DE1038138B - Anordnung mit einer Lecherleitung, insbesondere Bandleitung, als Einwegleitung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Wellenleiter als Einwegleitung für Mikrowellen auf gyromagnetischer Grundlage, und zwar auf eine Anordnung mit einem solchen Wellenleiter, in dem sich die elektromagnetische Energie in Form von Lecherwellen fortpflanzt.

Aus der Hohlleitertechnik sind Einwegleitungen bekannt. Dabei ist in einem Hohlleiter ein passend dimensionierter Körper aus ferromagnetischem Material angeordnet. Wenn nun ein für die magnetische Sättigung des erwähnten Materials ausreichend starkes Magnetfeld angelegt wird, dann kann eine von der einen Richtung einfallende Welle einer bestimmten Frequenz ohne wesentliche Dämpfung den Hohlleiter durchlaufen, während eine Welle derselben Frequenz, die von der entgegengesetzten Richtung einfällt, stark gedämpft wird. Die Sperrfrequenz, bei der diese Erscheinung auftritt, wird durch die gyromagnetische Resonanz in dem ferromagnetischen Material bestimmt, und die gyromagnetische Resonanz ist von der Magnetisierung des Materials und somit von der Stärke des magnetischen Feldes abhängig.

Diese richtungsbedingte Sperrwirkung verdankt eine derartige Einwegleitung dem Umstand, daß ihre Wirkungsweise auf einer Eigenschaft des elektromagnetischen Feldes beruht, die von der Übertragungsrichtung abhängig ist. Es ist der Zustand der zirkulären Polarisation des magnetischen Feldvektors, der, falls er in einem Gebiet in reiner Form gegeben ist, eine theoretisch vollkommene richtungsbedingte Sperrwirkung hervorruft.

Der zirkularpolarisierte magnetische Feldvektor ist jedoch in den Wellenleitern, in denen sich die Energie in Form von Lecherwellen fortpflanzt, z. B. Bandleitung oder Koaxialleitung, nicht gegeben, so daß die oben beschriebene Sperrwirkung bei diesen Wellenleitern nicht ohne weiteres zustande kommt.

Es ist bereits ein Hochfrequenz-Richtungskoppler auf gyromagnetischer Grundlage für Bandleitungen bekannt, bei dem das notwendige zirkularpolarisierte magnetische Feld dadurch erzeugt wird, daß der Leitungsleiter der ankommenden Bandleitung spiralförmig auf der einen Stirnfläche eines zylindrischen Ferritkörpers und der Leitungsleiter der abgehenden Bandleitung zwecks Rückwandlung in ein linearpolarisiert-magnetisches Feld als gegensinnig gewundene Spirale auf der anderen Stirnfläche des Ferritkörpers liegt. Die ganze Anordnung wird senkrecht zu den Flächen der Spiralen von einem statischen Magnetfeld durchsetzt, so daß im gyromagnetischen Resonanzzustand des Ferritkörpers eine richtungsabhängige Kopplung erzielt wird.

Mit der Erfindung wird eine Anordnung angegeben, die es ebenfalls ermöglicht, auch Lecherleitungen als Anordnung mit einer Lecherleitung,

insbesondere Bandleitung,

als Einwegleitung

Anmelder:

International Standard Electric
ίο Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

_Xg Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 24. September 1956

Leonard Lewin, George Horace Brooke Thompson

und Francois Sagnard, London,
sind als Erfinder genannt worden

^ώ

Einwegleitungen auf gyromagnetischer Grundlage auszubilden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu der die Lecherwellen übertragenden Leitung ein Leitungsstumpf angeordnet ist und daß in dem Gebiet, das durch den aus dem magnetischen Vektor der fortschreitenden Welle und dem magnetischen Vektor der angeregten, stehenden Welle des Leitungsstumpfes resultierenden zirkularpolarisierten magnetischen Vektor gekennzeichnet ist, der durch das statische Magnetfeld angeregte Ferritkörper angeordnet ist.

Die Erfindung und ihre praktische Ausführung soll in einer Ausführungsform an Hand der Zeichnung erläutert werden:

Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Einwegleitung teilweise im Schnitt, in

Fig. 2 wird die in Fig. 1 gezeigte Anordnung im Schnitt A-A dargestellt.

Unter einer Bandleitung ist ein Wellenleiter zu verstehen, dessen bandförmige Leiter in einem bestimmten Abstand voneinander parallel verlaufen und in dem sich die elektromagnetische Energie normalerweise in Form von Lecherwellen ausbreitet. Eine derartige Bandleitung besteht z. B. aus zwei Leitern, von denen der eine Leiter (Erdleiter) breiter als der andere Leiter (Leitungsleiter) ist und die durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt sind, deren Dicke einen Bruchteil einer Viertelwellenlänge der zu übertragenden Frequenz beträgt. Eine solche Bandst» 600/351

leitung kann auch drei Bandleiter aufweisen, die ebenfalls parallel verlaufen. Dabei sind zwei der Bandleiter breiter und auf der einen Seite je einer dielektrischen Schicht angeordnet. Der dritte, schmalere Leiter liegt auf der anderen Seite der dielektrischen Schichten. Das als Dielektrikum verwendete Material kann Polystyrol sein, was unter der Markenbezeichnung »Teflon« bekannt ist. Es können als Dielektrikum auch Fiberglas oder andere Materialien mit entsprechenden dielektrischen Eigenschaften verwendet werden. Wenn es die Form des Wellenleiters erlaubt, kann das Dielektrikum auch gasförmig sein, z. B. Luft oder Nitrogen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Bandleitung mit zwei Leitern, bestehend aus dem schmäleren Leitungsleiter 1,1' und dem breiteren Erdleiter 4, die beide auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Dielektrikums 3 liegen, das die gleiche Breite wie der Erdleiter aufweist. Die elektromagnetische Energie pflanzt sich längs der Bandleitung in Form von Lecherwellen fort. Der magnetische Vektor steht dabei senkrecht zum Leitungsleiter 1, V und senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung. Ein mit dem Leitungsleiter aus einem Stück gefertigter Leiterstumpf 5 (Fig. 2) liegt in der gleichen Ebene wie der Leitungsleiter und senkrecht zu diesem. Die Breite des Leiterstumpfes 5 ist vorzugsweise kleiner als die des Leitungsleiters 1,1'. Wenn die Länge des Stumpfes 5 richtig gewählt ist, etwa ein ungerades Vielfaches einer Viertelbetriebswellenlänge betragt, dann sind der Strom an der Basis des Stumpfes im Leiter 5 und dem Erdleiter 4 und der im Leitungsleiter und Erdleiter am Stumpf vorbei übertragene Strom praktisch gleich groß und haben eine Phasendifferenz von 90°. Somit sind an der Verbindungsstelle des Stumpfes 5 mit dem Leitungsleiter 1, V die magnetischen Vektoren etwa gleich groß, aber um 90° gegeneinander verschoben, so daß ein Bereich zirkularer Polarisation des magnetischen Feldvektors gegeben ist.

Ein Stück aus ferromagnetischem Stoff, wie beispielsweise ein Zylinder 6 aus Nickel-Zink-Ferrit mit niedrigem Curie-Punkt, liegt in dem Bereich mit kreisförmig polarisiertem Magnetfeld, und zwar zwischen dem Leitungsleiter 1, V und dem Erdleiter 4, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Der Durchmesser des Ferritzylinders 6 beträgt 0,13 cm, und die Länge ist gleich der Dicke der dielektrischen Schicht 3 der Bandleitung. Der Ferritkörper kann zweckmäßigerweise dadurch in seine Lage gebracht werden, daß man ein Loch durch den Erdleiter, das Dielektrikum und den bandförmigen Leiter bohrt, den Ferritkörper in das so entstandene Loch einsetzt und hierauf die Löcher im Leitungsleiter und im Erdleiter verlötet. Der Ferritkörper liegt an der Verbindungsstelle des Stumpfes 5 mit der Hauptleitung, wobei die genaue Lage nicht kritisch ist. Die Anwesenheit des Ferritkörpers ändert das kreisförmig polarisierte Magnetfeld, und daher kann es nötig sein, daß die Länge des Stumpfes 5 geändert wird, um die genannte Feldänderung zu korrigieren. Weiter kann ein Hilfsstumpf 9 vorgesehen sein, um die Anpassungsverhältnisse der Bandleitung zu verbessern. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, liegt dieser Stumpf 9 in derselben Ebene wie der Leitungsleiter 1,1' auf dem Dielektrikum 3 dem Stumpf 5 gegenüber. Seine Länge beträgt beispielsweise ein Achtel und die des Stumpfes 5 drei Achtel der Betriebswellenlänge, und seine Breite ist gleich der des Stumpfes 5.

Die Pole 7 und 8 eines Magneten sind beidseits des Ferritkörpers 6 angeordnet, wobei der Pol 7 der Nordpol und der Pol 8 der Südpol ist. Das statische Magnetfeld, in welchem der Ferritkörper 6 liegt, weist entsprechend der gewünschten Dämpfungsrichtung einen bestimmten Richtungssinn auf, und die FeIdstärke ist so gewählt, daß das Ferrit in den Zustand gyromagnetischer Resonanz versetzt werden kann. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Feldstärke 500 Oersted für eine Frequenz von 4000 MHz.

Eine Welle bestimmter Frequenz, welche sich vom

ίο Teil 1 zum Teil 1' der Bandleitung fortpflanzt, wird beim Durchgang durch den Ferritkörper 6 praktisch nicht gedämpft, während eine Welle gleicher Frequenz, die sich in umgekehrter Richtung fortpflanzt, ein praktisch kreisförmig polarisiertes Magnetfeld von solcher Richtung erzeugt, daß sie beträchtlich gedämpft wird. Bei einer Frequenz von 4000 MHz wurde für die beiden Übertragungsrichtungen ein Dämpfungsverhältnis von 30:1 erhalten.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. Beim schon erwähnten Fall einer doppelten Bandleitung mit zwei breiten und einem schmalen Bandleiter wird das Ferrit innerhalb des Bereiches kreisförmiger Polarisation auf beiden Seiten des mittleren Bandleiters angeordnet. Dies kann in der bereits beschriebenen Weise geschehen, indem man ein Loch durch den ganzen Wellenleiter hindurchbohrt, den Ferritkörper so weit einsetzt, daß er mit den nach innen weisenden Oberflächen der beiden Erdleiter abschließt, und dann die Löcher in diesen Erdleitern verlötet. Es ist ersichtlich, daß bei der Verwendung einer Koaxialleitung im Bereich des Stumpfes, wo die Seitenarme vom äußeren Leiter der Hauptleitung austreten, die Feldverteilung von ähnlicher Art ist wie bei der zuletzt erwähnten Bandleitung.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung mit einer Lecherleitung, insbesondere Bandleitung, als Einwegleitung, deren richtungsbedingte Sperrwirkung durch die Wechselwirkung eines in der Leitung befindlichen und durch ein statisches Magnetfeld zur gyromagnetischen Resonanz angeregten Ferritkörpers und dem zirkularpolarisierten magnetischen Vektor einer fortschreitenden Welle hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zu der die Lecherwellen übertragenden Leitung ein Leitungsstumpf angeordnet ist und daß in dem Gebiet, das durch den aus dem magnetischen Vektor der fortschreitenden Welle und dem magnetischen Vektor der angeregten, stehenden Welle des Leitungsstumpfes resultierenden zirkularpolarisierten manetischen Vektor gekennzeichnet ist, der durch das statische Magnetfeld angeregte Ferritkörper angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung aus einer Bandleitung mit einem Leitungsleiter (1,1'), Erdleiter (3) und Dielektrikum (4) besteht und daß der eine Leiter des Leitungsstumpfes (5) auch als Bandleiter ausgebildet ist, mit dem Leitungsleiter aus einem Stück gefertigt ist und senkrecht zu ihm und in gleicher Ebene angeordnet ist, während der andere Leiter durch den Erdleiter gebildet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Leitungsstumpfes (5) vorzugsweise ein ungerades Vielfaches einer Viertelbetriebswellenlänge beträgt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verbesserung der An-

passungsverhältnisse ein Hilfsleitungsstumpf (9) vorgesehen ist.

5. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsleitungsstumpf (9) und der Leitungsstumpf (5) bezüglich des Leitungsleiters (1, V) auf entgegengesetzten Seiten und auf der gleichen Achse angeordnet sind.

6. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrit-

körper (6) im Dielektrikum (4) eingebettet ist und seine Stirnflächen mit den Oberflächen des Dielektrikums etwa in einer Ebene liegen.

7. Anordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Stoff ein Nickel-Zinn-Ferrit ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 755 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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