JPS6138244Y2 - - Google Patents

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JPS6138244Y2
JPS6138244Y2 JP865481U JP865481U JPS6138244Y2 JP S6138244 Y2 JPS6138244 Y2 JP S6138244Y2 JP 865481 U JP865481 U JP 865481U JP 865481 U JP865481 U JP 865481U JP S6138244 Y2 JPS6138244 Y2 JP S6138244Y2
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ferrimagnetic
magnetization
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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はフエイズドアレイレーダ等に使用す
るフアラデー旋波子形可逆移相器の改良に関する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to an improvement of a Faraday rotary wave element type reversible phase shifter used in a phased array radar or the like.

まず、従来のフアラデー旋波子形可逆移相器の
構造と動作を説明し、次いでこの考案の詳細な説
明をおこなう。
First, the structure and operation of a conventional Faraday rotary wave element type reversible phase shifter will be explained, followed by a detailed explanation of this invention.

第1図はフアラデー旋波子形可逆移相器の構造
断面図を示すものである。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure of a Faraday rotary wave element type reversible phase shifter.

フエリ磁性体1とほぼ等しい比誘電率を持つ誘
電体2の広い一面に所定の抵抗値でかつ適当な形
状の抵抗膜3を蒸着し、そしてこの抵抗膜3を蒸
着し、そしてこの抵抗膜3を挾むように2枚の誘
電体を張り合せる。
A resistive film 3 having a predetermined resistance value and an appropriate shape is deposited on one wide surface of a dielectric material 2 having a dielectric constant approximately equal to that of the ferrimagnetic material 1; Attach two dielectrics so that they are sandwiched between them.

この誘電体とフエリ磁性体1を接着した後、両
端の二面を除く他の全面を無電気メツキ法、蒸着
法などの手法により、メツキあるいは蒸着導波管
4を形成する。(以後簡単の為メツキ導波管と呼
ぶ) そして、このメツキ導波管上に永久磁石5とコ
イル6およびフエリ磁性体ヨーク7を図示のよう
に配置する。
After bonding this dielectric material and the ferrimagnetic material 1, the entire surface other than the two surfaces at both ends is plated or vapor-deposited waveguide 4 is formed by a technique such as electroless plating or vapor deposition. (Hereinafter, it will be referred to as a plated waveguide for simplicity.) Then, a permanent magnet 5, a coil 6, and a ferrimagnetic yoke 7 are arranged on this plated waveguide as shown in the figure.

さらに全体をシールドパイプ8及び入出力導波
管9を導電性接着剤及び構造接着剤等を用いて電
気的及び機械的に接着する。そして整合誘電体1
0を両端に接着することによつて移相器は組立て
られる。
Furthermore, the shield pipe 8 and the input/output waveguide 9 are electrically and mechanically bonded together using a conductive adhesive, a structural adhesive, or the like. and matching dielectric 1
The phase shifter is assembled by gluing 0's to both ends.

次に、移相器の動作原理について説明する。 Next, the operating principle of the phase shifter will be explained.

第1図英文字記号は同断面図の各部の動作機能
を説明するためのものであり、M1,M2はインピ
ーダンス整合部、G1,G2は非可逆円偏波発生
器、L1,L2はリニアポラライザー、Fはフアラ
デー旋波子部である。
The alphabetical symbols in Figure 1 are used to explain the operating functions of each part in the cross-sectional view, M 1 and M 2 are impedance matching parts, G 1 and G 2 are irreversible circularly polarized wave generators, and L 1 , L 2 is a linear polarizer, and F is a Faraday rotator.

今左側の入出力導波管9から入射したマイクロ
波信号は最初の非可逆円偏波発生器G1で円偏波
に変換されてラツチングフアラデー旋波子Fへ進
む。
The microwave signal incident from the input/output waveguide 9 on the left side is converted into a circularly polarized wave by the first irreversible circularly polarized wave generator G1 , and then proceeds to the latching Faraday rotator F.

ラツチングフアラデ旋波子Fのフエリ磁性体1
はコイル6に流すパルス電流によつて、所定の状
態に磁化されているが、入射した円偏波は磁化状
態に応じた透過位相で通過し、次の非可逆円偏波
発生器G2で直線偏波に変換されて出力波とな
る。
Ferrimagnetic material 1 of latching Farade rotator F
is magnetized to a predetermined state by the pulse current flowing through the coil 6, but the incident circularly polarized wave passes through with a transmission phase depending on the magnetization state, and is generated by the next irreversible circularly polarized wave generator G2 . It is converted into a linearly polarized wave and becomes an output wave.

今直線偏波入力波Ein、出力波をEoutとし無損
失を仮定すると Eout=e-j(〓〓+〓〓)・Ein …(1) の関係が成立つている。ここにθVはラツチング
フアラデー旋波子部の電気長であり、θFはその
他の部分での固定電気長である。従つてθVを適
当に変えることによつて適当な移相量を得ようと
するのがこの移相器の動作原理である。
Now, assuming that the linearly polarized input wave Ein and the output wave are Eout and there is no loss, the relationship Eout=e -j( 〓〓 + 〓〓 )・Ein...(1) holds true. Here, θ V is the electrical length of the latching Faraday rotation wave element, and θ F is the fixed electrical length of the other parts. Therefore, the operating principle of this phase shifter is to obtain an appropriate amount of phase shift by appropriately changing θ V .

前述した通りフエリ磁性体1中の軸方向の残留
磁化の強さと方向はコイルに流すパルス電流の大
きさと方向を制御することによつて変化し、その
結果としてθVを変化出来る。
As described above, the strength and direction of the residual magnetization in the axial direction in the ferrimagnetic material 1 can be changed by controlling the magnitude and direction of the pulse current flowing through the coil, and as a result, θ V can be changed.

このような移相器をフエイズドアレイレーダ等
に用いる場合、当然耐電力性が要求されるが、そ
の他に可逆であるという条件は見逃すことはでき
ない。
When such a phase shifter is used in a phased array radar or the like, power durability is naturally required, but the other condition that it is reversible cannot be overlooked.

移相器にひねり等の外部応力が加わつた場合、
本来可逆であるべき移相器が非可逆性を有するこ
とがあるが、これはフエリ磁性体1が磁歪効果を
有する為に生ずる現象である。
When external stress such as twisting is applied to the phase shifter,
A phase shifter that should originally be reversible may have irreversibility, but this is a phenomenon that occurs because the ferrimagnetic material 1 has a magnetostrictive effect.

磁歪効果の比較的少ないフエリ磁性体材料とし
てはLi(リチウム)系及びMg−Mn系があげられ
るが、これらのフエリ磁性体材料)を用いた移相
器にパルス状のマイクロ波電力を加え、その尖頭
値を増やしてゆくと、比較的低い尖頭値から急速
に挿入損失が増加するという欠点がある。一方
YIG(イツトリウム・アイアン・ガーネツト)系
はHo(ホロミユーム)等の稀土類イオンを加え
ることにより前記尖頭値を大幅に大きくすること
ができるが、前記磁歪効果を有しているという相
予盾する現象があり実用に供する移相器を提供す
るという面において困難があつた。
Examples of ferrimagnetic materials with relatively low magnetostrictive effects include Li (lithium)-based and Mg-Mn-based ferrimagnetic materials, and pulsed microwave power is applied to a phase shifter using these ferrimagnetic materials. Increasing the peak value has the disadvantage that the insertion loss increases rapidly from a relatively low peak value. on the other hand
The peak value of the YIG (yttrium iron garnet) system can be greatly increased by adding rare earth ions such as Ho (holomyum), but there is a trade-off that it has the magnetostrictive effect. Due to this phenomenon, it was difficult to provide a phase shifter that could be put to practical use.

この考案は上記相矛盾する問題点を根本的に解
決しようとするものである。
This invention attempts to fundamentally solve the contradictory problems mentioned above.

第2図は磁歪を説明する為の図である。フエリ
磁性体1に磁界Hをかけて磁化してゆくとその形
が変わつてゆく現象を磁歪という。磁化する前の
フエリ磁性体の長さをl、半径をa、磁化した後
の長さ方向の変化長を△l、半径方向の変化長を
△aとし、λ=△l/l及びλ=△a/aと
磁界Hの関係を示している。これによると磁界H
と平行方向は伸び、磁界Hと直角方向は縮むこと
になる。
FIG. 2 is a diagram for explaining magnetostriction. The phenomenon in which the shape of the ferrimagnetic material 1 changes when it is magnetized by applying a magnetic field H is called magnetostriction. The length of the ferrimagnetic material before magnetization is l, the radius is a, the change length in the length direction after magnetization is △l, the change length in the radial direction is △a, and λ 1 = △l/l and λ 2 shows the relationship between Δa/a and the magnetic field H. According to this, the magnetic field H
The direction parallel to the magnetic field H will expand, and the direction perpendicular to the magnetic field H will contract.

一歩進めて解釈すれば、消磁状態では、各磁区
が自発的に歪んでいるが、方向がでたらめで互い
に打ち消し合つて、全体としては歪み零となり磁
化が進むとともに、磁化のそろうのに伴つて、ひ
ずみの方向もそろつてゆき全体として変形が現れ
てくると考えられる。
Taking this one step further, in the demagnetized state, each magnetic domain is spontaneously distorted, but the directions are random and they cancel each other out, resulting in zero distortion as a whole, and as magnetization progresses, as the magnetization aligns, It is thought that the direction of strain will become uniform and deformation will appear as a whole.

磁界をかけて磁化方向をそろえると、歪みの方
向がそろうのであるからその逆も成立する。即ち
ひずみをそろえたら磁化がそろうことになる。一
般にはヴイラリ効果と呼ばれている。
When a magnetic field is applied to align the magnetization directions, the directions of distortion align, and vice versa. In other words, if the strain is equalized, the magnetization will be equalized. This is generally called the Vuilleri effect.

第3図は上記論理にもとづき本来可逆であるべ
き移相器がひねり応力により非可逆になる過呈を
説明する為のものである。同図aでフエリ磁性1
のA側を左側にB側を右側に回転するようにひね
り応力P1及びP2を加える。その結果、任意のフエ
リ磁性体1の微少面積qにはフエリ磁性体1の長
軸と45゜及び135゜をなす方向に圧縮力q1,q2
び張力q3,q4が作用し磁歪の逆効果により円周の
R方向に磁化が誘起される(ヴイーデマン効果)
ことになる。A方向よりBに進む円偏波が矢印S1
の方向に入射してくるとRF回転磁界tは磁化方
向Rに対し右まわりの回転磁界を生じ正の円偏波
の透磁率μ+を呈する。
FIG. 3 is for explaining the phenomenon in which the phase shifter, which should be originally reversible based on the above logic, becomes irreversible due to twisting stress. In the same figure a, ferrimagnetism 1
Twisting stresses P 1 and P 2 are applied to rotate the A side to the left and the B side to the right. As a result, compressive forces q 1 , q 2 and tension forces q 3 , q 4 act on the minute area q of any ferrimagnetic material 1 in directions forming 45° and 135° with the long axis of the ferrimagnetic material 1, resulting in magnetostriction. Magnetization is induced in the R direction of the circumference due to the opposite effect (Wiedemann effect)
It turns out. Circularly polarized waves traveling from direction A to direction B are arrow S 1
When incident in the direction, the RF rotating magnetic field t generates a clockwise rotating magnetic field with respect to the magnetization direction R, and exhibits a magnetic permeability μ+ of positive circular polarization.

同図bではひねり応力P1及びP2は固定しておき
円偏波がBからAの矢印S2の方向に入射してきた
場合を示している。このさい磁化方向Rに対し
RF回転磁界tは左まわりの回転磁界を生じ負の
円偏波の透磁率μ−を呈する。
Figure b shows the case where the torsion stresses P 1 and P 2 are fixed and circularly polarized waves are incident from B in the direction of arrow S 2 in A. In this case, for the magnetization direction R
The RF rotating magnetic field t generates a counterclockwise rotating magnetic field and exhibits negative circularly polarized magnetic permeability μ-.

Aから円偏波が入射した場合に呈する透磁率と
Bから円偏波が入射した場合に呈する透磁率が円
偏波の左旋、右旋に無関係に常に異なることが本
来可逆であるべき移相器が非可逆な移相器となる
原因である。
The fact that the magnetic permeability exhibited when a circularly polarized wave is incident from A and the magnetic permeability that is exhibited when a circularly polarized wave is incident from B are always different regardless of whether the circularly polarized wave is left-handed or right-handed is a phase shift that should be reversible. This causes the device to become an irreversible phase shifter.

その不具合を解消するには、フエリ磁性体の円
周方向の磁化成分tを打消するか弱めればよい。
In order to eliminate this problem, the magnetization component t in the circumferential direction of the ferrimagnetic material may be canceled or weakened.

第4図はこの考案によるフエリ磁性体の断面図
を示している。11〜14は多分割したフエリ磁
性体であり接着層あるいは誘電体層15を介して
一体化され従来の移相器のフエリ磁性体1を形成
している。4はメツキ導波管である。
FIG. 4 shows a sectional view of the ferrimagnetic material according to this invention. Numerals 11 to 14 are multi-segmented ferrimagnetic bodies, which are integrated via an adhesive layer or a dielectric layer 15 to form the ferrimagnetic body 1 of a conventional phase shifter. 4 is a plating waveguide.

以上の構成にすることにより、円周方向の閉磁
路を分断することができ磁化tを弱めることがで
きるとともに磁化tを反磁場により打ち消すこと
ができる。又適当な移相を得るのに必要なフエリ
磁性体1中の軸方向の残留磁化はフエリ磁性体1
を本発明の如く分割しても殆んど影響されない。
With the above configuration, the closed magnetic path in the circumferential direction can be divided, the magnetization t can be weakened, and the magnetization t can be canceled by the demagnetizing field. In addition, the axial residual magnetization in the ferrimagnetic material 1 necessary to obtain an appropriate phase shift is
is hardly affected even if it is divided as in the present invention.

第5図はこの考案の他の実施例でありフエリ磁
性体の断面形状を正方形にしたものであり断面形
状が丸の第4図と同様な作用により円周方向の磁
化を打消すことができる。
Figure 5 shows another embodiment of this invention, in which the cross-sectional shape of the ferrimagnetic material is square, and magnetization in the circumferential direction can be canceled by the same effect as in Figure 4, which has a circular cross-sectional shape. .

以上のようにこの考案によれば、フエリ磁性体
1を円偏波の進行方向の軸に沿つて複数に分割し
て、その間の接着層あるいは薄い誘電体層を形成
し再度一体化することによりひねり応力によつて
生ずる円周方向の磁化成分を反磁場の効果により
打ち消すことができる。
As described above, according to this invention, the ferrimagnetic material 1 is divided into a plurality of parts along the axis in the direction of propagation of circularly polarized waves, an adhesive layer or a thin dielectric layer is formed between the parts, and the parts are integrated again. The magnetization component in the circumferential direction caused by torsional stress can be canceled by the effect of the demagnetizing field.

その結果、磁歪を有するフエリ磁性体をフアラ
デ旋波子部下に用いても、ひねり応力等により本
来可逆であるべき移相器が非可逆性を生ずると云
う問題点を完全に解決することができる。
As a result, even if a ferrimagnetic material having magnetostriction is used below the Farade rotator, it is possible to completely solve the problem that the phase shifter, which should be originally reversible, becomes irreversible due to torsional stress or the like.

この考案は、材料面で解決し得なかつた問題を
フアラデー旋波子形可逆移相器の構造を若干変更
することにより実現でき、実用的フアラデー旋波
子形可逆移相器を提供するという面においてその
効果は非常に大きい。
This invention can solve the problem that could not be solved in terms of materials by slightly changing the structure of the Faraday rotating wave element type reversible phase shifter, and has the advantage of providing a practical Faraday rotating wave element type reversible phase shifter. The effect is huge.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のフアラデー旋波子形可逆移相器
の構造断面図、第2図は磁歪の効果を説明する為
の図、第3図は従来のフアラデー旋波子形可逆移
相器が非可逆性を呈する理由を説明する為の図、
第4図はこの考案によるフアラデー旋波子形可逆
移相器のフアラデー旋波子部の効果を説明する為
の図、第5図はこの考案による他の実施例を説明
する為の図である。 図中1はフエリ磁性体、2は誘電体、3は抵抗
膜、4はメツキ導波管、5は永久磁石、6はコイ
ル、7はフエリ磁性体ヨーク、8はシールドパイ
プ、9は入出力用導波管、10は整合誘電体、1
1〜14は本発明による多分割したフエリ磁性
体、15は誘電体層である。なお、図中同一ある
いは相当部分には同一符号を付して示してある。
Figure 1 is a cross-sectional view of the structure of a conventional Faraday rotary wave element reversible phase shifter, Figure 2 is a diagram for explaining the effect of magnetostriction, and Figure 3 is a conventional Faraday rotary wave element type reversible phase shifter. A diagram to explain the reason for exhibiting gender,
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the Faraday rotary wave element section of the Faraday rotary wave element type reversible phase shifter according to this invention, and FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment according to this invention. In the figure, 1 is a ferrimagnetic material, 2 is a dielectric, 3 is a resistive film, 4 is a plated waveguide, 5 is a permanent magnet, 6 is a coil, 7 is a ferrimagnetic yoke, 8 is a shield pipe, and 9 is an input/output 10 is a matching dielectric, 1
1 to 14 are multi-segmented ferrimagnetic materials according to the present invention, and 15 is a dielectric layer. It should be noted that the same or corresponding parts in the figures are indicated by the same reference numerals.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] フエリ磁性体、誘電体、抵抗膜、永久磁石、コ
イル、フエリ磁性体ヨーク、メツキ導波管、シー
ルドパイプ、整合誘電体、及び入出力導波管とか
らなるフアラデー旋波子形可逆移相器において、
上記フエリ磁性体を電波の進行方向に沿つて多分
割したことを特徴とするフアラデー旋波子形可逆
移相器。
In a Faraday rotary wave element type reversible phase shifter consisting of a ferrimagnetic material, a dielectric material, a resistive film, a permanent magnet, a coil, a ferrimagnetic yoke, a plated waveguide, a shield pipe, a matching dielectric material, and an input/output waveguide. ,
A Faraday rotary wave element type reversible phase shifter, characterized in that the Ferrimagnetic material is multi-divided along the direction of propagation of radio waves.
JP865481U 1981-01-24 1981-01-24 Expired JPS6138244Y2 (en)

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JP865481U JPS6138244Y2 (en) 1981-01-24 1981-01-24

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Publication Number Publication Date
JPS57122903U JPS57122903U (en) 1982-07-31
JPS6138244Y2 true JPS6138244Y2 (en) 1986-11-05

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ID=29806805

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