DE962182C

DE962182C - Einseitig durchlaessiges Mikrowellen-UEbertragungssystem

Info

Publication number: DE962182C
Application number: DEN11452A
Authority: DE
Inventors: Hugo Gerrit Beljers; Louis Van Der Kint
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-11-19
Filing date: 1955-11-17
Publication date: 1957-04-18
Also published as: BE542862A; US3105946A; FR1135664A; NL91369C; GB793164A; NL192523A

Description

AUSGEGEBEN AM 18. APRIL 1957

Die Erfindung bezieht sich auf ein einseitig durchlässiges Übertragungssystem, d. h. ein Übertragungssystem, bei dem die elektromagnetischen Wellen in der einen Richtung durchgelassen, und in der entgegengesetzten Richtung nicht durchgelassen werden.

Es ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der in einem Hohlleiter an einer Stelle, an der der magnetische Vektor einer durchzulassenden bzw. zu sperrenden Welle kreisförmig polarisiert ist, ein Streifen aus hochfrequentem Magnetmaterial, beispielsweise Ferrit, angeordnet ist, welches Material in der Richtung senkrecht zur Drehebene des erwähnten magnetischen Vektors so stark vorpolarisiert ist, daß sich ferromagnetische Resonanz ergibt.

Beim Übertragungssystem gemäß der Erfindung ist eine Seite des magnetischen Streifens mit einem dielektrischen Material überzogen, dessen Dielektrizitätskonstante wenigstens nahezu gleich der Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des magnetischen Materials ist und dessen Stärke wenigstens nahezu gleich ¹J₁ der Wellenlänge im dielektrischen Material ist.

Versuche haben gezeigt, daß infolge dieser Maßnahme das Verhältnis zwischen dem Sperrkoeffizienten und dem Durchlaßkoeffizienten vielmals verbessert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt den Querschnitt eines rechteckigen Hohlleiters i, dessen Abmessung in der »-Richtung gleich α ist und in der y-Richtung gleich δ ist. Im Hohlleiter können sich in der ^-Richtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene, longitudinal magnetische Wellen vom Typ H₁₀ fortpflanzen. Die magnetischen Vektorkomponenten H_x und H_z können dabei durch

und

H_x = ± j it B sin -^i ^»' π α.

= £ cos — e?("i a

dargestellt werden, während die Komponente H_y gleich Null ist. Hierbei stellt p die Fortpflanzungskonstante dar, die gleich

P =

ist, wobei ω die Kreisfrequenz der Wellen, c die Lichtgeschwindigkeit und α die Abmessung des Hohlleiters in Richtung der ^-Achse darstellt, während B eine Konstante ist. In den Formeln für H_x und H_v gilt das obere Zeichen für Wellen, die sich in Richtung der positiven z-Achse fortpflanzen, und das untere Zeichen für Wellen in der entgegengesetzten Richtung. Die Vektorkomponente H_x zeigt überall einen Phasenunterschied von 90⁰ gegenüber der Komponente H_z. An der Stelle, für die gilt

π*

pa '

sind die Absolutwerte dieser Komponenten einander gleich, und es ergibt sich also ein genau kreisförmig polarisiertes magnetisches Drehfeld, dessen Drehebene senkrecht zur y-Achse ist, während die Drehrichtung des magnetischen Vektors für Wellen, die sich in Richtung der positiven 2-Achse fortpflanzen, derjenigen für Wellen in der entgegengesetzten Richtung entgegengesetzt ist.

An der erwähnten Stelle ist im Hohlleiter 1 ein dünner Streifen 2 aus Ferrit angeordnet, der sich auf

4-5 einem gewissen Abstand in Richtung der Achse des Hohlleiters erstreckt und vorzugsweise an den Enden abgeschrägt ist, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Der magnetische Streifen 2 ist durch ein Magnetfeld H₀ in der y-Richtung vorpolarisiert, d. h.

in der Richtung senkrecht zur Drehebene des magnetischen Vektors. Wenn im Hohlleiter keine Wellen vorhanden sind, wird der magnetische Spin der Elektronen im Magnetmaterial somit gemäß der y-Achse gerichtet sein.

Bekanntlich ergibt sich in einem vormagnetisierten hochfrequenten Magnetmaterial, das in einem linear polarisierten magnetischen Wechselfeld angeordnet wird, senkrecht zur Vormagnetisierungsrichtung eine Präzession des magnetischen Elektronenspins, und zwar mit einer genau bestimmten Drehrichtung um die Vormagnetisierungsrichtung. Befindet sich das Magnetmaterial in einem kreisförmig polarisierten magnetischen Drehfeld, dessen Drehsinn gleich demjenigen der Präzessionsbewegung ist, so unterstützen sich die zueinander senkrechten Komponenten des Drehfeldes. Weiter ergibt sich bekanntlich bei einer gewissen Stärke des vormagnetisierenden Feldes, abhängig von der Frequenz des Drehfeldes, eine ferromagnetische Resonanz, wobei sich eine sehr starke Absorption der elektromagnetischen Welle ergibt.

Wenn der Drehsinn des magnetischen Drehfeldes demjenigen der Präzessionsbewegung entgegengesetzt ist, wirken zueinander senkrechte Komponenten des Drehfeldes sich entgegen, und es ergibt sich keine ferromagnetische Absorption. Es bleibt dann insgesamt noch eine geringe Absorption übrig, die beispielsweise eine Folge dielektrischer Verluste und magnetischer Verluste infolge von Unvollkommenheit des magnetischen Materials und der endlichen Dicke des Streifens ist. Wellen, die sich im Hohlleiter 1 in einer Richtung fortpflanzen, für die der Drehsinn des magnetischen Vektors an der Stelle des magnetischen Streifens 2 demjenigen der Präzessionsbewegung entgegengesetzt ist, werden somit wenigstens nahezu unbehindert hindurchgelassen werden, während Wellen in der entgegengesetzten Richtung stark gedämpft werden. Die Abschwächung ist im ersten Fall beispielsweise gleich 1,5 db und im zweiten Fall gleich 20 db. Versuche haben gezeigt, daß dieses Verhältnis erheblich verbessert werden kann, indem auf den magnetischen Streifen 2 eine Platte 3 aus dielektischem Material angebracht wird, dessen Dielektrizitätskonstante gleich der Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des Materials des Streifens 2 ist und dessen Stärke d angenähert gleich ¹J₁ der Lichtgeschwindigkeit dividiert durch die Frequenz der Wellen multipliziert mit der Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante der Platte 3 ist, mit anderen Worten angenähert gleich ¹Z₄ der Wellenlänge der Wellen in der Platte 3 ist. Diese Erscheinung ließe sich vielleicht so erklären, daß ohne das Vorhandensein der Platte 3 eine gewisse Reflexion der Wellen an der Oberfläche des magnetischen Streifens 2 auftritt und so eine gewisse Menge Wellenenergie durch den Raum zwischen der rechten Seitenwand des Streifens 2 und der rechten Seitenwand des Wellenleiters 1 entweichen kann. Infolge des Vorhandenseins der dielektrischen Platte 3, die sich als ein ^-^-Transformator verhält, ergibt sich eine bessere Anpassung zwischen dem erwähnten Raum und dem Streifen 2, wodurch die na Wellenenergie besser auf den Streifen 2 konzentriert und die Reflexion an dessen Oberfläche stark verringert wird. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist, wie Versuche gezeigt haben, eine Dämpfung der sich in der Sperrichtung fortpflanzenden Wellen von mehr als 50 db erzielbar. Weiter stellte sich heraus, daß die Anordnung einer dielektrischen Platte an der entgegengesetzten Seite des Streifens 2, d. h. an der der Achse des Hohlleiters abgewendeten Seite, sich wenig auswirkt oder sogar eine entgegengesetzte Wirkung hat.

Die gleiche Maßnahme kann auch bei anderen Wellentypen in einem Hohlleiter mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt Verwendung finden. Im letzten Falle ergibt sich beispielsweise beim Typ H₀ eine Phasenverschiebung von 90° zwischen der radialen und der axialen Komponente des

Magnetfeldes, und es sind die Absolutwerte dieser Komponenten in zwei bestimmten Abständen von der Achse des Wellenleiters einander gleich. Hierbei kann in einem der erwähnten Abstände ein Ferritzylinder angeordnet werden und eine Vormagnetisierung mittels eines Gleichstromes in einem Leiter in der Achse des Hohlleiters durchgeführt werden, welcher Leiter das Feld nicht stört, weil die axiale Komponente des elektrischen Vektors vom Wellentyp H₀ gleich Null

ίο ist. Die magnetischen Kraftlinien sind hierbei somit Kreise um die Achse. Dieses einseitig durchlässige Übertragungssystem kann gemäß der Erfindung dadurch verbessert werden, daß ein Zylinder aus dielektrischem Material vorgesehen wird, dessen Dielektrizitätskonstante gleich der Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des Ferrits und dessen Stärke gleich ¹J₁ der Wellenlänge für Wellen innerhalb des dielektrischen Materials ist. Dieser dielektrische Zylinder wird innerhalb oder außerhalb des Ferrit-

ao Zylinders angeordnet, je nachdem der Radius des letzteren den größten oder den geringsten Wert aufweist, wobei die magnetischen Vektoren einander gleich sind. Es kann beispielsweise ein Zylinder aus Quarzglas Verwendung finden.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Einseitig durchlässiges Mikrowellen-Übertragungssystem, bei dem in einem Hohlleiter an einer Stelle, an der der magnetische Vektor einer hindurchlassenden bzw. zu sperrenden Welle kreisförmig polarisiert ist, ein Streifen oder Zylinder aus hochfrequentem Magnetmaterial, beispielsweise Ferrit, angeordnet ist, das in der Richtung senkrecht zur Drehebene des erwähnten magnetischen Vektors so stark vormagnetisiert ist, daß sich ferromagnetische Resonanz ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des magnetischen Streifens oder Zylinders mit dielektrischem Material überzogen ist, dessen Dielektrizitätskonstante wenigstens nahezu gleich der Quadratwurzel aus der Dielektrizitätskonstante des magnetischen Materials ist und dessen Stärke wenigstens nahezu gleich ¹J₄ der Wellenlänge im dielektrischen Material ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 85S/J29· 10.55 (609 863 4. 57)