DE1146147B

DE1146147B - Temperaturkompensierter nichtreziproker Vierpol

Info

Publication number: DE1146147B
Application number: DET20896A
Authority: DE
Inventors: Peter Emmrich
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-10-05
Filing date: 1961-10-05
Publication date: 1963-03-28
Also published as: GB1020892A; CH412028A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

KL.21a4 74

INTERNATIONALE KL.

HOIp; H03h

T20896IXd/21a*

ANMELDETAG: 5. OKTOBER 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 28. MÄRZ 1963

Die Erfindung bezieht sich auf einen temperaturkompensierten nichtreziproken Vierpol für elektromagnetische Wellen, welcher aus einem Abschnitt einer Hochfrequenzleitung besteht, in deren Feldraum ein Stoff mit gyromagnetischen Eigenschaften angeordnet ist, der durch ein angelegtes Magnetfeld mit Hilfe eines Dauermagneten vormagnetisiert wird.

Solche Anordnungen werden vor allem im Gebiet der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen verwendet. Sie dienen dazu, Schaltelemente mit richtungsabhängiger Übertragungseigenschaft zu bilden. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art ist in einem Rechteckhohlleiter im Innern ein streifenförmiges gyromagnetisches Material, beispielsweise Ferrit, parallel zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen eingefügt. Die Anordnung dient zur richtungsabhängigen Übertragung von elektromagnetischen Wellen in der H₁₀-Wellenform. Zur Erzielung dieser richtungsabhängigen Eigenschaften wird der erwähnte Ferritkörper hierbei oft durch ein außen an der Hohlleitung anliegendes Dauermagnetsystem vormagnetisiert. Je nach der gewünschten Verwendungsart wird diese Vormagnetisierung so gewählt, daß die gyromagnetische Resonanzfrequenz des Ferritkörpers unterhalb, oberhalb oder in der Nähe der Frequenz liegt, welche die zu übertragende elektromagnetische Welle besitzt. Bei solchen Anordnungen hat sich jedoch gezeigt, daß sich die Übertragungseigenschaften dieser Vierpole während des Betriebes sehr stark ändern. Diese Änderung ist bedingt durch die Temperaturabhängigkeit des verwendeten gyromagnetischen Stoffes.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man bereits nichtreziproke Vierpole der obenerwähnten Art so aufgebaut, daß die Vormagnetisierung in Abhängigkeit von der Temperatur derart geändert wird, daß die bei Änderung der Temperatur des gyromagnetischen Stoffes auftretenden Änderungen der gyromagnetischen Eigenschaften nahezu ausgeglichen werden. Hierzu wurde der Vormagnetisierungskreis des gyromagnetischen Stoffes mit einem Haupt- und/ oder Nebenschluß versehen, welcher aus einem magnetischen Material mit stark temperaturabhängiger Sättigungsmagnetisierung besteht, wobei der Temperaturgang des im Haupt- oder Nebenschluß angeordneten magnetischen Materials gegenläufig zu dem Temperaturgang des Stoffes gewählt wurde, dessen gyromagnetische Eigenschaften in dem Abschnitt der Hochfrequenzleitung ausgenutzt werden sollen.

Ferner ist es bekannt, die unerwünschte Temperaturabhängigkeit nichtreziproker Vierpole in der Weise zu kompensieren, daß in den verschiedenen Temperaturkompensierter
nichtreziproker Vierpol

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Peter Emmrich, Backnang (Württ),
ist als Erfinder genannt worden

Temperaturbereichen unterschiedlich ansprechende nichtreziproke Vierpole hintereinandergeschaltet werden. Die Vierpole sind dabei für sich unkompensiert. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist derart, daß in einem ersten Temperaturbereich beispielsweise der erste nichtreziproke Vierpol wirksam ist, in einem benachbarten Temperaturbereich der darauffolgende nichtreziproke Vierpol, usw.

Diese bekannten Maßnahmen zur Kompensation des unerwünschten Temperaturganges sind jedoch

unbefriedigend. Dies rührt einmal daher, daß die verwendeten Magnetsysteme ein großes Bauvolumen erfordern. Außerdem entstehen durch die Serien- oder Parallelschaltung eines Materials mit temperaturabhängigem magnetischem Widerstand zum magnetischen Kreis der Dauermagnete unerwünschte Verluste an magnetischer Energie.

Ferner ist bereits eine richtungsabhängige Dämpfungsleitung mit einem vormagnetisierten Ferrit, der in einem Hohlleiter angeordnet ist, bekanntgeworden, bei welcher der unerwünschte Temperaturgang der Anordnung durch ein entsprechend gewähltes Seitenverhältnis des Ferritstreifens kompensiert wird. Durch das vorgegebene Seitenverhältnis ist diese Anordnung jedoch für bestimmte Anwendungen nicht geeignet.

Soll z. B. eine solche richtungsabhängige Dämpfungsleitung bei sehr großen Hochfrequenzleistungen (Radaranlagen) verwendet werden, so muß man den Ferritstreifen so anordnen und dimensionieren, daß die in ihm entstehende Verlustwärme rasch abgeführt wird. Diese zur Wärmeabführung erforderliche Dimensionierung des Seitenverhältnisses fällt jedoch nicht mit der optimalen Dimensionierung des Ferrit-

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Streifens zusammen, welcher die ebenfalls geforderte Vierpol dargestellt, bei dem Magnetsysteme gleicher

Temperaturkompensation ergibt. Luftspaltinduktion wie bei der Anordnung der Fig. 1

Ein Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine neue verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel

Möglichkeit zur Kompensation des obenerwähnten wird als Abschnitt einer Hochfrequenzleitung ein

unerwünschten Temperaturganges eines nichtrezipro- 5 Hohlleiter 1 verwendet, der in seinem Innern zwei

ken Vierpols aufzuzeigen, bei welcher die Nachteile Streifen eines Stoffes mit gyromagnetische!!. Eigen-

der bekannten Anordnungen vermieden werden. schäften besitzt. Diese Streifen 2 bestehen vorzugs-

Bei einem durch temperaturabhängige Vor- weise aus einem Ferrit. Die erforderliche Vormagnetisierung temperaturkompensierten nichtrezi- magnetisierung dieser Streifen wird hierbei durch proken Vierpol für elektromagnetische Wellen, be- ίο drei kleine, auf den Breitseiten des Hohlleiters anstehend aus einem Abschnitt einer Hochfrequenz- gebrachte Magnete bewirkt. Diese Magnete sind zwileitung, in deren Feldraum ein Stoff mit gyromagne- sehen Weicheisenteilen 4 c, 4d, 4e, 4/, 4 g und 4 h tischen Eigenschaften angeordnet ist, der durch ein angeordnet, welche den magnetischen Kreis der einangelegtes Magnetfeld mit Hilfe eines Dauermagneten zelnen Magnete schließen, so daß kaum Verluste an vormagnetisiert wird, schlägt deshalb die Erfindung i* magnetischer Energie entstehen. Der linke der in der vor, daß dieser Dauermagnet, mindestens zum Teil, Figur dargestellten Magnete ist mit 3 g bzw. 3 h beaus einem hartmagnetischen Material, insbesondere zeichnet. Die eingetragenen Pfeile stellen hierbei aus Bariumferrit, besteht, das eine solche temperatur- wieder die Richtung des Magnetfeldes dar. Die abhängige Induktion besitzt, daß der Temperaturgang Magnete 3c und 3d bestehen aus der unter dem des gyromagnetischen Stoffes kompensiert wird. 20 Handelsnamen »Alnico« bekanntgewordenen Legie-

Vor einigen Jahren sind Magnetwerkstoff e bekannt- rung, ebenso wie die mit 3 g und 3 h bezeichneten geworden, die sich bei technisch noch brauchbarer Magnete am linken Ende des dargestellten Hohlleiter-Remanenz durch ihre hohe Koerzitivkraft auszeich- abschnittes. In der Mitte der Anordnung ist ein nen und infolge ihrer billigen Ausgangsstoffe zu weiteres Magnetpaar 3 e, 3/ angeordnet, welches aus einem sehr niedrigen Preis herstellbar sind. Dies sind 25 Bariumferrit besteht. Es wurden beim dargestellten die Bariumferrite. Die größte remanente Energiedichte Ausführungsbeispiel bewußt zwei verschiedene mader anisotropen Bariumferrite ist mit den unter dem gnetische Materialien verwendet, um den Tempera-Handelsnamen »Alnico« bekannten magnetischen turgang des gyromagnetischen Stoffes möglichst.genau Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierungen vergleichbar. über den interessierenden Temperaturbereich zu Die hohe Koerzitivkraft der Bariumferritmagnete 30 kompensieren. Ein »Alnico«-Magnet besitzt einen ermöglicht jedoch einen gedrungeneren Aufbau der Temperaturgang, welcher ungefähr um eine Zehner-Magnetsysteme. Trotzdem haben diese Magnete bis- potenz kleiner ist als derjenige eines Bariumferrites. her keine große Verbreitung gefunden, da sie für Durch die Verwendung von verschiedenen hartviele Anwendungsgebiete infolge ihres äußerst starken magnetischen Materialien für das Magnetsystem wird Temperaturganges ungeeignet waren. 35 eine sehr gute Kompensation des schädlichen Tem-

Die vorliegende Erfindung macht sich nun gerade peraturganges der Ferritstreifen 2 ermöglicht. Der

die bisher als nachteilig bezeichnete Temperatur- magnetische Kreis jedes Magneten ist über die zwir

abhängigkeit dieser Magnete zu Nutzen, um einen sehen den einzelnen Magneten angeordneten Weich-

temperaturkompensierten nichtreziproken Vierpol zu eisenteile 4 d und 4 g bzw. 4e und 4 h und die zwi-

schaffen, welcher bei gleichen elektrischen Eigen- 40 schenliegenden Ferritstreifen geschlossen,

schäften erheblich einfacher herzustellen ist als die In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel

bisher bekannten Anordnungen. der Erfindung dargestellt, bei welchem innerhalb des

In der Fig. 1 ist ein nichtreziproker temperatur- Hohlleiters 1 lediglich ein vormagnetisierter Ferritkompensierter Vierpol bekannter Bauart dargestellt. streifen2 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungs-Er besteht aus einem Abschnitt einer Hochfrequenz- 45 form werden zur Erzielung der erforderlichen Vorleitung 1 (Hohlleiter), in welchem Streifen 2 mit magnetisierung zwei verschiedene hartmagnetische gyromagnetischen Eigenschaften angeordnet sind. Werkstoffe verwendet. Die beiden Magnete, mit 3 Z Hierzu dienen vorzugsweise Ferritstreifen. Zur Er- und 3 m bezeichnet, bestehen hierbei aus Bariumzielung der erforderlichen Vormagnetisierung für die ferrit, während die anderen beiden Magnete, welche Streifen 2 ist außerhalb des erwähnten Hohlleiters 5° mit 3/ und 3 k bezeichnet sind, wieder aus einer ein Magnetsystem 3 angebracht, das aus den beiden »Alnico«-Legierung bestehen. Die Weicheisenteile Magneten 3 a und 3 b besteht. Die beiden Streifen 4 h, 4i, 4 k und 41 sind dabei in an sich bekannter werden entsprechend den eingezeichneten Pfeilen in Weise wieder so ausgebildet, daß die Feldlinien mögentgegengesetzter Richtung vormagnetisiert. Um den liehst geschlossen innerhalb dieser Teile verlaufen. In magnetischen Kreis außerhalb des Hohlleiters zu 55 der Fig. 3 wurde bei dem dargestellten Hohlleiter schließen, sind die beiden Magnete 3 α und 3 b durch außerdem noch der zugehörige Hohlleiterflansch 6 zwei Weicheisenteile 4 α und 4 b verbunden. Die mit gestrichelt eingezeichnet, um das erforderliche kleine 5 a und 5 b bezeichneten Teile der Fig. 1 bestehen Bauvolumen der Magnetanordnungen aufzuzeigen, aus einem Material, dessen Temperaturabhängigkeit verglichen mit der in Fig. 1 dargestellten bekannten gegenläufig ist zu dem unerwünschten Temperatur- 60 Anordnung.

gang der Ferritstreifen, so daß die gesamte Anord- Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die nung über den interessierenden Temperaturbereich in den Figuren dargestellten Ausführungsformen he~ keine Änderung der elektrischen Eigenschaften auf- schränkt ist, sondern in gleicher Weise auch für weist. Der zu dem Hohlleiterabschnitt 1 gehörende andere nichtreziproke Vierpole Verwendung finden Hohlleiterflansch 6 wurde in der Fig. 1 gestrichelt 65 kann, bei denen die Hochfrequenzleitung beispielseingezeichnet, weise durch eine koaxiale Leitung gebildet wird.

In der Fig. 2 ist ein gemäß der Erfindung auf- Durch das kleine Bauvolumen der erforderlichen

gebauter temperaturkompensierter nichtreziproker Magnetsysteme ergibt sich bei einer koaxialen Hoch-

frequenzleitung außerdem die Möglichkeit, das Magnetsystem im Innenleiter dieser Leitung anzubringen, welcher hierfür hohl ausgebildet ist, so daß die ganze Anordnung extrem klein gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Temperaturkompensation ist geeignet für Resonanzisolatoren, Feldverzerrungsisolatoren, Faradaydreher, F-Zirkulatoren und für nichtreziproke Phasenschieber.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: IO

1. Durch temperaturabhängige Vormagnetisierung temperaturkompensierter nichtreziproker Vierpol für elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Abschnitt einer Hochfrequenzleitung, in deren Feldraum ein Stoff mit gyromagnetischen Eigenschaften angeordnet ist, der durch ein angelegtes Magnetfeld mit Hilfe eines Dauermagneten vormagnetisiert wird, dadurch gekenn zeichnet, daß dieser Dauermagnet, mindestens zum Teil, aus einem hartmagnetischen Material, insbesondere aus Bariumferrit, besteht, das eine solche temperaturabhängige Induktion besitzt, daß der Temperaturgang des gyromagnetischen Stoffes kompensiert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Dauermagneten aus einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochfrequenzleitung ein Hohlleiter dient.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzleitung eine koaxiale Leitung ist, deren Innenleiter das erforderliche Magnetsystem enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 038 623,

211;
»Zeitschrift für angewandte Physik«, 1957, Heft 4,

S. 183 bis 187.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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