DEW0009038MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 15. Juli 1952 Bekanntgemacht am 30. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, mit deren Hilfe die Beeinflussung von linear bzw. eben polarisierten Wellen im Mikrowellenbereich unter Ausnutzung des Faraday-Effektes ermöglicht werden soll, um eine Drehung der Polarisationsebene oder eine Umformung von, linear bzw. eben polarisierten Wellen in zirkulär polarisierte Wellen oder umgekehrt zu ermöglichen.

Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß ein Block ans einem festen ferromagnetischen Material im Bereich eines innerhalb eines zylindrischen Wellenleiters bestehenden magnetisierenden Feldes in der Bewegungsbahn der zu beeinflussenden elektromagnetisehen Welle angeordnet ist, wobei die Abmessung des Blocks in Richtung der Fortpflanzung, die Magnetisierung des Blockmaterials, die längs der Wellenbewegung verlaufende Komponente des magnetisierenden Feldes und das Material des Blocks zusammen so gewählt sind, daß wenigstens eine der beiden zirkulär polarisierten Wellen, in die sich die ebene Welle nach Eintritt in das ferromagnetische Material zerlegt, nur wenig gedämpft wird, während die aus dem Block austretende wiedervereinigte Welle den gewünschten, Polarisationszustand besitzt.

Solche Blöcke können in Schalteinrichtungen, Dämpfungsgliedern, Modulatoren, Einrichtungen zur Zirkularpolarisierung usw. verwendet werden. Die Blöcke können außerdem in Einwegübertra-

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gunigssystemen, rkhtunigsseliektiven Phasenschiebern, einschließlich der sogenannten »Gyratoren«,

,. ,Verwendung finden,, d.h. in Einrichtungen, für '■■'■' welche ein nicht .reziprokes Gesetz gilt. Hierbei

..S- soll die Bezeichnung »reziprok« die Beziehung¹ zum Ausdruck bringen, welche ζω beobachten ist, wenn man die Drehung einer in einer Richtung, d.h. in der Vorwärtsrichtung, durch das Gerät fortschreitenden Welle mit der Drehung einer Welle vergleicht, welche in der Gegenrichtung, d. h. in der Rückwärtsrichtung, fortschreitet.

Der Faraday-Effekt ist für den optischen Bereich

bereits seit langem bekannt. Frühere Versuche, die

. Ausnutzung dieses Effektes auf Wellenlängen auszudehnen, die länger als die des sichtbaren Spektrums sind, insbesondere auf den · Mikrowellenbereich, haben keine praktische Bedeutung erlangt. Dies ist vermutlich auf die beobachtete zu starke Dämpfung der Wellen durch die bei den Versuchen verwendeten Stoffe zurückzuführen.

Veröffentlichte Untersuchungen über die Theorie der ferromagnetischen Resonanz haben eine theoretische Grundlage geschaffen, welche es ermöglichte, das Vorhandensein eines ausgesprochenen Faraday-Effektes in Stoffen vorauszusagen, welche diese Art von Resonanz aufweisen, ζ. B. in ferromagnetischen Metalloxyden. Es wurde gefunden, daß magnetische Stoffe, wie die ferrpiiiagnetischen Metalloxyde, und besonders Nickel-Zink-Ferrit, bei einer Dicke von größenoirdnungsmäßig einer Wellenlänge in der Lage sind, eine Winkeldrehung der Polarisationsebene von eben polarisierten Wellen von 45⁰, 90⁰ oder mehr bei Vorhandensein von Magnetisierungsfeldern hervorzubringen, die sich praktisch leicht verwirklichen lassen, und daß diese Stoffe in der angegebenen Dicke in der Lage sind, elektromagnetische Wellen mit im wesentlichen vernachlässigbarer¹ Dämpfung zui übertragen. Es wurde weiterhin gefunden, daß der Winkel der Drehung von polarisierten elektromagnetischen Wellen in magnetischen Stoffen mit ferromagnetischer Resonanz annähernd direkt proportional der Dicke des von den Wellen durchquerten Materials und der Stärke der; Magnetisierung desselben, ist.

Dadurch ist es möglich gemacht, die Größe der Drehung durch Veränderung oder geeignete Wahl der Dicke des durchquerten Materials und der Magnetisierungsstärke zu bestimmen.

Es wurde außerdem festgestellt, daß eine zirkular polarisierte Welle dadurch hergestellt werden kann, daß man eine linear polarisierte Welle durch eine passende Materialdicke hindurchführt, wobei ■ an das Material ein magnetisierendes Feld ausreichender Stärke "■ angelegt wird,, um die mag'netische Resonanzfrequenz des Materials. in angenäherte Übereinstimmung mit der Frequenz der dem Material aufgedrückten Welle zu bringen.

Fig. ι zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stückes aus magnetischem Material, das allein oder mit anderen Teilen zusammen als eine Verkörperung der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 2 zeigt eine zum Teil perspektivische, zum Teil schematische Ansicht eines Systems, bei dem ein Materialstück, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, in einem Wellenleitersystem für Mikrowellen verwendet wird;

'Fig. 3, 4 und 5 zeigen zum Teil perspektivische, zum Teil schematische Ansichten von anderen Verkörperungen der Erfindung, wobei Fig. 3 ein Schwundausgleichssystem, Fig. 4 ein System zur Erzeugung von zirkulär polarisierten Wellen und Fig. 5 eine, nicht reziproke Vierkanalschaltanoirdnung darstellt;

Fig. 6 und 7 sind Diagramme, die zur Erklärung der Wirkungsweise der Einrichtung der Fig. 5 verwendet werden;

Fig. 8 zeigt eine zum Teil perspektivische, zum Teil schematische Ansicht einer Verkörperung der Erfindung bei einem Einwegübertragungssystem;

Fig. 9 zeigt eine zum Teil perspektivische, zum Teil schematische Ansicht einer Kombination von Wellenleiterverbindungen mit einer Einrichtung zur Phasendrehung um 90⁰, die eine nicht reziproke Vierkanalschaltanordnung, bildet, deren Eigenschaften ähnlich wie die des in Fig. 5 'dargestellten Systems sind; ,

Fig. 10 ist ein Diagramm, das ztur Erklärung der Arbeitsweise des Systems der Fig. 9 verwendet wird.

Fig 11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines die Erfindung verkörpernden Wellenleitersystems, das in eine zylindrische Bohrung in einem Permanentmagnet oder in einer anderen magnetischen Anordnung eingebaut ist;

Fig. 12 ist ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen der Stärke des angelegten magnetisehen Feldes und der Faraday-Drehung bei einem bestimmten die Erfindung verkörpernden Element zeigt.

In Fig. ι ist ein Block 1 aus magnetischem Material dargestellt, z. B. aus einem Stück ferro^ magnetischem Metalloxyd, der elektromagnetische Wellen übertragen kann und der eine Dicke von größenordnungsmäßig einer Wellenlänge, z. B. von ι cm bzw. entsprechend mehr oder weniger, besitzt. Man hat gefunden, daß dieser Block als richtungsselektive Phasendreheinrichtung für polarisierte elektromagnetische Wellen zufriedenstellend arbeitet. Ein Element" dieser Art, welches mit Erfolg verwendet worden ist, wurde hergestellt, indem zunächst gesintertes Nickel-Zink-Ferrit pulverisiert wunde, bis die größte Abmessung der größten Teilchen nicht größer als etwa 0,3 mm betrug. Dann wurde dieses Pulver mit kleinen Kugeln aus Polystyrol gemischt, deren Durchmesser ebenfalls nicht größer als 0,3 mm war, und zwar im Verhältnis 75 Volumprozent Ferrit zu 25 Volumprozent Polystyrol. Dann wiurde die Mischung mit einer in Benzol verdünnten Lösung aus Polystyrol etwas angefeuchtet, um sie klebrig zu machen, und schließlich wurde das Material in einer Presse mit einem Druck von etwa 5 kg/cm² in zylindrische Form gebracht. Durch Messen der Dichte vor und nach der Pulverisierung wurde abgeschätzt, daß der fertige kompakte Zylinder annähernd 60 Volumprozent Nickel-Zink-Ferrit enthielt. Vor der Pulverisierung wurde dieSättiguingsmagnetisierung

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des Nickel-Zink-'Ferrits zu etwa 2250 Gauß und der spezifische Widerstand zu etwa 10 Millionen Ohmzentimeter bestimmt. Daher war zu erwarten, daß der fertige Zylinder eine Sättigungsmagnetisierung von etwa 1350 Gauß haben würde. Die örtliche Leitfähigkeit, die bei diesen Frequenzen wichtig ist, bleibt wahrscheinlich durch die Pulverisierung unverändert, doch sollten die Verluste pro Zentimeter Dicke im pulverisierten Zylinder nur sechs Zehntel derjenigen im ursprünglichen gesinterten Nickel-Zink-Ferrit betragen, weil die Verluste in Polystyrol vernachlässigbar sind. Da die mathematische Untersuchung zeigt, daß die Drehung pro Zentimeter annähernd proportional der Sättigungsmagnetisierung ist, wird durch die Pulverisierung kein offensichtlicher Vorteil in der Größe der Drehung erreicht. Jedoch sind die spitz zulaufenden Übergangsglieder (2 und 3 in Fig. 2), die zur Unterdrückung von Reflexionen an den

ao Flächen des Ferrit-Zylinders verwendet wurden, aus Polystyrol hergestellt, und es war vorteilhaft, die Dielektrizitätskonstante der zusammengesetzten Ferritzylinder so weit wie möglich an, diejenige der Übergangsglieder¹ anzupassen. Diese Anpassung . wird durch das oben beschriebene Verfahren der Pulverisierung und Verdünnung beträchtlich verbessert.

Um die Faraday-Drehung zu erhalten, müssten die Wellen über ein durchlässiges isotropes Medium übertragen werden, unid zwar parallel .zur Richtung, der Kraftlinien des magnetischen Feldes. Der Effekt läßt sich am bequemsten dadurch erzielen, daß das Medium entlang der Achse einer Zylinderspule angeordnet wird. Die Drehung wird als positiv bezeichnet, wenn sie in Richtung des positiven elektrischen Stroms stattfindet, der das magnetische. Feld erzeugt, und in entgegengesetzter Richtung als negativ. Man nimmt an, daß alle durchlässigen Stoffe die Faraday-Drehung zeigen. Zeitweilig hat man gedacht, daß diamagnetische Stoffe eine positive Drehung und ferromagnetische eine negative , aufweisen, doch weiß man jetzt, daß dies nicht richtig ist. Eine Theorie des ferromagnetischen Faraday-Effektes kann, wenn sie dort auch nicht ausführlich dargelegt ist, aus einem Aufsatz von D. Polder im »Philosophocal Magazine«, Bd. 40 (1949), S. 99 bis 115, abgeleitet werden, und zwar in Verbindung mit einer Untersuchung der gyromagnetischen Resonanz in ferromagnetischen Stoffen, die die Präzession der Elektronen mit Spin um die Richtung des aufgedrückten magnetischen Feldes mit umfaßt.

In dem erwähnten Aufsatz hat Polder die Fortpflanzung einer ebenen Welle analysiert, welche in eine Masse aius ferromagnetischem Material eintritt, das in Richtung der Wellenfortpflanzung nicht begrenzt ist. Nach ihrem Eintritt erfolgt die Fortpflanzung der Welle ausschließlich in dem. Material. Polder zeigt, daß die Welle nach ihrem Eintritt in das ferromagnetische Medium in zwei zirkulär polarisierte, aber in entgegengesetzten Richtungen sich fortpflanzende Wellen zerlegt wird, und daß die Fortpflanzung dieser beiden Wellen mit ungleicher Geschwindigkeit erfolgt. '65

An den vorgenannten Feststellungen von Polder setzt die Erfindung ein. Sie führt zu der Feststellung, daß die beiden zirkulär polarisierenden Wellen sich beim Verlassen des Blockes aus ferromagnetischem Material wieder vereinigen und eine neue Welle bilden, welche einen verschiedenartigen Polarisationsziustand besitzen kann. Die von Polder vermittelte Erkenntnis konnte nicht bis zu ' dieser Feststellung führen, da nicht von einem in der Fortpflanzungarichtung begrenzten Material ausgegangen ist und demgemäß jegliche Feststellung hinsichtlich der nach dem Austritt der Wellen aus dem Material stattfindenden Vorgänge ^: unmöglich war. Die durch die Wiedervereinigung der zirkulär· polarisierten Wellen entstehende Welle kann linear polarisiert sein, wobei die Polarisationsebene eine beliebige Richtung mit Bezug auf die 'Ursprüngliche Welle besitzen kann. Die austretende Welle kann auch zirkulär polarisiert sein. Darüber hinaus umfaßt die Erfindung alle Zwischenformen, d. h. auch die elliptische Polarisation, für die durch Wiedervereinigung entstehende Welle. -

Im übrigen hat Polder bei der Ableitung seiner Gleichungen unterstellt, daß keine Dämpfung der Elektronen bei der Präzession um die Feldrichtung go besteht. Diese Annahme ist möglicherweise bei Frequenzen, die weit von der Resonanzabsorptionsfrequenz entfernt liegen, richtig, aber nicht allge- ■':■ mein gültig. Außerdem hat Polder angenommen, daß keine dielektrischen Verluste vorhanden sind, wenn die Welle durch das ferromagnetische Medium fortschreitet Da aber, beträchtliche dielektrische Verluste auftreten, wenn Mikrowellen durch. Ferrite fortschreiten, ist eine Erweiterung der Polderschen Theorie notwendig. Außerdem bedarf die Poldersehe Theorie einer Erweiterung, um den ferromagnetischen Faraday-Effekt in der Nachbarschaft der gyromagnetischen Resonanz zu erklären. ■~ Wenn inZ-Richtung ein wirksames magnetisches Feld Uf₀ auf ein ferromagnetisches Medium ein- _log wirkt und wenn dann ein hochfrequentes ^; Feld in einer willkürlichen Richtung angelegt wird, ist die Beziehung zwischen den periodischen Teilen von ^: B und H (nämlich b und h) durch folgende Gleichungen gegeben:

wobei

Ox =	μΚχ-	— ] μ hy,	(ι)
K =	ϊμ'Κ	+ μϊΐγ,	(2)
&,=	κ ■		(3)

μ =

γ* H₀B₀-O?

-ω"

_ ^πΜ_ογ ω

γ =

ω M

gyromagnetisches Verhältnis für Elektronen

17,6 X ίο⁶ in Bogenmaß pro Sekunde pro örsted,

Winkelfrequenz der einfallenden Welle in Bogenmaß pro Sekunde, Magnetisierung des Mediums.

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Wenn eine ebene elektromagnetische Welle durch dieses Medium in Z-Richtung fortschreitet, ist es zur Beschreibung dieser Welle notwendig, Lösungen zu den Maxwellschen Gleichungen zu finden, die mit den obigen Gleichungen (i), (2) und (3) übereinstimmen und bei denen b, h, E, D sämtlich proportional exp (/ ω t — Γ Z) sind.

Es kann gezeigt werden, daß die einzig mögliche Lösung unter diesen Bedingungen entweder in₍ einer positiven oder einer negativen zirkulär polarisierten Welle besteht, deren Ausbreitungskonstanten sind :■ ■.

1 ω

^Γ+ ⁼ C ^{VS {μ} + ^μ>)· ^{= α+ + jß+ (4)}

und

Γ_ =

■j ω

Wenn die Gleichungen (4) und (5) für die Phasenkonstanten ß₊ und ß_ gelöst werden, erhält man folgendes Ergebnis:

+ M

Yμ ± μ' , (⁶)

wobei

ε = ε' — j ε" = eine komplexe Dielektrizitätskonstante, und

Aus dieser Beziehung kann man einen reellen Brechungsindex für jede Komponente erhalten, der gegeben ist durch

ω_η — ω

(7)

wobei

o ⁼ ϊ^Ηο·

(8)

Da die betrachtete elektromagnetische Welle in zwei zirkulär polarisierte Komponenten aufgespalten wird, die im Medium mit verschiedenen Geschwindigkeiten fortschreiten, werden sich die Komponenten nach Verlassen des Mediums vereinigen, um eine eben polarisierte Welle zu bilden, bei der die Polarisationsebene beim Durchgang durch das Medium um einen Winkel Θ gedreht worden ist, wobei

Hierbei ist / = die Weglänge im ferromagnetic sehen Medium. Mit Hilfe der obigen Gleichung (6) läßt sich dies schreiben:

Wenn das wirksame magnetische Feld innerhalb des ferromagnetischen Mediums so klein ist, daß

ω ze

l/s' + \ε\ \l/ V 2 L^

Dies läßt sich weiter vereinfachen, wenn
4πΜ₀γ

(12)

ist,' zu

θ_

= — V-

(4 π M₀ γ) j (13)

Wenn man als vernünftige Werte annimmt:

4 μ M₀ = iooo Gauß,
ε' = i6,
ε" = o,

ergibt Gleichung (13) eine Drehung von
θ

= i,2 in Bogenmaß pro Zentimeter/
= 69 ° pro Zentimenter.

Ein wichtiges Ergebnis der obigen Untersuchung besteht darin, daß diese verhältnismäßig

(9)

O)₀ < ω (ίο)

ist, kann Gleichung (9) geschrieben werden:

4πΜ₀γ

-χ Ι

4πΜ_αγ

große Drehung bei Frequenzen auftritt, die sehr verschieden von der Resonanzabsorptionsfrequenz sind, und daß bei Gültigkeit der Bedingungen (10) und (12) die in der Gleichung. (13) ausgedrückte Drehung unabhängig von der Frequenz der einfallenden Welle ist. Daher ist jede Einrichtung, die von dieser Drehung Gebrauch macht, in ihren Übertragungseigenschaften breitbandig. Außerdem ist die Drehung proportional der Magnetisierung der Probe. Unterhalb der magnetischen Sättigung ist. die Magnetisierung selbstverständlich abhängig vom angelegten magnetischen Feld, und, deshalb ist hier die Drehung im wesentlichen, proportional dem angelegten magnetischen Feld.

Wenn die magnetischen Verluste bei der Untersuchung berücksichtigt werden, sagt die Theorie' außerdem voraus, daß im Bereich, in dem die Frequenz der einfallenden Welle nahe bei der ferromagnetischen Resonanzabsorptionsfrequenz liegt, die positive, zirkulär polarisierte Komponente im wesentlichen vollständig absorbiert wird, während

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die negative Komponente mit einer Dämpfung fortschreitet, die nur etwas verschieden von der infolge der gewöhnlichen dielektrischen Verluste

ι auftretenden Dämpfung ist. Infolgedessen ist in der Nähe der Resonanzabsorptionsfrequenz die Welle hinter dem Durchgang durch das ferromagnetische Medium zirkulär polarisiert.

Es ist experimentell nachgewiesen worden, daß diese Theorie die' Vorgänge bei den meisten

ίο Ferriten bis zur Sättigung quantitativ voraussagt. '.. Zusätzlich haben wir durch Übertragung einer eben polarisierten Welle durch einen Ferritblock im wesentlichen zirkulär polarisierte Wellen erhalten, wenn die Frequenz nahe bei der Resonanzfrequenz lag. Die zugehörigen Übertragungsverluste wurden nur zu etwas mehr als 3 db gemessen. Dies zeigt an, daß die negative Komponente mit nur geringer Dämpfung übertragen wird, während die positive Komponente fast vollständig absorbiert wird.

Es sei bemerkt, daß die Faraday-Drehung in bezug auf ihre Richtung von der Richtung des magnetischen Feldes abhängt, und zwar in der gleichen Weise, wie die Längsbewegung einer Schraube von der Drehrichtung abhängt. Wenn also die Richtung des magnetischen Feldes umgekehrt wird, wird ebenfalls die Richtung der Faraday-Drehung im Raum umgekehrt, während sie den ursprünglichen Zusammenhang mit der Richtung des Feldes beibehält. Die Drehung ist vom Fortpflanzungssinn entlang der Achse des ferromagnetischen Elements unabhängig. Eine Welle, die durch das Element zuerst in einer Richtung und dann in der anderen hindurchgeht, unterliegt zwei aufeinanderfolgenden Phasendrehungen im gleichen Sinne, wodurch die bei einem einfachen Durchgang auftretende Drehung verdoppelt wird. Dies unterscheidet sich von der Phasendrehung, die man z.B. in einem gewundenen rechteckigen Wellenleiter erhält, indem die Polarisationsebene einer in der einen Richtung hindurchgehenden Welle um einen gewissen Winkel gedreht wird und beim Durchgang der Welle in der umgekehrten Richtung um den gleichen Winkel in die ursprüngliche Orientierung zurückgedreht wird. Die gleiche Unterscheidung gilt für Drehungen, die bei Wellen entstehen, die durch gewisse kristallinische Gebilde hindurchgehen, bei denen eine eben polarisierte Welle keiner Drehung ihrer Polarisationsebene unterworfen ist, wenn, die Welle eine gerade Anzahl von Malen durch dasselbe Gebilde hin- und rückwärts hindurchgeht.

Bei einer vereinfachten Betrachtungsweise der enthaltenen Erscheinungen kann man sagen, daß eine eben polarisierte Welle, die in Gegenwart eines magnetischen Feldes auf das magnetische Material auftrifft, zwei Sekundärwellenzüge im Material hervorbringt, die beide zirkulär polarisiert sind. Die beiden Sekundärwellenzüge sind in entgegengesetztem Sinne zirkulär polarisiert und schreiten im Medium mit ungleicher Geschwindigkeit fort. Nach dem Austritt aus dem Material bilden die Sekundärwellen bei der Zusammensetzung eine eben polarisierte Welle, die am allgemeinen mit einem gegenüber der ursprünglichen Welle verschiedenen Winkel polarisiert ist.

Fig. 2 zeigt, wie das Element der Fig. 1 entweder als veränderbares Dämpfungsglied oder als Modulator verwendet wird. Das Element 1 ist mit den zugehörigen konischen Übergangsgliedern 2 und 3, die aus Polystyrol bestehen können, innerhalb eines kreisförmigen Wellenleiters 4 eingebaut dargestellt, der seinerseits zwischen zwei in einer Linie liegenden, gleich orientierten Wellenleitergliedern 5 und 6 angebracht ist, die als Übergang zwischen kreisförmigen und rechteckigen Wellenleitern dienen, Mit gleicher Orientierung ist gemeint, daß die lange Seite des rechteckigen Wellenleiters im Teil 5 parallel zu derjenigen im Teil 6 liegt; ebenso ist die kleine Seite des Teils S parallel zur kleinen Seite des Teils 6. Die Wellenleiterglieder 4, S und 6 können mit Hilfe von Flanschen miteinander verbunden werden, von denen einer oder mehrere in irgendeiner bekannten Art drehbar ausgeführt sein können, Auf der Außenseite des Wellenleiterteils 4 ist eine Zylinderspule 7 angeordnet, die von einer Quelle 8 mit Erregerstrom versorgt wird. Diese ist zur Erläuterung als Batterie dargestellt, die durch ein Potentiometer 9 mit einem veränderbaren Kontaktarm 10 überbrückt ist. Eine Modulationsspannungsquelle 11 ist so angeordnet, daß sie auf Wunsch mit Hilfe eines doppelpoligen Umschalters 12 mit der Zylinderspule in Reihe gelegt werden kann. Liegt der Schalter 12 in der unteren Stellung in Fig. 2, ist die Quelle 11 mit der Zylinderspule 7 über einen geeigneten Transformator 13 verbunden. Wenn der Schalter 12 in der oberen Stellung liegt, ist die Quellen abgeschaltet und der Spulerikreis über einen Bügel 14 geschlossen, ioo Bei einer Ausführung, die mit Erfolg gearbeitet hat, besaß ■ die Zylinderspule eine Länge von etwa 30,4 cm, und das Element war im gleichmäßigen Bereich des Feldes in der Mitte der Spule angeordnet. .

Wenn das. System der Fig. 2 als veränderbares Dämpfungsglied betrieben werden soll, wird der Schalter 12 in die obere Stellung gelegt. Die rechteckigen Teile der Wellenleiterstücke 5 und 6 dienen als Polarisatoren für ebene Wellen, indem sie nur die Komponente des elektrischen Vektors aufnehmen, die bei der Wellenform TE₁₀ im rechteckigen Leiter besteht. Mit Hilfe des allmählichen Übergangs vom rechteckigen zum kreisförmigen Querschnitt geht diese Form in die Form TiJ₁₁ im kreisförmigen Teil des Leiters über. Die Abmessungen der Wellenleiter sind vorzugsweise so gewählt, daß in jedem Leiter nur die Grundform fortgeleitet werden kann. Die Zylinderspule ergibt, wenn sie erregt wird, ein axiales magnetisches Feld in Richtung der Achse der Einrichtung i. Die Wellenleiterteile 5 und 6, die in einer Linie liegen und gleich orientiert sind, nehmen nur die Komponente des elektrischen Vektors in einer bevorzugten Richtung auf. Wenn der Arm 10 am äußersten rechten Ende des Potentiometers 9 liegt,

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wird im wesentlichen keine Magnetisierungsspannung an die Zylinderspule 7 angelegt, und es tritt unter der Annahme, daß keine Restmagnetisierung vorhanden ist, keine Drehung der Polarisationsebene im Element 1 auf. Eine Welle von geeigneter Frequenz, die von einem Oszillator her empfangen und dem Teil 5 aufgedrückt wird, geht durch das Element 1 in den Teil 6 ohne Änderung der Polarisationsebene und mit nur geringer Dämpfung,

ίο . die vom Element 1 herrührt, und die bei einer mit Erfolg betriebenen Ausführung bei einer Wellenlänge von etwa 3 cm zu etwa 0,8 db bestimmt wurde. Die Ausrichtung der Teile 5 und 6 in einer Linie kann mit Hilfe einer drehbaren Verbindung 60 eingestellt werden. In das System kann, eine Dämpfung zwischen den Teilen. 5 und 6 eingeführt werden, indem der Potentiometerarm 10 nach links bewegt wird, wobei ein .einstellbarer Magnetisierungsstrom an die Zylinderspule 7 gelangt. Das Potentiometer kann in bekannter Weise geeicht werden, so daß es in Dezibel oder in anderen, ger eigneten Einheiten bei irgendeiner· Einstellung des Arms 10 die Größe der eingeschalteten Dämpfung anzeigt. Die hinzugefügte Dämpfung. entsteht durch Drehung der Polarisationsebene der Wellen, welche infolge des Faraday-Effekts im Element 1 hervorgebracht wird. Hierdurch wird die Polarisationsebene der Wellen von der bevorzugten Richtung im Teil 6 weggedreht, so- daß nur eine Komponente der vollen Stärke der Welle wirksam ist, um eine Ausgangswelle im Teil 6 hervorzubringen. Die zurückgeworfene Komponente wird durch die Widerstandsfahnen 46 und 47 absorbiert, die vorzugsweise eingekerbt sind, um einen allmählichen Übergang und bestmögliche Absorption sicherzustellen. Wenn das Element 1 eine Drehung von 45° ergibt, beträgt die Intensität der Ausgangswelle des Teils 6 annähernd die Hälfte des Wertes, den sie bei bevorzugter Polarisation haben würde, so daß annähernd eine Dämpfung von 3 db hierdurch erreicht wird. Wenn eine Phasendrehung von 90⁰ eingeführt wird, ist die Welle im rechten Winkel zur bevorzugten Richtung im Teil 6 polarisiert, so daß im wesentlichen keine Ausgangswelle vorhanden ist. Die maximale Dämpfung, die eingeführt werden kann, ist theoretisch unendlich. In der Praxis kann, sie durch Verwendung eines mittelstarken magnetischen Feldes von z. B. etwa 250 Gauß sehr groß gemacht werden. Die Übergangsglieder 2 und 3 dienen zur Verminderung von Wellenreflexionen, die infolge vom Unstetigkeiten¹ auftreten können,, die durch die Oberflächen des Elements 1 hervorgerufen werden. Die Ausgangswellen des Teils 6 können an" eine Antenne oder irgendeine geeignete Verbrauchereinrichtung gelangen.

Wenn wir Uns nun der Arbeitsweise des Systems der Fig. 2 als Modulator zuwenden, so ist hierbei der Schalter 12 in die untere Stellung gelegt, und der Potentiometerarm 10 kann dauernd auf eine Zwischenstellung auf-dem Potentiometer eingestellt werden. In dieser Stellung und bei Nichtvorhänderisein von Modulationsspannungen entsteht durch die Zylinderspule 7 am Element 1 ein mittlerer Betrag von Phasendrehung, wobei ein geeigneter Betrag z. B. 45⁰ ist. Die normale Ausgangswelle des Teilsö ist in diesem Falle demgemäß auf annähernd die Hälfte herabgesetzt. Legt man mit Hilfe der Quelle 11 Modulationsspannung.en an, so wird der Magnetisierungsstrom in der Zylinderspule verändert. Hierdurch wird der Betrag der hervorgebrachten Phasendrehung und damit die Ausgangswelle des Teils 6 entsprechend der Änderung der Modulationsspannungen abwechselnd vergrößert und verkleinert. Auf diese Weise wird eine modulierte Welle erzeugt, die in bekannter Weise an die Antenne oder an eine andere Verbrauehereinrichtung geliefert wird.

Bei einer anderen Einstellung und Betriebsweise der Einrichtung der Fig. 2 als Modulator wird der Teil 6 mit Hilfe der drehbaren Verbindung 60 räumlich in einem Winkel zum Teil 5 orientiert. Der Potentiometerarm 10 kann am äußersten rechten Ende des Potentiometers 9 liegen. Der physikalische Winkel des Teils 6 zum Teil S kann z. B. zu 45⁰ gewählt werden. In diesem Falle beträgt die Ausgangswelle bei Nichtvorhandensein eines Magnetisierungsstroms die Hälfte der maximal durch optimale Polarisation, erreichbaren. Ein Anlegen von Modulationsspannungen über den Transformator 13 ergibt dann einen wechselnden Magnetisierungsstrom in der Zylinderspule 7, der die Polarisationsebene abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn dreht, und hierdurch den Leistungsausgang des Teils O₁ entsprechend den Änderungen der Modulationsspannung abwechselnd vergrößert und verkleinert.

Fig. 3 zeigt die Verwendung des Elements 1 zur automatischen Verstärkungsregelung bzw. in einer Schwundausgleichseinrichtung. DieAnordnung der Teile ist die gleiche wie in Fig. 2, mit Ausnahme davon, daß das Potentiometer 9 und der Schalter 12 bei der Batterie 8 weggelassen sind, wobei die Magnetisierung durch einen Strom von einer festen Quelle hervorgebracht wird. Eine Sonde 15, die vorzugsweise nur wenig in den Wellenleiter hineinragt, um die Übertragung dort nur geringfügig zu stören, ist in Teil 6 hinzugefügt, um eine Überwachungsspannung von der Welle abzugreifen. Die Sonde 15 kann über eine koaxiale Übertragungsleitungio mit einem Überwaehungsgleichrichter 17 verbunden werden, dessen Ausgang an einen Widerstand 18 angeschlossen ist, der in den Erregerkreis der Zylinderspule 7 eingeschaltet ist. Der Widerstand 18 ist vorzugsweise in der bei Verstärkungsregelsch'altungen üblichen Weise durch einen Kondensator 19 überbrückt. Die Wellenleiterteile 5 und 6 sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleich orientiert.

Beim Betrieb der Anordnung der Fig. 3 ist die Spannung der Quelle 8 so gewählt, daß ein mittlerer Betrag an Phasendrehung erzeugt wird, so daß normalerweise die Ausgangswelle des Teils 6 geringer als die maximale Ausgangs welle ist. Sie kann vorteilhafterweise die Hälfte des Maximalwertes betragen. Zu der Spannung der Quelle 8

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wird infolge des Vorhandenseins des Regelstroms, der vom Überwachungsgleichrichter 17 geliefert wird und der durch den Widerstand 18 hindurchgeht, eine veränderliche Zusatzspannung addiert. Wenn in der dem System über den Teil S zugeführten Welle ein Schwund auftritt, so daß die Ausgangsleistung im Teil 6 abnimmt, wird der Betrag der durch die Sonde aufgenommenen Energie ebenfalls geringer, und der zum Widerstand 18 zurückgehende Strom nimmt ab. Die Verbindungen sind so ausgeführt, daß die am Widerstand 18 entstehende Spannung der durch die Quelle; 8 gelieferten entgegenwirkt. Infolgedessen nimmt der Betrag der Phasendrehung in der Einrichtung 1 ab, wenn der Überwachungsstrom kleiner wird, wodurch die Polarisationsebene mehr in die Richtung der Sonde 15 geschoben und die Ausgangsleistung des Teils 6 erhöht wird, so daß der Tendenz der Ausgangsleistung, infolge des Schwunds, kleiner zu werden, entgegengewirkt wird. Wenn die Eingangsleistung des Teils 5 anwächst, wirkt das beschriebene Rückkopplungssystem so, daß die Phasendrehung im Element 1 größer wird, wodurch die Polarisationsebene gegen die Richtung der Sonde. 15 verdreht und die Ausgangsleistung des Teils 6 kleiner wird. Es ist offensichtlich, daß das System in bekannter Weise so ausgelegt werden, kann, daß während der Änderungen der Leistung im Eingangsteil 5 in einem weiten Bereich eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung aufrechterhalten bleibt. Der Kondensator 19 bewirkt, daß die schnelleren Änderungen in der Reaktion des Rückkopplungskreises ausgeglichen werden, so daß unnötiges zeitweiliges Nachstellen der Dämpfung während Einschwingstörungen vermieden wird.

■ Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der das Element der Fig.· 1 verwendet wird, um eine eben polarisierte Welle in eine zirkulär polarisierte umzuformen.

Die oben gebrachten theoretischen Betrachtungen zeigen, daß der Dreheffekt nach Faraday vom Vor- ■■ handensein von Resonanzfrequenzen im magnetischen Material abhängig ist. Nach dem Eintritt in das magnetische Material bildet die angelegte Welle zwei Sekundärwellen, die beide zirkulär polarisiert sind und deren Richtung der Polarisationsebene in beiden Komponenten entgegengesetzt ist. Wenn die Frequenz der angelegten Welle entfernt von der Resonanzabsorptionsfrequenz liegt, sind die beiden sekundären Wellenkomponenten, gezwungen, mit ungleicher Geschwindigkeit im magnetischen Material fortzuschreiten. Der relative Unterschied der Geschwindigkeiten wächst, wenn die Frequenz der angelegten Welle sich der Resonanzfrequenz nähert. Wenn die angelegte Frequenz dicht bei der Resonanzfrequenz liegt, findet außerdem eine Absorption in dem Sinne statt, daß Energie von der Wellenkomponente, die in Resonanz oder nahezu in Resonanz ist, innerhalb des Materials in Wärme oder eine andere Energieform überführt wird. Wenn die Resonanz im wesentlichen vollständig ist, kann somit eine der Wellenkomponenten vollständig absorbiert werden, so daß die andere Komponente durch das Material gehen und. am Ausgang des Systems als zirkulär polarisierte Welle austreten kann. Anstatt die Frequenz der angelegten Welle zu ändern, um die Absorption zu erhöhen, ist es auch möglich, die Resonanzfrequenz des magnetischen Materials zu verschieben, indem das magnetische Feld geändert wird. Bei Mikrowellen ist die ,magnetische Resonanzfrequenz normalerweise viel geringer als die Frequenz der angelegten Welle, jedoch kann die Resonanzfrequenz dadurch in. den Zentimeterwellenbereich verlegt werden, daß ziemlich große Magnetisierungsfelder angewandt werden, Die Eliminierung einer der zirkulär polarisierten Komponenten ergibt selbstverständlich einen Verlust von annähernd 3 db. Trotzdem ist dieser Verlust in Anbetracht des Vorteils, daß man eine zirkulär polarisierte Welle erhält, nicht übermäßig.

In Fig. 4 ist ein rechteckiger Wellenleiter 20 dargestellt, der in einen kreisförmigen Teil 21 einmündet, welcher das Element 1 enthält und von der an die Batterie 8 angeschlossenen Spule 7 umgeben ist.

Beim Betrieb des Systems der Fig. 4 soll die Spannung der Quelle 8 so groß gemacht werden, daß die magnetische Resonanzfrequenz des EIe- go mentes 1 in annähernde Übereinstimmung mit der Frequenz der an dem Wellenleiter 20 angelegten Wellen gebracht wird. Im Ergebnis ist dann die Ausgangsweille des Teils 21 im wesentlichen zirkulär polarisiert. '

Fig. 5 zeigt ein Schaltsystem mit vier Zweigen. Die Figur stellt außerdem dar, wie drei dieser Zweige als Schaltsystem verwendet werden können, insbesondere als Einrichtung, mit der man die gleiche Frequenz gleichzeitig von derselben Antenne senden und empfangen kann, und die als Mikrowellenrelaissystem für Nachrichtenübertragungszwecke verwendet werden kann. Die Dicke des Elementes 1 und die Spannung der Quelle 8 sollen so bemessen sein, daß sich eine Drehung der Polarisationsebene um 45° ergibt. Der Ausgangswellenleiterteil 6 ist gegen den Eingangsteil 5 vorzugsweise um einen Winkel von 45 ° fest verdreht, und zwar in der gleichen Richtung wie die Drehung, die durch das Element 1 entsteht. Auf der Eingangsseite des Elementes 1 ist eine horizontale, abstimmbare Sonde 30 angebracht, die im rechten Winkel zur (vertikalen) Richtung der Polarisation des Wellenleiterteils 5 angeordnet ist. Eine weitere abstimmbare Sonde 31 liegt auf der Ausgangsseite der Einrichtung 1. Sie ist vorzugsweise in einem Winkel von 45 ° zur Vertikalen in einer Richtung angeordnet, die entgegengesetzt zur Drehung im ; Element 1 liegt. Der Wellenleiterteil 6 ist über eine geeignete Verbindung an eine Antenne oder ein Horn 32 angeschlossen. Die abstimmbare Sonde 30 ist in geeigneter Weise an einen Empfänger 33 angeschlossen, die abstimmbare Sonde 31 an irgendein gewünschtes System oder einen Kreis 34. In dem kreisförmigen Wellenleiter befinden sich vorzugsweise gut leitende . Fahnen 35 und 35', um

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Wellen zu reflektieren, deren Polarisationsebene

: mit der Ebene der Fahnen übereinstimmt. Der Abstand zwischen jeder Fahne und der angrenzenden Sonde kann eingestellt werden, um.die maximale Leistung an die entsprechenden Kreise zu übertragen.

Die Arbeitsweise des Systems der Fig. S kann am besten an Hand des Diagramms der Fig. 6 erklärt werden. Eine vertikal polarisierte Welle,

ίο z. B. vom Sender a, der an den Wellenleiter 5 angeschlossen ist, hat eine zu vernachlässigende Wirkung auf die Sonde 30, weil letztere im rechten Winkel zur Polarisationsrichtung im Wellenleiter 5 liegt. Die vertikal polarisierte Welle wird durch das Element 1 um 45° gedreht, wodurch ihre Polarisationsebene im rechten Winkel zur Richtung der Sonde 31 und, in die bevorzugte Richtung der Übertragung durch den Wellenleiter 6 zur Antenne 32 gebracht wird. Von Teil 5 zur Antenne 32 findet daher eine im wesentlichen unbehinderte Übertragung statt. Diese Bedingung ist in Fig. 6 durch radiale Pfeile α bzw. b angedeutet, die zu einem Ring 36 und einem Pfeil 37 gehören, welche die Fortschreitungsrichtung von α nach b angeben.

Wenn eine Welle aus dem Raum durch die. Antenne 32 empfangen wird, so liegt die Polarisation, der empfangenen Welle gezwungenermaßen im Teil 6 in der Richtung, die durch b angegeben ist, nämlich im rechten Winkel zur Sonde 31. Sie wird durch das Element 1 um 45 ° in gleicher Richtung in bezug auf das magnetische Feld gedreht, wie es durch den Pfeil 38 in Fig. 5 angedeutet ist. Hierdurch erhält die Welle eine Polarisation, die mit der Richtung der Sonde 30 übereinstimmt, so daß die Welle zum Empfänger 33 geleitet wird. Wenn ■ etwas von dieser Welle in den rechteckigen Teil des Wellenleiters 5 eindringen sollte:, ergibt sich, daß sie nicht in der bevorzugten, Richtung liegt.

Sie kann zusätzlich mit Hilfe einer leitenden Fahne 35 reflektiert werden. Die Fahne ist an einer solchen Stelle angebracht, daß die abstknmbare Sonde 30 eine Antianode im Spannungsbild der stehenden Welle ist. Man erkennt, daß die Welle mit einer Polarisation, wie sie durch, b dargestellt ist, über das System zum Empfänger mit der durch c angegebenen Polarisation geleitet wird. Diese Übertragung ist durch den Pfeil 37 in Fig. 6 angedeutet, der den Pfeil b in die Richtung des Pfeiles c zu bringen sucht. Eine Welle mit einer durch c dargestellten Polarisation, die der Sonde 30 in irgendeiner bekannten Weise aufgedrückt wird, wird nicht zum Sender α übertragen. Wenn sie durch das Element 1 um 45° gedreht wird, ist, sie in der richtigen Richtung polarisiert, um durch die Sonde 31 zum Kreis 34 übertragen, zu werden, wie es in Fig. 6 durch Übertragung von c.naeh d angegeben ist. Bei dem oben angeführten Beispiel werden der Kreis 34 und die Sonde 31 nicht gebraucht, doch, können diese auf Wunsch bei anderen Anwendungen des allgemeinen Systems der Fig. 5 verwendet werden. Eine in der Richtung d polarisierte Welle, die an der Sonde 31 in, irgendeiner bekannten Weise aufgedrückt wird, wird durch, das Element 1 um 45° in die Polarisationsrichtung α gedreht, jedoch besitzt sie das entgegengesetzte Vorzeichen wie die im Sender erzeugte Welle. Die Umkehr des Vorzeichens ist in Fig. 6 durch den mit.— α bezeichneten Pfeil angedeutet.

Fig. 7 zeigt ein anderes Diagramm, welches dasselbe aussagt wie das Diagramm in Fig. 6, doch in etwas anderer Form. Hier sind die Zweige a, b, c und d in rechtem Winkel zueinander gezeichnet. Sie können, als die vier Kreise der Fig. 5 angesehen ■werden, wobei jeder Zweig ohne Rücksicht auf seine Polarisationsrichtung betrachtet wird, Der Pfeil 39 gibt zusammen mit dem Minuszeichen 40 das Schema der Übertragung an. Die Übertragung der bei α aufgedrückten Wellen, führt zum Kreis b, die Übertragung von b führt zum Kreis c, die Übertragung vom Kreis c führt zum Kreis d, und. die Übertragung vom Kreis d führt unter Vorzeichenwechsel zum Kreis a. Dem mit der Technik vertrauten Fachmann ist es offensichtlich, daß die Kreise c und d auch durch andere Mittel als die dargestellten koaxialen abstimmbaren Sonden mit dem Wellenleiter gekoppelt werden können.

Fig. 8 zeigt ein Einwegübertragungssystem, das die Erfindung in ähnlicher Weise verkörpert wie das System der Fig. 5. Die Abstimmglieder 30 und 31, der Empfänger 33 und der Kreis 34 sind fortgelassen. Der Wellenleiterteil 6 sei an irgendeine gewünschte Belastung angeschlossen. Ferner sind statt der Reflexionsfahnen, 3.5 und 35' Widerstandsfahnen 46 und 47 verwendet.

Für den Betrieb des Systems der Fig. 8 sei ein Sender an den Eingangswellenleiterteil 5 angeschlossen. Mit dem Aüsgangswellenleiterteil sei. z. B. eine Übertragungsleitung verbunden, wobei diese Leitung Unstetigkeiten aufweise, die einen Teil der in die Leitung gehenden Welle reflektiert.

Das System der Fig. 8 arbeitet so, daß eine Wirkung der reflektierten Welle auf den Sender verhindert oder stark vermindert wird. Um zu verstehen, wie diese Wirkung erzielt wird, sei eine vertikal polarisierte Welle betrachtet, die dem Wellenleiterteil 5 durch den Sender aufgedrückt ist. Diese Welle erfährt eine; 4S°-Drehung ihrer Polarisationsebene im Uhrzeigersinn, wenn sie das Element 1 von links nach rechts durchquert,' und ist somit in der Lage, ohne Beeinträchtigung durch n₀ den Wellenleiterteil 6 zur Übertragungsleitung hindurchzugehen. Ein reflektierter Teil der auf diese Weise in die Leitung eintretenden Welle, der mit der gleichen Polarisationsrichtung zurückkehrt, erfährt beim Durchgang durch das Element 1 eine weitere Drehung der Polarisationsebene, wodurch die Polarisationsebene räumlich um 90⁰ gegen, die bevorzugte Polarisationsebene des Wellenleiterteils S gedreht ist. Dementsprechend wird die reflektierte Welle gesperrt oder stark gedämpft, und ihre Rückwirkung auf die gesendete Welle ist im Vergleich zu dem Vorgang bei Nichtvorhandensein der erfindungsgemäßen Mittel stark verringert.

Fig. 9 zeigt ein Schaltsystem mit vier Zweigen und mit im allgemeinen ähnlicher Wirkungsweise wie das in Fig. 5 dargestellte. System, abgesehen

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davon, daß die Phasenumkehr, die durch das Minuszeichen 40 im Diagramm der Fig. 7 angegeben ist, fortfällt. In Fig. 9 stehen die bevorzugten Richtungen des Eingangsteils des Wellenleiters 41 und des Ausgangswellenleiters 42 im rechten Winkel zueinander, und das Element 1 ist so eingerichtet, daß es eine Drehung von 90⁰ ergibt. Die Wellenleiter 41 und 42 führen jeweils zu einem Arm der Wellenleiiterverbindungen oder T-Stücken 43 und 44.

ίο Die T-Verbindungen. sind von, der Art, die gewöhnlich mit »magisches T« oder auch mit Wellenleitergabel bezeichnet wird. Jede der T-Verbindungen 43 und 44 führt zu zwei Zweigen, die bei der Verbindung 43 mit α und c und bei der Verbindung 44 mit b und d bezeichnet sind. Zwischen der Stromquelle 8 und der Zylinderspule 7 ist ein Umkehrschalter 45 vorgesehen, um auf Wunsch die Magnetisierung des Elementes 1 umkehren zu können. Zur Absorption von Wellenkomponenten mit unerwünschten Polarisationsrichtungen, sind Widerstandsfahmen 46 und 47 angebracht. Eine Widerstandsfahne 48, die einstellbar sei, ist in der Wellenleiterverb in dung zwischen den Verbindungen, 43 und 44 angeordnet, um die Dämpfung in den beiden Zweigen zwischen den Verbindungen 43 und 44 gleichzumachen. Der eine dieser Zweige geht über das Element 1, der andere über den Wellenleiter 49. Der Wellenleiter 41 weist bei 50 eine: feste Verwindung von 90⁰ auf.

Die Wirkungsweise der Einrichtung der Fig. 9 läßt sich am besten an Hand der Fig. 10 erklären. Diese Figur ist ebenso ausgeführt wie die Fig. 6. Eine in die Verbindung 43 von Kreis α hier eintretende Welle'teilt sich an der Verbindung in zwei Teile, wobei ein Teil über das Element 1 und, der andere über den Wellenleiter 49 geht. Der durch das Element 1 hindurchgehende Teil der Welle erfährt eine Drehung um 90⁰, die zusammen mit der Verwindung im Wellenleiter bei 50 diesen Teil der Wellen der Verbindung 44 mit der gleichen. Polarisation und der gleichen Zeitphase zuführt, wie die über den Wellenleiter 49 kommende Welle aufweist, ■ wenn die beiden Weglängen so bemessen sind, daß diese Phasenbeziehungen, vorhanden sind.

Diese beiden Komponenten heben, sich im Kreis d auf, setzen sich aber im Kreis b mit gleicher Phase zusammen. Somit hat man, wie in Fig. 10 dargestellt, eine im wesentlichen freie Übertragung von α nach b, wobei der Fortschreitungssinn. durch den dicken Pfeil 51 angegeben, ist. Wellen, die vom Kreis b her in die Verbindung 44 eintreten, teilen sich in zwei polarisierte Komponenten, mit. gleichem A^orzeichen, von denen die eine durch den. Wellenleiter 49 und die andere durch, das Element i'mit einer Drehung von 90⁰ geht. Die letztgenannte Komponente trifft nach dem Durchgang durch den verwundenen Teil 50 an der Verbindung 43 in einer solchen Phasenlage zu der anderen Komponente ein, daß sie frei zum Kreis c übertragen und im Kreis α aufgehoben wird. In gleicher Weise findet freie Übertragung einer im Kreis c entstandenen Welle zum Kreis d und einer im Kreis d entstandenen Welle zum Kreis α statt, wie in Fig. 10 angegeben ist. Wenn der Umkehrschalter 45 betätigt wird, um die Magnetisierung der Elemente 1 umzukehren, werden die Übertragungseigenschaften umgekehrt, wie durch den dünnen Pfeil 52 in Fig. 10 angegeben ist.

Das Element 1 stellt, wenn es so· betrieben, wird, daß es, wie z. B. in der Anordnung der Fig. 9, eine Drehung von 90⁰ hervorbringt, eine Einrichtung dar, die von B. D. H. T el legen ein »Gyrator« genannt wurde, und zwar in, einem Aufsatz mit dem Titel »The Gyrator, a New Electric Network Element« in den »Philips Research Reports«, Bd. 3, S. 81 bis 101, veröffentlicht 1948. Tellegen definiert den idealen Gyrator als passives Vierpolelement, das beschrieben ist durch

= —Si₂,

(19)

(20)

wobei v¹ und V₂ die Spannungen an den Eingangsbzw. Ausgangsklemmenpaaren der Einrichtung, I₁ und i₂ die entsprechenden. Ströme der Eingangs- bzw. Ausgangsklemmenpaare sind und 5" ein (komplexer) Proportionalitatsfaktor ist. Da die Koeffizienten von i₂ und I₁ in den Gleichungen, (19) und (20) entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, verletzt der Gyrator das reziproke Prinzip. Mit einfachen Worten bedeutet die Gleichheit der Koeffizienten bei entgegengesetzten. Vorzeichen, daß eine Phasendifferenz von i8o° in bezug auf das Fortschreiten der Wellen im Gyrator in den beiden Richtungen vorhanden, ist. Aus diesem Grunde kann der Gyrator eine nicht reziproke Einrichtung genannt werden. Er stellt eine besondere Klasse von Einrichtungen dar, die nicht reziprok genannt werden können, weil sie das reziproke Prinzip verletzten. Die Einrichtung der Fig. 9 kann auch als richtungsselektiver Phasenschieber beschrieben werden. Sie ergibt eine Phasendifferenz von i8o° zwischen Übertragungen in entgegengesetzten Richtungen, so· daß eine Welle, die zweimal in entgegengesetzter Richtung durch das Element 1 hindurchgeht, eine gesamte Phasenverschiebung von 180° erfährt, oder, was dasselbe ist, eine Phasenumkehr. Im Gegensatz zu dieser Einrichtung ist ein reziproker Phasenschieber eine Einrichtung, die keine Phasenverschiebung hervorbringt, wenn sie zunächst in, einer Richtung, dann in der entgegengesetzten von einer Welle durchquert wird.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße System mit massiven Polschuhen oder mit einem magnetischen. Kern, wie er z. B. bei 55 dargestellt ist, verwendet werden kann. Dieser kann ein Permanentmagnet oder der Kern eines Elektromagneten sein. Der Wellenleiter, der das Element 1 enthält, ist in die Bohrungen 56 und 57 des Kernes 55 eingeschoben, wobei die Achsen der Bohrungen vorzugsweise parallel zur Richtung des magnetischen Flusses liegen. Der Wellenleiter kann zwischen einen Sender und eine Belastung geschaltet sein, und zwar in einer Weise und mit einer gegenseitigen Orientierung der rechteckigen

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Wellenleiterteile, wie sie bei den Darstellungen der anderen Ausführungen der Erfindung gezeigt ist.

Es ist offensichtlich, daß die Übergangsglieder 2

und 3 vorteilhafterweise dieselbe Zusammensetzung aufweisen können wie das Element 1, wobei eine weitere Verminderung der Reflexionen erzielt wird, während die Übergangsglieder selbst dann ebenfalls zur Faraday-Drehung beitragen, Auch können die Übergangsglieder 2 und 3 und das Element 1 zu einem einzigen Glied zusammengefaßt werden..'

Das Nickel-Zink-Ferrit-Element, das so hergestellt ist, wie es an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde, hatte zylindrische Form mit einer Länge von i,4 cm und einem Durchmesser, der in einen kreisförmigen Wellenleiter mit einem Innendurchmesser von 2,3 cm hineinpaßte. Fig. 12 zeigt Meßergebnisse, die mit diesem Element erhalten wurden. Die Abszisse stellt die Stärke des angelegten Magnetfeldes in Örsted dar, während auf der

Ordinate die sich ergebende Faraday-Drehung aufgetragen ist, ausgedrückt in Grad pro Zentimeter Dicke des Materials, das von den aufgedrückten Wellen durchquert wird. Der Kurve kann entnommen werden, daß bei einer Dicke des Materials von 1,4 cm ein Drehungswinkel von 45⁰ erreicht wird, indem ein Magnetfeld von etwa 320 Örsted angelegt wird, und ein Winkel von oo^Q, indem ein Feld von etwa 1040 Örsted angelegt wird, Es bestand dabei Sättigung. Bei etwa 96⁰ wurde die Sättigung mit Hilfe eines angelegten Magnetfeldes von etwa. .1350 Gauß erreicht.

Bei jeder der dargestellten. Verkörperungen, der Erfindung kann das Element 1 durch ein anderes festes Material als Ferrit ersetzt werden, wobei die Wahl des Materials nur durch das Vorhandensein einer richtigen Resonanzabsorptionsfrequenz begrenzt ist, die nicht zu weit von der gewünschten Frequenz der einfallenden Wellen entfernt liegen darf.

Da die Drehung der Magnetisierung und, nicht dem angelegten magnetischen Feld proportional ist, ist es offensichtlich, daß die Zylinderspule fortgelassen werden kann, wenn ein geeignetes ferromagnetisches Material verwendet wird, das permanent magnetisiert werden kann.

Selbstverständlich stellen die oben beschriebenen Anordnungen nur Beispiele für die Anwendung des Prinzips der Erfindung dar. Zahlreiche andere Anordnungen können vom mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann vorgeschlagen werden, ohne . vom Wesen, und Ziel der Erfindung abzuweichen,

Claims (14)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zur Beeinflussung von linear bzw. eben polarisierten Wellen im Mikrowellenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block aus einem ferromagnetischen festen Material im Bereich eines innerhalb eines zylindrischen Wellenleiters bestehenden magnetisierenden Feldes in der Bewegungsbahn der zu beeinflussenden elektromagnetischen Welle angeordnet ist, wobei die Abmessung des Blocks in Richtung der Fortpflanzung, die Magnetisierung des Blockmaterials, die längs der Wellenbewegung verlaufende Komponente des magnetisierenden Feldes und das Material des Blocks zusammen so gewählt sind, daß wenigstens eine der beiden zirkulär polarisierten Wellen, in die sich die ebene Welle nach Eintritt in das ferromagnetische Material zerlegt, nur wenig ge- yo dämpft wird, während die aus dem Block austretende, wieder vereinigte Welle den gewünschten Polarisationszustand besitzt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Drehung der Polarisationsebene, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus einem metallischen Material mit passend niedriger Dämpfung pro Dickeneinheit besteht und die Dicke des Blocks, die Magnetisierung des Blockmaterials und die längs der Wellenbewegungsbahn verlaufende Komponente des magnetisierenden Feldes wechselseitig die Größe der Drehung bestimmen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus ferromagnetischem metallischem Stoff permanent magnetisiert ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus ferromagnetischem Stoff ein ferromagnetisch.es Metalloxyd ist, z. B. ein Nickel-Zink-Ferrit, und daß um den Wellenleiterbereich, der den Block umgibt, eine mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle verbundene Zylinderspule angebracht ist, die dem Block in Richtung der Längsachse des Wellenleiters ein magnetisches Feld aufdrückt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch4, die als veränderbares Dämpfungsglied verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter, der den. Block umgibt, zwischen zwei richtungsselektiven Wellenleitern,

   z. B. rechteckigen Wellenleitern, angeordnet ist und daß ein veränderbares Potentiometer zwischen die Zylinderspule und, die elektrische Gleichspannungsquelle geschaltet ist.
6. 6. Einrichtung, nach Anspruch 4, die als Modulator verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter, der . den Block umgibt, zwischen zwei richtungsselektiven Wellenleitern, z. B. rechteckigen Wellenleitern, angeordnet ist und daß eine elektrische Wechselspannungsquelle an die mit der Zylinderspule verbundene Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden richtungsselektiven Wellenleiter an den zylindrischen Wellenleiter, der den Block umgibt, angeschlossen sind, und zwar so, daß die Richtungen, der richtungsselektiven Wellenleiter einen, wesentlichen Winkel zueinander aufweisen,
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 4, die zur automatischen Verstärkungsregelung verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter, der den Block umgibt, an einem Ende mit einem richtungsselektiven recht-

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   eckigen Eingangswellenleiter und am anderen Ende mit einem richtungsselektiven rechteckigen Ausgangswellenleiter verbunden ist und daß eine Sonde in den Ausgangswellenleiter hineinragt und mit der Zylinderspule verbunden ist, um einen Teil der Ausgangswelle vom Ausgangswellenleiter an die Zylinderspule rückzukoppeln, damit Änderungen der Intensität der Ausgangswelle tausgeglichen werden..
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 4, die als Mikrowellenschalter verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter, der den Block umgibt, zwischen ein erstes und ein zweites Paar rechteckiger Wellenleiter geschaltet ist, wobei die selektiven Richtungen der beiden Wellenleiter eines jeden Paares gegenseitig senkrecht zueinander stehen, die selektiven Richtungen des ersten Wellenleiterpaares im wesentlichen um 45 ° gegen die selektiven Richtungen des zweiten Paares geneigt sind, und die Spannung der Gleichspannungsquelle eine solche Größe hat, daß eine Drehung der Polarisationsebene der durch den Block gehenden Welle von im wesentlichen 45 ° erzeugt wird..
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 4, die als Mikrowellenschalter verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Wellenleiter, der den Block umgibt, zwischen, zwei rechteckige Wellenleiter geschaltet ist, die einen Zweig einer Wellenleitervorrichtung bilden, welche aus vier rechteckigen Wellenleitern besteht, wobei die entsprechenden Zweige der beiden rechteckigen Wellenleiter einer Ausgleichsvorrichtung miteinander verbunden sind, wobei ferner einer der rechteckigen Wellenleiter, die mit dem zylindrischen. Wellenleiter verbunden sind, einen verwundenen Teil enthält, der eine Drehung der elektromagnetischen Wellenbahn um im wesentlichen 90⁰ bewirkt, wobei ferner je ein Übergangsglied von rechteckigem zu kreisförmigem Querschnitt an jedem Verbindungsbereich zwischen den rechteckigen Wellenleitern und dem zylindrischen Wellenleiter sowie eine einstellbare Fahne in den entsprechenden zwischengeschalteten Ausgleichszweigen vorhanden ist, und wobei schließlich die Spannung der Gleichspannungsquelle eine solche Größe aufweist, daß eine Drehung der Polarisationsebene der durch den Block gehenden Welle von im wesentlichen 90⁰ hervorgebracht wird.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zirkulär polari- , sierten Wellen, in die sich die ebene Welle nach Eintritt in das ferromagnetische Material zerlegt, nur wenig gedämpft wird., während die andere zirkulär polarisierte Welle in angemessener Weise gedämpft wird, und daß die aus dem Block austretende Welle eine elliptische Polarisation von irgendeinem gewünschten Achsenverhältnis besitztl
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Faradaysches Drehungselement, welches aus einem ferromagnetischen Metalloid besteht.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Faradaysches Drehungselement, welches aus einem Ferrit besteht.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Faradaysches Drehungselement, welches aus den Teilchen eines fein zerkleinerten magnetisierbaren Materials besteht, welche mittels eines dielektrischen Bindemittels zusammengehalten werden..

    Angezogene Druckschriften:
    The Physical Review, Vol. 86, Second Series, April 1952, S. 122 und 123;

    französische Patentschrift Nr. 783 004.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen