DE1268236B - Reziproker elektromagnetischer Wellenleiter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ÄT^W" PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIp

H 03 h

Deutsche KL: 21 a4 - 74

1 268 236
P 12 68 236.9-35
13. September 1965
16. Mai 1968

Die Erfindung betrifft einen reziproken elektromagnetischen Wellenleiter, der insbesondere zur reziproken einstellbaren Phasenverschiebung oder Dämpfung von den Wellenleiter durchlaufender Mikrowellenenergie dient. Er enthält ein gyromagnetisches Ferritelement mit rechteckiger Hysteresisschleife und ermöglicht eine Phasenverschiebung bzw. Dämpfung in diskreten Stufen, so daß eine Digitalsteuerung durchgeführt werden kann.

Die Verwendung von Stoffen mit gyromagnetischen Eigenschaften, insbesondere Ferriten, zur Erzielung reziproker und nicht reziproker Effekte in Mikrowellenleitern ist bekannt und wird für verschiedene Zwecke vielfach verwendet, sowohl in Hohlleitern als auch in anderen Übertragungsleitungen. Da die gyromagnetischen Eigenschaften der Ferrite wesentlich für die Arbeitsweise der Erfindung sind, werden nachstehend Ferrite gleichbedeutend mit gyromagnetischen Stoffen genannt.

Die Ferrite sind die Hauptvertreter einer Stoffklasse, deren Eigenschaften für Mikrowellengeräte besonders vorteilhaft sind. Sie haben im wesentlichen die gleichen magnetischen Eigenschaften wie Eisen und andere ferromagnetische Stoffe, besitzen jedoch gleichzeitig einen äußerst hohen elektrischen Widerstand, eine mäßig hohe Dielektrizitätskonstante und eine beeinflußbare Permeabilität. Mikrowellenenergie kann sich in erheblichem Ausmaß in einem Ferrit fortpflanzen, ohne allzu große Dämpfung zu erleiden. Hierbei hat die eingedrungene Welle die Möglichkeit, eine starke Wechselwirkung mit den Elektronen auszuüben, deren Kreiselbewegung für die magnetischen Eigenschaften des Materials verantwortlich ist. Das Ergebnis dieser Wechselwirkung macht sich in Faradayrotation und anderen nicht reziproken Eigenschaften bemerkbar.

Wie man heute weiß, beruht der Ferromagnetismus auf dem Elektronenspin. Insbesondere zeichnen sich Ferrite durch bestimmte unpaarige Elektronenspins aus. Die meisten Elektronen in Ferriten sind paarweise einander zugeordnet, wobei die Spinrichtungen der beiden Elektroden in entgegengesetzte Richtung weisen. Ihre Wirkungen heben sich auf und tragen zu magnetischen Effekten erster Ordnung nicht bei. Infolge von Austauschkräften zwischen den Elektronen bevorzugen aber gewisse Elektronen eine Ausrichtung mit parallelen Spinrichtungen und können infolgedessen bei Anwendung eines verhältnismäßig schwachen Magnetfeldes leicht gemeinsam orientiert werden. Diese Orientierung macht sich in dem Magnetismus des Materials bemerkbar.

Die Wärmeenergie wirkt dem Magnetismus ent-

Reziproker elektromagnetischer Wellenleiter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

8000 München, Widenmayerstr. 45

Als Erfinder benannt:

William J. Parris,

Glen Burnie, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. September 1964
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gegen, da sie Unordnung in die Ausrichtung der Elektronenspins zu bringen sucht. Infolgedessen sind niemals sämtliche Spinrichtungen genau auf ein äußeres Feld ausgerichtet. Ist die größtmögliche Elektronenzahl ausgerichtet, so tritt Sättigung ein. Ein gewisser Bruchteil der unpaarigen Elektronenspins folgt jedoch schon einem schwächeren Feld, und deren globales Verhalten kann zwecks Analyse als ein einziges spinnendes Elektron angesehen werden. Da die kreisenden Elektronen eine Masse und eine elektrische Ladung haben, können sie als magnetische Dipole oder kleine Kreisel angesehen werden. Ein senkrecht zu ihrer Drallachse gerichtetes Magnetfeld ruft also eine Präzession der Drallachsen um die ursprüngliche, parallel zum ausrichtenden Feld gerichtete Lage hervor, und zwar mit einer Frequenz, die von der Feldstärke des ausrichtenden statischen Feldes abhängt. Diese Eigenschaft wird als Gyromagnetismus bezeichnet.

Da in Ferriten zahlreiche spinnende Elektronen verteilt sind, werden die magnetischen Dipole bzw. Elementarkreisel parallel zu einem äußeren magnetischen Gleichfeld ausgerichtet, d. h. die Drallachsen der umlaufenden Elektronen sind parallel zum Magnetfeld. Ein linear oder zirkulär polarisiertes elektromagnetisches Feld, das senkrecht zum magnetischen Gleichfeld verläuft, ruft die gyromagnetische

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Präzession hervor. Stimmt die Präzessionsgeschwin- befindliches gyromagnetisches Material, dessen innedigkeit der Dipole um die Kraftlinien des magne- rer Magnetfluß auf entgegengesetzten Seiten der tischen Gleichfeldes ganz oder nahezu in Größe und Mittellinie in entgegengesetzten Richtungen quer zum

Richtung mit der Winkelgeschwindigkeit des rotie- Magnetfeld der elektromagnetischen Welle gerichtet renden Magnetfeldes der elektromagnetischen Welle 5 ist, reagiert in verschiedener Weise auf in entgegen-

überein, so ergibt sich die sogenannte Gyroresonanz. gesetzte Richtungen laufende elektromagnetische

Bei Gyroresonanz nimmt der Winkel zwischen den Wellen. Dieser Umstand bedingt die nicht reziproken

magnetischen Dipolen und den Kraftlinien des Eigenschaften derartiger Anordnungen.

Gleichfeldes fortlaufend in dem Maß zu, in dem die Bei einer bekannten schaltbaren, nicht reziproken

Energiezustände der Dipole sich erhöhen. io Mikrowelleneinrichtung dieser Art, die als Dämp-

Die Präzessionsbewegung ist in gyromagnetischen fungs- oder Sperrvorrichtung verwendet werden kann, Stoffen stark gedämpft, so daß der Vektor des magne- wird die gyromagnetische Resonanz verwendet, um tischen Moments eine Spiralbewegung ausführt, die in die in einer Richtung fortschreitende Mikrowellendie Magnetfeldrichtung einläuft. Durch die Wechsel- energie zu absorbieren. Wenn sich die Mikrowellenwirkung mit der elektromagnetischen Welle, welche 15 energie im Hohlleiter in vorgegebener Richtung fortdie Spinachse von dem Parallelismus mit dem äußeren pflanzt und das gyromagnetische Material so vorMagnetfeld abzulenken sucht, absorbiert das Ferrit- magnetisiert ist, daß die Gyroresonanzfrequenz ermaterial bei der Frequenz der Gyroresonanz Mikro- reicht wird, so besitzt die Verlustkomponente der mawellenenergie. Die Wechselwirkung zwischen der ma- gnetischen Permeabilität des Materials ein scharfes· gnetischen Welle und den umlaufenden Elektronen 20 Maximum, und die Mikrowellenenergie dieser Fredes Ferrits wird von Phasenverschiebungen und quenz wird absorbiert.

Dämpfungen begleitet. Außerdem finden in der Um- Für Frequenzen außerhalb der Gyroresonanzfre-

gebung der Gyroresonanz große Permeabilitätsände- quenz ist die Dämpfung klein; jedoch tritt infolge des

rangen statt. Permeabilitätsfaktors eine Phasendrehung ein, die in

Das Verhalten der Ferrite hängt in weitem Umfang 25 verschiedener Weise zur Phasenverschiebung und

davon ab, ob die Frequenz der einwirkenden elektro- Phasenspaltung elektromagnetischer Wellen verwen-

magnetischen Wellen größer oder kleiner oder gleich det werden kann,

der Gyroresonanzfrequenz ist. Wird das vormagnetisierende Feld außerhalb des

Gyromagnetische Vorrichtungen können grob in Hohlleiters erzeugt und wirkt durch die Wände des-

zwei Klassen geteilt werden, nämlich 30 selben auf das im Hohlleiter befindliche gyromagnetische Material ein, so ist wegen der erforderlichen

a) diejenigen, die oberhalb und unterhalb der gyro- hohen Induktivität der Magnetwicklung und der magnetischen Resonanz arbeiten und deren Wirbelströme in'den Hohlleiterwänden die Schalt-Arbeitsweisevon der effektiven Permeabilität des leistung sehr hoch und eine rasche Umschaltung ist gyromagnetischen Elements und seiner geringen ₃₅ unmöglich.

Dämpfung abhängt und Es ist bekannt, zur Behebung dieses Nachteils bei

b) diejenigen, die bei Resonanz arbeiten und des- nicht reziproken Phasenschiebern die beiden außerhalb von der hohen effektiven Dämpfung des halb der Symmetrieebene des Hohlleiters angeordgyromagnetischen Materials abhängen. ^neten gyromagnetischen Elemente durch ein Toroid

40 zu ersetzen, in dessen mit der Hohlleiterachse zu-

Die Vorrichtungen der Klasse b) wirken aus den sammenfallender Mittelachse ein elektrischer Leiter obenerwähnten Gründen als reziproke oder nicht verläuft. Wird auf diesen Leiter ein passender Gleichreziproke Sperrglieder oder Dämpfungswiderstände. spannungsimpuls gegeben, so läßt sich der magne-Die Vorrichtungen der Klasse a) ergeben dagegen tische Zustand des gyromagnetischen Elements mit reziproke oder nicht reziproke Phasenverschiebungen 45 rechteckiger Hysteresisschleife umklappen, und dank oder reziproke Reflexionen. der Remanenz bleibt der neue Zustand auch nach

Die weitere Aufteilung der gyromagnetischen dem Aufhören des Gleichstromimpulses bestehen.

Mikrowellenvorrichtungen dahingehend, ob sie rezi- Zum Unterschied von den nicht reziproken Anord-

prok oder nicht reziprok sind, d. h. ob sie gleiche nungen ist bei reziproken Wellenleitern das gyro-

oder verschiedene Eigenschaften für beide Übertra- 5° magnetische Material symmetrisch zu der Mittellinie

gungsrichtungen aufweisen, hängt wegen des tief- eines rechteckigen Hohlleiters angeordnet, und die

gehenden Einflusses der Gyroresonanz von der inne- Magnetisierung verläuft so, daß Amplitude und Rich-

ren Verteilung des statischen Magnetflusses und da- tung des magnetischen Gleichfeldes auf beiden Seiten

von ab, ob das gyromagnetische Element derart im der Mittellinie gleich groß sind. Eine solche Anord-

Wellenleiter angeordnet ist, daß es mit einem linear 55 nung hat hinsichtlich des vorherrschenden TE₁₀-

polarisierten Modus bzw. mit einem elliptisch oder Modus die gleichen Übertragungseigenschaften in

zirkulär polarisierten Modus gekoppelt wird. beiden Fortpflanzungsrichtungen.

Die nicht reziproken Vorrichtungen beruhen dar- Bei einem bekannten reziproken Wellenleiter dieser auf, daß z. B. in einem rechteckigen Hohlleiter beider- Art wird das gyromagnetische Element (Ferrit) aus seits der Symmetrieebene zwischen dieser und den 60 bestimmten Gründen stets im gesättigten Zustand geSchmalseiten eine Zone besteht, in der das magne- halten. Die magnetisierende Vorrichtung befindet sich tische Hochfrequenzfeld eine transversale und eine außerhalb des Hohlleiters, was die früher erörterten longitudinale Feldkomponente aufweist. Diese beiden Nachteile hat. Ein solcher Ferrit kann auch nicht in Komponenten sind um 90° phasenverschoben, so daß verschiedene Magnetisierungszonen aufgeteilt werden, das resultierende Feld zirkulär oder elliptisch polari- 65 weil die Vormagnetisierung eine getrennte Umschalsiert ist und für eine Fortpffanzungsrichtung in einem tung einzelner Bereiche und damit eine stufenweise Sinn und für die entgegengesetzte Fortpflanzungsrich- einstellbare Phasenverschiebung oder Dämpfung vertung im umgekehrten Sinn rotiert. In diesen Zonen hindert.

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Ferner ist ein elektromagnetischer Hohlleiter be- stellt werden. Wenn diese unpaarigen und deshalb kannt, der zu Schaltzwecken einen Hohlleiterabschnitt nach außen in Erscheinung tretenden Elektronen in mit zwei parallelen leitenden Begrenzungswänden ein magnetisches Gleichfeld H₀ gebracht werden, so aufweist, zwischen denen sich eine elektromagnetische suchen sich ihre Drallachsen in die Feldrichtung einWelle fortpflanzt und in dessen zu den Begrenzungs- 5 zustellen. Hierbei ist zu beachten, daß H₀ den inneren wänden senkrechter Symmetrieebene ein mit einer Magnetfluß darstellt und durch eine äußere magneto-Magnetisierungsvorrichtung versehenes gyromagne- motorische Kraft oder durch einen unmittelbar im tisches Element angeordnet ist. Dieses gyromagne- Material induzierten Magnetfluß erzeugt werden tische Element besteht aus einem senkrecht zur Sym- kann. Wenn die Spinachse durch einen senkrecht zum metrieebene orientierten Stabmagneten, der zum io Gleichfeld gerichteten magnetischen Feldvektor h_t Zweck der Vormagnetisierung mit einer Wicklung momentan aus dem Parallelismus mit dem Gleichfeld versehen ist. Die Anordnung dient zur Steuerung der H₀ abgelenkt wird, so kehrt das Elektron nicht unVerteilung der fortgepflanzten Mikrowellenenergie mittelbar in seine Ausgangslage zurück, sondern führt auf zwei parallele Hohlleiter, die durch eine in der eine Präzessionsbewegung um den Feldvektor H₀ aus, Symmetrieebene befindliche Wand mit Kopplungs- 15 wobei das obere Ende des magnetischen Momentenschlitzen getrennt werden. Eine stufenweise veränder- vektors 11 eine Kreisbahn P mit einer Winkelbare Dämpfung oder Phasenverschiebung ist auch geschwindigkeit bzw. Kreisfrequenz ω₀ beschreibt, hier nicht vorgesehen, und die Anordnung ist auch die proportional zur Gleichfeldstärke ist. Die Umlaufnicht reziprok. richtung ist durch die Richtung des stationären Feld-Aufgabe der Erfindung ist es, einen reziproken 20 vektors bestimmt. Ein kurzzeitig angelegtes Magnetelektromagnetischen Wellenleiter der zuletzt ge- feld h_t würde die Präzession einleiten, aber wenn nannten Art derart umzugestalten, daß eine Ver- nicht weitere Querfeldkomponenten synchron mit änderung des Phasenwinkels bzw. der Dämpfung dem Umlauf auf das Elektron einwirken, so nimmt stufenweise mit großer Geschwindigkeit vorgenom- der Kreis P allmählich im Durchmesser ab, bis der men werden kann. 25 Vektor 11 wieder parallel zu H₀ steht.

Bei einem reziproken elektromagnetischen Wellen- Die Kreisfrequenz ω₀ heißt die gyromagnetische leiter, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit Resonanzfrequenz, und das Verhalten von Ferriten in mindestens zwei parallelen leitenden Begrenzungs- Mikrowellenanordnungen hängt wesentlich davon ab, wänden, zwischen denen sich eine elektromagnetische ob die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes Welle bestimmter Frequenz fortpflanzen kann, sowie 30 größer, kleiner oder gleich der gyromagnetischen Reeinen mit einer Magnetisierungsvorrichtung ver- sonanzfrequenz ist. Diese Frequenz wird auch als sehenen gyromagnetischen Element mit rechteckiger Larmorfrequenz bezeichnet und hat den Wert
Hysteresisschleife, das in einer in den Begrenzungswänden senkrechten Symmetrieebene des Hohlleiter- ω₀ = γ H₀,
abschnitts angeordnet ist, wird erfindungsgemäß die 35

Magnetisierung des> gyromagnetischen Elementes wobei γ das Verhältnis des magnetischen Moments

durch stromdurchflossene Leiter bewirkt, die senk- zum Drehimpuls ist. Ist die Larmorfrequenz etwa

recht zu der Symmetrieebene des Hohlleiterabschnitts gleich und hat gleichen Drehsinn wie die Frequenz

verlaufen und das gyromagnetische Element derart der rotierenden Magnetfeldkomponente h_t, so ergibt

durchsetzen, daß sie in diesem remanente Magnetisie- 40 sich eine Gyroresonanz im Ferrit. Bei Gyroresonanz

rungsbereiche mit geschlossenen Feldlinien in zu der präzedieren je nach dem Ausmaß der Magnetisierung

Symmetrieebene parallelen Ebenen in dem gyro- mehr oder weniger der magnetischen Dipole mit

magnetischen Element erzeugen. einem ständig zunehmenden Winkel Θ um die Kraft-

Durch die geradlinige Leitungsführung ist die linien des Gleichfeldes H₀. Diese Präzessionsbewegung

Selbstinduktion der zur Vormagnetisierung dienenden 45 ist stark gedämpft, weshalb bei Resonanz Energie aus

Leiter sehr gering, so daß die Ansprechzeit auf Strom- der elektromagnetischen Welle aufgenommen und ab-

impulse äußerst kurz ist. Werden gemäß einer bevor- sorbiert wird. Der Winkel Θ ist hierbei durch die

zugten Ausführungsform mehrere elektrische Leiter Stelle bestimmt, bei der die Absorption die Verluste

im Abstand in Achsenrichtung des Hohlleiter- im Ferrit gerade ausgleicht.

abschnitts hintereinander angeordnet, so lassen sich 50 In der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der diesen Leitern selektive Ströme zuführen, die eine Erfindung ist das Modell zur Erläuterung des gyroregionale Sättigung in dem gyromagnetischen Element magnetischen Mechanismus einem Ferritelement zuhervorrufen und dadurch stufenweise eine Erhöhung geordnet, das sich in der Mittellinie eines rechtder Dämpfung bzw. Phasendrehung ermöglichen. eckigen Hohlleiters befindet, in welchem sich eine

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- 55 Mikrowelle mit vorherrschendem TE₁₀-Modus fortstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin ist pflanzt.

F i g. 1 eine isometrische Darstellung eines Wellen- Da ein linear polarisierter Wechselfeldvektor in

leiterabschnitts mit zugehörigem Vektordiagramm zur zwei entgegengesetzt umlaufende zirkulär polarisierte

Erläuterung der Erfindung und Komponenten zerlegt werden kann, sieht man, daß

F i g. 2 eine graphische Darstellung des Magneti- 60 der von der fortschreitenden Welle herrührende FeId-

sierungsverlaufs in einem gyromagnetischen Element vektor h_t in zwei entgegengesetzt umlaufende zirkulär

gemäß der Erfindung. polarisierte Komponenten aufgespalten werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zu- Da die Präzessionsrichtung von der Richtung des

nächst die Theorie des Gyromagnetismus an Hand inneren statischen Magnetfeldes abhängt, ergibt sich

der F i g. 1 noch näher erläutert. Die Gesamtwirkung 65 bei einer Feldverteilung in zur Fortpflanzungsrichtung

der im Ferrit eine Kreiselbewegung ausführenden parallelen Ebenen ein zirkulär polarisierter elektro-

Elektronen kann symbolisch durch ein einziges Elek- magnetischer Vektor im zentralen Ferritelement, der

tron 10 in dem Vektordiagramm links oben darge- für in beiden Richtungen fortschreitende elektro-

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magnetische Wellen in der richtigen Richtung zeigt. licher Magnetisierung des Streifens 26 sind Leiter 30 Infolgedessen ist die Anordnung reziprok. Auch in vorgesehen, die senkrecht zur Achse des Hohlleiters Ebenen, die parallel zur Mittellinie und zur Fort- 20 und zu dem Ferritstreifen 26 verlaufen und mit pflanzungsrichtung verlaufen, führt eine Magnetisie- Hilfe von isolierenden Durchführungen 31 von den rung in geschlossenen Bahnen zu Komponenten des 5 Schmalseiten 23 und 24 des Hohlleiters isoliert sind. Gleichfeldes, die reziproke Eigenschaften der Anord- Die Leiter 30 sind vorzugsweise in der Mitte zwischen nung ergeben. den Breitseiten 21 und 22 angeordnet und gehen

Die graphische Darstellung der F i g. 2 zeigt die außerdem durch Löcher in dem Ferritstreifen 26 Beziehung des inneren magnetischen Gleichfeldes und hindurch. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1 der Permeabilität und Dämpfung von Ferriten zu ma- ίο sind fünf solche Leiter 30 eingezeichnet, die gleiche gnetischen Wechselfeldern. Die gestrichelte Kurve Abstände haben. Dies stellt aber keine notwendige zeigt den Imaginärteil oder Verlustteil der Perme- Bedingung dar.

abilität, d. h. die Dämpfung, während die ausgezogene Je nach der gewünschten Phasenänderung und

Kurve den Realteil der Permeabilität darstellt. Wie Steuerungsart können verschiedene Parameter geman sieht, erfolgt ein Sprung beider Parameter in der 15 ändert werden. Hierzu gehört insbesondere der Ab-Nähe des Wertes H_RES des inneren Magnetfeldes, bei stand zwischen den einzelnen Leitern 30. Der Abstand dem die Gyroresonanz des Ferrits eintritt. hängt in gewissem Ausmaß auch von der Stärke des

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das gyro- den Leitern 30 zugeführten Stromes ab, der durch magnetische Element symmetrisch beiderseits der einen gestrichelten Kreis angedeutete geschlossene Mittellinie des Hohlleiters angeordnet, und zwar 20 magnetische Feldlinien 33 um die Leitungsdrähte 30 hauptsächlich deshalb, weil Amplitude und Richtung hervorruft. Zur Versorgung der Leiter 30 mit Strom der Feldverteilung in jeder zu den Breitseiten des sind Stromquellen, beispielsweise getrennte Batterien Hohlleiters parallelen Ebene symmetrisch zur Mittel- 36, 37 und 38, vorgesehen. Da die Leitungsdrähte 30 linie sein sollen. Die Vormagnetisierung geschieht so, den Ferritstreifen 26 rechtwinklig zu dessen Seiten, daß lokalisierte geschlossene magnetische Feldlinien 25 zur Achse des Hohlleiters 20 und zur Fortpflanzungsin dem Ferritelement in zur Fortpflanzungsachse richtung durchsetzen, induziert der die Leitungsdrähte parallelen Ebenen entstehen. Hierdurch kann die durchfließende Strom einen Magnetfluß in dem Ferrit-Magnetisierung in örtlichen Bereichen geschaltet streifen 26 in zur Hohlleiterachse und zu dem Ferritwerden, wodurch selektive Phasenverschiebungen streifen parallelen Ebenen.

bzw. Dämpfungen eingeschaltet werden können und 30 Wie F i g. 2 erkennen läßt, bestimmt die Magnetikeine Halteenergie erforderlich ist, um die Vor- sierungsstärke des Ferrits, ob die Vorrichtung als magnetisierung aufrechtzuerhalten. Auch wird die Phasenschieber oder Dämpfungsglied arbeitet. Durch Magnetisierungskraft vollständig innerhalb des Hohl- Auswahl von Ferriten mit passender rechteckiger leiters erzeugt, so daß die Wandeinflüsse wegfallen. Magnetisierungsschleife kann eine permanente Main jeder zu den Breitseiten parallelen Ebenen des 35 gnetisierung wahlweise bei oder unterhalb der Reso-Hohlleiters ist der örtliche Magnetfluß beiderseits nanz bewirkt werden, welche je nachdem eine Phasender Mittellinie in gleicher Richtung gepolt. verschiebung oder eine Dämpfung hervorruft.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel Die Stromversorgung der Leitungsdrähte 33 gebesteht aus einem rechteckigen Hohlleiter 20 mit schieht über zweipolige Umschalter 39, 41 und 42. solchen Abmessungen im Vergleich zur Wellenlänge, 4° Alle Leitungsdrähte 30 besitzen eine gemeinsame daß sich eine elektromagnetische Welle vorwiegend Rückleitung 43. Bei der praktischen Anwendung wird im TE₁₀-Modus fortpflanzen kann. Die Breite eines man natürlich meistens die Batterien und Schalter solchen Hohlleiters beträgt bekanntlich mindestens durch Impulsgeneratoren oder einen Impulsgenerator die Hälfte der Wellenlänge im freien Raum. Infolge mit zugeordnetem Schaltgliedernetzwerk ersetzen, der starken dielektrischen Verstimmung durch den 45 um den Leitungsdrähten 30 Selektivströme geeigneter Ferrit kann jedoch diese Abmessung erheblich herab- Stärke und Polarität zuzuführen, gesetzt werden. Der dargestellte Hohlleiter hat hori- Wenn beispielsweise alle Leiter 30 gleichzeitig mit

zontale parallele Breitseiten 21 und 22 und vertikale einem Strom der gleichen Richtung und der gleichen Schmalseiten 23 und 24. Die Höhe der Schmalseiten Stärke versorgt werden, so besteht ein Minimum des ist etwa halb so groß wie die Breite. In der Mitte 50 resultierenden Magnetflusses im Ferritstreifen 26, da des Hohlleiters 20 befindet sich ein Ferritstreifen 26, zwischen den einzelnen Leitern die Feldrichtungen der parallel zu den Schmalseiten 23 und 24 in der in entgegengesetzter Richtung verlaufen und sich Achse des Hohlleiters angeordnet ist. Er ist an den gegenseitig schwächen. Fließen dagegen die Ströme Breitseiten 23 und 24 in irgendeiner Weise befestigt, in benachbarten Leitern in entgegengesetzter Richz. B. angekittet. Gegebenenfalls kann er auch die 55 tung, so daß die Magnetflüsse zwischen je zwei ganze Höhe des Hohlleiters zwischen Oberseite 21 Leitern sich addieren, so ergibt sich ein Maximum und Unterseite 22 nicht ganz ausfüllen, sondern des resultierenden Magnetflusses senkrecht zur Fortmittels schmaler Streifen aus leitendem Material oder pflanzungsrichtung.

aus einem Isolierstoff, dessen Dielektrizitätskonstante Offenbar können zahlreiche Abstufungen des resul-

mit derjenigen des Ferritstreifens 26 übereinstimmt, 60 tierenden Magnetflusses erzielt werden, indem die mit den Breitseiten oben und unten verbunden sein. einzelnen Leiter 30 einzeln oder in allen möglichen Die Erfindung ist übrigens nicht auf rechteckige Hohl- Kombinationen mit Strom versorgt werden, beispiels-Ieiter beschränkt, sondern auf alle Wellenleiter vom weise durch Einschalten aller Leiter in gleicher ff-Typ anwendbar, welche zwei gegenüberliegende Richtung nacheinander oder abwechselnd in entleitende Wände entsprechend den Breitseiten des 65 gegengesetzten Richtungen. Der Abstand zwischen dargestellten Hohlleiters aufweisen. den Leitern kann auch auf die maximale Amplitude

Zur erfindungsgemäßen Veränderung der schein- der auf die Leiter gegebenen Stromimpulse abgebaren Permeabilität des Hohlleiters 20 mittels ort- stimmt werden, um die gewünschten, schrittweise

verschiedenen Permeabilitäts- oder Dämpfungsänderungen zu erzielen.

Wenn der ganze Ferritstreifen 26 in den unmagnetisierten Zustand zurückversetzt werden soll, so wird eine Entmagnetisierungsleitung 44 verwendet, die in der Mittellinie des Ferritstreifens 26 befestigt (z. B. angeklebt) ist und sich in Längsrichtung derselben erstreckt. Sie ist natürlich von den anderen Leitern 30 isoliert. Eine Spannungsquelle 46 kann über den Schalter 47 mit der Entmagnetisierungsleitung 44 verbunden werden und ist so gepolt, daß der Strom durch die Leitung 44 den Ferritstreifen 26 in den entmagnetisierten Zustand zurückversetzt.

Das resultierende innere magnetische Gleichfeld, das dem oben im Zusammenhang mit dem gyromagnetischen Modelldipol 10 erwähnten Gleichfeld H₀ entspricht, bestimmt also die eintretende Wirkung, wenn die Mikrowellenenergie durch den Hohlleiterabschnitt 20 läuft. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der innere Magnetfluß unmittelbar in geschlossenen Bahnen im Ferrit erzeugt, wobei Gestalt, Ausdehnung und Intensität der in geschlossenen Bahnen magnetisierten Bereiche von Parametern, wie dem Abstand der Leiter 30, Größe und Richtung der Stromstärken in ihnen usw. abhängen. Ein standiges äußeres Magnetfeld ist weder vorhanden, noch erwünscht. Das resultierende Magnetfeld H₀, das auf den Modelldipol 10 einwirkt, ist derjenige Teil des in sich geschlossenen Kraftflusses, der an der gerade betrachteten Stelle vorhanden ist.

Der gewünschte Magnetisierungszustand kann durch einen kurzen Stromimpuls angeregt werden, und es ist nicht erforderlich, den Strom durch die Leiter 30 weiterfließen zu lassen, wenn die unmittelbar den betreffenden Leiter umgebende Stelle einmal den gewünschten Magnetisierungszustand erreicht hat. Die erreichte reziproke Phasenverschiebung hängt ab von der resultierenden Magnetisierung der Ferritleiste und von der Länge des magnetisierten Abschnitts.

Da die Leiter 30 parallel zum Magnetfeld der elektromagnetischen Welle, das durch die strichpunktierten Rechtecke 50 in F i g. 1 angedeutet ist, verlaufen, wird von der fortschreitenden Welle keine Spannung in den Leitern 30 induziert, und sie stören die Fortpflanzung der Welle nicht. Da ferner die einzelnen Leitungsdrähte von geschlossenen Magnetfeldern in dem Ferritstreifen 26 umgeben werden, ist die remanente Magnetisierung stark, und der Ferrit bleibt magnetisiert, wenn der Stromfluß aufhört. Gegebenenfalls könnten die Leitungsdrähte 30 auch alle in Reihe geschaltet und gemeinsam unter Strom gesetzt werden.

Die Anzahl der vorgesehenen Leitungsdrähte 30 hängt von der kleinsten gewünschten Stufe der Phasendrehung bzw. Dämpfung ab. Durch entsprechendes Programmieren der Stromstöße in den einzelnen Drähten läßt sich eine Anzahl von stufenweise zunehmenden Phasendrehungen erzielen, die mit der Anzahl der verwendeten Leitungsdrähte in fester Beziehung steht.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Reziproker elektromagnetischer Wellenleiter, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit mindestens zwei parallelen leitenden Begrenzungswänden, zwischen denen sich eine elektromagnetische Welle bestimmter Frequenz fortpflanzen kann, sowie einem mit einer Magnetisierungsvorrichtung versehenen gyromagnetischen Element mit rechteckiger Hysteresisschleife, das in einer zu den Begrenzungswänden senkrechten Symmetrieebene des Hohlleiterabschnitts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung des gyromagnetischen Elementes durch stromdurchfiossene Leiter (30) bewirkt wird, die senkrecht zu der Symmetrieebene des Hohlleiterabschnitts verlaufen und das gyromagnetische Element (26) derart durchsetzen, daß sie in diesem remanente Magnetisierungsbereiche (33) mit geschlossenen Feldlinien in zur Symmetrieebene parallelen Ebenen erzeugen.

2. Wellenleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl in Abständen in einer zu den leitenden Begrenzungswänden (21, 22) parallelen Ebene angeordneter elektrischer Leiter (30), die zur Erzeugung lokalisierter Magnetisierungsbereiche in dem gyromagnetischen Element selektiv mit einer oder mehreren Stromquellen (36, 37, 38) verbunden sind.

3. Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden elektrischen Leiter abwechselnd in verschiedenen Richtungen polarisiert sind, so daß entgegengesetzt gerichtete Magnetisierungsbereiche aufeinanderfolgen.

4. Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden elektrischen Leiter in gleicher Richtung polarisiert sind, so daß die aufeinanderfolgenden Magnetisierungsbereiche gleichgerichtet sind.

5. Wellenleiter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter längs der Achse des Hohlleiterabschnitts in gleichen Abständen verteilt sind.

6. Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiterabschnitt zwei weitere, zu den leitenden Begrenzungswänden (20, 21) senkrechte leitende Flächen (23, 24) hat, die zusammen einen rechteckigen Querschnitt definieren, der zur Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen der gewünschten Frequenz im TE₁₀-Modus geeignet ist.

7. Wellenleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstöße in den elektrischen Leitern (30) digital gesteuert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 848 688;
»Proceedings of the IRE, August 1958, S. 1538.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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