbreitung der Oberflächenwelle in dem zusammengesetzten
Material 2. 3 die elektrische Kontinuität der Struktur in der Vorwärtsrichtung, damit eine annehmbare Einfügungsdämpfung
erhalten wird; zu diesem Zweck müssen die Wellenwidcrstände der beiden Leitungsabschnitte entsprechend eingestellt werden. Die Bedingungen
der Phasengleichheit und der Amplitudengleichheit sind vor allem notwendig, damit sich die
Oberflächenwelle nicht wenigstens teilweise in eine abgestrahlte Welle umformt.
Da die Permeabilität des Ferrits ein Tensor ist und das Ausbreitungsmedium einem Vormagnetisierungsfeld
in der Richtung der v-Achse ausgesetzt ist. ist der Wert der Permabilität in den Richtungen der
y-Achse und der .v-Achse nicht gleich, sondern er hängt von der Orientierung der Ausbreitungsrichtung
(c-Achse) in bezug auf die .vy-Ebene ab. In der Vorwärtsrichtung
ist die Permeabilität in der Richtung der y-Achse (parallel zu dem magnetischen Gleichfeld)
mit //.„ bezeichnet. Wenn das magnetische Gleichfeld sehr schwach ist. liegt iiin in der Nahe der
Anfanaspermeabilität (bei dem Vormagnetisierungsfeld
Null), während man in der Richtung der .v-Achse findet, daß sie in der Nähe der Komponente der Permeabilität
entlang der z-Achse liegt. In der Folge soll dieser Wert mit //,·,/ bezeichnet werden. Er kann, je
nach den Betriebsbedinungen und der Art des Ferrits, kleiner oder größer als «io sein.
Damit die Oberflächenwelle aufrechterhalten wird, müssen die Phasenverschiebungen der im gyromagnetwchen
Material und der im Dielektrikum übertraaenen Welle gleich sein. Dies bedeutet, daß die geometrischen
und elektrischen Parameter des Mediums im wesentlichen die folgenden Gleichungen erfüllen
müssen:
fifo
=
- f'd
Darin sind sf die Dielektrizitätskonstante des Ferritmaterials,
ed die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums
und fid die Permeabilität des Dielektrikums,
die gleich derjenigen des Vakuums ist. Die Bezeichnungen /il0 und ufd haben die zuvor definierten
Bedeutungen. ax und a.2 sind die Abmessungen des
Ferrits bzw. des Dielektrikums in der Richtung der Ar-Achse.
Diese Formen gelten sowohl für die Struktur von Fig. 14 (mit Maßebene) als auch für die Struktur
von F i g. 20 (ohne Maßebene).
65 Es soll nun genauer die in Fig. 14 und 14a dargestellte
Ausführungsform einer Richtungsleitung beschrieben werden, bei der ein aus einem gyromagnetischen
Material und aus einem dielektrischen Mate-
409 519/279
rial zusammengesetztes Medium für die Wellenausbreitung verwendet wird. Die Richtungsleitung besteht
im wesentlichen aus einer Metallplatte 1, auf der einerseits eine Platte 2 aus magnetischem Material
und andererseits eine Platte 3 aus dielektrischem Material aufliegen. Die magnetische Platte 2 hat die
Breite av und die dielektrische Platte 3 hat die
Breite «.,; beide Platten haben die gleiche Höhe b.
Die Ausbreitungsrichtung liegt senkrecht zu dem Querschnitt (^1 · a2) b des Mediums. Die Richtungsleitung enthält ferner ein Dämpfungsglied 4, das auf
dem Dielektrikum 3 angeordnet ist und die gleichen Abmessungen wie dieses hat. Die Erregung der Oberflächenwelle
erfolgt durch einen metallischen Auftrag S, der in Fig. 15 in Oberansicht dargestellt ist.
Praktisch besteht das magnetische Material 2 aus zwei übereinanderliegenden Plättchen, wobei die Oberseite
des unteren Plättchens den metallischen Auftrag 5 trägt, dessen Form aus Fig. 15 zu erkennen ist. Die
Richtungsleitung enthält ferner einen Eingangsanschluß 6 (Fig. 14a) und einen gleichartigen Ausgangsanschluß
7, für die Verbindung mit den Speisebzw. Verbraucherschaltungen und einem Permanentmagnet
8 für die Ausbildung des Magnetfeldes H in dem Material der Platte 2. Ein Gehäuse 9 kann für
den mechanischen Schutz der Anordnung verwendet werden; es trägt natürlich nicht zur Wellenausbreitung
bei und hat eine rein mechanische Aufgabe; es ist daher nicht unbedingt notwendig, da die Struktur
der Richtungsleitung eine ausreichende Festigkeit hat. Die von den Teilen 1, 2, 3 gebildete Anordnung ist
eine Harms-Goubau-Leitung, die eine Oberflächenwelle
vom Typ Quasi-TM übertragen kann. Wenn man sich auf die Theorie bezieht, ist festzustellen,
daß die Ausbildung der Wellenform TM unendlich großen Werten von O1 und a2 entspricht. Im vorliegenden
Fall kann man annehmen, was auch durch die Erfahrung bestätigt wird, daß die Oberflächenwelle
sich in einer solchen Struktur in einer Quasi-TM-Wellenform ausbreitet. Bei dieser Ausbreitungsform
liegt die überwiegende Komponente des elektrischen Feldes parallel zu dem Vormagnetisierungs-Gleichfeld
H. Unter diesen Bedingungen würde das Vorhandensein des für die Erregung der Oberflächenwellen
verwendeten dünnen Metallplättchens 5 die Verteilung des elektrischen Feldes nicht stören, wenn
es unendlich dünn wäre. In Wirklichkeit erzeugt es eine geringfügige Verformung des elektrischen Feldes,
welche die Ausbreitung nicht stört. Der Erreger S (Fig. 15) hat eine konische Form mit abgeschnittener
Spitze, wobei die optimale Form experimentiell auf Grund der Hornstrahler bestimmt worden ist, die
üblicherweise für die Erregung der Oberflächenwellen in zylindrischen Strukturen verwendet werden und
insbesondere in einem Aufsatz von Chavance und Chiron in der Zeitschrift »Annales des Telecommunications«,
Bd. 8, Nr. 11, November 1953, beschrieben sind.
Die öffnung des Erregers ist ziemlich klein, denn die Feldausdehnung in der Mündung des Erregers ist
infolge des Vorhandenseins des Ferritmaterials mit großer Dielektrizitätskonstante in dieser Mündung
sehr reduziert. Die Verbindungen sind dadurch hergestellt, daß die Ionenleiter der koaxialen Anschlüsse
6 und 7 mit dem aus einer Kupferfolie ausgeschnittenen Erreger S verbunden sind. Diese Form
des Plättchens S ist besonders günstig für die Herstellung der Richtungsleitung. Wie aus Fig. 15 hervorgeht,
bedeckt es praktisch die ganze Oberfläche Abi des magnetischen Materials 2. Die Erfahrung zeigt, Fell
daß man einen Oberflachenwellenerreger verwenden siel
kann, der nur einen Bruchteil der Oberfläche des aus Teils 2 einnimmt. Das Vorhandensein einer metal- wir
lischen Ebene großer Länge in der Mitte des Ferrit- wir materials verbietet jedoch jede Ausbreitung in der Bee
üblichen Wellenform TEM. Die Rechnung zeigt Die nämlich, daß das Vorhandensein der Metallisierung 5 rez
ίο den Wellenwiderstand auf einen Wert von weniger kei
als 1 Ohm im Fall einer Ausbreitung in der Wellen- i form TEM herabsetzt. Wenn also der Oberflächen- vor
wellenerreger S keine vollkommene Umformung der in zur Eingangsklemme übertragenen Welle in eine erfi
Oberflächenwelle durchführt, hat dies zur Folge, daß dui sie sich in der Struktur nicht ausbreiten kann. Der ele
Erreger S spielt daher die Rolle eines Filters für die voi unerwünschte Wellenform. Die Kennlinien von um
Fig. 16 sind mit einer Vorrichtung der in Fig. 14 En
dargestellten Art erhalten worden, welche die Ab- dei messungen O1 = a.2 = 10 mm, b — 3 mm aufwies, die
wobei die Anfangspermeabilität des verwendeten sei
Granats etwa 0,80 betrug, wie in Fig. 37 dargestellt Ai
ist, die Komponente des PermeabilitätstensoTs in der Wi Vorwärtsrichtung in der Größenordnung \on ' .''-O ist
lag, der Ferrit die Dielektrizitätskonstante fe -- 5 de
und das Dielektrikum die Dielektrizitätskonstante Ei εα = 15 hatte. Sti
Der Oberflachenwellenerreger S war ein Kuplc · Pe
plättchen mit der Dicke 0,05 mm und der Brei;: Di 10 mm. de
Das die Platte 2 bildende Ferritmaterial war ein ne reines Yttriumgranat, und das die Platte 3 bildeno:
Dielektrikum war ein gesintertes Keramikmaterial ζui' eii
der Basis von Magnesiumtitanat. Das Dämpfung- F glied 4 war durch ein Agglomerat aus Eisenpulver ne
und Kunstharz mit einer Dicke von 3 mm gebildet, tu Das angelegte Magnetfeld betrug etwa 300 Oersted, bf
Fig. 16 zeigt die experimentellen Kurven, weiche di die Einfügungsdämpfung <xd (untere Kurve) und die ei
Rückwärtsdämpfung α,- (obere Kurve) als Funktion gl
der Frequenz zeigen. Es ist zu bemerken, daß die ki Vorwärtsdämpfung zwischen 3 und 12 GHz einen ds
Wert beibehält, der 2,5 dB nicht übersteigt. Die obere B
Kurve zeigt, daß die Rückwärtsdämpfung im gleichen Frequenzband niemals kleiner als 21 dB ist. Sie V
erreicht bei bestimmten Frequenzen 30 dB. Die Struk- el tür von Fig. 14 ist jedoch nicht optimal, insbeson- n;
dere hinsichtlich der Wahl des magnetischen Materials im Hinblick auf den unteren Wert der Frequenz fl
im nutzbaren Band, und vor allem, wie später ge- g' zeigt wird, hinsichtlich der Wahl der Parameter O1 w
und aa. d
Die Wirkungsweise der Vorrichtung kann wie folgt S zusammengefaßt werden: Man kann annehmen, daß ^
unter der Wirkung des Vormagnetisierungs-Gleich- g feldes H die Permeabilität des Ferrits einen Wert in !
der Nähe von 1,60 in der Vorwärtsrichtung erreicht. 8 Die Abmessungen O1, α, und b sind so gewählt, daß 2
die Feldausdehnung der Quasi-TM-Oberflächenwelle s etwa dem Volumen der Teile 1, 2, 3 entspricht. In
der Rückwärtsrichtung ist die scheinbare Penneabili-'
tat des Mediums 2 bei einer bestimmten Ausführung8
auf einen Wert gebracht, der klein gegen μίϋ ist (in S
der Größenordnung von 0,25), und aus den zuvor er-c läuterten Gründen breitet sich praktisch die gesamte*
Energie im rechten Teil der Struktur aus, d. h. in " "
Nähe des Dielektrikums 3 und rings um dieses.
1 Abmessungen des Dielektrikums sind kleiner als die
1 Feldausdehnung. Unter diesen Bedingungen breitet :* sich ein eroßef Teil der Energie in dem Volumen
^ das von dem Dämpfungsglied 4 eingenommen
iw^he^ierForn?von Wärme vernichtet
ferner St der dielektrische Teil unter diesen ir ebenfalls wie ein strahlendes Element.
S Erläuterung erklärt den nicht-Lg,
erhebt jedoch
TkUK Sder Ausführungsform
UnFiR 14 darstellt, d. h. eine Richtungsleitung,
* welcher die WeI enausbreitung in einer Struktur
I JfOlR die a«s «*iner metallischen Ebene 1 in Verbin-I,.
oigt, aie .a-J>
-*"CI „ u 2 d ■ di_
'i Γι? mi - I1TdI ?bgesS Bei der AurfSirungsform
I ^fTH/ 'nd S^scSed^leometrischen
und elektrische! Parameter so gewählt, daß die Hilfeabsorptionsglied II in der Nahe der Belastung4
und das Anpassungs-D.elektr.kurn 13 be, den Schiit
zen 12 des Dielektrikums 3
F i g. 20 zeigt die Kennlinien der Einfugungsdarnpfung
,„ und Rückwärtsdämpfung v bei einer Ausführungsform
einer R.cntungsle.tung der in F,frl7
gezeigten Art, deren Parameter gegenüber den Werten
der Ausführungsform deren Kennlinien in
Fi^Ha g^t^^^^o^en SmJ61n^
Ric^ngs.eitung. In technologischer Hinsicht beruht
der wesentliche Unterschied zw^hen der Struktur von Fig. 21 und derjenigen von Fig. 14 dann daß
bei der neuen Ausfuhrungsform d,e Metallplatte 1 fortgelassen ist. Man erkennt wieder das magnetische
Material 2, das dielektrische Material 3 und die als Oberflächenwellerreger dienende Metallfolie 5. Der
Erreger 5 kann der Ausfuhrung von F.g. 15 ent-
η
le
jf
le
jf
!, diesem Zweck ist, im Gegensatz zu den zuvor be
I* -Λ ι ι ebenen Strukturen, für die Vorwärtsrichtung der
2 Ausbreitung die Richtung gewählt, bei welcher der jf Wert der Permeabilisät μld des Ferrits kleiner als μ,0
|i--t. In diesem Fall konzentriert sich die Energie in
11-. r Vorwärtsrichtung in dem Dielektrikum, und die
ί t ;nfügungsdämpfung ist kleiner als diejenige bei einer
■' luktur, bei welcher für die Vorwärtsrichtung die
ι' .'rmeabilität μίά gewählt wird, die größer als μ1ο ist.
' ;as Dämpfungsglied 4 ist dann im wesentlichen in
ier Nähe des gyromagnetischen Materials 2 angeordnet,
wie aus Fig. 17 hervorgeht.
__ Fig. 17a sind die Kennlinien
τ Richtungslsitung, die nach dem Schema von
j. 17 ausgeführt ist. Die in vollen Linien gezeich- |neten Kurven stellen die Daten dar, die für eine Struktur
mit homogenem Ausbreitungsmedium gelten (wo-Jbei also das Dielektrikum 3 fortgelassen ist), während
gestrichelten Linien die Daten sind, die sich auf Struktur beziehen, die derjenigen von F i g. 17
Dadurch wird der Einfluß des Dielektriin Fig. 17 umgestellt ist, hat
Form wie in Fig. 11. Die
^atische Darstellung einer
gsform von F i g. 17, bei weldeli
Ferrit 2 auf zwei Flächen
*Tf i ε 18 a ist eine bevorzugte Variante der Ober-
^aLnWlnenerregSngfuremeStrukturderinFig.!? 50
iSnSTSSut. In der Vorwärtsrichtung, in
Sr HiTppimeabilität u„ des Ferrits kleiner als
ti W^t I ™ d ¥efdausdehnung der Energie
ISßer Jnd di?Erregung kann schwieriger sein. Diese
Crd dadSch veSSert, daß eine Hornstrahler«-
tuni SSäitowSsie weist einen metallischen
^S 13 auf der mit einem Dielektrikum welches das zusammengesetzte Medium
3emSse^St Die Hornstrahlererregung vervolltand
KeErSung durch dieMetallfoüe 5.
pff W SSdSn unsymmetrischen Oberflächeng
^ nS Erreser ist dem unsymmetrifc
S ^ Iilrjdh^ di
Sn Fi^
von ri g.
den k-urSnSS ten C
lrj die
we^den die glei.
: Man St an^er
r die Unsymmetrie zwi- und c. di gekrümmten
hUg 10 mid 12, das
« einer Variante,* inFig.2, dargestellten
Ausführungsform der Richtungslertung wird das Dielektrikum
3 fortgelassen. Die Ausbreitung der Oberflächenwelle
erfolgt in der Struktur die auf das gyromagnetische
Matenal 2 beschrankt «t Diese Ausführungsform
ist derjenigen von F.g. 1 ähnlich (wobei
aber die Masseebene 1 fortgelassen ist). Es ist
offensichtlich, daß auch eine solche Struktur m den Rahmen der Erfindung fallt. In d.esem Fall treten
aber wieder die bereits im Zusammenhang mit der
Struktur von Fig. 1 angegebenen Nachtue auf und
die Lösung mit einem zusammengesetzten Matenal erscheint vorteilhafter.
F i g. 22 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfülrungsform der Vorrichtung von Fig. 21 Wie
zu erkennen ist, ist der Erreger im wesentlichen durch einen Metallylinder 13 gebildet, der demjemgen von
Fig. 18a analog ist und nut einem dielektrischen
Material 12 gefüllt ist, dessen Dielektnzi atskonstonte
in der Nähe derjenigen des gyromagnetischen Materials
liegt. Eine Metallfolie 5 geringer Dicke steht ,η
Kontakt mit dem Innenleiter des koaxialen An-Schlusses 6. Die Erregung erfolgt durch die aus dem
Hornstrahler 13, dem Dielektnkum 12 und der Metallfolie 5 gebildete Anordnung; bei dieser Art der
Erregung, die sich besonders für Strukturen ohne Masseebene eignet, ist es nicht notwendig, daß die
mittlere Metallfolie über die ganze Lange der Lei- ^Ug zusammenhängend ist; es braucht keine metallisehe
Verbindung zwischen den beiden Innenleitern der koaxialen Anschlüsse zu bestehen Eine solche
Struktur erregt in der Leitung 2, 3 von Fig. 21 eine
Oberflächenwelle, die sich in der Wellenform HEn
(oder einer sehr ähnlichen Wellenform) in dem massiven
dielektrischen Wellenleiter ausbreitet, der von den TeUen 2 und 3 gebildet wird. Die Abmessungen
und die Art der TeUe 2 und 3 sind die gkichen w.e
bei den entsprechenden Elementen der Anordnung
von Fig. 14. Die Dampfungskennlimen der so gebüdeten
Richtungsleitung sindIm Fig.23 dargestellt
Sie sind denjenigen von F1 g. 16 sehr ähnlich^
Fig. 24 zeigt eine Variante der Anordnung nach der Erfindung; bei welcher das zusammengesetzte
Ausbreitungsmedium eine zylindrische Form hat, während die zuvor beschriebenen Ausfuhrungsformen
quaderförmig waren. Das Dielektrikum 2 und der
Ferrit 3 erscheinen in Form von Stäben mit halbkreisförmigem
Querschmtt^ die an ihren flachen Seiten
entlang einer diametralen Ebene 20 aneinander-
29 " 30
gefügt sind. Das Dämpfungsglied 4 hat die Form vermieden werden muß. Es ist daher wichtig, die Ab- da
eines zylindrischen Mantel 4, der entweder die ge- messungen av a., und b (vgl. Fig. 14) der Struktur ria
samte Struktur umgibt oder vor allem den Teil, der so zu wählen, daß das Volumen des Dielektrikums die
als Träger für die^Wellenausbreitung in der Rück- größer als die I eldausdehnung ist, damit die Ver- sie
wärtsrichtung dient, wie in Fig. 24 dargestellt ist. 5 fuste in der Rückwärtsrichtung bei den Ausführungs- V3
Die Verbindungen sind, wie bei den zuvor beschrie- formen verringert werden, bei denen die Impedanz üb
benen Strukturen, durch koaxiale Anschlüsse 6 und 7 des Ferrits in der Vorwärtsrichtung klein ist. Die wii
gewährleistet, deren Innenleiter 21 mit dem Ober- Theorie der Ausbreitung einer Oberflächenwelle in
flächenwellenerreger 22 verbunden sind, der durch einem massiven dielektrischen Wellenleiter ermöglicht Ri,
eine Metallfolie gebildet ist, die in der Ebene 20 der io die Festlegung der geometrischen Eigenschaften der F i
den beiden Teilen 2 und 3 gemeinsamen Fläche an- Struktur, mit denen diese Bedingung erfüllt wird. vie
geordnet ist und die in Fig. 25 gezeigte Form hat. Man kann eine Richtungsgabel (Zirkulator) mit ist
Diese Form ist ein Rechteck, an das sich zwei gleich- Hilfe eines solchen Phasenschiebers dadurch realisie- ge:
schenklige Dreiecke anschließen, deren Basis mit der ren, daß drei Phasenschieber, die jeweils eine vor-
Schmalseile des Rechtecks zusammenfällt. Bei be- 15 bestimmte Phasenverschiebung ergeben, miteinander an
stimmten Ausführungsformen, bei denen die Vor- gekoppelt werden. Die Fig. 30 und 31 zeigen sehe- Vo
richtung Jang ist, kann der einzige Erreger 22 durch matisch bekannte Strukturen von Richtungsgabeln. ]Ui
zwei Wellenformwandler ersetzt werden, die nicht die aus Phasenschiebern gebildet sind. Die in Fi g. ?i' Ve
zusammenhängen, wie durch die Teile ABCDE und gezeigte Richtungsgabel in Dreieckschaltung ist aus Kc
A'B'C'D'E' angedeutet ist. 20 drei Phasenschiebergliedem 30, 31, 32 gebildet, von de
In Fig. 26 ist schematisch eine Oberansicht eines denen jedes eine Phasendifferenz von 60 ergibt und Sc
nichtreziproken Oberflächenwellen-Phasenschiebers beispielsweise durch den Phasenschieber von F i g. 2<
de dargestellt, weicher der Struktur der Richtungsleitung gebildet ist. Die drei Arme der Richtungsgabel sind mvon^Fig.
1 entspricht, d. h. als Träger für die WeI- bei 33, 34 bzw. 35 dargestellt. Eine solche Richl-.mgs- Vc
Ienausbreituii^ ein homogenes Medium au? gyro- 25 gabel ist bereits in der französischen Patentsciriit de
magnetischem Material aufweist. Man erkennt die ! 567 104 beschrieben. irb
Femiplatte 2 und den Erreger 5 sowie die An- Des Scher-11» von Fig. 31 entspricht einer einfach.α Er
Schlüsse 6 und 7. Die Form des Olcüäc^nwellen- Struktur einer Richtunjsgabe' bekannter Art mit \ur tui
erregers entspricht der in Fig. 11 gezeigten unsym- Armen 36. 37, 38, 39. Diese Richtungsgabel enthii-t tei
metrischen Art, wobei die Ferritplatte 2 rechteckig 30 zwei 3-dB-Richtkoppler 40 und 41 und zwei 90 - deist,
weil im Fall des Phasenschiebers die Energieab- Phasenschiebeglieder 42 und 43. die jeweils d>_, Aus- Kg
sorption durch den Ferrit vermieden werden muß. führung^form von Fig. 28 entsprechen. Der eire
Bei einer praktischen Ausführung hat die Ferritplatte Zweig enthält außerdem ein zweites Phasenschieber- ga] eine Breite von 10,5 mm, eine Länge von 65 mm und glied 44, das eine feste Phasenverschiebung von ',Su dei eine Dicke von 1,5 mm. Der verwendete Ferrit hat 35 erzeugt und beispielsweise durch einen gegebenenfalls ma ein Sättigungsmoment von 175OGauß cm3 bei 3GHz. mit einem Dielektrikum belasteten Lcitungsabs^vit \h Die Kennlinie der Phasenverschiebung als Funktion gebildet ist, dessen Länge pleich der halben Phasui- fojj des angelegten äußeren Magnetfeldes ist in Fig. 27 wellenlänge in der Leitung ist. Die Richtkoppler ·ίβ wij dargestellt. Sie ist über die ganze Fläche der Vor- und 41 können beispielsweise von der Art sein, wie uni richtung gleichförmig. Zum Vergleich ist in Fig. 29 40 sie in dem Aufsatz von Shelton in der Zeitschrift dei die Kennlinie eines nichtreziproken Phasenschiebers »Microwaves«, April 1965, S. 14 bis 19, beschrieben ^1 dargestellt, welcher der Struktur von Fig. 28 ent- ist. Der Koppler wird durch die Verbindung von de spricht, d. h. einer zusammengesetzten Struktur aus 8,34-dB-Kopplern erhalten. Sie umfassen das Fre- vvj, einem gyromagnetischen Material 2 und einem di- quenzband von 1 bis 10 GHz und beschränken somit
elektrischen Material 3 in Verbindung mit einer 45 nicht das Frequenzband der Phasencoh:cberglicdcr. de Masseebene 1. Der Oberflächenwellenerreger 5 ist Richtkoppler, welche sich für diese Ausführung zu zwischen zwei Materialplatten angeordnet. eignen, sind in der französischen Patentschrift wg
Bei einer praktischen Ausführung hat die Ferritplatte Zweig enthält außerdem ein zweites Phasenschieber- ga] eine Breite von 10,5 mm, eine Länge von 65 mm und glied 44, das eine feste Phasenverschiebung von ',Su dei eine Dicke von 1,5 mm. Der verwendete Ferrit hat 35 erzeugt und beispielsweise durch einen gegebenenfalls ma ein Sättigungsmoment von 175OGauß cm3 bei 3GHz. mit einem Dielektrikum belasteten Lcitungsabs^vit \h Die Kennlinie der Phasenverschiebung als Funktion gebildet ist, dessen Länge pleich der halben Phasui- fojj des angelegten äußeren Magnetfeldes ist in Fig. 27 wellenlänge in der Leitung ist. Die Richtkoppler ·ίβ wij dargestellt. Sie ist über die ganze Fläche der Vor- und 41 können beispielsweise von der Art sein, wie uni richtung gleichförmig. Zum Vergleich ist in Fig. 29 40 sie in dem Aufsatz von Shelton in der Zeitschrift dei die Kennlinie eines nichtreziproken Phasenschiebers »Microwaves«, April 1965, S. 14 bis 19, beschrieben ^1 dargestellt, welcher der Struktur von Fig. 28 ent- ist. Der Koppler wird durch die Verbindung von de spricht, d. h. einer zusammengesetzten Struktur aus 8,34-dB-Kopplern erhalten. Sie umfassen das Fre- vvj, einem gyromagnetischen Material 2 und einem di- quenzband von 1 bis 10 GHz und beschränken somit
elektrischen Material 3 in Verbindung mit einer 45 nicht das Frequenzband der Phasencoh:cberglicdcr. de Masseebene 1. Der Oberflächenwellenerreger 5 ist Richtkoppler, welche sich für diese Ausführung zu zwischen zwei Materialplatten angeordnet. eignen, sind in der französischen Patentschrift wg
Das Gleichfeld, das zur Erzielung einer maximalen 1 222 658 beschrieben. lic
Phasenänderung notwendig ist, hat im wesentlichen Fig. 32 zeigt eine Schnittansicht in einer die Aus- de
den gleichen Wert wie das Vormagnetisierung ^gleich- 50 breitungsrichtung enthaltenden Mittelebene durch Kt
feld, das bei der Richtungsleitungsstruktur von eine Ausführungsform einer dreiarmigen Ricbtungs- mi
Fig. 14 oder bei der Richtungsleitungsstruktur von gabel nach der Erfindung. Diese Kichttingsgabel ist
Fig. 17 zur Erzielung eines maximalen Verhältnisses im wesentlichen durvh ein Glied von gleicher Art wie un
zwischen der Rückwärtsdämpfung und der Vorwärts- die in Fig. 17 gezeigte Struktur gebildet, bei der das ge
dämpfung unter den gleichen Betriebsbedingungen 55 Dämpfungsglied fortgelassen ist. An S.Jle die=^s au
und bei den gleichen Abmessungen angewendet wird. Dämpfungsglieds ist eine Kopplungsvorrichtung vor- mi
Die bei 6 GHz erhaltenen Ergebnisse bestätigen, daß cesehen, die mit einem koaxialen Ausgang K1 ver- Rj
die Energie fast vollkommen im Innern des Mediums bunden ist. Diese Kopplungsvorrichtung kann durch te:
in der einen Ausbreitungsrichtung und fast vollkom- eine Übertragungsleitung gebildet sein, die aus einem M
men außerhalb des Mediums in der anderen Ausbrei- 60 Dielektrikum 45 besteht, «las vollkommen oder tcil-
tungsrichtung enthalten ist; bei einem Phasenschieber weise durch eine Metallisierung bedeckt ist. Diese -p
kann es jedoch störend sein, wenn man zu sehr ver- Metallisierung ist an den Innenleiter des koaxialen vc
schiedene Dämpfungen in den verschiedenen Aus- Ausgangs F3 angeschlossen und gegebenenfalls mit q
breitungsrichtungen erhält. Nun war zuvor im Fall der Metallfolie 5 verbunden, die für die Erregung u,
der Richtungsleitungen zu erkennen, daß sich die 65 der Hauptoberfiächcnwelle dient. Diese Richtunus- »,
Dämpfung in der Rückwärtsrichtung wenigstens zum gabel arbeitet, nach folgendem Prinzip: In der Aus- s
Teil aus den Strahlungsverlusten der Struktur ergab, breitungsrichtung von F1 nach F0 (Pfeil 44) hat das Vl
so daß diese Verlustursache bei einem Phasenschieber Vormagnetisierungs-Gleichfeld eine solche Richtung, tj
die Ab-•iruktur
trikums
e Verirungspedanz
st. Die
eile in
Oglicht
;en der
d.
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>r) mit
ealisie-
:e vornander
ι schezabeln.
g. 30
ist aus
't. von
Ti und
ig. 28
sind
lungs-
-chrift
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achen
it vier
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180
nfalls
;hnitt
ascner 40
. »ie
jhnft
ieben
von
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von
Fre-,omit
eder.
irung
-•hrirt
eder.
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Ausurch
ings-■1 ist
. wie
Jas
ieses
vorverirch
η cm
teil-
ings-■1 ist
. wie
Jas
ieses
vorverirch
η cm
teil-
daß sich die Oberflächenwelle im Inneren des Materials befindet; in der Rückwärtsrichtung befindet sich
die Energie bekanntlich außerhalb der Struktur, und sie wird von der Kopplungsvorrichtung am Ausgang
V3 eingefangen. Aus den gleichen Gründen ist die
über den Arm F3 eintretende Energie am Ausgang V1
wiederzufinden.
Die Kurven von Fi g. 33 zeigen die Kennlinien der
Richtungsgabel von Fig. 32. Das Schema von Fig. 34 zeigt in der gleichen Ebene eine Ansicht einer
vierarmigen Richtungsgabel. Diese Richtungsgabel ist im wesentlichen aus zwei Gliedern der in Fi g. 17
gezeigten Art gebildet.
Diese beiden Glieder sind parallel nebeneinander angeordnet und durch eine Kopplungsvorrichtung 46
von gleicher Art verbunden, wie sie für die Ankopplung des Arms V3 bei der Richtungsgabel von F i g. 32
verwendet wird. In bestimmten Ausführungen Ist die Kopplung 46 nicht vorhanden, und die beiden Glieder
sind ohne Zwischenraum aneinandergefügt. Das Schema von Fig. 36 zeigt schematisch die Richtung
der magnetischen Wechselfelder in der Struktur. Gemäß einer bevorzugten Ausführung hat das angelegte
Vormagnetisierungs-Gleicbfeld in den beiden Gliedern
die gleiche Richtung. In diesem Fall folgt die über den Arm F2 der Richtungsgabel eintretende
Energie dei durch den Pfeil 47 angegebenen Ricntung;
die Energie kann sich dann in zwei Teile aufteilen, <on denen ein Teil zu dem Ausgang V3 und
d:r anden. Teil zu dem Ausgang V, gelangen
können.
Wie in Fig. 36 gezeigt ist, findet die zum Ausgang V1 gerichtete Energie eine solche Polarisation
des Wechselfeldes, daß die Permeabilität des gyromagnetischen Materials klein ist, während die zum
Ausgang V3 gerichtete Energie eine hohe Permeabilität
findet; die vom Arm T', abgegebene Energie wird zu der Richtung mit hoher Permeabilität geführt
ind findet sich am Ausgang K3. Umgekehrt ist in
der Richtung von F3 nach K4 die Permeabilität des
Materials gering, und die Energie wird im Innern des Mediums gehalten und findet sich am Arm F4
wieder.
Die Kurven von F i g. 35 zeigen die Eigenschaften der vierarmigen Richtungsgabel vnn F i g. 34. Es ist
zu bemerken, daß die Dämpfungen in den vier Vorwärtsrichtungen der Wellenausbreitung im wesentlichen
gleich sind, was ein großer Vorteil gegenüber den vierarmigen Richtungsgabeln ist, die durch die
Kombination von zwei dreiarmigen Richtungsgabeln mit Verbindungsstelle gebildet sind.
Die Ausbildung der Richtungsgabeln von F i g. 32 und 34 beruht auf der Verwendung von zusammengesetzten
Gliedern aus magnetischem Material und aus dielektrischem Material und auf den Strukturen
mit Masseebene. Es ist aber offensichtlich, daß auch Richtungsgabeln aus Gliedern mit homogenem Material
(ohne Dielektrikum) und aus Strukturen ohne Masseebene gebildet werden können.
Die Ausbreitung einer Oberflächenwelle vom Typ TM oder vom Typ Quasi-TM in der Struktur
von Fig. 14 kann mathematisch insbesondere auf Grund des Aufsatzes von H. Kaden, »Dielektrische
und metallische Wellenleiter« in der Zeitschrift »Archiv für elektrische Übertragung«, August 1952,
S. 319 bis 332, und des später erwähnten Aufsatzes von Severin und Schulten untersucht werden.
Die Untersuchung, die insbesondere im Anhang I des eisten Aufsatzes angegeoen ist, bezieht sich auf das
zusammengesetzte Medium 1, 2, 3, wenn das angelegte Vormagnetisierungsfeld H Null ist. Das magnetische
Material verhält sich nämlich dann wie ein dielektrisches Material der Permeabilität//,·„ und
der Dielektrizitätskonstanten ε,, wobei diese beiden Größen skalare Größen sind, d.h. in dem Material
konstant und insbesondere unabhängig von der Orientierung in bezug auf eine feste Bezugsrichtung
ίο sowie von der Frequenz sind, wenn das Material
geeignet gewählt ist. Als Beispiel sind in Fig. 37 die
Änderungen der Permeabilität von Yttrium-Eisen-Granat bei dem Feld Null zwischen 2 und 12 GHz
dargestellt. Es ist zu sehen, daß dieser Parameter im
Frequenzband im wesentlichen konstant bleibt. Dies gilt nicht mehr beim Vorhandensein eines von Null
verschiedenen Magnetfeldes//, da die Permeabilität des magnetischen Materials dann eine Tensorgröße
wird. Diese Überlegungen ermöglichen es, die von
ao Kaden angestellten Berechnungen aufzugreifen.
Die Untersuchung führt zu den gleichen allgemeinen Schlüssen, nämlich daß die Struktur keine Grenzfrequenz
aufweist. Jedoch führt der endliche Wert der Parameter ax und a2 zu dem Begriff der »klein-
3ten Frequenz«, die über das Medium 1-2-3 mit einer von vornherein festgelegten Vorwärtsdämpfung
übertragbar ist (theoretische Einfügungsdämpfung der Vorrichtung ohne Berücksichtigung der Umwandlungsverluste
bei der Wellenform-Umwandiung
oder der Erregungsverluste). Wenn man annimmt, daß etwa 25°/o der Energie sich außerhalb des zusammengesetzten
Mediums ausbreiten und in dem absorbierenden Plättchen in der Vorwärtsrichtung absorbiert
werden kann, also etwa 1 dB Verlust bei der niedrigsten Betriebsfrequenz, kommt man zu der vereinfachten
Formel:
Darin sind:
td = Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums,
α., = Breite der dielektrischen Platte,
b = gemeinsame Dicke der beiden Teile des
Mediums 2 bis 3.
Mediums 2 bis 3.
Die Formel (3) ist unter der Annahme berechnet worden, daß die zuvor angegebenen Formeln (1)
und (2) erfüllt sind; in diesem Fall kann man an-
nehmen, daß sich das magnetische Material wie das dielektrische Material verhält, so daß das zusammengesetzte
Material näherungsweise einem homogenen, dielektrischen Material der doppelten Breite gleichgesetzt
werden kann.
In der ganzen vorstehenden Beschreibung ist das Vorhandensein von Oberflächenwelle!! in der Struktur
1-2-3 vorausgesetzt worden. Dieses Vorhandensein schreibt jedoch gewisse Bedingungen vor, wenigstens
hinsichtlich der geometrischen Abmessungen der Struktur. Wenn die Ergebnisse der theoret'.chen
Untersuchung über zylindrische Strukturen, die von H. Severin und G. Schulter, in der Zeitschrift
»Philips technische Rundschau«, Bd. 26, Nr. 4, 19C5 S. 114, veröffentlicht worden sind, auf die Bedingungen
der Struktur von Fig. 14 angewendet werden, kann man eine Beziehung zwischen der maximalen
Frequenz der Oberflächenwelle nnd den geometrischen Parametern aufstellen, die das Vor-
handensein der Oberflächenwelle garantiert. Diese Beziehung ist:
0,76 (4)
Darin sind:
U1 = Breite des magnetischen Materials,
a, = Breite des dielektrischen Materials, b = gemeinsame Höhe der beiden Teile,
ε, = Dielektrizitätskonstante des magnetischen
Materials in der Vorwärtsrichtung, μΙά = Permeabilität des magnetischen Materials
Ίώ der Vorwärtsrichtung,
ed = Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums
Die Formeln (1), (2), (3) und (4) ermöglichen es, die Abmessungen av a„ und b so zu wählen, daß
ein Betrieb in einem gegebenen Frequenzband erhalten wird. Eine vollständige Untersuchung der
Wellenausbreitung in der Struktur geht über den Rahmen der vorliegenden Beschreibung hinaus. Die
Gleichungen (1), (2), (3) und (4) gelten auch für die Struktur von Fig. 17, wenn, wie K ad en bemerkt
hat, die Analogie zwischen den Strukturen bei Anwendung der Theorie der elektrischen Abbildung
berücksichtigt wird.
Die numerische Anwendung der Gleichungen (1), (2), (3), (4) in dem betrachteten Frequenzband
(3 bis 12 GHz) hat (ausgehend von den gemessenen Werten) die folgenden Ergebnisse geliefert:
ed = 10 ; ε, = 13 ; μ1ο = 0.8 ;
μΜ = 0,25 ; d = 3 mm ;
α.,= 10mm; Fmax = 10 500MHz;
μΜ = 0,25 ; d = 3 mm ;
α.,= 10mm; Fmax = 10 500MHz;
Fmin=2400MHz.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (28)
1. Nichtreziproke Übertragungsanordnung für elektromagnetische Höchstfrequenzwellen mit
einem gyromagnetischen Material, das unter dem Einfluß eines Vormagnetisierungs-Gleichfeldes
steht, gekennzeichnet durch eine Oberflächenwellenleitung,
deren Ausbreitungsmedium (2, 3) wenigstens zum Teil aus dem gyromagnetischen Material besteht und eine parallel zu der
Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle liegende größte Abmessung hat, während die beiden
anderen Abmessungen klein gegen diese Abmessungen sind, eine Vormagnetisierungs-Vorrichtung
(8), die in wenigstens einem Teil des Ausbreitungsmediums (2, 3) der Oberflächenwellenleitung
ein homogenes Magnetfeld derart ausbildet, daß die Permeabilität (piä) des gyromagnetischen
Materials in der Richtung parallel zu dem angelegten Magnetfeld wenigstens für ao
eine Ausbreitungsrichtung sehr verschieden von seiner Anfangspermeabilität (//f0) ist, und durch
eine Erregungsanordnung (5), welche eine dem Eingang der Oberflächenwellenleitung zugeführte
Eingangswelle (TEM-Raum-Welle) in eine Oberflächenwelle der Wellenform TM oder
Quasi-TM oder der Hybridform HE11 und am Ausgang der Oberflächenwellenleitung die Oberflächenwelle
in eine Ausgangswelle (TEM-Raum-Welle) umformt.
2. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Erregungsanordnung (5) durch eine metallische Ebene gebildet ist, die im Innern des Mediums
(2) aus gyromagnetischem Material auf seiner ganzen in der Ausbreitungsrichtung gemessenen
Länge angebracht und trapezförmig zugeschnitten ist, wobei die Grundseiten des Trapezes parallel
zu der Ausbreitungsrichtung liegen und die zur großen Grundseite gehörenden Ecken durch
leitende Streifen verlängert sind, welche als Anpassungsieitungsabschnitt
dien*- . (Fig. 15).
3. Nichtreziproke übertragungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die
Erregungsanordnung (5) durch zwei ebene lei tende Strukturen gleicher Form gebildet ist. die
in der gleichen Ebene angeordnet sind, welche die Ausbreitlingsrichtung enthält und als Symnrnrieebene
für den Querschnitt des magnetischen Mediums dient, und die in Form von rechteckigen Trapezen ausgeschnitten sind, deren
Grundseiten parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegen und von denen die der großen Grundseite
■Mitsprechende Ecke, deren Winkel kein rechter Winkel ist, durch einen leitenden Streifen verlängen
ist, der die Rolle eines Anpassungsleitungsabschnittes spielt (Fi g. 8. 25).
4. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine leitende
F.bcne (·), auf der das Medium (2) aus magnctischem Material aufliegt und deren senkrecht zu
der Ausbreitungsrichtung liegende Abmessung groß gegen die entsprechende Abmessung des
Mediums aus magnetischem Material ist (Fig. 1,
2. 4, 6. 7, 8, 9, 11. 14, 17. 18, 19, 28, 32). "
5. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 4 vom Typ einer Richtungsleitung
(Isolator), dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (2) aus magnetischem Material an wenigstens
einer seiner Flächen in Berührung mit einer angepaßten Belastung (4) steht und daß das
homogene Magnetfeld so ausgebildet ist, daß in einer der Ausbreitungsrichtungen der Wert der
Permeabilität C«W) in der Richtung des Magnetfeldes
groß gegen den Wert der Permeabilität ist, die τ dem magnetischen Material in der Nähe
des angepaßten Abschlusses besteht, wenn das Magnetfeld nicht vorhanden ist (Fig. 1, la).
6 Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß
die Erreoungsanordnung (5) eine Metallplatte oder Metallschicht ist, welche die allgemeine
Form eines Rechtecks hat, dessen Langsachse p—allel zu der Ausbreitungsrichtung hegt und
dessen Ecken durch gekrümmte Einschnitte (51, 52 53- 54) abgeschnitten sind, deren konvexe
«eilen zu der Längsachse hin gerichtet sind, und
die zwei geradlinige Abschnitte an den Seiten des Rechtecks begrenzen, die senkrecht zu der
Längsachse liegen, und daß die Eingangs- und Ausganssanschlüsse (6, 7) an einem von ihrer
Mitte verschiedenen Punkt dieser geradlinigen Abschnitte angebracht sind, der nicht in ihrer
Mitte liest (C, Φ tv, F ig. 2).
7 Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erreguncsanordnung (5) eine Metaliplatte oder Metallschicht ist, welche die allgemeine
Form eines Trapezes hat, dessen parallele Seiten parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegen und
dessen der kleinen Seite benachbarte Ecken durch gekrümmte Einschnitte abgeschnitten sind,
deren konvexe Seiten zui großen Seite hin gerichtet sind, und die zwei geradlinige Abschnitte
an ''en senkrecht zu den Grundseiten liegenden
Seiten des Trapezes begrenzen, die verschiedene Längen haben, und daß die Eingangs- und Ausganpsanschlüsse
(6, 7) in der Nähe der nicht abgeschnittenen Ecken angebracht sind (Fig I).
8. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Durchlaßband der Übertragunesanordnung
abgestimmte strahlende Schlitze (lOfcntl.tns einer der parallel zur Ausbrcitungsrichtuna
'.leeenden Seilen der Erregungsanordnung
(S) angebracht sind und daß die strahlenden Schlitze (10) mit einem absorbierenden Material
(11) bedeckt sind (F i g. 4).
9. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Durchlaßband der Ubertragungsanordnung abgestimmte strahlende Schlitze
(12) entlang einer der parallel zur Ausbreitungsrichtunn
liegenden Seiten der Erregungsanordnung (5) angebracht sind und daß die strahlenden
Schlitze (12) mit einem dielektrischen Material (13", bedeckt sind (Γ i g. 4).
10. Niclitrczipiuke Übertragungsanordnung
nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem magnetischen Material
(2) entlang einer parallel zu der AusbreitungsricmiMig
liegenden Snite Unstetigkeiten (14, 15) angebracht sind (F i g. 6, 7).
11. Nichtixviproke OKrtragungsanorJnung
nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeiten Löcher (14) sind (F i g. 6).
ier las in ler etst.
he as
ch aß tte ne ■s."
id
xe id ;n er !d
er in er
te ie :n id
:n d,
te :n ie
12. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Löcher (14) mit dielektrischem Material (14') aefüllt sind (F i g. 6).
13. Nichtreziproke Übertrayungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unstetigkeiten Kerben (15) sind, die in einem parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegenden
Rand des magnetischen Materials angebracht sind (F i g. 7).
14. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 13. dadurch
oekennzeichnet, daß die Vorrichtung (8) zur Ausbildung
des Magnetfeldes so ausgeführt ist, daß sie in einem ersten Bereich des magnetischen
Materials ein gleichförmiges magnetisches Gleichfeld von einem ersten Wert und einem zweiten
Bereich des magnetischen Materials ein gleichförmiges magnetisches Gleichfe'd von einem
zweiten Wert ausbildet, daß die beiden Bereiche eine die Ausbreitungsrichtung enthaltende Verbindungsfläche
habeii und daß einer der beiden Bereiche für die Absorption der elektromagnetischen
Energie in einer Ausbreitungsrichtung dient (Fig. 9). "
15. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
einer der beiden Werte Null ist.
U-.. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichr. :t. daß
die beiden Werte des Magnetfeldes gro.kr als der Wert des Magnetfeldes sind, welcher der
gyromagnetischen Resonanz des Materials in
dem Betriebsfrequenzbereich entspricht.
17. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Werte des Magnetfeldes kleiner als der Wert des Magnetfeldes sind, welcher der
gyroniugnetischen Resonanz des Materials in dem Betriebsfrequenzbereich entspricht.
IS. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Form des Bereichs des magnetischen MateriaK. in dem das Magnetfeld den Wert Null hat.
für die Führung der Wellen geeignet ist. die sich darin in der Rückwärtsrichturg ausbreiten
(Fig.)).
19. Nichtreziproke Übertragungsanordnung >v>ch Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eines der magnetischen Gleichfckkr umgekehrt zu demjenigen magnetischen Gleichfeici
gerichtet ist, das die gyromagnetische Resonanz in dem magnetischen Material bei der
Betriebsfn'i]uenz erzeugt.
20. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nacti Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das als Ί rager für die Wellenausbreitung dienende Medium (2, 3) zusammengesetzt ist und
wenigstens einen ersten Teil (2) aus magnetischem Material aufweist, der bc::r. Fehlen eines iiußeren
Magnetfeldes die Anfangspermeabilität //,„ und die Dielektrizitätskonstante r, hat. und einen
zweiten Teil aus einem dielektrischen Material mit der Permeabilität //,. ~- 1 und der Dielektrizitätskonstante
f,„ daß die beiden Teile eine gemeinsame Verbindungsfiächo haben, welche die
Ausbreitungsrichtung enthält, und daß die Materialien so gtvähli sind, daß beim Fehler eines
Vormagnetisierungsieldes gilt: ,«/ο ' f' ~ "e ' ε'
(Fig. ίΐ, 21).
21.' Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine
leitende Ebene (1), auf welcher das zusammengesetzte Medium (2, 3) aufliegt und deren senkrecht
zu der Ausbreitungsrichtung liegende Abmessung groß gegen die entsprechende Abmessung
des zusammengesetzten Mediums ist (F fg. 14).
22. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erregungsanordnung durch die Kombination einer Metallplatte oder Metallschicht
(5) mit zwei Hornstrahlern (13) gebildet ist. daß die Metallplatte oder Metallschicht (s)
die allgemeine Form eines Trapezes hat, dessen parallele Seiten parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegen und dessen der kleinen Seite benachbarte
Ecken durch gekrümmte Einschnitte abgeschnitten sind, deren konvexe Seiten zur großen Seite hin gerichtet sind, wobei die Einschnitte
an den Seiten des Trapezes zwei senkrecht zu den Grundseiten liegende geradlinige
Abschnitte von unterschiedlicher Länge begrenzen und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
in der Nähe der nicht abgeschnittenen Ecken angebracht sind, und daß die beiden Hornstrahler
(13) mit einem dielektrischen Material (12) gefüllt sind, an den Enden des magnetischen
Teilst) des zusammengesetzten Mediums liegen
und den magnetischen Teil in einer senkrecht zu der Metallplatte bzw. Metallschicht (5) liegenden
Ebene umgeben (Fig. 18a, 22).
23. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erregungsanordnung (5) eine Metallplatte oder eine Metallschicht ist. welche die allgemeine
Form Hnes Trapezes hat. dessen parallele Seiten parallel zu der Ausbreitungsrichtung liegen und
dessen der kleinen Seite benachbarte Ecken durch gekrümmte Einschnitte abgeschnitten sind,
deren konvexe Seiten zur großen Seite hin gerichtet sind, daß die Einschnitte an den Seiten
des Trapezes zwei senkrecht zu den Grundseiten stehende geradlinige Abschnitte von unterschiedlicher
Länge begrenzen und daß die Eingangsund Ausgangsanschlüsse in der Nähe der nicht
abgeschnittenen Ecken angebracht sind (Fig. 19).
24. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 21 oder 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (8) zur Ausbildung
des Magnetfeldes so ausgeführt ist, daß sie in einem ersten Bereich des magnetischen Malerials
ein gleichförmiges magnetisches Gleichfeld von einem ersten Wert und in einem zweiten
Bereich des magnetischen Materials ein gleichförmiges magnetisches Gleichfeld von einem
zweiten Wert erzeugt und daß die beiden Bereiche eine Verbindungsnächc haben, welche die Aushreitungsrichtung
enthält (Fig. 14 in Verbindung mit Fig. 9).
25. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Teile (2,3) des zusammengesetzten Mediums zylindrische Teile mit gleichem halbkreisförmigem
Querschnitt sind und entlang ihrer die Ausbreitungsrichiung enthaltenden ebenen
Fläche in Berührung miteinander stehen (F i g. 24, 25).
26. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
daß das homogene; Magnetfeld senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung steht (Fig. 1,14).
27. Nichtreziproke Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
daß das homogene Magnetfeld eine von Null verschiedene Komponente in der Ausbreitungsrichtung
aufweist (F i g. 8).
28. Nichtreziproke Ühertragungsanordnung
nach Anspruch 21 nach Art einer dreiarmigen Richtungsgabel (Zirkulator), dadurch gekennzeichnet,
daß ein dritter Teil (45) aus dielektrischem Material mit der Permeabilität μ/ = 1 und der
Dielektrizitätskonstante ε/ in Kontakt mit dem ersten Teil (2) aus magnetischem Material entlang
einer parallel zu der Verbindun^tläche zwischen dem ersten Teil (2) und dem zweiten Teil (3)
liegenden Verbindungsfläche angeordnet ist, daß das Material des dritten Teils so gewählt ist. daß
gilt:
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7120343A FR2139767B1 (de) | 1971-06-04 | 1971-06-04 | |
FR7131223A FR2150597B2 (de) | 1971-06-04 | 1971-08-27 | |
FR7210778A FR2177507B2 (de) | 1971-06-04 | 1972-03-28 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2226726A1 DE2226726A1 (de) | 1973-01-04 |
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DE2226726C3 DE2226726C3 (de) | 1982-05-27 |
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ID=27249584
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2226726A Expired DE2226726C3 (de) | 1971-06-04 | 1972-06-02 | Nichtreziproke Übertragungsanordnung für elektromagnetische Höchstfrequenzwellen |
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DE (1) | DE2226726C3 (de) |
GB (1) | GB1398768A (de) |
NL (1) | NL7207487A (de) |
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