DE1268701B - Nichtreziproke Leitungsschaltung - Google Patents
Nichtreziproke LeitungsschaltungInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
BIBLIOTHEK
DES DEUTSCHEN
PAHMTASTcS
PAHMTASTcS
Int. Cl.:
HOIp
H03h
Deutsche Kl.: 21 a4 - 74
Nummer:
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Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
P 12 68 701.3-35
6. Mai 1964
22. Mai 1968
6. Mai 1964
22. Mai 1968
Die Erfindung betrifft eine nichtreziproke Leitungsschaltung zur Verwendung als richtungsabhängiger
Phasenschieber aus mindestens einer konzentrierten Schaltelementengruppe mit einem ferromagnetischen
Körper, mit zwei in einander senkrecht kreuzenden Wicklungsflächen um denselben gewickelten, jeweils
mit einem Wicklungsende an einen Verbindungspunkt angekoppelten Hochfrequenzspulen und mit einem
Gleichmagnetfeldgenerator zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds im wesentlichen senkrecht
zu den Spulenachsen im Bereich der beiden Spulen. Diese Leitungsschaltung ist auch als Richtungsgabelschaltung
brauchbar.
Es ist bereits eine Richtungsleitung, ein sogenannter Isolator, bekannt, der ein konzentriertes ferromagnetisches
Element enthält. Die Kopplungsfaktoren zwischen den kreuzweise gewickelten Wicklungen
sind so bestimmt, daß sich in einer Richtung der resultierende Kopplungsfaktor 0 ergibt. Diese Schaltung
benutzt Resonanzeffekte und stellt ein T-Glied dar. Als richtungsabhängiger Phasenschieber ist diese
Anordnung nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer nichtreziproken Leitungsschaltung, die zur Verwendung
als richtungsabhängiger Phasenschieber und zum Aufbau einer Richtungsgabelschaltung, eines sogenannten
Zirkulators, geeignet ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der einleitend angeführten Ausbildung nach der Erfindung
dadurch gelöst, daß im Anschluß an den Spulenverbindungspunkt eine Spule in Reihe zu der Leitungsstrecke und die andere Spule als Querglied geschaltet
ist und daß in Reihe zu jeder Spule ein Abstimmkondensator liegt zur Abstimmung der in beiden Spulen
bei Einspeisung von dem Spulenverbindungspunkt aus fließenden Hochfrequenzstromkomponenten in
der Weise, daß die durch die beiden Hochfrequenzstromkomponenten in dem Körper induzierten Hochfrequenzmagnetfelder
eine gegenseitige Phasenverschiebung von etwa 90° aufweisen.
Die Leitungsschaltung nach der Erfindung ist in Form eines umgekehrten L-Gliedes aufgebaut. Das
Querglied ermöglicht die Verwendung als richtungsabhängiger Phasenschieber und als Richtungsgabelschaltung.
Eine Richtungsgabelschaltung mit drei konzentrierten Schaltelementgruppen ist nach der Erfindung
durch eine ringförmige Hintereinanderschaltung der Leitungsstrecken derselben und durch einen Anschluß
der jeweiligen Querglieder an einen gemeinsamen Anschlußpunkt gekennzeichnet, wobei die Einstellung
jeder Schaltelementengruppe so getroffen ist, daß eine Nichtreziproke Leitungsschaltung
Anmelder:
Nippon Electric Company Limited, Tokio
Vertreter:
Dipl.-Ing. M. Bunke, Patentanwalt,
7000 Stuttgart, Schloßstr. 73 B
Als Erfinder benannt:
Naoyuki Ogasawara, Tokio
Naoyuki Ogasawara, Tokio
Beanspruchte Priorität:
Japan vom 9. Mai 1963 (24 676)
ao jeweils in den Spulenverbindungspunkt eingespeiste
Welle eine Phasenverschiebung von 60° und eine in entgegengesetzter Richtung eingespeiste Welle eine
Phasenverschiebung von 120° erleidet.
Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren näher as erläutert werden.
F i g. 1 a zeigt eine perspektivische Ansicht des im Rahmen der Erfindung benutzten ferromagnetischen
Elements; in den
F i g. Ib bis 1 e sind vergrößerte Ansichten der in der Anordnung nach Fig. la verwendeten Magnetspulen
gezeigt;
F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
F i g. 3 ist ein Diagramm einer Dämpfungskennlinie;
F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das nichtreziproke Element 10 nach F i g. 1 a besteht aus einem hufeisenförmigen Magneten 11 und
einem ferromagnetischen Körper 15, der in einem magnetischen Gleichfeld 14 angeordnet ist und durch
nicht dargestellte Stützen gehalten wird. Das magnetische Gleichfeld 14 zwischen den Polen 12 und 13
des Magneten 11 ist möglichst homogen. Der Magnet 11 braucht nicht hufeisenförmig ausgebildet zu sein,
er muß nur derart beschaffen sein, daß sich zwischen seinen beiden Polen ein gleichförmiges Magnetfeld 14
ausbildet.
Der ferromagnetische Körper IS' ist als Spulenkern
18 ausgebildet und nimmt Wicklungen 16 und 17 auf (F i g. 1 b). Der Spulenkern hat eine kreisrunde
oder polygonale Scheibenform und liegt innerhalb
809 550/160
3 4
des magnetischen Gleichfeldes axial zu diesem. Die Steuerung des durch die Leitung 25 fließenden Hochersten
und zweiten Wicklungen 16 und 17, die jeweils frequenzstroms dient z. B. ein Drehkondensator 26
nur aus einigen Windungen bestehen und die elek- zwischen der Wicklung 16 und dem Anschlußpaar 22,
trisch gegen den ferromagnetischen Körper 15' und der eine Serienresonanz bedingt. Ferner ist für die
gegeneinander isoliert sind, sind so angeordnet, daß 5 Leitung zwischen dem Verbindungspunkt 20 und der
ihre Wicklungsebenen parallel zu der Richtung des Rückleitung 23 und zur Erhöhung der Impedanz für
magnetischen Gleichfeldes verlaufen und sich recht- den zweiten Hochfrequenzstrom z. B. ein Reaktanzwinklig kreuzen. Dieser magnetische Spulenkern ist element 28 mit einem Blindwiderstandswert +/ · X
rotationssymmetrisch in das magnetische Gleichfeld eingefügt, das mit der parallelliegenden Leitung 27
14 eingestellt. Wie aus F i g. 1 c ersichtlich ist, kann io einen Parallelresonanzkreis bildet. Im vorliegenden
der magnetische Spulenkern 18 auch als gespaltener Ausführungsbeispiel wirkt ein an der Leitung 27 lie-Isolierkörper
19 mit zentral eingelegtem ferromagne- gender, induktiver Blindwiderstand als Kapazität, so
tischem Körper 15" ausgebildet sein. Der Spulenkern daß der zweite Hochfrequenzstrom dem ersten Hoch-18
kann auch in der in F i g. 1 d gezeigten Weise ge- frequenzstrom voreilt, während ein kapazitiver Blindformt
sein, so daß die magnetischen Feldlinien der 15 widerstand in der Leitung 27 als Induktivität wirkt,
magnetischen Hochfrequenzfelder der Wicklungen so daß der zweite Hochfrequenzstrom dem ersten
16 und 17 geschlossen sind und infolgedessen die Hochfrequenzstrom nacheilt.
Flußdichte des magnetischen Feldes im ferromagneti- Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ersehen
Körper 15 groß wird. Ferner kann eine Mehr- möglicht eine Messung der Kenngrößen der Leitungszahl von Spulenkernen 181, 182 und 183 in der in 20 schaltung. Ein Signalgenerator 30 ist mit dem Klemder
F i g. 1 e gezeigten Weise in einem sogenannten menpaar 21 und ein Leistungsmesser oder Phasen-Verbundmagnetkern
18' angeordnet werden, indem messer 31 mit dem Klemmenpaar 22 verbunden,
ein ferromagnetischer Körper 15 mit Schlitzen 150 Wenn die nichtreziproke Leitungsschaltung in der
vorgesehen ist, durch die eine gegenseitige Beeinflus- bereits erwähnten Weise aufgebaut ist, dann erleidet
sung verhindert werden soll. Die bereits erwähnten 25 ein vom Signalgenerator 30 zugeführter und durch
Ebenen der Wicklungen 16 und 17 brauchen nicht die Wicklung 16 fließender Hochfrequenzstrom auf
rechtwinklig zueinander zu sein, sondern sie müssen seinem Weg zum Phasenmesser 31 eine durch Richsich
nur schneiden. tungssinn und Größe des magnetischen Gleichfeldes
Ein in F i g. 2 dargestelltes Ausführungsbeispiel 14 bedingte Dämpfung und Phasenverschiebung. Es
gemäß der Erfindung enthält ein Element 10, das in 30 sei in diesem Zusammenhang hervorgehoben, daß
einem im wesentlichen homogenen Gleichfeld 14 in erst durch die Stromverzweigung vom Punkt 20 auf
einem zylindrischen Raum von beispielsweise 3 cm die Anschlüsse 161 und 171 der Wicklungen 16 und
Durchmesser und einem Bruchteil eines Zentimeters 17 gemäß der Erfindung eine Phasenverschiebung
Höhe liegt. In dem magnetischen Gleichfeld 14 befin- von 90° zwischen den beiden hochfrequenten magnedet
sich ein ferromagnetischer Körper 15. 35 tischen Feldkomponenten und damit die Bildung
Eine erste Wicklung 16 mit wenigstens einer Win- ■ eines zirkulären, hochfrequenten Magnetfeldes in
dung um den ferromagnetischen Körper 15 liegt mit dem ferromagnetischen Körper 15 zustande kommen
ihrer Wicklungsebene parallel zur Richtung des ma- kann. Wenn sich Spinresonanz vollkommen ausbilgnetischen
Gleichfeldes 14. det, d. h., wenn die Frequenz des umlaufenden, durch
Eine zweite Wicklung 17 mit wenigstens einer 40 den ersten hochfrequenten Strom entstandenen hoch-Windung
um den magnetischen Körper 15 liegt mit frequenten Magnetfeldes im wesentlichen mit der
ihrer Wicklungsebene ebenfalls in Richtung des Ma- gyromagnetischen Frequenz übereinstimmt, dann
gnetfeldes und schneidet außerdem die Wicklungs- zeigt der Leistungsmesser 31, daß der Hochfrequenzebene
der Wicklung 16. strom zum Klemmenpaar 22 entweder fast unge-
Das Ende 161 der Wicklung 16 und das Ende 171 45 dämpft oder stark gedämpft gelangt. Wenn der Hochder
Wicklung 17 sind in einem Verbindungspunkt 20 frequenzstrom beim Durchlaufen der nichtreziproken
verbunden, so daß ein Hochfrequenzstrom fließen Leitungsschaltung in einer Richtung keine nennenskann.
Ein erstes Klemmenpaar 21 und ein zweites werte Dämpfung erleidet, dann erfährt ein Hochfre-Klemmenpaar
22, die jeweils an die Enden 161 bzw. quenzstrom gleicher Frequenz in entgegengesetzter
162 der Wicklung 16 angeschlossen sind, dienen als 50 Richtung eine nennenswerte Dämpfung, so daß die
Anschlüsse der Leitungsschaltung. Ein Drehkon- nichtreziproke Leitungsschaltung wie ein Isolator
densator 24 zwischen dem Ende 172 der Wicklung 17 wirkt. Wenn die Spinresonanz unvollkommen ist oder
und Masse 23 oder einer ähnlichen Rückleitung für die Abstimmbedingungen nicht vollkommen eingeden
die Wicklung 17 durchfließenden Hochfrequenz- halten werden, wird durch den Phasenschieber 31
strom dient zum Abgleich der Phasen der die Wick- 55 eine Phasenverschiebung der beiden die nichtrezilungen
16 und 17 durchfließenden Ströme, derart, proke Leitungsschaltung mit gegenläufigem Richdaß
eine erste in dem ferromagnetischen Körper 15 tungssinn durchfließenden Ströme beobachtet, deren
erzeugte hochfrequente Magnetfeldkomponente und Größe durch Richtungssinn und Größe des magnetieine
zweite, ebenfalls in dem Körper 15 erzeugte sehen Feldes und die Beziehung zwischen den Frehochfrequente
Magnetfeldkomponente gegeneinan- 60 quenzen und den Größen und den Phasen der beiden
der eine Phasendifferenz von + 90° aufweisen. Fer- Hochfrequenzströme bestimmt wird. In diesem Fall
ner sollen die Wellenformen der beiden Ströme so arbeitet der Kreis als nichtreziproker Phasenschieber,
abgeglichen werden, daß auch die Komponenten der In dem in F i g. 3 dargestellten Diagramm sind
beiden von ihnen erzeugten Magnetfelder gleiche auf der Abszisse die Größe des angelegten magneti-Wellenformen
haben oder zumindest sinusförmige 65 sehen Gleichfeldes und auf der Ordinate die Dämp-Wellenformen
mit fast gleichen Amplituden aufwei- fung A für das in F i g. 2 dargestellte nichtreziproke
sen. Vorzugsweise stehen die Wicklungsebenen der Element aufgetragen. Die Kurve 35 gibt die hohe
Wicklungen 16 und 17. zueinander senkrecht. Zur Dämpfung wieder, die der in Sperrichtung fließende
Strom erleidet, und die Kurve 36 die niedrigere Dämpfung, die der in Durchlaßrichtung fließende
Strom erleidet. Der Dämpfungsverlauf gemäß den beiden Kurven 35 und 36 wurde mit einer Frequenz
von 140 MHz und bei Verwendung der beschriebenen nichtreziproken Leitungsschaltung gemessen, bei
der die Spule einen scheibenförmigen, ferromagnetischen Körper 15 aus mangansaurem Magnesium-Aluminiumferrit
enthält, das unter der Bezeichnung »G-26« bekannt ist. Der Durchmesser der Scheibe
beträgt etwa 18 mm. Sie ist etwa 6 mm dick. Ihre Wicklungen 16 und 17 bestehen aus einigen Windungen,
deren Ebenen zueinander senkrecht angeordnet sind.
F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Richtungsgabelschaltung mit drei
nichtreziproken Leitungsschaltungen 401, 402 und 403, jeweils nach F i g. 2. Jeweils die Leitungsstrekken
dieser Leitungsschaltungen sind ringförmig aneinandergeschaltet, wogegen die Querglieder an einen
gemeinsamen Anschlußpunkt angekoppelt sind. Jedes Klemmenpaar 41, 42 und 43 dient einerseits als erstes
Klemmenpaar für eine Schaltung 402, 403 bzw. 401 und als zweites Klemmenpaar für eine Schaltung 401,
402 bzw. 403. Zu jeder Leitungsschaltung 401, 402 und 403 gehört ein ferromagnetisches Element 101,
102 bzw. 103, das durch ein magnetisches Gleichfeld 104, 105 bzw. 106 erregt ist. Die Magnetkerne können
nach F i g. 1 e miteinander kombiniert und in ein gemeinsames magnetisches Gleichfeld eingestellt sein.
Die Richtungsgabelschaltung nach F i g. 4 ist so eingestellt, daß ein von dem Klemmenpaar 41 durch
die Schaltung 402 zu dem Klemmenpaar 42 fließender Hochfrequenzstrom eine Phasenverschiebung von
120° erleidet, wogegen ein anderer, durch die Schaltung 402 in umgekehrter Richtung fließender Hochfrequenzstrom
gleicher Frequenz eine Phasenverschiebung von 60° erleidet. Bei gleicher Einstellung
der übrigen Schaltungen 403 und 401 wird ein am Klemmenpaar 41 eingespeister Hochfrequenzstrom
auf zwei Wegen das Klemmenpaar 42 erreichen, einmal über die Schaltung 402 mit einer Phasenverschiebung
von 120° und zum anderen über die Schaltungen 401 und 403 mit einer Gesamtphasenverschiebung
von ebenfalls 120°. Die beiden Hochfrequenzteilströme überlagern sich am Ort des Klemmenpaars
42 gleichphasig, so daß die am Klemmenpaar 41 eingespeiste Welle am Klemmenpaar 42 austritt. Am
Klemmenpaar 43 hat der über die Leitungsschaltung 401 übertragene Hochfrequenzstrom eine Gesamtphasenverschiebung
von 60°, während der über die Leitungsschaltungen 402 und 403 übertragene Hochfrequenzteilstrom
eine Gesamtphasenverschiebung von 240° aufweist. Infolgedessen überlagern sich die
Hochfrequenzteilströme am Ort des Klemmenpaars gegenphasig zueinander, so daß am Klemmenpaar
eine Unterdrückung der Hochfrequenzströme erfolgt. Die Schaltung nach F i g. 4 bildet somit einen
dreiarmigen Zirkulator, wobei die Übertragungsrichtung in F i g. 4 durch einen Pfeil 44 angegeben ist.
Claims (3)
1. Nichtreziproke Leitungsschaltung zur Ver-Wendung als richtungsabhängiger Phasenschieber
aus mindestens einer konzentrierten Schaltelementengruppe mit einem ferromagnetischen Körper,
mit zwei, in einander senkrecht kreuzenden Wicklungsflächen um denselben gewickelten, jeweils
mit einem Wicklungsende an einen Verbindungspunkt angekoppelten Hochfrequenzspulen
und mit einem Gleichmagnetfeldgenerator zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds im wesentlichen
senkrecht zu den Spulenachsen im Bereich der beiden Spulen, dadurch gekennzeichnet,
daß im Anschluß an den Spulenverbindungspunkt (20) eine Spule (16) in Reihe zu der Leitungsstrecke und die andere Spule (17)
als Querglied geschaltet ist und daß in Reihe zu jeder Spule ein Abstimmkondensator (26, 24)
liegt zur Abstimmung der in beiden Spulen bei Einspeisung von dem Spulenverbindungspunkt
(20) aus fließenden Hochfrequenzstromkomponenten in der Weise, daß die durch die beiden
Hochfrequenzstromkomponenten in dem Körper (15) induzierten Hochfrequenzmagnetfelder eine
gegenseitige Phasenverschiebung von etwa 90° aufweisen.
2. Leitungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren in Reihe an die
Quergliedspule (17) angeschlossenen Abstimmblindwiderstand (28) zur Abstimmung des Querglieds
als Parallelresonanzkreis.
3. Leitungsschaltung in Form einer Richtungsgabelschaltung mit drei konzentrierten Schaltelementengruppen
nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Hintereinanderschaltung der Leitungsstrecken derselben und durch
einen Anschluß der jeweiligen Querglieder an einen gemeinsamen Anschlußpunkt, wobei die
Einstellung jeder Schaltelementengruppe so getroffen ist, daß eine jeweils in den Spulenverbindungspunkt
eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 60° und eine in entgegengesetzter
Richtung eingespeiste Welle eine Phasenverschiebung von 120° erleidet.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041 549.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041 549.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2467663 | 1963-05-09 |
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ID=12144726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEP1268A Pending DE1268701B (de) | 1963-05-09 | 1964-05-06 | Nichtreziproke Leitungsschaltung |
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