DE1080163B - Hohlleiteranordnung zur UEbertragung elektromagnetischer Wellen mit einem Ferritelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlleiteranordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen zur Verwendung als Mikrowellenschalter, Phasenschieber od. dgl. mit einem sich innerhalb des Hohlleiters in dessen Achsrichtung längs erstreckenden Ferritelement, in dem durch eine Spule ein längsgerichteter magnetischer Fluß erzeugt wird, der außerhalb des Ferritelementes mindestens teilweise durch weitere Ferritelemente geschlossen ist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, bei der also das innerhalb des Hohlleiters sich längserstrekkende Ferritelement gleichfalls durch weitere Ferritelemente zu einem magnetischen Kreis geschlossen ist, ist an die Enden dieses Ferritelementes magnetisch ein Joch angeschlossen, das mit seinen Schenkeln die Wandung des Hohlleiters durchdringt und auf seinem außerhalb des Hohlleiters liegenden Steg die Spule trägt. Diese Anordnung ist gewählt, um unerwünschte Schirmwirkungen möglichst niedrig zu halten. Wegen der hohen Frequenzen und der demzufolge niedrigen Werte der Streuimpedanzen verläuft bei dieser Anordnung ein erheblicher Betrag des von der Spule erzeugten Feldes als Streufeld außerhalb der ferromagnetischen Teile des Kreises. Das Streufeld durchdringt überdies die Wandung des Hohlleiters zweimal und erzeugt darin Wirbelstromverluste. Ein Mangel dieser Anordnung liegt ferner darin, daß sie in der Wandung des Hohlleiters einen Schlitz von der Länge des Joches erfordert.

Bei einer Hohlleiteranordnung der eingangs genannten Ausführung werden erfindungsgemäß sämtliche Ferritelemente und die Spule in den Hohlleiter eingeschlossen. Es entfallen dann jegliche Wandungsdurchbrechungen, und die Zahl der Streulinien, die in die Hohlleiterwandung eindringen, ist selbst dann kleiner als bei der bekannten Anordnung, wenn man den magnetischen Kreis nicht vollständig ferromagnetisch schließt. Überdies wird außerhalb des Hohlleiters keinerlei Raum in Anspruch genommen, während im Inneren Raum nutzbar gemacht wird, der sonst ungenutzt bleibt. Schließlich kann man den Ferritelementen, die den magnetischen Kreis außerhalb der Spule schließen, leicht einen größeren Querschnitt geben, als ihn das in der Spule befindliche Ferritelement aufweist. Dadurch wird der magnetische Widerstand vermindert, ohne daß man die Dicke des Spulenkernes und den mittleren Windungsdurchmesser der Spule vergrößern muß.

Der letztgenannte Vorteil tritt besonders stark in Erscheinung, wenn man, wie es einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht, die Anordnung so aufbaut, daß die den magnetischen Kreis außen schließenden Ferritelemente das innere Ferritelement in Form einer Hülse oder einer Vielzahl von Jochen Hohlleiteranordnung zur übertragung

elektromagnetischer Wellen

mit einem Ferritelement

Anmelder:

Hughes Aircraft Company,
Culver City, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. November 1957

George S. Uebele, Long Beach, Calif.,

und Neal C. Silence, Torrance, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

räumlich umschließen, wobei das innere Ferritelement mit der es außen umschließenden Hülse auch durch Stirnstücke aus Ferrit verbunden sein kann.

Das innere Ferritelement wird zweckmäßig durch eine Vielzahl von Längsstegen gehaltert, die sich von der Wand des Hohlleiters in radialer Richtung nach innen erstrecken.

Die longitudinal Magnetisierung des inneren Ferritelementes bewirkt eine Faradaysche Drehung, der Polarisationsrichtung. Daher kann der Hohlleiter an seinem Ausgangsende mit einem auf die gedrehte Polarisationsrichtung ansprechenden Ausgang vom Zirkulatortyp versehen werden, der aus zwei Ausgangshohlleitern besteht, wobei dann eine Spannungsquelle an die Spule angeschlossen wird, die dem inneren Ferritelement eine Magnetisierung einprägt, die die Wellenenergie von dem einen auf den anderen Hohlleiter umschaltet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen an Hand der gezeichneten Beispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine in der Mitte aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Ferrit-Mikrowellenschalters, wie er einer ersten Ausführungsform der Erfindung entspricht,

Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 entsprechende Längsschnitte durch zwei andere Ausführungsformen des magnetischen Kreises der in Fig. 1 gezeigten Anordnung,

909 787/281

Fig. 5 eine in der Mitte aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Ferrit-Mikrowellenschalters in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 6 und

Fig. 8 ein Diagramm in kartesischen Koordinaten, das die Ansprechkurve eines gemäß der Erfindung gebauten Mikrowellenschalters veranschaulicht.

Im folgenden soll von Fig. 1 und 2 ausgegangen werden. An den Eingang eines zylindrischen Hohlleiters 10 ist ein rechteckiger Eingangshohlleiter 12 angeschlossen, während vom Ausgang des Hohlleiters 10 zwei rechteckige Ausgangshohlleiter 14 und 16 fortführen. Die rechtwinklige Anordnung der beiden Ausgangshohlleiter 14 und 16 soll im folgenden immer als Zirkulatoranschluß bezeichnet werden, da die beiden Hohlleiter 14 und 16 durch je eine von zwei zueinander orthogonal linear polarisierten, durch den zylindrischen Hohlleiter 10 sich fortpflanzenden Wellen angeregt werden. Wenn man linear polarisierte Wellen in zylindrischen Hohlleitern hat, dann hat man es mit der TE₁₁-WeIIe zu tun.

Entlang der Mittellinie 20 des zylindrischen Hohlleiters 10 ist ein Ferritelement 18 angebracht, das die Form eines Bleistiftes oder Stabes besitzt. Eine elektromagnetische Steuerspule 22 von zylindrischem Querschnitt, im folgenden stets kurz als Steuerspule bezeichnet, umschließt den Ferritstab 18 koaxial. Die Steuerspule umgibt ein dünnwandiger, hohler Ferritzylinder 24, der sich noch im Innern -des zylindrischen Hohlleiters 10 befindet. Zwei Anschlußleitungen 26 und 28, die durch die Wand des Hohlleiters 10 hindurchgehen, sind mit der Steuerspule verbunden. Eine Quelle elektrischer Energie in Form einer Batterie 30 oder eines Signalgenerators 32 oder eine Kombination von beiden ist an die Zuleitungen 26 und 28 angeschlossen und ergibt für die Steuerspule 22 eine Quelle magnetomotorischer Kraft.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Mikrowellenschalter arbeitet wie folgt:

Eine Mikrowellenquelle 34 erregt den rechteckigen Eingangshohlleiter in der TE₀₁-Grundschwingung. Bei diesem Schwingungstyp ist die Richtung des elektrischen Feldvektors E vertikal, weshalb man sagen kann, die Welle sei mit vertikaler Polarisationsrichtung linear polarisiert. Dieser Schwingungstyp erregt nach dem Eintritt der Welle in den zylindrischen Hohlleiter 10 darin die ebenfalls vertikal polarisierte TE₁₁-Welle des zylindrischen Hohlleiters.

Wenn keine elektromotorische Kraft an der Steuerspule 22 liegt, wird auch kein Magnetfeld erregt, so daß der Ferritstab 18 unmagnetisiert bleibt. Die Welle kann sich dann also durch den zylindrischen Wellenleiter hindurch fortpflanzen, ohne daß ihre Polarisationsrichtung gedreht wird. Bei einem nicht magnetisierten Ferrit treten nur die Eigenschaften eines Dielektrikums in Erscheinung, durch das sich elektromagnetische Wellen ohne weiteres fortpflanzen können, wobei sie nur den dielektrischen Verlusten unterworfen sind. Wird jedoch der Steuerspule 22 eine elektromotorische Kraft eingeprägt, so wird ein longitudinales Magnetfeld erzeugt und der Ferritstab 18 magnetisiert. Der magnetisierte Stab 18 erzeugt nun das allgemein bekannte Phänomen des Faraday-Effektes, durch den die Polarisationsrichtung linear polarisierter Wellen um einen Winkel gedreht wird, der der Größe des anregenden Magnetfeldes proportional ist.

In Fig. 1 ist der Ausgangshohlleiter 16 um einen Winkel von 45° gegenüber dem Eingangshohlleiter 12 versetzt angeordnet. Man muß deshalb, um die gesamte Wellenenergie dem Hohlleiter 16 zuzuführen, die Polarisationsrichtung um 45° drehen. Der Grund für diese Winkelverschiebung ist der folgende:

Man möchte gern eine Vormagnetisierung von soleher Größe erzeugen, daß der Schalter niemals in dem sehr niedrigen Bereich der magnetischen Feldstärke arbeiten muß, in dem der Faraday-Effekt infolge der immer vorhandenen Restmagnetisierung nicht linear mit dem angelegten Magnetfeld anwächst. Die Strom-

ίο quelle 30 kann dazu verwendet werden, eine konstante, vorher bestimmte Spannung an die Steuerspule 22 anzulegen, durch die dauernd ein Magnetfeld erzeugt wird, das in Verbindung mit dem Ferritstab 18 entweder eine positive oder eine negative Drehung der Polarisationsrichtung um 45° zur Folge hat. Dabei soll die Drehung hier als positiv bezeichnet werden, wenn ein Beobachter, der durch den Hohlleiter 12 in die Übertragungsapparatur hineinschaut, eine Drehung im Uhrzeigersinn erblickt. Beträgt die Drehung 45° im positiven Sinn, so wird der Hohlleiter 14 angeregt, beträgt sie 45° im negativen Sinn, so wird der Hohlleiter 16 angeregt.

Zur Stromquelle 30 ist ein Impulsgenerator 32 in Reihe geschaltet, der die Aufgabe hat, den Schalter zu betätigen. Die Ausgangsleistung des Impulsgenerators muß hinreichend groß sein, um das dem Ferritstab 18 eingeprägte Magnetfeld derart zu vergrößern, daß sich eine zusätzliche Drehung der Polarisationsrichtung um 90° ergibt. War zunächst einer der beiden Ausgangshohlleiter 14 oder 16 angeregt, so hat das Auftreten eines Impulses eine Drehung der Polarisationsrichtung um 90° und damit die Anregung des anderen Ausgangshohlleiters zur Folge. Empirisch konnte nachgewiesen werden, daß ein solcher Schalter den Ausgang von dem einen auf den anderen Hohlleiter im Bruchteil einer Mikrosekunde umschaltet.

Die Erklärung für das so außerordentlich schnelle Arbeiten des in Fig. 1 gezeigten Schalters findet man in dem verbesserten magnetischen Steuerkreis. In Fig. 2 ist der magnetische Kreis der Steuerspule 22, der zur Mittellinie 20 kreissymmetrisch ist, durch die Schleifen 36 angedeutet. Die Schleifen 36 zeigen, daß ein wesentlicher Teil des magnetischen Kreises innerhalb des Ferritmaterials verläuft. Man kann sich den magnetischen Kreis zusammengesetzt denken aus einem Hinweg 38, einem Rückweg 40 und zwei Verbindungswegen 42 und 42' für den magnetischen Fluß. Der Hinweg 38 wird hierbei definiert als derjenige Teil des magnetischen Kreises, der die Drehung der Polarisationsrichtung zur Folge hat. Das ist der magnetische Fluß, der durch den Ferritstab 18 hindurchgeht. Den Rückweg 40 kann man definieren als denjenigen Teil des magnetischen Kreises, der parallel und entgegengesetzt gerichtet zum Hinweg 38 verläuft. In Fig. 2 wird der Rückweg durch den Ferritzylinder 24 gebildet. Die Verbindungswege 42 und 42' sind diejenigen Teile des magnetischen Kreises, die im allgemeinen gekrümmt um die Enden der Steuerspule verlaufen und dabei den Hinweg 38 und den Rückweg 40 zu einer geschlossenen Schleife verbinden. In Fig. 2 werden die Verbindungswege 42 und 42' durch die Luftspalte gebildet.

Um einen schnell ansprechenden Mikrowellenschalter zu erhalten, wird der magnetische Kreis vollständig im Innern des Hohlleiters untergebracht, um frequenzabhängige Verluste zu verringern, wie sie z. B. durch in den Hohlleiterwänden induzierte Wirbelströme hervorgerufen werden. Derartig induzierte Strome neigen dazu, einer Änderung im magnetischen Feld entgegenzuwirken und dadurch die Ansprechge-

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schwindigkeit des Schalters zu verlangsamen. Um ein torabschluß ersetzen, wodurch man einen Umschalter

möglichst wirksames Arbeiten des Mikrowellenschal- mit zwei Eingängen erhält.

ters zu erhalten, ist darüber hinaus ein magnetischer Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Bauelemente, die

Kreis geringen magnetischen Widerstandes vorgesehen, den magnetischen Kreis in Fig. 2 bilden. Ein dickes

um auf eine leistungsstarke Treiberstufe für die Be- 5 Ferritelement 50 ist längs -der Mittellinie 20 eines zy-

tätigung des Schalters über die Steuerspule verzichten lindrischen oder quadratischen Hohlleiters 10 angeord-

zu können. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der net. Eine Steuerspule 52 ist direkt in das Ferritelement

beschriebenen Anordnung ist eine kleine Quelle elek- 50 eingebettet. Die Zuleitungen 26 und 28 stellen

tromotorischer Kraft, die sich weit wirtschaftlicher die Eingangs- und Ausgangsleitung der Steuerspule

für hohe Schaltgeschwindigkeiten bauen läßt als eine _i0 52 dar und können auf einfache Weise mit einer elek-

große Quelle. irischen Stromquelle verbunden werden, z. B. mit dem

Der in Fig. 2 gezeigte magnetische Kreis enthält ein Signalgenerator aus Fig. 1.

Ferritelement 24 in der Form eines zwischen Steuer- Der magnetische Kreis, der die rotationssymmetrispule 22 und Hohlleiterwandung angebrachten Hohl- sehen Schleifen 36 bildet, liegt vollständig im Innern Zylinders. Der Zylinder 24 bildet den Rückweg 40 für 15 des Ferritelementes 50, wodurch die Energiespeicherden magnetischen Fluß, wobei dieser Fluß durch den wirkung des Kreises auf ein Minimum reduziert wird. Ferritzylinder gebündelt wird. Durch diesen Bünde- Im Vergleich zu der Anordnung nach Fig. 2 ist die lungseffekt verhindert der Zylinder 24 nahezu das Ein- Energiespeicherwirkung der beiden Verbindungswege dringen des magnetischen Flusses in die Hohlleiter- für den magnetischen Fluß 42 und 42' hier vollständig wandung, so daß Wirbelströme fast vermieden wer- 20 weggefallen. Man kann deshalb eine Treibereinheit den. Daneben setzt der Zylinder 24, da er ja ferro- von minimaler Ausgangsleistung verwenden,
magnetisch ist, den magnetischen Widerstand des ma- Der in Fig. 4 dargestellte magnetische Kreis stellt gnetischen Kreises stark herab. Obwohl die Luftspalte eine weitere Modifikation des in Fig. 2 gezeigten längs der Verbindungswege für den magnetischen Kreises dar. Das Ferritelement 18 ist ungefähr längs Fluß 42 und 42' im magnetischen Kreis verbleiben und 25 der Mittellinie 20 eines Hohlleiters 10 von quadratieinige Energie speichern, ist dennoch der magnetische schem oder kreisförmigem Querschnitt angeordnet. Widerstand des magnetischen Kreises 36 wesentlich Eine Anzahl von C-förmigen Ferritjochen, von denen kleiner als in herkömmlichen Anordnungen. zwei in Fig. 4 gezeigt und dort mit den Ziffern 60 Und

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 und 2 dargestellten 62 bezeichnet sind, befinden sich im Innern des Hohl-

Übertragungsapparatur ist an Hand des Beispiels 30 leiters und stehen mit ihren Enden in Verbindung mit

eines Mikrowellenschalters erklärt worden. Es sei hier entsprechenden Endteilen des Ferritelementes 18. Auf

jedoch darauf hingewiesen, daß der in Fig. 2 darge- den geraden Teilen der Joche 60 bzw. 62 sitzen jeweils

stellte magnetische Kreis, der einen niedrigen magne- einzelne Steuerspulen 64 bzw. 66. Die Leitungen 26

tischen Widerstand hat und bei dem Wirbelstromver- und 28 dienen als Anschluß für die Steuerspulen 64

luste nahezu vermieden werden, genau so wohl für 35 und 66, die untereinander durch die Leitung 68 ver-

solche Ferrit-Übertragungsanordnungen angewendet bunden sind. Genau wie in Fig. 3 verläuft der magne-

werden kann, die als Isolatoren, Zirkulatoren, Phasen- tische Kreis auch bei der Anordnung nach Fig. 4 voll-

schieber, Absorptionseinrichtungen u. ä. Verwendung ständig im Innern der verschiedenen Ferritelemente,

finden. Denn die erläuterte Kombination ist für alle Der Rückweg 40 und die Verbindungswege 42 und 42'

Übertragungseinrichtungen anwendbar, die magneti- 40 sind jedoch im Querschnitt kleiner als bei der Anord-

sierte Ferrite enthalten. Die Arbeitsweise nach der Er- nung nach Fig. 3, wobei der Querschnitt von der Quer-

findung wurde nur deshalb an Hand eines Mikrowel- schnittsfiäche der einzelnen Joche und von deren An-

lenschalters erklärt, weil bei schnell arbeitenden Schal- zahl abhängig ist.

tern die Größe des magnetischen Feldes im Ferrit- Die Arbeitsweise der magnetischen Kreise nach

element so schnell wie irgend möglich geändert werden 45 Fig. 3 und 4 ist identisch mit der Arbeitsweise, die im

muß, und dies bei einer sehr hohen Widerholungsfre- Zusammenhang mit dem magnetischen Kreis nach

quenz oder Schalthäufigkeit. Deshalb ist hier ein ma- Fig. 2 und mit dem Schalter nach Fig. 1 beschrieben

gnetischer Kreis mit niedrigen Verlusten und nied- wurde.

rigem magnetischem Widerstand von ganz besonderer In Fig. 5 bis 7 ist ein quadratischer Hohlleiter 70

Bedeutung. Dieselbe Argumentation trifft zu für 50 dargestellt, der linear polarisierte Wellen beliebiger

schnell arbeitende Phasenschieber, bei denen der Ferrit Polarisationsrichtung weiterleiten kann. Der quadra-

auf zirkulär polarisierte Wellen einwirkt. tische Hohlleiter 70 ist mit vier Längsstegen 71, 72,

Nach den der Fachwelt bekannten Gesetzen ist es 73 und 74 versehen, von denen jeder über zwei im klar, daß man die in Fig. 1 gezeigten Ausgänge gegen- Abstand einer Viertelwellenlänge angebrachte Stufen einander verdrehen kann, wenn man die von der 55 75 und 76 auf seine volle Höhe anwächst. Die Stufen Stromquelle 30 hervorgerufene Vormagnetisierung 75 und 76 haben zusammen mit der Abschlußfläche 77 entsprechend einstellt. Darüber hinaus kann der Aus- die Aufgabe einer Impedanzanpassung an den mit gangshohlleiter 14 durch einen Widerstandsfahnenab- Längsstegen versehenen Teil des Hohlleiters. Dadurch schwächer ersetzt werden, den man innerhalb des Hohl- werden auf Reflexion beruhende Verluste herabgeminleiters 10 in radialer Richtung anbringt. Die Kombi- 60 dert. Man kann statt dessen auch andere bekannte Annation eines Fahnenabschwächers mit dem verbleiben- passungsmethoden verwenden. Ein bleistiftförmiger den Ausgangshohlleiter 16 nennt man einen Isolator- Ferritstab 18 wird entlang der Mittellinie 78 des quaabschluß oder Isolatorausgang. Eine derartige Konfi- dratischen Hohlleiters 70 durch die Innenkanten 80 guration ergäbe einen einpoligen Ein-Aus-Schalter für der Längsstege 71 bis 74 gehaltert,
die Verwendung bei niedriger Leistung, wobei die 65 Die Stege 71 bis 74 sind außerdem ausgeschnitten, Leistung, die der Schalter zu übertragen vermag, von wodurch Aussparungen 82 von rechteckigem Querder Fähigkeit eines derartigen Widerstandsfahnenab- schnitt entstehen, die im wesentlichen die gleiche Ausschwächers abhängt, Energie zu absorbieren und zu dehnung haben wie der Ferritstab 18. Ein hohler, vernichten, also in Wärme zu verwandeln. Man kann dünnwandiger Ferritzylinder 24, der in den Ausschnitauch den Eingangshohlleiter 12 durch einen Zirkula- 70 ten 82 liegt, umgibt den Ferritstab 18 konzentrisch.

Eine Steuerspule 22 wird dadurch gebildet, daß man einen Draht auf den Innenkanten der verschiedenen Aussparungen 82 aufwickelt. Die Steuerspule 22 umgibt den Ferritstab 18 und wird selbst vom Ferritstab 24 umgeben. Leitungen 26 und 28 verbinden die Steuerspule 22 mit dem Signalerzeuger 32, der dazu dient, die Steuerspule mit Energie zu versorgen.

Wenn auch das Ferritelement, das den Rückweg für den magnetischen Fluß bildet, in Fig. 1 und 5 als Hohlzylinder 24 und in Fig. 4 als ein C-förmiges Joch 60 gezeichnet ist, so soll doch darauf hingewiesen werden, daß diese Formen hier lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Jedwedes Ferritelement, unabhängig von seiner geometrischen Ausbildung, kann im Sinne der Erfindung Anwendung finden, sofern es nur an irgendeiner Stelle zwischen Hohlleiterwandung und Steuerspule angebracht wird. Seine Funktion besteht darin, den magnetischen Fluß auf den Innenraum des Hohlleiters zu beschränken.

Die Übertragungseinrichtung nach Fig. 5 bis 7 arbeitet im wesentlichen wie folgt:

Linear polarisierte Wellen aus einer Quelle 34 regen den quadratischen Hohlleiter 70 im TE₀₁-Schwingungstypus eines rechteckigen Hohlleiters an. Wenn die Stromquelle 32 keine Leistung abgibt und daher dem Ferritstab 18 kein magnetischer Fluß eingeprägt ist, bleibt die Polarisationsrichtung der Welle unverändert. Die Wellen verlassen also den Ausgang der Übertragungseinrichtung mit einer Polarisationsrichtung parallel zu der, die von der Quelle 34 angeregt worden ist. Wird nun ein aus dem Generator 32 kommender Impuls von einer Größe angelegt, die hinreicht, um ein Magnetfeld im Ferrit 18 zu erzeugen, das zu einer 90°-Drehung der Polarisationsrichtung der Wellen führt, so wird dadurch die Polarisationsrichtung der Wellen im Ausgangsteil 'der Übertragungseinrichtung verändert. Dabei zeigt sich eine Verdrehung der Polarisationsrichtung der aus dem Generator 34 kommenden linear polarisierten Wellen um 90°.

Polarisationsempfindliche Einrichtungen, beispielsweise ein Zirkulatoranschluß nach Fig. 1 oder ein Isolatoranschluß, können an das Ausgangsende des in Fig. 5 gezeigten Übertragers als Ausgangsglieder angeschlossen werden. Da derartige Anschlüsse polarisationsempfindlich sind, wie dies in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde, kann man damit die Wellenenergie von einem Ausgangshohlleiter auf einen anderen Ausgangshohlleiter umschalten, wodurch man wiederum einen Mikrowellenschalter erhält.

Die Vorteile, die die Anbringung der Längsstege im Vergleich mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung mit sich bringt, sind mannigfacher Art. Zunächst wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen innerhalb des mit Längsstegen versehenen Hohlleiters 70 derart vergrößert, daß sie praktisch gleich der Lichtgeschwin- .5.5 digkeit im freien Raum wird. Bei einer solchen Ausbreitungsgeschwindigkeit ist, wie festgestellt werden konnte, der Faraday-Effekt praktisch unabhängig von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen, wodurch man einen sehr breitbandigen Schalter erhält. Dazu sei auf die Arbeit »Frequency and Loss Characteristics of Microwave Ferrite Devices« von Benjamin Lax verwiesen, die in Proceedings of the IRE, Bd. 44, Nt. 10, S. 1368 bis 1386, Oktober 1956, veröffentlicht ist..

Ein zweiter Vorteil besteht im folgenden: In Ferriten sind immer Hysteresisverluste vorhanden, die eine Erwärmung des Ferritstabes 18 zur Folge haben. Bei Schaltern mit einer großen Wiederholungsgeschwindigkeit oder Schalthäufigkeit kann sich diese Erwärmung nachteilig auswirken. Verwendet man die angeführten Längsstege, so berühren deren Innenflächen 80 den Ferritstab 18, stellen also eine gut wärmeleitende Verbindung zu den Wänden des Hohlleiters 70 her.

Ein dritter Vorteil der Längsstege 71 bis 74 besteht in der Bündelung des Ε-Feldes in der Mitte des Hohlleiters 70. Eine derartige Bündelung vermindert die Verluste, die durch die im Innern des Hohlleiters angebrachten weiteren Bauelemente verursacht werden, nämlich Steuerspule 22 und den Ferrithohlzylinder 24.

Infolge der Bündelung wirkt sich die Gegenwart dieser Bauelemente weniger stark aus oder, anders ausgedrückt, das gebündelte Feld beschränkt sich auf die Mitte des Hohlleiters 70 und wird, während es durch den Ferritstab 18 hindurchläuft, nicht von der Steuerspule 22 gedämpft.

Gemäß dem in Fig. 5 gegebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Schalter mit einer die Steuerspule 22 speisenden Einheit konstruiert, die eine Ausgangsspannung von 500 Volt bei 220 Milliampere Strom hatte und einen Spitzenstrom von 2,6 Ampere liefern konnte. Es wurde festgestellt, daß bei einer Schalt-, geschwindigkeit von 200 kHz bei einem Schalter mit Zirkulatoranschluß nur 0,33 Mikrosekunden für den einen Ausgang und 0,17 Mikrosekunden für den anderen Ausgang als Schaltzeit benötigt wurden.

Fig. 8 stellt die Ergebnisse graphisch dar. Punkt 1 des Diagramms gibt die Zeit an, bei der Leistung auf die Steuerspule 22 gegeben wurde. Punkt 2 ist die Zeit, bei der die volle elektromagnetische Leistung an einem Ausgangselement des Schalters entnommen werden konnte. Das Zeitintervall zwischen den Punkten 1 und 2 betrug nach Messung 0,33 Mikrosekunden. Punkt 3 ist die Zeit, bei der die Steuerspule abgeschaltet wurde, und Punkt 4 die Zeit, bei der die elektromagnetische Ausgangsleistung wieder auf Null abgefallen war. Das Zeitintervall zwischen diesen beiden Punkten betrug 0,17 Mikrosekunden. Es wurde festgestellt, daß der Strom in der Steuerspule 22 im wesentlichen denselben Verlauf zeigte, wie er in Fig. 8 dargestellt ist. -

Vorstehend wurde eine Vorrichtung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen beschrieben, die einen neuartigen magnetischen Steuerkreis enthält und als schnell schaltender Mikrowellenschalter verwendbar ist.

Der Fortfall von Wirbelstromverlusten in Verbindung mit einem magnetischen Kreis niedrigen magnetischen Widerstandes, wie sie durch die Erfindung erreicht werden, ermöglichen es, das Magnetfeld im Ferrit mittels einer Einheit geringer Leistung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zu ändern. Die Anwendung eines demgemäß gestalteten magnetischen Steuerkreises ergibt einen Mikrowellenschalter, der rund tausendmal schneller arbeitet, als dies bislang möglich war..

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Hohlleiteranordnung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen zur Verwendung als Mikrowellenschalter, Phasenschieber od. dgl. mit einem sich innerhalb 'des Hohlleiters in dessen Achsrichtung längserstreckenden Ferritelement, in dem durch eine Spule ein längsgerichteter magnetischer Fluß erzeugt wird, der außerhalb des Ferritelementes mindestens teilweise durch weitere Ferritelemente geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ferrrtelemente und die Spule in den Hohlleiter eingeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Kreis außen schließenden Ferritelemente das innere Ferritelement (18) in Form einer Hülse (24) oder einer Vielzahl von Jochen (60, 62) räumlich um- S schließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ferritelement mit der es außen umschließenden Hülse (50) durch Stirnstücke aus· Ferrit verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ferritelement durch eine Vielzahl von Längsstegen (71 bis 74) gehaltert wird, die sich von der Wand (70) des Hohlleiters in radialer Richtung nach innen erstrecken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter an seinem Ausgangsende mit einem auf die durch die Längsmagnetisierung des inneren Ferritelementes gedrehte Polarisationsrichtung ansprechenden Ausgang vom Zirkulatortyp versehen ist, der aus zwei Ausgangshohlleitern besteht, und daß eine Spannungsquelle an die Spule angeschlossen ist, die die Magnetisierung des inneren Ferritelementes derart zwischen zwei Werten ändert, daß die Wellenenergie von dem einen auf den anderen Ausgangshohlleiter umgeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Mitteilungen aus dem Institut für Hochfrequenztechnik«, Nr. 24, Zürich, 1957, S. 35.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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