Nichtreziprokes Bauelement
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Die Neuerung bezieht sich auf ein nichtreziprokes Bauelement für sehr kurze elektromagnetische
Wellen, das aus einem Hohlleiter besteht, in dessen Innerem wenigstens ein beispielsweise
durch einen Ternanentmagneten oder Elektromagneten vormagnetisierter Körper au,
s gyromagnetischem Material vorgesehen ist. Der Hohlleiter soll an wenigstens einem
seiner Enden mit einem Stufentransformator zum Übergang auf eine Hohlleitung unterschiedlichen
Querschnitts versehen sein. Derartige Bauelemente besitzen je nach der Stärke der
Vornaenetisierung des gyromagnetischen Materials unterschiedliche von
der
Übertragungsrichtung abhängige Übertragungseigenschaften. Non-reciprocal component
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The innovation relates to a non-reciprocal component for very short electromagnetic waves, which consists of a waveguide, in the interior of which at least one body made of gyromagnetic material is provided, for example by a magnet or electromagnet. The waveguide should be provided at at least one of its ends with a step transformer for the transition to a hollow line of different cross-section. Such components have different transmission properties depending on the direction of transmission, depending on the strength of the vornaenetization of the gyromagnetic material.
Wird beispielsweise die yormagnetisierungsfeldstärke derart hoch
gewählt, daß die gyromagnetische Resonanzfrequenz mit der Fre-
quenz der Betriebswellen wenigstens angenähert zusammenfallt,
so
werden die hellen der einen'Ubertragungsrichtung weitgehend
ab-
sorbiert,ährend dieder anderen Übertragungsrichtung in wesent-
lichenungeschlacht bleiben,'ird die gyromagnetische Resonanz-
frequenz niedriger oder höher als die Frequenz der Betriebswellen
gewählt, so besitzt dàs Bauelement richtungsabh5ngige Phasenlauf-
c
zeiten.Zusätzlich tritt auch noch ein Feldverdrängungseffelct
auf,
der die Hohlleiterbreitenabmessung in der einen Übertragungsrichtng scheinbar vergrößert
und in der anderen scheinbar verringert.For example, the yormagnetization field strength becomes so high chosen that the gyromagnetic resonance frequency with the frequency
frequency of the operating waves at least approximately coincides, so
the bright ones of the one transmission direction are largely
sorbed, while that of the other transmission direction is
remain unconscious, the gyromagnetic resonance
frequency lower or higher than the frequency of the operating waves
selected, the component has a direction-dependent phase sequence
c
In addition, there is also a field displacement effect,
which apparently increases the waveguide width dimension in one transmission direction and apparently reduces it in the other.
Dies kann z. B. in der Weise ausgenutzt werden, daß zusätzlich
'A'ellenabsorbierendes Material im Hohlleiterinnern derart
vorge-
zehen wird, daß es von Wellen der einen Ubertragungsrichtung
stärker erfaßt wird als von Wellen der anderen Übertragungsrich-
en
tung.-Diese mit dem Bauelement zusammenhängenden Hagnetisierungs-
probleme bringen mit sich, daß bei Verwendung von Rechteckhohl-
leitern diese bei vorgegebener Breitenabmessung relativ sehr geringe Höhe besitzen
müssen, so daß das in der sonstigen Hohlleitertechnik übliche Seitenverhältnis von
1 : 2 nicht mehr gewahrt werden kanne Es sind deshalb Transformatoren zur Anpassung
der'einzelnen Hohlleitungen unterschiedlichen Querschnitts
er-
forderlich, wenn das nichtreziproke Bauelement in den Zug von
Hohlleitungen eingefügt werden soll, die die normalen Abmessungen
nU.
mit einem Seitenverhältnis von 1 : 2 besitzen. Dabei treten
inso-
fern große Schwierigkeiten auf, als der Einfluß des gyromagne-f
tischen Materials auf die Stufentransformatoren nich-t ohne
wei-
L
termes erfaßt werden kanne Das ist vor allem deshalb unangenehm,
weil die Fertigung derartiger Stufentransformatoren, hohen techrischen Aufwand erfordert.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bei nichtreziproken Bauelementen
der einleitend beschriebenen Art auftretenden Schwierigkeiten zu umgehen.This can e.g. B. be exploited in such a way that in addition 'Cell-absorbing material in the interior of the waveguide is
that it will be of waves of one direction of transmission
is more strongly captured than by waves from the other
en
tung.-This magnetization associated with the component
problems entail that when using rectangular hollow
conductors, these must have a relatively small height for a given width dimension, so that the aspect ratio of 1: 2, which is customary in other waveguide technology, can no longer be maintained. Therefore, transformers are used for adaptation of the individual hollow pipes with different cross-sections
Required if the non-reciprocal component is in the train of
Hollow pipes should be inserted that have the normal dimensions
nU.
with an aspect ratio of 1: 2. Thereby occur
far from great difficulties when the influence of the gyromagne-f material on the step transformers.
L.
termes can be recorded This is particularly uncomfortable,
because the production of such step transformers requires high technical effort. The object of the innovation is to circumvent these difficulties which arise in the case of non-reciprocal components of the type described in the introduction.
Gemäß der Neuerung wird vorgeschlagen, ein nichtreziprokes Bauelement
der einleitend beschriebenen Art in der Weise auszubilden, daß der Körper aus gyromagnetischem
Material in den Bereich des Stufentransformators derart weit fortgesetzt ist, daß
über einen weiten Frequenzbereich zwischen dem das gyromagnetische Material enthaltenden
Hohlleiter und der Hohlleitung unterschiedlichen Querschnitts wenigstens angenähert
exakte Anpassung gegeben ist.According to the innovation, a non-reciprocal component is proposed
of the type described in the introduction in such a way that the body is made of gyromagnetic
Material is so far continued in the area of the step transformer that
Over a wide frequency range between that containing the gyromagnetic material
Waveguide and the hollow line of different cross-sections at least approximated
exact adaptation is given.
Es wird hierbei von der Erkenntnis ausgegangen, daß es wesentlich
einfacher und vorteilhafter ist ? weniger großen Aufwand in der exakten Dinensionierung
des Stufentransformators zu treiben und stattdessen nach einer Ausweichmöglichkeit
zu suchen, die die Abmessungen des eigentlichen Stufentransformators unverändert
belaßt. Wie Untersuchungen gezeigt haben, ist hierfür ganz beson-
ders die überraschende Wirkung ausnutzbar, die eintritt, wenn
der gyromagnetische Körper in das Innere des Stufentransforreators
fortgesetzt ird. Es tritt dabei offenbar eine Kompensation
stö-
render Frequenzgänge an der Übertragungsstelle auf.
achstehend v/ird die Neuerung anhand eine Auaführungsbeispieles
r. äher beschriebene
Die Zeichnung zeigt einen Hohlleiterabschnitt 1,'der ein Seiten-
verhältnis von beispielsweise 1 : 6 besitzt und der über je
einen
Viertelbetriebswellenlangen-ransformator 2, 2 an beiden Enden
mit je einem Rechteckhohlleiter 3, 3' verbunden ist, dessen
Sei-
tenverhältnis 1 t 2 betrugt", Der Yfellenwiderstand in den
Viertel-
1
betriebswellen-Nransformatoren 2, 2' ist in üblicher eise gleich
dem geometrischen Mittel aus den Wellenwiderständen in den Hohlleitungen 1 und 3
bzw. 3' gewählt. Für diese Dimensionierung ist der Einfluß des gyromagnetischen
Materials, das beim Ausführungsbeispiel in Form zweier länglicher Streifen 4,4'
vorgesehen ist, vernachlässigt. Der eine Stab 4'aus gyromagnetischem Material ist
mit einem Fortsatz 5 versehen, der in das Innere des Stufentransformators 2 um die
Länge 1 hineinragt. Dieser Fortsatz kann
LUS dem gleichen Material bestehen wie der Stab 4 selost, das
heißt
beispielsweise aus für diese Zwecke Üblichem Ferrit. Durch
ge-
eignet Eindringtiefe 1 in den Stufentranaformator läßt sich
er-
reichen, daß die Anpassung über den Frequenzbereich, in den
die
Anordnung betrieben werden soll, wesentlich verbessert wird.
Durch Verschieben des-Stabes4 in Längsrichtung läßt sich ein
C>
ausgesprochenes Optimum der Anpassungskurve in Abhängigkeit von der Frequenz feststellen.
Anstelle gleichen Materials für den Stab 4' aus gyromagnetischem Material und dem
Fortsatz 5 ist . es auch möglich, für den Fortsatz 5 dielektrisches Material, also
li n
Material, das keine gyromagnetischen Eigenschaften besitzt
ge-
C-i r
gebenenfalls auch mit abweichenden Querschnittsabmessungen, zu verwenden. Ein beispielsweise
hierfür geeignetes Material ist Polystyrol. Beim Ausführungsbeispiel sind, wie aus
der Zeichnung ersichtliche
zwei Stäbe 4, 4'aus gyromagnetischeBi Material vorgesehen,
die
in, der für dieWellenübertragunginder E. 0-Schwingungsform
bestimmten Rechteckhohlleitung 1 den schmalen Wandungsseiten
benachbart angeordnet sind. Dies erfordert in an sich bekannter
Weise daß die Stäbe 494'9 so wie durch die eingezeichneten
Pfeile angedeutet, gegensinnig mittels eines in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht näher dargestellten äußeren Nagnetsystems (Permanentmagnet, Elektromagnet)
vormagnefixiert werden, und zwar je nach den gewünschten Eigenschaften derart, daß
die gyromagnetische Resonanzfrequenz gleich, kleiner oder größer als die Frequenz
der in der Hohlleitung 1 sich ausbreitenden Wellen ist. Beim Ausführungsbeispiel
ist fernerhin vorgesehen, daß auch der Stab 4 aus gyromagnetischem Material einen
wie vorstehend beschriebenen Fortsatz 5 besitzt, der in den Stufentransformator
2' hineinragt. Es hat sich bei einer der-
artigen Ausführungsform, die zwei Körper aus gyromagnetischem
z
Material besitzt, insbesondere auch dann, wenn die Fortsätze
(5)
i
L
aus Dielektrikum bestehen, als zweckmäßig erwiesen, die Enden
des gyromagnetischen Materials in Ijbertragungsrichtung gestaffelt
des gyromag-netischen Uber-IV
anzuordnen. Beiia. Ausführungsbeispiel ist dies in der Weise
reali-
siert, daß der Stab 4 aus gyromagnetischem Material und der Stab
4'aus dem gleichen Material etwa um eine Viertclhohlleiter-
wellenlnge-unter Berücksichtigung des Einflusses des gyro-
magnetischen auf auf die Wellenlänge. in der Hohlleitung-
in jjbertraguiigsrichtung verschoben sind. Beim AuBführungsbeispiel
beginnt fernerhin-was zwar zweckmäßig aber nicht unbedingt
er-
forderlich ist-der Stab 4 unmittelbar am Übergang vom Hohl-
leiter des Stufentransformatbra 2 auf den Hohlleiter 1, während
der Stab 4'mit seinem dem Fortsatz 5 benachbarten Ende erst in einer Entfernung
von einer Viertelhohlleiterwellenlänge - unter Berücksichtigung des im Hohlleiter
1 befindlichen Materialsanfängt. Diese vor allem in der Zeichnung auch eingehend
dargestellte Anordnung zeichnet sich durch sehr gute Anpassung zwischen
den Hohlleiters 1 und 3 bzw. 3t über einen weiten Frequenzbereich
aus.
3Schutzanûprüche
1 Figur
It is assumed here that it is much simpler and more advantageous? to drive less great effort in the exact dimensioning of the step transformer and instead to look for an alternative that leaves the dimensions of the actual step transformer unchanged. As studies have shown, this is particularly the surprising effect that occurs when
the gyromagnetic body into the interior of the step transformer
continued. Obviously a compensation occurs
render frequency responses at the transmission point.
The innovation is shown below using an example
r. described earlier
The drawing shows a waveguide section 1, 'which has a side
has a ratio of, for example, 1: 6 and has one each
Quarter-wave-length transformers 2, 2 at both ends
each with a rectangular waveguide 3, 3 'is connected, the side of which
ratio 1 t 2 was ", The Yfellenträger in the quarter
1
operating shaft transformers 2, 2 'is usually the same
the geometric mean selected from the wave resistances in the hollow lines 1 and 3 or 3 '. For this dimensioning, the influence of the gyromagnetic material, which is provided in the embodiment in the form of two elongated strips 4, 4 ', is neglected. One rod 4 ′ made of gyromagnetic material is provided with an extension 5 which protrudes into the interior of the step transformer 2 by the length 1. This continuation can LUS consist of the same material as the rod 4 selost, that is
for example from ferrite customary for this purpose. By
suitable penetration depth 1 in the step transformer can be
range that the adjustment over the frequency range in which the
Arrangement is to be operated, is significantly improved.
By moving the rod 4 in the longitudinal direction, a
C>
Determine the pronounced optimum of the adaptation curve as a function of the frequency. Instead of the same material for the rod 4 'made of gyromagnetic material and the extension 5. It is also possible for the extension 5 dielectric material, that is left n
Material that has no gyromagnetic properties
Ci r
if necessary also to be used with different cross-sectional dimensions. A material suitable for this purpose, for example, is polystyrene. In the exemplary embodiment, as can be seen from the drawing two rods 4, 4 'made of gyromagnetic Bi material are provided which
in, the one for wave transmission in the E. 0 waveform
certain rectangular hollow pipe 1 the narrow wall sides
are arranged adjacent. This requires a known per se
Way that the bars 494'9 as shown by the
Arrows indicated, in opposite directions by means of an outer magnet system (permanent magnet, electromagnet) not shown in the drawing for the sake of clarity, depending on the desired properties in such a way that the gyromagnetic resonance frequency is equal to, smaller or larger than the frequency of the Hollow line 1 is propagating waves. In the exemplary embodiment it is also provided that the rod 4 made of gyromagnetic material also has an extension 5 as described above, which protrudes into the step transformer 2 '. It has happened to one of the like embodiment, the two bodies made of gyromagnetic
z
Possesses material, especially if the extensions (5)
i
L.
consist of dielectric, proven to be useful, the ends
of the gyromagnetic material staggered in the direction of transmission
of the gyromagnetic Uber-IV
to arrange. Beiia. Embodiment this is realized in the way
siert that the rod 4 made of gyromagnetic material and the rod 4 'made of the same material by about a quarter waveguide wavelength - taking into account the influence of the gyro-
magnetic on to the wavelength. in the hollow pipe
are shifted in the year-to-date direction. In the exemplary embodiment
furthermore begins - which is useful but not necessarily
Required is the rod 4 directly at the transition from the hollow
Head of the Stufentransformatbra 2 on the waveguide 1, while
the rod 4 'with its end adjacent to the extension 5 only begins at a distance of a quarter waveguide wavelength - taking into account the material located in the waveguide 1. This arrangement, which is also shown in detail in the drawing, is characterized by very good adaptation between the waveguide 1 and 3 or 3t over a wide frequency range
the end.
3 Protection claims
1 figure