DE1022278B

DE1022278B - Four pole transmission for electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1022278B
Application number: DES48870A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Josef Deutsch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-05-29
Filing date: 1956-05-29
Publication date: 1958-01-09

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Übertragungsvierpol für elektromagnetische Wellen, der richtiungsabhängi'ge Übertraguiigseigenschaften besitzt. Ein derartiger Übertragungsvierpol wird in der Fachsprache häufig auch als Gyrator bezeichnet.The invention relates to a four-pole transmission for electromagnetic waves, the direction-dependent Has transferable properties. One of those Four-pole transmission is also often referred to as a gyrator in technical jargon.

In der Hauptpatentanmeldung ist eine Anordnung dieser Art beschrieben, diie aus einem Koaxialleitungsabschnitt mit gewendeltem Innenleiter besteht, in dessen Feldbereich ein Stoff mit gyromagnetischem Effekt angeordnet ist. Eine derartige Anordnung besitzt richtungsabhängige Übertragungseigenschaften, weil über den Leitungsiabsohnitt übertragene Wellen wegen der wendeiförmigen Ausbildung des Innenleiters eine zirkularpolarisierte Wellenkomponente besitzen, die der sogenannten. Faradayschen Polarisationsdrehung unterworfen ist, wenn der Stoff in geeigneter Richtung vormagnetisiert ist.In the main patent application an arrangement of this type is described, which consists of a coaxial line section with a coiled inner conductor, in the field area of which there is a substance with a gyromagnetic Effect is arranged. Has such an arrangement Direction-dependent transmission properties, because waves transmitted via the line section have a circularly polarized wave component due to the helical design of the inner conductor, those of the so-called. Faraday's polarization rotation is subject to when the substance is appropriate Direction is biased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand der Hauptpatenitanmeldung in der Weise weiterzubilden, daß er in der einen Übertragungsrichtung nmr unwesentliche Übertragungsdämpfung und in der anderen Übertragungsrichtung stark ausgeprägte Übertrag'Ungsdämpfung besitzt.The invention is based on the object the main patent application in such a way that it can be transmitted in one direction nmr insignificant transmission attenuation and strong in the other transmission direction Has transmission attenuation.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß welknabsorbierendes nicht gyromagnetisches Material im Feldbereich der Koaxialleitung in derartiger Verteilung angeordnet ist, daß das wellenabsorbierende Material von Wellen der einen Übertragungsrichtung geringer erfaßt wird als van Wellen der anderen Übertragungs richtung.According to the invention it is proposed that welknabsorbierendes non-gyromagnetic material is arranged in the field area of the coaxial line in such a distribution that the wave-absorbing Material from waves of one transmission direction is less affected than from waves of the other transmission direction.

Es ist an sich 'bekannt, daß eine normale Wendelleitung ohne Außenleiter mit gyromagnetischem Material versehen werden kann und dann bei entsprechender Vormagnetisierung eine Übertragungsleitung bildet, die in der einen Übertragungsrichtung eine stärkere Ühertragungsdämpfuing besitzt als in der anderen Übertragungsrichtung. Dort handelt es sich indes um eine Wendelleitung ohne Außenleiter, während es stich beim Erfindungsgegenstand um ein Doppe'lleitungssystem handelt. Des weiteren wird bei dieser bekannten Anordnung die richtungsabhängige Übertraguogsdämpfung durch Resonanzabsorption im gyromagnetischen Stoff hervorgerufen, während beim Erfindungsgegenstand davon Gebnauch gemacht wird, daß der gyromagnetische Stoff das Feld der zu übertragenden Wellen je nach der Übertragungsrichtung mehr oder weniger stark konzentriert. Wind daher entsprechend dem Erfindungsgegenstand verlustbringendes nicht gyromagnetisches Material in bestimmter Verteilung im Feldraum der Koaxialleitung mit gewendeltem Innenleiter angeordnet, so wird dieses verlustbringende Material von den Wellen der einen Übertragungsrichtung stärker erfaßt als von den Wellen der anderen Übertragungsrichtung. Man wird Übertragungsvierpol
für elektromagnetische WellenIt is known per se that a normal helical line without an outer conductor can be provided with gyromagnetic material and then, with the appropriate bias, forms a transmission line which has greater transmission damping in one transmission direction than in the other transmission direction. There it is, however, a helical line without an outer conductor, while the subject matter of the invention is a double line system. Furthermore, in this known arrangement, the direction-dependent transmission damping is caused by resonance absorption in the gyromagnetic substance, while in the subject matter of the invention it is used that the gyromagnetic substance concentrates the field of the waves to be transmitted to a greater or lesser extent depending on the direction of transmission. Wind therefore according to the subject matter of the invention lossy non-gyromagnetic material arranged in a certain distribution in the field space of the coaxial line with a coiled inner conductor, this lossy material is more strongly affected by the waves of one transmission direction than by the waves of the other transmission direction. One becomes a four-pole transmission
for electromagnetic waves

Zusatz zur Patentanmeldung S 42741 VIII a/21 a⁴
(Auslegeschrift 1017229)Addition to patent application S 42741 VIII a / 21 a ⁴
(Interpretation document 1017229)

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. rer. nat. Josef Deutsch, München-Großhadern,
ist als Erfinder genannt wordenDr. rer. nat. Josef Deutsch, Munich-Großhadern,
has been named as the inventor

_ag hierdurch frei von dem Nachteil der bekannten Anordnung, daß eine richtungsabhängige Übertragungsdämpfung nur in dem relativ schmalen Bereich des Resonanzabsorptionseffektes im gyromagnetischen Stoff möglich ist. Vielmehr kann man mit dem Erfindungsgegenstand gerade den der bekannten Anordnung verschlossenen Bereich des gyromagnetischen Effektes erschließen, bei dem lediglich eine richtungsabhängige Phasenbeziehiung gegeben ist. _a g hereby free from the disadvantage of the known arrangement that direction-dependent transmission attenuation is only possible in the relatively narrow range of the resonance absorption effect in the gyromagnetic material. Rather, with the subject matter of the invention, it is precisely that area of the gyromagnetic effect which is closed to the known arrangement and in which only a direction-dependent phase relationship is given.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments explained.

Die Fig. 1 zeigt eine Koaxialleitung, bestehend aus einem Außenleiter 1 mit gewendeltem Innenleiter 2. Um unerwünschte Reflexionen an den Übergangs stellen von dem normalen Innenleiter 3 auf den gewendelten Abschnitt 2 zu vermeiden, empfiehlt sich die Anwendung an sich bekannter reflexionsfreier Übergänge. Zweckmäßig ist hierfür z. B. die in der Fig. 1 dargestellte, an sich bekannte Form, bei der in einem Abschnitt 4 durch spiral artigen Einschnitt in den vorziugsweise rohrförmigen Ininenleiter 3 eine langsame Überführung in der Wendelleitung gegeben ist. Im Innern der Wendelleitung 2 ist wie bei der Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung ein stabförmiger Körper 5 aus einem Stoff, beispielsweise Ferrit, vorgesehen, der den gyromagnetischen Effekt besitzt. Zur Vermeidung von Reflexionen am dem Stab 5 wird dieser zweckmäßig mit spitz auslaufenden Übergängen 6 versehen. Zur Vormagnetisierung des Stabes 5 dient z. B. eine den Außenleiter \, der aus nicht ferromagne-1 shows a coaxial line consisting of an outer conductor 1 with a coiled inner conductor 2. In order to avoid unwanted reflections at the transition from the normal inner conductor 3 to the coiled section 2, the use of non-reflective transitions known per se is recommended. This is useful for. B. the form shown in Fig. 1, known per se, in which a slow transfer in the helical line is given in a section 4 by a spiral-like incision in the preferably tubular Ininenleiter 3. In the interior of the helical line 2, as in the arrangement according to the main patent application, a rod-shaped body 5 made of a material, for example ferrite, is provided, which has the gyromagnetic effect. In order to avoid reflections on the rod 5, it is expediently provided with tapering transitions 6. To premagnetize the rod 5, z. B. one of the outer conductors \, which is made of non-ferromagnetic

7C9 848/2417C9 848/241

tischen! Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, besteht, umgebende Spule 7, die nach Art eines Solenoids ausgebildet ist und ein in Richtung der Stabbzw. Innenfeitung verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Die Spule wird hierzu mit Gleichstrom entsprechend gewählter Polarität gespeist. Im Raum zwischen dem wendeiförmigen Innenleiter 2 und dem Außenleiter 1 ist eine vorzugsweise die Innenleiterwendel 2 rohrförmig umschließende Folie 8 aus verlustbringendem Material, beispielsweise Graphit, verktstbehafteter Keramik usw., angeordnet.table! Material, e.g. copper or brass, consists, surrounding coil 7, which is designed in the manner of a solenoid and a in the direction of Stabbzw. Generates a magnetic field running inside the pipe. The coil is supplied with direct current accordingly selected polarity. In the space between the helical inner conductor 2 and the outer conductor 1 is a preferably the inner conductor coil 2 tubular enclosing foil 8 made of loss-making Material, such as graphite, Verktstbehafteter ceramic, etc., arranged.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung kann man sich wie folgt vorstellen. Wie bereits in der Hauptpatentanmeldung ausgeführt, besitzt eine Reihe von Stoffen, beispielsweise aus der Gruppe der Ferrite, die Eigenschaft, bei entsprechender Vormagnetisierung eine dien Stoff durchsetzende, links zirkulär polarisierte Welle mit anderen Ausbreitutigseigenschaften zu übertragen als eine rechts zirkulär polarisierte Welle. Zu diesem Zweck muß der gyromagnetische Stoff vormagnetisiert sein, und zwar derart, daß die Richtung des vormagnetisierenden statischen Magnetfeldes senkrecht auf den geschlossenen Magnetkraftlinien des Wechselfeldes der zu übertragenden Wellen steht. Eine gyromagnetische Resonanz tritt dann für die Polarisierung ein, für welche, in Richtung des statischen Magnetfeldes betrachtet, die magnetische Wechseilkomponente der Wellen im Uhrzeigersinn liegt. Erhöht man bei einem derartigen Stoff die Stärke des Magnetfeldes vom Wert 0 aus beginnend kontinuierlich bis weit über den magnetischen Sättigungswert, so zeigt sich zunächst im wesentlichen nur eine Änderung der Auisbreitungsgeschwmdigkeit der Wellenkomponente, die über die gyromagnetische Resonanz beeinflußt wird. Ab einem gewissen Wert tritt jedoch eine Absorption dieser Komponente auf. die bis zur vollständigen Absorption führen kann. Bei weiterer Erhöhung des Magnetfeldes sinkt die gyromagnetische Resonanzfrequenz unter die Frequenz der zu übertragenden Wellen ab — wenn man diese als konstant betrachtet —, und es tritt eine unterschiedliche Laufzeit für die Wellen gegensätzlichen Polarisationssinnes ein, die einen Laufzeitunterschied bedingt. Beim Durchlaufen des vorstehend geschilderten Magnetisierungsbereichs zeigt sich aber weiterhin, daß der gyromagnetische Stoff bei einer Magnetisierung, die größer ist als die der gyromagnetischen Resonanz entsprechende Magnetisierung, das elektrische Feld der Wellen richtungsabhängig konzentriert.The mode of operation of this arrangement can be imagined as follows. As already stated in the main patent application, has a number of Substances, for example from the group of ferrites, the Property, with a corresponding premagnetization, a left circularly polarized material permeating the substance Wave with different propagation properties to be transmitted as a right circularly polarized wave. For this purpose the gyromagnetic Be premagnetized substance, in such a way that the direction of the bias static magnetic field perpendicular to the closed magnetic lines of force of the alternating field of the waves to be transmitted stands. A gyromagnetic resonance then occurs for the polarization, for which, in the direction of the static Considered magnetic field, the magnetic alternating cable component of the waves clockwise lies. If you increase the strength of the magnetic field with such a substance starting from the value 0 continuously up to well above the magnetic saturation value, then essentially only shows up at first a change in the speed of propagation of the wave component, which is via the gyromagnetic Resonance is influenced. However, above a certain value, this component is absorbed. which can lead to complete absorption. If the magnetic field is increased further, the gyromagnetic field decreases The resonance frequency falls below the frequency of the waves to be transmitted - if one calls this considered constant - and there is a different transit time for the waves of opposite polarization one that causes a runtime difference. When going through the above Magnetization range shows that the gyromagnetic substance in a magnetization, which is greater than the magnetization corresponding to the gyromagnetic resonance, the electric field of the waves are concentrated depending on the direction.

Im Feld von Wellen, die über eine Koaxialleitung mit gewendetem Innenfeiter übertragen werden, tritt eine Wellenkomponente mit zirkularer Polarisation auf, deren Drehung von der Übertragungsrichtung abhängig ist. Die Eigenschaft der unterschiedlichen, von der Übertragung abhängigen Feldkonzentration ist auch bei einer derartigen Leitung gegeben, wenn nur im Feldbereich der Koaxialleitung ein gyromagnetischer Stoff angeordnet wird, der entsprechend vormagnetisiert ist. Daher liegt für die eine Übertragungsrichtung das Maximum des elektrischen Feldes in anderem Abstand von der Wendelachse als in der anderen Übertragungsrichtung. Das heißt mit anderen Worten, bei der Anordnung nach Fig. 1 ist in der einen Übertragungsrichtung das elektrische Feld stärker dem Innenleiter benachbart als in der anderen Übertragungsrichtung, in der das elektrische Feld weiter nach außen greift. Durch die Anordnung des verlustbringenden Materials in diesem weiter außen liegenden Bereich ist daher erreicht, daß das Feld von Wellen der einen Übertragungsrichtung das weUenabsorbierende Material stärker erfaßt als das Feld von Wellen der anderen Übertragungsrichtung.In the field of waves, which are transmitted via a coaxial line with a turned inner fiber, occurs a wave component with circular polarization, the rotation of which depends on the direction of transmission is. The property of the different field concentration dependent on the transmission is even with such a line, if only a gyromagnetic line in the field area of the coaxial line Substance is arranged, which is premagnetized accordingly. Therefore, for one direction of transmission the maximum of the electric field at a different distance from the helix axis than in the other direction of transmission. In other words, in the arrangement of FIG. 1 is in the In one direction of transmission, the electric field is closer to the inner conductor than in the other Direction of transmission in which the electric field reaches further outwards. The arrangement of the Loss-making material in this further outlying area is therefore achieved that the field of Waves of one direction of transmission are the one that absorbs the waves Material captured more strongly than the field of waves in the other direction of transmission.

Das verlustbringende Material kann sowohl bei Anordnungen mit gyromagnetischem Stoff innerhalb der Innenleiterwendel als auch bei Anordnungen mit gyromagnetischen Stoffen außerhalb der Innenleiterwendel vorgesehen sein. Wird der gyromagnetische Stoff außerhalb der Innenleiterwendel angeordnet, beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, in Form eines die Innenleiterwend'd 2 umschließenden Rohres 5, so empfiehlt es sich, das verlustbringende Material 8 auf der der Innenleiterwendel 2 zugewandten Oberfläche oder in Abstand hiervon vorzusehen, beispielsweise in Form einer Schicht oder eines Niederschlags aus wellenabsorbierendein Material, beispielsweise Graphit, Metalldampf usw.. der auf der Oberfläche des gyromagnetischen Stoffes oder eines Stützträgers vorgesehen sein kann.The loss-making material can be used in both arrangements with gyromagnetic material inside the inner conductor helix as well as with arrangements with gyromagnetic material outside the inner conductor helix be provided. If the gyromagnetic material is arranged outside the inner conductor coil, for example, as shown in Fig. 2, in the form of a die Innenleiterwend'd 2 enclosing tube 5, it is recommended that the loss-making material 8 on the Inner conductor coil 2 facing surface or in To provide a distance therefrom, for example in the form of a layer or a deposit of wave-absorbing material Material, such as graphite, metal vapor, etc .. that on the surface of the gyromagnetic Fabric or a support beam can be provided.

Das gyromagnetische Material kann, wie bereits einleitend ausgeführt, sowohl durch eine Gasentladungsstrecke als auch durch ein Ferrit, einen Bariumoxyd-Permaneutmagnet und dergleichen andere Mittel gebildet werden. Dieses Material kann auch zugleich innerhalb und außerhalb der Innenleiterwendel angeordnet werden, in welchem Fall es sich jedoch empfiehlt, die beiden Bereiche gleichsinnig zu magnetisieren und außerdem nur in einem der Bereiche das verlustbringende Material anzuordnen.The gyromagnetic material can, as already stated in the introduction, both through a gas discharge path as well as a ferrite, a barium oxide permanent magnet and the like, other means can be formed. This material can also be used at the same time be arranged inside and outside of the inner conductor coil, in which case, however recommends magnetizing the two areas in the same direction and also only in one of the areas that to arrange loss-making material.

Claims

Patent claims:

1. Transmission quadrupole for electromagnetic waves, the direction-dependent transmission properties l> e, sits (gyrator), using a coaxial line with a coiled Inmeni conductor, in the field area of which a premagnetized substance, e.g. B. a ferrite, is arranged with a gyromagnetic effect, according to patent application S 42 741 VIII a / 21 a ⁴ , characterized in that wave-absorbing not gy rom agnetis this material is arranged in the field area of the line in such a distribution that it is from the electric field of Waves of one transmission direction is detected less than waves of the other transmission direction.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the weHen-absorbent material on the surface of the substance with the gyromagnetic Effect or a distance therefrom is provided.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that in the case of tubular inner conductor helix enclosing training of the gyromagnetic substance the loss-making material on the surface of the gyromagnetic material facing the inner conductor coil or in Distance therefrom is arranged.

4. Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that when the arrangement is made gyromagnetic material inside and outside the reverberation · the inner conductor spiral the loss-making material is only provided in one of the areas and the two areas of the gyromagnetic substance magnetized in the same direction bind.

1 sheet of drawings