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DE1217002B - Tunable filter for very short electromagnetic waves, which can be tuned by means of the magnetocrystalline anisotropy properties - Google Patents

Tunable filter for very short electromagnetic waves, which can be tuned by means of the magnetocrystalline anisotropy properties

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Publication number
DE1217002B
DE1217002B DES92363A DES0092363A DE1217002B DE 1217002 B DE1217002 B DE 1217002B DE S92363 A DES92363 A DE S92363A DE S0092363 A DES0092363 A DE S0092363A DE 1217002 B DE1217002 B DE 1217002B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tunable filter
filter according
crystal
crystals
ferrimagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES92363A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Phys Dieter Roth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DES92363A priority Critical patent/DE1217002B/en
Publication of DE1217002B publication Critical patent/DE1217002B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/215Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material
    • H01P1/218Frequency-selective devices, e.g. filters using ferromagnetic material the ferromagnetic material acting as a frequency selective coupling element, e.g. YIG-filters

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

Abstimmbares Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, das mittels der magnetokristallinen Anisotropieeigenschaften abstimmbar ist Die Erfindung betrifft ein abstimmbares Filter für das Mikrowellengebiet, bei dem im Zuge einer der Übertragung elektromagnetischer Energie dienenden Leitung wenigstens ein unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehender Ferrit-Einikristall angeordnet ist.Tunable filter for very short electromagnetic waves that The invention can be tuned by means of the magnetocrystalline anisotropy properties relates to a tunable filter for the microwave region in which in the course of a at least one line serving the transmission of electromagnetic energy arranged under the influence of a constant magnetic field standing ferrite single crystal is.

Im Mikrowe.Ilenbereich- sind die. verschiedensten Anordnungen- von Resonanzkreisen und Filtern bekannt. Darunter sind solche, bei denen die Eigenschafteii der ferromagnetischen Resonanz sogenannter ferrimagnetischer Kristalle ausgenutzt werden. Bei derartigen. Anordnungen wird in der Regel ein ferrimagnetischer Kristall beispielsweise im Zuge eines Holilleiters vorgesehen. Für die Wirkungsweise ist es hierbei erforderlich, den Kristall einem magnetischen Gleichfeld auszusetzen, das durch Permanentmagneten oder Elektr.omägneten erzeugt wird. , Wird zur Erzeugung des Magnetfeldes ein Elektromagnet benutzt, so kann dieses durch Veränderung des Spulenstromes variiert werden. Bei technischen Anwendungen wird man jedoch einen Permanentmagneten bevorzugen, dä dieser kleiner und leichter ist und zum Betrieb keine elektrische Leistung benötigt. Das Feld von Permanentniagneten kann mit Hilfe von zusätzlichen Spulen oder durch magnetische Nebenschlüsse abgestimmt werden. - Außer dem Aufwand an Material und Gewicht kommt im ersten Fall die stabilisierte elektrische Stromversorgung hinzu, und im zweiten Fall ist die präzise Verschiebung relativ großer Massen notwendig.In the micro-wave range, they are. various arrangements of resonance circuits and filters known. These include those in which the properties of ferromagnetic resonance of so-called ferrimagnetic crystals are used. With such. Arrangements, a ferrimagnetic crystal is usually provided, for example in the course of a hollow conductor. In order to work, it is necessary to expose the crystal to a constant magnetic field that is generated by permanent magnets or electr. For generating the magnetic field is an electromagnet is used, this can be varied by changing the coil current. In technical applications, however, a permanent magnet will be preferred because it is smaller and lighter and does not require any electrical power to operate. The field of permanent niagnets can be tuned with the help of additional coils or magnetic shunts. - In addition to the cost of material and weight, in the first case there is also the stabilized electrical power supply, and in the second case the precise displacement of relatively large masses is necessary.

Der -Erfindung liegt die, Aufgabe zugrunde', eine Anordnung zu finden, bei der die -vorzugsweise schmalbändige Abstimmung von Mikrowellenresona# toren ohne die -mit großem Aufwand verbundene Veränderung des Magnetfeldes erfolgt.The invention is based on the 'task' of finding an arrangement in which the -preferably narrow-band tuning of microwave resonators takes place without the change in the magnetic field associated with great effort.

-Die Aufgabe, einen abstimmbaren Resonator für das MikrowellengQbiet, bei dem im Zuge einer der Übertragung elektromagnetischer Energie dienenden Leitung wenigstens ein unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehender Ferrit-Einkristall angeordnet ist, wird erfindunggemäß dadurch gelöst, daß das den Resonator durchsetzende magnetische Gleichfeld einen konstanten Wert hat und daß zur Einstellung der Resonanzfrequenz mit Hilfe der magnetokristallinen Anisotropieeigenschaften der Kristall in dem Gleichfeld drehbar angeordnet ist sowie daß ein Ferrit-Einkristall aus Yttriumeisengranat (nachstehend mit YIG bezeichnet) oder galliumsubstituierten Yttn*umeisengranat, bei dem der Eisenanteil teilweise durch Gallium ersetzt ist, vorgesehen ist. Letzteres besitzt eine wesentlich geringere Sättigungsmagnetisierung bei vergleichbarer oder größerer Anisotropiekonstante 1. OrdnunIg.The object of a tunable resonator for the microwave area, in which at least one ferrite monocrystal under the influence of a constant magnetic field is arranged in the course of a line serving for the transmission of electromagnetic energy, is achieved according to the invention in that the constant magnetic field penetrating the resonator has a has a constant value and that, to adjust the resonance frequency with the help of the magnetocrystalline anisotropy properties, the crystal is rotatably arranged in the constant field and that a ferrite single crystal made of yttrium iron garnet (hereinafter referred to as YIG) or gallium-substituted yttrium iron garnet, in which the iron component is partially replaced by gallium is provided. The latter has a significantly lower saturation magnetization with a comparable or greater anisotropy constant of the 1st order.

Durch die. magnetokristalfine Anisötropie ist die Resonanzfrequenz von ferrimagnetischen Einkristallen bei festem äußerem Magnetfeld, H, -von # der Orientierung des Kristalls abhängig. Die Zusammenhänge bei der ferromagnetischen Resonanz in Anisotropeneinkristall ' e sind,lunter- anderem von C.Kittel, »On the Theory of Ferromagnetic Resongnce Absor-Ption«.-Phys. Rev., 73 (1948), S. 155, und J. 0. Artmann, »Mierawave Resonance. Relations in Amsotropie Single Crystal. Ferrites«, Proc. IRE, 44 (1956), S. 1284, theoretisch untersucht worden.Through the. Magnetocrystalline anisotropy is the resonance frequency of ferrimagnetic single crystals with a fixed external magnetic field, H, - depends on the orientation of the crystal. The relationships in the ferromagnetic resonance in Anisotropeneinkristall 's are other lunter- of C.Kittel, "On the Theory of Ferromagnetic Resongnce sublingually ption" .- Phys. Rev., 73 (1948), p. 155, and J. 0. Artmann, “Mierawave Resonance. Relations in Amsotropy Single Crystal. Ferrites ", Proc. IRE, 44 (1956), p. 1284, has been theoretically investigated.

YIG hat ein. kubisches Kristallgitter und eine nega--7 tive Anisotropiekonstante 1. Ordnung (die.- Anisotropiekonstante 2. Ordnung kann in guter Näherung für diese.Betrachtungen vernachlässigt werdend..YIG has one. cubic crystal lattice and a negative anisotropy constant of the 1st order (the anisotropy constant of the 2nd order can be neglected to a good approximation for these considerations.

In kubischen Kristallen mit negativer AnisotropiekonstanteK1 ist die kristallographische [1001-Richtung eine sogenannte schwere Richtung. Wenn das äußere magnetische Gleichfeld in dieser Richtung anliegt, benötigt man bei fester Frequenz die größte Feldstärke zur Resonanz. Andererseits tritt bei vorgegebenem Magnetfeld die Resonanz bei der niedrigsten Frequenz auf. Die [111]-Richtung ist eine, leichte Richtung, und die [011]-Richtung ist eine mittelschwere Richtung. Die Lage dieser einzelnen Achsen in der Elementarzelle des Kristalls ist in der. Fig. 1 dargestellt. Die ebenfalls in, dieser Figur eingezeichnete (011)-Ebene enthält alle drei angegebenen Richtungen. Die Winkelverhältnisse in der (011)-Ebene sind in der F i g. 2 dargestellt. Dia [1111-(leichte)-Richtung bildet mit der schweren Richtung einen Winkel von 54144'. Für Anwendungen, bei denen ein Abstimmbereich von etwa 400 MHz ausreicht, kann ein Filter aus YIG-Resonatoren durch Veränderung der kristallographischen Orientierung in bezug auf das Magnetfeld abgestimmt werden.In cubic crystals with a negative anisotropy constant K1, the crystallographic [1001 direction is a so-called heavy direction. If the external constant magnetic field is applied in this direction, the greatest field strength is required for resonance at a fixed frequency. On the other hand, for a given magnetic field, the resonance occurs at the lowest frequency. The [111] direction is an easy direction and the [011] direction is a moderate direction. The position of these individual axes in the unit cell of the crystal is in the. Fig. 1 shown. The (011) plane also drawn in this figure contains all three directions indicated. The angular relationships in the (011) plane are shown in FIG . 2 shown. The (easy) direction forms an angle of 54144 'with the difficult direction. For applications in which a tuning range of around 400 MHz is sufficient, a filter made from YIG resonators can be tuned by changing the crystallographic orientation with respect to the magnetic field.

Erfindungsgemäß ist der Einkristall * kugelförmig ausgebildet und so in eine Mikrowellenstruktur eingebaut, daß er vorzugsweise um die Normale zur (011)-Kristallebene drehbar ist und daß das magnetische Gleichfeld stets in der (011)i-jKristallebene liegt. Das magnetische HF-Feld soll senkrecht zu H, gerichtet sein.According to the invention, the single crystal * is spherical and built into a microwave structure in such a way that it is preferably rotatable about the normal to the (011) crystal plane and that the constant magnetic field is always in the (011) i-crystal plane. The magnetic HF field should be directed perpendicular to H.

Liegt H, in [111]-Richtung, dann besteht die Resonanzbedingung Hierbei ist y = 17,6 NIII-1z/Oe das gyromagnetische Verhältnis, Ki die Anisotropiekonstante 1. Ordnung und M, die Sättigungsmagnetisierung.If H, lies in the [111] -direction, then the resonance condition exists Here y = 17.6 NIII-1z / Oe is the gyromagnetic ratio, Ki the first order anisotropy constant and M the saturation magnetization.

Mit H" in schwerer Richtung ergibt sich: für die [0111-Richtung erhält man: Aus der Differenz der Resonanzfrequenzen in leichter und schwerer Richtung kann der optimale Abstimmbereich eines YIG-Resonators bei festem Magnetfeld berechnet werden. Man erhält z. B. einen Abstimmbereich A 420 Wh.With H "in the difficult direction we get: for the [0111 direction one obtains: The optimum tuning range of a YIG resonator with a fixed magnetic field can be calculated from the difference between the resonance frequencies in the light and heavy directions. One obtains z. B. a tuning range A 420 Wh.

Dieser physikalische Effekt wird erfindungsgemäß vorteilhaft bei folgenden abstimmbaren Filtern ausgenutzt* Ein Filter ist so aufgebaut, daß zwei aufeinander senkrecht stehende, an einer Seite kurzgeschlossene Rechteckhohlleiter in dem beiden Hohlleitern gemeinsamen Abschnitt der Kurzschlußwand eine Koppelöffnung aufweisen, in der der ferrimagnetische Kristall drehbar angeordnet ist.According to the invention, this physical effect is advantageous in the following tunable filters exploited * A filter is constructed in such a way that two on top of each other vertical rectangular waveguides short-circuited on one side in the two Waveguides common section of the short-circuit wall have a coupling opening, in which the ferrimagnetic crystal is rotatably arranged.

Ein anderes Filter ist so konstruiert, daß in der Leitung in Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle zwei kugelförmige ferrünagnetische Kristalle hintereinander angeordnet sind und daß beide Kristalle vorzugsweise über einen gemeinsamen Antrieb im Gleichlauf verstellbar sind.Another filter is designed to be in the line in the direction of propagation of the electromagnetic wave, two spherical ferromagnetic crystals one behind the other are arranged and that both crystals preferably have a common drive are adjustable in synchronism.

In ihm kann zwischen den drehbaren ferrimagnetischen Kristallen wenigstens ein weiterer, fest eingestellter ferrimagnetischer Kristall angeordnet sein.In it can at least between the rotatable ferrimagnetic crystals another, fixed ferrimagnetic crystal can be arranged.

Ein weiteres Filter ist so ausgebildet, daß in einem an einem Ende kurzgeschlossenen Rechteckhohlleiter zwei kugelförmige ferrimagnetische Kristalle mit um 901 versetzter schwerer und leichter Richtung drehbar auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.Another filter is designed so that in a rectangular waveguide short-circuited at one end, two spherical ferrimagnetic crystals with heavy and light directions offset by 901 are rotatably arranged on a common axis.

Zuletzt ist ein Filter so ausgeführt, daß in der gemeinsamen metallischen Trennwand zweier zueinander parallellaufender Streifenleitungen ein Koppelschlitz vorgesehen ist und daß zwischen den Innenleitern und dem Koppelschlitz vorzugsweise kugelförmige ferrimagnetische Kristalle drehbar angeordnet sind und daß weiterhin die Innenleiter an ,einer Seite mit den Außenleitern kurzgeschlossen sind, während sie auf der anderen Seite in die Innenleiter koaxialer Zuführungsleitungen übergehen.Finally, a filter is designed so that in the common metallic Partition of two parallel striplines a coupling slot is provided and that preferably between the inner conductors and the coupling slot spherical ferrimagnetic crystals are rotatably arranged and that further the inner conductors on one side are short-circuited with the outer conductors, while on the other hand, they merge into the inner conductors of coaxial feed lines.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

In der F i g. 3 ist schematisch eine abstimmbare Bandsperre dargestellt. In einem Durchgangshohlleiter 1 ist eine ferrimagnetische Kugel 2 aus Yttriumeisengranat drehbar angebracht. Die Kugel 2 ist auf einer aus einem dielektrischen Material bestehenden Achse 3 beispielsweise durch Klebung befestigt. Die Achse 3 ist in einer Buchse 4 gelagert und in Richtung des Doppelpfeiles 5 über einen in der Zeichnung der besseren übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellten Antrieb drehbar. D#r Antrieb kann beispielsweise aus einer Mikrometerschraube bestehen, wobei die Einstellung der Resonanzfrequenz mittels einer Eichkurve erfolgt. Es kann auch eine direkt in Frequenz geeichte Skala vorgesehen sein. Das durch den Pfeil 5 angedeutete magnetische Gleichfeld H, kann durch einen hier nicht dargestellten Permanentmagneten erzeugt werden und ist so zu wählen, daß in dem interessierenden Frequenzgebiet bei der vorgesehenen Kristallorientierungsänderung ferromagnetische Resonanz auftritt. Für die betreffende Frequenz wird der Hohlleiter gesperrt. Durch die räumliche Orientierung des Kristalls auf der Achse 3 gegenüber dem Hohlleiter kann der Abstimmbereich in den gewünschten Grenzen gewählt werden. Die ferromagnetische Resonanz wird nur durch den positiv zirkular polarisierten Anteil einer Welle angeregt. Daher ist die Kugel an einem Ort größter Zirkularpolarisation des magnetischen Hochfrequenzfeldes angeordnet, um möglichst große Absorption zu erhalten. Zusätzlich erhält man dann die Eigenschaft einer Richtungsleitung. Die Stärke der Ab- sorption ist in gewissen Grenzen von dem Volumen des Kristalls abhängig. Die Bandbreite ist durch die Halbwertsbreite der ferromagnetischen Resonanzkurve und den Kopplungsgrad zwischen Kristall und Hochfrequenzfeld gegeben. Bei festem Volumen ist die Absorption bei einem Material mit kleiner Halbwertsbreitee größer als bei einem Material mit breiter Resonanzkurve. Wenn die Sperrwirkung einer Kugel nicht ausreicht, können mehrere Kristalle hintereinandergeschaltet werden. - Der Aufbau eines Bandfilters ist in der F i g. 4 schematisch dargestellt. Hierbei sind zwei Rechteckhohlleiter 7 und 8 derart miteinander verbunden, daß ihre Mittelachsen zumindest näherungsweise fluchten und daß die Hohlleiterbreitseiten aufeinander senkrecht stehen. Die Hohlleiter 7 und 8 sind je- weils an einem Ende mittels der Wände 9 und 10 kurzgeschlossen. In dem beiden Hohlleitern gemeinsamen -Abschnitt der Kurzschlußwände 9. und 10 ist eine Koppelöffnung 11 vorgesehen, in der ein kugeliörmiger Kristall 2 aus Yttriumeisengranat drehbar angeordnet ist. Die Kugel 2 ist an einer aus einem dielektrischen Material bestehenden Achse befestigt, die lediglich durch die strichpunktierte Linie 12 angedeutet ist und die in den durch den Doppelpfeil 5 gekennzeichneten Richtungen drehbar ist.In FIG. 3 a tunable bandstop filter is shown schematically. A ferrimagnetic ball 2 made of yttrium iron garnet is rotatably mounted in a through waveguide 1. The ball 2 is attached to a shaft 3 made of a dielectric material, for example by gluing. The axis 3 is mounted in a socket 4 and rotatable in the direction of the double arrow 5 via a drive, which is not shown in detail in the drawing for the sake of clarity. The drive can consist, for example, of a micrometer screw, the resonance frequency being set by means of a calibration curve. A scale calibrated directly in terms of frequency can also be provided. The constant magnetic field H indicated by arrow 5 can be generated by a permanent magnet, not shown here, and is to be selected so that ferromagnetic resonance occurs in the frequency range of interest when the intended change in crystal orientation occurs. The waveguide is blocked for the relevant frequency. Due to the spatial orientation of the crystal on the axis 3 in relation to the waveguide, the tuning range can be selected within the desired limits. The ferromagnetic resonance is only excited by the positively circularly polarized part of a wave. Therefore, the sphere is arranged at a location of greatest circular polarization of the magnetic high-frequency field in order to obtain the greatest possible absorption. In addition, one then obtains the property of a directional line. The strength of the absorption depends, within certain limits, on the volume of the crystal. The bandwidth is given by the half-width of the ferromagnetic resonance curve and the degree of coupling between the crystal and the high-frequency field. In the case of a fixed volume, the absorption of a material with a small half-width is greater than that of a material with a broad resonance curve. If the blocking effect of one ball is not sufficient, several crystals can be connected in series. - The structure of a band pass filter is in the F i g. 4 shown schematically. Here, two rectangular waveguides 7 and 8 are connected to one another in such a way that their central axes are at least approximately aligned and that the broad sides of the waveguide are perpendicular to one another. The waveguides 7 and 8 are each short- circuited at one end by means of the walls 9 and 10 . In the section of the short-circuit walls 9 and 10 common to both waveguides, a coupling opening 11 is provided in which a spherical crystal 2 made of yttrium iron garnet is rotatably arranged. The ball 2 is fastened to an axis made of a dielectric material, which is only indicated by the dash-dotted line 12 and which can be rotated in the directions indicated by the double arrow 5.

Eine in Richtung des Pfeiles 13 im Hohlleiter 7 einfallende elektromagnetische Welle wird ohne die Wirkung der Kristallkugel 2 nicht in den Hohlleiter 8 übergekoppelt, da die beiden Hohlleiter wegen der Orthogonalität der magnetischen Feldlinien am Ort der Koppelöffnung entkoppelt sind. Nur wenn die Frequenz der sich im Hohlleiter 7 fortbewegenden Welle mit der ferromagnetischen Resonanzfrequenz der Kristallkugel 2 übereinstimmt, erhält man durch die Präzessionbewegung der Magnetisierung eine Verkoppelung der beiden Leiter.An electromagnetic wave incident in the direction of the arrow 13 in the waveguide 7 is not coupled into the waveguide 8 without the effect of the crystal ball 2, since the two waveguides are decoupled due to the orthogonality of the magnetic field lines at the location of the coupling opening. Only when the frequency of the wave moving in the waveguide 7 corresponds to the ferromagnetic resonance frequency of the crystal ball 2 is a coupling of the two conductors obtained through the precession movement of the magnetization.

In der F i g. 5 ist eine zweikreisige Bandsperre mit veränderbarer Bandbreite schematisch dargestellt. In einem Durchgangshohlleiter 1 sind vorzugsweise am Ort größter Zirkularpolarisation des magnetischen Hochfrequenzfeldes zwei kugelförmige ferromagnetische Kristalle 2 und 2' drehbar angeordnet. Die Kugeln 2 und 2' sind an den Stirnseiten von Stäben aus dielektrischem Material aufgeklebt, die lediglich durch die gestrichelt gezeichneten Linien 14 und 15 angedeutet sind. An einer Hohlleiterschmalseite ist eine durch die strichpunktierte Linie 16 angedeutete Mittelachse gelagert, an der ein Antriebsrad 17 befestigt ist. Von dem Antriebsrad 17 werden durch Drehung in Richtung des Pfeiles 20 die auf den Wellen 14 und 15 befestigten Räder 18 und 19 in Richtung der Pfeile 21 und 22 gleichsinnig angetrieben. Die Kristalle 2 und 2' sind so angebracht, daß ihre schweren und leichten Richtungen um einen Winkel von 90<1 gegeneinander versetzt sind. Das beispielsweise von einem Permanentmagneten erzeugte Gleichfeld H, liegt entsprechend der Richtung des Pfeiles 6 senkrecht zu den Hohlleiterbreitseiten. Werden beide Kugeln über das Antriebsrad 117 gleichzeitig gedreht, so wird die Resonanzfrequenz des einen Resonators kleiner und die des anderen größer. Wenn die Lage der Kristalle so gewählt wird, daß die schwere Richtung des einen Kristalls parallel zur Hohlleiterbreitseite und die leichte Richtung des anderen senkrecht zur Hohlleiterbreitseite liegt, dann ist die Differenz der Resonanzfrequenzen beider Resonatoren und somit auch die Bandbreite am größten. Nach einer Drehung um 45' ist die Resonanzfrequenz beider Kristalle gleich und somit die Bandbreite am kleinsten. Eine derartige Anordnung entspricht daher in ihrem elektrischen Ersatzschaltbild einer zweikreisigen Bandsperre, deren Resonanzkreise miteinander gekoppelt sind, wobei die Resonanzfrequenzen der einzelnen Kreise zur Veränderung der Bandbreite einstellbar sind. Mit weiteren Kristallen, z. B. mit einem nicht abstimmbaren dritten Resonator auf der Mittenfrequenz des Filters können drei- und mehrkreisige Filter aufgebaut werden.In FIG. 5 is a two-circuit bandstop filter with variable bandwidth is shown schematically. In a through waveguide 1 , two spherical ferromagnetic crystals 2 and 2 'are preferably rotatably arranged at the location of greatest circular polarization of the magnetic high-frequency field. The balls 2 and 2 'are glued to the end faces of rods made of dielectric material, which are only indicated by the lines 14 and 15 drawn in broken lines. On a narrow waveguide side there is mounted a central axis, indicated by the dash-dotted line 16 , on which a drive wheel 17 is attached. By rotating in the direction of the arrow 20, the wheels 18 and 19, which are fastened to the shafts 14 and 15 , are driven in the same direction in the direction of the arrows 21 and 22 by the drive wheel 17. The crystals 2 and 2 'are attached in such a way that their heavy and light directions are offset from one another by an angle of 90 <1. The constant field H generated, for example, by a permanent magnet, is perpendicular to the broad sides of the waveguide in accordance with the direction of arrow 6. If both balls are rotated simultaneously via the drive wheel 117, the resonance frequency of one resonator becomes smaller and that of the other increases. If the position of the crystals is chosen so that the heavy direction of one crystal is parallel to the waveguide broadside and the easy direction of the other is perpendicular to the waveguide broadside, then the difference between the resonance frequencies of the two resonators and thus the bandwidth is greatest. After a rotation of 45 ', the resonance frequency of both crystals is the same and thus the bandwidth is the smallest. In its electrical equivalent circuit diagram, such an arrangement therefore corresponds to a two-circuit bandstop filter, the resonance circuits of which are coupled to one another, the resonance frequencies of the individual circuits being adjustable to change the bandwidth. With other crystals, e.g. B. with a non-tunable third resonator at the center frequency of the filter, three-circuit and multi-circuit filters can be built.

Der Aufbau einer zweikreisigen Bandsperre vom Reflexionstyp ist in der F i g. 6 dargestellt. Ein Rechteckhohlleiter 1 ist an einem Ende mittels einer metallischen Wand 23 kurzgeschlossen. An einer nur durch die strichpunktierte Linie 24 angedeuteten Achse aus einem dielektrischen Material sind zwei kugelförmige ferrimagnetische Kristalle 2 und 2# derart befestigt, daß ihre schwere und leichte Richtung aufeinander senkrecht stehen. Die Achse 24 ist in Richtung des doppelten Pfeiles 5 drehbar gelagert. Eine in Richtung des Pfeiles 25 in dem Hohlleiter 1 einfallende elektromagnetische Welle wird an der Kurzschlußwand 23 reflektiert. Für die hinlaufende Welle ist nur der Kristall 2, für die zurücklaufende Welle nur der Kristall 2' wirksam. Dies wird dadurch erreicht, daß der Kristall 2 für die hinlaufende Welle an einem Ort mit rechtszirkularpolarisiertem Feld sitzt, während auf dem Kristall 2' nur eine linkszirkularpolarisierte Welle wirkt, die keine Absorption erfährt. Für die zurücklaufende Welle gilt entsprechend das Umgekehrte. Hinsichtlich der Veränderung der Bandbreite gelten wegen der aufeinander senkrecht stehenden schweren und leichten Richtung der Kristalle 2 und 2' sinngemäß die bereits beim Ausführungsbeispiel der F i g. 5 gegebenen Ausführungen.The structure of a two-circuit bandstop filter of the reflection type is shown in FIG. 6 shown. A rectangular waveguide 1 is short-circuited at one end by means of a metallic wall 23. Two spherical ferrimagnetic crystals 2 and 2 # are attached to an axis made of a dielectric material, only indicated by the dash-dotted line 24, in such a way that their heavy and light directions are perpendicular to one another. The axis 24 is rotatably mounted in the direction of the double arrow 5. An electromagnetic wave incident in the waveguide 1 in the direction of the arrow 25 is reflected on the short-circuit wall 23. Only crystal 2 is effective for the incoming wave, and only crystal 2 'is effective for the returning wave. This is achieved in that the crystal 2 for the incoming wave sits at a location with a right circularly polarized field, while only a left circularly polarized wave which does not experience any absorption acts on the crystal 2 '. The reverse applies accordingly to the returning wave. With regard to the change in the bandwidth, because of the perpendicular heavy and light directions of the crystals 2 and 2 ', the same applies analogously as in the exemplary embodiment in FIG. 5 given explanations.

In der F i g. 7 und 8 ist ein zweikreisiges Bandfilter dargestellt, das mit Hilfe von Bandleitungen aufgebaut ist. Die F ig.7 zeigt einen Querschnitt längs der Schnittlinie A-B von der F i g. 8, die F i g. 8 eine Draufsicht bei geöffneter Abdeckplatte.In FIG. 7 and 8 , a two-circuit band filter is shown which is constructed with the aid of band lines. FIG. 7 shows a cross section along the section line AB from FIG . 8, FIG. 8 is a top view with the cover plate open.

In zwei an einer Breitseite 29 aneinander anliegenden Außenleitern 30 und 32 liegen die als Bandleiter ausgebildeten Innenleiter 31 und 31 Der Innenleiter 31 ist mit dem Innenleiter 34 einer koaxialen Anschlußleitung 35 verbunden, der Innenleiter 33 mit dem Innenleiter 36 einer Koaxialanschlußleitung 36, 37. Der Innenleiter 31 ist an einer am Außenleiter 30 angebrachten Kurzschlußwand 38 kurzgeschlossen, während der Innenleiter 33 an der Wand 39 des Außenleiters 32 kurzgeschlossen ist. In der beiden Außenleitern 30 und 32 gemeinsamen Trennwand 29 ist ein schmaler Schlitz 40 vorgesehen, der in Richtung der Innenleiter verläuft. Zwischen.den, Innenleitern 31 und 33 und der Trennwand 29 sind an Stäben 41 und 42 aus einem dielektrischen'Material die kugelförmigen ferrimagnetischen Kristalle 2 und 2' in der Höhe des Schlitzes ' 40 befestigt. Die Stäbe 41 und 42, die lediglich durch strichpunktierte Linien angedeutet sind, können in der bereits beschriebenen Weise durch -einen geeigneten Antrieb entweder für sich getrennt oder im Gleichlauf in Richtung der Doppelpfeile 45 und 46 gedreht werden. Das magnetische Gleichfeld H, ist durch den Pfeil 6 angedeutet und kann beispielsweise durch einen Permanentmagneten erzeugt werden.In two mutually on one broad side 29 adjacent outer conductors 30 and 32 which are constructed as strip conductor inner conductor are 31 and 31 The inner conductor 31 is connected to the inner conductor 34 of a coaxial terminal line 35 connected to the inner conductor 33 to the inner conductor 36 of a Koaxialanschlußleitung 36, 37. The inner conductor 31 is short-circuited on a short-circuit wall 38 attached to the outer conductor 30 , while the inner conductor 33 is short-circuited on the wall 39 of the outer conductor 32 . In the partition 29 common to both outer conductors 30 and 32 , a narrow slot 40 is provided which runs in the direction of the inner conductor. Zwischen.den, inner conductors 31 and 33 and the partition 29 are secured 'in the height of the slot' 40 on rods 41 and 42 of a dielektrischen'Material the spherical ferrimagnetic crystals 2 and 2. FIG. The rods 41 and 42, which are only indicated by dash-dotted lines, can be either separately or rotated in the direction of the double arrows 45 and 46 in the direction of the double arrows 45 and 46 by a suitable drive in the manner already described. The constant magnetic field H is indicated by the arrow 6 and can be generated, for example, by a permanent magnet.

Eine sich im Leitersystem 30, 31 fortpflanzende elektromagnetische Welle kann zunächst nicht auf das Leitersystem 32, 33 übergekoppelt werden, da die sich um den Innenleiter 31 ausbildenden magnetischen Feldlinien 43 senkrecht zum Schlitz 40 verlaufen. Wenn die Frequenz der sich -im Leitersystem 30, 31 fortpflanzenden elektromagnetischen Wellen zumindest näherungsweise mit der Resonanzfrequenz des ferrimagnetischen Kristalls 3 übereinstimmt, entsteht eine in Richtung des Schlitzes 40 weisende magnetische Feldkomponente, so daß magnetische Feldlinien durch den Schlitz 40 hindurchtreten. Wenn dabei gleichzeitig der ferrimagnetische Kristall 2' zumindest näherungsweise in Resonanz ist, entsteht im Leitersystem 32, 33 eine magnetische Feldkomponente, die ein sich um den Innenleiter 33 ausbildendes magnetisches Feld 44 erzeugt und damit im Leitersystem 32, 33 eine elektromagnetische Welle anregt, die am koaxialen Ausgang 36, 37 abgenommen werden kann. Eine derartige Anordnung entspricht einem zweikreisigen Bandfilter, dessen Durchlaßmitte über einen vorgegebenen Frequenzbereich durchstimmbar ist.An electromagnetic wave propagating in the conductor system 30, 31 cannot initially be coupled over to the conductor system 32, 33 , since the magnetic field lines 43 forming around the inner conductor 31 run perpendicular to the slot 40. If the frequency of the - in the pipe system 30, 31 propagating electromagnetic waves, at least approximately coincides with the resonance frequency of the ferrimagnetic crystal 3, creates a pointing in the direction of the slit 40 magnetic field component, so that magnetic field lines pass through the slot 40th If, at the same time, the ferrimagnetic crystal 2 'is at least approximately in resonance, a magnetic field component is created in the conductor system 32, 33 which generates a magnetic field 44 that forms around the inner conductor 33 and thus excites an electromagnetic wave in the conductor system 32, 33, which on the coaxial output 36, 37 can be removed. Such an arrangement corresponds to a two-circuit band filter, the center of which can be tuned over a predetermined frequency range.

In einfacher Weise läßt sich auch bei einem solchen Filter die Bandbreite verändern. Hierzu werden kugelförmige Kristalle 2 und 2' so eingestellt, daß ihre schwere und leichte Richtung nicht exakt parallel zueinander verlaufen, sondern in einem bestimmten Winkel zueinander geneigt sind. Sieht man hierzu eine Veränderung der Winkelstellung in der Weise vor, daß beispielsweise der an der Achse 41 befestigte Kristall 2 relativ zu dem an der Achse 42 befestigten Kristall 2' drehbar ist, dann läßt sich außer Frequenzdurchstimmung eine in weiten Grenzen veränderbare Bandbreite einstellen.The bandwidth can also be determined in a simple manner with such a filter change. For this purpose, spherical crystals 2 and 2 'are adjusted so that their heavy and light direction do not run exactly parallel to each other, but rather are inclined to each other at a certain angle. If you see a change in this the angular position in the way before that, for example, at the Axis 41 attached crystal 2 relative to the crystal attached to axis 42 2 'is rotatable, then besides frequency tuning one can be set within wide limits Set changeable bandwidth.

Die Erfindung wurde an Hand von Filtem erläutert, die mit Hilfe von rechteckförmigen Hohlleitem und Bandleitungen aufgebaut sind. Statt dessen können in analoger Weise beliebige andere für die Fortpflanzung elektromagnetischer Energie geeignete Leitersysteme verwendet werden.The invention has been explained on the basis of filters made with the aid of rectangular waveguides and ribbon lines are constructed. Instead, you can in an analogous manner any other for the propagation of electromagnetic energy suitable ladder systems are used.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Abstimmbares Filter für das Mikrowellengebiet, das mittels der magnetokristallinen Anisotropieeigenschaften abstimmbar ist und bei dem im Zuge einer der übertragung elektromagnetischer Energie dienenden Leitung wenigstens ein unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes stehender Ferrit-Einkristall angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das den Resonator durchsetzende magnetische Gleichfeld (6) einen konstanten Wert hat und daß zur Einstellung der Resonanzfrequenz mitzHilfe der magnetokristallinen Anisotropieeigenschaften der Kristall (2) in dem Gleichfeld drehbar angeordnet ist. Claims: 1. Tunable filter for the microwave region, which can be tuned by means of the magnetocrystalline anisotropy properties and in which at least one ferrite single crystal under the influence of a constant magnetic field is arranged in the course of a line serving for the transmission of electromagnetic energy, characterized in that the The constant magnetic field (6) penetrating the resonator has a constant value and that the crystal (2) is rotatably arranged in the constant field to adjust the resonance frequency with the aid of the magnetocrystalline anisotropy properties. 2. Abstimmbares Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn eichnet, daß ein Ferrit-Einkristall aus Yttriumeisengranat (2) vorgesehen ist. 3. Abstimmbares Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß galliumsubstituiertes Yttriumeisengranat (2) vorgesehen ist. 4. Abstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall (2) kugelförmig ausgebildet ist. 5. Abstimmbares Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der EinkristaU so in eine Mikrowellenstruktur eingebaut ist, daß er um die Normale zur [011]-Kristallebene drehbar ist und daß das magnetische Gleichfeld stest in der [01T1-Kristallebene liegt. 6. Abstimmbares Filter nach einem der Anspräche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinander senkrecht stehende, an einer Seite kurzgeschlossene Rechteckhohlleiter (7, 8) in dem beiden Hohlleitern gemeinsamen Ab- schnitt der Kurzschlußwand eine Koppelöffnung (11) aufweisen, in der der ferrimagnetische Kristall drehbar angeordnet ist. 7. Abstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung in Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle zwei kugelförmige ferrimagnetische Kristalle (2, 2) hintereinander angeordnet sind und daß beide Kristalle vorzugsweise über einen gemeinsamen Antrieb im Gleichlauf verstellbar sind. 8. Abstimmbares Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den drehbaren ferrünagnetischen Kristallen wenigstens ein weiterer, fest eingestellter ferrimagnetischer Kristall angeordnet ist. 9. Abstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an einem Ende kurzgeschlossenen Rechteckhohlleiter zwei kugelförmige ferrimagnetische Kristalle mit um 90' versetzter schwerer und leichter Richtung drehbar auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. 10. Abstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen metallischen Trennwand zweier zueinander parallellaufender Streifenleitungen ein Koppelschlitz vorgesehen ist und daß zwischen den Innenleitern und dem Koppelschlitz vorzugsweise kugelförmige ferrimagnetische Kristalle .drehbar angeordnet sind und daß weiterhin die Innenleiter an einer Seite mit den Außenleitem kurzgeschlossen sind, während sie auf der anderen Seite in die Innenleiter koaxialer Zuführungsleitungen übergehen. In Betracht gezogene Druckschriften. »Electro-Technology«, September 1963, Bd. 72, Nr. 3, S. 78 bis 83. 2. Tunable filter according to claim 1, characterized in that a ferrite single crystal made of yttrium iron garnet (2) is provided. 3. Tunable filter according to claim 1 and 2, characterized in that gallium-substituted yttrium iron garnet (2) is provided. 4. Tunable filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the single crystal (2) is spherical. 5. Tunable filter according to claim 4, characterized in that the single crystal is built into a microwave structure in such a way that it can be rotated about the normal to the [011] crystal plane and that the constant magnetic field is always in the [01T1 crystal plane. 6. The tunable filter according to any would appeal 1 to 5, characterized in that two mutually perpendicular, short-circuited to a side rectangular waveguide (7, 8) common to the two hollow conductors in sections having the short-circuit wall, a coupling aperture (11) in which the ferrimagnetic crystal is rotatably arranged. 7. Tunable filter according to one of claims 1 to 5, characterized in that two spherical ferrimagnetic crystals (2, 2) are arranged one behind the other in the line in the direction of propagation of the electromagnetic wave and that both crystals are preferably adjustable in synchronism via a common drive. 8. A tunable filter according to claim 7, characterized in that at least one further, fixed ferrimagnetic crystal is arranged between the rotatable ferromagnetic crystals. 9. Tunable filter according to one of claims 1 to 5, characterized in that two spherical ferrimagnetic crystals with 90 ' offset heavy and light direction are rotatably arranged on a common axis in a rectangular waveguide short-circuited at one end. 10. A tunable filter according to one of claims 1 to 5, characterized in that a coupling slot is provided in the common metallic partition of two striplines running parallel to one another and that preferably spherical ferrimagnetic crystals are arranged rotatably between the inner conductors and the coupling slot and that furthermore the inner conductors are short-circuited on one side with the outer conductors, while on the other side they merge into the inner conductors of coaxial supply lines. Documents considered. Electro-Technology, September 1963, Vol. 72, No. 3, pp. 78 to 83.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007001832A1 (en) * 2006-07-04 2008-01-10 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Magnetically tunable filter for use as variable band-pass filters in spectrum analyzers and network analyzers, for high frequencies, has filter arms, each of which is provided with coplanar line that is arranged on substrate layer

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