DE1282755B

DE1282755B - Non-reciprocal quadrupole

Info

Publication number: DE1282755B
Application number: DE1966S0102779
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Josef Deu Dipl-Phys; Dipl-Ing Bernhard Wieser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1966-03-25
Filing date: 1966-03-25
Publication date: 1968-11-14

Description

Nichtreziproker Vierpol Die Erfindung betrifft einen nichtreziproken Vierpol, insbesondere .für den Frequenzbereich der Meter-und Dezimeterwellen, :bei :dem eine unter dem Einluß eines magnetischen Gleichfeldes stehende, aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe von zwei aus einem dünnen Band metallischen Materials, vorzugsweise einem Kupferband, bestehenden Spulen umgeben ist, die von einer ;gemeinsamen Spannungsquelle derart gespeist werden, daß der Strom .der einen Spule um 90° phasenverschoben ist gegenüber dem Strom der anderen Spule, und :bei dem die Längsachsen der Spulen zumindest näherungsweise aufeinander .senkrecht ,stehen.Non-reciprocal quadrupole The invention relates to a non-reciprocal quadrupole Quadrupole, especially. For the frequency range of meter and decimeter waves: at : the one under the influence of a magnetic constant field, of gyromagnetic Material consisting of a disc of two from a thin strip of metallic material, preferably a copper tape, existing coils surrounded by a; common Voltage source are fed in such a way that the current .der one coil is out of phase by 90 ° is opposite to the current of the other coil, and: where the longitudinal axes of the coils are at least approximately perpendicular to each other.

Bekanntlich wird unter einem nichtreziproken Vierpol eine Anordnung verstanden, .die elektromagnetische Energie in einer Richtung mit anderer Dämpfung überträgt als in der entgegengesetzten Richtung. Gleichermaßen wird auch die Phase der in der einen Richtung einfallenden Energie um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht, während die in der anderen Richtung einfallende elektromagnetische Energie die nichtreziproke Anordnung mit einer anderen Phasendrehung durchläuft. Wenn die Dämpfungen für die beiden Fortpflanzungsrichtungen sehr verschieden. sind, d. h. bei nahezu verlustloser übertra,gung in der einen Richtung und bei verhältnismäßig hoher Dämpfung in der anderen Richtung, dann lassen sich derartige Anordnungen vorteilhaft dort einsetzen, wo es darum geht, elektrische Schaltkreise möglichst rückwirkungsfrei miteinander zu verbinden. Bei solchen nichtreziproken Vierpolen wird in der Regel das Resonanzverhalten gyromagnetischer Stoffe ausgenutzt. Der gyromagnetische Stoff ist hierbei im Innern eines Wellenleiters angeordnet und wird durch ein magnetisches Gleichfeld mit Hilfe eines außerhalb des Wellenleiters angebrachten Magnetsystems vormagnetisiert. Der nichtreziproke Charakter beruht auf der Eigenresonanz der Präzessionsbewegung der magnetischen Momente des gyromagnetischen Materials. Nichtreziproke Vierpole wurden zunächst im Bereich der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen, also im Bereich der Mikrowellen, bekannt, da nämlich für das Auftreten der gyromagnetischen Resonanz das gyromagnetische Material an solchen Stellen des Wellenleiters angeordnet sein muß, an denen die magnetische Komponente :des elektromagnetischen Feldes eine zirkulare bzw. eine elliptische Polarisation aufweist. Da im Mikrowellenbereich als Wellenleiter vorzugsweise Hohlleitungen Verwendung finden und dabei sich in Hohlleitungen fortpflanzender elektromagnetischer Energie in der Regel ohnehin zirkular polarisierte Anteile des magnetischen Wechselfeldes vorhanden sind, ist es dort verhältnismäßig einfach, Vierpole mit nichtreziprokem Charakter zu realisieren. Will man jedoch im Bereich der Meterwellen bzw. der längeren Dezimeterwellen solche nichtreziproken Vierpole realisieren, dann treten hierbei zum Teil erhebliche Schwierigkeiten auf, die vor allem darin zu sehen sind, daß Hohlleitungen im Bereich der Meterwellen außerordentlich große Abmessungen annehmen und ,somit unhandlich und raumverbrauchend werden. Auch bei Anordnungen in Koaxialbauweise wird wenigstens eine Ausdehnung verhältnismäßig groß. Es kommt ferner hinzu, idaß der gyromagnetische Werkstoff solche Eigenschaften und eine solche Form besitzen muß, daß die gyromagnetische Resonanzfrequenz hinreichend tief ist, d. h. also ebenfalls im Bereich der Meterwellen liegt.As is known, a non-reciprocal quadrupole becomes an arrangement understood, .the electromagnetic energy in one direction with different attenuation transmits than in the opposite direction. The phase will be the same the incident energy in one direction by a certain angular amount rotated while the electromagnetic energy incident in the other direction the non-reciprocal arrangement passes through with a different phase rotation. If the Attenuations for the two directions of propagation are very different. are, d. H. with almost lossless transmission in one direction and with relatively high attenuation in the other direction, then such arrangements can be advantageous Use where it is a question of electrical circuits as free from reaction as possible to connect with each other. In the case of such non-reciprocal quadrupoles, as a rule exploited the resonance behavior of gyromagnetic substances. The gyromagnetic substance is arranged inside a waveguide and is driven by a magnetic Constant field with the help of a magnet system attached outside the waveguide premagnetized. The non-reciprocal character is based on the natural resonance of the precession movement of the magnetic moments of the gyromagnetic material. Non-reciprocal quadrupole were initially in the range of very short electromagnetic waves, i.e. in the range of microwaves, known because for the occurrence of gyromagnetic resonance the gyromagnetic material can be arranged at such locations on the waveguide must to which the magnetic component: the electromagnetic field a circular or has an elliptical polarization. As in the microwave range as a waveguide Preferably hollow pipes are used and thereby propagate in hollow pipes electromagnetic energy is usually circularly polarized components of the anyway magnetic alternating field are present, it is relatively easy there, To realize quadrupoles with a non-reciprocal character. However, if you want to be in the area of the meter waves or the longer decimeter waves such non-reciprocal quadrupoles realize, then in some cases considerable difficulties arise before can be seen in the fact that hollow lines in the area of meter waves are extraordinary take on large dimensions and thus become unwieldy and space-consuming. Even in coaxial arrangements, at least one extension becomes proportionate great. In addition, the gyromagnetic material has such properties and must have such a shape that the gyromagnetic resonance frequency is sufficient is deep, d. H. so is also in the range of meter waves.

Es ist :durch einen Aufsatz in der Zeitschrift >xElectronics«, September 1961, S.37 bis 42, eine Richtungsleitung bekanntgeworden, bei der die eingangs erwähnten Schwierigkeiten hinsichtlich des Raumverbrauchs weitgehend behoben sind. Bei dieser Richtungsleitung werden um eine aus Ferrit bestehende Scheibe zwei Spulen gewickelt, deren Längsachsen aufeinander senkrecht stehen und die derart an die Eingangsleitung angeschlossen sind, daß der Strom der einen Spule um 90° phasenverschoben ist gegenüber dem Strom der anderen Spule. Wie in den dort gezeigten Kurven wiedergegeben ist, hat eine derartige Richtungsleitung in einem Frequenzbereich von etwa 350 bis 390 MHz eine Durchgangsdämpfung von etwa 0,8 db, während die Sperrdämpfung an den Bandgrenzen einen Wert von etwa 10 db erreicht, was einem Richtverhältnis von etwa 12,5 entspricht. Wenn derartige Richtungsleitungen in einem tieferen Frequenzbereich eingesetzt werden sollen, dann ,sinkt erfahrungsgemäß das Richtverhältnis etwa linear mit der Frequenz ab, so daß die dabei noch erzielbare Sperrdämpfung für die Praxis in der Regel als nicht mehr ausreichend zu,bezeichnen.Ist: Durch die :belgische Patentschrift 647 71-6 ist weiterhin ein nichtreziproker Vierpol bekanntgeworden, bei dem das ferromagnetische Material von aufeinander senkrecht stehenden Spulen umgeben ist. Wenn es dabei darauf ankommt, das ferromagnetische Material mit möglichst vielen Kreuzungspunkten der aufeinander senkrecht stehenden Spulen zu belegen, dann wird die Anzahl der erforderlichen Spulenwindungen verhältnismäßig groß. Damit vergrößert sich aber die Eigeninduktivität der Spulen, wodurch es wiederum schwierig wird, Aden Betrag ihres Scheinwiderstandes an den Wellenwiderstand der Zuführungsleitungen anzupassen, um in einem möglichst großen Frequenzbereich eine möglichst gute Anpassung an den Wellenwiderstand der Zuführungsleitungen zu erzielen.It is: through an article in the magazine "xElectronics", September 1961, p.37 to 42, a directional line became known in which the aforementioned Difficulties in terms of space consumption have largely been resolved. At this Directional lines are wound around a ferrite disc, two coils, the longitudinal axes of which are perpendicular to one another and which are in this way to the input line are connected that the current of a coil is phase shifted by 90 ° with respect to the current of the other coil. As shown in the curves shown there, has such a directional line in a frequency range of approximately 350 to 390 MHz a through loss of about 0.8 db, while the stop loss at the band limits reaches a value of about 10 db, which corresponds to a directivity of about 12.5. If such directional lines are used in a lower frequency range should, then, experience has shown that the directional ratio decreases approximately linearly with the frequency off so that they are still doing it achievable blocking attenuation for practice usually as no longer sufficient to describe. Is: By the: Belgian Patent specification 647 71-6 has also become known a non-reciprocal quadrupole, in which the ferromagnetic material consists of perpendicular coils is surrounded. When it comes down to it, use the ferromagnetic material as much as possible occupy many crossing points of the perpendicular coils, then the number of coil turns required is relatively large. So enlarged but the self-inductance of the coils, which in turn makes it difficult A the amount of their impedance to the wave impedance of the supply lines adapt in order to achieve the best possible adaptation in the largest possible frequency range to achieve the wave resistance of the supply lines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere soll erreicht werden; daß Richtungsleitungen auch bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen, wie beispielsweise im Gebiet der längeren Dezimetenwellen und der Meterwellen, so ausgebildet= werden können, daß sie eine ausreichend hohe Sperrdämpfung bei gleichzeitig niedriger Durchlaßdämpfung und .damit ein hohes Richtverhältnis liefern..._Auch.- bei- nichtreziproken. Phasenschiebern soll das Verhältnis von nichtreziproker Phasenschiebung .zur Durchgangsdämpfung verbessert werden.The invention is based on the object; the aforementioned difficulties to deal with in a relatively simple manner. In particular, it should be achieved; that directional lines even at relatively low frequencies, such as in the area of the longer decimetre waves and the meter waves, so formed = can that they have a sufficiently high stop-band attenuation with low transmission attenuation at the same time and .to deliver a high directivity ..._ Even.- not reciprocal. Phase shifters shall be the ratio of the non-reciprocal phase shift to the transmission loss be improved.

Ausgehend von einem nichtreziproken Vierpol; insbesondere für Aden Frequenzbereich der Meter-und Dezimeterwellen, bei dem eine unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehende, aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe von zwei aus einem dünnen Band metallischen Materials, vorzugsweise einem Kupferband, bestehenden Spulen umgeben ist, die von- einer gemeinsamen Spannungsquelle derart gespeist werden, daß der Strom der einen Spule um 90° phasenverschoben ist gegenüber dem Strom .der anderen Spule, und bei dem -die Längsachsen der Spulen zumindest näherungsweise aüfeinan.der senkrecht stehen, wird diese Aufgabe ge- mäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Spule aus der Parallelschaltung mehrerer - Teilspulen besteht und daß die Zahl der Teilspulen, die Windungs= zahl je Teilspule und die Breite des für die einzelnen Windungen verwendeten Bandes derart gewählt sind, daß der Eingangsscheinwiderstand :des gesamten, mit der durch das magnetische Gleichfeld magnetisierten gyromagnetischen Scheibe gefüllten Spulensystems gleich dem-Wellenwiderstand der - Anschlußleitungen ist.Starting from a non-reciprocal quadrupole; in particular for the frequency range of meter and decimeter waves, in which a disc made of gyromagnetic material and under the influence of a constant magnetic field is surrounded by two coils made of a thin strip of metallic material, preferably a copper strip, which are connected by a common voltage source are supplied such that the current of the one coil is phase-shifted by 90 ° are offset by the current .the other coil, and wherein -the longitudinal axes of the coil at least approximately aüfeinan.der perpendicular, this object is ACCORDING the invention achieved by the fact that each coil consists of the parallel connection of several - sub-coils and that the number of sub-coils, the number of turns per coil section and the width of the tape used for the individual turns are chosen so that the input impedance: the entire, with that of the constant magnetic field magnetized gyromagnetic disk filled coil system ms is equal to the characteristic impedance of the connecting lines.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Anzahl der Windungen jeder Teilspule gleich ist der Anzahl der einander-parallelgeschalteten Teilspulen. -Der Aufbau der Spulen kann dabei vorteilhaft in der Weise getroffen sein, daß die Windungen der Teilspulen zueinander parallel verlaufen, daß .die für eine vollständige Windung erforderliche Hin- und Rückführung in einer senkrecht zur Spulenachse liegenden Ebene verlaufen und daß einander unmittelbar benachbarte Windungen unterschiedlichen Teilspulen angehören.It is advantageous if the number of turns of each sub-coil is the same as the number of partial coils connected in parallel. -The structure the coils can advantageously be made in such a way that the turns the partial coils run parallel to each other that .the for a complete turn required return and return in a perpendicular to the coil axis Run level and that immediately adjacent turns are different Belong to partial coils.

Es ist ferner daran gedacht, den Spulenaufbau derart zu wählen, daß die Windungen der Teilspulen zueinander parallel verlaufen,- daß . die für eine- voll= ständige Windung-;erförderliche Hin- -und Rückführung in einer senkrecht zur Spulenachse fliegenden Ebene verlaufen und däß die Teilspulen derart nacheinander gewickelt sind, daß sich an die letzte Windung einer Teil-spule,--die erste Windung der-darauffolgenden Teilspule anschließt.It is also thought to choose the coil structure such that the turns of the sub-coils run parallel to one another, - that. which for one- full = constant winding; required return and return in a perpendicular to the Coil axis running plane and that the sub-coils in such a way one after the other are wound that is attached to the last turn of a part-coil, - the first turn the subsequent sub-coil connects.

Eine für die Praxis günstige Ausführungsform ist ferner dann gegeben; wenn die für eine vollständige Windung erforderliche Hin- und Rückführung jeweils in Ebenen liegen, die gegenüber einer auf der Spulenachse senkrecht stehenden Ebene geringfügig geneigt sind und deren Neigungswinkel etwa entgegengesetzt .gleich groß ist, wenn jeweils die Windungen der Teilspulen zueinander parallel verlaufen und wenn die Teilspulen :derart nacheinander gewickelt sind, daß sich an die letzte Windung einer Teilspule die erste Windung der darauffolgenden Teilspule anschließt.An embodiment which is favorable in practice is then also given; if the required for a complete turn back and forth respectively lie in planes which are opposite to a plane perpendicular to the coil axis are slightly inclined and their angle of inclination is approximately opposite .equally large is when the turns of the coil sections run parallel to each other and if the sub-coils: are wound one after the other in such a way that the last Turn of a coil section is followed by the first turn of the following coil section.

Der Spulenaufbau läßt sich auch in der Weise wählen, daß,die für eine vollständige Windung erforderliche Hin- und Rückführung jeweils in Ebenen liegen, :die gegenüber einer auf der Spulenachse senkrecht stehenden Ebene :geringfügig geneigt sind und deren Neigungswinkel etwa entgegengesetzt gleich groß ist, daß jeweils- die Windungen ;der Teilspulen zueinander parallel verlaufen und daß die Teilspulen derart nacheinander gewickelt sind, daß die gleiche Windung einer Teilspule auf die gleiche Windung der ihr vorhergehenden Teilspule folgt.The coil structure can also be chosen in such a way that that for a complete winding required outward and return lines are each in planes, : the plane that is perpendicular to the axis of the coil: slightly are inclined and the angle of inclination is approximately the same opposite that in each case the turns of the partial coils run parallel to one another and that the Partial coils are wound one after the other in such a way that the same turn of a partial coil follows the same turn of the preceding coil section.

Einfache technische Herstellungsmöglichkeiten werden dadurch erreicht, wenn .die einzelnen Spulenwindungen untereinander :den gleichen Abstand haben.Simple technical manufacturing possibilities are achieved by if .the individual coil windings among themselves: have the same distance.

Ein möglichst homogenes magnetisches Wechselfeld zirkularer Polarisation läßt sich dadurch erzielen, daß die aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe etwa .die Form eines Quadrats hat und daß die Dicke der Scheibe kleiner ist als ein Zehntel der Seitenlänge des Quadrats.A magnetic alternating field of circular polarization that is as homogeneous as possible can be achieved in that the disk consisting of gyromagnetic material about .the shape of a square and that the thickness of the disc is smaller than one tenth of the side of the square.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Teilspulen auf einen Rahmen dielektrischen Materials gewickelt sind, dessen Dicke etwa der Dicke -der aus - gyromagnetischem Material bestehenden Scheibe entspricht, wenn die aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe innerhalb .des Rahmens befestigt ist und wenn der Rahmen an seinem Umfang mit kammartig :geformten Aussparungen versehen ist, in die die einzelnen Windungen eingelegt sind.It is also advantageous if the sub-coils are dielectric on a frame Material are wound, the thickness of which is about the thickness of the gyromagnetic Material corresponds to the existing disc if the gyromagnetic material existing disc within .des frame is attached and when the frame is attached to his Perimeter with comb-like: shaped recesses into which the individual Turns are inserted.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Windungen derart straff gewickelt sind, daß sie zur Oberfläche oder aus gyromagnetischem Material .bestehenden Scheibe möglichst genau parallel verlaufen, und wenn die aufeinander senkrecht stehenden Spulen durch Zwischenlage einer aus isolierendem Material bestehenden Folie gegeneinander isoliert sind.It is also advantageous if the individual turns are so tight are wound so that they are on the surface or made of gyromagnetic material Disc as exactly parallel as possible, and if the mutually perpendicular Coils by interposing a film made of insulating material against one another are isolated.

Weiterhin ist es günstig; wenn zwischen die aus gyromagnetischem Material bestehenden Scheibe und die ihr unmittelbar benachbarte Spule eine aus einem isolierenden Material bestehende Folie eingelegt ist, deren Dicke ,derart-gewählt ist, daß das Richtverhältnis ein Maximum ist.It is also cheap; if between those made of gyromagnetic material existing disc and its immediately adjacent coil one of an insulating Material existing film is inserted, the thickness of which is selected such that the Directional ratio is a maximum.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend .die .Erfindung noch näher erläutert.The .invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail.

Die F i g. 1 zeigt .das an sich .bekannte Prinzipschaltbild. In der Schaltung sind ;dabei zwei Spulen S1 und S2 derart angeordnet., daß ihre Längsachsen aufeinander senkrecht- stehen. Zwischen den Eingangsklemmen 1 und 1' und der Spule S 1 liegt ein in seinem Kapazitätswert veränderbarer Konden= Bator C, im Längszweig der Schaltung. Der Spule S2 ist im Querzweig der Schaltung ein in seinem Kapazitätswert veränderbarer Kondensator Cp parallel geschaltet. Die Ausgangsklemmen der Schaltung sind mit 2 und 2' bezeichnet. Durch die Serienschaltung des Kondensators Cs und die nachfolgende Parallelschaltung ides Kondensators Cp ist .der in der Spule S2 fließende Strom um 90° phasenverschoben gegenüber dem in der Spule S1 fließenden Strom. Wegen der aufeinander senkrecht stehenden Spulenlängsachsen entsteht in Verbindung mit der 90°-Phasenverschiebung des .die Spulen durchfließenden Stromes im Raum zwischen den ,Spulen ein zirkular polarisiertes magnetisches Wechselfeld, in das eine aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe eingebracht werden muß. Die Sperrdämpfung a, bzw. die Durchlaßdämpfung a" eines derartigen nichtreziproken Vierpoles .sind dann in bekannter Weise durch die Beziehungen a,=20 log UJUe bzw. a"=20 log UJUa in Dezibel gegeben, wenn U, und U" die an den Klemmen 1, 1' bzw. an den Klemmen 2, 2' liegenden Spannungen sind.The F i g. 1 shows the block diagram known per se. Two coils S1 and S2 are arranged in the circuit in such a way that their longitudinal axes are perpendicular to one another. Between the input terminals 1 and 1 'and the coil S 1 there is a capacitance value of variable capacitor = Bator C, in the series branch of the circuit. A capacitor Cp whose capacitance value can be changed is connected in parallel with the coil S2 in the shunt arm of the circuit. The output terminals of the circuit are labeled 2 and 2 '. As a result of the series connection of the capacitor Cs and the subsequent parallel connection of the capacitor Cp, the current flowing in the coil S2 is phase-shifted by 90 ° with respect to the current flowing in the coil S1. Because of the mutually perpendicular coil longitudinal axes, in conjunction with the 90 ° phase shift of the current flowing through the coils in the space between the coils, a circularly polarized alternating magnetic field into which a disk made of gyromagnetic material must be introduced. The blocking attenuation a, or the transmission attenuation a "of such a non-reciprocal four-pole .sind then in a known manner by the relationships a, = 20 log UJUe or a" = 20 log UJUa given in decibels, if U, and U "the Terminals 1, 1 'or voltages applied to terminals 2, 2'.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß zur Erzielung eines hohen Richtverhältnisses der gyromagnetische Werkstoff in einem möglichst homogenen magnetischen Wechselfeld zirkularer Polarisation liegen muß. Zusätzlich müssen die Spulen der Form des gyromagnetischen Materials möglichst genau angepaßt sein, auch wenn dieses wegen der relativ niedrigen Frequenz in Form einer dünnen Scheibe ausgebildet sein muß. Ferner dürfen die Spulen nicht wesentlich größer als die aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe sein, und die Längsachsen müssen möglichst genau senkrecht zueinanderstehen. Es muß ferner die Induktivität der Spulen so groß sein, daß der Betrag ihres Scheinwiderstandes gleich dem Wellenwiderstand der Zuführungsleitungen ist, um in einem möglichst breiten Frequenzband eine gute Anpassung an die Zuführungsleitungen zu erreichen. Darüber hinaus muß die Streukapazität zwischen den einzelnen Spulen möglichst klein sein. Diese Forderungen lassen sich in verhältnismäßig einfacher Weise dadurch erfüllen, daß jede Spule aus der Parallelschaltung mehrerer Teilspulen besteht und daß die Zahl der Teilspulen, die Windungszahl je Teilspule und die Breite des für die einzelnen Windungen verwendeten Bandes derart gewählt sind, daß der Eingangsscheinwiderstand des gesamten, mit der durch das magnetische Gleichfeld magnetisierten gyromagnetischen Scheibe gefüllten Spulensystems gleich dem Wellenwiderstand der Anschlußleitungen ist.The invention is based on the knowledge that to achieve a high directivity of the gyromagnetic material in a possible way homogeneous magnetic alternating field of circular polarization must lie. Additionally the coils must match the shape of the gyromagnetic material as precisely as possible even if this is in the form of a thin because of the relatively low frequency Disc must be formed. Furthermore, the coils must not be significantly larger than the disk made of gyromagnetic material, and the longitudinal axes must be are as exactly perpendicular to each other as possible. It must also be the inductance of the coils be so large that the amount of their impedance equals the wave resistance of the feed lines is to be a good one in as broad a frequency band as possible To achieve adaptation to the supply lines. In addition, the stray capacitance be as small as possible between the individual coils. These demands can be meet in a relatively simple manner that each coil from the parallel circuit consists of several sub-coils and that the number of sub-coils, the number of turns each Partial coil and the width of the tape used for the individual turns in such a way are chosen that the input impedance of the whole, with that by the magnetic DC field magnetized gyromagnetic disc filled coil system equal the characteristic impedance of the connecting lines.

Für den Spulenaufbau lassen sich zweckmäßig die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Anordnungen verwenden, die in der Weise ausgebildet sind, daß die Anzahl der Windungen jeder Teilspule gleich ist der Anzahl der einander parallelgeschalteten Teilspulen.For the coil structure, the ones shown in FIGS. 2 and 3 use the arrangements shown, which are designed in such a way that the number of the turns of each sub-coil is the same as the number of turns connected in parallel Partial coils.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist eine aus gyromagnetischem Material, wie beispielsweise Ferrit, bestehende quadratische Scheibe 5 in einen aus einem Kunststoff bestehenden Rahmen 6 eingebracht. Die Spulen sind dabei derart angeordnet, daß die Windungen jeder einzelnen Spule zueinander parallel verlaufen und daß die für eine vollständige Windung erforderliche Hin- und Rückführung jeder einzelnen Windung in einer senkrecht zur Spulenachse 4 liegenden Ebene verlaufen. Die Parallelschaltung der einzelnen Spulen wird so vorgenommen, daß einander unmittelbar benachbarte Windungen unterschiedlichen einzelnen Spulen angehören. Die F .i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei einzelne Spulen parallel geschaltet sind und bei dem jede einzelne Spule aus zwei Windungen besteht. Als Material wird ein flaches Kupferband 3 verwendet. Die erste Teilspule besteht aus den Windungen W 1 und W2, die zweite Teilspule besteht aus den Windungen W 1' und W2'. Die Windungen W 1 und W l' der beiden Teilspulen sind an ihrem Windungsanfang A 1 und A 2 miteinander verbunden. Die Hin- und Rückführungen der einzelnen Spulenwindungen liegen senkrecht übereinander, so daß in der Draufsicht der F i g. 2 lediglich die jeweiligen Hinführungen zu sehen sind. Die Punkte, an denen die einzelnen Spulenwindungen durch den Rahmen 6 hindurchstoßen, sind in der Weise gewählt, daß sich die einzelnen Windungen nicht in unerwünschter Weise berühren. Die Endpunkte E1 und E2 der Teilspulen sind ebenfalls miteinander verbunden, so daß die beiden Teilspulen parallel geschaltet sind. In der F i g. 2 a ist zur besseren übersieht die Anordnung der Windungen und ihre Zusammenschaltung nochmals schematisch dargestellt. Dabei sind zur besseren übersieht die einzelnen Hin- und Rückführungen geringfügig gegeneinander versetzt gezeichnet. Die Hinführungen sind durch ausgezogene Linien und die an der Unterseite der Scheibe 5 verlaufenden Rückführungen gestrichelt gezeichnet. Die Punkte, an denen gestrichelte und ausgezogene Linien aneinanderstoßen, sind als Durchstoßpunkte zu betrachten, an denen die an der Unterseite des Rahmens 6 verlaufenden Windungsanteile durch den Rahmen 6 hindurchstoßen.In the embodiment of FIG. 2, a square disk 5 made of a gyromagnetic material, such as ferrite, is inserted into a frame 6 made of a plastic. The coils are arranged in such a way that the turns of each individual coil run parallel to one another and that the return and return of each individual turn required for a complete turn run in a plane perpendicular to the coil axis 4. The parallel connection of the individual coils is carried out in such a way that directly adjacent turns belong to different individual coils. The F .i g. 2 shows an embodiment in which two individual coils are connected in parallel and in which each individual coil consists of two turns. A flat copper tape 3 is used as the material. The first coil section consists of turns W 1 and W2, the second coil section consists of turns W 1 'and W2'. The turns W 1 and W 1 'of the two sub-coils are connected to one another at their start of turns A 1 and A 2. The outward and return lines of the individual coil windings are perpendicular to one another, so that in the plan view of FIG. 2 only the respective introductory guides can be seen. The points at which the individual coil turns penetrate the frame 6 are selected in such a way that the individual turns do not touch each other in an undesirable manner. The end points E1 and E2 of the coil sections are also connected to one another, so that the two coil sections are connected in parallel. In FIG. 2 a is shown again schematically for a better overview of the arrangement of the windings and their interconnection. For a better overview, the individual outward and return lines are drawn slightly offset from one another. The leads are drawn in solid lines and the return leads running on the underside of the disk 5 in dashed lines. The points at which dashed and solid lines meet are to be regarded as penetration points at which the winding portions running on the underside of the frame 6 penetrate the frame 6.

In der F i g. 3 ist eine weitere Möglichkeit zum Aufbau der Spulenwicklungen gezeigt. Dabei liegt wiederum in einem aus Kunststoff bestehenden Rahmen 6 eine aus gyromagnetischemMaterial bestehende Scheibe 5. Die einzelnen Teilspulen bestehen je aus zwei Windungen W I und W 2 bzw. WI'* und W2", die untereinander den gleichen Abstand haben. Die Spulen sind dabei derart gewickelt, daß die einzelnen Windungen zunächst hintereinander aufgewickelt und dann parallel geschaltet sind. Der Anfang A 1 und A 2 jeder einzelnen Teilspule und das Ende E1 und E2 sind miteinander verbunden, so daß die gewünschte Parallelschaltung entsteht. Bei dieser Schaltungsart ist die erste Windung einer Teilspule der letzten Windung der vorhergehenden Teilspule benachbart. Die einzelnen Spulenwindungen verlaufen zueinander parallel und sind gegenüber einer auf der Spulenachse senkrecht stehenden Ebene geringfügig geneigt. Die Neigungswinkel der Hin- und Rückführung sind etwa entgegengesetzt gleich groß.In FIG. 3 shows a further possibility for building up the coil windings. A disk 5 made of gyromagnetic material lies in a frame 6 made of plastic. The individual coil sections each consist of two turns WI and W 2 or WI '* and W2 ", which are the same distance from one another. The coils are of this type wound so that the individual turns are first wound one behind the other and then connected in parallel. The beginning A 1 and A 2 of each sub-coil and the end E1 and E2 are connected to each other so that the desired parallel connection is created. In this type of connection, the first turn is one The individual coil windings run parallel to one another and are slightly inclined with respect to a plane perpendicular to the coil axis.

Die in der F i g. 3 gezeigte Windungsart läßt sich analog auch auf das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 anwenden. In diesem Fall verlaufen die Windungen der Teilspulen zueinander parallel, und die für eine vollständige Windung erforderliche Hin- und Rückführung verlaufen in einer Ebene, die senkrecht auf die Längsachse der Spule steht. Die einzelnen Teilspulen sind nacheinander gewickelt und derart geschaltet, daß sich an die letzte Windung einer Teilspule die erste Windung der darauffolgenden Teilspule anschließt. . - In ähnlicher Weise läßt sich auch die in der F i g. 2-gezeigte Windungsart auf das Ausführungsbeispiel der F i g. 3 anwenden. Dabei liegen dann die für: eine vollständige Windung_ erforderliche Hin- .und-Rückführung jeweils in slchen Ebenen, die gegenüber einer auf der Spulenachse senkrecht stehenden Ebene geringfügig geneigt sind. Der Neigungswinkel- der-Ebene, in der die Rückführung verläuft, ist etwa entgegengesetzt gleich groß dem Neigungswinkel .derjenigen Ebene, in der die Hinführung verläuft. Die Windungen der einzelnen Teilspulen verlaufen zueinander parallel, und die Teilspulen sind derart nacheinander gewickelt und derart geschaltet, daß die gleiche Windung einer Teilspule auf die gleiche Windung der ihr vorhergehenden Teilspule folgt.The in the F i g. 3 shown winding type can also be analogous to the embodiment of FIG. 2 apply. In this case the windings run of the partial coils parallel to each other, and the one required for a complete turn There and back run in a plane that is perpendicular to the longitudinal axis the bobbin is at a standstill. The individual sub-coils are wound one after the other and in such a way switched that the first turn of the subsequent sub-coil connects. . - In a similar way lets the in the F i g. 2-type of winding shown on the embodiment of FIG F i g. 3 apply. There are then those required for: a complete turn_ There and back in each case in the same planes, the opposite of one on the reel axis vertical plane are slightly inclined. The angle of inclination of the plane in which the return runs is approximately the same size as the angle of inclination .that level in which the lead takes place. The turns of the individual coil sections run parallel to one another, and the sub-coils are wound one after the other in this way and switched in such a way that the same turn of a sub-coil on the same turn which follows its preceding sub-coil.

In der F i g. 4 ist ein für die Anwendung in einem nichtreziproken Vierpol geeigneter Spulenaufbau gezeichnet, bei dem die Windungsart gemäß der F i g. 3 verwendet ist. Die Spulen S 1 und S 2 sind auf einen aus dieelektrischem Material bestehenden Rahmen 6' gewickelt, dessen Dicke etwa der Dicke der aus gyromagnetischem Material bestehenden Scheibe 5 entspricht. Zur einfachen Herstellung der Spulenwindungen sind im Rahmen 6' kammartige Aussparungen 7 vorgesehen, in die die einzelnen Windungen. eingelegt sind. Durch diese Anordnung der beiden Spulen S1 und S2 wird eine Vielzahl von Kreuzungspunkten zweier aufeinander senkrecht stehender Spulenwindungen erreicht und damit an vielen Stellen des gyromagnetischen Materials gleichzeitig ein zirkularpolarisiertes Feld angeregt, wodurch sich eine erhebliche Erhöhung der Wirksamkeit erreichen läßt. So läßt sich bei einem für einen Frequenzbereich von etwa 220 bis 240 MHz realisierten Ausführungsbeispiel eine Sperrdämpfung von etwa 20 db an den Bandgrenzen bei einer maximalen Durchgangsdämpfung von etwa 0,7 db erzielen. Wie sich gezeigt hat, hat die in der F i g. 4 gezeigte Wicklungsart ein günstigeres Verhältnis von Sperr- zu Durchgangsdämpfung als die in der F i g. 2 dargestellte Wicklungsart. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß die aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe 5 mit genau der gleichen Anzahl von Kreuzungspunkten belegt ist, wie bei einer gemäß der F i g. 2 ausgebildeten Windungsart. Darüber hinaus sind bei einer Windungsart gemäß der F i g. 3, wie sie im Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 4 angewendet -ist, die an der Oberseite der Scheibe 5 liegenden Kreuzungspunkte gegenüber den an der Unterseite der Scheibe 5 liegenden Kreuzungspunkte versetzt, wodurch sich eine außerordentlich gleichmäßige Belegung- der gesamten Oberfläche der Scheibe 5 mit Kreuzungspunkten aufeinander senkrecht stehender Windungen erzielen -läßt. Als Beispiel hierfür sind in der Fig.4 die Kreuzungspunkte 10,11,12,13 -an der Oberseite der Scheibe 5 und die Kreuzungspunkte 15,16,17,18 an der Unterseite der Scheibe eingezeichnet. Um eine möglichst große Wirkung zu erzielen, ist es zweckmäßig, die einzelnen Windungen derart straff zu wickeln, daß sie zu der Oberfläche der aus gyromagnetischem Material bestehenden Scheibe 5 möglichst parallel verlaufen. Es hat sich gezeigt, daß durch Zwischenlage einer Folie aus isolierendem Material zwischen die Scheibe aus gyromagnetischem Material und die ihr unmittelbar benachbarte Spule das Richtverhältnis zu beeinflussen ist. Mit wachsender Dicke der Zwischenlage wird es zunächst größer, erreicht einen Maximalwert und nimmt dann wieder ab. Um die einzelnen Spulen s.1 "und S 2 voneinanderzu isolieren, wird zweckmäßig, zwischen die zur Spule S 1 und zur Spule S 2 gehörenden Windungen eine aus dielektrischem Material bestehende Folie eingelegt. Wenn die aus gyromagnetischem Material, bestehende Scheibe 5 die Form eines Quadrats hat und wenn die Dicke der Scheibe- kleiner ist als- ein Zehntel der Seitenlänge. des Quadrats, dann ist der Wirkungsgrad eines derartigen Spulenaufbaus besonders groß. Durch diese Ausbildung liegen nämlich sämtliche Kreuzungspunkte im Bereich der Scheibe 5, und es 'l'äßt sich -ein möglichst homogenes magnetisches Wechselfeld zirkularer Polarisation erzielen.In FIG. FIG. 4 shows a coil structure suitable for use in a non-reciprocal quadrupole, in which the type of winding according to FIG. 3 is used. The coils S 1 and S 2 are wound on a frame 6 'made of dieelectric material, the thickness of which corresponds approximately to the thickness of the disk 5 made of gyromagnetic material. For simple production of the coil windings, comb-like recesses 7 are provided in the frame 6 ', into which the individual windings. are inserted. This arrangement of the two coils S1 and S2 achieves a large number of intersection points between two perpendicular coil windings and thus excites a circularly polarized field at many points of the gyromagnetic material at the same time, whereby a considerable increase in effectiveness can be achieved. In an exemplary embodiment implemented for a frequency range of approximately 220 to 240 MHz, a blocking attenuation of approximately 20 db at the band limits can be achieved with a maximum through loss of approximately 0.7 db. As has been shown, the in FIG. 4 shows a more favorable ratio of blocking to throughput attenuation than that in FIG. 2 winding type shown. The reason for this can be seen in the fact that the disk 5 made of gyromagnetic material has exactly the same number of intersection points as in the case of one according to FIG. 2 trained type of winding. In addition, with a type of winding according to FIG. 3, as shown in the exemplary embodiment according to FIG. 4 is applied, the crossing points on the upper side of the disc 5 offset from the crossing points on the underside of the disc 5, whereby an extremely uniform occupancy of the entire surface of the disc 5 with crossing points of perpendicular turns can be achieved. As an example of this, the intersection points 10, 11, 12, 13 on the top of the pane 5 and the intersection points 15, 16, 17, 18 on the underside of the pane are shown in FIG. In order to achieve the greatest possible effect, it is expedient to wind the individual turns so tightly that they run as parallel as possible to the surface of the disk 5 made of gyromagnetic material. It has been shown that the directivity can be influenced by interposing a film made of insulating material between the disk made of gyromagnetic material and the coil immediately adjacent to it. As the thickness of the intermediate layer increases, it initially becomes larger, reaches a maximum value and then decreases again. In order to isolate the individual coils s.1 ″ and S 2 from one another, it is expedient to insert a film made of dielectric material between the turns belonging to coil S 1 and coil S 2. If the disk 5 made of gyromagnetic material has the shape of a And if the thickness of the disk is less than a tenth of the side length of the square, then the efficiency of such a coil structure is particularly high, because this design means that all intersection points lie in the area of disk 5 and leave it -a possible homogeneous magnetic alternating field of circular polarization.

Wie der F i g. 4 -zu entnehmen ist, ergeben sich durch die Parallelschaltung je zweier Spulen, von denen jede aus zwei Windungen besteht, bereits sechzehn Kreuzungspunkte zweier aufeinander senkrecht stehender Windungen-- auf jeder Oberflächenseite der aus . gyromagnetischem Material bestehenden Scheibe 5. In analoger Weiterbildung. des Erfindungsgedankens läßt sich die Zahl der Kreuzungspunkte beliebig dadurch vermehren, daß die Spulen S1 bzw. S_2"aus mehr als zwei Teilspulen mit an sich beliebiger Wincrurlgszähl bestehen; wenn dabei nur darauf geachtet wird; daß der Eingangsscheinwiderstand des gesamten Spulensystems, das auf -die durch das magnetische Gleichfeld magnetisierte, aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe aufgebracht ist, gleich ist dem Wellenwiderstand der Anschlüßleitungen.Like the fig. 4 - can be seen, result from the parallel connection two coils each, each of which consists of two turns, already sixteen crossing points two turns perpendicular to each other - on each surface side of the the end . gyromagnetic material existing disk 5. In analog training. the idea of the invention can be the number of crossing points arbitrarily multiply that the coils S1 and S_2 "consist of more than two sub-coils with any per se Wincrurlgs count exist; if only attention is paid to it; that the input impedance of the entire coil system, which is magnetized by the constant magnetic field, made of gyromagnetic material is applied disk, is the same Characteristic impedance of the connection lines.

In der F i g. 5 ist schematisch der Aufbau einer Richtungsleitung in geöffnetem Zustand gezeigt. Auf einer metallischen Grundplatte 20 sind die Kondensatoren 21 und 22 befestigt. An den Kondensator 21 führt eine als Koaxialleitung ausgebildete Zuführungsleitung 23, deren Außenleiter über ein Halteblech24 unmittelbar mit der metallischen Platte 20 verbunden ist. Der Innenleiter 25 führt zum Kondensator 21. In analoger Weise ist die Ausgangsleitung 26 ausgebildet, deren Innenleiter 27 mit dem Kondensator 22 und deren Außenleiter 28 mit der metallischen Grundplatte 20 verbunden ist. In Serie mit dem Kondensator 21 ist die Spule S1 geschaltet, während die Spule S2 parallel zum Kondensator 22 liegt, so daß das gemäß der F i g. 1 ausgebildete Schaltbild realisiert wird. Für den Aufbau der Spulen wird eine gemäß der F i g. 4 ausgebildete Anordnung verwendet, die im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 nur noch schematisch angedeutet ist. Das magnetische Gleichfeld wird durch zwei Dauermagneten 30,31 erzeugt, die über das. Joch 32 miteinander verbunden sind, so daß sich der magnetische Kraftfluß der Dauermagneten 30 und 31 über die aus gyromagnetischem Material bestehende Scheibe 5 und das Joch 32 schließt.In FIG. 5 shows schematically the structure of a directional line in the open state. The capacitors 21 and 22 are attached to a metallic base plate 20. A feed line 23 in the form of a coaxial line leads to the capacitor 21 , the outer conductor of which is connected directly to the metallic plate 20 via a holding plate 24. The inner conductor 25 leads to the capacitor 21. The output line 26 is formed in an analogous manner, the inner conductor 27 of which is connected to the capacitor 22 and the outer conductor 28 of which is connected to the metallic base plate 20 . The coil S1 is connected in series with the capacitor 21, while the coil S2 is parallel to the capacitor 22, so that according to FIG. 1 trained circuit diagram is realized. For the construction of the coils, one according to FIG. 4 designed arrangement is used, which in the embodiment of FIG. 5 is only indicated schematically. The constant magnetic field is generated by two permanent magnets 30, 31 which are connected to one another via the yoke 32, so that the magnetic flux of the permanent magnets 30 and 31 via the disk 5 and yoke 32 made of gyromagnetic material closes.

Wie einleitend bereits. erwähnt, lassen sich .die-vorstehend beschriebenen Anordnungen zur Erzeugung eines zirkulär polarisierten Magnetfeldes im Bereich der Meter- und Dezimeterwellen auch in elektrischen Vierpolen . einsetzen, die in unterschiedlichen übertragungsrichtungen unterschiedlichePhasendrehungen bewirken. Wegen der hohen Wirksamkeit bei der Erzeugung eines zirkular polarisierten Magnetfeldes bei gleichzeitig guter Anpassung und geringer Durchgangsdämpfung läßt sich bei derartigen nichtreziproken Phasenschiebern ein relativ großes Verhältnis von nichtreziproker Phasenschiebung zur Durchgangsdämpfung erreichen.As in the introduction. mentioned, can .die-described above Arrangements for generating a circularly polarized magnetic field in the area of Meter and decimeter waves also in electric quadrupoles. use that in different directions of transmission cause different phase rotations. Because of the high Effectiveness in generating a circularly polarized magnetic field at the same time good matching and low transmission loss can be non-reciprocal with such Phase shifters have a relatively large ratio of non-reciprocal phase shifts to achieve through attenuation.

Claims

Claims: 1. Non-reciprocal quadrupole, especially for the Frequency range of the meter and decimeter waves in which one is under the influence of one Magnetic constant field, consisting of gyromagnetic material disc of two made of a thin strip of metallic material, preferably a copper strip, existing coils is surrounded by a common voltage source in such a way are fed that the current of a coil is phase shifted by 90 ° with respect to the current of the other coil, and in which the longitudinal axes of the coils at least approximately are perpendicular to each other, characterized in that each coil from the parallel circuit consists of several sub-coils and that the number of sub-coils, the number of turns each Partial coil and the width of the tape used for the individual turns in such a way are chosen that the input impedance of the whole, with that by the magnetic DC field magnetized gyromagnetic disc filled coil system equal the characteristic impedance of the connecting lines.

2. Non-reciprocal quadrupole after Claim 1, characterized in that the number of turns of each sub-coil is the same as the number of sub-coils connected in parallel.

3. Non-reciprocal Quadrupole according to Claim 1 or 2, characterized in that the turns of the partial coils run parallel to each other that the necessary for a complete turn There and back run in a plane perpendicular to the coil axis and that directly adjacent turns of different sub-coils belong.

4. Non-reciprocal quadrupole according to claim 1 or 2, characterized in that that the turns of the sub-coils run parallel to each other, that for a complete turn required back and forth in a perpendicular to the coil axis lying plane and that the sub-coils are wound one after the other in such a way that that the first turn of the following is attached to the last turn of a sub-coil Sub-coil connects.

5. Non-reciprocal quadrupole according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the required for a complete turn there and back each lie in planes which are opposite to a perpendicular to the coil axis The plane is slightly inclined and the angle of inclination is approximately the same in opposite directions it is large that the turns of the partial coils each run parallel to one another and that the sub-coils are wound one after the other in such a way that the last Turn of a coil section is followed by the first turn of the following coil section.

6. Non-reciprocal quadrupole according to claim 1 or 2, characterized in that the for a complete turn required forwards and backwards in each case in planes are slightly opposite to a plane perpendicular to the coil axis are inclined and the angle of inclination is approximately the same opposite that the turns of the partial coils each run parallel to one another and that the partial coils are wound one after the other in such a way that the same turn of a sub-coil the same turn of the preceding coil section follows.

7. Non-reciprocal quadrupole according to one of the preceding claims, characterized in that the individual Coil windings have the same distance from one another. B.

Non-reciprocal quadrupole according to one of the preceding claims, characterized in that the gyromagnetic Material existing disc has approximately the shape of a square and that the thickness of the Slice is less than one-tenth the length of the side of the square.

9. Non-reciprocal Quadrupole according to one of the preceding claims, characterized in that the Partial coils are wound on a frame of dielectric material, the thickness of which corresponds approximately to the thickness of the disk made of gyromagnetic material, that the disk made of gyromagnetic material is fixed within the frame is and that the frame is provided with comb-shaped recesses on its circumference into which the individual windings are inserted.

10. Non-reciprocal quadrupole according to one of the preceding claims, characterized in that the individual Windings are so tightly wound that they to the surface of the gyromagnetic Material existing disc as exactly parallel as possible, and that the one on top of the other vertically standing coils by interposing one made of insulating material Foil are insulated from each other.

11. Non-reciprocal quadrupole according to claim 10, characterized in that existing between the gyromagnetic material Disc and the coil immediately adjacent to it one made of an insulating material existing film is inserted, the thickness of which is chosen such that the directional ratio is a maximum. Documents considered: Belgian patent specification no. 647 716.