DE937475C - Vorrichtung mit einem Hohlraumresonator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem Hohlraumresonator, der einen der Einwirkung eines Polarisationsmagnetfeldes unterworfenen ferromagnetischen Körper enthält.

Schon früher wurde eine Vorrichtung dieser Art zur Amplitudenmodulation einer Hochfrequenzschwingung im Resonator durch Änderung des Polarisationsfeldes vorgeschlagen, wobei die Amplitudenmodulation auf der inneren Struktur des verwendeten Materials des ferromagnetischen Körpers beruhte. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird auf Grund ganz anderer Ursachen durch eine besondere Wahl der Schwingungsart des Resonators eine Änderung der Resonanzkurve des Resonators unter dem Einfluß des Polarisationsfeldes erhalten; bei Änderung des Polarisationsfeldes ergibt sich dann gleichfalls eine Amplitudenmodulation der Hochfrequenzschwingung, die dann aber völlig frei von der in der früher vorgeschlagenen Vorrichtung noch auftretenden Phasenmodulation sein kann und wobei außerdem der Modulations Vorgang für beliebig hohe Frequenzen der Hochfrequenzschwingung im Resonator wirksam bleibt.

Nach der Erfindung schwingt der Hohlraumresonator, der in wenigstens zwei verschiedenen Richtungen praktisch gleiche Eigenfrequenzen besitzt, in einer transversalelektrischen Hochfrequenzschwingung parallel zu der Ebene dieser

beiden Richtungen, so daß infolge des Polarisationsfeldes der Resonator für die beiden kreisförmig polarisierten Komponenten dieser Transversalschwingung zwei verschiedene Resonanzfrequenzen aufweist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig.' ι ist ein Axialschnitt einer Vorrichtung

nach der Erfindung;

ίο Fig. 2 zeigt an Hand eines Querschnittes den Verlauf der elektrischen Feldstärke im Resonator; Fig. 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung nach

der Fig. ι;

in Fig. 4 sind Kennlinien von mit solchen Vorrichtungen erhaltenen Resonanzkurven dargestellt; Fig. 5 zeigt ein näher ausgearbeitetes Ausführungsbeispiel, das insbesondere zur Amplitudenmodulation einer Hochfrequenzschwingung dient.

In Fig. ι bezeichnet 1 einen zylinderförmigen Hohlraumresonator, der mittels einer Kopplungsschleife 2 in transversalelektrischer Hochfrequenzschwingung mit einer Wellenlänge, z. B. von der Größenordnung von 1 cm, angeregt wird, d. h. daß das elektrische Feld von einer Hälfte der Zylinderwand nach der anderen Hälfte übergeht (s. Fig. 2), so daß die elektrische Feldstärkekomponente E der Hochfrequenzschwingung also senkrecht zur Drehachse 3 des zylinderförmigen Hohlraumresonators steht, während die magnetische Feldstärkekomponente H₁ wie aus Fig. 1 ersichtlich, teilweise senkrecht und teilweise parallel zur Achse 3 verläuft. Diese Schwingungsart wird mit dem Symbol T-E₁₁₁ bezeichnet. (Damit das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Feld entsteht, muß die Schleife genaugenommen senkrecht zur Zeichenebene stehen.)

Im Boden des Resonators 1 ist ein Ferromagnetkörper 4, vorzugsweise aus einem Material mit einer für die Hochfrequenzschwingung großen Eindringtiefe, z. B. einem Ferrit, angebracht, der dem Einfluß eines von einem Magnet 5 erzeugten Polarisationsmagnetfeldes H₀ unterworfen ist. Der Körr per 4 kann gewünschtenf alls auch durch einen rohrförmigen, konzentrisch zur Drehachse 3 angebrachten Ferromagnetkörper 4' ersetzt bzw. mit einem solchen Körper kombiniert werden (s. Fig. 3); in diesem Falle genügen kleinere Felder H₀.

In Fig. 4 sindResonanzkurven eines solchen Hohlraumresonators bei verschiedenen Werten des Polarisationsfeldes dargestellt. Unter »Resonanzkurve« wird dabei die Amplitude der im Resonator erzeugten Hochfrequenzschwingung als Funktion der Frequenz f bei einer konstanten Anregungsschwingung an der Kopplungsschleife 2 und gemessen bei verschiedenen Werten der Polarisationsfeldstärke H₀ verstanden.

Die einem schwächeren Polarisationsfeld entsprechende Kurve α ist sehr ähnlich der Resonanzkurve eines kritisch gekoppelten Bandfilters, und die immer höheren Werten der Feldstärke H₀ entsprechenden Kurven b und' c sind denjenigen von überkritisch gekoppelten Bandfiltern ähnlich.

Dieses Verhalten kann wie folgt erklärt werden: Die transversale Hochfrequenzschwingung im Hohlraumresonator 1 kann in zwei kreisförmig polarisierte Komponenten mit entgegengesetztem Drehsinn um die Drehachse 3 zerlegt werden. Die Komponenten können sich nur dann als selbständige Schwingungen im Resonator 1 aufbauen, wenn der Resonator in wenigstens zwei verschiedenen, z. B. zueinander senkrechten Richtungen, deren Ebene parallel zur elektrischen Feldstärke E liegt, praktisch zusammenfallende Eigenfrequenzen besitzt, d. h. wenn er einen kreisförmigen oder z. B. einen quadratischen Querschnitt hat. Würde der Resonator dagegen z. B. einen rechteckigen Querschnitt haben, der also zwei verschiedene Eigenfrequenzen des Resonators in zwei einander senkrechten Richtungen entspricht, so hat die Zerlegung in kreisförmig polarisierte Komponenten keine reelle physikalische Bedeutung.

Wenn das Feld H₀ gleich Null ist, so übt der Ferromagnetkörper 4 auf die beiden erwähnten Komponenten denselben Einfluß aus, so daß dann eine Resonanzkurve ähnlich derjenigen eines Einzelkreises gefunden wird. Weicht das Feld H₀ aber von Null ab, so wird bekanntlich infolge des Faraday-Effektes die Aufnahmefähigkeit und die Fortpflänzungskonstante des Körpers 4 für die beiden kreisförmig polarisierten Schwingungen verschieden, so daß der Resonator auch verschiedene Resonanzfrequenzen für diese beiden Schwingungen aufweist, woraus sich dann die Kennliniengruppe nach Fig. 4 ergibt.

Wenn eine Bandfilterkennlinie mit konstanter Bandbreite, z. B. mit dem Charakter der Kurve a oder b nach Fig. 4, gewünscht wird, so kann der Magnet 5 als Dauermagnet, z. B. als eine gegen den Körper 4 gedrückte Scheibe aus Ferroxdure (nicht dargestellt), ausgebildet werden. Wird dagegen eine veränderliche Bandbreite gewünscht, so kann man das Magnetfeld z. B. zwischen den den Kurven α und b nach Fig. 4 entsprechenden Werten der Polarisationsfeidstärke H₀ ändern.

Wenn die Frequenz der Anregungsschwingung an der Kopplungsschleife 2 mit der Resonanzfrequenz f_Q des Resonators 1 bei unpolarisiertem Ferromagnetkörper 4 zusammenfällt, so ergibt sich eine Abnahme der Amplitude, auf die die Schwingung im Resonator 1 aufschwingt, wenn die Polarisationsfeldstärke H₀ zunimmt, und insbesondere, wenn der Körper 4 die in Fig. 1 dargestellte flache Gestalt hat, ist diese Abnahme der Amplitude nahezu linear abhängig von der Feldstärke if ₀. Da aber die Phasen der beiden kreisförmig polarisierten Schwingungen für die Frequenz /₀ gleich und entgegengesetzt sind, ist diese Amplitudenänderung praktisch nicht mit einer Phasenänderung verbunden, so daß sich die Vorrichtung vorzüglich zur Hochfrequenzamplitudenmodulation eignet.

In Fig. 5 ist ein solcher Amplitudenmodulator dargestellt, der einen gleichen Resonator 1 mit Ferromagnetkörper 4 und Magnet 5 enthält, wie in Fig. ι dargestellt. Der Resonator 1 ist über ein kon-.entrisch mit der Achse 3 vorgesehenes Kopplungsloch 7 mit einer Wellenleitung 8-9, z. B. recht- eckigen Querschnitts, gekoppelt, der ein Wellen-

generator ίο, ζ. B. ein Klystrongenerator, eine Hochfrequenzschwingung mit einer Frequenz praktisch gleich f₀ zuführt. Der Resonator ι bewirkt dann in Abhängigkeit vom Feld H₀ eine mehr oder weniger starke Reflexion dieser Schwingung, so daß sowohl die in der Leitung 8 reflektierte Schwingung als auch die nach der Leitung 9 durchgelassene Schwingung amplitudenmoduliert sind.
Die beschriebenen Erscheinungen können bis zu beliebig hohen, der betreffenden Eigenfrequenz des Resonators entsprechende Frequenzen gefunden werden. Bei niedrigeren Frequenzen, z. B. bis etwa 10 000 MHz, können sie aber beeinträchtigt werden, indem dann gleichzeitig infolge der inneren Struktür des ferromagnetischen Materials des Körpers 4 eine von der Polarisationsfeldstärke H₀ abhängige Dämpfung und Verstimmung des Resonators 1 auftreten kann. Es ergibt sich aber, daß dieser Effekt verschwindet, wenn die Sättigungsmagnetisierung 4RI₃ dieses ferromagnetischen Materials nach Multiplizierung mit der gyromagnetischen Konstante (= 2,8 MHz/Gauß) kleiner bleibt als die Frequenz der transversalen Hochfrequenzschwingung.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung mit einem Hohlraumresonator, der einen dem Einfluß eines Polarisationsmagnetfeldes unterworfenen Ferromagnetkörper enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der in wenigstens zwei verschiedenen Richtungen praktisch gleiche Eigenfrequenzen besitzende Hohlraumresonator in einer transversalelektrischen Hochfrequenzschwingung parallel zur Ebene dieser beiden Richtungen schwingt, so daß infolge des Polarisationsfeldes der Resonator für die beiden kreisförmig polarisierten Komponenten dieser Transversalschwingung zwei verschiedene Resonanzfrequenzen aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsmagnetfeld auf einen Wert eingestellt ist, bei dem die Reso- nanzkurve einen Bandfiltercharakter aufweist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Resonanzkurve durch Änderung des Polarisationsfeldes geändert wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsmagnetfeld so stark ist, daß eine Resonanzkurve mit zwei Resonanzscheiteln gefunden wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzschwingung im Resonator durch Änderung des Polarisationsmagnetfeldes amplitudenmoduliert wird.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferromagnetkörper aus einem Material hergestellt ist, dessen Sättigungsmagnetisierung nach Multiplizierung mit der gyromagnetischen Konstante kleiner als die Frequenz der Hochfrequenzschwingung ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen im Modus TjE₁₁₁ schwingenden zylinderförmigen Resonator, in dem der Ferromagnetkörper von drehsymmetrischer Gestalt konzentrisch mit der Zylinderachse angebracht ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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