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Magnetischer Modulator Die Erfindung betrifft einen magnetischen Modulator
mit einem ferromagnetischen Mittel, das besonders vorteilhafte Eigenschaften zur
Anwendung bei einem magnetischen Modulator aufweist.
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Der Begriff magnetischer Modulator soll dabei im weitesten Sinn verstanden
werden und umfaßt somit nicht nur eine Vorrichtung, der zwei Eingangsschwingungen
mit unterschiedlichen Frequenzen zugeführt werden und der dann eine Ausgangsschwingung
mit ider Summen- und/oder der Differenzfrequenz entnommen wird, sondern auch z.
B. eine Vorrichtung, bei der die Ausgangsfrequenz die Summe oder die Differenz definierter
Harmonischer der beiden Eingangsfrequenzen ist oder bei der eine der Eingangsschwingungen
durch einen konstanten Strom ersetzt ist oder aber überhaupt fehlt. Magnetische
Modulatoren der vorstehend angegebenen Art finden Anwendung z. B. bei magnetischen
Verstärkern, beim Aufdrücken eines zu übertragenden Signals auf eine Trägerwelle
durch Amplituden- oder Frequenzmodulation, bei selbsttätiger Frequenznachregelung
einer örtlich erzeugten Schwingung, beim Mischen eines empfangenen Signals mit einer
örtlich erzeugten Schwingung, bei Frequenzvervielfachung einer Schwingung usw. In
allen diesen Fällen wird die nichtlineare Beziehung ausgenutzt, die zwischen der
magnetischen Induktion B und der Feldstärke H des ferromagnetischen
Mittels des Modulators besteht.
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Bei üblichen magnetischen Modulatoren wird das ferromagnetische Mittel
unter Zuhilfenahme eines konstanten. Magnetfeldes vormagnetisiert, so daß der Arbeitspunkt
Ho (Fig. r), bei dem das Mittel
betrieben wird, in die Nähe. .der
Sättigungsbiegung ,der Magnetisierungskennlinie fällt. Auch wird zuweilen ein großes
Wechselfeld H angelegt, wodurch die Magnetisierungskurve von der Sättigung bei negativer
bis zur Sättigung bei positiver Feldstärke durchlaufen wird.
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Es zeigt sich, daß die meisten magnetischen Materialien eine Magnetisierungskurve
mit einer Sättigungsbiegung aufweisen, die bei höheren Frequenzen immer flacher
wird. In Fig. i sind die B-H-Kennlinien für rin übliches magnetisches Material bei
verschiedenen Werten der Frequenz f dargestellt. Es zeigt sich, daß bei Hochfrequenzen,
z. B. i MHz, die Magnetisierungskurve nahezu eine gerade Linie wird, so däß dieses
Material für solche Frequenzen für einen magnetischen Modulator nicht mehr geeignet
ist.
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Es hat sich als möglich erwiesen; Materialien herzustellen, deren
nichtlineare Magnetisierungskurve sich praktisch sehr wenig mit der Frequenz ändert.
. Ein solches Material, z. B. eine hochpermeabele Ferritart, ist demnach auch für
eine Anzahl ;der vorstehend erwähnten Anwendungen gut brauchbar. Der Nachteil ist
jedoch der, daß bei einem solchen Material nach wie vor ein großes konstantes Vormagnetisierfeld
erforderlich ist, um das Material in den richtigen Arbeitspunkt zu bringen.
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Die Erfindung bezweckt, ein Material zu schaffen, das sich für einen
magnetischen Modulator für Hochfrequenzen besonders gut eignet; wobei das Vormagnetisierfeld
ganz oder nahezu ganz entfallen kann. Gemäß der Erfindung wird als ferromagnetisches
Mittel für einen solchen Modulator eine Ferritart ,angewendet mit einer Anfangspermeabilität
,uo kleiner als 50o, einem Verlustfaktor tg b kleiner als 0;o6, gemessen an einem
ringförmigen massiven Kern ohne Luftspalt bei einer Frequenz von ioo kHz, wobei
t° s kleiner als o,ooi bei dieser Frequenz ist und mit einer scheinbaren Dichte
größer als das o,95fache der Röntgendichte. Unter scheinbarer Dichte wird dabei
das durch das äußere Volumen des Materials divi'd'ierte Gewicht verstanden.
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Der Erfindung liegt die folgende Wirl@ung zugrunde: Man geht von einer
Ferritärt aus, deren Zusammensetzung derart -bemessen ist, daß bei sorgfältigem
Erhitzen, wobei homogene, kubische Mischkristalle entstehen, die zu einem Material
mit niedrigen Verlusten führen, sich eine 'verhältnismäßig niedrige Anfangspermeabilität,
z. B. annähernd 300; ergibt. Dieses Erhitzen vollzieht sich nun bei einer so hohen
Sintertemperatur oberhalb 135o°, z. B. angenähert 1q.00°; daß das Material zugleich
zugeheizt wird und somit eine hohe scheinbare Dichte erhält. Auch kann :das Ferrit
zu diesem Zweck gegebenenfalls zum Schmelzen gebracht werden. Das erhaltene Material
weist dann eine Magnetisierungskurve auf, wie sie in Fig.2 für verschiedene Frequenzen
dargestellt ist, die bei kleinen Werten der Feldstarke wesentlich von jener der
üblichen Ferritarten verschieden ist, indem sie auch für Hochfrequenz gekrümmt bleibt.
Infolge des Erhitzens bei dieser hohen Temperatur zeigt sich ferner, daß der .durch
die Neigung der .gestrichelten Linie in Fig.2 angegebene höchste Wert für B-H bei
weit niedriger Feldstärke (nämlich niedriger als 1,2, Ö), als es bei Ferriten mit
dieser Zusammensetzung normalerweise der Fäll ist, auftritt und auch der entsprechende
Wert für B-H im Vergleich mit den Werten der Anfangspermeabilität,uo für Ferrite
unerwartet groß ist, z. B. das 6fache.
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In Fig.2 ist der krumme Teil der Magnetisierungskurve mit dem Linienabschnitt
O-A bezeichnet; in Fig. 3 ist die dritte harmonische Verzerrung d, als Funktion
der Induktion B für ein solches Material bei unterschiedlichen Werten der Frequenz
dargestellt. Es zeigt sich, daß diese Verzerrung aus einem frequenzabhängigen und
einem frequenzunabhänggen Teil besteht; und letzterer bleibt somit auch bei den
höchsten Frequenzen vorhanden und ist größer, als bei anderen Ferromagnetika bei
diesen Hochfrequenzen gefunden wird.
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Ein Material mit einer solchen, auch bei sehr hohen Frequenzen noch
auftretenden Krümmung zu Beginn der B-H-Kennlinie eignet sich somit vorzüglich zur
Anwendung bei magnetischen Modu= latoren, insbesondere wenn kleine Eingangswechseelspannungen
hoher Frequenz zur Verfügung stehen.
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In Fig. q: ist beispielsweise ein magnetischer Modülator dargestellt,
bei dem eine .der Klemmen i zugeführte Eingangsschwingung durch Modulation auf eine
durch eine Quelle a örtlich erzeugte Schwingung aufgedrückt wird, und zwar unter
Zuhilfenahme eines aus dem vorstehend beschriebenen Material hergestellten Magnetkreises
.., so daß eine Mischschwingung an den Klemmen 3 entsteht. Der Magnetkreis kann
gegebenenfalls auf bekannte Weise im Gegentakt ausgebildet werden. Ist der mit der
Klemme 3 verbundene Kreis z. B. auf die Differenzfrequenz der Eingangsschwingung
und der örtlich erzeugten Schwingung abgestimmt, so kann (die Amplitude wesentlich
höher als jene der Eingangsschwingung sein, so daß der Modulator auch als Verstärker
wirkt.
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Die Schaltung kann sogar zum Selbstschwingen gelangen, wenn die Kreisqualitäten
der Eingangs-und Ausgangskreise einen bestimmten Wert überschreiten. Zu diesem Zweck
eignet sich das beschriebene Material auch deshalb besonders gut, weil die effektive
Permeabilität B-H zum Unterschied gegenüber der Anfan@gspermeabilitätyo eine wesentliche
Änderung bei Amplitudenänderung der Eingangsschwingung erfährt, was für diese Anwendung
maßgebend ist.
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Merkwürdigerweise ergibt sich auch beim Fehlen irgendeines Vormagnetisierfeldes
schon eine erhebliche Schwingung der Summen- bzw. Differenzfrequenz; diese Schwingung
erreicht ihr Maximum beisehrgeringerVormagnetisierung,z.B.Ho=o,i O. Auch findet
man eine größere Ausgaiigsschwinguiig, wenn die Eingangsschwingung und die örtlich
erzeugte Schwingung eine harmonische Beziehung aufweisen:
Eine eingehendere
Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines zur Anwendung der Erfindung
geeigneten Ferritmaterials erfolgt an Hand des folgenden Beispiels.
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Beispiel Man lost I 11,7 g Eisen, 30,I g Zink und 3I,7 g Nickel in
verdünnter Schwefelsäure und dampft die erhaltene Lösung bis zur Trockne ein. Das
zurückgebliebene Salzgemisch wird sodann auf 300°C in Luft erhitzt, bis keine Dämpfe
mehr entweichen, worauf man die Temperatur langsam bis 6oo#'C erhöht, welche Temperatur
2 Stunden eingehalten wird. Darauf wird bis auf Zimmertemperatur abgel:iihlt. Das
erhaltene Produkt wird d. Stunden in einer Kugelmühle mit Alkohol gemahlen. Nach
Entfernen des Alkohols wird für i Stunde auf 9oo° C in Luft vorerhitzt. Nach Kühlung
erfolgt erneut ein Mahlvorgang, wie vorstehend beschrieben. Das getrocknete Pulver
wird mit einem Druck von I1/2 t/cm2 in Form eines Ringes mit 35 mm äußerem und 25
mm lichtem Durchmesser sowie einer Höhe von. 3,5 mm gepreßt, und dieser Ring wird
q. Stunden auf 1d50° C in Sauerstoff geheizt und darauf langsam in Sauerstoff gekühlt.
Die an diesem Ring durchgeführten Messungen hatten das folgende Ergebnis: Anfangspermeabilität
= 312, größter Wert für B-H = 2ooo bei einer Feldstärke von o,8 Ö, scheinbare
Dichte = 5,21 bei einer Röntgenidichte = 5,25, Verlustfaktor bei ioo kHz = o,o2.
Die Verzerrung betrug q.o/o bei einer Feldstärke von 0,03! Ö und einer Frequenz
= 59o ILHz. Als Mischstufe geschaltet wurde die größte Mischschwingung bei einer
Feldstärke von o, i (`J gefunden.