DE1060924B - Modulationseinrichtung fuer sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Modulationseinrichtungen derjenigen Gattung, bei welcher gyromagnetisches Material in der Längsrichtung eines Hohlleiters angeordnet ist und bei welcher die Modulation einer sich in der Hohlleitung fortpflanzenden Welle dadurch vorgenommen wird, daß diejenige Komponente des Magnetflusses im Material, welche in Richtung der Welilenfortpflanzung entlang des Hohlleiters liegt, verändert wird.

Die Wirkungsweise eines Gerätes dieser Gattung kann allgemein an Hand von Ausdrücken oder Daten des Faraday-Effektes erläutert werden. Oft wird ein Material der Ferritgattung als gyromagnetisch.es Material verwendet; daher stammt die Bezeichnung Ferritmodulator, welche allgemein, verwendet wird.

Es sind Ferritmaterialien bekannt, welche bei Mikrowellenfrequenzen einen kleinen Verlust haben, und demgemäß können Modulationsgeräte, welche diese Materialien verwenden, so hergestellt oder eingerichtet werden, daß sie mit diesen¹ Frequenzen betrieben werden.

Bei der praktischen Ausführung bzw. Herstellung derartiger Geräte treten jedoch Schwierigkeiten auf, welche hauptsächlich die Schalt- bzw. Steuermittel betreffen oder durch sie bedingt sind, welche für das Verändern des Magnetflusses in einem Modulationsgerät in Abhängigkeit von einem gegebenen Modulationssignal vorgesehen sind.

Ein Verfahren zur Übermittlung eines Modulationssignals durch Änderung des Magnetflusses besteht darin, daß eine magnetisierende Wicklung rund um die Wellenführung angeordnet ist. In diesem Fall werden Wirbelströme durch das Modulationsfeld' bzw. durch das modulierende Magnetfeld in den Wänden der Wellenführung induziert, und diese setzen der Modulationsfrequenz eine Grenze. Bei einem anderen Verfahren, bei welchem der Elektromagnet auf der Innenseite der Wellenführung gewickelt ist, tritt eine Schwierigkeit deswegen auf, weil die Wicklung des Elektromagneten sich im Wellenfortpflanzungsweg befindet.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Modulationsgerätes der vorerwähnten Gattung.

Erfindungsgemäß wird in einem Modulationsgerät der vorerwähnten Gattung durch die Wandung der Wellenführung ein Stromweg für ein Modulationssignal definiert oder festgelegt, welcher sich m Einwegrichtung rund um die Achse der Wellenfortpflanzung der Wellenführung herum und entlang deren Längsrichtung erstreckt.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Mo dulations einrichtung
für sehr kurze elektromagnetische Wellen

Anmelder:

National Research Development
Corporation
London

Vertreter: Dipl.-Ing. Ε. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität;
Großbritannien vom 15. März 1957

Arthur Langley Morris, Malvern, Worcestershire
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Ausführungsform eines Ferritmodülators, während

• Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Ferritmodulators wiedergibt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist ein dünnes stromleitendes kreisförmiges Rohr 1 einen· schmalen spiralförmigen Schlitz 2 auf, welcher in Richtung des Rohres 1 verläuft. Das Rohr 1 wird durch einen. Körper bzw. eine Hülle 3 aus Plastikmaterial gehalten, welcher bzw. welche üblicherweise aus einem Epoxyharz, beispielsweise einem solchen Harz besteht, das unter der eingetragenen Handelsmarke »Araldite« bekannt ist. Die Hülle3 ist durchsichtig; daher ist es in der Zeichnung möglich, Rohr 1 durch die Hülle 3 hindurch sichtbar anzudeuten. Am linken Ende des Rohres 1 befindet sich, wie aus der Zeichnung hervorgeht, ein Endflansch 4, welcher in elektrisch leitender Verbindung mit dem Rohr steht, mit Ausnahme dort, wo ein kurzer Längsschlitz 5 die Fortsetzung des spiralförmigen Schlitzes 2 vom Ende seines Spiralweges bis zum Ende des Rohres 1 bildet. Am anderen Ende des Rohres 1 ist ein zweiter Endflansch· 6 in ähnlicher Weise befestigt, jedoch mit dem Unterschied, daß durch ihn keine leitende Verbindung mit dem Ende des Rohres 1 hergestellt wird. Eiin Anschluß 7 ist an der Kunststoffhüllc 3 befestigt und über eine Ader 8, die in der Hülle 3 verläuft, mit dem Ende der Spirale verbunden, welche das Rohr 1 nun-

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mehr" infolge des Schlitzes Z- bildet. .Das Ende des .durchmesser, des die Spirale bildenden Rohres entSchlitzes 2 ist bis zum Ende des Rohres 1 über einen - -'-sprechen, -verwendet. In den Dorn sind eine spiralweiteren kurzen Längsschlitz fortgeführt oder fort- förmige Spur, Nut oder Aussparung und an jedem gesetzt; in. der Zeichnung wird dies durch den Ende Spuren, Nuten bzw. Aus/sparungen für die Flansch6 verdeckt. - - 5 LangⁱSadern-Cingeschnittenoder eiingearbeitetundmit

Ein Stab 9 aus Ferritmaterial, beispielsweise aus einem isolierenden Kunststoff-Füllmittel ausgefüllt,

einem.Magnesium-Mangan-Ferrit, ist vermittels eines beispielsweise einem Epoxyharz, z.B. Araldite, um

rohrförmigen Schaumstoff-Abstandsbauteils 10 ko- die Spuren oder Nuten relativ zur Oberfläche wieder

axial zum Rohr 1 angeordnet. auszugleichen bzw. bündig zu machen. Dann wird

Iri Betrieb wird das Gerät gemäß Fig. 1 mit Hilfe 10 eine Kupferschicht auf den Ziehdorn in einem galvader Flansche4 und 6 an seinen Enden in ein beliebiges nischen Bad aufgebracht. Das Kupfer wird aber nicht Hohlleiterübertragungsisystem eingefügt; geeignete über der mit Kunststoff ausgefüllten Spur bzw. Aus-Kreisfarm-Rechteck-Übergangsglieder - werden, falls sparung niedergeschlagen, und das benötigte Rohr erforderlich, vorgesehen, und eine Quelle für ein wird somit mit einem spiralförmigen Schlitz, welcher Hochfrequenzmodulationssignal wird am Anschluß 7 15- sich über seine Länge hinweg erstreckt, versehen,
mit dem einen Pol angeschlossen, wobei der andere Nach dem Galvanisieren wird ein Überzug bzw. Pol geerdet ist.- Belag aus Epoxyharz auf das Rohr, während es sich

Ein Modulationssignalstrom fließt entlang der noch auf dem Dorn befindet, aufgetragen; das Rohr Spirale des Rohres 1 vom Anschluß 7 nach dem End- wird dann vom Dorn· abgenommen, und die Endflansch 4; der Endflansch 4 ist geerdet; der Flansch 6 20 flansche werden angebracht.

jedoch, wenn auch mit dem Wellenführungssystem Der Querschnitt des Schlitzes, der sich wegen der verbunden, ist gegenüber dem Rohr 1 isoliert und bill- - Spiralnut bildet, verkleinert sich in dem Maße, wie det keinen Teil des Modulaitionssignalstromkreises. die Wandstärke des Kupfers zunimmt; wenn auch der Der Modulationssignalstrom fließt somit spiralförmig Schlitz in jedem Falle schmal oder eng hergestellt um den Ferritstab 9 herum, und der Magnetfluß im 25 werden kann, so wird er beim galvanischen HerstelFerritstab 9 ändert sich entsprechend dem rund um lungsverfahren noch schmaler. Wenn auch selbstverihn fließenden Modulationssignalstrom. ständlich dafür Sorge getroffen werden muß, daß der

Daraus ergibt sich, daß die Fortpflanzung einer Schlitz nicht eine Überbrückung erfährt, so kann doch Welle im kreisförmigen Rohr 1 in Übereinstimmung der Spalt des Schlitzes an der Oberfläche des Kupfers mit dem Modulationssignal, welches dem Anschluß 7 30 so schmal hergestellt werden, daß bei Betrieb des zugeführt wird, gesteuert wird, und die Welle wird in Modulators nur in geringfügigem Maße Mikrowellenwirkungsvoller Weise moduliert. strahlung durch den Schlitz hindurch austritt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Bauart des Gerätes Als Alternativverfahren wird die Verwendung geist der Schlitz 2 schmal bzw. eng hergestellt, um da.- druckter Schaltanordnungen bzw. -techniken für das durch eine Strahlung aus dem Inneren des Rohres 1 35 Herstellen des Rohres 1 in Vorschlag gebracht,
heraus nach außen hin auf ein Mindestmaß herab- Eine weitere Modulatorausführungsform ist in zusetzen. Die Wandstärke des Rohres 1 ist gering; sie Fig. 2 veranschaulicht, bei welcher zwei kreisförmige muß jedoch so dick gewählt werden, daß sich die Rohre IA₁ IB jeweils einen spiralförmigen Schlitz Wellen entlang dem Hohlleitersystem, von welchem 2 A₁ 2B aufweisen; die spiralförmigen Schlitze 2A₁ das Rohr einen Teil bildet, fortpflanzen können; 40 25 sind so angeordnet, daß sie rund um die Achse andererseits muß die Wandstärke möglichst klein sein, der Rohre 1A₁ IB₁ und zwar in entgegengesetzten um dadurch die Wirbelstromverluste im Rohr herab- Richtungen gewickelt, verlaufen. Die Rohre 1A₁ IB zusetzen. stoßen an einer gemeinsamen Kante 12 zusammen,

Die Anzahl der Windungen der Spirale, welche sie sind jedoch dort gegeneinander isoliert. Die beiden

durch den Schlitz 2 im Rohr 1 gebildet wird, wird mit 45 Rohre IA₁ IB sind mit ihren Endflanschen AA₁ 4 B

Rücksicht auf die Modulationssignalfrequenz und die wiederum in ein Wellenleitungssystem eingefügt.

Frequenz der Welle gewählt, welche sich im Rohr 1 Die Flanschen AA₁ AB stehen mit ihren jeweiligen

fortpflanzt, wobei die Höhe des Modulationsstromes, Rohren IA₁ IB in elektrischer Verbindung und

welcher während des Betriebs des Gerätes fließt, eben- liefern eine Erdverbindung, da sie an die Rohre 11

falls Berücksichtigung finden muß. 50 des Wellenführungssystems angeschlossen sind.

Bei einem typischen praktischen Beispiel hatte das Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Modulator kreisförmige Rohr 1 einen Durchmesser von 0,9 Zoll ruhen die Rohre 1A₁ IB in einer Hülle aus Epoxy-(22,9 mm); die Gesamtlänge des Rohrabschndtts be- harz 3. Die Rohre l.<4, IB umschließen in ähnlicher trug 5,5 Zoll (139^7 mm), und es wies vierzehn Win- Weise einen rohrförmigen Sehaumstoff-Abstandsbaudungen mit einer Steigung von drei Windungen je 55 teil und einen Stab aus Ferritmaterial-, welche sich Zoll (1,18 Windungen/cm) auf. Der Durchmesser des beide zwischen den Flanschen 4A₁ AB erstrecken. Ein Magnesium-Mangan-Ferritstabes betrug 0,25 Zoll Anschluß 7 wird in der Harzhülle 3 gehalten. Er ist (6,35 mm). Eine Welle mit einer Frequenz von mit der Stoßkante 12 der Rohre IA₁ IB verbunden. 9375 Megahertz, welche sich entlang des Rohres 1 Bei Betrieb ist eine Quelle für ein Hochfrequenzfortpflanzt, wurde dann moduliert, wenn ein Strom 60 modulationssignal M mit dem einen Pol am Anschluß 7 von 1 Ampere mit 7 Megahertz am Anschluß 7 dem angeschlossen und mit dem anderen Pol geerdet. Die Rohr 1 zugeführt wurde. Dabei betrug die Durchlaß- Rohre 11 des WeHenführungssystems liefern über die dämpfung 0,5 Dezibel. Rohre IA₁ IB Mikrowellenenergie; somit wird ein

Vorzugsweise wird für das Herstellen des Rohres 1 Stromkreis geschlossen vom geerdeten Pol der Quelle

das von E.B. Cowley und G.W. Fynn entwickelte 65 des Modulationssignals über die Verbindung nach

Verfahren verwendet, welches in der anhängigen bni- Anschluß 7 und über die entgegengesetzt gewickelten

tischen Patentanmeldung 8593/57 behandelt ist. Spiralen, welche sich auf den Rohren IA₁IB befinden,

Bei diesem Verfahren wird, kurz gesagt, ein Dorn nach den geerdeten Flanschen AA₁ AB. Dadurch wird

aus rostfreiem Stahl von einer Länge und einem bewirkt, daß die Mikrowellenenergie im Wellenfüh-

Außendurchmesser, welche der Länge und dem Innen- 7° rungssystem durch das von der Lieferquelle M ge-

Claims (8)

lieferte Signal moduHert wird. Dfese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Flansche auf Erdpotential gehalten werden können und daß keine vollständige ringförmige Unterbrechung im Wellienführangssystem vorliegt. Dabei ist nur eine Zufuhr, nämlich der An-Schluß 7, für die beiden Rohre 1 A, IB erforderlich, und dort, wo die beiden zusammenstoßen, werden keine Flanische benötigt. Dadurch wird die elektrische Schaltangsanordnung des Modulators vereinfacht. Darüber hinaus wird für die Herstellung des Modulators vorgeschlagen, die Rohrelyij IB im einem Betriebsvorgang herzustellen, d. h. durch Galvanisieren auf einem einzelnen Ziehdorn. Wenn gewünscht wird, die Strahlung durch den spiralförmigen Schlitz eines Modulators hindurch zu verringern, oder wenn man die Dicke des Ferritstabes 9 zu verringern wünscht, um dadurch ein Erwärmen desselben hintanzuhalten, kann ein Rohr aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, an Stelle des rohr förmigen SchaumstofF-Abstandsbauteilis 10 der Fig. 1, verwendet werden. Geeignete Materialien sind Polystyrol und Polytetrafluorethylen (P.T.F.E.). Bornitride sind ebenfalls geeignet, sie liefern infolge ihrer größeren Leitfähigkeit noch einen zusätzlichen Vorteil. Es wird vorgeschlagen, die Ausführungsanordnung noch so zu erweitern, daß eine vermehrte Kühlung dadurch erfolgt, daß ein flüssiges Dielektrikum an SteMe des dielektrischen Rohres verwendet wird; dabei müssen dielektrische Zwischenwände in der Hohlrohrleitung vorgesehen sein, um den Ferritstab zu stützen. Bei Hochleistunigsmod'ulatoren kann es erwünscht sein, eine gewisse Kühlung vorzusehen, wenn dies möglich oder zulässig ist, und es wird hierfür vorgeschlagen, durch Verwendung eines Silikonöls oder möglicherweise eines Tetrachlorkohllenstoffs als flüssiges Dielektrikum ein Mittel zur Kühlung des Modulators zu schaffen. Für die Kühlflüssigkeit können geeignete Kreislauf- und Kühlanordnungen vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Kühlradiator mittels entsprechender Leitungen und kleiner Löcher in der Wand der Wellenführung an den Modulator angeschlossen warden. Patentansprüche: 45

1. Modulationseinrichtung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei welcher gyromagnetiscbes Material in einem Hohlleiter angeordnet ist und bei welcher die Modulation einer sich iim Hohlleiter fortpflanzenden Welle dadurch vorgenommen wird, daß im gyromagnetischen Material diejenige Komponente des Magnetflusses, welche in Richtung der Wellenfortpflanzung im Hohlleiter verläuft, verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Hohlleiters der Stromweg für das Modulationssignal so festgelegt ist, daß sich dieser Strom sowohl rund um die Achse des Hohlleiters herum als auch in deren Längsrichtung erstreckt.

2. WellenmodulationseinTichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge

der Wellenführung durch Endflansche begrenzt wird, und daß der eine Flansch in elektrischer Verbindung mit der Wandung der Wellenführung steht und das eine Ende des Stromwegs bildet, während der zweite Flansch gegen die Wandung der Wellenführung isoliert ist, und daß eine Verbindung nach der Wandung des Hohlleiters, welche in der Nähe des zweiten Flansches Hegt, hergestellt wird, um dadurch das andere Ende des Stromwegs für das Modulationssignal zu bilden.

3. Wellenmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung das Hohlleiters ein zweiter Stromweg für das Modulationssignal festgelegt ist, welcher sich von einem Punkt aus, den er mit dem ersten Stromweg gemeinsam hat, in entgegengesetzter Richtung rund um die Achse des Hohlleiters und in entgegengesetzter Richtungmtlang deren Längsrichtung erstreckt.

4. Wellenmodulationseinricbtung nach Anspruch 3, bei welcher die Länge des Hohlleiters durch Endflansche begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche in elektrischer Verbindung zur Wandung der WeHenfuhrung stehen, um dadurch die Enden der Strom wege zu bilden, welche -auf den gegenüberliegenden Seiten und fern vom gemeinsamen Punkt liegen, und daß eine Verbindung am gemeinsamen Punkt hergestellt wird, wodurch bei Betrieb, wenn der Modulator an seinen Flanschen in einem zugeordneten Hohlleitersystem angeschlossen ist, die beidien, Stromwege von einer Modulationsstrom-Lief erquelle her, welche zwischen das geerdete Hohlleitersystem und die Verbindung am gemeinsamen Punkt geschaltet ist, parallel gespeist werden.

5. Wellenmodulationseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Stromwege durch einen spiralförmigen Schlitz oder durch spiralförmige Schlitze gebildet werden, welche über die Wellenführungswandung verlaufen und auf der Innenseite der Wellenführungswandung breiter sind als auf der Außenseite.

6. Wellentmodulationseinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das gyromagnetische Material in Form eines Stabes vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Isolierstoff auf die Außenseite der geschlitzten Wellenführung aufgebracht ist, um dadurch die Wellenführung zu halten, daß der Stab von einem flüssigen dielektrischen Material umgeben ist und daß Mittel für das Kühlen und Ιη^εΐΒ^ΛΓΗ^εη' des flüssigen Materials vorgesehen sind.

7. Wellenmodulationseinrichtuing nach Anspruch 5, bei welcher das gyromagnetische Material in Form eines Stabes vorliegt, dadurcli gekennzeichnet, daß der Stab eine Hülse aus dielektrischem Material trägt.

8. Wellenmoduilationseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Bornitrid ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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