DE1903869A1

DE1903869A1 - Elektromagnetischer Wellenleiter-Wandler

Info

Publication number: DE1903869A1
Application number: DE19691903869
Authority: DE
Inventors: Dietrich Norman R
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1968-01-31
Filing date: 1969-01-27
Publication date: 1969-08-14
Also published as: NL163906C; NL163906B; SE335561B; FR1600026A; DE1903869C3; DE1903869B2; BE727538A; NL6901302A; US3483489A; GB1247235A

Description

Western Electric Company Incorporated Dietrich 1

New York, N. Y. 10007 U.S.A.

Elektromagnetischer Wellenleiter-Wandler

Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzwandler, speziell auf einen Wandler für eine End-Ankopplung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Parallelband-Mehrfachleitungs-Leiter, z.B. der Bandleitung.

Gemischte Mikrowellenschaltungen, die teilweise in Form leitend begrenzter Hohlleiter und teilweise in Form paralleler Bandleiter vorliegen, sind mit der Entwicklung integrierter Mikrowellenschaltungsmethoden zunehmend populär geworden. Bei solchen Schaltungen ist es allgemein notwendig, die Energie ein- oder mehrmals zwischen Übertragungsleitungen dieser verschiedenen Typen zu übertragen. Die Technologie der gedruckten Schaltungen und der Dünnfilms-chaltungen ermöglichten integrierte Mikrowellenschaltungen, bei denen viele Mikrowellenfunktionen in einem einzigen Packet integriert sind, in welchem Bandleitungen als das einzige Übertragungsmedium durch das ganze Packet benutzt werden. Es sind jedoch einige Schaltungskomponenten noch nicht für einen direkten Bandleitungsanschluss brauchbar und müssen gegenwärtig an Hohlleiter angeschlossen werden. Ein solche Komponenten enthaltendes System muss

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daher Verbindungsstellen zwischen Bandleitungen und Hohlleitern aufweisen. In vielen Fällen ist es bequem, den Hohlleiter und die Bandleitung in einer Ende-zu-Ende-Verbindung zu vereinigen, speziell wenn das System Komponenten aufweist, die sich für eine Ende-zu-Ende-Verbindung anbieten. In diesen Situationen ist eine Ende-zu-Ende-Verbindung ein mechanisches Hilfsmittel, das die konstruktiven Schwierigkeiten einer senkrechten Verbindung vermeidet.

Die konstruktive Verbindung ist relativ einfach zu erreichen, aber die elektrische Kopplung bereitet Schwierigkeiten. Typischer weise muss ein Übergang zwischen der Bandleitungshauptschwingungsform TEM und der dominanten Schwingungsform TE- „ im Rechteckhohlleiter geschaffen werden.

Obgleich die Bandleitung und der Rechteckhohlleiter strukturelle Ähnlichkeiten besitzen, sind sie physikalisch verschieden und haben deshalb unterschiedliche Wellenwiderstände. Es sind daher Mittel erforderlich, um eine gute Impedanzanpassung für den End-Ankopp-ImIgS-TEM-TE₁ -Übergang zu erhalten.

Entsprechend der Erfindung ist ein Teil der Bandleitung längsweise in einen Hohlleiter in Ende-zu-Ende-Beziehung eingesetzt. Strukturelle Elemente sowohl der Bandleitung als auch des Hohlleiters

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sind in einem Übergangsbereich, koextensiv und innerhalb dieses Bereiches werden die Feldmuster der TEM-Bandleitungsschwingungsform und der TE.. »-Hohlleiterschwingungsform koextensiv geführt. Das TEM-Feldmuster wird im Übergangsbereich durch den Mittelleiter sowie durch einen der beiden Erdungsebenen der Bandleitung, die sich durch eine öffnung in einer Endwand des Hohlleiters in den Übergangsbereich erstreckt, geführt. Die verlängerte Erdungsebene ist eine beabsichtigte oder gedachte Oberfläche in einer ersten Weitseitenwand des Hohlleiters. Im Übergangsbereich wird das TE₁ _-Feldmuster vom Hohlleiterkanal geführt, der mit dem Kanal aus s er halb des Übergangsbereichs identisch ist, ausgenommen der erwähnten Beabsichtigung.

Im Übergangsbereich findet eine Kopplung statt, wo die Feldmuster beider Übertragungsmedien koextensiv sind. Der Bandleitungs-Leiter wird im Wege einer Kurzsohlussverbindung an eine zweite Breitseitenwand des Hohlleiters mit Hilfe eines Schraubenmechanismus in einer Weise angeschlossen, die eine Wechselwirkung der Feldmuster beider Schwingungsformen erzeugt. Es wird daher eine Impedanzanpassung ermöglicht, weil die Feldmuster innerhalb des Übergangsbereichs koextensiv sind.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und anhand eines 909833/1012

Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben; es zeigen: Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Schrägansicht eines er-

findungsgemäss ausgebildeten End-Ankopplung-Hohl-L-. leiter/Bandleitungs-Wandlers,

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht des Wandlers

nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines End-Ankopplungs,-überganges zwischen einem Rechteckhohlleiter und einer Parallelleiter-Bandleitung dargestellt. Der Übergang zwischen der TEM-Schwingungsform in der Bandleitung 11 und der TE^-Schwingungsform im Hohlleiter 10 tritt im Übergangsbereich auf.

Der Kanal der Hohlleiters 10 ist durch eine obere Wand 19 und eine hierzu parallele untere Wand 20, ferner durch parallele Schmalseitenwände 35 und 36 und durch eine Stirnwand 21 definiert, die in einen Körper 15 eingeschnitten sind. Der Hohlleiter 10 ist zum Anschluss an weitere Hohlleiterstrecken (nicht dargestellt) vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform kann ein zusätzliches Hohlleiter stück an den Hohlleiter 10 mit Hilfe von Schraubenbolzen befestigt werden, die durch Bohrungen 32 im Flansch 31 und durch entsprechende Bohrungen in einem entsprechenden Flansch des an-

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zuschliessenden Hohlleiter Stückes hindurehgesteckt werden. Die Bandleitung 11 ist als längs den Linien 14 und 14¹ abgeschnitten dargestellt und weist einen dünnen Bandmittelleiter 12 auf, der zwischen einem Paar Erdungsebenen 16 und 17 liegt. Der Bandleiter hat einen fixierten Abstand a von der Erdungsebene 16 und einen fixierten Abstand b von der Erdungsebene 17. Der Bandleiter 12 ist typischerweise dadurch abgestützt, dass er durch ein auf eine Stützunterlage 18 aus hochdielektrischem Material aufplattiertes oder aufgedrucktes leitendes Material gebildet ist. Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Bandleitungen verwendet werden, die selbsttragende Mittelleiter besitzen, oder in Verbindung mit Leitungen, bei denen die Erdungsebenen in der vertrauten Sandwich-Konstruktion miteinander oder mit plattierten Oberflächen verbunden sind.

Entsprechend der Erfindung sind die konstruktiven Glieder sowohl der Bandleitung 11 als auch des Hohlleiters 10 innerhalb eines Übergangsbereichs koextensitf zueinander. Ein Teil der Bandleitung 11 ist in den Hohlleiter 10 durch eine öffnung in der Stirnwand 21 eingesetzt. Der Bandmittelleiter 12 und seine Stütz unterlage 18 erstrecken sich in den Hohlleiter 18 um die Entfernung d über die Stirnwand 21 hinaus. Die leitende Erdungsebene 17, die bei der dar-

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gestellten Ausführungsform eine Breite ν wesentlich kleiner als die Breite g des Hohlleiters 10 hat, erstreckt sich in den Hohlleiter auf eine Entfernung e über die Stirnwand 21 hinaus. Die Erdungsebene 16 hört an der Stirnwand 21 auf.

Im Übergangsbereich ist der Bandleiter 12 im Wege einer Kurz-Schlussverbindung an die obere Wand 19 des Hohlleiters 10 mit Hilfe eines leitenden Kontaktzapfens 22 angeschlossen, der in einer zylindrischen Bohrung einer Schraube 23 unter dem Druck einer Feder geführt ist. Der vom Zapfen 22 auf den Bandleiter 12 ausgeübte Druck kann durch entsprechendes Verdrehen der Schraube 23 eingestellt werden, die zu diesem Zweck in einer die Wand 19 durchsetzenden Gewindebohrung im Körper 15 geführt ist. Die Feder konstante der Feder 24 und die Einstellung der Schraube 23 sind so gewählt, dass elektrischer Kontakt zwischen der Hohlleiterwand und dem Leiter aufrechterhalten wird, ohne dass der Bandleiter 12 oder die Stützunterlage 18 brechen.

Der durch den Zapfen 22 solcherart gebildete Kurzschluss koppelt die TEM-Schwingungsformströme in ein Magnetfeld, das den Kurzsehlussmechanismus umgibt und in der Ebene des Magnetfeldes der TE j -Schwingungsform des Hohlleiters 10 liegt. Um die Feldmuster der TE₁ - und der TEM-Schwingungsformen in einem Übergangs-

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bereich koextensiv zueinander zu machen und um einen glatten Übergang der Energie zwischen diesen Schwingungsformen zu erhalten, muss sich der Hohlleiterkanal durch den ganzen Übergangsbereich erstrecken, um die TE₁ --Schwingungsform zu führen, und müssen die Erdungsebene 17 und der Bandleiter 12 so angeordnet werden, dass sie TEM-Fortpflanzung durch den ganzen Bereich liefern. Die Ebene 17 und der Leiter 12 müssen sich über die Kurzschlussteile hinaus erstrecken, um unerwünschte Effekte auf das TEM-Schwingungsform-Feld im Bereich des Kurzschlusses vermeiden. Die Erdungsebene 16 ist an der Stirnwand 21 abgeschlossen, um einen Kurzschluss zwischen dem Leiter 12 und der Ebene 16 zu vermeiden, der das TEM-Schwingungsform-Feld beeinträchtigen würde. Die Wand 19 erstreckt sich über die Kurzschlußschraube hinaus, um unerwünschte Einwirkungen auf das TE- --Schwingungsform-Feld im Bereich des Kurzschlusses zu vermeiden.

Es wird angenommen, dass die beste Impedanzanpassung erhalten wird, wenn der Bandmittelleiter 12 in der Ebene der unteren Wand liegt. Jedoch erhält man auch guten Betrieb, wenn der Abstand zwischen der Ebene des Leiters 12 und der Ebene der Wand 20 klein ist im Vergleich zur Höhe h des Hohlleiters 10. Auch vereinfacht ein kleiner Abstand die mechanische Stützung des Leiters 12 im Über-

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gangsbereich. Der Leiter 12 ist als in einer Ebene liegend dargestellt, die um die Dicke der Stützunterlage 18 oberhalb der Ebene der Wand 20 verläuft. Die Stützunterlage 18 liegt auf der Wand 20 innerhalb des Übergangsbereichs auf, sowie auf Kanälen 37 und 38, die so eingearbeitet sind, dass sie mit der Oberfläche 20 auf der Bandleitungsseite des Übergangsbereichs fluchten. Da es empfehlenswert ist, dass der Leiter 12 so dicht wie möglich bei der Ebene der Wand 20 liegt, wird eine Änderung im Abstand f zwischen den Erdungsebenen 16 und 17 der Bandleitung 11 automatisch den Versetzungsbetrag c ändern, und eine Änderung in der Höhe h des Hohlleiters 10 wird bei der Versetzungsstufe k kompensiert. Daher können für Bandleitungen und Hohlleiter beliebiger Grosse die Mittellinien der Bandleitung und des Hohlleiters, die jeweils in der Ebene zwischen den Erdungsebenen der Bandleitung bzw. in der Mitte zwischen den Breitseitenwänden des Hohlleiters liegen, aufrechterhalten werden. Selbst wenn die Höhe h und der Abstand f gleich sind, wird ψ noch eine Versetzung existieren.

Es wurde gefunden, dass eine Feineinstellung der Impedanzanpassung erhalten werden kann durch Anordnen eines konzentrierten Blindwiderstandes, beispielsweise 41, am Bandleitungsmittelleiter in bestimmter Entfernung vom Übergangsbereich. Die Verwendung solcher

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konzentrierter Blindwiderstände ist allgemein bekannt. Eine zusätzliche Einstellmöglichkeit kann erhalten werden durch eine kapazitive Kopplung des Leiters 12 an die verlängerte Erdungsebene 17 innerhalb des Übergangsbereichs. Eine der zahlreichen Möglichkeiten hierfür ist in der Zeichnung dargestellt. Eine Schraube 42 ist in einer entsprechenden Gewindebohrung im Körper 15 koaxial zur Schraube 23 eingesetzt. Die Schraube 42 durchsetzt die Erdungsebene 17 und hebt effektiv einen Teil der Erdungsebene 17 an oder senkt diesen ab, um die Kopplung zwischen der Erdungsebene 17 und dem Mittelleiter 12 zu ändern.

Als spezielles Beispiel ist ein End-Ankopplungsübergang mit guter Impedanzanpassung zur Kopplung eines Hohlleiters 10 mit einer Bandleitung 11 gebaut worden, wobei die Bandleitung 11 einen infinitesimal dicken Bandmittelleiter 12 der Breite w * 2, 89 mm (0,114 Zoll) aufwies, der auf eine Unterlage 18 einer Dicke von 0, 609 mm (0, 024 Zoll) auf plattiert war, sowie Erdungsebenen 16 und 17 mit Breiten von ν * 15, 25 mm (0, 600 Zoll) aufwies, die vom Bandleiter 12 die Entfernungen a * 1, 27 mm (0, 050 Zoll) bzw. b * 1, 904 mm (0, 075 Zoll) hatten. Die Höhe h zwischen den Breitseitenwänden 19 und 20 des. Hohlleiters 10 betrug 2, 54 mm (0,100 Zoll), und die Breite der Breitseitenwände 19 und 20 betrug g * 40,3 mm (1, 590ZoIl).

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ίο

Die Erdungsebene 17 erstreckte sich in den Hohlleiter 10 um die Entfernung e * 11, 8 mm (0,465 Zoll) vor, und zwar bei einer Versetzung c * 1, 27 mm (0, 050 Zoll) gegenüber der Fluchtung mit der Wand 20. Die Unterlage 18 und der Bandleiter 12 erstreckten sich in den Übergangsbereich um die Entfernung d * 7, 62 mm (0, 300 Zoll) vor, wo der Bandleiter 12 mit der Wand 19 mit Hilfe einer Schraube kurzgeschlossen war, deren Achse 4, 74 mm (0, 187 Zoll) von der Stirnwand 21 entfernt war. Die resultierende Versetzung der Mittellinien war s « 0, 964 mm (0, 038 ZoU).

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Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetischer Wellenleiter-Wandler mit einem leitend begrenzten Hohlleiter und einer Parallelleiter-Leitung, die einen parallel im Abstand zu wenigstens einer leitenden Erdungsebene verlaufenden Bandmittelleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der leitenden Erdungsebene (17) und ein Teil des Bandmittelleiters (12) innerhalb eines Teils des Hohlleiters (10) derart angeordnet sind, dass die Ende-zu-Ende-Ankopplung einen Übergangsbereich bildet, und dass innerhalb des Übergangsbereichs der Bandmittelleiter (12) eine Kurzschluss verbindung (22) mit einer Endwand (19) des Hohlleiters (10) aufweist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gek2 ζ&ι^ϊ. ,~._Λ ,ass der Hohlleiter ein Rechteckhohlleiter (10) ist, der so angeordnet ist, dass seine Breitseitenwände (19,20) parallel zu der leitenden Erdungsebene (17) verlaufen, und dass der Mittelbandleiter (12) mit einer ersten (19) der Breitseitenwände in Kurzschlussverbindung steht.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdungsebene (17) und die zweite der Breitseitenwände (20) des Hohlleiters (10) gegeneinander versetzt sind.

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4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ebene des Bandmittelleiters (12) von der Ebene der zweiten der Breitseitenwände (20) des Hohlleiters (10) um einen Abstand getrennt ist, der klein ist im Vergleich zum Abstand zwischen der ersten und der zweiten Breitseitenwand (19 bzw. 20) des Hohlleiters (10).

5. f. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandleiter (12) auf einer ersten Oberfläche einer Stützunterlage (18) befestigt ist, die so angeordnet ist, dass ihre zweite Oberfläche
parallel zu der ersten Oberfläche verläuft und in der Ebene der zweiten. (20) der Breitseitenwände des Hohlleiters (10) liegt.

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