DE19937725A1 - Hohlleiterübergang - Google Patents

Abstract

Ein Hohlleiterübergang zwischen einem Rechteckhohlleiter mit eindeutigem Querschnitt und einem elliptischen Hohlleiter, der die Ausbreitung eines Grundwellentyps und von höheren Wellentypen zuläßt, umfaßt einen Längskanal, der auf wenigstens einem Teil seiner Länge die Ausbreitung von höheren Wellentypen zuläßt und eine Mehrzahl von Stufen unterschiedlichen Querschnitts umfaßt, sowie Hohlleitertore zum Ankoppeln an die höheren Wellentypen des elliptischen Hohlleiters. Diejenigen Stufen des Hohlleiterübergangs, in denen höhere Wellentypen ausbreitungsfähig sind, weisen einen elliptischen Querschnitt auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohllei­ terübergang für die reflexionsarme Übertragung von elektromagnetischer Energie zwischen dem Grundwel­ lentyp eines Rechteckhohlleiters mit eindeutigem Querschnitt und dem Grundwellentyp eines ellipti­ schen Hohlleiters, der die Ausbreitung des Grund­ wellentyps und von höheren Wellentypen zuläßt, mit einem Längskanal, der auf wenigstens einem Teil seiner Länge die Ausbreitung von höheren Wellenty­ pen zuläßt und der eine Mehrzahl von in Übertra­ gungsrichtung aufeinander folgenden Stufen unter­ schiedlichen Querschnitts umfaßt, und mit in den Längskanal einmündenden Hohlleitertoren zum Ankop­ peln an höhere Wellentypen des elliptischen Hohl­ leiters.

Ein solcher Hohlleiterübergang ist aus DE 38 36 545 C2 bekannt. Derartige Hohlleiterübergänge kommen bei Hochfrequenz-Übertragungsstrecken zum Einsatz, bei denen eine Hochfrequenzwelle mit geringer Dämp­ fung über längere Strecken übertragen werden muß.

Hohlleiter mit eindeutigem Querschnitt, das heißt Hohlleiter, bei denen eine elektromagnetische Welle gegebener Frequenz nur in dem Grundwellentyp aus­ breitungsfähig ist, werden für eine Vielzahl von Übertragungszwecken bevorzugt, da bei ihnen die An­ regung von stehenden Wellen höherer Wellentypen, die die Transmission einer Übertragungsstrecke für bestimmte Frequenzen empfindlich beeinträchtigen können, ausgeschlossen ist. Derartige eindeutige Hohlleiter weisen aber ihrerseits eine deutlich hö­ here Dämpfung auf als Hohlleiter mit entsprechend größerem Querschnitt, so daß letztere für eine dämpfungsarme Übertragung auf längeren Strecken be­ vorzugt werden. Diese Hohlleiter, hier auch als Transporthohlleiter bezeichnet, haben meist einen elliptischen Querschnitt, da diese gegenüber Recht­ eckhohlleitern nicht nur eine niedrigere Dämpfung aufweisen, sondern auch besonders gute Verlege- und Handhabungseigenschaften haben, so daß ganze Hohl­ leiterzüge mit Krümmungen aus einem Teil aufgebaut werden können.

Ein Problem bei der Verwendung solcher "übermodierter" Hohlleiter ist, daß an Krümmungen und anderen kleinen Störstellen des Hohlleiterzuges ein kleiner Teil der elektromagnetischen Energie des Grundwellentyps in höhere ausbreitungsfähige Wellentypen konvertiert; die dadurch verursachten stehenden Wellen (Resonanzen) der höheren Wellenty­ pen können die Übertragung empfindlich beeinträch­ tigen. Um eine Übertragung mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen, ist es zum einen notwendig, daß der Grundwellentyp des eindeutigen Hohlleiters effektiv an den Grundwellentyp des Transporthohlleiters an­ gekoppelt wird, wobei die Anregung höherer Wellen­ typen im Übergang selbst nahezu unterbunden wird, und daß die unvermeidlicherweise im Transporthohl­ leiter angeregten höheren Wellentypen effektiv ge­ dämpft werden, um die Ausbildung von Resonanzen zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Hohllei­ terübergang der eingangs genannten Art geschaffen, bei dem die im übermodierten Hohlleiterzug auftre­ tenden höheren Wellentypen effektiv angekoppelt werden. Nur dadurch ist eine nahezu vollständige Bedämpfung dieser höheren Wellentypen möglich. Die­ ser Vorteil wird erreicht, indem ellipsenähnliche Stufen im übermodierten Abschnitt des Überganges vorgesehen werden, wodurch Reflexionen und damit eine nicht optimale Ankopplung der höheren Wellen­ typen, die bei einem Übergang von einem rechtecki­ gen auf einen elliptischen Querschnitt auftreten, da die Wellentypen nicht kongruent sind (wie bei dem bekannten Übergang), vermieden werden.

Durch diese Maßnahme weisen alle Transformations­ stufen im übermodierten Abschnitt ellipsenähnliche Querschnitte auf.

Der Übergang zum elliptischen Querschnitt des Transporthohlleiters vollzieht sich über mehrere Stufen, wobei sich an jeder Stufe in Abhängigkeit von ihren Querschnittsabmessungen die Zahl der aus­ breitungsfähigen Wellentypen erhöhen kann.

Um eine einfache Herstellbarkeit des Hohllei­ terüberganges zu erreichen, sind die Hohlleiterto­ re, die sich senkrecht zur Achse des Überganges be­ finden und mit Absorbern abgeschlossen sind, vor­ zugsweise in einer Stufe angeordnet. Das bedingt, daß die Querschnitte der einzelnen Transformations­ stufen so gewählt sind, daß die Kurzschlußebenen der Wellentypen, die an die Hohlleitertore, dessen große Querschnittsdimension quer zur Achse des Übergangs orientiert sind, einen Abstand von nicht mehr als 1/6 ihrer Hohlleiterwellenlänge zu diesen Toren aufweisen, und daß die Kurzschlußebenen der Wellentypen, die an das senkrechte Hohlleitertor, dessen große Dimension längs zur Achse des Übergan­ ges ist, einen Abstand von 1/8 bis 3/8 ihrer Hohl­ leiterwellenlänge (vorzugsweise ca. ¹/₄) zu diesem Tor aufweisen. Eine solche Plazierung hat zur fol­ ge, daß die höheren Wellentypen des Transporthohl­ leiters effektiv angekoppelt werden.

Vorzugsweise weist der Hohlleiterübergang zwei senkrecht zu seiner Achse langgestreckte Tore auf, die in Richtung der großen Achse des elliptischen Querschnitts beabstandet sind. An diese zwei Tore können zwei Hohlleiterkanäle anschließen, die je­ weils mit Armen eines T-Stücks verbunden sind. Eine solche Konstruktion erlaubt es, in dem Trans­ porthohlleiter noch einen zweiten, von dem Grund­ wellentyp unabhängigen Wellentyp anzukoppeln, mit dem ein zweites Signal entkoppelt zum Signal des Grundwellentyps zusätzlich mit dem Transporthohl­ leiter übertragen werden kann.

Wenigstens an eines der Tore schließt eine Kammer an, die ein dämpfendes Material zum Abdämpfen der eingekoppelten Wellentypen enthält.

Der Hohlleiterübergang ist auf einfache Weise her­ stellbar, indem der Längskanal mit einem parallel zur Längsachse des Hohlleiterübergangs geführten Werkzeug gefräst wird. Dadurch ist es möglich, die Zahl der Teile des Hohlleiterübergangs gering zu halten und so Dichtigkeitsprobleme zu vermeiden. Die Dichtigkeit des Hohlleiterübergangs ist von Be­ deutung, weil Hohlleitersysteme im allgemeinen mit einem leichten Überdruck betrieben werden, um eine Beeinträchtigung ihrer Funktion durch Eindringen von Feuchtigkeit zu vermeiden.

Der erfindungsgemäße Hohlleiterübergang kann ganz aus einem Stück gefertigt werden, indem die Tore mit einem senkrecht zur Längsachse des Hohllei­ terübergangs geführten Werkzeug gefräst werden. Al­ ternativ ist es auch möglich, daß der Hohllei­ terübergang zwei Stücke umfaßt, die an einer Fläche aneinanderstoßen, die die Tore schneidet. Auf diese Weise wird die Länge und Zahl der erforderlichen Dichtungen gering gehalten und Dichtigkeitsprobleme werden vermieden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren.

Figuren

Fig. 1 bis 3 zeigen den Hohlleiterübergang gemäß einer ersten Ausgestal­ tung in zwei Seitenansichten und einer Draufsicht in axialer Richtung;

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht in axia­ ler Richtung auf eine zweite Ausgestaltung des Hohllei­ terübergangs.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Hohlleiterübergangs in einer Seitenansicht darge­ stellt. An einen Rechteckhohlleiter 1 mit eindeuti­ gem Querschnitt (nur der Grundwellentyp H10 ist ausbreitungsfähig) schließt sich der Übergang mit drei Stufen 3, 4,5 an, deren elliptische Querschnit­ te jeweils von dem Rechteckhohlleiter 1 fort zuneh­ men. Der Querschnitt der schmalsten Stufe 3 ist ebenfalls eindeutig. Es schließt sich eine Stufe 6 an, die eine Fünftorverzweigung mit drei senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Hochfrequenzwelle be­ ziehungsweise zur Achse 7 einmündenden Hohllei­ tertoren 10, 11, 12 bildet, wie insbesondere in der teilgeschnittenen Draufsicht von Fig. 2 zu erken­ nen ist.

Die senkrechte zur Achse des Übergangs anschließen­ den Tore 10, 11, 12 weisen für den Nutzfrequenzbe­ reich einen eindeutigen Querschnitt auf, das heißt, in den an den Toren anschließenden Hohlleiterab­ schnitten 100, 110, 120 ist nur der entsprechende Grundwellentyp (H10) ausbreitungsfähig. Die Hohl­ leitertore 10, 11 liegen in Richtung der langen Hauptachse des elliptischen Querschnitts beabstan­ det gegenüber in der in Fig. 2 dargestellten Schnittebene. Die Breitseiten dieser Hohlleitertore 10, 11 sind parallel zur kleinen Hauptachse. Daher koppeln die höheren Schwingungstypen des ellipti­ schen Hohlleiters, welche in dem Bereich der Tore Wandströme längs zur Ausbreitungsrichtung aufwei­ sen, wie etwa Hs11, Hs21, EC01, Ec11, den H10 Wel­ lentyp dieser Hohlleitertore 10, 11 an. Urn eine ef­ fektive Kopplung dieser Wellentypen zu erreichen, sind die Abmessungen der Stufen 3, 4,5 so gewählt, daß sich für diese Wellentypen jeweils Kurzschluße­ benen ergeben, deren Abstand von der Schnittebene der Fig. 2 kleiner als 1/6 der Hohlleiterwellen­ länge des entsprechenden Wellentyps ist. Durch eine geeignete Wahl der Abmessungen der Stufen 3 bis 6 kann erreicht werden, daß die Grenzwellenlängen einzelner dieser Wellentypen und infolgedessen ihre Kurzschlußebenen übereinfallen. So ist es möglich, die wichtigsten dieser Wellentypen durch Optimie­ rung der Abmessungen einer kleinen Zahl von Stufen wirksam an die Tore 10, 11 zu koppeln.

Ein drittes Tor 12 ist auf der kurzen Hauptsache der Ellipsenform von Stufe 6 angeordnet, die Breit­ seite dieses Tores erstreckt sich in axialer Rich­ tung des Überganges. Der H10 Wellentyp dieses Tores koppelt Wellentypen an, die Wandströme quer zur Ausbreitungsrichtung induzieren, wie Hc21, Hs11. Bei diesen Wellentypen ist Voraussetzung für eine effektive Kopplung, daß die Kurzschlußebene sich in einem Abstand von etwa 1/8 bis 3/8, vorzugsweise 4 der Hohlleiterwellenlänge des entsprechenden Wel­ lentyps von dem Tor 12 befindet.

In dem Ausführungsbeispiel befinden sich die seit­ lichen Tore im Bereich der letzten Transformations­ stufe des Übergangs zum elliptischen Hohlleiter. Damit treten wenig Reflexionen für die höheren Wel­ lentypen auf, die im Transporthohlleiter entstehen können, das heißt, sie können effektiv an die ent­ sprechenden seitlichen Hohlleitertore angekoppelt werden. Diese letzte Stufe des Übergangs könnte auch kongruent mit dem daran anschließenden Trans­ porthohlleiter sein, um so auch geringe Reflexionen an der Grenze zum Transporthohlleiter 2 zu vermei­ den.

Mit den großen und kleinen Hauptachsen und den Län­ gen der einzelnen elliptischen Stufen sind genügend freie Parameter vorhanden, mit denen die entspre­ chenden Kurzschlußebenen der höheren Wellentypen optimal für den Nutzfrequenzbereich positioniert werden können, als auch die sehr gute Anpassung für die Grundwellentypen des rechteckigen Hohlleiters 1 und des Transporthohlleiters 2 erreicht werden kann. Dabei ist es auch möglich, daß das Verhältnis von großer zu kleiner Halbachse für verschiedene Stufen unterschiedlich ist.

An die Tore 10, 11, 12 schließen jeweils Kammern 100, 110, 120 mit dem gleichen Querschnitt wie die Tore an. Diese Kammern enthalten ein absorbierendes Material, das die in die Kammern eingekoppelte elektromagnetische Energie der höheren Wellentypen dämpft.

Fig. 3 zeigt in einer weiteren Perspektive den Hohlleiterübergang mit den daran anschließenden Hohlleitern 1, 2 sowie die Orientierung der Tore.

Bei der in Fig. 4 in einer Draufsicht aus der Richtung des Rechteckhohlleiters 1 dargestellten Ausgestaltung sind die Kammern 100, 110 durch Recht­ eckhohlleiter 101, 111 ersetzt, deren Querschnitt dem der Tore 10, 11 entspricht, und die an einem T- Stück 13 zu einem einheitlichen Leiter 14 zusammen­ geführt sind. Die Hohlleiter 101, 111 haben gleiche Längen und einen eindeutigen Querschnitt, auf dem nur der H10-Schwingungstyp ausbreitungsfähig ist.

Eine im Anschlußtor 14 eingespeiste elektromagneti­ sche Welle wird durch die T-Verzweigung in zwei gleich große Anteile aufgeteilt. Durch die Anord­ nung ergeben sich dann an den Orten der Tore 10, 11 entgegengesetzte parallel zur Achse des Überganges gerichtete Wandströme, die den Ec01 Wellentyp des übermodierten Transporthohlleiters 2 ankoppeln. Der Hc11 Grundwellentyp ist dazu entkoppelt, da er im Bereich der Tore 10, 11 nur Wandströme senkrecht zur Ausbreitungsrichtung aufweist. So ist es möglich, über den Wellenleiter 14 den Wellentyp Ec01 des übermodierten Hohlleiters gezielt anzuregen und die angeregte Schwingung an einem entsprechend aufge­ bauten Übergang an dem anderen Ende des übermodier­ ten Hohlleiters 2 wieder abzugreifen. Auf diese Weise kann der Hohlleiter 2 zur gleichzeitigen, wechselwirkungsfreien Übertragung von zwei Nach­ richtenkanälen genutzt werden, die jeweils einem der beiden Wellentypen aufmoduliert sind.

Der Hohlleiterübergang wird auf einfache Weise durch Fräsen hergestellt. Dabei kann der Längskanal zum Beispiel mit Hilfe eines Fräskopfs erzeugt wer­ den, der von der Seite der größten Stufe 6 her in einem einstückigen Rohling eingeführt wird und suk­ zessive die einzelnen Stufen ausfräst. Anschließend werden die Tore jeweils von den Seiten her ge­ schnitten und gefräst und die Kammern 100, 110, 120 oder die Hohlleiter 101, 111, luftdicht daran mon­ tiert. Der Übergang kann auch aus zwei Stücken her­ gestellt werden, die in einer durch die Tore 10, 11, 12 verlaufenden Ebene, zum Beispiel der Ebene des Schnitts in Fig. 2, aneinandergrenzen. In dem Fall ist es möglich, die Kammern 10, 11, 12 an einem der zwei Stücke jeweils von der besagten Ebene her aus dem Vollen zu fräsen und anschließend luftdicht zu verbinden.

Claims (10)

1. Hohlleiterübergang für die reflexionsarme Über­ tragung von elektromagnetischer Energie zwischen dem Grundwellentyp eines Rechteckhohlleiters (1) mit eindeutigem Querschnitt und dem Grundwellentyp eines elliptischen Hohlleiters (2), der die Aus­ breitung des Grundwellentyps und von höheren Wel­ lentypen zuläßt, mit einem Längskanal, der auf we­ nigstens einem Teil seiner Länge die Ausbreitung von höheren Wellentypen zuläßt und eine Mehrzahl von in Übertragungsrichtung aufeinanderfolgenden Stufen (3, 4, 5, 6) unterschiedlichen Querschnitts um­ faßt, und mit einmündenden Hohlleitertoren zum An­ koppeln an höhere Wellentypen des elliptischen Hohlleiters (2), dadurch gekennzeichnet, daß dieje­ nigen Stufen (4, 5, 6), in denen höhere Wellentypen ausbreitungsfähig sind, einen elliptischen Quer­ schnitt aufweisen.

2. Hohlleiterübergang nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle Tore (10, 11, 12) in den Wän­ den einer der Stufen (6) angeordnet sind, und daß die Querschnitte der Stufen (3, 4, 5, 6) so gewählt sind, daß Wellentypen, die zu ihrer Ausbreitungs­ richtung parallele Wandströme induzieren, eine Kurzschlußebene in einem Abstand von nicht mehr als 1/6 ihrer Hohlleiterwellenlänge von einem sie an­ koppelnden Tor (10, 11) aufweisen, und daß Wellenty­ pen, die zu ihrer Ausbreitungsrichtung senkrechte Wandströme induzieren, eine Kurzschlußebene in ei­ nem Abstand von ca. 4 ihrer Hohlleiterwellenlänge von einem sie ankoppelnden Tor (12) aufweisen.

3. Hohlleiterübergang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei senkrecht zur Achse des Hohlleiterübergangs langge­ streckte Tore (10, 11) aufweist, die in Richtung der großen Halbachse des elliptischen Querschnitts be­ abstandet sind.

4. Hohlleiterübergang nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an die zwei Tore (10, 11) Hohllei­ terkanäle (101, 111) anschließen, die jeweils mit Armen eines T-Stücks (13) verbunden sind.

5. Hohlleiterübergang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an ein Tor (10, 11, 12) eine Kammer (100, 110, 120) an­ schließt, die ein dämpfendes Material enthält.

6. Hohlleiterübergang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Längska­ nal mit einem parallel zur Längsachse des Hohllei­ terübergangs geführten Werkzeug gefräst ist.

7. Hohlleiterübergang nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einstückig ist, und daß die Tore (10, 11, 12) mit einem senkrecht zur Längsachse des Hohlleiterübergangs geführten Werkzeug gefräst sind.

8. Hohlleiterübergang nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er zwei Stücke umfaßt, die an ei­ ner Fläche aneinanderstoßen, die die Tore schnei­ det.

9. Hohlleiterübergang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohllei­ tertore (10, 11, 12) in die Stufe (6) einmünden, an die der Transporthohlleiter anschließbar ist.

10. Anordnung mit einem Transporthohlleiter und we­ nigstens einem Hohlleiterübergang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Transporthohlleiters mit dem der daran angeschlos­ senen stufe (6) kongruent ist.