DE806150C

DE806150C - Elektromagnetische Vorrichtung

Info

Publication number: DE806150C
Application number: DEN334A
Authority: DE
Inventors: Jan Jesayas Christi Hardenberg; Jacob Louis Snoek
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1948-02-13
Filing date: 1950-01-01
Publication date: 1951-06-11
Also published as: CH272407A; BE487331A; GB674874A; NL138838B; FR980648A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 11. JUNI 1951

N 334 Villa/2ia*

ist in Anspruch genommen

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Vorrichtung, z. B. eine Selbstinduktionsspule oder überhaupt eine Induktanz, bei der ein magnetisches Wechselfeld in einem ferromagnetischen Medium wirksam ist. Eine solche Vorrichtung soll bei hohen Frequenzen, z. B. im Frequenzbereich über ι MHz hinaus, verwendet werden, einem Frequenzbereich, für den z. B. die Möglichkeit geschaffen wird, in einfädler Weise bestimmte, gegebenenfalls regelbare Impedanzen zusammenzusetzen.

Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die bewirken, da ti im ferromagnetischen Medium, das vorzugsweise aus hochpermeablem, nahezu nicht leitendem Ferrit besteht, ein permanentes oder halbpermanentes polarisierendes Magnetfeld in einer zur Richtung des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes senkrechten Richtung wirksam ist, wobei das polarisierende Magnetfeld eine solche Stärke hat, daß die entsprechende Prä-Zessionsfrequenz der die magnetischen Eigenschaften herbeiführenden Elektronen um dieses polarisierende Feld sich angenähert mit der Frequenz des Hochfrequenzfeldes deckt. Unter einem halbpermanenten Magnetfeld soll dabei ein Feld verstanden werden, dessen Momentanwert sich langsam im Vergleich zu dem des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes ändert.

Der Erfindung liegt die Erscheinung zugrunde, daß die Permeabilität eines ferromagnetischen Mediums, das von einem permanenten oder halbpermanenten Magnetfeld polarisiert wird und in

dem außerdem senkrecht zu diesem permanenten oder halbpermanenten Feld ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld wirksam gemacht wird, in der Nähe der Präzessionsfrequenz eine starke Änderung erleidet. Infolgedessen wird z. B. eine mit einem solchen polarisierten ferromagnetischen Kern versehene Induktanz, der eine Schwingung mit einer Frequenz in der Nähe dieser Präzessionsfrequenz zugeführt wird, bei dieser Frequenz eine

ίο starke Impedanzänderung aufweisen und sich gegebenenfalls wie ein abgestimmter Schwingungskreis verhalten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine Hochfrequenzschwingung in der Weise

»5 moduliert werden, daß diese Schwingung einer Vorrichtung zugeführt wird, durch die ein entsprechendes magnetisches Hochfrequenzwechselfeld in einem ferromagnetischen Medium erzeugt wird. Dieses Medium besteht vorzugsweise aus einem

ao hochpermeablen, nahezu nicht leitenden Ferrit, das unter dem Einfluß eines zu einer Komponente dieses Wechselfeldes senkrechten, modulierenden Magnetfeldes polarisiert wird. Hierbei deckt sich die durchschnittlich diesem modulierenden Magnetfeld ent-

a5 sprechende Präzessionsfrequenz der die magnetischen Eigenschaften hervorrufenden Elektronen des ferromagnetischen Mediums nahezu mit der Frequenz der Hochfrequenzschwingung. Die Modulation dieser Schwingung wird bewirkt, indem dieses modulierende Magnetfeld nach Maßgabe einer Modulationsschwingung über einem gekrümmten Teil der Modulationskennlinie geändert wird. Zu diesem Zweck wird eine solche Induktanz z. B. in eine Röhrenschaltung mit positiver Rückkopplung eingefügt, wodurch eine Schwingung mit einer von der Stärke des polarisierenden Magnetfeldes abhängigen Frequenz erzeugt wird. Die Änderung der Induktanz weist sogar einen fast sprunghaften Verlauf auf, wobei die Permeabilität auf negative Werte, d. h. auf eine entgegengesetzte Phase der magnetischen Induktion in bezug auf das eingehende Magnetfeld, herabsinken kann.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. ι stellt eine erfindungsgemäß ausgebildete Selbstinduktionsspule dar, deren Eigenschaften an Hand der Fig. 2 erläutert werden;

Fig. 3, 4 und 5 stellen Vorrichtungen dar, mittels deren z. B. die Frequenzmodulation einer Hochfrequenzschwingung erfolgen kann;

Fig. 6 bis 8 stellen Beispiele dar, bei denen die vom ferromagnetischen Medium herbeigeführte veränderliche Dämpfung benutzt wird, die mit der imaginären Permeabilität einer durch eine Wellenleiter, z. B. ein gleichachsiges Kabel, laufenden Welle zusammenhängt;

Fig. 9 bis 11 zeigen Beispiele, bei denen die Änderung der reellen und imaginären Permeabilität eine veränderliche Reflexion an der Oberfläche des ferromagnetischen Mediums herbeiführt;

Fig. 12 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die erzeugte Amplitudenmodulation vornehmlich auf die Dämpfung infolge der imaginären Permeabilität zurückgeführt wird, die ein Hohlraumresonator infolge des polarisierten ferromagnetischen Mediums erfährt;

Fig. 13 bis 16 stellen beispielsweise Hohlraumresonatoren dar, bei denen die vom polarisierenden Magnetfeld hervorgerufene Amplitudenmodulation sowohl auf die Änderung der reellen als auch auf die der imaginären Permeabilität zurückzuführen ist;

Fig. 17 dient zur Erläuterung der Fig. 6 bis 16.

In Fig. ι bezeichnet 1 die Wicklung einer Selbstinduktionsspule, die einen ferromagnetischen Kern 2 enthält. Der Kern 2 ist schematisch dargestellt und kann z. B. aus hochpermeablem, nicht leitendem Ferrit bestehen. Der Wicklung 1 wird eine elektrische Hochfrequenzschwingung über die Klemmen 3 zugeführt, wodurch im ferromagnetischen Medium 2 ein magnetisches Wechselfeld H von gleicher Hochfrequenz wirksam wird. Gemäß der Erfindung wird senkrecht zu diesem magnetischen Wechselfeld H ein polarisierendes Magnetfeld H₀ wirksam gemacht, das gegenüber der Amplitude H des Wechselfeldes groß ist und das zur Folge hat, daß das Medium angenähert in Sättigung gebracht wird; hierbei ist die Stärke dieses polarisierenden Magnetfeldes H₀ derart eingestellt, daß die Frequenz, mit der die sich um ihre eigene Achse drehenden, die magnetischen Eigenschaften des ferromagnetischen Materials bedingenden Elektronen eine Präzessionsbewegung um dieses polarisierende Magnetfeld herum vollführen (Präzessionsfrequenz), die sich nahezu mit der Frequenz der den Klemmen 3 zugeführten elektrischen Schwingungen deckt.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende: Es ergibt sich, daß für Frequenzen, die der Präzessionsfrequenz nicht entsprechen, die von der Kombination der Wicklung 1, des Kerns 2 und des polarisierenden Magnetfeldes H₀ gebildete Selbstinduktionsspule eine geringe Impedanz hat, da infolge des Magnetfeldes H₀ das ferromagnetische Medium nur eine geringe Permeabilität hat. Es ergibt sich jedoch, daß in der Nähe der Präzessionsfrequenz die Permeabilität ti als Funktion der Frequenz / eine wesentliche Änderung erleidet. Oberflächlich gesprochen kann die Ursache dieser Erscheinung dadurch erklärt werden, daß für diese Frequenz die Präzessionsbewegung der Elektronen in Resonanz mit dem zum polarisierenden Feld H₀ senkrechten magnetischen Hochfrequenzfeld H kommt. Ein abgestimmter Kreis, der eine solche Selbstinduktionsspule enthält, weist eine Resonanzfrequenz f_r als Funktion des polarisierenden Magnetfeldes H₀ auf, die, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, bei der dem Feld H₀ entsprechenden Präzessionsfrequenz f_p plötzlich eine besonders starke Änderung erleidet. Der Amplitudenmodulation liegt das Verhalten eines solchen ferromagnetischen Mediums zugrunde, wie an Hand der in Fig. 17 dargestellten Kennlinien veranschaulicht ist.

Die Kurve A₁ f bezeichnet die Verstimmung, die ein abgestimmter Kreis erleidet, wenn die in diesem Kreis enthaltene Induktanz einen ferromagnetischen,

von einem polarisierenden Magnetfeld H₀ in einer bestimmten Richtung annähernd in Sättigung versetzten Kern enthält. L^Tnter Induktanz soll dabei nicht nur eine konzentrierte Selbstinduktion, sondem auch z. B. die nichtkonzentrierte Induktion verstanden werden, die eine Hochfrequenzschwingung in einer als abgestimmter Kreis wirkenden Lecherleitung, in einem solchen Wellenleiter, einem gleichachsigen Kabel, Hohlraumresonator usw. vorfindet.

Die Kurve A₀ f in Fig. 17 stellt die Halbwertsbreite eines solchen abgestimmten Kreises als Funktion des polarisierenden Magnetfeldes H₀ dar. Der Teil der Kurve J₁ f oberhalb der Achse

!5 (negative Verstimmung) entspricht einer positiven, der Teil der unterhalb der Achse einer negativen Suszeptibilität. Die entsprechende effektive Permeabilität ist in Phase mit dem Hochfrequenzwechselfeld und wird nachstehend als die reelle Permeabilität bezeichnet, während der Kurve A., f eine effektive Permeabilität entspricht, die gegen das primäre Hochfrequenzwechselfeld um 90⁰ in der Phase verschoben ist und nachstehend als die imaginäre Permeabilität bezeichnet wird.

Zur Erzeugung amplituden- oder phasenmodulierter Schwingungen kann diese Verstimmung, die ein Kreis infolge der starken Änderung der reellen Permeabilität erleidet, benutzt werden. Unter Umständen kann man jedoch vorteilhafter auch die von der Änderung der imaginären Permeabilität herbeigeführte Dämpfung ausnutzen. Dabei wird man das modulierende Magnetfeld über einen gekrümmten Teil der kombinierten Modulationskurve der reellen und imaginären Permeabilität ändern.

Die Frequenz f_p ist praktisch ausschließlich durch die Stärke des Magnetfeldes gemäß der Formel f_p = --^-— H₀ bedingt (f_p ist dabei in MHz, H₀

in O_e ausgedrückt).

In Fig. 3, in der entsprechende Schaltelemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind, ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Selbstinduktionsspule nach Fig. 1 in eine regenerativ rückgekoppelte Röhrenschaltung eingefügt ist. Zu diesem Zweck ist die Wicklung 1 zwischen der Anode und dem Steuergitter einer dreipunktgeschalteten Triode 10 eingeschaltet, wobei eine Anzapfung 11 der Wicklung 1 mit der Kathode der j Triode 10 über eine positive Spannungsquelle 12 ' verbunden ist. Unter Zuhilfenahme einer solchen ; Schaltung ist es z. B. möglich, eine Schwingung mit bestimmter Frequenz zu erzeugen, deren Größe nur noch durch die Stärke des polarisierenden Magnetfeldes H₀ bestimmt ist. Eine Änderung der Stärke dieses Magnetfeldes H₀ ist z. B. in der in Fig. 1 dargestellten Weise möglich, indem den Klemmen 4 einer Wicklung 5 eine Modulationsschwingung zugeführt wird, wodurch im ferromagnetischen Joch 6 ein veränderliches Magnetfeld erzeugt wird, das die Stärke des Feldes H₀ bestimmt. So ist es möglich, die Frequenz der erzeugten Schwingung nach Maßgabe der Modulationsschwingung zu ändern.

Die Selbstinduktionsspule nach Fig. 1 kann weiter in ein Netzwerk für Betrieb bei besonders hohen Frequenzen, z. B. in ein Diskriminatornetzwerk eingefügt werden, mittels dessen frequenzmodulierte Schwingungen in amplitudenmodulierte Schwingungen umgewandelt werden können, wobei die Amplitudenmodulation dieser Schwingungen proportional dem Frequenzhub der frequenzmodulierten Schwingungen ist. In einem solchen Diskriminatornetzwerk kann dabei außerdem z. Ii. das polarisierende Magnetfeld H₀ von einer Spannung abhängig gemacht werden, die durch Gleichrichtung der am Diskriminatornetzwerk erzeugten Spannung entnommen wird, derart, daß die Resonanzfrequenz des Xetzwerks sich angenähert mit der Augenblicksfrequenz der frequenzmodulierten Schwingungen deckt; hierbei ist z. B. die gleichgerichtete Spannung proportional der Frequenzmodulation und unabhängig von etwaiger Amplitudenmodulation der frequenzmodulierten Schwingungen.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann auch auf andere Weise als in Form einer Selbstinduktionsspule verwirklicht werden; im allgemeinen wird ein ferromagnetisches Medium, das unter dem Einfluß eines polarisierenden Magnetfeldes steht, für ein zu diesem polarisierenden Magnetfeld senkrechtes magnetisches Wechselfeld, z. B. ein elektromagnetisches Strahlungsfeld, eine gewisse Impedanz bilden. Fs ist infolgedessen z. B. möglich, mit einer Vorrichtung nach der Erfindung ein elektromagnetisches Strahlungsfeld auf eine bestimmte, vorgeschriebene, frequenzselektive Weise weiterzuleiten.

Die Änderung, welche die Permeabilität des ferromagnetischen Mediums in der Nähe der Präzessionsfrequenz erleidet, kann noch vergrößert werden, wenn eine der Abmessungen eines aus diesem polykristallinischen bzw. amorphen Medium hergestellten Kerns derart gewählt wird, daß die mechanische Eigenresonanz des Kerns annähernd in harmonischer Beziehung zu der dem polarisierenden Magnetfeld H₀ entsprechenden Präzessionsfrequenz steht. In diesem Fall wird eine unter den erwähnten Bedingungen eingestellte Selbstinduktionsspule in der Xähe der Präzessionsfrequenz eine besonders scharfe Resonanzkennlinie aufweisen können. Wird eine solche Selbstinduktionsspule in eine Generatorschaltung eingefügt, so wird eine Änderung des polarisierenden Magnetfeldes H₀ die Frequenz der erzeugten Schwingungen besonders stark beeinflussen.

Als ferromagnetisches Medium, mit dem die angegebenen Erscheinungen verwirklicht werden können, wird vorzugsweise hochpermeables, nahezu nicht leitendes Ferrit verwendet, wie z. B. das homogene oder nahezu homogene kubische, einfache oder zusammengesetzte Ferrit, wie es bereits von Seiten der Erfinder vorgeschlagen wurde. Dieses Ferrit ermöglicht es, mit einem verhältnismäßig geringen polarisierenden Magnetfeld Sättigung zu erreichen, wobei außerdem die geringe elektrische Leitfähigkeit bei hohen Frequenzen zu einer geringen Dämpfung und somit zu einer scharfen Resonanzkurve führt.

Fig. 4 der Zeichnung stellt ein praktisches AusführuiigslxMspiel des Gegenstandes der Erfindung dar. Die Wicklung, mittels deren das magnetische Wechselfeld erzeugt wird, ist hierbei in Form eines Yiertelwellenleiters gestaltet, der aus einem zylindrischen, leitenden Mantel 14 und einer stabförmigen, mittleren Leitung 15 von der Länge einer Viertelwelle besteht, die durch eine mit den Klemmen 3 verbundene Schleife 16 erregt wird. Das magnetische Medium besteht hierbei aus einem kleinen Ring 2', z. B. aus Ferrit. Die von der Viertelwellenleitung in diesem magnetischen Ring erzeugte magnetische Feldstärke H liegt dabei in einer zur Zylinderfläche senkrechten Ebene. Unter Zuhilfenahme einer äußeren Wicklung 5 wird ein axial gerichtetes, permanentes oder semipermanentes Magnetfeld H₀ erzeugt, mittels dessen die Abstimmfrequenz der Viertelwellenlängenleitung z. B. um rund 100 kHz geändert werden kann.

Bei einem anderen, in Fig. 5 dargestellten, für den Zentimeterwellenbereich geeigneten Ausführungsbeispiel ist im Innern eines mittels einer nicht weiter dargestellten Wellenleitung erregten Hohlraumresonators 16 ein Gegenstand, z. B. ein Kügelchen 2 aus ferromagnetischem Material, enthalten, der durch ein mittels des Magnetkreises 6 wirksam gemachtes äußeres Magnetfeld magnetisiert werden kann. Die Resonanzfrequenz f des Hohlraumresonators kann dabei durch Änderung des äußeren Magnetfeldes mittels einer der Wicklung 4 zugeführten Schwingung geändert werden. Die Größe dieser Änderung ist in Fig. 2 zahlenmäßig angegeben.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung können unter Zuhilfenahme einer solchen Vorrichtung amplituden- oder phasenmodulierte Schwingungen erzeugt oder im allgemeinen die Modulationstiefe einer solchen Schwingung geändert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß .die Hochfrequenzschwingungen einem Vierpol zugeführt werden, dessen Ausgang eine Hochfrequenzscrnvingung mit geänderter Amplituden- oder Phasenmodulationstiefe entnommen wird, wobei dieÄnderung der Amplituden- oder Phasenmodulation durch Änderung der Stärke des polarisierenden Magnetfeldes im erwähnten ferromagnetischen Medium herbeigeführt wird.

In Fig. 6 wird der Vierpol von einer Eingangswellenleitung, z. B. einem gleichachsigen, aus einer Außenleitung 20 und einer Innenleitung 21 bestehenden Kabel, der eine Hochfrequenzschwingung mit radial gerichtetem magnetischem Feldvektor H zugeführt wird, und einer Ausgangswellenleitung, z. B. einem gleichachsigen, aus einer Außenleitung 23 und einer Innenleitung 24 bestehenden Kabel, gebildet, dem die hinsichtlich der Modulationstiefe geänderte Schwingung entnommen wird. Die Frequenz dieser Schwingungen deckt sich annähernd mit der Präzessionsfrequenz, die durch ein modulierendes Magnetfeld H₀ im Innern eines ferromagnetischen Mediums 2 erzeugt wird; das Magnetfeld besteht aus einer großen, konstanten Komponente von mehreren io⁵ A/m (Ampere per Meter), die unter Zuhilfenahme z. B. eines Dauermagneten 40 erzeugt wird, und aus einer veränderlichen Komponente, die mittels eines eine Spule 3 durchfließenden Modulationsstroms erzeugt wird. Das ferromagnetische Medium 2 bewirkt dabei eine nach Maßgabe des Modulationsstroms veränderliche Dämpfung einer hindurchgehenden Hochfrequenzschwingung, so daß dann, wenn die Eingangsschwingung keine Modulation aufweist, die den Leitungen 23 und 24 entnommene Hochfrequenzschwingung eine Amplituden- oder Phasenmodulation nach Maßgabe des die Wicklung 3 durchfließenden Modulationsstroms erhält. Weist dagegen die Eingangsschwingung z. B. eine Amplitudenmodulation auf, so kann die Modulationsschwingung von dieser Amplitudenmodulation z. B. derart abhängig gemacht werden, daß die Ausgangsschwingung nahezu von Amplitudenmodulation befreit ist.

Es ist wichtig dafür zu sorgen, daß die Wellenleitung an der Stelle der Wicklung 3 nur eine geringe Impedanz für die hindurchgehende Hochfrequenzschwingung bildet und trotzdem das Modulationsfeld des diese Wicklung 3 durchfließenden Stroms praktisch nicht abschirmt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß an der Stelle der Wicklung 3 die Außenleitung 20 bis 23 besonders dünn ausgestaltet wird, und zwar in Form einer Schicht 25 aus gut leitendem, z. B. elektrolytisch aufgebrachtem oder aufgedampftem Material, das für die Niederfrequenzschwingungen einen großen Widerstand bildet, aber die Hochfrequenzschwingungen infolge der Hautwirkung praktisch ebensogut leitet wie der übrige Teil der Wellenleitung.

Um Reflexion am Übergang des gleichachsigen Kabels 20, 21 und des ferromagnetischen Mediums 2 bzw. am Übergang des letzteren und des gleichachsigen Kabels 23, 24 zu vermeiden, ist das ferromagnetische Medium mit kegelförmigen Köpfen 27 und 28 versehen, wodurch in axialer Richtung die effektive Permeabilität allmählich absinkt. Das gleiche wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 erreicht, indem eine Anzahl kleiner, dünner, ferromagnetischer Platten 29, deren Dickeabmessungen und gegenseitige Abstände gegenüber der Wellenlänge der Hochfrequenzschwingung klein sind, senkrecht zur Achsenrichtung des gleichachsigen Kabels angeordnet und gegen den ferromagnetischen Körper 2 näher zusammengedrückt sind.

Ein anderes Verfahren, durch das vom ferromagnetischen Medium 2 eine veränderliche Dämpfung in einer Wellenleitung 20 bis 23 herbeigeführt werden kann, ist in Fig. 8 angegeben. Dabei ist auf die gegebenenfalls örtlich besonders dünn ausgestaltete Wand einer Wellenleitung 20 bis 23 eine dünne Haut 2 bzw. 2' aus ferromagnetischem Material, z. B. einer hochpermeablen Eisen-Nickel-Legierung aufgebracht. Um Reflexion zu vermeiden, kann die Haut wieder in Form einer Spitze 27 enden.

Die Verwendung leitenden, ferromagnetischen Materials hat dabei den Vorteil, daß dieses Material eine große Änderung der Permeabilität in Abhängigkeit von dem polarisierenden Magnetfeld aufweist. Trotzdem wirkt wegen der geringen Ein-

dringtiefe nur ein kleiner Teil des Volumens dieses Materials mit, so daß es im allgemeinen nur dort verwendbar ist, wo es in einer großen Oberflächenschicht angebracht werden kann.

Fig. 9 stellt ein Beispiel einer elektromagnetischen Vorrichtung nach der Erfindung dar, bei der z. B. Amplitudenmodulation durch eine veränderliche Reflexion bewirkt wird, die eine Hochfrequenzwelle an der Oberfläche eines ferromagnetische!!

ίο Mediums erfährt, das durch ein modulierendes Magnetfeld H₀ eine veränderliche Polarisation erhält. Die Vorrichtung hat die Form einer Wellenleitung mit Seitenarmen, wobei in wenigstens einem der Seitenarme ein von einem äußeren, modulierenden Magnetfeld H₀ polarisierter ferromagnetischer Körper angebracht ist, besonders in Form eines sog. »Magischen T-Stückes «,-wobei die dem Eingangsarm 30 zugeführte Schwingung sich, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist, in zwei gegenphasige Wellen mit Feldvektoren E₁ und E₁ in den beiden Seitenarmen 31 und 32 spaltet, deren Kombination keine Komponente im Ausgangsarm 33 ergeben kann. Die Längen der Seitenarme 31 und 32 unterscheiden sich um eine Viertelwellenlänge bzw. um ein ganzes Vielfaches einer Halbwelle zuzüglich einer Viertehvellenlänge, so daß bei einem völlig symmetrischen Abschluß der Seitenarme durch die ferromagnetischen Körper 2 und 2' die reflektierten Wellen mit Feldvektor E₂ bzw. E₂' gleichphasig zurückkommen und dabei vollständig vom Ausgangsarm 33 abgegeben werden. Mittels der modulierenden Magnetfelder H₀ undgegebenenfalls H₀ , mittels deren die ferromagnetischen Körper 2 und 2' in Polarisation versetzt werden, wird an der Trennstelle der Seitenarme 31 und 32 und der Körper 2 und 2' sowohl eine veränderliche Reflexion als auch eine veränderliche Phasendrehung der reflektierten Wellen E₂ und E₂ herbeigeführt, wodurch im Falle der Änderung dieser modulierenden Magnetfelder der am Ausgangsarm 33 abgegebenen Welle eine veränderliche Amplitude aufgedrückt wird. Ähnlich wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen wird das polarisierende Magnetfeld vorzugsweise senkrecht zu der Richtung des FeIdvektors E₁ bzw. E₁ der Wellen in den beiden Seitenarmen 31 und 32 wirksam gemacht. Die beiden Felder H₀ und H₀' brauchen somit nicht, wie in der Figur angegeben, parallel und gleichgerichtet zu sein, sondern können z. B. auch eine entgegengesetzte Richtung aufweisen. Nimmt der Augenblickswert der beiden Magnetfelder H₀ und H₀ gleichzeitig mit der Modulationsschwingung zu und ab, so wird die veränderliche Phasendrehung an der Oberfläche der Medien 2 und 2' keinen Einfluß auf die Amplitude 'der Ausgangsschwingung ausüben.

Wenn jedoch die veränderliche Komponente eines der Magnetfelder in der konstanten Komponente entgegengesetzter Richtung und die andere in

■ gleicher Richtung wie die konstante Komponente wirksam gemacht werden, kann bei passender Wahl der Größe der konstanten Komponenten dieser Magnetfelder eine Modulation bewirkt werden, die ganz von der veränderlichen Phasendrehung der reflektierten Welle herbeigeführt wird. Wenn reflektierende Teile 34 in der Wellenleitung 30 angebracht werden, läßt sich verhindern, daß die hingehenden Wellen E₁ und E₁ und die reflektierten Wellen E₂ und £.,' in Richtung auf die Wellenleitung 30 zurückgeworfen werden.

Fig. 11 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Seitenarme 31 und 32 umgebogen sind, so daß nur ein einziger ferromagnetischer Körper 2 ; und also nur ein einziges modulierendes Magnetj feld H₀ erforderlich ist. Mit Rücksicht darauf, daß ; die Arme 31 und 32 nicht nur die an der Oberfläche des Körpers 2 reflektierten Wellen, sondern auch noch die von diesem Körper durchgelassenen Wellen aufnehmen, muß die Stelle des ferromagnetischen Körpers 2 derart gewählt werden, daß die Wellen mit der erforderlichen Phase am Beginn des Seitenarms 33 ankommen. Anstatt die Seitenarme 3 t und 32 ringförmig gegeneinanderstoßen zu lassen, können sie auch auf andere Weise zu einer Wellenleitung vereinigt werden, wobei der ferromagnetische Körper 2 die Trennung zwischen beiden Armen bildet.

In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Vierpol ein Eingangskabel 42 und ein Ausgangskabel 43 enthält, zwischen denen ein aus einem gleichachsigen Leitungsstück 36, 37 und zwei Verschlußplatten 38 und 39 zusammengebauter Hohlraumresonator angeordnet ist. Die Innenleitung 37 dieses Hohlraumresonators besteht aus einem ferromagnetischen Medium 2, z. B. einer Eisen-Nickel-Legierung, oder sie enthält doch ein solches Medium, das unter dem Einfluß eines konstanten, z.B. von einem Dauermagneten40 erzeugten axialen Feld steht und mittels des die Wicklung 3 durchfließenden Stromes in veränderlicher Weise polarisiert wird. Wenn die Wicklung 3 genügend weitmaschig ist, entsteht zwischen den Leitungen 36 und 37 eine Hohlraumschwingung mit einer zur Leitung 37 tangential gerichteten magnetischen Feldkomponente H, die also annähernd senkrecht zur Richtung des polarisierenden Magnetfeldes H₀ steht. Dabei muß die Schwingung im wesentlichen von den Leitungen 36 und 37 ausgehen und nicht von der Wicklung 3.

In Fig. 13 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem in einem zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsleitung 42 bzw. 43 angebrachten Hohlraumresonator ein solcher ferromagnetischer Körper 2 angeordnet ist, daß die Schwingung in diesem Hohlraumresonator in der Amplitude beeinflußt wird, wenn der ferromagnetische Körper 2 unter den Einfluß eines polarisierenden Magnetfeldes H₀ gebracht wird, dessen Stärke eine Präzessionsfrequenz erzeugt, die sich praktisch mit der Frequenz der zugeführten Schwingung deckt.

Der Hohlraumresonator kann dabei nach Fig. 14 eine TAf₀2o-Schwingung mit einem kreisförmig gerichteten magnetischen Feldvektor H erzeugen, wobei ein rohrförmiger ferromagnetischer Körper 2 von einer das Rohr umgebenden und/oder im Rohr angebrachten rohrförmigen Wicklung 3 bzw. 3' vormagnetisiert wird und an einer solchen Stelle an-

geordnet ist, daß die elektrische Feldstärke (deren Größe als Funktion des Abstandes von der Achse an der rechten Seite des Hohlraums angegeben ist) annähernd gleich Null ist, während die magnetische Feldstärke (links angegeben) annähernd maximal ist.

Die Frequenz der zugeführten Schwingungen kann

dabei z.B. dem Bereich B entsprechen (Fig. 17), bei dem die imaginäre Permeabilität eine starke Veränderung aufweist, während die reelle Permeabilität sich verhältnismäßig wenig ändert, bzw. dem'Bereich C, wo beide stark abhängig vom Modulationsfeld H₀ sind. Die Modulation kann auch entsprechend den Bereichen D oder E der Kurve Zl₁ / bewirkt werden, wobei verhältnismäßig geringe Verluste auftreten.

In Fig. 15 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem im Hohlraumresonator eine T£_oio-Schwingung vollführt wird, wobei der magnetische Feldvektor H axial gerichtet ist und der ferromagnetische Körper 2 in Torusform mit einer verhältnismäßig weitmaschigen Wicklung 3 (Fig. 16) umgeben ist. Unter Zuhilfenahme kleiner Dauermagneten 44 kann dabei die konstante Komponente und mittels des die Wicklung 3 durchfließenden Stroms die veränderliche Komponente des polarisierenden Magnetfeldes H₀ erzeugt werden.

Mittels der dargestellten Ausführungsbeispiele kann nicht nur eine Hochfrequenzschwingung in einfacher Weise amplitudenmoduliert werden, sondern es kann aucheinephasenmodulierteSchwingung erzeugt werden. Im Falle der Rückkopplung des Ausgangskreises der elektromagnetischen Vorrichtung, z. B. über einen Verstärker, mit dem Eingangskreis wird dabei eine frequenzmodulierte Schwingung erzeugt.

Die Vorrichtungen eignen sich auch zum Verstärken bzw. Steuern einer Hochfrequenzwelle durch einen schwachen elektrischen Strom, der unter Zuhilfenahme der dargestellten Vorrichtungen in eine amplituden- (gegebenenfalls phasen-) modulierte Schwingung umgewandelt werden kann, die nach Demodulierung die verstärkte Schwingung ergibt.

Claims

PATENTANSPRCCHE:

ι. Elektromagnetische Vorrichtung, z. B. Selbstinduktionsspule, bei der ein magnetisches Wechselfeld in einem f erromagnetisehen Medium wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die bewirken, daß im ferromagnetischen, vorzugsweise aus hochpermeablem, nahezu nicht leitendem Ferrit bestehenden Medium ein permanentes oder semipermanentes polarisierendes Magnetfeld wirksam ist, und zwar in einer zu einer Komponente des magnetischen Wechselfeldes senkrechten Richtung und von solcher Stärke, daß sich die entsprechende Präzessionsfrequenz der die magnetischer Eigenschaften hervorrufenden Elektronen um dieses polarisierendeFeldnahezu mit der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes deckt.
2. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktanz mit polarisiertem, ferromagnetischem Kern, der eine der Präzessionsfrequenz angenähert entsprechende Frequenz zugeführt wird, in einen Schwingungskreis eingefügt ist, der angenähert auf diese Frequenz abgestimmt ist.
3. Elektromagnetische Vorrichtung nach An-Spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis in eine selbsterregte Rückkoppelschaltung eingefügt ist (Fig. 3).
4. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch ι zur Modulation einer Hochfrequenzschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schwingung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 zugeführt wird und daß das semipermanente Magnetfeld nach Maßgabe der Modulationsschwingung über einen geneigten Teil der Arbeitskurve geändert wird.
5. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 4 für Frequenzmodulationszwecke, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, durch welche die Abstimmung eines Schwingungskreises durch Änderung der Größe des polarisierenden Magnetfeldes beeinflußt wird.
6. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 4 für Amplitudenmodulationszwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzschwingungen einem Vierpol zugeführt werden, dessen Ausgang eine modulierte Hochfrequenzschwingung entnommen wird, wobei die Amplituden- oder Phasenmodulation durch Änderung der Stärke des polarisierenden Magnetfeldes in dem erwähnten ferromagnetischen Medium herbeigeführt wird.
7. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol von einer Wellenleitung gebildet wird, in der ein Körper aus von einem äußeren, modulierenden Magnetfeld polarisiertem, ferromagnetischem Material angeordnet ist, der eine nach Maßgabe des modulierenden Alagnetfeldes \eränderliche Absorption einer durch die Wellenleitung geführten W^relle herbeigeführt, deren Frequenz annähernd der Präzessionsfrequenz des polarisierenden Feldes entspricht.
8. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer aus einer Innen- und Außenleitung bestehenden Wellenleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenleitung an der Stelle einer Wicklung, mittels deren das Modulationsfeld erzeugt wird, so dünn gestaltet ist, daß sie praktisch das Modulationsfeld nicht abschirmt und überdies eine gute Leitung für die elektrische Hochfrequenzschwingung bildet (Fig. 6 und 7).
9. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper eine solche Gestalt aufweist oder aus mehreren kleineren Körpern derart zusammengebaut ist, daß die von ihm herbeigeführte Reflexion nahezu vernachlässigt werden kann (Fig. 6 und 7).
ίο. Elektromagnetische Vorrichtung nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise gut leitende ferromagnetische Material schichtartig auf der Wand der Wellenleitung angebracht ist (Fig. 8).
11. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle des Vierpols einer Welle entnommen wird, die eine veränderliche Reflexion an einem von· einem modulierenden Magnetfeld polarisierten ferromagnetischen Körper erfährt.
12. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierpol aus einer Wellenleitung mit Seitenarmen besteht, bei der in wenigstens einem der Seitenarme ein von einem äußeren, modulierenden Magnetfeld polarisierter ferromagnetischer Körper angebracht ist, der eine nach Maßgabe des modulierenden Magnetfeldes veränderliche Reflexion der auffallenden Welle herbeiführt und bei dem die reflektierte Welle durch Interferenz mit der Eingangswelle eine amplituden- oder phasenmodulierte Welle in einem Ausgangsarm der Wellenleitung bildet.
13. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleitung nach Art eines »Magischen T-Stückes« ausgebildet ist, dessen Symmetrie von einem wenigstens in einem der Seitenarme angebrachten ferromagnetischen Körper gestört ist, der von einem äußeren Modulationsfeld polarisiert wird (Fig. 9).
14. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenarme des »MagischenT-Stückes« gegeneinandergebogen sind und ein einziger ferromagnetischer Körper die Trennwand zwischen den beiden Seitenarmen bildet (Fig. 11).
15. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit einer Eingangs- und einer Ausgangswellenleitung versehenen Hohlraumresonator ein ferromagnetischer Körper angebracht ist, bei dem vornehmlich die imaginäre Permeabilität nach Maßgabe eines äußeren, modulierenden Magnetfeldes polarisiert wird.
16. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator aus zwei konzentrischen Leitungen und zwei kleinen Verschlußplatten besteht, wobei die Innenleitung den ferromagnetischen Körper enthält und vorzugsweise selbst aus gut leitendem ferromagnetischem Material besteht (Fig. 12).
17. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper an der Stelle angeordnet ist, an der die elektrische Feldstärke der Hochfrequenzschwingung im Hohlraumresonator praktisch gleich Null ist.
18. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufsymmetrischer Hohlraumresonator in einer Schwingungsform schwingt, bei der die magnetische Feldstärke senkrecht zur Symmetrieachse gerichtet ist und bei dem unter Zuhilfenahme wenigstens einer ringförmigen Wicklung im Innern eines ringförmigen, ferromagnetischen Körpers ein polarisierendes Magnetfeld erzeugt wird (Fig. 14).
19. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufsymmetrischer Hohlraumresonator in einer Schwingungsform schwingt, bei der die magnetische Feldstärke parallel zur Symmetrieachse gerichtet ist und bei dem ein ringförmiger, ferromagnetischer Körper vorgesehen ist, innerhalb dessen unter Zuhilfenahme einer Toroidspule ein tangential gerichtetes polarisierendes Feld entsteht (Fig. 15 und 16).
20. Elektromagnetische Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein konstantes, vormagnetisierendes Feld im Innern des ferromagnetischen Körpers unter Zuhilfenahme eines im ferromagnetischen Ring untergebrachten Dauermagneten erzeugt wird (Fig. 16).
21. Elektromagnetische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Verstärken einer elektrischen Schwingung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verstärkende Schwingung die Stärke des polarisierenden Magnetfeldes bestimmt und daß ein Demodulator in den Ausgangskreis des Vierpols eingefügt ist, mittels dessen die verstärkte Schwingung erzeugt wird.
22. Elektromagnetische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Abmessungen des ferromagnetischen Mediums eine solcheGröße hat,daß die mechanischeResonanzfrequenz dieses Mediums in angenähert harmonischer Beziehung zu der dem polarisierenden Magnetfeld entsprechenden Präzessionsfrequenz steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 54 6.51