DE1013731B

DE1013731B - Gyrator, insbesondere fuer Dezimeterwellen

Info

Publication number: DE1013731B
Application number: DES36095A
Authority: DE
Inventors: Claus Colani
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-10-30
Filing date: 1953-10-30
Publication date: 1957-08-14
Also published as: FR1111860A; CH338502A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Übertragungsvierpol, insbesondere für Dezimeterwellen, der unter Ausnutzung der Faradayschen Polarisationsdrehung nicht dem Reziprozitätstheorem folgt, einen sogenannten Gyrator.

In der elektrischen Übertragungs- und Meßtechnik sind mit Gyrator bezeichnete Anordnungen bekannt, welche unter Ausnutzung der Faradayschen Polarisationsdrehung in f erromagnetischen Medien Übertragungsvierpole darstellen, die nicht dem Reziprozitätstheorem folgen. Einen derartigen Übertragungsvierpol enthält beispielsweise die »Ein-Richtungsübertragungsleitung«, welche einer Energieübertragung in einer Richtung sehr geringe, in entgegengesetzter Richtung dagegen eine sehr hohe Verlustdämpfung entgegensetzt.

Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung, bestehend aus dem Polarisator A, dem Analysator H und dem dazwischenliegenden Gyrator G. Wird in den als Rechteckhohlleiter ausgebildeten Polarisator A in Richtung H eine .ffio-Welle mit senkrechter Polarisation eingespeist, so· tritt diese bei B in einen Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts ein und setzt sich in diesem als H₁₁-WeIIe ebenfalls senkrechter Polarisation fort. Die Welle durchläuft dann ungedämpft einen senkrecht zur Polarisationsebene angeordneten Dämpfungsschirm D₁ um hier in ein ferromagnetisches und, z. B. durch eine in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte äußere Spule, in Längsrichtung magnetisiertes Medium M einzutreten. Alle Übergänge sind durch nicht eingezeichnete Elemente stoßfrei gemacht. In diesem Medium erfolgt unter dem Einfluß des magnetischen Längsfeldes und abhängig von der Richtung dieses magnetischen Längsfeldes eine Polarisationsdrehung, z. B. um 45° im Uhrzeigersinn. Nach dieser Polarisationsdrehung durchläuft die Welle weiter den kreisförmigen Hohlleiter und tritt stoßfrei bei F in den um 45° gegenüber dem Polarisator A gedrehten, ebenfalls als Rechteckhohlleiter ausgebildeten Analysator H ein. Auf diesem Wege erleidet die Welle nur geringe Dämpfung, z. B. durch Verluste im ferromagnetischem Medium. Anders verhält es sich bei einer in entgegengesetzter Richtung laufenden Welle. Diese wird, gleiches magnetisches Längsfeld wie bei der hinlaufenden Welle vorausgesetzt, im ferromagnetischen Medium M, entsprechend dem Faradayschen Effekt, entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und erreicht die im Gyrator G angeordnete Dämpfungsplatte D mit einer relativ zur hinlaufenden Welle senkrechten Polarisationsrichtung, also mit einer Polarisationsrichtung parallel zur Dämpfungsplatte D. Dadurch wird die Dämpfung voll wirksam, und die Dämpfungsplatte D absorbiert die Welle. Der Teil der Welle, der den Übergang auf den Rechteckhohlleiter A Gyrator,
insbesondere für Dezimeterwellen

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Claus Colani, München,
ist als Erfinder genannt worden

bei B noch erreicht, kann in diesen infolge der geänderten Polarisationsrichtung nicht eintreten, sondern wird wieder auf die Dämpfungsplatte D reflektiert.

Damit ist der Durchgang in Richtung H~A gesperrt. Die beschriebene Anordnung erfordert Hohlleiter, deren Dimensionen sich nach den verwendeten Frequenzen richten. Für Zentimeterwellen läßt sich die Anordnung gut verwirklichen. Vom unteren Gebiet der Dezimeterwellen, etwa von λ = 10 cm an, werden jedoch für den Gyrator Hohlleiter mit unhandlichen Dimensionen erforderlich.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß in demjenigen Teil des Gyrators, der das den Faraday-Effekt aufweisende Medium, z. B. einen Ferritkörper, enthält, metallische oder dielektrische Stege derart angeordnet sind, daß sich in der Umgebung des polarisationsdrehenden Mediums eine Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung ausbreiten kann, ohne daß eine bestimmte Polarisationsrichtung der Welle bevorzugt wird. Der Ferritkörper wird dabei, vorzugsweise axial, im Innern des kapazitiv belasteten Hohlleiters angeordnet. Zweckmäßig verwendet man einen mit metallischen oder dielektrischen Stegen, insbesondere mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Stegpaaren, kapazitiv belasteten, mit einer Magnetspule umgebenen Hohlleiter mit im Innern axial angeordnetem Ferritkörper.

Es ist bekannt, bei Rechteckhohlleitern eine kapazitive Belastung durch Einbringung von z. B. zwei einander gegenüberliegenden metallischen Stegen in den Breitseiten des Rechteckhohlleiters zu erzielen. Die Übertragung dieses Gedankens auf einen Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt würde bedeuten,

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daß man zwei ebenfalls, gegenüberliegende Stege in diesen Hohlleiter einbringen müßte. Damit würde jedoch eine Polarisationsrichtung bevorzugt werden. Der ursprünglich unbelastete kreisförmige Hohlleiter ist jedoch beliebig polarisierbar. Um dieses auch bei 5 kapazitiver Belastung des kreisförmigen Hohlleiters zu erzielen, muß man noch ein zweites Stegpaar um 90° gegenüber dem ersten Stegpaar versetzt anordnen. Betrachtet man den Wellenwiderstand dieses kapazitiv belasteten Hohlleiters* für eine Polarisationsrichtung parallel zu dem einen Stegpaar, so ist offensichtlich, daß das zweite Stegpaar keinen Einfluß auf den Wellenwiderstand ausübt, da es in der elektrisch neutralen Ebene liegt... Dk._gleiche Überlegung gilt für eine um 90° gedrehte Polarisationsrichtung, nur ist dabei die Wirkung der Stegpaare vertauscht. Für eine Welle mit einer beliebigen Polarisationsrichtung muß der gleiche Wellenwiderstand gelten, da sich diese Welle immer aus den Teilkomponenten in Richtung der Stegpaare zusammensetzen läßt. Daraus erhellt, daß das Verhalten des mit zwei zueinander senkrecht orientierten Stegpaaren belasteten kreisförmigen Hohlleiters dem des unbelasteten hinsichtlich einer Ji₁₁-WeIIe gleich ist. Die kapazitive Belastung eines Hohlleiters bewirkt jedoch grundsätzlich eine Verlängerung der Grenzwellenlänge, d. h., man kann bei Beibehaltung der gleichen Grenzwellenlänge die Abmessungen des Hohlleiters verkleinern. Dadurch läßt sich aber ein Gyrator mit handlichen Dimensionen auch für das Dezimeterwellengebiet verwirklichen.

Das Gyratorprinzip erfordert in der unmittelbaren Umgebung des polarisationsdrehenden Mediums eine Ausbreitungsmöglichkeit für eine Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung, dabei darf keine der Polarisations richtungen von der Welle bevorzugt werden, d. h., der Wellenwiderstand muß für jede Polarisationsrichtung gleich sein. Eine Anordnung, die diese Bedingungen erfüllt und für das Dezimetergebiet keine unhandlich großen Dimensionen annimmt, erhält man gemäß weiterer Erfindung, wenn man die inneren Kanten der zur Erzielung einer verteilten kapazitiven Belastung im Hohlleiter angeordneten Belastungsstege durch Längsdrähte ersetzt und die äußere Umhüllung, also das eigentliche Hohlrohr, fortläßt. Damit kommt man zur Verwendung der sogenannten Mehrdrahtleitung, insbesondere der Vierdrahtleitung, für den Aufbau von Gyratoren. Das den Faraday-Effekt aufweisende Medium, insbesondere der Ferritkörper, kann im Innern der Mehrdrahtleitung, insbesondere axial, angeordnet werden und/oder diese ganz oder teilweise umgeben. Das erforderliche magnetische Längsfeld kann in an sich bekannter Weise, z. B. mit Hilfe einer die Mehrdrahtleitung umgebenden Magnetspule, erzeugt werden. Die Ankopplung an die Mehrdrahtleitung kann in der Weise erfolgen, daß man die Enden je eines Leiterpaares mit je einer Zweidraht-Lecherleitung verbindet, die gegeneinander abgewinkelt sind.

Eine Mehrdrahtleitung unterscheidet sich von Hohlleitern im wesentlichen dadurch, daß sie, abgesehen von der Möglichkeit der Ausbildung verschiedener Wellenformen, bei zu hohen Frequenzen keine Grenzwellenlänge hat. Die Mehrdrahtleitung, insbesondere die Vierdrahtleitung, läßt sich daher auch zum Aufbau von Gyratoren bei noch längeren als Dezimeterwellen verwenden. Bei Anwendung für Gyratoren im Dezimeterwellengebiet aber lassen sich damit sehr kleine Dimensionen erreichen. Außerdem ist die Vierdrahtleitung in fabrikatorischer Hinsicht wesentlich einfacher als ein kapazitiv belasteter Hohlleiter.

Der Hohlraum der den Ferritkörper enthaltenden, kapazitiv belasteten Hohlleitung bzw. der Hohlraum zwischen dem Ferritkörper und der Mehrdrahtleitung kann auch ganz oder teilweise mit einem anderen Dielektrikum als Luft ausgefüllt sein.

Durch die Anordnungen gemäß der Erfindung ist es also möglich, insbesondere für das Dezimeterwellengebiet, Gyratoren mit handlichen Dimensionen zu realisieren, d. h., es werden die von der Zentimetertechnik her bekannten Anwendungsgebiete auch für längere Wellen erschlossen. Man kann beispielsweise Einrichtungsübertragungsleitungen, Umschalter bzw. Ausschalter oder variable Dämpfungsglieder mit den Anordnungen gemäß.der Erfindung auch für längere Wellen darstellen.

Die Anordnungen gemäß der Erfindung werden an Hand der in den Fig. 2 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Die Fig. 2 stellt einen Gyrator mit kapazitiv belastetem kreisförmigem Hohlleiter 1 dar. Der kreisförmige Hohlleiter 1 enthält zur kapazitiven Belastung zwei gegeneinander senkrecht angeordnete, metallische oder dielektrische Stegpaare 2 und 3. Der Ferritkörper 4 ist im Innern des mit einer Magnetspule 5 umgebenen Hohlleiters 1 axial angeordnet. Die Magnetspule 5 ist so beschaffen, daß sie ein magnetisches Längsfeld, also ein Feld in Richtung des Hohlleiters, erzeugen kann.

Die Fig. 3 stellt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie die Fig. 2 dar. An Stelle des mit zwei Stegpaaren versehenen Hohlleiters 1 der Fig. 2 ist jedoch ein mit mehreren Stegpaaren 2 versehener Hohlleiter 1 verwendet. Der im Innern des Hohlleiters axial angeordnete Ferritkörper ist mit 4 und die den Hohlleiter umgebende Magnetspule mit 5 bezeichnet.

In der Fig. 4 ist eine Gyratoranordnung mit einer Vierdrahtleitung schematisch dargestellt. Im Innern der mit einer Magnetspule 5 umgebenen Vierdrahtleitung 1 ist der Ferritkörper 4 axial angeordnet. Die Magnetspule 5 ist wie bei den Anordnungen nach Fig. 2 und 3 so ausgebildet, daß sie ein magnetisches Längsfeld, also ein Feld in Richtung der Vierdrahtleitung, erzeugen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Ubertragungsvierpol, der unter Ausnutzung der Faradayschen Polarisationsdrehung nicht dem Reziprozitätstheorem folgt, sogenannter Gyrator, insbesondere für Dezimeterwellen, dadurch gekennzeichnet, daß in demjenigen Teil des Gyrators, der das den Faraday-Effekt aufweisende Medium, z. B. einen Ferritkörper, enthält, metallische oder dielektrische Stege derart angeordnet sind, daß sich in der Umgebung des polarisationsdrehenden Mediums eine Welle mit beliebiger Polarisationsrichtung ausbreiten kann, ohne daß eine bestimmte Polarisationsrichtung der Welle bevorzugt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Stegpaarenkapazitiv belasteten, mit einer Magnetspule umgebenen Hohlleiter und durch einen im Hohlleiter, vorzugsweise axial, angeordneten Ferritkörper.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege eine Mehrdrahtleitung bilden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit einer Magnetspule umgebene Vier-

drahtleitung mit im Innern, insbesondere axial, angeordnetem und/oder die Vierdrahtleitung ganz oder teilweise umgebendem Ferritkörper.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl-

raum einer den Ferritkörper enthaltenden kapazitiv belasteten Hohlleitung bzw. der Hohlraum zwischen dem Ferritkörper und einer Mehrdrahtleitung ganz oder teilweise mit einem anderen Dielektrikum als Luft ausgefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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