DE2732656C2 - Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang - Google Patents
Hohlleiter/Koaxialleitungs-ÜbergangInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Übergang zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter wird erforderlich, wenn in den verschiedenen
Teilen eines Systems von Höchstfrequenzschaltungen unterschiedliche bauliche oder physikalische Eigenschaften
gewünscht werden.
Eine Koaxialleitung ist durch einen konzentrischen Aufbau der zwei Leiter gekennzeichnet. Die am meisten
benutzte Ausbreitungsart ist derTEM-Mode. In einem Querschnitt ist das elektrische Feld auf jedem Durchmesser
unsymmetrisch, und die magnetischen Feldlinien sind konzentrische Kreise.
In einem Hohlleiter kann die Ausbreitung der Wellen in verschiedenen Moden erfolgen, wobei der Grundmode
jedoch der am häufigsten benutzte ist, bei welchem in einem rechtwinkeligen Hohlleiter die elektrischen und
magnetischen Feldlinien in einem Querschnitt geradlinig sind und die Felder eine symmetrische Verteilung
aufweisen.
Ein Hauptnachteil der bekannten Übergänge beruht darauf, daß es sich um transversale Übergänge handelt,
und zwar in dem Sinne, daß die Koaxialleitung quer mit dem Hohlleiter verbunden ist. Eine Maßnahme zur Beseitigung
dieses Nachteils besteht darin, den Hohlleiter ab der Koaxialleitung longitudinal zu erregen. Ein solcher
Übergang, bei dem der verlängerte Innenleiter der ^Koaxialleitung isoliert und achsparallel zur Hohlleiter-
^längsächse durch eine metallische Hohlleiterabschlußwand hindurch in den Hohlleiter-Innenraum hineingeführt
ist, gehört durch die US-PS 39 42 138 zum Stand der Technik. Es stellt sich dann aber das Problem, den
Innenleiter des Koaxialkabels an eine Wand des Hohlleiters so anzuschließen, daß eine Schleife gebildet wird.
Von Nachteil ist dabei, daß einerseits ein Schleifenprofi!
einzuhalten ist und daß andererseits ein elektrischer
Kontakt zwischen dem Ende des Innenleiters des Koaxialkabels und dem Hohlleiter hergestellt werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hohlleiter-Koaxialleitungs-Übergang die Vorteile des
geringen Raumbedarfs mit denen der einfachen industriellen Fertigung und guten Reproduzierbarkeit zu
vereinigen.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßt α Hohl-Ieiter/Koaxialleitungsübergang
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Übergang ist kein elektrischer Kontakt zwischen dem Innenleiter der Koaxialleitung
und den Wänden des Hohlleiters erforderlich. r>ie Tatsache, daß der durch den hineinragenden Innenleiterabschnitt
gebildete Kolben geradlinig ist gestattet das Herstellen von demontierbaren Übergangsstücken.
Die Montage kann auf ein einfaches Einstecken der Verlängerung des zentralen Innenleiters der Koaxialleitung
in den Hohlleiter reduziert werden. Die Einfachheit der Herstellung dieses Übergangsstückes und seine
Reproduzierbarkeit führen zu niedrigen Herstellungskosten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Koaxialleitungsabschnitt
F i g. 2 einen Hohlleiterabschnitt,
F i g. 2 einen Hohlleiterabschnitt,
F i g. 3 eine aufgebrochene Ansicht eines Hohlleiter/ Koaxialleitungs-Übergangs,
F i g. 4 eine Längsschnittansicht der Übergänge, die
F i g. 5a und 5b Querschnittansichten, und
F i g. 6 das Ersatzschaltbild der Übergänge.
F i g. 4 eine Längsschnittansicht der Übergänge, die
F i g. 5a und 5b Querschnittansichten, und
F i g. 6 das Ersatzschaltbild der Übergänge.
F i g. 1 zeigt einen Querschnitt eines Koaxialleitungsabschnitts
mit den elektrischen und magnetischen Feldlinien. Es handelt sich um ein Gebilde, das aus zwei
konzentrischen Leitern besteht: ein'-rn zentralen Leiter
oder Innenleiter 1 und einem Außenleiter 2. Je nach den Querabmessungen dieser Leitung mid insbesondere des
Außenleiters 2 sind verschiedene Ausbreitungsarten möglich. Die am häufigsten benutzte ist der TEM-Mode,
der durch das NichtVorhandensein einer Grenzwellenlänge gekennzeichnet ist. In dem Querschnitt folgen die
elektrischen Feldlinien den Radien (ausgezogene Pfeile), während die magnetischen Feldlinien konzentrischen
Kreisen folgen (gestrichelte Kreise). Das elektrische Feld ist auf einem Durchmesser unsymmetrisch, was
5U sich aufgrund der Rotationssymmetrie des kaoxialen Gebildes ergibt.
Fig. 2 zeigt einen Hohlleiter. Es handelt sich um ein
Gebilde, das aus einem einzigen rohrförmigen Leiter 3 besteht, in dessen Innerem die Ausbreitung erfolgt Je
nach der Form und den Querabmessungen des Hohlleiters sind unterschiedliche Ausbreitungsarten möglich.
Für alle Arten von Hohlleitern ist die Ausbreitung in dem Grundmode durch eine Grenzwellenlänge Ac gekennzeichnet,
die durch den Querschnitt und die Art des inneren Mediums festgelegt wird.
Der Hohlleiter weist meistens einen rechtwinkeligen s|
Querschnitt auf.Der Grundmode ist der TEto-Mode, der %
in einer Querebene ein symmetrisches, zu den Seiten- ä*
wänden des Hohlleiters paralleles elektrisches Feld auf- , weist. Das elektrische Feld ist in F i g. 2 durch die ausgezogenen
Pfeile dargestellt, während das magnetische Feld durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist J
Fig.3 zeigt eine aufgebrochene Ansicht einer Aus- ,·
führungsform der Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergänge.
Es handelt sich um einen Iogitudinalen Übergang, d. h.
die Achse der Koaxialleitung und die Achse des Hohlleiters fallen im wesentlichen zusammen oder sind parallel.
Die Koaxialleitung besteht aus einem Innenleiter 10 und aus einem Außenleiter 12. Ein Loch 13 ist in einer
Hohlleiterabschlußwand 16 des Hohlleiters 14 gebildet, um das Einführer des Innenieiters 10 zu gestatten. Der
Innenleiter 10 ist mit einem Dielektrikum 11 bedeckt, um ihn von der Wand 16 und von dem Außenleiter 12 zu
isolieren. Seine Eindringling in den Hohlleiter 14, bei
welcher es sich um einen Parameter der Feineinstellung handelt, liegt in der Größenordnung eines Viertels der
Wellenlänge.
Die Achse des Innenleiters 10 kann nicht mit der Achse
des Hohlleiters zusammenfallen, denn die unsymmetrische Verteilung des Feldes auf der Höhe des Innenleiters
würde nicht das Anregen des Hohlleiters in dem Grundmode gestatten. Lediglich unsymmetrische Moden
unterhalb der Grenzfrequenz würden erzeug* werden, aber die Abmessungen des Hohlleiters sinr"· so, daß
allein der Grundmode darin vorhanden sein kann.
Die Kopplung zwischen dem nsymmetrischen TEM-Mode der Koaxialleitung und dem symmetrischen
Grundmode des Hohlleiters ergibt sich durch die Dezentrierung der Achse der Koaxialleitung gegenüber
der des Hohlleiters.
Diese Unsymmetrie führt jedoch zu keiner ausreichenden Anregung, und außerdem ist die Impedanzanpassung
der einen Leitung an die andere schwierig durchführbar, und zwar einerseits wegen der Differenz
ihrer Wellenwiderstände und andererseits wegen des geringen Kopplungsgrades zwischen den Wellen mit
symmetrischer und unsymmetrischer Verteilung.
Die Kopplung wird durch das Vorhandensein eines Hohlraumresonators 15 verbessert, der neben der Koaxialleitung
12 und gegenüber der Wand 16 zurückversetzt angeordnet ist. Dieser Hohlraumresonator kann
aus einer Vei ..ingerung des Hohlleiters 14 über die
Wand 16 hinaus oberhalb der Koaxialleitung und mittels der Dezentrierung derselben gebildet sein.
Für die Feineinstellung eines solchen Überganges verfügt man über zahlreiche Parameter, die ohne weiters
variiert werden können. Es handelt sich beispielsweise um die Länge des Innenleiters IC, auf der er in den
Hohlleiter eindringt, oder um die Länge des benachbarten Hohlraumresonators oder um die Höhe dieses
Hohlraumresonators. usw.
Die Ausführungsform soL'her Übergänge hat gezeigt,
daß die Länge des Innenieiters in dem Hohlleiter und die des benachbarten Hohlraumresonators im wesentlichen
gleich einem Viertel der Wellenlänge sind Hinsichtlich der Höhe des Hohlraumresonators muß mit
ungefähr der halben Höhe des Hohlleiters gerechnet werden.
Die Feldlinien im Innern des Übergangsstückes sind näherungsweise in den Schnittansichten von F i g. 4 und
5 dargestellt.
Das Vorhandensein einer Unsymmetrie auf der Höhe des Übergangsstückes bewirkt, daß zumindest örtlich
symmetrische und unsymmetrische Moden vorhanden sind. Außerhalb dieser Übergänge kann nur ein einziger
Mode bestehen: der symmetrische TEio-Grundmode in dem Hohlleiter (wenn dieser rechtwinkelig ist, der
TEii-Giundmode, wenn er kreisförmig ist) und der unsymmetrische
TEM-Modt-Vi der Koaxialleitung.
In dem Übergang ist .das Vorhandensein von zwei
Moden, symmetrisch und unsymmetrisch, in einer ausgedehnten Zone möglich. Fi g. 4 zeigt, daß eine Unsymmetrie
der Feldverteilung auf der Verlängerung des Innenieiters der Koaxialleitung erhalten bleibt. Das kann
als Überlagerung eines unsymmetrischen Mode (der in F i g. 5a dargestellt ist) und eines symmetrischen Mode,
der in F i g. 5b dargestellt ist) interpretiert werden. Diese Überlagerung existiert in dem Leitungsabschnitt, der
aus einem Außenleiter, welcher den Wänden des Hohlleiters entspricht, und einem Innenleiter besteht, der der
Verlängerung des Innenleiters der Koaxialleitung entspricht.
Dieser Übergang hat somit zwei Modenübergangszonen unterschiedlicher Art. Die eine, die Ebene P1, die in
Fig.4 angegeben ist, entspricht der Wand 16 (Fig.3),
d. h. dem Übergang von dem TEM-Mode der Koaxialleitung auf einen Zwischenabschnitt, in welchem nebeneinander
symmetrische und unsymmetrische Moden bestehen, und gleichzeitig der Kopplung mit dem hinteren
Hohlraumresonator 15. Die andere ist r!>e Ebene P 2, die
dem IJbergang von dem Zwischenau-ichnitt auf den
Hohlleiter 14 entspricht.
Dieses Verfahren der Kopplung und der Übertragung entspricht dem in F i g. 6 dargestellten Ersatzschaltbild.
Es enthält die Koaxialleitung 12 und den Hohlraumresonator
15. uie auf einer Seite der Ebene P 1 liegen, den Hohlleiter 14 auf einer Seite der Ebene P2 und den
Zwischenabschnitt, der sich zwischen den Ebenen P1
und P 2 befindet. Nach vorstehenden Darlegungen sind die zugänglichsten Parameter der Feineinstellung einerseits
die Länge des Zwischenabschnittes oder die Tiefe des Eindringens des Innenleiters 10 der Koaxialleitung
in den Hohlleiter und andererseits die Tiefe des Hohlraumresonators 15, durch die der Wert der in die Ebene
Pl rückgeführten Reaktanz eingestellt werden kann. Da die Leitungslängen klein sind (ungefähr eine Viertelwellenlänge)
ändert sich die Anpassung wenig mit der Frequenz. Die erzielten Ergebnisse sind mit denen der
herkömmlichen transversalen Übergänge vergleichbar. Ein Kontakt zwischen dem !nnenleiter der Koaxialleitung
jid dem Hohlleiter ist nicht erforderlich.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Innenleiter
10 der Koaxialleitung mit einem Dielektrikum umhüllt. Die Koaxialleitung besteht aus einem herkömmlichen,
im Handel erhältlichen Ver'üindungr^tekker. Das zeigt die Einfachheit der Herstellung und die
infolgedessen niedrigen Kosten einer industriellen Fertigung sowie die große Reproduzierbarkeit.
Diese neue Art von Überang findet Anwendung in allen Fällen, wo ihre longitudinale Struktur sich Höchstfrequenzanordnungeri
von geringer Dicke (Mikroschaltkreisen) gut anpaßt. Es ist möglich, anstelle einer
Koaxialleitung auch eine dreiplattige Bandleitung zu benutzen, wobei der durch eine solche Leitung geführte
TEM-Mode dem ein^r Koaxialleitung sehr mhekommt.
Es gibt deshalb keinen Unterschied in der Betriebsweise und in der Feineinstellung.
Der Querschnitt des Hohlleiters kann im Rahmen der Erfindung rechteck^, kreisförmig, elliptisch, usw. sein.
Rippen (Steg?) aufweisen oder mit Dielektrikum ausgefüllt sein. Im allgemeinen ist der Hohlraumresonator 15
zwar nur die teilweise Verlängerung des Hcjhlieiters 14,
für andere als rechteckige Querschnitte kann es jedoch erforderlich sein, iri ihm einen zentralen Steg vorzusehen,
der die Ausbreitung gestattet. Ebenso, wenn der Hohlleiter, egal welchen Querschnitt er hat, mit Dielektrikum
ausgefüllt ist, muß es der Hohlraumresonator ebenfalls sein.
Die Verlängerung des Innenleiters der Koaxialleitung kann eine komplexere Form als die in den Figuren dargestellte
aufweisen, ohne daß dadurch das Prinzip und die Betriebsweise der Obergänge modifiziert wurden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
10
15
20
25
30
35
45
50
55
60
Claims (3)
1. Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang, bei dem
der verlängerte Innenleiter der Koaxialleitung isoliert und achsparallel zur Hohlleiterlängsachse durch
eine metallische Hohlleiterabschlußwand hindurch in den Hohlleiter-Innenraum hineingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschlußwand
(16) nur einen in der Hohlleiter-Schmalseitenabmessung verminderten Teilquerschnitt
des Hohlleiters (14) abschließt und der Hohlleiter mit der Restquerschnittsfläche über diese Abschlußwand
hinaus um eine Länge entsprechend etwa einer Viertelwelienlänge verlängert und an seinem
Ende ebenfalls durch eine metallische Wand (17) abgeschlossen ist, und daß der Innenleiter (10)
der Koaxialleitung (12) sich geradlinig weitergeführt über eine Länge entsprechend etwa einer Viertelwellenlänge
Ji den Hohlleiter hinein erstreckt
2. KohHcner/Koaxiaüeitungs-Obergang nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa eine Viertelwellenlänge betragende Eindringtiefe des Innenleiters
(10) in den Hohlleiter (14) einstellbar ist
3. Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang nach Anspruch
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Hohlleiter (14) hineinragende Teil des Innenleiters
(10) in ein dielektrisches Medium eingebettet ist
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