DE102020121744A1 - waveguide - Google Patents

Abstract

Hohlleiter (100) mit einem zur Leitung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen eingerichteten Leitungsabschnitt (10) und jeweils einem an beiden Enden des Leitungsabschnitts (10) angeordneten Hohlleiteranschluss (20), gekennzeichnet durch wenigstens ein die beiden Hohlleiteranschlüsse (20, 20) unter Einspannung des zwischen diesen angeordneten Leitungsabschnitts (10) miteinander verbindendes Spannelement (30).Waveguide (100) with a line section (10) designed to conduct high-frequency electromagnetic waves and a waveguide connection (20) arranged at both ends of the line section (10), characterized by at least one of the two waveguide connections (20, 20) with the clamped between them arranged line section (10) interconnecting clamping element (30).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter mit einem zur Leitung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen eingerichteten Leitungsabschnitt und jeweils einem an beiden Enden des Leitungsabschnitts angeordneten Hohlleiteranschluss.The invention relates to a waveguide with a line section designed to conduct high-frequency electromagnetic waves and a waveguide connection arranged at both ends of the line section.

Hohlleiter sind Wellenleiter für hochfrequente elektromagnetische Wellen vorwiegend im Frequenzbereich von 1 GHz bis 500 GHz. Es sind metallische Rohre mit meist rechteckigem, kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt aus oft hochwertigem Material (Kupfer, Messing - teilweise auch versilbert oder vergoldet). Alternativ können Hohlleiter auch aus galvanisch metallisierten sehr leichten Kohlefaserverbundstoffen oder Aluminium gefertigt werden.Waveguides are waveguides for high-frequency electromagnetic waves, mainly in the frequency range from 1 GHz to 500 GHz. They are metallic tubes with a mostly rectangular, circular or elliptical cross-section, often made of high-quality material (copper, brass - sometimes also silver-plated or gold-plated). Alternatively, waveguides can also be made of galvanically metallized very light carbon fiber composites or aluminum.

Hohlleiter haben gegenüber dem Koaxialkabel den Vorteil, dass sich die elektrische Leistung im Mikrowellenbereich viel verlustärmer als mit drahtförmigen elektrischen Leitungen übertragen lässt. Sie sind gegen Strahlung komplett geschirmt, sowohl von innen nach außen (dadurch keine Leistungsverluste durch Abstrahlung), als auch von außen nach innen, was in einer guten Störfestigkeit bei sehr schwachen Nutzsignalen resultiert. Außerdem sind die metallischen Hohlleiter besonders robust gegenüber Umwelteinflüssen, extremen Temperaturen, Vibration oder Weltraumstrahlung und finden daher große Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, sowie stationären Sendeanlagen an Land und auf Schiffen.Waveguides have the advantage over coaxial cables that the electrical power in the microwave range can be transmitted with much less loss than with wire-type electrical lines. They are completely shielded against radiation, both from the inside to the outside (therefore no loss of performance due to radiation) and from the outside to the inside, which results in good immunity to interference with very weak useful signals. In addition, the metallic waveguides are particularly robust against environmental influences, extreme temperatures, vibration or space radiation and are therefore widely used in aerospace, as well as stationary transmitters on land and on ships.

In einen Hohlleiter kann die Energie mittels mit dem Leitungsabschnitt verbundene Hohlleiteranschlüsse verschiedenartig ein- bzw. ausgekoppelt werden.The energy can be coupled into or out of a waveguide in various ways by means of waveguide connections connected to the line section.

Jedenfalls werden der Leitungsabschnitt und die regelmäßig als Flansch ausgebildeten Hohlleiteranschlüsse, die auch als andere angrenzende Funktionskomponenten, beispielsweise Circulator oder Limiter, ausgebildet sein können, üblicherweise mittels Löten oder Kleben zusammengefügt, wofür spezielles Fertigungswissen und Geschick notwendig ist, um zu brauchbaren Ergebnissen zu gelangen. Die bekannten Fertigungsmethoden weisen nämlich einige Nachteile auf, die die Übertragungscharakteristik mit jeder Einheit variieren lassen: Beim Löten wird die Übertragungscharakteristik beispielsweise durch unterschiedliche, insbesondere ungenügende Lotbenetzung, Loteintrag in den Hohlbereich oder Flussmittelkontamination beeinflusst. Beim Klebeprozess hingegen können unzulässige Übergangswiderstände entstehen.In any case, the line section and the waveguide connections, which are usually designed as a flange and which can also be designed as other adjacent functional components, such as a circulator or limiter, are usually joined together by means of soldering or gluing, which requires special manufacturing knowledge and skill in order to achieve useful results. The known manufacturing methods have a number of disadvantages that allow the transmission characteristics to vary with each unit: During soldering, the transmission characteristics are influenced, for example, by different, particularly insufficient solder wetting, solder entry into the hollow area, or flux contamination. During the bonding process, on the other hand, impermissible contact resistance can occur.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen einfach aufgebauten Hohlleiter zu schaffen, der in Bezug auf die Übertragungsleistung eine gute Reproduzierbarkeit aufweist.It is therefore the object of the invention to create a waveguide of simple construction which has good reproducibility in relation to the transmission capacity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Hohlleiter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.According to the invention, this object is achieved by the waveguide having the features of claim 1 . The dependent claims reflect advantageous refinements of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die Fertigung eines Hohlleiters innerhalb geringer Fertigungstoleranzen reproduzierbar zu ermöglichen, in dem insbesondere ein als stangenextrudiertes Halbzeug vorliegender Rechteckhohlleiter auf eine gewisse Länge passend für die jeweilige Anwendung gebracht, mit geeigneten Anschlüssen, beispielsweise als Flansche, versehen und die Anschlüsse unter Einspannung des zwischen diesen angeordneten Leitungsabschnitts miteinander verspannend verbunden werden. Die Anschlüsse sind dabei insbesondere für die weitere Verbindung des Hohlleiters innerhalb einer Radaranlage eingerichtet.The basic idea of the invention is to enable the reproducible production of a waveguide within low manufacturing tolerances, in particular by cutting a rectangular waveguide, which is available as a rod-extruded semi-finished product, to a certain length suitable for the respective application, provides it with suitable connections, for example as flanges, and the connections under Clamping of the line section arranged between these are connected to one another in a bracing manner. The connections are set up in particular for the further connection of the waveguide within a radar system.

Der Druckschwerpunkt aller Zugelemente in Summe liegt bevorzugt innerhalb der Außenkontur der sich berührenden Trennflächen der verspannten Elemente, um ein Verkippen der Elemente zu verhindern und ein statisch bestimmtes Objekt zu erhalten. Speziell sind dabei nur zwei symmetrisch angeordnete Spannelemente vorgesehen, um in höchst einfacher Weise eine gleichmäßige Verspannung zu ermöglichen.The pressure center of gravity of all tension elements in total is preferably within the outer contour of the touching parting surfaces of the clamped elements in order to prevent the elements from tilting and to obtain a statically determined object. Specifically, only two symmetrically arranged tensioning elements are provided in order to enable uniform tensioning in a very simple manner.

Jede der Trennverbindungen zweier Komponenten kann eine bezogen auf die Spannelementrichtung nahezu radiale mechanische Führung erhalten, um ein seitliches Abgleiten der Komponenten untereinander zu verhindern.Each of the separating connections of two components can be given a mechanical guide that is almost radial in relation to the direction of the clamping element, in order to prevent the components from sliding off one another laterally.

Insbesondere eine wechselseitige Verteilung von Rechts- und Linksgewinde auf zwei Spannelemente ermöglicht durch ein gegenläufiges Verdrehen beider Spannelemente das Festziehen und die Aufbringung gleicher Anziehdrehmomente in den Spannelementen mit dem Resultat, dass sich in allen Komponenten eine nahezu gleichmäßig verteilte Anpresskraft an den Berührflächen einstellt. Zum Antrieb der Spannelemente sind in vorteilhafter Weise an deren Umfang Abschnitte einzuarbeiten, die insbesondere durch Maulschlüssel mit entsprechender Schlüsselweite betätigt werden können.In particular, a mutual distribution of right-hand and left-hand threads on two clamping elements allows the tightening and the application of the same tightening torques in the clamping elements by turning both clamping elements in opposite directions, with the result that an almost evenly distributed contact pressure is set on the contact surfaces in all components. In order to drive the clamping elements, it is advantageous to incorporate sections on their circumference that can be actuated, in particular, by an open-end wrench with a corresponding width across flats.

Erfindungsgemäß wird also ein Hohlleiter vorgeschlagen mit einem zur Leitung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen eingerichteten Leitungsabschnitt und jeweils einem an beiden Enden des Leitungsabschnitts angeordneten Hohlleiteranschluss, wobei wenigstens ein die beiden Hohlleiteranschlüsse unter Einspannung des zwischen diesen angeordneten Leitungsabschnitts miteinander verbindendes Spannelement vorgesehen ist.According to the invention, a waveguide is therefore proposed with a line section set up for conducting high-frequency electromagnetic waves and a waveguide connection arranged at both ends of the line section, wherein at least one clamping element is provided that connects the two waveguide connections to one another while clamping the line section arranged between them.

Die Hohlleiteranschlüsse können als einzelne Komponenten gefertigt sein, die beispielsweise auch die Verbindung mehrerer Leitungsabschnitte miteinander ermöglichen. Alternativ ist es möglich, dass wenigstens ein Hohlleiteranschluss als Bestandteil einer den Leitungsabschnitt aufnehmenden Komponenten ausgebildet ist. Diese Komponente kann beispielsweise ein Limiter oder ein Circulator sein.The waveguide connections can be manufactured as individual components which, for example, also allow several line sections to be connected to one another. Alternatively, it is possible for at least one waveguide connection to be designed as part of a component accommodating the line section. This component can be a limiter or a circulator, for example.

Bevorzugt ist das Spannelement eine mit je einem in den Hohlleiteranschlüssen angeordneten Innengewinde schraubende Spannschraube. In diesem Fall ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Innengewinde jeweils als eine den jeweiligen Hohlleiteranschluss durchstoßende Bohrung ausgebildet sind.The tensioning element is preferably a tensioning screw screwed with a respective internal thread arranged in the waveguide connections. In this case, it is particularly preferably provided that the internal threads are each formed as a bore hole penetrating the respective waveguide connection.

Nach einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das Spannelement ein mit je einer an den Hohlleiteranschlüssen angeordneten Gewindestange schraubendes Spannschloss.According to an alternative preferred embodiment, the tensioning element is a turnbuckle screwed with a threaded rod each arranged on the waveguide connections.

Bevorzugt sind unabhängig von der Ausgestaltung des Spannelementes als Spannschraube oder als Spannschloss jeweils wenigstens zwei relativ zur Längsachse des Leitungsabschnitts sich gegenüberliegend angeordnete Spannelemente vorgesehen. Insbesondere ist eine spiegelbildsymmetrische Anordnung der Spannelemente bevorzugt. Alternativ kann auch eine rotationssymmetrische Anordnung von Spannelementen vorgesehen sein.Irrespective of the design of the tensioning element as a tensioning screw or as a turnbuckle, at least two tensioning elements arranged opposite one another relative to the longitudinal axis of the line section are preferably provided. In particular, a mirror image symmetrical arrangement of the clamping elements is preferred. Alternatively, a rotationally symmetrical arrangement of clamping elements can also be provided.

Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Hohlleiteranschlüsse jeweils eine Ausnehmung zur Aufnahme jeweils eines endständigen Abschnitts des Leitungsabschnitts aufweisen. Furthermore, it is preferably provided that the waveguide connections each have a recess for receiving a respective terminal section of the line section.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Spannelement der Längsseite des Leitungsabschnitts benachbart angeordnet ist.Finally, it is preferably provided that the line section has a rectangular cross section, with the at least one tensioning element being arranged adjacent to the longitudinal side of the line section.

Der Vorteil der Erfindung liegt in einer einfach herzustellende Hohlleiterbaugruppe, die eine gegenüber bekannten Hohlleitern höhere mechanische Festigkeit und in Bezug auf die Übertragungsleistung eine verbesserte Reproduzierbarkeit aufweist. Dabei besteht nach Fertigstellung der Hohlleiterbaugruppe die Option, den Hohlleiter zu Analyse- oder Reparaturzwecken zu demontieren, wobei ein einfacher Austausch der den Hohlleiter bildenden Komponenten erfolgen kann. Diese Modularität ermöglicht zugleich die einfache Realisierung von Testreihen im Entwicklungsprozess mit variierenden Komponenten.The advantage of the invention lies in a waveguide assembly that is easy to produce and has greater mechanical strength than known waveguides and improved reproducibility with regard to the transmission performance. After completion of the waveguide assembly, there is the option of disassembling the waveguide for analysis or repair purposes, with the components forming the waveguide being able to be easily replaced. At the same time, this modularity enables the simple implementation of test series in the development process with varying components.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment which is illustrated in the attached drawing and is of particularly preferred design.

1 zeigt ein besonders bevorzugt ausgestaltetes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung im Längsschnitt entlang der Linie A-A (A), im Querschnitt entlang der Linie B-B (B) und in einer perspektivischen Ansicht (C). 1 shows a particularly preferred embodiment of the invention in longitudinal section along line AA (A), in cross section along line BB (B) and in a perspective view (C).

Insbesondere zeigt 1 einen im Querschnitt rechteckig ausgestalteten Hohlleiter 100 mit einem zur Leitung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen eingerichteten Leitungsabschnitt 10, der an beiden Enden jeweils einen Hohlleiteranschluss 20 aufweist. Die Hohlleiteranschlüsse 20, 20 weisen auf ihren zueinander zugewandten Flächen jeweils eine Ausnehmung 24 zur Aufnahme jeweils eines endständigen Abschnitts des Leitungsabschnitts 10 auf, wobei die Hohlleiteranschlüsse 20, 20 mit dem dazwischen angeordneten Leitungsabschnitt 10 durch die in Längsrichtung des Hohlleiters 100 zu beiden Seiten des Leitungsabschnitts 10 angeordnete Spannelemente 30, 30 zusammengehalten werden. Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist im Wesentlichen zur Längs- und Mittelachse des Hohlleiters symmetrisch.In particular shows 1 a waveguide 100 with a rectangular cross-section and a line section 10 which is designed to conduct high-frequency electromagnetic waves and has a waveguide connection 20 at both ends. The waveguide connections 20, 20 each have a recess 24 on their mutually facing surfaces for receiving a respective terminal section of the line section 10, the waveguide connections 20, 20 with the line section 10 arranged between them through the longitudinal direction of the waveguide 100 on both sides of the line section 10 arranged clamping elements 30, 30 are held together. The arrangement of the individual components is essentially symmetrical to the longitudinal and central axis of the waveguide.

Die Spannelemente 30, 30 sind im gezeigten Beispiel als Spannschrauben 30, 30 ausgebildet, die an ihren Enden jeweils ein Außengewinde aufweisen, das jeweils mit einem in den Hohlleiteranschlüssen 20, 20 vorgesehenen Innengewinde 22 schraubt. Die Außengewinde einer Spannschraube 30 sind jeweils gegenläufig ausgebildet, sodass die Innengewinde 22 entsprechend an die Außengewinde angepasst sein müssen. Zur einfachen Handhabung der Spannschrauben 30 weisen diese jeweils eine Außensechskant auf.In the example shown, the clamping elements 30 , 30 are in the form of clamping screws 30 , 30 , which each have an external thread at their ends, which screws into an internal thread 22 provided in the waveguide connections 20 , 20 . The external threads of a clamping screw 30 are each formed in opposite directions, so that the internal threads 22 must be matched to the external threads accordingly. For easy handling of the clamping screws 30, they each have an external hexagon.

Die Innengewinde 22 sind jeweils als eine den jeweiligen Hohlleiteranschluss 20 durchstoßende Bohrung ausgebildet. Zusätzlich können auf den Gewinden der Spannschrauben 30, 30 (nicht gezeigte) Konterschrauben vorgesehen sein, die die Zugspannung begrenzen bzw. die Spannschrauben 30, 30 in ihrer voreingestellten Position fixieren können.The internal threads 22 are each formed as a bore that penetrates the respective waveguide connection 20 . In addition, counter screws (not shown) can be provided on the threads of the clamping screws 30, 30, which limit the tensile stress or can fix the clamping screws 30, 30 in their preset position.

Claims (7)

Hohlleiter (100) mit einem zur Leitung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen eingerichteten Leitungsabschnitt (10) und jeweils einem an beiden Enden des Leitungsabschnitts (10) angeordneten Hohlleiteranschluss (20), gekennzeichnet durch wenigstens ein die beiden Hohlleiteranschlüsse (20, 20) unter Einspannung des zwischen diesen angeordneten Leitungsabschnitts (10) miteinander verbindendes Spannelement (30).Waveguide (100) with a line section (10) designed to conduct high-frequency electromagnetic waves and a waveguide connection (20) arranged at both ends of the line section (10), characterized by at least one of the two waveguide connections (20, 20) with the clamped between them arranged line section (10) interconnecting clamping element (30). Hohlleiter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (30) eine mit je einem in den Hohlleiteranschlüssen (20, 20) angeordneten Innengewinde (22) schraubende Spannschraube (30) ist.Waveguide (100) according to claim 1 , characterized in that the tensioning element (30) is a tensioning screw (30) which screws into the hollow conductor connections (20, 20) and has an internal thread (22). Hohlleiter (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innengewinde (22) jeweils als eine den jeweiligen Hohlleiteranschluss (20) durchstoßende Bohrung ausgebildet sind.Waveguide (100) according to claim 2 , characterized in that the internal threads (22) are each formed as a bore hole penetrating the respective waveguide connection (20). Hohlleiter (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement ein mit je einer an den Hohlleiteranschlüsse (20, 20) angeordneten Gewindestange schraubendes Spannschloss ist.Waveguide (100) according to claim 1 , characterized in that the tensioning element is a turnbuckle that screws on to a threaded rod arranged on each of the waveguide connections (20, 20). Hohlleiter (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei relativ zur Längsachse des Leitungsabschnitts (10) sich gegenüberliegend angeordnete Spannelemente (30).Waveguide (100) according to one of the preceding claims, characterized by at least two clamping elements (30) arranged opposite one another relative to the longitudinal axis of the line section (10). Hohlleiter (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiteranschlüsse (20, 20) jeweils eine Ausnehmung (24) zur Aufnahme jeweils eines endständigen Abschnitts des Leitungsabschnitts (10) aufweisen.Waveguide (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide connections (20, 20) each have a recess (24) for receiving a respective terminal section of the line section (10). Hohlleiter (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsabschnitt (10) im Querschnitt rechteckig ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Spannelement (30) der Längsseite des Leitungsabschnitts (10) benachbart angeordnet ist.Waveguide (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the line section (10) has a rectangular cross section, the at least one clamping element (30) being arranged adjacent to the longitudinal side of the line section (10).

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