DE1591703A1 - Process for converting the wave type of a waveguide wave into a coaxial wave - Google Patents
Process for converting the wave type of a waveguide wave into a coaxial waveInfo
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Description
T'Verfahren zur Umformung des Wollentyps einer Hohlleiterwelle in eine Koaxialwellell Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wormung des Wellentyps beim Übergang von einer Hohlleiterwelle mit magnetischer Längskomponente in eine Koaxialwelle.T'Procedure for transforming the wool type of a waveguide wave into a coaxial wave The invention relates to a method for scaling the wave type at the transition from a waveguide shaft with a magnetic longitudinal component to a Coaxial wave.
In mikrowellentechnischen Anlagen tritt häufig die Wgabe auf, Koaxialleitungen mit Hohlleitern zu verbinden. Die z. Z. gebräuchlichsten Übergänge sind ähnlich aufgebaut, wie dies in Figur 1 skizziert ist. Da die Entfernung der Auskoppelsonde vom kurzgeschlossenen Hohlleiterende 11/4 beträgt, tritt naturgemäß eine starke Frequenz it den Übertragungaverhaltenn auf, ao daß nur in einen relativ kleinen Prequembereich gute Anpassung bzw. kleine Beflexionen erreichbar sind. Auch eine Reihe anderer bekannter Konstruktionen besitzen ähnliche Eigenschaften. Die det Windung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,» ein.:.Verfahren zur einer Hohlleiterwelle in eine Koazialwelle zu schaffen, dan weniger frequenz itisch ist und durch zusätzliche Naßnahnen sogar in einen weiten Frequenzbereich weitgehend frequensunabhängig arbeitet.In microwave systems there is often the task of connecting coaxial lines with waveguides. The z. Z. common transitions are similar in design, as sketched in FIG. 1 Since the distance of the decoupling probe from the short-circuited waveguide end is 11/4, a high frequency naturally occurs with the transmission behavior, so that good adaptation or small reflections can only be achieved in a relatively small pre-comfort range. A number of other known constructions also have similar properties. The task on which the winding is based is to create a process for converting a waveguide wave into a coacial wave, since it is less frequency-itic and, thanks to additional wet-out seams, even works largely independent of frequency in a wide frequency range.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Hoblleiterwelle senkrecht zu ihrer Polarisationsrichtung in zwei Teilwellen aufgespalten
wird" daß diese Teilwellen durch Beeinflussung ihrer Phasengeschwindigkeiten mit
Hilfe an sich bekannter Anordnungen in ihrer Phase so gegeneinander verschoben worden,
daß nie am Ende einer Laufstrecke gegenphaaig sind und daß die Teilwellen
dann
wieder zusamengeführt werden und da= eine Koarialwelle mit gleicher Ausbreitungerichtung
ergeben. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist bei den erfindungegemäßen
Verfahren inn rhalb einer sehr großen Bandbreite - praktisch über den gesamten
stabilen Bereich den verwendeten Hohllei-
Erfindungsgemäß wird, wie erwähnt, die Höhlleiterwelle In zwei Wellen unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit vl und v. aufgeapalten. Wie der in Wigur 2 vereinfacht dargestellte Längsschnitt einen derartigen Übergangs sche»tisch erkennen läßt t müssen die PhaseageschwindIgkeiten, v. und v2 bzw. die Wellenlängen Xi und x2 der beiden in unteren Teil 1 und in oberen Teil 2 den parallel zu seiner breiten Seite aufgespaltenen Höhlleiters so differieren, daß über die lautstrecke 10 ein Phanenunterschied von 1860 entsteht. Es ergibt sich mit 2 %^, die Bedingung /9 210 + bzw. In diesen Fall verlaufen die elektrischen Feldlinien am Besinn der Strecke 1 0 in beiden Hohlleiterteilen 1 und 2 wie auch in noch ungetellten Hohlleiter 3 in gleicher Richtung. Am Ende der Strecke 1.. wo die Koexialleitung 4 beginnt, haben sie dann entgegengesetzte Richtung, wie dies den Feld- bild einer Koexial-(TM-)Wolle in etwa entspricht. Die unter (1) angegebene Bedingung ist leicht für eine Frequenz erfüllbar. Da 'jedoch die Dispersion (Frequenzabhäffligkeit der Phasengeschwindigkeit) in Höhlleitern durch die Elöhlleiterabmessungen in star»a Naße beeinflußbar ist, lassen sich Dimensionierungsregeln angeben, nach welchen sich die unter (1) angegebene Beding=g bei zwei beliebigen Frequenzen des Hohlleitertrequenzbereichen exakt und Über fast den gesamten stabilen Frequenzbereich mit sehr guter Näherung erfüllen läßt: Beläßt man zunächst die ursprÜngliche Breite a 3 (Figuren 7a und 7b) des Hohlleiters 3 auch im unteren Teil 1 (al = a längs der Strecke 1., so ergibt sich die Hohlleiterwellenlänge x 1 nach der bekannten Beziehung - Wellenlänge im freien Raum, X 2a » kritische 0 k 3 3 Wellenlänge).According to the invention, as mentioned, the hollow conductor wave is divided into two waves of different phase velocities vl and v. unfolded. As the longitudinal section in simplified Wigur 2 shown reveals such a transition-specific 'table t the PhaseageschwindIgkeiten must v. and v2 or the wavelengths Xi and x2 of the two in the lower part 1 and in the upper part 2 of the hollow conductor, which is split parallel to its broad side, differ so that a phane difference of 1860 arises over the sound path 10. This results in 2% ^, the condition / 9210 + or In this case, the electric field lines run on the track Besinn 1 0 in both waveguide portions 1 and 2 and in yet ungetellten waveguide 3 in the same direction. At the end of the track where the Koexialleitung 1 .. 4 starts, then they have the opposite direction as the image field of a Koexial- (TM) wool corresponds approximately. The condition given under (1) can easily be fulfilled for a frequency. However, since the dispersion (frequency dependency of the phase velocity) in cave conductors can be influenced by the dimensions of the waveguide, dimensioning rules can be specified according to which the condition given under (1) can be exactly and over almost at any two frequencies of the waveguide frequency range the entire stable frequency range can be fulfilled with a very good approximation: If one initially leaves the original width a 3 (Figures 7a and 7b) of the waveguide 3 also in the lower part 1 (al = a along the line 1, the result is the waveguide wavelength x 1 according to the familiar relationship - Wavelength in free space, X 2a » critical 0 k 3 3 wavelength).
Zeichnet man den Zusammenhang (2) und die zur Ertüllung der Bedingung (1) erforderliche Wellenlänge X2 in Ab- hängigkeit von XO aufg was in Figur 3 durchgeführt ist, so erkennt man, daß für nicht zu kleine 1 , durch Vergrößerung - der Breite a2 in Hohlleiterabschnitt 2 (z. B. gemäß Figur 7c) eine relativ gute Übereinstimaung den erwünschten und den tatsächlichen X2 in einem großen Bereich erreichbar ist.Is to draw the connection (2) and the force required to Ertüllung the condition (1) wavelength X2 in dependence of XO aufg which in Figure 3 is performed, it is seen that for not too small 1, by increasing - the width a2 in waveguide section 2 (for example according to FIG. 7c) a relatively good correspondence between the desired and the actual X2 can be achieved in a large area.
Erhöht man jedoch auch die kritische Wellenlänge Xkl im Hohlleiterabschnitt 1 z. B. durch Vergrößerung der Breite a, gegenüber der ursprünglichen Breite a im Hohlleiter 3t so 3 ergibt sich ein Kurvonverlauf den erwünschten %2, wie er in Figur 4 dargestellt ist. Dieser Kurvenverlauf kann nun durch entsprechende Wahl den a2 für größere 1, über fast den gesamten "stabilen Bereich" des Eingangshohlleiters 3 sehr gut angenähert werden. Für kleine 1, ist ein v2/co < 1 nötig (00 M Lichtgeschwindigkeit), das man durch Einbringen eines Dielektrikum mit e r >l oder einer metallischen Verzögerungestruktur (Hohlleiter mit Querstegen, Fingerleitung, Kettenleiter) in den Hohlleiterteil 2 erreichen kann. Bei Füllung des Hohlleiters 2 mit Dielektrikum (z. B. gemäß Figur 7d) kann man die Dimensionierung aus einem Glaichungspaar folgender Form ausrechnen: Hieraus können für zwei verschiedene Wellenlängen X 0 zwei Gleichungen zur Bestimmung den if, und der Größe aL2 für gegebene Größen a 1 und 1 0 gebildet werden. Bei diesen b»iden Wellenlängen" die innerhalb den interessierenden Bereiches beliebig gewählt werden können" ist die Bedingung (1). exakt erfüllt. Die Annäherung der Übrigen Kurve den tat-.sächlichen %2 zu der des erwünschten X 2 ist über den ganzen stabilen Wellenlängenbereich für X ki --F 1,» 1 X k3 sehr gut. Durch eine geeignete Längeinhomgenität (z. B. mittels unterschiedlicher Breite einen dielektrischen Stegen längs der Strecke 10) kann die Übereinstimmmg völlig identisch gemacht werden.However, if you also increase the critical wavelength Xkl in the waveguide section 1 z. B. by increasing the width a, compared to the original width a in the waveguide 3t so 3 , a curve of the desired% 2 results, as shown in FIG. This curve progression can now be approximated very well over almost the entire "stable area" of the input waveguide 3 by appropriate selection of the a2 for larger 1. For small 1, a v2 / co <1 is necessary (00 M speed of light), which can be achieved by introducing a dielectric with er > l or a metallic delay structure (waveguide with crossbars, finger lines, chain conductors) into the waveguide part 2. When the waveguide 2 is filled with dielectric (e.g. according to FIG. 7d) , the dimensions can be calculated from a pair of equations of the following form: From this, two equations for determining the if, and the quantity aL2 for given quantities a 1 and 1 0 can be formed for two different wavelengths X 0. With these two wavelengths "which can be chosen as desired within the range of interest" is the condition (1). exactly fulfilled. The approximation of the remaining curve of the actual% 2 to that of the desired X 2 is very good over the entire stable wavelength range for X ki --F 1, » 1 X k3. The correspondence can be made completely identical by means of a suitable lengthwise homogeneity (for example by means of a different width of a dielectric web along the path 10).
Die Trennung der beiden Wellen in den Hohlleiterteilen 1 und 2 muß nicht unbedingt durch eine leitende Wand 5 (Figur 5 bzw. Figuren 17c bis f) vorgenommen werden. Es ist ebenfalls möglich, im oberen und unteren Teil den Hohlleiters eine Wellenausbreitung mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit z. B. dadurch zu erhalten, daß der obere Teil mit einen Dielektri 1 niln 6 mit Er -n> 1 ausgefüllt wird (Figur 6 und Pigur 7g). Dann entsteht an der Übergangsfläche zwischen 6 und 1 eine Oberflächen»lle, d. h. die elektrischen Feldlinien bekonnen eine Komponente in Ausbreitungsrichtung.The separation of the two waves in the waveguide parts 1 and 2 does not necessarily have to be carried out by a conductive wall 5 (FIG. 5 or FIGS. 17c to f). It is also possible, in the upper and lower part of the waveguide, a wave propagation with different phase velocities z. B. to be obtained in that the upper part is filled with a dielectric 1 niln 6 with Er -n> 1 (Figure 6 and Pigur 7g). Then a surface area is created at the transition area between 6 and 1 , i. H. the electric field lines get a component in the direction of propagation.
Die sich in den beiden verschiedenen Pillen ergebenden Feldbilder sind in Figur 5 und Figur 6 symbolisch einander gegenübergestellt.The field resulting images in the two different pills are symbolically compared in Figure 5 and Figure 6 each other.
Neben der zur Zereichung einer niedrigeren Pbas'engeschwindie keit notwendigen Vergrößerung der breiten Hohlleiteraeite a oder der Ausfüllung mit einen Dielektrikum ist es auch möglich.. zu diesem Zweck den Hohlleiter mit einem metallischen Steg 8 z. B. rechteckigen oder halbkreinförmigen Querschnitts zu versehen (Figur 7a, fv b. Figur 9). Dies bringt in kon-4truktiver Hinsicht den Vorteil, daß die äußeren Querabmeaaungen den Hohlleiters längs der Strecke 10 nicht gegenüber der Eingangebreite den Hohlleitern 3 vergrößert werden müssen.In addition to the necessary enlargement of the wide waveguide a or the filling with a dielectric, it is also possible to achieve a lower Pbas'engeschwindie speed .. for this purpose the waveguide with a metallic web 8 z. B. rectangular or semicircular cross-section to be provided (Figure 7a, fv b. Figure 9). From a constructive point of view, this has the advantage that the outer transverse dimensions of the waveguide along the route 10 do not have to be enlarged compared to the entrance width of the waveguides 3.
Anstelle der vollständigen Ausfüllung eines Hohlleiterabschnitte mit Dielektrikum ist natürlich auch das Einbringen einen dielektrischen Steges 7 (Figw ?e, h, i und k) möglich, was den Vorteil hat, daß das mittlere Cr bei gegebenen Naterialeigenschaften durch die Wahl der Stegbreite d-< a leicht einstellbar ist.Instead of completely filling a waveguide section with dielectric, it is of course also possible to introduce a dielectric web 7 (FIGS. E, h, i and k) , which has the advantage that the average Cr for given material properties is achieved through the selection of the web width d- < a is easily adjustable.
Neben den oben beschriebenen Regeln zur Dimensionierung der Phasengeschwindigkeiten in den beiden Hohlleiterteilen 1 und 2 mÜssen selbstverständlich auch noch die allgemein geläufigen Regeln für die Wellenwiderstandeanpassung befolgt werden, die sich in der Dimensionierung der sog. schmalen Seite b den entsprechenden Hohlleiterteiles niederschlagen. Man kann die Aufteilung den Hohlleitern 3 durchdie Trennebene zwischen 1 und 2 als eine Serlenschaltung zweier Leitungestücke betrachten, deren leistungsbezogener, Wellenwiderstand halb so groß sein muß wie der des ureprüngli Chen HOhlleiters. Eine aufgrund der Phasengeschwindigkeitsforderung vorgenommene Vergrößerung von al bzw. a2 gegenüber a 3 hat demzufolge eine entsprechendä Vergrößerung von bi bzw. b2 gegenüber b 3 /2 zur Folge. Eine Belantung durch Dielektrikum oder metallischen Steg fÜhrt zur gleichen Forderung für b. In addition to the rules described above for dimensioning the phase velocities in the two waveguide parts 1 and 2, the general rules for wave impedance adjustment must of course also be followed, which are reflected in the dimensioning of the so-called narrow side b of the corresponding waveguide part. The division of the waveguides 3 through the separating plane between 1 and 2 can be viewed as a series connection of two line sections whose performance-related characteristic impedance must be half as great as that of the original Chen hollow conductor. An increase in a1 or a2 compared to a 3 due to the phase velocity requirement consequently results in a corresponding increase in bi or b2 compared to b 3/2. A coating by dielectric or metallic web leads to the same requirement for b.
Die oben erwähnten Zusammenhänge hinsichtlich Wellenlänge und Wellenwiderstand der Hohlleiterabschnitte 1 und 2 lassen eine Reihe verschiedener Ausführungsformen eines derartigen Hohlleiter-Koaxialüberganges zu. In den Figuren 7 und 8 sind einige dieser AusfÜhrungebeispiele skizziert. Die Ausführungsformen der Figuren 17o bis 7f besitzen, wie erwähnt, eine metallische Trennfläche 5; die Ausführungsform der Figur ?e ist für kleine 1 0 und das der Figur 7f für große 10 die zweckmäßigste Lösung dieser Gruppe in bezug auf Herstellbarkeit und Breitbandigkeit. Der Ausführungsform nach Figur 7g und 7h entspricht dem anhand von Figur 6 geschilderten Aufbau mit einer Oberflächenwelle. Die in Figur 71 und k skizzierten Lösungen nehmen eine Mittelstellung zwischen beiden obengenannten Gruppen ein. Die Verlängerung 9 des Koaxial-Innenleiters 10 in Figur 71 kann als metallischer Steg fÜr beide Hohlleiterteile aufgefaßt werden-, die flache Innenleito-c-verlängerung 9 in Figur 7k nähert sich mehr der oben genannten Trennwand 5. Die iCrzeugun& der für kleine 1, notwendigen Phasengeschwindigkeit v2 < co ist auch mit metallischen Verzögerungsstrakturen 11, wie in Figur 8 gezeigt, möglich. Abstand$ Höhe und Dicke der Querstege 11 beeinflussen den Verlauf der Kurve X2 = f (>, 0). Diese Querstege 11 können sowohl bei getrennten Hohlleiterabschnitten 1 und 2 an der Hohlleiterwand (Figur 8a) als auch auf der Innenleiter,-verlängerung 9 (Figur 8b und c und Figur 10) angebracht werden.The above-mentioned relationships with regard to the wavelength and wave resistance of the waveguide sections 1 and 2 allow a number of different embodiments of such a waveguide-coaxial transition. In the figures 7 and 8, some of these AusfÜhrungebeispiele are outlined. As mentioned, the embodiments of FIGS. 17o to 7f have a metallic separating surface 5; the embodiment of FIG. e is for small 1 0 and that of FIG. 7f for large 10 the most expedient solution of this group with regard to manufacturability and broadband capability. The embodiment according to FIGS. 7g and 7h corresponds to the structure described with reference to FIG. 6 with a surface wave. The solutions sketched in FIGS. 71 and k occupy an intermediate position between the two groups mentioned above. The extension 9 of the coaxial inner conductor 10 in Figure 71 can be understood as a metallic web for both waveguide parts-, the flat Innenleito-c-extension 9 in Figure 7k is closer to the above-mentioned partition 5. The iCrzeugun & the for small 1, necessary phase velocity v2 <co is also with metallic Verzögerungsstrakturen 11, as shown in Figure 8, is possible. Distance $ height and thickness of the transverse webs 11 influence the course of the curve X2 = f (>, 0). These transverse webs 11 can be attached both to the waveguide wall (FIG. 8a) and to the inner conductor, extension 9 (FIGS. 8b and c and FIG. 10) when the waveguide sections 1 and 2 are separate.
Neben den Phasen- und Wellenwiderstandsbedingungen in den .in Längsrichtung homogenen Abschnitten des Wellentypwandlers ist auch der richtigen Gestaltung der Übergangszonen vom ursprÜnglichen Hohlleiter 3 in den aufgespaltenen Abschnitt 1- 2 und von dort in den Koazialebschnitt 4" 10 zur Vermeidung von Reflexionen besonders Aufmerksamkeit zu schenken. Ea sind hier die in der Mikrowellentechnik Üblichen Regeln anzuwenden. So ist es zweckmäßig, z. B. Querschnittsänderungen (metallische und dielektrische) keilförmig vorzu«-nehmen, wie dies beispielhaft in-Figw 9 und Figur 10 gezeigt ist. (Figur 9 entspricht dem Querschnitt von Figur ?e), Unter Koaxialleitung soll hier nicht nur eine rotationssymmetrische Leitungsform verstanden werden. Auch andere Leitungsformen, die den TER-Wellentyp (ohne Längskomponenten) führen, könaen durch einen analog aufgebauten Wellentyp-Umformer mit einem Hohlleiter verbunden werden. Figur 10 zeigt ein Beispiel für einen Übergang auf eine Leitung in Streifenleitungstechnik (sog. "Triplate"-form), bei welcher der Innenleiter 14 als Bandleitung zwischen zwei flachen außen metallisierten dielektrischen Trägerplatten 12 und 13 untergebracht ist.In addition to the phase and impedance conditions in the .in longitudinally homogeneous sections of the wave type converter is the proper design of the transition zones from the original waveguide 3 in the split section 1- 2 and from there into the Koazialebschnitt 4 "10 to pay to avoid reflections particularly attention The usual rules in microwave technology are to be applied here. Thus, it is expedient, for example, to make changes in cross-section (metallic and dielectric) in a wedge shape, as shown by way of example in FIG. 9 and FIG. 10 (FIG. 9 corresponds The cross-section of Figure? e), Coaxial line should not only be understood to mean a rotationally symmetrical line shape. Other line shapes that carry the TER wave type (without longitudinal components) can also be connected to a waveguide using an analog wave-type converter 10 shows an example of a transition to a line in strip line engineering (so-called "Triplate" shape), in which the inner conductor 14 is accommodated as a ribbon line between two flat, externally metallized dielectric carrier plates 12 and 13.
Bisher war nur auf den Rechteckhohlleiter (mit HJO-Welle) Bezug genommen. Die Erfindung ist selbstverständZich auch auf andere Hohlleiterquerschnitte und Wellentypen anwendbar, wenn die Feldverteilung der oben angegebenen ähnlich ist. So kana z. B. die Nil-Welle in Hohlleiter mit Kreisquerschnitt analog behandelt werden.So far, reference has only been made to the rectangular waveguide (with HJO wave). The invention is of course also applicable to other waveguide cross-sections and Wave types applicable if the field distribution is similar to that given above. So kana z. B. the Nile wave in waveguides with circular cross-section treated analogously will.
Claims (2)
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DET0034378 | 1967-07-21 |
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Cited By (1)
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-
1967
- 1967-07-21 DE DE19671591703 patent/DE1591703A1/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0114094A2 (en) * | 1983-01-12 | 1984-07-25 | The University of Glasgow, University Court | Microwave thermographic apparatus |
EP0114094A3 (en) * | 1983-01-12 | 1984-08-29 | Univ Glasgow | Microwave thermographic apparatus |
EP0294854A2 (en) * | 1983-01-12 | 1988-12-14 | The University of Glasgow, University Court | Microwave thermographic apparatus |
EP0294854A3 (en) * | 1983-01-12 | 1989-02-01 | The University of Glasgow, University Court | Microwave thermographic apparatus |
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