DE1272403B - Remanent magnetizable ferrite arrangement for the directional lighting of microwave lines - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

HOIpHOIp

H03hH03h

Deutsche Kl.: 21a4-74German class: 21a4-74

Nummer: 1272403Number: 1272403

Aktenzeichen: P 12 72 403.7-35 (P 29988)File number: P 12 72 403.7-35 (P 29988)

Anmeldetag: 9. August 1962 Filing date: August 9, 1962

Auslegetag: 11. Mi 1968Opening day: Wed 11, 1968

Mikrowellenleitungselemente, die elektromagnetische Energie in einer Richtung praktisch ungedämpft durchlassen und die in der entgegengesetzten Richtung nahezu reflexionslos absorbieren, finden in der Mikrowellentechnik als Richtungsleitungen oder Richtungsisolatoren wichtige Anwendungen, z. B. zur Vermeidung von Belastungsrückwirkungen auf Mikrowellengeneratoren. Sofern die richtungsabhängige (oder nichtreziproke) Dämpfung durch ferromagnetische Resonanzabsorption erfolgt, bestehen die bekanntesten Ausführungen aus einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt und einem darin an geeigneter Stelle angebrachten Ferritstreifen. Dieser wird durch ein zur Ausbreitungsrichtung transversales Magnetfeld von solcher Stärke magnetisiert, daß im Zusammenwirken mit der Mikrowellenstrahlung im Hohlleiter ferromagnetische Resonanz auftritt. Das angelegte Magnetfeld, das bei 10 GHZ einen Wert von etwa 3000 Oersted haben muß, kann durch außerhalb des Hohlleiters angebrachte Permanentmagnete erzeugt ao werden. Bei höheren Frequenzen benötigt man entsprechend stärkere Felder, beispielsweise bei 35 GHZ etwa 12 000 Oersted, was zu unhandlichen Anordnungen führt. Die Anwendung magnetischer Materialien mit einer stark uniaxialen Kristallanisotropie, wie das hartmagnetische BaFeJ₂O₁₉, können hier das für die Resonanz erforderliche äußere Magnetfeld beträchtlich reduzieren und gegebenenfalls ganz erübrigen.Microwave line elements which allow electromagnetic energy to pass through practically undamped in one direction and which absorb almost no reflection in the opposite direction are used in microwave technology as directional lines or directional isolators, e.g. B. to avoid loading repercussions on microwave generators. If the direction-dependent (or non-reciprocal) damping occurs through ferromagnetic resonance absorption, the most popular designs consist of a waveguide with a rectangular cross-section and a ferrite strip attached to it at a suitable point. This is magnetized by a magnetic field transverse to the direction of propagation of such strength that, in interaction with the microwave radiation, ferromagnetic resonance occurs in the waveguide. The applied magnetic field, which at 10 GHZ must have a value of about 3000 Oersted, can be generated by permanent magnets attached outside the waveguide. At higher frequencies, correspondingly stronger fields are required, for example at 35 GHZ around 12,000 Oersteds, which leads to awkward arrangements. The use of magnetic materials with a strongly uniaxial crystal anisotropy, such as the hard magnetic BaFeJ ₂ O ₁₉ , can considerably reduce the external magnetic field required for the resonance and, if necessary, make it completely unnecessary.

Eine andere Lösung zur Vermeidung äußerer Magnetfelder bieten magnetisch weiche Materialien mit nahezu rechteckiger Hystereseschleife, also einer hohen magnetischen Remanenz. Diese erreicht jedoch ihren maximalen Wert nur in geschlossenen magnetischen Kreisen. Ausführungen nichtreziproker Leitungselemente mit Ferriten dieser Gestalt und Magnetisierungsrichtung sind ebenfalls bekannt. Es ist gleichfalls bekannt, hierbei dünnwandige in Umpfangsrichtung remanent magnetisierbare Hohlkörper zu verwenden.Magnetically soft materials offer another solution for avoiding external magnetic fields with an almost rectangular hysteresis loop, i.e. a high magnetic remanence. However, this achieved their maximum value only in closed magnetic circuits. Executions of non-reciprocal pipe elements with ferrites of this shape and direction of magnetization are also known. It is also known, thin-walled hollow bodies remanently magnetizable in the circumferential direction use.

Die Verwendung hochremanenter weichmagnetischer Materialien macht es außerdem möglich, die Magnetisierungsrichtung mit relativ kleinen Feldstärken in sehr kurzer Zeit umzukehren, wodurch bei nichtreziproker Dämpfung Durchlaßrichtung und Sperrichtung des Leitungselementes miteinander vertauscht werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Anwendung als Mikrowellenschalter oder -modulator.The use of highly retentive soft magnetic materials also makes it possible to use the Reversing the direction of magnetization with relatively small field strengths in a very short time, whereby at Non-reciprocal attenuation Forward direction and blocking direction of the line element interchanged will. This results in a further application as a microwave switch or modulator.

Sofern es sich bei den bekannten Leitungsstrukturen um remanente bzw. schaltbare nichtreziproke Phasenschieber oder sogenannte Feldverdrängungsisolatoren handelt, deren Betriebsfrequenz weit oberhalb der Remanent magnetisierbare Ferritanordnung
für die richtungsabhängige Bedämpfung von
MikrowellenleitungenIf the known line structures are remanent or switchable non-reciprocal phase shifters or so-called field displacement insulators, the operating frequency of which is far above the remanent magnetizable ferrite arrangement
for the directional damping of
Microwave lines

Anmelder:Applicant:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,Philips Patent Administration G. m. B. H.,

2000 Hamburg, Mönckebergstr. 72000 Hamburg, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Ernst Neckenbürger, 2000 WedelDr. Ernst Neckenbürger, 2000 Wedel

ferromagnetischen Resonanzfrequenz liegt, lassen sich weichmagnetische Ferrite mit kubischer Kristallstruktur und Rechteckcharakteristik bis zu sehr hohen Frequenzen verwenden. Sollen jedoch ferromagnetische Resonanzverluste für eine richtungsabhängige Dämpfung ausgenutzt werden, so liegt die dann mit der ferromagnetischen Resonanzfrequenz zusammenfallende Betriebsfrequenz bei diesen Materialien relativ niedrig.ferromagnetic resonance frequency, soft magnetic ferrites with a cubic crystal structure can be used and use square wave characteristics up to very high frequencies. However, they should be ferromagnetic Resonance losses are used for a direction-dependent damping, so that is then with the operating frequency coinciding with the ferromagnetic resonance frequency for these materials relatively low.

Selbst wenn man die für Ferrite größten bekannten Werte der Sättigungsmagnetisierung zugrunde legt und die remanente Magnetisierung gleich der Sättigungsmagnetisierung ansetzt, ergeben sich ohne äußeres Magnetfeld nur Resonanzfrequenzen unterhalb 8 GHZ.Even if the largest known values of saturation magnetization for ferrites are used as a basis and the remanent magnetization is the same as the saturation magnetization, result without external magnetic field only resonance frequencies below 8 GHZ.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine remanent magnetisierbare Ferritanordnung für die richtungsabhängige Bedämpfung von Mikrowellenleitungen, die durch die Anwendung eines dünnwandigen, in Umfangsrichtung remanent magnetisierbaren Hohlzylinders aus polykristallinem Ferritmaterial von hexagonaler Kristallstruktur gekennzeichnet ist, dessen einzelne Kristallite eine Vorzugsebene der Magnetisierung aufweisen und mit dieser senkrecht zur in Richtung der Mikrowellenleitung liegenden Hohlträgerachse orientiert sind, wobei die ferromagnetische, von der Länge des Hohlkörpers abhängige Eigenfrequenz im Mikrowellengebiet, bei der in Sperrichtung Resonanzabsorption auftritt, nach den FormelnThe present invention relates to a remanently magnetizable ferrite arrangement for Direction-dependent attenuation of microwave lines, which are caused by the use of a thin-walled, in the circumferential direction remanently magnetizable hollow cylinder made of polycrystalline ferrite material is characterized by a hexagonal crystal structure, the individual crystallites of which are a preferred plane have the magnetization and with this perpendicular to the direction of the microwave line lying hollow beam axis are oriented, the ferromagnetic, on the length of the hollow body dependent natural frequency in the microwave region at which resonance absorption occurs in the reverse direction, according to the formulas

für ein Rohr undfor a pipe and

2,8 }'{Η_Θ + 2 πΛ/rem) · 2 π M_Tem 2.8 } '{Η _Θ + 2 πΛ / rem) · 2 π M _Tem

für einen Ring angenähert bestimmt ist und H_e das Kristallanisotropiefeld und M_rem die remanente Magnetisierung bezeichnet. Diese Hohlkörper haben beiis approximately determined for a ring and H _e denotes the crystal anisotropy field and M _re m denotes the remanent magnetization. These hollow bodies have at

809 »9/209809 »9/209

zirkumferentialer Magnetisierung einerseits eine hohe Remanenz und relativ kleine Koerzitivkraft, andererseits können sie jedoch im remanenten Zustand eine weitaus höhere ferromagnetische Eigenfrequenz aufweisen, als dieses bei Verwendung kubischer Ferritmaterialien der Fall ist. Die Erfindung macht von an sich bekannten Eigenschaften und Herstellungsverfahren hexagonal kristallisierter Ferrite mit einer Vorzugsebene der Magnetisierung Gebrauch. Dazu gehört vor allem das Verfahren der Kristallorientierung, bei dem die Vorzugsebene der einzelnen hexagonalen Kristallite bis zu einem hohen Grade parallel gestellt werden.circumferential magnetization, on the one hand, a high remanence and relatively small coercive force, on the other hand however, in the remanent state they can have a much higher ferromagnetic natural frequency, than is the case when using cubic ferrite materials. The invention works from then on known properties and manufacturing process of hexagonally crystallized ferrites with a Preferred plane of magnetization use. Above all, this includes the process of crystal orientation, in which the preferred plane of the individual hexagonal crystallites to a high degree be placed in parallel.

Das polykristalline Endprodukt ist — ähnlich einem Einkristall — als ganzes magnetisch anisotrop: es weist eine je nach Orientierungsgrad mehr oder weniger ausgeprägte Vorzugsebene der Magnetisierung auf. Die remanente Magnetisierung in dieser Ebene beträgt optimal 96% der Sättigungsmagnetisierung. Das ergibt sich bei Zugrundelegung der sechszähligen Kristallsymmetrie in der Basisebene des hexagonalen Kristallites sowie unter Voraussetzung eines Orientierungsgrades von 100% ^un(i bei Vernachlässigung der Spannungsanisotropie. Bei spannungsfreien kubisch kristallisierten Ferriten ist maximal 87% Rema- as nenz zu erwarten.The polycrystalline end product is - similar to a single crystal - as a whole magnetically anisotropic: it has a more or less pronounced preferred plane of magnetization, depending on the degree of orientation. The remanent magnetization in this plane is optimally 96% of the saturation magnetization. This results from assuming the sixfold crystal symmetry in the base plane of the hexagonal crystallite and assuming a ^{degree of orientation of 100% un (} i if the stress anisotropy is neglected. With stress-free cubic crystallized ferrites, a maximum of 87% remanence is to be expected.

Die ferromagnetische Eigenresonanz eines dünnwandigen Hohlzylinders nach der Erfindung läßt sich zuThe ferromagnetic natural resonance of a thin-walled hollow cylinder according to the invention can be to

/Bohr = 2,8 fHe ■ 4 π M_Tsm , (1 a)/ Bohr = 2.8 fHe ■ 4 π M _Tsm , (1 a)

wenn die Höhe des Körpers groß gegen seine Wandstärke ist, z. B. (Rohr), und zuwhen the height of the body is large compared to its wall thickness, e.g. B. (pipe), and to

und beschreiben dabei elliptische Kegel, für deren öffnungswinkel φ_τ und φζ in radialer bzw. axialer Richtung folgende Relationen gelten:and describe elliptical cones, for whose opening angles φ _τ and φζ in the radial or axial direction the following relationships apply:

[ <Pr [ <Pr

! φζ
beziehungsweise ! φζ
respectively

φζφζ

2 π Mrem 2 π Mrem

2 π Mrem2 π Mrem

(2a)(2a)

(2b)(2 B)

für das Rohr bzw. den Ring. Befindet sich der Ferrit in einem zeitlich veränderlichen magnetischen Feld mit den Komponenten (ζ_τ, Κφ, hz), so heißt diejenige elliptisch polarisierte Komponente des Wechselfeldes, die bei ferromagnetischer Resonanz in maximaler Wechselwirkung mit den präzedierenden Spins steht, Larmor-Komponente. Diese hat den Umlaufsinn der Spinpräzession und längs des Umfangs eine bestimmte Elliptizität.for the pipe or the ring. If the ferrite is in a time-varying magnetic field with the components (ζ _τ , Κφ, hz), then that elliptically polarized component of the alternating field that interacts maximally with the precessing spins in the case of ferromagnetic resonance is called the Larmor component. This has the direction of rotation of the spin precession and a certain ellipticity along the circumference.

4 π Mrem4 π Mrem

beziehungsweiserespectively

hzhz

+ 2 π Mr+ 2 π Mr

2 π Mr.2 π Mr.

(3 a)(3 a)

(3 b)(3 b)

/Hing = 2,8 ]j(He + 2 JT Mrem) ·" 2 π M/ Hing = 2.8 ] j (He + 2 JT Mrem) * "2 π M

(Ib)(Ib)

3535

berechnen, wenn die Höhe gleich der Wandstärke ist (Ring). He (Oe) bedeutet hier das Kristallanisotropiefeld, das den Magnetisierungsvektor bei einer Auslenkung aus der Vorzugsebene wieder in diese zurückdreht, und Mrem die remanente Magnetisierung.Calculate if the height is equal to the wall thickness (ring). He (Oe) here means the crystal anisotropy field which rotates the magnetization vector back into it when it is deflected from the preferred plane, and Mrem the remanent magnetization.

Die ersten beiden Zahlenspalten der Tabelle zeigen Werte von He und 4πΜ^ für einige hexagonale Ferrite mit einer Vorzugsebene der Magnetisierung.The first two columns of numbers in the table show values of He and 4πΜ ^ for some hexagonal ferrites with a preferred level of magnetization.

Besonders geeignet sind unter dem Handelsnamen »Ferroxplana« hergestellte Ferrite Co₂Z, Co₁Y, Zn₁Y, Ni₁Y, Mg₂Y, wobei Z eine Abkürzung für die Restformel Ba₃Fe₁₄O₄₁ und Y für Ba₁Fe₁₂O₈₂ ist.Particularly suitable ferrites produced under the trade name "Ferroxplana" are Co ₂ Z, Co ₁ Y, Zn ₁ Y, Ni ₁ Y, Mg ₂ Y, where Z is an abbreviation for the residual formula Ba ₃ Fe ₁₄ O ₄₁ and Y is Ba ₁ Fe ₁₂ O ₈₂ is.

für das Rohr bzw. den Ring.for the pipe or the ring.

Die Anti-Larmor-Komponente hat in erster Näherung keine Wechselwirkung mit den präzedierenden Spins. Ihr Umlaufsinn ist der Präzession entgegengesetzt, und ihre Elliptizität ist zu derjenigen der Larmorkomponente reziprokAs a first approximation, the anti-Larmor component has no interaction with the precessing Spins. Their sense of rotation is opposite to precession and their ellipticity is to that of Larmor component reciprocal

(4a)(4a)

(4b)(4b)

"I / 4 π Mrem"I / 4 π Mrem " |/ ^H° "| / ^H ° hrMr hzhz _-\l 2πΜ_τβτα _- \ l 2πΜ _τβτα 40 beziehungsweise40 respectively I/ Ha + 2 π MremI / Ha + 2π Mrem hrMr h_z h _z

4545

Co,Z.
Co₁Y.
Zn₁Y.
Ni₁Y.
Mg₁YCo, Z.
Co ₁ Y.
Zn ₁ Y.
Ni ₁ Y.
Mg ₁ Y

HeHey AnMsAnMs /Rohr/Pipe (Oe)(Oe) (Gauß)(Gauss) (GHZ)(GHZ) 13 00013,000 34003400 18,218.2 28 00028,000 23002300 22,022.0 9 0009,000 28502850 13,913.9 1400014000 16001600 12,912.9 10 00010,000 15001500 10,610.6

5555

Die dritte Spalte der Tabelle enthält die nach (la) berechneten Eigenfrequenzen, wobei M_rem = 0,96 der Sättigungsmagnetisierung M_s angenommen wurde.The third column of the table contains the natural frequencies calculated according to (la), where M _rem = 0.96 of the saturation magnetization M _{s was} assumed.

Wenn Η_θ > 2 M_xm ist, gilt /Rohr «« fz · /um«, d. h., durch Variation der Zylinderhöhe läßt sich dessen ferromagnetische Eigenfrequenz um maximal 40% verschieben.If Η _θ > 2 M _xm , / pipe «« fz · / um «, that is, by varying the cylinder height, its ferromagnetic natural frequency can be shifted by a maximum of 40%.

In der ferromagnetischcn Resonanz präzidieren die bei Sättigung in Umfangsrichtung orientierten magnetischen EtemeniarsMOteitte (Spins) um diese Richtung für das Rohr bzw. den Ring. In the ferromagnetic resonance, the magnetic etemeniarsMOteitte (spins) , which are oriented in the circumferential direction at saturation, precess around this direction for the tube or the ring.

Ein leitungsgeführtes und sich in Richtung der Ferritzylinderachse ausbreitendes elektromagnetisches Wellenfeld wird bei ferromagnetischer Resonanz maximal absorbiert, wenn es am Ort der Zylinderwand nur eine Larmor-Komponente besitzt; minimale Absorption erfolgt, wenn sich dort nur eine Anti-Larmor-Komponente des Wellenfeldes befindet. Eine Umkehr der Ausbreitungsrichtung bewirkt eine Änderung des Umlaufsinnes der elliptischen Feldkomponente am Ort des Ferrits. Befindet sich dieser für die eine Ausbreitungsrichtung an einem Ort minimaler Absorption, so wird die in der Gegenrichtung laufende Welle im allgemeinen nicht maximal absorbiert; die Orte minimaler Durchlaß- und maximaler Sperrdämpfung können verschieden sein.A wire-guided electromagnetic propagating in the direction of the ferrite cylinder axis Wave field is maximally absorbed at ferromagnetic resonance when it is at the location of the cylinder wall has only one Larmor component; Minimal absorption occurs when there is only one anti-larmor component of the wave field. Reversing the direction of propagation causes a change the direction of rotation of the elliptical field component at the location of the ferrite. Is this for the a direction of propagation at a place of minimal absorption, then the one running in the opposite direction Wave generally not maximally absorbed; the locations of minimum transmission and maximum stopping attenuation can be different.

Von der Theorie des Resonanzisolators im Rechteckhohlleiter her ist jedoch bekannt, daß der Ort, an dem das Verhältnis von Sperr- zu Durchlaßdämpfung seinen größten Wert hat, praktisch mit dem Ort minimaler Durchlaßdämpfung zusammenfällt. Dieser Ort läßt sich in vielen Fällen aus den mathematischen Ausdrücken für die ungestörten magnetischen Feldkomponenten des jeweiligen Hohlleiterwellentyps inFrom the theory of the resonance isolator in the rectangular waveguide, however, it is known that the place at which the ratio of blocking to transmission attenuation has its greatest value, practically with the location minimal Attenuation coincides. This place can be found in many cases from the mathematical Expressions for the undisturbed magnetic field components of the respective waveguide wave type in

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bekannter Weise rechnerisch bestimmen, indem man In ähnlicher Weise kann die Anpassung der Richdie Beträge der beiden zur Magnetisierungsrichtung tungsleitungen für die H_n- bzw. H₀₁-WeIIe des runden orthogonalen magnetischen Feldkomponenten ins Hohlleiters erfolgen. Dabei ist insbesondere bei der Verhältnis setzt zur rechten Seite der Gleichungen H₀₁-WeIIe auf eine genaue Einhaltung der Rotations-(4a, 4b). 5 Symmetrie zu achten, da sonst andere WellentypenIn a similar way, the values of the two lines leading to the magnetization direction for the H _n and H ₀₁ wave of the round orthogonal magnetic field components into the waveguide can be determined by calculation. In particular, the relationship relies on the right-hand side of the equations H ₀₁ -WeIIe on an exact adherence to the rotation (4a, 4b). 5 symmetry must be observed, otherwise other wave types

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es angeregt werden, deren Auftreten die ArbeitsweiseThe drawing represents exemplary embodiments. It is suggested whose occurrence the mode of operation

zeigen der Richtungsleitung verschlechtert. show the directional line deteriorated.

Fig. la und Ib je einen Querschnitt eines Die relativ niedrige Koerzitivkraft in der Vorzugsrunden Hohlleiters, ebene hexagonal kristallisierter Ferrite, ζ. Β. vomFig. La and Ib each show a cross section of the relatively low coercive force in the preferred lap Waveguide, flat hexagonal crystallized ferrites, ζ. Β. from the

F i g. 2 einen Längsschnitt eines runden Hohl- ίο Typ »Ferroxplana«, erlaubt es, die Magnetisierungsleiters, richtung durch Anlegen entsprechend kleiner äußerer F i g. 2 a longitudinal section of a round hollow ίο type »Ferroxplana«, allows the magnetization conductor, direction by applying correspondingly smaller outer

Fig. 3 einen Querschnitt eines Rechteckhohl- Felder umzukehren. Dabei vertauschen sich für die3 to reverse a cross section of a rectangular hollow field. Thereby swap for the

leiters. vorstehend beschriebenen Richtungsleitungen Durch-head. directional lines described above through-

Ein dünnwandiger Ferrithohlzylinder 1 von kreis- laß- und Sperrichtung. Die Mikrowellenenergie läßtA thin-walled ferrite hollow cylinder 1 with a circular and blocking direction. The microwave energy leaves

förmigem Querschnitt und dem mittleren Radius ρ, i₅ sich auf diese Weise mit nur geringer Leistung in sehrshaped cross-section and the mean radius ρ, i ₅ in this way with only little power in very

der koaxial in einem runden Hohlleiter 2 vom Ra- kurzer Zeit schalten. Das zum Schalten erforderlichewhich switch coaxially in a round waveguide 2 from Ra for a short time. The one required for switching

dius R angebracht ist, bewirkt eine je nach Aus- zirkumferentiale Magnetfeld kann beispielsweise durchdius R is attached, causes a depending on the circumferential magnetic field can for example by

breitungsrichtung unterschiedliche Bedämpfung des einige in Achsenrichtung um die Zylinderwandungdirection of spreading different damping of some in the axial direction around the cylinder wall

Hohlleiters. Dabei kann die Durchlaßdämpfung verlaufende Drahtwindungen erzeugt werden. EineWaveguide. In doing so, wire windings extending through the transmission attenuation can be generated. One

minimal und das Verhältnis von Sperr- zu Durchlaß- ao kleinere Induktivität und auch eine geringere Störungminimal and the ratio of blocking to passage ao smaller inductance and also less interference

dämpfung annähernd maximal in Abhängigkeit von des Mikrowellenfeldes ergibt der in der SystemachseThe attenuation in the system axis is approximately the maximum depending on the microwave field

ρ und R eingestellt werden. geführte Stromleiter. Eine entsprechende Anordnungρ and R can be adjusted. guided conductors. A corresponding arrangement

In Fig. la und Ib sind die Orte minimaler für die Schaltung einer H₁₁-WeIIe im runden Hohl-In Fig. La and Ib the locations are minimal for the circuit of an H ₁₁ -WeIIe in the round hollow

Durchgangsdämpfung /M₁, /M₂ für ein dünnwandiges leiter zeigt schematisch F i g. 2 mit Hohlleiter 2,Transmission loss / M ₁ , / M ₂ for a thin-walled conductor is shown schematically in FIG. 2 with waveguide 2,

Ferritrohr aus dem Material Co₂Y etwas maßstabs- as Ferrit 1, Anpassungselementen 3 und Stromleiter 4.Ferrite tube made of the material Co ₂ Y somewhat to scale as ferrite 1, adapter elements 3 and current conductor 4.

gerecht in den Querschnitt des kreisförmigen Hohl- Ist der Stromleiter ein sehr dünner Draht, so läßt sichjust in the cross-section of the circular hollow If the conductor is a very thin wire, so can

leiters 2 eingezeichnet, und zwar für die H₁₁-WeIIe der Radius minimaler Durchgangsdämpfung, wieconductor 2 is drawn, specifically for the H ₁₁ -WeIIe the radius of minimum transmission loss, such as

(F i g. 1) und die H₀₁-WeIIe (F i g. 2). Bei letzterer bereits angegeben, aus den ungestörten magnetischen(Fig. 1) and the H ₀₁ -WeIIe (Fig. 2). With the latter already indicated, from the undisturbed magnetic

ergeben sich zwei Möglichkeiten. Die Radien sind Feldkomponenten der H_1x-WeIIe ermitteln. Erfordertthere are two possibilities. The radii are field components of the H _1x -WeIIe. Requires

nur dann gemeinsam Orte minimaler Durchgangs- 30 die Strombelastung einen dickeren Draht, so mußonly then jointly places minimum passage 30 the current load a thicker wire, so must

dämpfung, wenn die dort befindlichen Ferritzylinder unter Umständen mit den magnetischen Feldkompo-damping, if the ferrite cylinders located there may interfere with the magnetic field components

entgegengesetzt zirkumferential magnetisiert sind. nenten der H₁₁-WeIIe der Koaxialleitung gerechnetare oppositely magnetized circumferentially. elements of the H ₁₁ wave of the coaxial line

Die ferromagnetische Resonanzabsorption dieser werden. Der in der Systemachse verlaufende Draht 4The ferromagnetic resonance absorption of this will be. The wire 4 running in the system axis

Anordnungen erfolgt bei etwa 22 GHZ. biegt in hinreichender Entfernung vom Ferrit zurArrangements are made at about 22 GHZ. bends at a sufficient distance from the ferrite to

Eine Richtungsleitung für die HE₁₁-WeIIe eines 35 Hohlleiterwand ab und tritt dort durch zwei kleineA directional line for the HE ₁₁ -WeIIe of a 35 waveguide wall and enters there through two small ones

dielektrischen Drahtes läßt sich realisieren, wenn Öffnungen 5 elektrisch isoliert nach außen. Der Drahtdielectric wire can be realized if openings 5 are electrically insulated from the outside. The wire

man diesen über eine gewisse Länge konzentrisch mit reflektiert die H₁₁-WeIIe praktisch nicht, wenn er inif it is concentrically reflected over a certain length, the H ₁₁ wave is practically not reflected when it is in

einem Metallrohr umgibt. Dessen Durchmesser ist so der Ebene geführt ist, die senkrecht zum elektrischensurrounds a metal pipe. Its diameter is guided in such a way as to be perpendicular to the electrical plane

zu wählen, daß es nur die Grundwelle der abgeschirm- Feldvektor der H₁₁-WeIIe liegt,to choose that it is only the fundamental wave of the shielded field vector of the H ₁₁ wave,

ten dielektrischen Leitung führen kann. 40 Im Feld der H₁₀-WeIIe eines Rechteckhohlleiters istth dielectric line. 40 In the field of the H ₁₀ wave of a rectangular waveguide is

Ein Radius minimaler Durchgangsdämpfung und es nicht möglich, einen Ferritkörper nach der Erfindamit der Radius des Ferritrohres nach der Erfindung dung so anzuordnen, daß am Ort der Rohrwandung läßt sich mit Hilfe der Komponenten der Grundwelle überall nur die Anti-Larmor-Komponente des Wellender abgeschirmten dielektrischen Leitung rechnerisch feldes auftritt. Die Orte konstanter Elliptizität der bestimmen. 45 magnetischen Feldkomponenten sind hier nämlichA radius of minimal transmission loss and it is not possible to use a ferrite body according to the invention the radius of the ferrite pipe according to the invention to be arranged so that at the location of the pipe wall With the help of the components of the fundamental wave, only the anti-Larmor component of the wave end can be found everywhere shielded dielectric line arithmetic field occurs. The locations of constant ellipticity of the determine. There are 45 magnetic field components here

Bei einer Helix-Richtungsleitung müßte das Co₂Y- Ebenen parallel zu den Schmalseiten des Hohlleiters.In the case of a helical directional line, the Co ₂ Y planes would have to be parallel to the narrow sides of the waveguide.

Rohr zur Maximalisierung des Verhältnisses Sperr- Im Hohlleiterquerschnitt findet man demgemäß alsTube to maximize the ratio of blocking in the waveguide cross-section is found accordingly as

zu Durchlaßdämpfung gemäß jener Bedingung inner- Ort für die Anti-Larmor-Komponente keine in sichto transmission loss according to that condition in-place for the anti-Larmor component none in itself

halb der Drahtwindungen angeordnet sein. geschlossenen Linien, sondern die Geraden AA undbe arranged half of the wire turns. closed lines, but the straight lines AA and

Bei der Ausführung der vorstehend beschriebenen, 50 BB parallel zur Magnetisierungsrichtung, wie F i g. 3When executing the above-described, 50 BB parallel to the direction of magnetization, as shown in FIG. 3

um die Leitungsachse rotationssymmetrischen Rieh- zeigt.around the line axis rotationally symmetrical Rieh- shows.

tungsisolatoren ist die Anpassung des nichtreziproken Die Geraden sind nur dann gemeinsam Orte mini-Leitungsteils besonders wichtig. Diese kann mit den maler Durchgangsdämpfung, wenn die dort befindüblichen Mitteln erfolgen, beispielsweise durch all- liehen Ferritstreifen 6a und 6b entgegengesetzt mamähliche Übergänge, wobei neben dem Ferrit verlust- 55 gnetisiert sind. Ein geschlossener magnetischer Kreis arme dielektrische Materialien für die Übergänge kann über die zusätzlichen Ferritstreifen Ta und Tb verwendet werden können. Die Richtungsleitung für hergestellt werden. Er läßt sich durch den zentralen die dielektrische Drahtwelle (HE_U-Typ) kann z. B. Stromleiter 4 in Umfangsrichtung bis zur Sättigung von einem Metallrohr umgeben sein, das sich über magnetisieren und zeigt nach Abschalten des Strömet mehrere Wellenlängen trichterförmig bis zu einem 60 eine dem Material entsprechende Remanenz. Die Durchmesser erweitert, der größer als der doppelte Streifen Ta und Tb tragen im allgemeinen mehr zur Grenzradius der HE₁₁-WeIIe des dielektrischen Drah- Durchgangsdämpfung bei als die Streifen 6a und 6b, tes ist. Ein dielektrisches Rohr an der inneren oder da an ihrem Ort die Larmor-Komponente der H₁,-äußeren Peripherie des Ferritrohres kann dazu dienen, Welle nicht verschwindet. Dementsprechend wini die Güte der Richtungsleitung zu verbessern. Zur 65 auch das Verhältnis von Sperr- zu Durchlaßdämpfung Vermeidung von Reflexionen, d. h. für die Anpassung, etwas kleiner.line isolators is the adaptation of the non-reciprocal The straight lines are only particularly important together places mini-line part. This can be done with the painterly through attenuation, if the usual means there are, for example by means of all-borrowed ferrite strips 6a and 6b opposite mamähliche transitions, with loss-like gneting in addition to the ferrite. A closed magnetic circuit poor dielectric materials for the junctions can be used via the additional ferrite strips Ta and Tb. The directional line for be made. It can be through the central dielectric wire wave (HE _U type) z. B. Current conductor 4 be surrounded in the circumferential direction until saturation by a metal tube that magnetizes and shows after switching off the Strömet several wavelengths funnel-shaped up to a 60 remanence corresponding to the material. The enlarged diameters greater than double the strip Ta and Tb generally contribute more to the _{critical radius of the HE 11} wave of the dielectric wire through loss than the strips 6a and 6b, tes. A dielectric tube on the inner or because at its place the Larmor component of the H ₁ , -outer periphery of the ferrite tube can serve to prevent the wave from disappearing. Accordingly, the quality of the directional guidance can be improved. For 65, the ratio of blocking to transmission attenuation to avoid reflections, ie for the adaptation, is somewhat smaller.

können sich verjüngende dielektrische Ansatzrohre Die Verwendung eines erfindungigemäßen Ferritangebracht sein. rohres mit Rcchtockquerschnitt ermöglicht es, die The use of a ferrite according to the invention can be fitted with tapered dielectric extension tubes. tube with rear cross-section enables the

beschriebene Anordnung als schaltbare Resonanzrichtungsleitung im X-Band und bei noch höheren Frequenzen zu benutzen. Bei einem hinreichend langen, dünnwandigen Hohlrohr läßt sich die Lage minimaler Durchgangsdämpfung für die Wandpartien 6a und 6b in F i g. 3 genau berechnen. Besteht das Rohr aus dem Material Co₂Y, so liegt die ferromagnetische Resonanzabsorption etwa um GHZ.to use the arrangement described as a switchable resonance direction line in the X-band and at even higher frequencies. In the case of a sufficiently long, thin-walled hollow pipe, the position of minimal through-attenuation for the wall parts 6a and 6b can be seen in FIG. 3 calculate exactly. If the tube is made of the material Co ₂ Y, the ferromagnetic resonance absorption is around GHZ.

Die Güte einer Resonanzrichtungsleitung wird durch das maximale Verhältnis von Sperr- zu Durchlaßdämpfung bestimmt; ferner durch die. Bandbreite der Absorptionscharakteristik, gemessen in Sperrichtung zwischen den 3-db-Punkten beiderseits der ferromagnetischen Resonanzfrequenz. Dadurch ist eine dementsprechende Gütezahl definiert.The quality of a directional resonance line is determined by the maximum ratio of reverse to forward attenuation certainly; also through the. Bandwidth of the absorption characteristic, measured in the reverse direction between the 3-db points on either side of the ferromagnetic resonance frequency. This is a corresponding figure of merit defined.

Es zeigte sich, daß im Rechteckhohlleiter mit nichtorientierten Ferriten bei optimaler Formgebung des Ferrits allenfalls eine Gütezahl F = 5,75 erreicht werden kann. Vernachlässigt man bei der erfindungs- ao gemäßen Ferritanordnung nach F i g. 3 die Wirkung der Wandpartien la und Ib, so ergeben sich bei günstiger Plazierung der Streifen 6 a und 6b mit den Materialwerten von Co₂Y Gütezahlen zwischen und 30. Die Verwendung eines erfmdungsgemäßen Ferrit-Hohlzylinders führt also zu höheren Gütezahlen als sie bei sonst gleicher Geometrie mit nichtorientierten Ferriten jemals erreicht werden können.It was found that in the rectangular waveguide with non-oriented ferrites, if the ferrite is optimally shaped, at most a figure of merit F = 5.75 can be achieved. If the ferrite arrangement according to the invention is neglected according to FIG. 3, the effect of the wall portions la and Ib, so resulting in a favorable positioning of the strip 6 a and 6b Y with the material values of Co ₂ grade numbers between and 30. The use of an inventive ferrite hollow cylinder thus resulting in higher figures of merit than an otherwise identical Geometry with non-oriented ferrites can ever be achieved.

Claims (11)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Remanent magnetisierbare Ferritanordnung für die richtungsabhängige Bedämpfung von Mikrowellenleitungen, gekennzeichnet durch die Anwendung eines dünnwandigen in Umfangsrichtung remanent magnetisierbaren Hohlkörpers aus polykristallinem Ferritmaterial von hexagonaler Kristallstruktur, dessen einzelne Kristallite eine Vorzugsebene der Magnetisierung aufweisen und mit dieser senkrecht zur in Riehtung der Mikrowellenleitung liegenden Hohlträgerachse orientiert sind, wobei die ferromagnetische, von der Länge des Hohlkörpers abhängige Eigenfrequenz im Mikrowellengebiet; bei der in Sperrrichtung Resonanzabsorption auftritt, nach den Formeln1. Remanent magnetizable ferrite arrangement for the direction-dependent damping of Microwave lines, characterized by the use of a thin-walled in the circumferential direction remanently magnetizable hollow body made of polycrystalline ferrite material of hexagonal crystal structure, the individual crystallites of which have a preferential plane of magnetization have and with this perpendicular to the hollow beam axis lying in the direction of the microwave line are oriented, the ferromagnetic natural frequency dependent on the length of the hollow body in the microwave range; in which there is resonance absorption in the reverse direction, according to the Formulas für ein Rohr undfor a pipe and 2,8 ]J{Hq + 2 π Mrem) ' 2 π Mrem2.8 ] J {Hq + 2 π Mrem) '2 π Mrem für einen Ring angenähert bestimmt ist, und Η_θ das Kristallanisotropiefeld und Mrem die remanente Magnetisierung bezeichnet.is approximately determined for a ring, and Η _{θ denotes} the crystal anisotropy field and Mrem denotes the remanent magnetization. 2. Ferritanordnüng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Hohlkörpers bevorzugt an solchen — experimentell oder rechnerisch bestimmbaren — Stellen der Mikrowellenleitung verläuft, die, verglichen mit anderen Stellen, in Durchlaßrichtung minimale und in Sperrichtung maximale Dämpfung ergeben.2. Ferrite arrangement according to claim 1, characterized in that the wall of the hollow body preferably at such - experimental or computationally determinable - points of the microwave line which, compared to other locations, is minimal in the forward direction and in Blocking direction result in maximum attenuation. 3. Ferritanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zur Anordnung in Mikrowellenleitungen von zylin- und koaxial zur Leitungsachse verläuft mit einem Radius, der nach den Gleichungen3. Ferrite arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the hollow body for Arrangement in microwave lines of cylindrical and coaxial to the line axis runs with a Radius according to the equations __ 2Mr_em_ __ 2Mr_em_ H& + 2 Mrem H & + 2 Mrem angenähert bestimmt ist, wenn in die linken Seiten die bekannten mathematischen Ausdrücke für die ungestörten magnetischen Feldkomponenten des vorliegenden Wellentyps und in die rechten Seiten die meßbaren materialabhängigen Konstanten H₀ und Mrem eingesetzt sind.is approximately determined if the known mathematical expressions for the undisturbed magnetic field components of the present mode type are used in the left-hand sides and the measurable material-dependent constants H _{0 and Mrem are inserted in the right-hand sides.} 4. Ferritanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur richtungsabhängigen Dämpfung der H₁₁-WeIIe in einem runden Hohlleiter bei einer Frequenz yon etwa 20 GHZ ein Ferritzylinder von geeigneter Länge aus Co₂Y verwendet ist, dessen Radius um etwa 20% kleiner als der des Hohlleiters ist.4. Ferrite arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that for direction-dependent damping of the H ₁₁ wave in a round waveguide at a frequency of about 20 GHz, a ferrite cylinder of suitable length made of Co ₂ Y is used, the radius of which is about 20% is smaller than that of the waveguide. 5. Ferritanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur richtungsabhängigen Dämpfung der H₀₁-WeIIe im runden Hohlleiter bei einer Frequenz von etwa 20 GHZ ein Ferritzylinder geeigneter Länge aus Co₂Y mit einem Radius von etwa 15% oder ein solcher mit einem Radius von etwa 90% des Hohlleiterradius verwendet ist.5. Ferrite arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that for direction-dependent damping of the H ₀₁ -WeIIe in the round waveguide at a frequency of about 20 GHz, a ferrite cylinder of suitable length made of Co ₂ Y with a radius of about 15% or such with a radius of about 90% of the waveguide radius is used. 6. Ferritanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zylinder zugleich im Hohlleiter angebracht sind und der eine entgegengesetzt zum anderen magnetisiert ist.6. Ferrite arrangement according to claim 5, characterized in that both cylinders are at the same time Waveguides are attached and one is magnetized opposite to the other. 7. Ferritanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur richtungsabhängigen Dämpfung der HE₁₁-WeIIe einer dielektrischen Leitung diese durch den Ferritzylinder hindurchgeführt und der Ferritzylinder in geeignetem Abstand koaxial von einem Metallrohr umgeben ist.7. Ferrite arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that for direction-dependent damping of the HE ₁₁ -WeIIe a dielectric line, this is passed through the ferrite cylinder and the ferrite cylinder is surrounded coaxially by a metal tube at a suitable distance. 8. Ferritanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur richtungsabhängigen Dämpfung der Grundwelle eine Wendelleitung (Helix) der Ferritzylinder bevorzugt, im Inneren der Helix angeordnet ist.8. ferrite arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the direction-dependent Attenuation of the fundamental wave a helical line (helix) of the ferrite cylinder preferred, im Inside the helix is arranged. 9. Ferritanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zur Anordnung in einem Rechteckhohlleiter ejnen rechteckigen Querschnitt hat und die Wände des Hohlkörpers zu denen des Hohlleiters parallel laufen.9. ferrite arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the hollow body for the arrangement in a rectangular waveguide has a rectangular cross section and the walls of the hollow body run parallel to those of the waveguide. 10. Ferritanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Hohlkörperachse ein Stromleiter zur Erzeugung oder Umschaltung der Magnetisierung geführt ist.10. Ferrite arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that in the direction of the hollow body axis a current conductor for generating or switching the magnetization is led. 11. Ferritanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper zu beiden Seiten mit Anpassungsmitteln, z. B. in Form von sich verjüngenden dielektrischen Ansatzrohren, versehen ist.11. Ferrite arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the hollow body on both sides with adjustment means, for. B. in the form of tapering dielectric extension tubes. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 951 220; »Philips Technische Rundschau«, 18. Jahrgang,References considered: U.S. Patent No. 2,951,220; »Philips Technische Rundschau«, 18th year, drischer Symmetrie kreisförmigen Querschnitt hat 1956/57, Nr. 9, S. 249 bis 258.Drischer symmetry circular cross-section has 1956/57, No. 9, pp. 249 to 258. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 569/209 7.68 © Bundesdruckerei Berlin809 569/209 7.68 © Bundesdruckerei Berlin