DE1036952B - Ruecklaufsperre fuer rechteckige Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter, die in der einen Fortpflanzungsrichtung eine geringe Dämpfung und in der anderen Richtung eine sehr große Dämpfung aufweist. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger Rücklaufsperren besteht darin, daß in einen rechteckigen Hohlleiter, in dem sich eine H₁₀-WeIIe fortpflanzt, ein ferromagnetisches Plättchen, z. B. aus Ferrit, eingefügt wird. Wenn ein magnetisches Gleichfeld transversal, d. h. senkrecht zu den Kraftlinien des magnetischen Wechselfeldes, angelegt wird, stellt man fest, daß der Hohlleiter, in dem sich das Ferritelement befindet, für die Fortpflanzungsrichtung eine geringe Dämpfung und für die andere Richtung eine große Dämpfung aufweist. Dies kommt davon her, daß in Anwesenheit eines magnetischen Gleichfeldes die Permeabilität des Ferrits ein asymmetrischer Tensor ist. Infolgedessen hängt die Dämpfung des teilweise mit Ferrit erfüllten Hohlleiters von der Fortpflanzungsrichtung ab. Die Lage des Ferritplättchens in dem Hohlleiter ist nicht beliebig. Man kann feststellen, daß das beste Ergebnis erzielt wird, wenn das Plättchen sich in demjenigen Teil des Hohlleiters befindet, in welchem der magnetische Feldvektor zirkulär polarisiert ist, d. h. die Amplituden der Transversalkomponente und der Longitudinalkomponente der magnetischen Wechselfeldstärke einander gleich sind.

Dies rührt davon her, daß der Umlauf sinn des Vektors sich umkehrt, wenn die Fortpflanzungsrichtung gewechselt wird, daß aber die Leistungsabsorption in dem Ferritelement nur dann auftritt, wenn der Richtungssinn der Zirkularpolarisation bezüglich des angelegten Gleichfeldes positiv ist. Die Zirkularpolarisation heißt positiv bezüglich des angelegten Gleichfeldes, wenn ein in Richtung des Gleichfeldes blickender Beobachter den magnetischen Feldvektor im Gegenzeigersinn umlaufen sieht.

Um eine kräftige Dämpfung in Rücklaufrichtung zu erzielen, kann ein Ferritplättchen von

Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter

Anmelder:

Lignes Telegraphiques et Telephoniques, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 15. März 1956

Beinard Pierre Chiron, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Länge Verwendung finden. Jedoch wurde experimentell festgestellt, daß es schwierig ist, mittels dieses Verfahrens sehr hohe Dämpfungen zu erreichen, die z. B. bei einem Plättchen von 30 mm Länge 20 db übersteigen. Ferner muß in diesem Falle eine starke Dämpfung in der gewünschten Fortpflanzungsrichtung in Kauf genommen werden.

Wenn die Energie sich in einem Hohlleiter in einer Welle vom H₁₀-Typ fortpflanzt, sind zwei parallele Ebenen vorhanden, in denen der Vektor zirkulär polarisiert ist, und zwar in der einen Ebene in der einen Richtung und in der anderen Ebene in der umgekehrten Richtung. Ein zweites bekanntes Verfahren zur Konstruktion von Rücklaufsperren besteht deswegen darin, daß ein zweites Ferritplättchen symmetrisch zum ersten bezüglich der Hohlleiterachse eingefügt wird. Die an die beiden Ferritplättchen angelegten Gleichfelder müssen dann entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Diese Gleichfelder werden im allgemeinen von zwei getrennten Magneten erzeugt, die einander sehr eng benachbart sind. Dies bedeutet praktisch einen Nachteil, da die optimale Einstellung jedes Feldes schwierig zu erhalten ist.

Ferner sind Rücklauf sperren bekannt, bei denen die Richtwirkung durch Feldverdrängung erzielt wird. Auch hierbei wird eine H₁₀-WeIIe verwendet, die an einem oder zwei in Längsrichtung angeordneten Ferritplättchen entlang läuft. Im letzteren Fall befinden sich die Ferritplättchen in magnetischen Gleichfeldern gleicher Richtung, die also von einem einzigen Magroßer 4° gneten erzeugt werden können. Die Einstellung einer derartigen Anordnung ist aber, wie sich gezeigt hat, sehr schwierig, und außerdem können nur zwei Ferritplättchen im Querschnitt angeordnet werden, so daß die Echodämpfung oft nicht ausreicht.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter zum Ziel, bei der eine sehr starke Dämpfung in der einen Richtung und eine sehr schwache Dämpfung in der anderen Richtung erreicht werden kann.

Bei einer Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter, enthaltend mindestens zwei ferromagnetische Plättchen, die sich in einem zum magnetischen Wechselfeld der übertragenen Welle senkrechten magnetischen Gleichfeld befinden und innerhalb eines

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rechteckigen Hohlleiterteils parallel zu den Schmalseiten desselben angebracht sind, liegen erfindungsgemäß die Plättchen in einem Hohlleiterteil, in welchem sich eine elektromagnetische Welle vomH„₀-Typ (n> 1) fortpflanzt. Dieser Hohlleiterteil ist dabei am Eingang und am Ausgang mit Übergangsstücken versehen, die einen annähernd verlust- und reflexionslosen Übergang vom H₁₀-Typ zu dem gewählten H_n0-Typ und umgekehrt gestatten. In den am Eingang und Ausgang angeschlossenen rechteckigen Hohlleitern pflanzt sich dabei eine H₁₀-WeIIe fort.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß mehrere Ferritelemente vorhanden sind, deren Zahl zwei übersteigen kann, wobei jedes Element vorzugsweise einen anderen Abstand von den Seitenwänden des Hohlleiters hat, daß die magnetischen Gleichfelder, die in denjenigen Bereichen der Vorrichtung, in denen die Kraftlinien des Wechselfeldes gleiche Richtung haben, an die Ferritelemente angelegt werden, alle die gleiche Richtung aufweisen und von einem einzigen Magneten erzeugt werden können und daß die Einstellung der Vorrichtung, insbesondere wenn sie in einem breiten Frequenzbereich verwendet werden soll, nicht den Schwierigkeiten begegnet, die bei der Einstellung von Rücklaufsperren nach dem Prinzip der Feldverdrängung auftreten.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 eine bekannte Anordnung,

Fig. 2 die Gesamtansicht einer Rücklaufsperre gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Hohlleiter zur Darstellung der Kraftlinienverteilung des magnetischen Wechselfeldes für eine H₂₀-WeIIe,

Fig. 4 den Teil der Anordnung nach Fig. 2, in dem sich die Ferritelemente befinden, und

Fig. 5 ein Übergangsstück zur Anpassung der H₁₀-Welle an die H₂₀-WeIIe.

In Fig. 1 ist eine bekannte Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art dargestellt, wobei in dem Hohlleiter 1 sich ein Ferritelement 2 in einem gewissen Abstand von der Seitenwand befindet. A^r und S sind die Pole des Magneten 3.

Wie erwähnt, besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß die ferromagnetischen Elemente in einem Teil der Vorrichtung untergebracht werden, in welchem eine elektromagnetische Welle vom H_n0-Typ (« > 1) sich fortpflanzt. Zwecks leichteren Verständnisses soll die Beschreibung für den Fall einer H₂₀-Welle durchgeführt werden.

In Fig. 2, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt, sind 4 und 5 Hohlleiter, in denen sich eine Welle vom Grundtyp H₁₀ fortpflanzt. Die Hohlleiter 4 und 5 sind mit Übergangsstücken 6 und 7 versehen, welche die Transformation der H₁₀-WeIIe in eine H₂₀-Welle in dem Teil 8, in dem die ferromagnetischen Elemente 9 untergebracht sind, bewirken. In einem Hohlleiter, in dem eine H₂₀-WeIIe läuft, sind vier Ebenen vorhanden, in dem der magnetische Feldvektor H zirkulär polarisiert ist. Die Spuren dieser Ebenen A₁ B₁, A₂ B₂, Α_Ά B₃, A_t B_A sind in Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 3 gibt einen Längsschnitt durch einen rechteckigen Hohlleiter parallel zu den Längsseiten. Wenn beispielsweise die Ferritelemente in den Ebenen A₁ B₁ und A₃ B₃ angebracht werden, wo die magnetischen Kraftlinien gleiche Richtung haben, hat auch das senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien anzulegende Gleichfeld in beiden Ebenen die gleiche Richtung, kann also von einem einzigen Magneten erzeugt werden.

Zwecks Verstärkung der Richtwirkung können weitere Ferritelemente in der Ebene A₁ B₁ vorgesehen werden. Das anzulegende Gleichfeld muß dann umgekehrt wie vorher gerichtet sein. Auch können weitere Ferritelemente in der Ebene A₂ B₂ angebracht werden, wobei dann das Gleichfeld von dem gleichen Magneten wie für die Ferritelemente in der Ebene

ίο A₄ B_i erzeugt werden kann.

In Fig. 4 ist der Mittelteil 8 der Anordnung nach Fig. 2 teilweise dargestellt. Er enthält drei Ferritelemente 10, 11 und 12. Die Elemente 10 und 11 befinden sich in Ebenen, die den Ebenen A₁ B₁ und

A₃ B₃ in Fig. 3 entsprechen, während das Element 12 in der Ebene A₁ ß₄ angebracht ist. Ein Magnet 13 mit den Polen N₁ und S₁ beaufschlagt die Elemente 10 und 11 mit einem Gleichfeld von gleicher Richtung, während ein Magnet 14 mit den Polen N₂ und S₂ am

Ort des Elements 12 ein Gleichfeld mit umgekehrter Richtung erzeugt.

Die Übergangsstücke für die Transformation der H₁₀-WeIIe in eine H₀₀-WeIIe und umgekehrt können von verschiedener Art sein. Vorzugsweise sind sie, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgebildet.

Fig. 5 gibt eine genauere Ansicht eines solchen erfindungsgemäßen Übergangsstücks für den Fall n=2. Der Hohlleiter 15 stellt den Eingangs- oder Ausgangshohlleiter (H₁₀-WeIIe) für die Sperrvorrichtung dar, während sich im Hohlleiter 16 die H₂₀-WeIIe fortpflanzen soll. Wenn α und b die Längen der Langseite und der Schmalseite des Hohlleiterquerschnitts 15 sind, werden für den Hohlleiterquerschnitt 16 die Abmessungen 2 a und 2 b gewählt. Die Hohlleiter 15 und 16 bilden in der Η-Ebene einen rechten Winkel. Die Wand des Knies ist um 135° gegen die Seiten 18 und 19 der Hohlleiter 15 und 16 geneigt. Ihre Länge beträgt etwa α]/2.

Beispielsweise wurde eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 gebaut, bei welcher die Abmessungen des Eingangs- und Ausgangshohlleiters, worin sich eine H₁₀-Welle fortpflanzt, 22,86 und 10,16 mm betrugen. Entsprechende Abmessungen des Zwischenleiters, in dem eine H₂₀-WeIIe läuft, sind dann 45,72 und 10,16 mm.

Die Übergangsstücke zur Umformung der H₁₀-WeIIe in die H₂₀-WeIIe sind Kniestücke in der Η-Ebene, die wie oben gestaltet sind. Die Wand 17 (Fig. 5) hat eine Länge von etwa 32 mm.

Drei Ferritelemente, die als Plättchen von 0,5 mm

5= Dicke und 31 mm Länge ausgebildet sind, wurden in der Vorrichtung angebracht. Ein Magnet erzeugt eine Feldstärke von 1500 Oe, die für Maximumabsorption in zwei Plättchen erforderlich ist, während ein zweiter in umgekehrter Richtung orientierter Magnet eine Feldstärke von 1000 Oe für das dritte Plättchen erzeugt.

Die Dämpfung in Sperrichtung beträgt mehr als 40 db. Die durch die Anordnung erzeugte Welligkeit ist kleiner als 1,2.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rücklaufsperre für rechteckige Hohlleiter, enthaltend mindestens zwei ferromagnetische Plättchen, die sich in einem zum magnetischen Wechselfeld der übertragenen Welle senkrechten magnetischen Gleichfeld befinden und innerhalb eines rechteckigen Hohlleiterteils parallel zu den Schmalseiten desselben angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen in einem Hohlleiterteil liegen, in welchem sich eine H,_!0-Welle fortpflanzt

(η > 1), sowie daß zwei an die Enden des Hohlleiterteils angeschlossene Übergangsstücke die Umformung der H„₀-Welle in eine H₁₀-WeIIe besorgen, die sich in den am Eingang und Ausgang angeschlossenen rechteckigen Hohlleitern fortpflanzt.

2. Rücklaufsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen in ungleichen Abständen von den Schmalseiten des Hohlleiterteils in denjenigen Ebenen angebracht sind, in welchen das magnetische Wechselfeld der übertragenen Welle in einem gegebenen Zeitpunkt gleiche Richtung hat, sowie daß die magnetischen Gleichfelder ebenfalls gleiche Richtung haben.

3. Rücklaufsperre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Plättchen in Ebenen angebracht sind, in welchen das magnetische Wechselfeld der übertragenen Welle in dem gegebenen Zeitpunkt umgekehrte Richtung hat, und daß die magnetischen Gleichfelder, denen diese Plättchen unterworfen sind, ebenfalls umgekehrte Richtung aufweisen.

4. Rücklaufsperre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Gleichfelder gleicher Richtung von einem einzigen Magneten erzeugt werden.

5. Rücklaufsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstücke je aus zwei rechteckigen Hohlleiterteilen mit zueinander senkrechten Achsen bestehen, deren schmale Seiten gleiche Länge haben, während die breite Seite des einen Teils halb so lang wie diejenige des anderen ist, sowie daß die beiden Hohlleiterteile durch einen dritten Teil verbunden sind, dessen breite Seiten Dreiecke darstellen, während eine schmale Seite um 135° gegen die schmalen Seiten der beiden Hohlleiter geneigt ist und eine Länge vom ]/2 fachen Wert der Länge der breiten Seite des erstgenannten Hohlleiterteils hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»The Bell System Technical Journal«, January 1955, S. 65 bis 72.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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