DE1000061B - Verfahren zur Beeinflussung von Hochfrequenzschwingungen mit Hilfe magnetischer oder elektrischer Felder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hochfrequenzsysteme und insbesondere magnetooptische Verfahren und Mittel zur Abänderung elektromagnetischer Wellen.

Es ist bekannt, daß eine linear polarisierte Lichtwelle, welche durch ein transparentes Medium geht, das unter dem Einfluß eines starken magnetischen Feldes in Richtung der Lichtfortpflanzung steht, einer Rotation der Polarisationsebene unterworfen wird. Der Rotationswinkel ist proportional der Länge des Mediums, durch welches die Wellen hindurchgehen, und der Intensität des magnetischen Feldes. Dieser Effekt ist als der Faradaysche Effekt bekannt.

Es sind auch Modulatoren für Hochfrequenzschwingungen bekannt, die eine Polarisationsbeeinflussung in einem Hohlrohrleitungsstück bewirken. Diese bekannten Anordnungen arbeiten jedoch ohne Elektronengasmedium mit zugehörigem Magnetfeld. Die Erfindung betrifft demgegenüber ganz allgemein ein Verfahren zur Beeinflussung von HF-Schwingungen mit Hilfe magnetischer oder elektrischer Felder. Es ist bekannt, daß man mit Hilfe einer Raumladung die wirksame elektrische Länge eines koaxialen Leitungsstückes variieren kann, indem die anwesende Raumladung eine Vergrößerung der Leitungskapazität hervorruft. Eine solche Raumladung läßt sich beispielsweise durch eine zylindrische Entladungsanordnung im Zuge einer Koaxialleitung anordnen, wobei eine Kathode als Innenleiter und eine zylindrische Anode als Außenleiter dient. Die Anzahl der um die Kathode verteilten Elektronen, die den Wert der Raumladung bestimmen, läßt sich bekanntlich dadurch vergrößern, daß ein axial gerichtetes Magnetfeld die exzentrisch zur Anode eilenden Elektronen auf kreisförmige Bahnen ablenkt. Diese Ablenkung ist um so größer, je schneller sich die Elektronen bewegen, also je höher die Anodenspannung ist. Andererseits ist diese Ablenkung eine Funktion der angelegten magnetischen Feldstärke, so daß eine große Anzahl Elektronen vollständige Kreisbahnen beschreiben und dabei die Anode nicht erreichen können. Wenn die betreffende Entladungsvorrichtung im Zuge einer abgestimmten Koaxialleitung liegt, dann läßt sich auf diese Weise die Resonanzfrequenz eines Oszillators, in anderen Fällen auch die Intensität einer übertragenen Hochfrequenzschwingung verändern bzw. modulieren.

Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, daß die veränderlichen Eigenschaften einer Raumladung bei Verwendung eines Hohlleiters und polarisierter Wellen auch die Polarisation dieser Wellen ' beeinflussen können. Hierzu wird vorgeschlagen, im Zuge eines Hohlleiters ein freies Plasma anzuordnen und dabei die notwendigen elektrischen bzw. magnetischen Felder außerhalb der eigentlichen Energieleistung zu erzeugen. Auf diese Weise wird erreicht, Verfahren zur Beeinflussung

von Hochfrequenzschwingungen mit Hilfe magnetischer oder elektrischer Felder

Anmelder: International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Juni 1951

Ladislas Goldstein, Ürbana, HL,

Murray A. Lampert, New York, N. Y.,

und John F. Heney, Clifton, N. J. (V. St. A.)

sind als Erfinder genannt worden

daß durch diese Felder die elektromagnetischen Übertragungseigenschaften eines in einem Hohlleiter angeordneten und freie Elektronen aufweisenden Mediums, beispielsweise einer Raumladung oder eines »Plasmas« verändert und damit die Polarisierung elektrischer Wellen im Sinne des Faradayeffektes gesteuert werden.

Derartige Wellen sind durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl beeinflußbar wenn sie linear polarisiert sind als auch wenn sie zirkulär polarisiert sind oder eine beliebige andere Polarisationsform aufweisen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht ferner darin, bestimmte magnetooptische Vorrichtungen anzugeben für eine Steuerung der Polarisation sowie zur Absorption und Reflexion von winkelabhängigen elektromagnetischen Wellen in Wellenleitern kreisförmigen, elliptischen oder rechteckförmigen Querschnittes, die glatte oder periodisch abgeänderte Grenzwände haben.

Die Polarisationssteuerung wird dabei in ähnlicher Weise erreicht wie beim Faradayschen Effekt, aber der Steuerungsbereich überschreitet weit denjenigen, der bei den Frequenzen der Lichtwellen erhalten wird. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Erzeugung von Polarisationsfiltercharakteristiken, in dem nur zirkularpolarisierte Wellen eines gegebenen

Rotationssinnes durch die Vorrichtung hindurchgehen, und in der Schaffung von magnetooptischen Verfahren und Vorrichtungen für die Abänderung elektromagnetischer Wellen in Wellenleitern mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt von der linear polarisierten Form zu der zirkulär polarisierten Form und von Verfahren und Mitteln für die Drehung der Polarisationsebene einer linear polarisierten Welle.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines magnetooptischen Verfahrens und von Mitteln, um eine Absorption und Reflexion von elektromagnetischen Wellen in Wellenleitern nicht kreisförmigen und nicht elliptischen Querschnitts, wie z. B. in Wellenleitern rechteckigen, quadratischen und dreieekförmigen Querschnitts mit glatten oder abgeänderten Wänden zu erhalten.

Es wurde entdeckt, daß magnetooptische Effekte bei elektromagnetischen Wellen erhalten werden kön-

elektromagnetischen Wellen kann bis zu 90⁰ je Wellenlänge betragen. Die Transformation in eine zirkulär polarisierte Welle im Gyroresonanzbereich ist mit den Experimenten von Faraday überhaupt nicht zu erreichen. Alle diese Wirkungen der Erfindung werden in einem elektrisch steuerbaren Medium, nämlich in dem Elektronengas oder -strom erhalten.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen ^Vorrichtung sind in den Zeichnungen näher erläutert.

Fig. ι zeigt eine Längsschnittsansicht einer Ausführungsform einer magnetooptischen Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 2'-2.' von Fig. ι;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der elektrischen Feldverteilung für den TE_1>:t-Modus der Wellenfortpflanzung in einem Wellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt;

Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, welche

nen, indem die Wellen durch ein Elektronen enthaltendes Gasmedium geleitet werden, wenn das Medium 20 die Feldverteilung nach Drehung der Polarisationseinem magnetischen Feld ausgesetzt ist. Ein Merk- ebene der Welle um einen Winkel Θ zeigt; mal schließt z. B. die Verwendung von Wellenleitern Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die kreisförmigen oder elliptischen Querschnitts für die Drehung der Polarisationsebene einer linear polari-Leitung linear polarisierter elektromagnetischer WeI- sierten Welle zeigt, aufgetragen als eine Funktion der len ein. Die kombinierte Wirkung des Gasmediums 25 magnetischen Feldintensität;

und des magnetischen Feldes erzeugt in solchen WeI- Fig. 6 und 7 zeigen Längsschnittsansichten durch

lenleitern für gewisse Wertbereiche der Elektronen- zwei andere Ausführungsbeispiele magnetooptischer

dichte und der magnetischen Feldintensität eine Vorrichtungen;

Winkelrotation der Polarisationsebene der Welle. Der Fig. 8 zeigt schematisch eine Darstellung der Feld-Ausdruck Polarisationsebene bezeichnet die Ebene des 30 verteilung für einen Wellenleiter mit rechteckigem maximalen Ε-Feldes eines winkelabhängigen Modus. Querschnitt, bei welchem die zwei Dimensionen unter-Der Grad der Winkeldrehung der Polarisationsebene schiedlich sind.

kann entweder gesteuert werden durch die Verände- In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung schließt die dort rung der Elektronendichte des Mediums oder der gezeigte magnetooptische Vorrichtung einen Wellen-Intensität des magnetischen Feldes oder durch Ver- 35 leiterteil 1 mit kreisförmigem Querschnitt ein. Mit änderung von beiden. Durch Vergrößerung der Elek- diesem Wellenleiterteil ist ein Eingangswellenleitertronendichte und/oder der Feldintensität können drei
Wellentransformationszonen überschritten werden.
Die erste Transformationszone schließt eine Winkel

drehung der Polarisationsebene der Welk

teil 2 gekoppelt, der mit einer Koaxialleitung 3, 4 verbunden ist, welche elektromagnetische Wellen von der Quelle 5 in den Wellenleiter 2 als linear polarisierte ein. Die 40 Wellen einführt. Der Teil 2 weist einen Abschluß 6

zweite Transformationszone schließt eine Zirkular- auf, der angenähert eine Viertelwellenlänge von der polarisation der Welle ein, wenn die gyromagnetische Antenne 40 (Sonde) entfernt ist, die sich von dem inFrequenz der Elektronen im Magnetfeld angenähert neren Leiter 4 aus erstreckt. Die Wellen werden gleich der Frequenz der elektromagnetischen Wellen durch die Antenne 40 im linear polarisierten TE₁₁₁-ist, und eine dritte Transformationszone schließt eine 45 Modus eingeführt, dessen elektrische Feldverteilung in Winkeldrehung ein, die ähnlich derjenigen ist, die in Fig. 3 dargestellt ist. Obgleich der TE_ia-Modus

gerade für einen Wellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt geeignet ist, können auch andere Moden, die eine starke Winkelabhängigkeit haben, wie z. B. der TE_li2-Modus, verwendet werden. Die Dimensionen des Wellenleiters werden natürlich durch den Frequenzbereich der Quelle der fortzuflanzenden Welle bestimmt.

Im Wellenleiterteil 1 befindet sich ein Kolben 7, in ein, hoher Prozentsatz der Absorption ohne Reflexion 55 welchen Gas unter gesteuertem Druck von einer bei der genauen Gyroresonanz bewirkt wird. Quelle 8 eingeführt werden kann. Eine Vakuum-

Aus der vorangehenden und nachfolgenden Be- pumpe 9 dient für die Evakuierung anderen Gases Schreibung geht hervor, daß die magnetooptischen aus dem Kolben, bevor derselbe mit einem gewünsch-Wirkungen und Ergebnisse gemäß der Erfindung sehr ten Gas oder einer gewünschten Gasmischung gefüllt stark und unerwartet die Wirkung überschreiten, die 60 wird. Der Kolben wird nach der Gasfüllung verdurch den Faradäyeffekt mit polarisierten Lichtwellen schmolzen. In Fig. 2 sind die Gasquelle 8 und die erhalten wird. Faraday arbeitete im Frequenzbereich Pumpe 9 über Gasventile 10 und 11 und röhrenforder Lichtwellen, und seine optische Steuerung- schloß mige Verbindungen 12 und 13 mit einem Kathodennur sehr kleine Drehwinkel ein, die weniger als 10"-⁴⁰ behälter 14 verbunden. Der Kathodenbehälter 14 ist je Wellenlänge betrugen (d. h. je Wellenlänge längs 65 über die Gasröhre 15 mit dem Kolben 7 verbunden, des Wellenleiters wird die Polarisationsrichtung der und die Kathode liegt außerhalb des Wellenleiters, fortgepflanzten Welle um 1ο—⁴⁰ gedreht). Die vor- Die Kathode 16 ist geheizt und wird vom Transforliegende Erfindung findet Anwendung in einem mator 17 und einer Elektronenenfladungsspannung von extrem breiten Frequenzbereich von unter 100 MHz der Klemme 18 gespeist. Der Kolben 7 enthält eine bis über 250 000 MHz, und die Winkeildrehung der 70 ringförmige Anode 19, die über einen Strombegren-

der ersten Zone auftritt, aber entgegengesetzten Sinn hat. In der zweiten Zone werden die Wellen elliptisch polarisiert und schließlich bei Gyroresonanz zirkulär polarisiert.

Ein anderes Merkmal betrifft die Verwendung von Wellenleitern nicht kreisförmigen Querschnitts, z. B. rechteckigen Querschnitts, bei denen ein hoher Prozentsatz der Reflexion nahe der Gyroresonanz und

zungswiderstand 20 mit Erde verbunden ist. Wenn eine kalte Kathode verwendet wird, kann dieselbe im Kolbenteil innerhalb des Wellenleiters angeordnet sein.

Um den Wellenleiter und den Kolben 7 ist eine elektromagnetische Spule 21 konzentrisch angeordnet, die durch eine Stromquelle 22 gespeist wird. Diese Stromquelle ist vorzugsweise eine Gleichstromquelle, die einstellbar ist, wie mit 23 angegeben ist, um die magnetische Feldintensität zu steuern. Wenn gewünscht, kann der Strom für die Spule auch ein Wechselstrom sein oder auch aus Gleichstromimpulsen bestehen, was von' den gewünschten Wirkungen abhängt. Der vordere Teil 24 des Kolbens 7 ist vorzugsweise verjüngt, um Wellenstörungen infolge Grenzunstetigkeiten auf ein Minimum zu bringen.

Wenn das magnetische Feld oder ein Teil desselben auf einer gegebenen Intensität gehalten wird, kann das Feld auch durch einen Permanentmagneten zylindrischer oder anderer geeigneter Form erzeugt werden. Auch kann eine zusätzliche Spule in Verbindung mit dem Permanentmagneten oder einer anderen Hauptspule verwendet werden.

Magnetooptische Fortpflanzungsexperimente wurden mit Wellenleitern von kreisförmigem Querschnitt, wie sie praktisch in Fig. 1 und 2 dargestellt sind, in einem Bereich zwischen 4500 bis 5500 MHz durchgeführt. Das in der Röhre 7 enthaltene Gasmedium wies eine hohe Dichte freier Elektronen auf, die durch eine impulsmäßige Gleichstromentladung mittels der Kathode 16 eingeführt wurden. Um in dem Gas freie Elektronen zu erzeugen, können selbstverständlich auch irgendwelche andere Mittel verwendet werden, z. B. Elektronenströme oder Gasmedien, die durch den Durchtritt von ionisierenden Strahlungen, wie z. B. α-, β-, γ- oder X-Strahlen, ionisiert werden oder durch eine Wechselstromentladung oder Gasentladung beim Durchtritt hochfrequenter elektromagnetischer Wellen.

Bei Verwendung einer drehbaren Sonde, wie sie am Ende der Röhre 7 bei 25 angegeben ist, wurde die Drehung der Polarisationsebene und der Grad der Elliptizität der fortgepflanzten Wellen gemessen. Durch Bewegung der Sonde 25 über verschiedene Winkel wird die winkelmäßige Anordnung des maximalen Ε-Feldes leicht bestimmt. Der für diese Messungen verwendete Wellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt hatte eine Grenzfrequenz von 4430 MHz. Die Messungen wurden über einen Gasdruckbereich von 0,5 bis 100 mm Hg-Säule und bei verschiedenen Gleichstromimpulsströmen und Spannungen vorgenommen. Die magnetische Feldintensität wurde bis zu 3500 Gauß variiert, was einer Gyroresonanzfrequenz entspricht, die weit über den verwendeten Signalfrequenzen liegt. Die Elektronenentladung wurde impulsmäßig getastet mit einem 5-Mikrosekunden-Impuls, und die Resultate wurden durch Messungen in dem allmählich verfallenden Gasentladungsplasma erhalten, welches noch längere Zeit bestehenblieb, nachdem die Elektronentemperatur schon auf Raumtemperatur abgesunken war.

Der Brechungsindex des Plasmas für Mikrowellen ist eine Funktion der Plasmafrequenz, die durch die Elektronendichte, die Elektronentemperatur und die Kollisionsfrequenz der Elektronen bestimmt wird. Wenn das Plasma einem magnetischen Feld unterworfen wird, ist sein Brechungsindex auch eine Funktion der Intensität des magnetischen Feldes zusätzlich zu den obenerwähnten Variablen des Plasmas. Ionen spielen anscheinend bei dem oben beobachteten Phänomen keine Rolle.

In Fig. 3 ist die Feld verteilung in dem Wellenleiter mit kreisförmigem Querschnitt am Eingang der magnetooptischen Vorrichtung für den linear polarisierten TE_ia-Modus dargestellt. Bei einer gegebenen Elektronendichte und magnetischen Feldintensität dreht sich die Polarisationsebene um einen gewissen Winkel Θ. Solch eine Winkeldrehung ist in Fig. 4 dargestellt. Beim Fehlen eines Plasmas würde ein magnetisches Feld bekanntlich die Wellenfortpflano zung nicht beeinflussen. Diese Winkeldrehung der Polarisationsebene der Welle betrifft nur eine linear polarisierte Welle, wenn die Intensität, des magnetischen Feldes auf einem Wert gehalten wird, der genügend weit von der Elektronengyroresonanz entfernt liegt. Wenn man sich der Resonanz nähert, geht die Linearität der Polarisation der Welle verloren. Die Welle geht über verschiedene Grade einer elliptischen Polarisation in eine reine zirkulär polarisierte über. Für Werte der magnetischen Feldintensität, die außerao halb der Gyroresonanzzone liegen, wird eine reine Winkeldrehung ohne merkbare Amplitudenveränderung erhalten, da die zirkulär polarisierten Wellen, die in entgegengesetzten Richtungen rotieren, gleichfalls beim Durchtritt durch das anisotrope Elektronengas unbeeinflußt bleiben. In der Gyroresonanzzone tritt eine ungleiche Absorption und Reflexion dieser zirkulär polarisierten Wellen auf. Eine der zirkulär polarisierten Wellen wird in der gyromagnetischen Resonanzzone vollständig gedämpft, und eine andere Welle, die in entgegengesetzter Richtung rotiert, geht durch den Gasplasmateil mit nur wenig oder keiner Dämpfung hindurch. Wenn die magnetische Feldintensität über die Gyroresonanzzone vergrößert wird, wird wieder eine Winkeldrehung der Polarisationsebene beobachtet. Diese Drehung erfolgt jedoch in entgegengesetzter Richtung zu der, die unter der Gyroresonanz auftritt. Diese Tatsache ist durch Experimente erprobt, bei denen entgegengesetzte magnetische Felder verwendet werden (vgl. in diesem Zusammenhang das Ausführungsbeispiel in Fig. 6). Indem man den Teil der ersten Magnetspule auf Resonanz bringt, wird eine der Wellen vollständig gedämpft, und indem man die zweite Spule auf Resonanz bringt, wobei das Feld entgegengesetzt gerichtet ist, wird die andere Welle vollständig gedämpft. Durch Steuerung der zwei entgegengesetzten Felder in die Intensitätszone der Gyroresonanz werden so »Magneto-Kristalle« für Mikrowellen erzeugt, und duroh Steuerung kann irgendeine gewünschte »Kristall«-Größe und scheinbare Transparenz nachgebildet werden. Für eine gegebene Richtung und Intensität des magnetischen Feldes ist die Größe der Drehung und der Sinn der Drehung für einen feststehenden Beobachter der linear polarisierten Welle unabhängig davon, ob die Wellenfortpflanzung parallel oder antiparallel zur Richtung des magnetischen Feldes erfolgt.

In Fig. 5 ist ein Diagramm gezeigt für ein spezielles Experiment, welches den Grad der Drehung der Polarisationsebene der Welle bei veränderlichem Magnetfeld zeigt, wenn andere Parameter der magnetooptischen A^orrichtung konstant gehalten werden. Wenn die Feldintensität vergrößert wird, zeigt die Kurve 26, daß die Winkeldrehung eine Funktion des magnetischen Feldes ist, bis die Feldintensität die Resonanzzonne erreicht. Die gyromagnetische Zone 27 variiert in der Breite abhängig von der Frequenz der Welle, der Elektronendichte und der Elektronenkollisionsfrequenz im Gas. Wenn die Feldintensität über die Resonanzzone hinausgeht, wird wieder eine Winkeldrehung der Polarisationsebene beobachtet, die

Maximum anwächst. Wenn die magnetische Feldintensität über die Gyroresonanz vergrößert wird, wird die Dämpfung sehr plötzlich reduziert. Reflexionen werden unmittelbar auf jeder Seite der Gyroresonanz erhalten. Bei Gyroresonanz treten keine Reflexionen auf.

Unter Umständen kann ein schnelleres Ansprechen der Vorrichtung erforderlich sein, als es durch Steuerung der Magnetfeldihtenaität erhalten wird. In

aber in diesem Fall in der umgekehrten Richtung liegt, wie dieses durch die Kurve 28 angegeben ist.

In Fig. 6 ist eine magnetooptische Vorrichtung
mit zwei elektromagnetischen Spulen gezeigt, die der
Erzeugung entgegengesetzt gerichteter Magnetfelder
dienen und um einen Wellenleiterteil angeordnet sind,
der in dem Kolben 30 ein Gasplasma enthält. Die
erste Spule 31 liegt um den vorderen Teil der Röhre
30 und ist mit Endplatten 32 und 33 aus magnetischem Material versehen, um das magnetische Feld 10 solchen Fällen wird das Magnetfeld konstant gehalten, einheitlich axial der Röhre 30 zu konzentrieren. Die und die Elektronendichte des Plasmas wird variiert. Feldrichtung -ist durch den Pfeil 34 angegeben. Die Dies wird z. B. durch Anlegung von Signalen, wie zweite Spule 35 ist konzentrisch um den hinteren Teil z. B. Impulsen oder einer Wechselspannung, erreicht, der Röhre 30 angeordnet und gleichfalls mit Endplat- wie dies mit 18 in Fig. 2 gezeigt ist, oder die Signale ten 36 und 37 versehen. Die Richtung des magneti- 15 werden an die der Kathode zugehörigen Gitter angeschen Feldes ist durch den Pfeil 38 angegeben. Diese legt.

zwei Spulen werden durch die Gleichstromquellen In Wellenleitern kreisförmigen Querschnitts kann 39 und 40 gespeist, von denen jede einstellbar sein
kann, um die Intensität der magnetischen Felder zu
steuern. Wie zuvor ausgeführt, können die entgegen- 20 werden, d. h., die Frequenz einer linear polarisierten gesetzten magnetischen Felder in der gyromagneti- Welle kann bestimmt werden durch den Grad der sehen Resonanzzone dazu verwendet werden, den Winkeldrehung bei einer gegebenen Elektronendichte Fluß der elektromagnetischen Wellen vollständig zu und Feldintensität der magnetooptischen Vorrichtung, blockieren, d. h. also als Schaltvorrichtung benutzt Solche ein Meßinstrument ist immer »offen«, d. h. es werden. Die Vorrichtung kann auch in magnetischen 25 erfordert keine Abstimmung für eine Signalanzeige. Intensitätszonen außerhalb der Gyroresonanzzone für Auch eine Filterwirkung kann bei oder nahe der gyrodie Modulation der Wellen in der Amplitude, Phase magnetischen Resonanz erhalten werden, da die Voroder Frequenz und auch für Polarisationssteuerung richtung nur eine Zirkularpolarisation in einem Rotaverwendet werden. Wenn gewünscht, können eine tionssinn durch das anisotrope Ekktronengasmedium oder beide der Spulen 31 oder 35 durch Permanent- 30 erlaubt,
magneten ersetzt werden. Der Wellenleiterteil der magnetooptischen Vorrich-

In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der tung kann entweder langsame oder schnelle Wellenmagnetooptischen Vorrichtung gezeigt, welche einen fortpflanzungseigenschaften aufweisen und kann ent-Elektronenfluß verwendet, um das Elektronengas zu weder geschlossen oder offen sein. Für die schnelle bilden. Die Vorrichtung besteht aus einem Wellen- 3s Fortpflanzung sollte der Wellenleiter glatte Wände

durch Eichung der Drehlagen der Sonde in Fig. 1 eine Frequenzüberwachungsoperation durchgeführt

leiterteil 41, welcher eine gitterähnliche Anode 42 enthält, die von dem Teil 41 durch dielektrische Scheidewände 43 und 44 isoliert ist, welch letztere auch einen Teil des Röhrenkolbens bilden. Der Anodenteil

42 ist durch einen Kolben 45 umschlossen, wodurch 40 geriffelt sein oder schraubenförmig: der Teil unter Vakuum gehalten werden kann. Zwi- gitterähnliche Wände aufweisen, oder sehen dem Kolben 45 und dem Gitter 42 liegt eine
Kathode 46. Durch Anlegung eines genauen Potentials
über der Kathoden-Anoden-Kombination mittels der

haben, obwohl diese unter Umständen auch aufgerauht sein können. Für langsame Fortpflanzung können die Wände in vieler Hinsicht modifiziert werden. Zum Beispiel kann der Wellenleiter periodisch

ihrige oder die Wände

können teilweise oder vollständig mit dielektrischem Material bedeckt sein, und wenn gewünscht, kann das dielektrische Material als ein zusammengesetztes Di-

Leitungen 47,48 und 49 werden die Elektronen ver- 45 elektrikum innnerhalb des Wellenleiters angeordnet

sein.

anlaßt, hypozykloidischen Bahnen zu folgen, wodurch
ein Elektronenplasma innerhalb des Anodenzylinders Die Länge des Elektronengasplasmas kann stark erzeugt wird, durch welches die elektomagnetischen variiert werden in Abhängigkeit von der Größe des Wellen verlaufen müssen. Um diese Vorrichtung ist gewünschten Effektes. Die Größe eines magnetoeine elektrische Magnetspule 50 vorgesehen, mittels 50 optischen Effektes ist angenähert proportional der

welcher ein steuerbares magnetisches Feld erzeugt wird, um die gewünschten magnetooptischen Effekte zu erzielen. Die Spule 50 kann natürlich unter Umständen durch einen Permanentmagneten ersetzt werden.

In Fig. 8 ist ein Wellenleiter 53 mit rechteckigem Querschnitt gezeigt, dessen eine Dimension doppelt so groß wie die andere ist. Die gezeigte Feldverteilung 52 entspricht dem TE_li0-Modus. Ein dielektrisches Rohr 51 enthält ein Elektronengas. Alternativ könnten auch die Wellenleiterwände diesem Zweck dienen. Dieser Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt führt keine zirkulär polarisierten Wellen, und wenn derselbe bei der magnetooptischen Vorrichtung verLänge des anisotropen Elektronengasmediums (wenn der Effekt in entsprechenden Einheiten gemessen wird, wie z.B. in Db für die Dämpfung). Für einige Anwendungen sind sehr kurze Längen des Elektronengasplasmas wünschenswert, und zwar Längen, die kleiner sind als eine Viertelwellenlänge. Für andere Anwendungen ist mindestens eine Wellenlänge für die Elektronengasplasmalänge wünschens-

wendet wird, werden unterschiedliche Phänomene beobachtet, d. h. an Stelle einer Polarisationstransformation tritt eine Wellenabsorption und Reflexion auf. Bis zur gyrotnagnetischen Resonanzzone wird nur eine kleine Dämpfung beobachtet, während bei der

wert.

Wenn eine kalte Kathode in dem magnetischen Feld als ein Mittel zur Erzeugung des Elektronengasmediums verwendet wird, kann die Vorrichtung als ein Schalter oder Modulator verwendet werden. Dies wird erreicht durch die »Verschlußwirkung« des längs gerichteten magnetischen Feldes gegen die Ausbreitung einer Raumladung senkrecht zum Wellenleiter. Durch die Modulation dieser Elektronendichte wird eine Phasen- oder Amplitudenmodulation der elektrischen Welle erreicht. Diese Modulation kann

Gyroresonanz die Dämpfung scharf auf ein großes 70 durch Variation der Elektronendichte bzw. der Feld-

intensität oder durch Veränderung beider Größen hergestellt werden.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Beeinflussung von HF-Schwingungen mit Hilfe magnetischer oder elektrischer Felder, dadurch gekennzeichnet, daß durch diese Felder die elektromagnetischen Übertragungseigenschaften eines in einem Hohlleiter angeordneten und freie Elektronen aufweisenden Mediums, beispielsweise einer Raumladung oder eines »Plasmas«, verändert und damit die Polarisierung elektrischer Wellen im Sinne des Faradayeffektes gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des magnetischen Feldes gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des elektrischen Feldes und damit die Elektronendichte innerhalb des Mediums mit Hilfe von Gleich- oder Wechselspannung gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Plasmas als Träger der freien Ladungen im Medium die Ionisation oder der Druck des Plasmas gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die durch das Medium hindurchtretenden magnetischen Wellen, sofern sie einen ausgesprochen winkelabhängigen Modus in bezug auf den Hohlleiter aufweisen, bei Anwesenheit eines magnetischen Längsfeldes eine der Größe und Richtung nach wählbare Polarisationsdrehung ausgeübt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der eintretenden elektrischen Wellen im Feldstärkebereich der Gyroresonanzfrequenz ganz oder teilweise gesperrt und reflektiert, gedämpft oder nach Umwandlung in einen anderen Übertragungsmodus, beispielsweise in Gestalt von zirkularpolarisierten Wellen, weitergeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene HF-Energie im Rhythmus der gesteuerten Felder moduliert wird.

8. Magnetooptische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines Elektronengasmediums in einem Hohlleiter, der so aufgebaut ist, daß die elektrischen Wellen das Elektronengas durchsetzen, ferner Magneten zur Erzeugung eines homogenen magnetischen Längsfeldes im Innern des Elektronengases und Mittel, um mindestens einen Betriebsparameter zu steuern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen durch einen Hohlleiter von praktisch kreisförmigem Querschnitt hindurchtreten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen durch einen Hohlleiter von rechteckigem Querschnitt hindurchtreten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung freier Elektronen innerhalb oder außerhalb des Mediums vorgesehen sind, durch die ein Elektronenstrom erzeugt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten für die Erzeugung eines magnetischen Längsfeldes aus zwei Magnetfeldquellen bestehen und daß mindestens die Stärke einer dieser Quellen veränderbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magnetfeldquellen einander entgegengesetzte Felder erzeugen und daß die Funktion dieser Felder abhängig von der Größe der Feldstärke darin besteht, die Energie einer linearpolarisierten Welle ganz oder teilweise zu reflektieren bzw. zu dämpfen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel vorgesehen sind, um den Winkel der Drehung der Polarisationsebene der Wellen nach deren Fortpflanzung durch das Medium, beispielsweise zwecks Messung der Frequenz, zu bestimmen.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungswände des Hohlleiters durch. Aufrauhen bzw. durch eingebrachte Rillen oder Rippen als Verzögerungsleitung arbeiten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2458579;
französische Patentschrift Nr. 783 004;
schweizerische Patentschrift Nr. 224079;
»The Physical Review«, 1951, Bd. 82, Nr. 6, S. 956.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 609 739 12.