DE2746376C2 - Koppelvorrichtung zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedenartige Koaxial-/Hohlleiter-Übergänge bekannt. Derartige Übergänge dienen zur Kopplung von Mikrowellenenergie von der Koaxialleitung in den Hohlleiter und umgekehrt, wobei es erwünscht ist, diese Kopplung so zu bewerkstelligen, daß die von dem Übergang herrührende reflektierte Mikrowellenenergie so gering wie möglich gehalten wird. Mit anderen Worten wird an der Stelle des Koaxial-/Hohlleiter-Übergangs ein Impedanzwandler benötigt, um das Stehwellenverhältnis (Welligkeitsfaktor) und die Reflexions-Verluste bzw. Rückfluß-oder Echodämpfung in der Übertragungsleitung soweit als möglich zu verringern. Außerdem soll diese Minimalisierung über ein breites Frequenzband erreicht werden. Die »herkömmlichen« Koaxial-/Hohlleiter-Übergänge weisen einen am Ende geschlossenen Hohlleiter und einen in einer der Breitseitenwandungen des Hohlleiters angeordneten Koaxialleitungsanschluß auf, derart, daß der Innenleiter der Koaxialleitung in der if-Ebene des Hohlleiters in diesen eingeführt wird. Bekannt ist auch die Einführung von Koaxialleitungen von einem der Enden des Hohlleiters in diesen. Der Innenleiter steht dabei in Kontakt mit einem aus einer Reihe von zunehmend größeren Blöcken, die in dem Hohlleiter als Impedanzwandler angeordnet sind. Die vorstehend genannten» herkömmlichen« und anderweitige bekannte Übergangsvorrichtungen sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben oder dargestellt: Gershon J. Weeler, »Broadband Waveguide-to-Coax Transitions«, IRE National Convention Record (Teil 1), S. 182 bis 185, März 18-21, 1957 und J. C. Dix, »Design of Waveguide/Coaxial Transition for the Band 2.5-4.1 GHz«, Proceedings of the IEEE, Bd. 110, Seiten 253-255, Februar 1963.

Aus der DE-AS 19 47 495 ist auch eine Koppeivorrichtung zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter bekannt, bei der der Innenleiter der Koaxialleitung axial in die Hohlleiterstirnseite durch eine Öffnung in einer den Hohlleiter abschließenden metallischen Platte hineinragt und dessen Ende mit einem mit dem Koaxialleiter-Außenleiter verbundenen parallel zum Innenleiter verlaufenden Bügel in leitender Verbindung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppe!vorrichtung zwischen einem Koaxialleiter und einem Hohlleiter zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine wesentliche Verringerung der Reflexionsverluste über ein breites Frequenzband im Vergleich mit bekannten Koppelvorrichtungen, bei denen der Koaxialleiter mit einer Abdeckung an der einen Stirnseite eines Hohlleiters verbunden ist, gewährleistet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Koppelvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalendes Patentanspruchs 1.

Durch die Erfindung wird eine wesentliche Verringerung der durch Energiereflexion bedingten Verluste über ein weites Frequenzband von Mikrowellenfrequenzen erreicht, im Vergleich zu anderen Koaxial-/ Hohlleiter-Übergängen mit Anschluß der Koaxialleitung an eine stirnseitige Abdeckung eines Hohlleiters. Durch den Anschluß der Koaxialleitung an einer an einer Stirnseite des Hohlleiters vorgesehenen Überdekkung können mehrere derartige Hohlleiter bündeiförmig zu einem Mehrfachhohlleiteraggregat zusammengefaßt werden, das beispielsweise als Antenne zur Übertragung bzw. zum Empfang von Mikrowellenenergie an den bzw. aus dem freien Raum verwendet werden kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 in vergrößerter Schnittansicht einen Hohlleiter mit quadratischem Querschnitt mit einer diesen quadratischen Hohlleiter in zwei gleich große Rechteckhohlleiter unterteilenden Trennwand und mit zwei Koaxialleitungs-ZRechteckhohlleiter-Übergängen,

F i g. 2 in vergrößerter Schnittansicht die Vorrichtung aus F i g. 1, im Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Rückflußdämpfung (Reflexionsdämpfung) der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2, in Abhängigkeit von der Frequenz im Mikrowellenbereich.

In der Zeichnung, in deren verschiedenen Figuren gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, ist eine Koaxialleitung 10 mit einem

Innenleiter 12 und einem Außenleiter 14 dargestellt. Des weiteren eine zweite Koaxialleitung 16 mit einem Innenleiter 18 und einem Außenleiter 20.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mikrowellenenergiekopplung von einer Koaxialleitung zu einem Hohlleiter und umgekehrt ist als Ganzes mit 22 bezeichnet Sie weist einen quadratischen Hohlleiter 24 mit einer Trennwand 26 auf, welche den quadratischen Hohlleiter in zwei gleich große Rechteckhohlleiter 28 und 30 unterteilt Die Trennwand 26 bildet eine den beiden ftechteckhohlleitern gemeinsame Breitseitenwandung, während die zu der Trennwand rechtwinkligen Wandungen des Hohlleiters 24 die Schmalseiten der Hohlleiter 28 und 30 bilden. Die strichpunktierte Linie 32 definiert eino zu den Schmalseiten parallele Achse für beide Rechteckhohlleiter. Die strichpunktierten Linien 34 bzw. 36 sind zu den Breitseiten parallele Achsen der Rechteckhohlleiter 28 bzw. 30.

An einer von den Koaxialleitungen 10 und 16 weiter als in der Zeichnung dargestellt entfernten Stelle in dem Hohlleiter 24 kann die Trennwand 26 verjüngt bzw. so geformt sein, daß sie die Umformung linear polarisierter Mikrowellensignale in den Rechteckhohlleitern 28 und 30 in rechts- bzw. links-drehend zirkulär polarisierte Mikrowellensignale in dem quadratischen Hohlleiter 24 gestattet und umgekehrt Eine Trennwand, welche diese Funktion in einem quadratischem Hohlleiter mit zwei Rechteckhohlleitereingängen gestattet, ist z. B. in der US-PS 39 58 193 beschrieben. Vorzugsweise ist die Trennwand 26 so angeordnet und ausgebildet, daß ein linear-polarisiertes Mikrowellen-Signal aus der Koaxialleitung 10 in den Rechteckhohlleiter 28 eingeführt und danach in ein rechts-drehend zirkulär polarisiertes Mikrowellensignal in dem quadratischen Hohlleiter 24 umgewandelt wird, und daß entsprechend ein linear 3i polarisiertes Mikrowellensignal aus der Koaxialleitung 16 in den Rechteckhohlleiter 30 eingeführt und danach dort in ein links-drehend zirkulär polarisiertes Mikrowellensignal in dem quadratischen Hohlleiter 24 umgewandelt wird.

Die Kopplungsvorrichtung 22 umfaßt ihrerseits zwei als Ganzes mit 38 bzw. 40 bezeichnete Koppler zur Ankopplung von Mikrowellen-Signalen auf den Koaxialleitungen 10 und 16 an die Rechteckhohlleiter 28 bzw. 30, und umgekehrt. Im folgenden wird nur der Koppler 38 im einzelnen beschrieben. Der Koppler 40 ist gleichartig ausgebildet; die Koppler brauchen nicht, wie in der Zeichnung dargestellt, gemeinsam zusammen verwendet zu werden, sondern können auch getrennt verwendet werden. 5u

Der Hohlleiter 24 weist an seinem einen Ende eine ihn abschließende Platte 42 auf. Diese besitzt einen vorspringenden Teil 44, der eine öffnung bildet, welche mit einem geeigneten Dielektrikum 46 gefüllt sein kann und zur Aufnahme des Innenleiters 12 der Koaxialübertragungsleitung 10 dient. Der vorspringende Teil 44 und der übrige Teil der Platte 42 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material. Die Platte und der quadratische Hohlleiter können beispielsweise ganz aus Kupfer oder einem anderweitigen geeigneten Leitermateriai bestehen, oder sie können aus faserverstärktem Kohlenstoff hergestellt sein, der an den Innenseiten mit einem Überzug aus Kupfer oder einem anderweitigen hochleitfähigem Material versehen ist. Der Außenleiter 14 der Koaxialleitung 10 steht mit der Platte 42 an deren vorspringendem Teil 44 in elektrisch leitender Verbindung.

Der Innenleiter 12 der Koaxialleitung 10 tritt durch die Platte 42 hindurch jnd wird in elektrisch leitender Verbindung von einem metallischen Block 46 aufgenommen, der innerhalb des Recbteckhohlleiters 28 in Abstand von dessen Wandungen und von der Platte 42 angeordnet ist Der Block 46 ist vorzugsweise ein Niessingblock in Form eines quaderförmigen Festkörpers. Er bildet einen Belag einer konzentrierten Kapazität und weist eine Mittelöffnung zur Aufnahme des Innenleiters 12 auf. Der Block 46 ist mittels eines dielektrischen Halterungsteils 48 gehaltert Ein hakenförmig abgebogenes Leiterelement 50 ist mit einem Ende 52 in einer Öffnung im Block 46 gehaltert und mit diesem elektrisch leitend verbunden. Das zweite Ende 54 des hakenförmigen Leiterelementes 50 befindet sich in gewissem Abstand von den Hohileiterwandungen 28 und der Platte 42. Das hakenförmige Leiterelement 50 ist vorzugsweise mit einem gleichbleibenden Krümmungsradius gebogen, derart daß sich eine Richtungsänderung um 180° des runden Leitungsdrahtes, aus welchem das hakenförmige Teil besteht, ergibt Jedoch ist eine stetige Krümmung des hakenförmigen Teils nicht wesentlich; auch scharfe Biegungen oder sogar rechtwinklige Ecken könnten für die Umlenkung angewandt werden, jedoch könnten dann zur Gewährleistung der Hochleistungseigenschaften der dargestellten bevorzugten Ausführungsform Änderungen an den Kopplerclementen hinsichtlich der Abmessungen, der Form oder ihrer Anbringungsstelle erforderlich werden.

Der gekrümmte Teil des hakenförmigen Leiterelements 50 liegt vorzugsweise in einer zur Achse 32 und zu den Schmalseiten des Rechteckhohlleiters 28 parallelen Ebene, und zwar vorzugsweise, wie >n der Zeichnung dargestellt, in einer zwischen der Achse 32 und einer der Schmalseiten gelegenen Ebene. Die dargestellte Anbringung des hakenförmigen Teils 50 ermöglicht eine Kopplerimpedanzanpassung über einen wesentlich breiteren Bereich von Mikrowellenfrequenzen als dies mit bekannten KoaxiaN/Hohlleiter-Übergängen mit Zuführung von der Stirnseite her möglich war. Es sei darauf hingewiesen, daß die Enden 52 und 54 des hakenförmigen Leiterelementes 50 in gleichem Abstand von den benachbarten Breitseiten des Rechteckhohlleiters 28 liegen. Dies ist vorzuziehen, jedoch nicht wesentlich. Des weiteren ist im Gegensatz zu bekannten Kopplern das Ende 54 des hakenförmigen Leiterelementes 50 nicht in elektrisch leitender Verbindung mit einer der Hohlleiterwandungen. Bei den meisten oder fast allen bekannten Kopplern war die Anordnung so getroffen, daß der Koaxialleitungs-Innenleiter nach der Einführung in den Hohlleiter ggf. über einen zur Impedanzanpassung abgestuften Leiterblock in elektrisch leitender Verbindung mit einer der Breitseitenwandungen des Hohlleiters steht.

Die dargestellten Koppler 38 und 40 sind zur Verwendung im Frequenzband von 5,7 bis 6,3 GHz vorgesehen. Die Abmessungen der verschiedenen Koppler-Elemente und ihre Abstände von den Hohlleiterwandungen und von der Platte 42 sind im Sinn einer Minimalisierung des Spannungs-Stehwellenverhältnisses (Welligkeitsfaktor) und der Leistungsrückfluß- bzw. Reflexionsdämpfung über dieses Frequenzband gewählt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Innenwandabmessung des quadratischen Hohlleiters 24 30,7 mm betragen und die Trennwand 26 eine Dicke von etwa 0,25 mm besitzen. Mit der beschriebenen Koppler-Konstruktion wurde ein Maximalwert des Spannungs-Stehwellenverhältnisses von 1,07 über dieses Frequenzband erreicht.

In Fig.3 ist das Verhalten eines Koaxialleitungs-/ Rechteckhohlleitungs-Kopplerübergangs gemäß der Erfindung für das Frequenzband von 3,7 bis 4,08GHz (etwa 9,5% Bandbreite) veranschaulicht. In der graphischen Darstellung ist die Rückfluß- bzw. Echodämpfung (Reflexionsverlust) in dB über der Frequenz aufgetragen. Die Rückflußdämpfung ist durch die Beziehung 20 log Ei/E_r gegeben, worin £,die einfallende elektrische Feldstärke eines Testsignals und E_r die reflektierte elektrische Feldstärke bedeuten. Die Kurve 60 veranschaulicht das Ansprechverhalten des Kopplers gemäß der Erfindung. Die Kurven 62, 64, 66 und 68 veranschaulichen Bezugs-dB-Pegel für das Testsignal über das Frequenzband von 3,5 bis etwa 4,5GHz. Die Kurve 60 zeigt, daß die Rückfluß- bzw. Echodämpfung (Reflexionsverlust) über ein Frequenzband von etwa 3,6 bis 4,2 GHz mehr als 30 dB beträgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Koppelvorrichtung zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter, bei der eine Stirnseite des Hohlleiters durch eine metallische Platte abgeschlossen ist, die mit einer Öffnung versehen ist, durch die hindurch der Innenleiter der Koaxialleitung in zur Hohlleiterachse paralleler Richtung in den Innenraum des Hohlleiters hereingeführt ist und wobei der Außenleiter der Koaxialleitung in der Öffnung der metallischen Platte leitend mit dieser verbunden ist und im Innern des Hohlleiters ein mit dem Innenleiter leitend verbundenes, in Richtung auf die metallische Platte hin hakenförmig abgebogenes Leiterelement vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenleiterende der Koaxialleitung (10) im Innenraum des Hohlleiters (28, 31) leitend mit einem einen Belag einer konzentrierten Kapazität bildenden metallischen Block (46) verbunden ist, der mittels einer Halterung (48) aus dielektrischem Material in bestimmtem Abstand zu der metallischen Platte (42) an dieser befestigt ist, und daß ein Ende (52) des hakenförmig abgebogenen Leiterelements (50) mit dem metallischen Block (46) verbunden und das freie andere Ende (54) dieses Leiterelementes nur bis zu einem bestimmten Abstand zur metallischen Platte (42) in Richtung auf diese hin abgebogen ist.

2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hakenförmige Leiterelement (50) zwischen seinen beiden Enden eine in einer zu den Schmalseiten des Hohlleiters parallelen Ebene liegende Krümmung aufweist.

3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (52, 54) des hakenförmigen Leiterelements (50) im wesentlichen gleichen Abstand von den Breitseiten-Wandungen (24,26) des Hohlleiters (28) besitzen.

4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des ίο hakenförmigen Leiterelements (50) in einer zwischen der Hohlleiterachse und einer der Schmalseitenwandungen des Hohlleiters (28, 30) liegenden Ebene verläuft.

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