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Breitbandige Richtungsleitung für sehr kurze elektromagnetischeWellen
Die Erfindung bezieht sich auf eine breitbandige gyromagnetische Anordnung für sehr
kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Rechteckhohlleiterabschnitt
mit unter sich gleichen, vorzugsweise Streifenform aufweisenden, senkrecht zur Fortflanzungsrichtung
der Wellen vormagnetisierten gyromagnetischen Körpern, die im Innern an den Breitseiten
des Rechteckhohlleiterabschnitts mit zu den Hohlleiterschmalseiten unterschiedlichen
Abständen angeordnet sind.
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Anordnungen dieser Art nutzen vorwiegend die gyromagnetische Resonanz
aus. Sie finden in der Höchstfrequenztechnik beispielsweise als Dämpfungsglieder
oder Phasenschieber, insbesondere aber als Richtungsleitungen bzw. Richtungsphasenschieber
Verwendung. Richtungsleitungen und Richtungsphasenschieber sind passive nichtreziproke
Vierpole. Während beim Richtungsphasenschieber bei kleiner Grunddämpfung die Phasenschiebung
in beiden übertragungsrichtungen verschieden groß ist, weist die Richtungsleitung
in der einen übertragungsrichtung eine große Dämpfung (Sperrdämpfung) und in der
Gegenrichtung eine kleine Dämpfung (Durchlaßdämpfung) auf. Üblicherweise besteht
ein solcher nichtreziproker Vierpol aus einem Rechteckhohlleiterabschnitt, in dessen
Innerem zwei oder vier sich in Achsrichtung des Hohlleiters erstreckende Streifen
aus gyromagnetischem Material angeordnet sind. Die Streifen sind an den Breitseiten
des Hohlleiters und symmetrisch zur Hohlleitermitte in Nähe von Stellen angeordnet,
wo das magnetische Wechselfeld der den Rechteckhohlleiter durchlaufenden elektromagnetischeu
Wellen zirkulare Polarisation aufweist. Hierbei zeigt sich, daß die Dämpfung der
Welle beim Durchgang durch den Hohlleiter einen Frequenzgang hat, der insbesondere
bei breitbandigen Anordnungen Aflf> 2511/o recht beträchtlich und daher außerordentlich
störend ist. Bei Richtungsleitungen beispielsweise hat die Durchlaßdämpfung in der
Bandmitte ein Minimum und steigt gegen die Bandgrenzen an. Ähnlich verhält es sich
mit der Sperrdämpfung. Hier stört im Unterschied zur Durchlaßdämpfung der mitunter
an den Bandgrenzen des Sperrbereiches bereits zu weit fortgeschrittene Dämpfungsabfall.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine breitbandige Richtungsleitung
der einleitend beschriebenen Art gerade hinsichtlich des geschilderten Dämpfungsverhaltens
wesentlich zu verbessern. -
Für eine breitbandige Richtungsleitung für sehr
kurze elektromagnetische Wellen mit eingeebnete-m. Verlauf der Wellendämpfung, bestehend'
aus einem' Rechteckhohlleiterabschnitt mit unter sich gleichen, vorzugsweise Streifenform
aufweisenden, senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen vorinagnetisierten
gyromagnetischen Körpern, die im Innem an den Breitseiten des Rechteckhohlleiterabschnitts
mit zu den Höhlleiterschmalseiten unterschiedlichen Ab-
ständen angeordnet
sind, wird erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rechteckhohlleiterabschnitt
vier paarweise im Hohlleiterinnem einander gegenüberliegend angebrachte gyromagnetische
Körper aufweist und daß die beiden gyromagnetischen Körperpaare von den Schmalseiten
des Rechteckhohlleiterabschnitts in derart unterschiedlich gewählten Abständen angeordnet
sind, daß die Durchlaßdämpfung der Richtungsleitung in einem vorgegebenen großen
Frequenzbereich wenigstens annähernd konstant ist. Es sind zwar Richtungsleitungen
bekannt, bei denen die Durchlaßdämpfung über einen größeren Frequenzbereich einen
nur geringen Frequenzgang aufweist. Solche Anordnungen enthalten im Hohlleiterinnern
wenigstens zwei vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnete
Ferritstreifen. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand ist die breitbandige Charakteristik
der Durchlaßdämpfung dadurch erreicht, daß die einzelnen Ferritstreifen aus verschiedenen
Materialien mit unterschiedlicher Sättigungsmagnetisierung bestehen. Da die Auswahl
gyromagnetischer Materialien im allgemeinen sehr beschränkt ist, ist der Bau solcher
Richtungsleitungen für bestimmte Anwend:ungszwecke meist mit erheblichen Schwierigkeiten
verbunden, die beim Erfindungsgegenstand nicht gegeben sind. Ferner ist durch die
französische Patentschrift 1 187 421 eine Richtungsl eitung mit breitbandiger
Sperrcharakteristik be--'kann#, bei der zwei im Rechteckhohlleiter auf einander
gegenüberliegenden Seiten angebrachte Ferritstreifen
hinsichtlich
ihres Abstandes von der ihnen unmittelbar benachbarten Hohlleiterschmalseite etwas
unterschiedlich angeordnet sind. Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Richtungsleitung
vier streifenförinige gyromagnetische Körper auf, die paarweise einander gegenüberstehend
an den Hohlleiterbreitseiten angeordnet sind. Auch haben die einander zugeordneten
Streifen von der ihnen unmittelbar benachbarten Hohlleiterschinalseite gleichen
Abstand. Damit ist erreicht, daß der Erfindungsgegenstand gegenüber der bekannten
Anordnung mit einem wesentlich geringeren Aufwand an Magnetfeld - gleiche
Bedingungen vorausgesetzt - auskom mt. Darüber hinaus hat der Erfindungsgegenstand
den Vorteil, daß er sich bei vorgegebener absoluter Sperrdämpfung mit wesentlich
kürzeren Abmessungen realisieren läßt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Ort der zirkularen
Polarisation des Magnetfeldes der Wellen frequenzabhängig ist und daher jeder der
gyromagnetischen Körper einen Dämpfungsverlauf über der Frequenz verursacht, so
daß sich derselbe in Abhängigkeit der örtlichen Lage des betreffenden gyromagnetischen
Körpers im Hohlleiterinnem in weiten Grenzen beeinflussen läßt. Für den Anwendungsfall
der Richtungsleitung bedeutet dies, daß bei Verschieben der gyromagnetischen Streifen
nach außen sich das Minimum der Durchlaßdämpfung zu höheren Frequenzen verlagert,
und umgekehrt. Durch geeignete Wahl der Abstände der Streifen von den Schmalseiten
des Rechteckhohlleiterabschnitts ist es daher möglich, den Anstieg der Durchlaßdämpfung
an den Bandgrenzen auf Kosten des Dämpfungsminimums zu kompensieren und damit eine
wenigstens annähernd konstante Durchlaßdämpfung über einen vorgegebenen großen Frequenzbereich
zu erhalten. Die Wahl der Abstände der gyromagnetischen Streifen von den Hohlleiterschmalseiten
kann in vorteilhafter Weise auch so erfolgen, daß eine optimale Begradung des Frequenzganges
der Durchlaß- und der Sperrdämpfung erzielt wird.
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Die nach der Lehre der Erfindung ausgebildete Richtungsleitung weist
über ihre breitbandigen Eigenschaften hinaus ein wesentlich besseres Verhältnis
V von kleinster Sperrdämpfung zu größter Durchlaßdämpfung im vorgegebenen Frequenzband
auf, das bekanntlich ein praktisches Maß für die Güte der Richtungsleitung darstellt.
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An Hand der Zeichnung soll im folgenden ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung noch näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer Richtungsleitung,
bestehend aus dem Rechteckhohlleiterabschnitt 1 mit dem Seitenverhältnis
alb, in dessen Innerem vier Ferritstreifen 2, 3, 4 und 5 in Erstreckung
des Rechteckhohlleiterabschnitts 1 vorgesehen sind. Die Ferritstreifen 2
und 3 einerseits und 4 und 5 andererseits sind einander gegenüber
an den Breitseiten des Rechteckhohlleiterabschnitts 1 angeordnet und werden
von einem magnetischen Gleich-feld Ha senkrecht zur Hohlleiterachse vormagnetisiert.
Der Abstand X, der Ferritstreifen 2 und 3 und der Abstand x. der Ferritstreifen
4 und 5 von der linken bzw. rechten Schmalseite des Rechteckhohlleiterabschnitts
1 sind gleich groß und so gewählt, daß sich alle Ferritstreifen in der Nähe
von Orten befinden, an denen die die Richtungsleitung passierende elektromagnetische
Welle zirkulare Polarisation ihres magnetischen Feldes besitzt. Der Verlauf der
Durchlaßdämpfung eines Ausführungsbeispieles der bekannten Richtungsleitung nach
Fig. 1 ist im Diagramm der Fig. 2 (Kurve 1) in db über der Frequenz
in GHz aufgetragen.
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Die Durchlaßdämpfung hat hiernach ein Dämpfungsminimum von etwa
0,5 db bei 2 GHz und steigt an den Bandgrenzen 1,7 GHz und
2,3 GHz auf 1,25 db an. Durch geringe Vergrößerung des Abstandes xi
und geringe Verkleinerung des Abstandes x.,
läßt sich der Verlauf der Durchlaßdämpfung
entsprechend der Kurve 11 in der Fig. 2 dahin gehend verbessern, daß die
Durchlaßdämpfung einer im Frequenzbereich zwischen 1,7 und 2,3 GHz
praktisch konstant bleibt und den Wert 1 db nicht überschreitet.
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Es lassen sich hiernach in besonders vorteilhafter Weise Richtungsleitungen
ausbilden, die nicht für extrem breite Frequenzbereiche verwendbar sind, die aber
mittels einer Nachstimmeinrichtung ihres Magnetfeldes wahlweise in einem von mehreren
nebeneinanderliegenden Frequenzbändem eingesetzt werden können. Zur Erzielung günstiger
Feldverzerrungen kann in bekannter Weise in Nähe der gyromagnetischen Streifen dielektrisches
Material, beispielsweise Keramik, vorgesehen werden. Ferner kann man die Querschnittsabmessungen
der gyromagnetischen Streifen zweckmäßig so wählen, daß eine Kompensation des Temperaturganges
der Sperrdämpfung eintritt.