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Temperaturkompensierter. nichtreziproker Vierpol
Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturkompensierten nichtreziproken Vierpol für elektromagnetische Wellen, welcher aus einem Abschnitt einer Hochtrequenzleitung besteht, in deren Feldraum
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Hilfe eines Dauermagneten vormagnetisiert wird.
Solche Anordnungen werden vor allem im Gebiet der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen ver- wendet. Sie dienen dazu. Schaltelemente mit richtungsabhängiger Übertragung zu bilden. Bei einer be- kannten Anordnung dieser Art ist in einem Rechteckhohlleiter im Innern ein streifenförmiges gyroma- gnetisches Material, beispielsweise Ferrit, parallel zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen
Wellen eingefügt. Die Anordnung dient zur richtungsabhängigen Übertragung von elektromagnetischen
Wellen in der H -Wellenform.
Zur Erzielung dieser richtungsabhängigen Eigenschaften wird der erwähnte Ferritkörper hiebei durch ein aussen an der Hohlleitung anliegendes Dauermagnetsystem vormagnetisiert. Je nach der gewünschten
Verwendungsart wird diese Vormagnetisierung so gewählt, dass die gyromagnetische Resonanzfrequenz des Ferritkörpers unterhalb, oberhalb oder in der Nähe der Frequenz liegt, welche die zu übertragende elektromagnetische Welle besitzt. Bei solchen Anordnungen hat sich jedoch gezeigt, dass sich die Übertragungseigenschaften dieser Vierpole während des Betriebes sehr stark ändern. Diese Änderung ist bedingt durch die Temperaturabhängigkeit des verwendeten gyromagnetischen Stoffes.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man bereits nichtreziproke Vierpole der oben erwähnten Art so aufgebaut, dass die Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Temperatur derart geändert wird, dass die bei Änderung der Temperatur des gyromagnetischen Stoffes auftretenden Änderungen der gyromagnetischen Eigenschaften nahezu ausgeglichen werden. Hiezu wurde der Vormagnetisierungskreis des gyromagnetischen Stoffes mit einem Haupt-und/oder Nebenschluss versehen, welcher aus einem magnetischen Material mit stark temperaturabhängiger Sättigungsmagnetisierung besteht, wobei der Temperaturgang des im Haupt- oder Nebenschluss angeordneten magnetischen Materials gegenläufig zu dem Temperatur- gang des Stoffes gewählt wurde, dessen gyromagnetische Eigenschaften in dem Abschnitt der Hochfrequenzleitung ausgenutzt werden sollen.
Ferner ist es bekannt, die unerwünschte Temperaturabhängigkeit nichtreziproker Vierpole in der Weise zu kompensieren, dass in den verschiedenen Temperaturbereichen unterschiedlich ansprechende nichtreziproke Vierpole hintereinander geschaltet werden. Die Vierpole sind dabei für sich unkompensiert. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist derart, dass in einem ersten Temperaturbereich beispielsweise der erste nichtreziproke Vierpol wirksam ist,. in einem benachbarten Temperaturbereich der darauffolgende nichtreziproke Vierpol usw.
Ausserdem ist es zur Temperaturkompensation bei nichtreziproken Vierpolen bereits bekannt, durch Einbau von ferromagnetischem Material mit entsprechendem Temperaturgang die gewünschte Kompensation zu erzielen.
Auch durch besondere Formgebung des Querschnittes des ferromagnetischen Materials lässt sich eine Temperaturkompensation erzielen.
Diese bekannten Massnahmen zur Kompensation des unerwünschten Temperaturganges sind jedoch unbefriedigend. Dies rührt einmal daher, dass die verwendeten Magnetsysteme ein grosses Bauvolumen
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erfordern. Ausserdem entstehen durch die Serien- oder Parallelschaltung eines Materials mit temperatur- abhängigem magnetischemWiderstand zum magnetischen Kreis der Dauermagnete unerwünschte Verluste an magnetischer Energie.
Ein Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine neue Möglichkeit zur Kompensation des oben erwähnten unerwünschten Temperaturganges eines nichtreziproken Vierpoles aufzuzeigen, bei welchem die Nachtei- le der bekannten Anordnungen vermieden werden.
Bei einem temperaturkompensierten nichtreziproken Vierpol für elektromagnetische Wellen, be- stehend aus einem Abschnitt einer Hochfrequenzleitung, in deren. Feldraum ein Stoff mit gyromagneti- schen Eigenschaften angeordnet ist, der durch ein angelegtes Magnetfeld mit Hilfe eines Dauermagneten vormagnetisiert wird, wobeidie Temperaturkompensation durch Einbau ferromagnetischen Materials mit ent- sprechendem Temperaturgang erfolgt, schlägt deshalb die Erfindung vor, dass dieser Dauermagnet zum Teilaus einem hartmagnetischen Material. insbesondere aus Bariumferrit. besteht, der eine solche temperaturabhängi- ge Induktion besitzt, dass der Temperaturgang des gyromagnetischen Stoffes kompensiert wird.
Vor einigen Jahren sind Magnetwerkstotte bekanntgeworden, die sich bei technisch noch brauchbarer
Remanenz durch ihre hohe Koerzitivkraft auszeichnen und infolge ihrer billigen Ausgangsstoffe zu einem sehr niedrigen Preis herstellbar sind. Dies sind die Bariumferrite. Die grösste remanente Energiedichte der anisotropen Bariumferrite. ist mit den unter dem Handelsnamen"Alnico"bekannten magnetischen
Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierungen vergleichbar. Die hohe Koerzitivkraft der Bariumferritmagnete ermöglicht jedoch einen gedrungeneren Aufbau der Magnetsysteme.
Trotzdem haben diese Magnete bisher keine grosse Verbreitung gefunden, da sie für viele Anwen- dungsgebiete infolge ihres äusserst starken Temperaturganges ungeeignet waren.
Die Erfindung macht sich nun gerade die bisher als nachteilig bezeichnete Temperaturabhängigkeit dieser Magnete zu Nutzen, um einen temperaturkompensierten nichtreziproken Vierpol zu schaffen, welcher bei gleichen elektrischen Eigenschaften erheblich einfacher herzustellen ist wie die bisher bekannten Anordnungen.
In der Fig. 1 ist ein nichtreziproker temperaturkompensierter Vierpol bekannter Bauart dargestellt.
Er besteht aus einem Abschnitt einer Hochfrequenzleitung (Hohlleiter) l, in welchem Streifen 2 mit gyromagnetischen Eigenschaften angeordnet sind. Hiezu dienen vorzugsweise Ferritstreifen. Zur Erzielung der erforderlichen Vormagnetisierung für die Streifen 2 ist ausserhalb des erwähnten Hohlleiters ein Magnetsystem 3 angebracht, das aus den beiden Magneten 3a und 3b besteht. Die beiden Streifen werden entsprechend den eingezeichneten Pfeilen in entgegengesetzter Richtung vormagnetisiert. Um den magnetischen Kreis ausserhalb des Hohlleiters zu schliessen, sind die beiden Magnete 3a und 3b durch zwei Weicheisenteile 4a und 4b verbunden.
Die mit 5a und 5b bezeichneten Teile der Fig. l bestehen aus einem Material, dessen Temperaturabhängigkeit gegenläufig ist zu dem unerwünschten Temperaturgang der Ferritstreifen, so dass die gesamte Anordnung über den interessierenden Temperaturbereich keine Änderung der elektrischen Eigenschaften aufweist. Der zu dem Hohlleiterabschnitt 1 gehörende Hohlleiterflansch 6 wurde in der Fig. l gestrichelt eingezeichnet.
In der Fig. 2 ist ein gemäss der Erfindung aufgebauter temperaturkompensierter nichtreziproker Vierpol dargestellt, bei dem Magnetsysteme gleicher Luftspaltinduktion wie bei der Anordnung der Fig. 1 verwendet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Abschnitt einer Hochfrequenzleitung ein Hohlleiter 1 verwendet, der in seinem Inneren zwei Streifen eines Stoffes mit gyromagnetischen Eigenschaften besitzt. Diese Streifen 2 bestehen vorzugsweise aus einem Ferrit. Die erforderliche Vormagnetisierung dieser Streifen wird hiebei durch drei kleine, auf den Breitseiten des Hohlleiters angebrachte Magnete bewirkt. Diese Magnete sind zwischen Weicheisenteilen 4c, 4d, 4e, 4f, 4g und 4h angeordnet, welche den magnetischen Kreis der einzelnen Magnete schliessen, so dass kaum Verluste an magnetischer Energie entstehen. Der linke der in der Figur dargestellten Magnete ist mit 3g bzw. 3h bezeichnet. Die eingetragenen Pfeile stellen hiebei wieder die Richtung des Magnetfeldes dar.
Die Magnete 3c und 3d bestehen aus der unter dem Handelsnamen"Alnico"bekanntgewordenen Legierung, ebenso wie die mit 3g und 3h bezeichneten Magnete am linken Ende des dargestellten Hohlleiterabschnittes.
In der Mitte der Anordnung ist ein weiteres Magnetpaar 3e, 3f angeordnet, welches aus Bariumferrit besteht. Es wurden beim dargestellten Ausführungsbeispiel bewusst zwei verschiedene magnetische Materialien verwendet, um den Temperaturgang des gyromagnetischen Stoffes möglichst genau über den interessierenden Temperaturbereich zu kompensieren.
Ein"Alnico"-Magnet besitzt einen Temperaturgang, welcher ungefähr um eine Zehnerpotenz kleiner ist als derjenige eines Bariumferrites. Durch die Verwendung von verschiedenen hartmagnetischen Mate-
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rialien für das Magnetsystem wird eine sehr gute Kompensation des schädlichen Temperaturganges der Ferritstreifen 2 ermöglicht. Der magnetische Kreis jedes Magneten ist über die zwischen den einzelnen Magneten angeordneten Weicheisenteile 4d und 4g : bzw. 4e und 4h und die zwischenliegenden Ferritstreifen geschlossen. In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem innerhalb des Hohlleiters 1 lediglich ein vormagnetisierter Ferritstreifen 2 angeordnet ist.
Auch bei dieser Ausführungsform werden zur Erzielung der erforderlichen Vormagnetisierung zwei verschiedene hartmagnetische Werkstoffe verwendet. Die beiden Magnete 31 und 3m bestehen hiebei aus Bariumferrit, während die andern beiden Magnete, welche mit 3i und 3k bezeichnet sind, wieder aus einer "Alnico"-Legierung bestehen. Die Weicheisenteile 4h, 4i, 4k und 41 sind dabei in an sich bekannter Weise wieder so ausgebildet, dass die Feldlinien möglichst geschlossen innerhalb dieser Teile verlaufen. In der Fig. 3 wurde bei dem dargestellten Hohlleiter ausserdem noch der zugehörige Hohlleiterflansch 6 gestrichelt eingezeichnet, um das erforderliche kleine Bauvolumen der Magnetanordnungen aufzuzeigen, verglichen mit der in Fig. l dargestellten bekannten Anordnung.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen be- schränkt ist, sondern in gleicher Weise auch für andere nichtreziproke Vierpole Verwendung finden kann, bei denen die Hochfrequenzleitung beispielsweise durch eine koaxiale Leitung gebildet wird. Durch das kleine Bauvolumen der erforderlichen Magnetsysteme ergibt sich bei einer koaxialen Hochfrequenzleitung ausserdem die Möglichkeit, das Magnetsystem im Innenleiter dieser Leitung anzubringen, welcher hiefür hohl ausgebildet ist, so dass die ganze Anordnung extrem klein gehalten werden kann.
Die erfindungsgemässe Temperaturkompensation ist geeignet für Resonanz-Isolatoren, Feld verzerrungs- isolatoren, Faradaydreher, Y-Zirkulatoren und für nichtreziproke Phasenschieber.