DE2948315A1

DE2948315A1 - Mit wellenverzoegerung arbeitende koppelanordnung

Info

Publication number: DE2948315A1
Application number: DE19792948315
Authority: DE
Inventors: George Harvey Macmaster; Lawrence Joseph Nichols
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1980-06-26
Also published as: JPH0116045B2; FR2444347A1; GB2040103A; JPS5580905A; DE2948315C2; GB2040103B; FR2444347B1

Description

Raytheon Company, l4l Spring Street, Lexington, MA 02173 Vereinigte Staaten von Amerika

Mit Wellenverzögerung arbeitende Koppelanordnung

Die Erfindung betrifft mit Wellenverzögerung arbeitende Koppelanordnungen zurKopplung eines elektromagnetischen Signals zwischen einem ersten und einem zweiten Kreis, insbesondere zur Nachbildung der Wirkung einer mit Wellenverzögerung arbeitenden Verstärkereinrichtung, beispielsweise eines sogenannten "crossed field"-Verstärkers, d.h. eines Verstärkerbauteiles, in welchem Mikrowellenenergie durch Kombination von einander kreuzenden elektrischen und magnetischen Feldern erzeugt und/oder verstärkt wird.

Einrichtungen, die mit Wellenverzögerungsstrukturen arbeiten, sind bekannt. Sie werden sowohl in Radarsystemen als auch in Nachrichtensystemen zur Signalverstärkung verwendet, und beinhalten die erwähnten "crossed field"-Verstärker sowie Wanderfeldröhren. Diese bekannten Wellenverzögerungseinrichtungen neigen dazu, das Signal durch Phasen- und Amplitudenverschiebung in Abhängigkeit von der Frequenz zu verändern. Diese Signalveränderung ändert sich mit der Alterung der "crossed field"-Verstärker und Wanderfeldröhren.

Zur Korrektur der erwähnten Signalveränderung benötigt man einen Bezugskanal, in welchem der Radarsignalverarbeitungseinrichtung ein Referenzsignal zur Verfügung gestellt wird.

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Diese Referenzsignale wurden jedoch häufig dadurch gewonnen, daß dem Ausgangssignal der Wellenverzögerungseinrichtung eine Signalprobe entnommen wird. Der Alterungseffekt, der mit einer Verringerung der von der Kathode des "crossed field"-Verstärkers oder der Wanderfeldröhre emittierten Elektronenmenge einhergeht, läßt sich Jedoch in dem Referenzsignal nicht feststellen, wenn dieses an dem Ausgang der Wellenverzögerungseinrichtung gewonnen wird.Wenn das Signal hingegen vor dem Eingang der Wellenverzögerungseinrichtung gewonnen wird, bleibt es von der obengenannten Signalveränderung unbeeinflußt. Somit stehen keine Daten zur Verfügung, die für die Wirkung der Alterung der Wellenverzögerungseinrichtung kennzeichnend sind, so daß ein Radarsignalprozessor keine Korrekturmaßnahmen durchführen kann, mittels derer die Wirkung der Alterung auf das von der Wellenverzögerungseinrichtung erzeugte Signal kompensiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Wellenverzögerung arbeitende Koppelanordnung zu schaffen, bei der diese Nachteile beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Anordnung gemäß der Erfindung beinhaltet also eine Mehrzahl von Wellenverzögerungsstrukturen zur Simulierung der Kopplungsverhältnisse, die die elektromagnetische Energie in den Wellenverzögerungsstrukturen von "crossed field"-Verstärkern und Wanderfeldröhren erfährt. Die Wellenverzögerungsstrukturen der Koppelanordnung gemäß der Erfindung können eine innere Wellenverzögerungsstruktur und eine dazu konzentrische äußere Wellenverzögerungsstruktur beinhalten. Die äußere Wellenverzögerungsstruktur ist so ausgebildet, daß die elektromagnetische Energie in ihr eine größere Phasengeschwindigkeit besitzt als in der inneren Struktur, wobei die Ausbreitungsgeschwin-

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dlgkeit in jeder dieser Strukturen dem jeweiligen Umfang proportional ist, so daß die Geschwindigkeit, mit der eine Wellenfront um die gemeinsame Achse der beiden Strukturen zirkuliert, für Wellen, die sich in der inneren und in der äußeren Struktur ausbreiten, jeweils dieselbe ist.

Die innere Wellenverzögerungsstruktur besitzt zwei Zugänge, von denen einer als Eingang dient und von dem ersten elektromagnetischen Kreis mit einem Eingangssignal beaufschlagt wird, während der zweite Zugang mit einer Last verbunden ist, die an den Wellenwiderstand der inneren Struktur angepaßt ist. Die Anpassung der Last gewährleistet, daß eine Wellenausbreitung nur in einer Richtung stattfindet, d.h. ohne Reflektionen und ohne die Ausbildung stehender Wellen oder einer Resonanz.

In ähnlicher Weise ist die äußere Wellenverzögerungsstruktur mit zwei Zugängen versehen, von denen der eine in einer an den Wellenwiderstand angepaßten Last endet, während der andere eine Ausgangsklemme zur Abgabe eines Ausgangssignals an den zweiten elektromagnetischen Kreis darstellt. Die angepaßte Last der äußeren Struktur sorgt ebenfalls dafür, daß sich eine Welle ohne Reflektionen in einer Richtung ausbreitet, so daß auch hier die Ausbildung stehender Wellen oder einer Resonanz vermieden ist. Die verzögerten Wellen zirkulieren in der inneren und äußeren Struktur in gleicher Richtung um die gemeinsame Achse.Unter den vorangehend beschriebenen Bedingungen, bei denen sich keine stehenden Wellen ausbilden, erreicht man eine minimale Kopplung und eine maximale Dämpfung zwischen einem an der Eingangsklemme anliegenden Signal und dem Signal an der Ausgangsklemme.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen die beiden Wellenverzögerungsstrukturen im wesentlichen zylindrische Form. Die beiden Strukturen sind ohne elektrischen Kontakt im Abstand angeordnet, wodurch

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sich die gewünschte Dämpfung und Isolation ergibt. Die innere Wellenverzögerungsstruktur ist als Interdigitalleitung ausgebildet, während die äußere Wellenleitungsstruktur die Form einer sogenannten "strapped bar"-Leitung hat. Derartige "strapped bar"-Leitungen bestehen im wesentlichen aus einer Vielzahl von vorzugsweise in gleichen Abständen quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen angeordneten leitfähigen Stäben, die wechselweise mit einem von zwei in Ausbreitungsrichtung verlaufenden Flachleitern kontaktiert sind.

Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels derer die relative Position der Elemente der Interdigitalleitung verändert werden kann, wodurch sich die Leitungskapazität und damit die Phasengeschwindigkeit der verzögerten Welle ändern. Dies ermöglicht eine genaue Abstimmung der Phasengeschwindigkeit der Welle in der inneren Struktur mit der Phasengeschwindigkeit der Welle in der äußeren Struktur. Der Abstand zwischen den beiden Strukturen entspricht näherungsweise der Breite eines Gliedes der Interdigitalleitung, so daß sich eine Dämpfung von etwa 30 db ergibt. Der Durchmesser der äußeren Struktur beträgt typisch etwa 30 cm bei einer Signalfrequenz von etwa 900 MHz.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben,auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Koppelanordnung mit Wellenverzögerungsstrukturen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses für die Anordnung gemäß Fig. 1, wobei dieses Ge-

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häuse In der Zeichnung teilweise durchbrochen ist, so daß eine äußere VeilenverzOgerungsstruktur sicht bar ist, die aus zwei Leitern besteht, welche in periodischem Wechsel mit jeweils einer Gruppe von Stäben belastet sind,

Fig. 3 zeigt eine isometrische Ansicht der äußeren Wellenverzögerungsstruktur gemäß Fig. 2, wobei elektrische Verbindungen von dn Eingangs- und Ausgangsklemmen zu Koaxialkabeln schematisch angedeutet sind, Fig. A zeigt ein Schaubild, in dem die Frequenz über der Wellenzahl aufgetragen wird. Diese Darstellung dient zur Erläuterung der Wellenausbreitung längs der Wellenverzögerungsstrukturen gemäß der Erfindung,

Fig. 5 zeigt eine Wellenverzögerungsstruktur, die einen ähnlichen Aufbau besitzt wie die in Fig. 3 dargestelle Wellenverzögerungsstruktur, im Vergleich zu dieser jedoch zwei Eingänge und zwei Ausgänge besitzt,

Fig. 6 zeigt die innere Gestaltung der Kopplungsanordnung gemäß Fig. 1 mit einer inneren Wellenverzögerungsstruktur in Form einer Interdigitalleitung, Fig. 7 zeigt eine isometrische Ansicht der inneren Wellenverzögerungsstruktur gemäß Fig. 6, wobei die elektrischen Verbindungen von ihren Eingangs- und Ausgangsklemmen zu Koaxialkabeln schematisch angedeutet sind,

Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht einer anderen AusfUhrungsform der inneren Wellenverzögerungsstruktur gemäß Fig. 7. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Veränderung der Spaltgröße zwischen den Teilen der In_T terdigitalleitung und damit eine Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Wellenfront längs der Wellenverzögerungsstruktur,

Fig. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 8. In Fig. 9 sich auch ein Elektromotor zur Einstellung der genannten Spaltgröße, die elektrische Verbindung

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zu diesem Elektromotor und zu einem Codierer für den Drehwinkel der Motorwelle erkennbar,

Fig.10 zeigt eine längs der Linie 10-10 von Fig. 8 genommene Aufsicht der Struktur gemäß Fig. 8,

Fig.11 zeigt ein Blockschaltbild für eine Bandbreitensteuerung in Verbindung mit der Koppelanordnung gemäß Fig. 1 sowie die Schaltung zur Aktivierung des in Fig. 9 dargestellten Elektromotors,

Fig.12 zeigt die Verwendung der Koppelanordnung gemäß Fig. 1 in einem Radar- oder Nachrichtenübertragungssystem zur überwachung des Ausgangssignals eines "crossed fieldⁿ-Verstärkers,

Fig.13 zeigt die Verwendung der Koppelanordnungen gemäß Fig. 1 und 5 zur Ankopplung eines Signals an eine Mehrzahl von Verbraucherschaltungen,

Fig.14 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der äußeren Wellenverzögerungsstrukturen mit ellipsenförmigen Querschnitten.

Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Koppelanordnung ist in ihrer Gesamtheit mit 20 bezeichnet. Sie besitzt ein zylindrisches Gehäuse 22 mit zwei Zugängen 24 und 26 zur Ankopplung elektromagnetischer Energie an eine äußere Wellenverzögerungsstruktur 28, die an der Innenseite des Gehäuses 22 befestigt ist. In Fig. 6 sind eine obere und eine untere Abdeckplatte 30 bzw. 32 erkennbar, an denen eine innere Wellenverzögerungseinrichtung 34 befestigt ist, die sich im Zentrum des Gehäuses 22 befindet. Die obere Abdeckplatte 30 besitzt zwei Zugänge 36 und 38 zur Ankopplung elektromagnetischer Energie an eine innere Wellenverzögerungsstruktur 40, die Bestandteil der Einrichtung 34 ist. An der oberen Abdeckplatte 30 befindet sich ferner ein Anschluß 42, der in Verbindung mit einer anderen weiter unten beschriebenen Ausführungsform der Koppelanordnung 20 verwendet wird. Dieser Anschluß 42 dient zur Zuführung elektrischer Signale für die Steuerung der Größe eines Spaltes 44 zwischen den Gliedern 46 einer Interdigitalleitung, die Bestandteil der

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inneren Wellenverzögerungsstruktur AO ist.

Die äußere Wellenverzögerungsstruktur 28 umfaßt einen oberen und einen unteren Leiter 48 bzw. 50, die'in Umfangsrichtung längs der Innenwandung des Gehäuses 22 angeordnet sind. Ein erstes Ende des Leiters 48 und des Leiters 50 bilden eine Anschlußklemme der Wellenverzögerungsstruktur, während ein zweites Ende des Leiters 48 und des Leiters 50 eine zweite Anschlußklemme der Wellenverzögerungsstruktur 28 bilden. Die beiden Anschlußklemmen der Struktur sind in der in Fig. 3 schematisch dargestellten Weise mit den Zugängen 24 bzw. 26 verbunden. Die Leiter 48 und 50 bilden eine Leitung für die Ausbreitung einer Welle. Diese Leitung ist mit transversal angeordneten Stäben 52 belastet, deren einander gegenüberliegenden Enden über Fußstücke 54 alternativ mit den Leitern 48 bzw. 50 verbunden sind. Die Stäbe 52 bilden somit eine periodische Belastung der Leitung und verzögern die Phasengeschwindigkeit einer über die Leitung wandernden Welle. Die oberen und unteren Enden jedes der Stäbe 52 sind umgebogen und an der oberen bzw. unteren Randzone 56 bzw. 58 des Gehäuses 22 befestigt. Die Stärke der einzelnen Stäbe 52 entspricht näherungsweise dem Abstand zwischen ihnen.

Wenn die dargestellte Koppelanordnung 20 beispielsweise für elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von etwa 900 MHz konstruiert ist, beträgt der Durchmesser der äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28 etwa 30 cm. Dabei besitzt jeder der Stäbe 52 zwischen den Fußstücken 54 eine Länge, die etwa einer halben Wellenlänge entspricht. Die äußere Wellenverzögerungsstruktur 58 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer. Konstruktionseinzelheiten solcher "strapped bar"-Leitungen sowie der Interdigitalleitung der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 sind in dem Buch "Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures" von G. L. Matthaei, L. Young and E.M. Jones,

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McGraw-Hill Kompany 1964, beschrieben. Auf Seit 621 dieses Buches ist beispielsweise eine Interdigitalleitung dargestellt und beschrieben. Die Wirkungsweise einer Wellenverzögerungsstruktur sei im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten Diagramms erläutert, worin auf der vertikalen Achse die Winkelfrequenz und auf der horizontalen Achse die Wellenzahl dargestellt sind. Diese Wellenzahl bezeichnet die Phasenverschiebung pro Teilung, wobei diese Teilung den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Stäben 52 darstellt. Das Schaubild zeigt, daß eine sich längs der Wellenverzögerungsstruktur 28 ausbreitende Welle eine nach rückwärts gerichtete Welle ist. Die Phasenverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Stäben 52 beträgt etwa 150° bei Betriebsfrequenz. Bei einem realisierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden bei der Herstellung der Koppelanordnung 20 dreiundzwanzig Stäbe 52 verwendet.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der äußeren Wellenverzögerungsstruktur, die zur Unterscheidung mit 28A bezeichnet ist. Die Struktur 28A ist gabelförmig ausgebildet und aus "strapped bar"-Leitungen zur Kopplung von zwei Gruppen von Zugängen zusammengesetzt. Jede der Leitungen erstreckt sich etwa über den halben Umfang der Innenfläche eines Gehäuses, das dem Gehäuse 22 entspricht, so daß elektromagnetische Energie von der inneren Wellenverzögerungsstruktur gemäß Fig. 6 in jeden Abschnitt der gabelförmig ausgebildeten äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28A gekoppelt wird. An dem Gehäuse sind (nicht dargestellte) den Zugängen 24 und 26 entsprechende weitere Zugänge angebracht, wenn die in Fig. 5 dargestellte Struktur 28A Verwendung finden soll.

Die in Fig. 6 dargestellte Baugruppe 34 umfaßt die oben erwähnten Abdeckplatten 30 und 32 und die innere Wellenverzögerungsstruktur 40. Die Abdeckplatten 30 und 32 sind an der oberen bzw. unteren Stirnfläche der inneren Wellen-

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Verzögerungsstruktur 40 mit Hilfe von Schraubenbolzen 60 befestigt, die beide Platten 30 und 32 durchdringen und durch Muttern 62 gesichert sind. Sowohl die innere als auch die äußere Wellenverzögerungsstruktur 40 bzw. 28A gemäß Flg. 1 besitzen Zylinderform, wobei der Außendurchmesser der inneren Struktur 40 geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der äußeren Struktur 28, so daß die Struktur 40 in der Struktur 28 Platz findet. Der Abstand zwischen den beiden Strukturen 40 und 28 entspricht etwa der Stärke eines Stabes 52 der äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28. An den Platten 30 und 32 sind Flansche 64 angebracht, die in die oberen und unteren Randzonen 56 bzw. 58 des in Fig. 2 dargestellten Gehäuses 22 eingreifen.

Fig. 7 zeigt eine isometrische Ansicht der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40, die - wie erwähnt - Zylinderform besitzt, wobei der zentrale Bereich eine Interdigitalleitung umfaßt, die in eine Zylinderwandung 68 eingeschnitten ist, so daß die oben erwähnten Glieder 46 entstehen, die durch den Spalt 44 voneinander getrennt sind. Das in Fig.4 dargestellte Schaubild gilt auch für die Struktur 40, die als Wellenleiter zur Ausbreitung einer verzögerten Welle in Rückwärtsrichtung dient. Ein Schlitz 70 definiert das erste bzw. zweite Ende der Interdigitalleitung. Diese Enden sind über Koaxialleitungen mit dem ersten Zugang 36 bzw. dem zweiten Zugang 38 verbunden. Der in Fig. 4 eingetragene Arbeitspunkt liefert eine Phasenverschiebung von etwa 150 zwischen aufeinanderfolgenden Gliedern 46 der Interdigitalleitung. Die Struktur 40 sowie die obere und untere Abdeckplatte 30 bzw. 32 sind aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt. Aus Fig. 7 ist erkennbar, daß der von dem Schlitz 44 gebildete Durchbruch um die Wandung 68 vollständig herumläuft bis zu dem Schlitz 70 und damit die Wandung 68 in einen oberen und unteren Abschnitt teilt. Der obere Abschnitt ist an der oberen Abdeckplatte 30 und der untere

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Abschnitt an der unteren Platte 32 befestigt. Zur Befestigung dient ein Preßsitz, mit dem die Abschnitte in entsprechend gestaltete Paeflächen der betreffenden Platten 30 und 32 eingreifen. Die Schraubbolzen 60, mit denen die Platten 30 und 32 in gegenseitigem Kontakt an dem Gehäuse 22 befestigt sind, sorgen außerdem für die gewünschte Breite des Spaltes 44. Die Ausweitungsgeschwindigkeit der verzögerten Welle auf der Interdigitalleitung hängt von der Kapazität zwischen dem Anschluß der Glieder 46 und der Wandung 68 ab.

In Fig. 8, 9 und 10 ist einer alternative Ausführungsform der inneren Wellenverzögerungseinheit dargestellt, die zur Unterscheidung gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 6 mit 34a bezeichnet ist. Die Abdeckplatten 30 und 32 sind bei der Darstellung in Fig. 9 und 10 zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen. Eine Wandung 68A ist mit einer Hülse 72 versehen, die eine überlappende Kante 74 besitzt, die gleitbar in einer Kante 76 des unteren Teiles der Wandung 68A gelagert ist. Ein die Wandung 68A umlaufender Spalt 78 ermöglicht eine vertikale Verschiebung des unteren Teiles der Wandung 68A, während ihr oberer Teil fest mit der oberen Abdeckplatte 30 und die Hülse 72 fest mit der unteren Abdeckplatte 32 verbunden bleiben. Durch vertikale Verschiebung des unteren Teiles der Wandung 68A bewegen sich die Glieder 46 des oberen Teiles der Wandung 68A relativ zu den Gliedern 46 des unteren Teiles der Wandung 68A, wodurch die Breite des Spaltes 44 verändert wird. Da die Kapazität zwischen den Enden der Glieder 46 und der Wandung 68A von der Breite des Spaltes 44 abhängt, läßt sie sich durch Verschiebung des unteren Teiles der Wandung 68A längs der Hülse 72 einstellen. Dadurch ändert sich die Geschwindigkeit, mit der sich eine Wellenfront über die innere Wellenverzögerungsstruktur 40 ausbreitet. Diese Einstellung ermöglicht eine Angleichung des Zirkulationsgeschwindigkeit einer über die innere Wellenverzögerungsstruktur laufenden Wellenfront an die Zirkulationsgeschwindigkeit einer über die äußere Wellenverzö-

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gerungsstruktur 28 laufenden Wellenfront. Eine im folgenden als Speichennabe bezeichnete mechanische Tragkonstruktion 80 dient zur relativen Positionierung des oberen und unteren Teiles der Wandung 68Ä und der Hülse 72. Die Speichennabe 80 umfaßt eine zylindrische Wandung 82 mit einem Bodenteil 84. Die Wandung 82 ist mit "Speichen" 86 versehen, die sich von ihr nach außen erstrecken und den oberen Teil der Wandung 68A sowie die Hülse 72 kontaktieren. Die Wandung 82 besitzt ferner Schlitze 88, durch welche sich Schenkel 90 von einem zentralen Block 92 zu dem unteren Teil der Wandung 68A erstrecken. Der Block 92 ist auf einer Schiene 94 geführt und mittels eines von einem Motor 98 angetriebenen Spindelgetriebes 96 verschiebbar. Ein Winkelkodierer 100 dient zur Überwachung der Winkelverstellung des Spindelgetriebes 96. Die Schiene 94 ist mittels eines Fußteiles 102 an dem Bodenteil 84 befestigt. Der Motor 98 ist beispielsweise ein Schrittmotor, dem über die schematisch dargestellte Leitung 104 Impulse zugeführt werden, die ihn im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn fortbewegen. Elektrische Signale, die den Drehwinkel des Spindelantriebes 96 kennzeichnen, werden von dem Kodierer 100 über die Leitung 106 abgegeben. Durch die Drehung des Spindelgetriebes 96 bewegt sich das Fußteil 92 und ändert damit die Position des unteren Teiles der Wandung 68A relativ zu ihrem oberen Teil, wodurch der Spalt 44 der Interdigitalleitung eingestellt wird. Somit kennzeichnet das Signal auf der Leitung 106 auch die Breite des Spaltes 44.

Die in Fig. 1 ff. dargestellte Koppelanordnung arbeitet in folgender Weise: Eine Signalquelle, beispielsweise der Signalgenerator 108, ist mit dem ersten Zugang 36 verbunden, während der zweite auf der Abdeckplatte 30 angeordnete Zugang mit einer Last 110 verbunden ist. Diese ist an den Wellenwiderstand der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 angepaßt. Eine zweite Last 112, die an den Wellenwiderstand der äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28 an-

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gepaßt ist, steht mit dem ersten auf dem Gehäuse 22 angeordneten Zugang 24 in Verbindung, während der zweite Zugang 86 mit einer Verbrauchereinrichtung 114 verbunden ist. Das Signal des Generators 108 wird über den Zugang 36 zu dem ersten Ende der Interdigitalleitung gekoppelt (Fig. 6) und wandert als verzögerte Welle um die innere Wellenverzögerungsstruktur 40. Wenn dieses Signal das zweite Ende der Interdigitalleitung erreicht,wird es über den zweiten Zugang 38 zu der Anpassungslast 110 übertragen. Die Absorbierung des Signals in der Anpassungslast 110 stellt sicher, daß im wesentlichen keine Wellenreflektionen von dem zweiten Ende der Interdigitalleitung auftreten. Infolgedessen ist die elektrische Feldstärke längs der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 kleiner als dann, wenn die Interdigitalleitung nicht durch den Wellenwiderstand abgeschlossen ist und sich infolge der Reflektion am Leitungsende stehende Wellen ausbilden. Derartige stehende Wellen vergrößern nämlich die Stärke des elektrischen Feldes erheblich. Infolge der relativ geringen Größe des elektrischen Feldes, der sich durch Abschluß der Leitung mit ihrem Wellenwiderstand ergibt, sind die innere und die äußere Wellenverzögerungsstruktur 40 bzw. 28 teilweise elektrisch voneinander isoliert, so daß die Kopplung unabhängig von der Beschaffenheit der Verbrauchereinrichtung auf einem konstanten Wert gehalten wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der tausendste Teil der Eingangsleistung zu der Verbrauchereinrichtung gekoppelt, was einer Dämpfung von 30 dB entspricht. In ähnlicher Weise breitet sich eine von der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 zu der äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28 induzierte Welle längs der letzteren aus, ohne an deren Ende reflektiert zu werden. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß auch die äußere Wellenverzögerungsstruktur 28 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Die Welle auf der inneren Struktur 40 und die Welle auf der äußeren Struktur 28 breiten sich in gleicher Richtung um die gemeinsame Achse

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der beiden Strukturen AO und 28 aus. Der Generator 108 und die Verbrauchereinrichtung 114 besitzen vorzugsweise eine Impedanz, die ebenfalls dem Wellenwiderstand der betreffenden Wellenverzögerungsstrukturen 40 bzw. 28 entsprechen, so daß an den betreffenden Anschlußklemmen der Wellenverzögerungsstrukturen minimale Reflektieren auftreten.

Bei Anordnungen, bei denen die in Fig. 8 bis 11 dargestellte innere Wellenverzögerungseinheit 34A Anwendung findet, ist eine Bandbreitensteuerung 116, die weiter unten anhand von Fig. 11 beschrieben wird, mit dem Anschluß 42 (Fig. 1, 6 und 9) verbunden. Außerdem sind die Leitungen 104 und 106 angeschlossen, die zu dem Motor 98 bzw. zu dem Kodierer 100 führen und über die der Spalt 44 der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 einstellbar ist. Die Koppelanordnung 20 ist auf die Frequenz des von dem Generator gelieferten Signals abgestimmt und liefert bei dieser Frequenz ein Ausgangssignal mit maximaler Amplitude an die Verbrauchereinrichtung 114. Die Bandbreite der Koppelanordnung 20 hängt von der Bandbreite der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 und der Bandbreite der äußeren Wellenverzögerungsstruktur 28 ab, wobei diese Bandbreiten von den Konstruktionseigenschaften wie der in Fig. 4 dargestellten Abhängigkeit zwischen Frequenz und Wellenzahl abhängen. Diese Eigenschaften, die die Bandbreite bestimmen, sind auch in dem oben erwähnten Buch beschrieben. Eine Änderung der Größe des Spaltes 44 der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 verändert die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle längs dieser Struktur 40 und ändert ebenfalls das Durchlaßband. Die Bandbreitensteuerung 116 steuert durch Änderung der Größe des Spaltes 44 somit auch die Bandbreite der Koppelanordnung 20.

Fig. 11 zeigt das Blockschaltbild der Bandbreitensteuerung 116 in Verbindung mit einer Koppelanordnung 2OA. Das Bezugszeichen 2OA weist darauf hin, daß die Koppelanord-

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nung die in Fig. 8 bis 10 dargestellte innere Wellenverzögerungseinheit 34A besitzt. Die Steuerung 116 beinhaltet einen Kodierer 130 mit einem Bedienungsknopf 132 zur manuellen Einstellung einer gewünschten Größe des Spaltes 44, einen Speicher 134, einen Taktimpulsgenerator 138, einen Subtrahierer 140 sowie eine Torschaltung 142.

Die Steuerung 116 arbeitet in folgender Weise: Die gewünschte Ausbreitungsgeschwindigkeit auf der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 wird mit Hilfe des Kodierers 132 vorgewählt, wobei der an ihm angebrachte Bedienungsknopf 130 die manuelle Vorwahl der Ausbreitungsgeschwindigkeit ermöglicht. Es ist aus der beispielsweise in dem obengenannten Buch beschriebenen Technik der Interdigitalleitungen bekannt, daß jedem Geschwindigkeitswert eine entsprechende Größe des Spaltes 44 zugeordnet ist. Diese Größen des Spaltes 44 sind in dem Speicher 134 gespeichert und durch Signale des Kodierers 130, die die gewünschte Geschwindigkeit repräsentieren, adressierbar. Die aktuelle Breite des Spaltes, die über die Leitung 106 gemeldet wird, wird in dem Subtrahierer 140 mit der erforderlichen Spaltbreite verglichen, die in dem Speicher 134 eingespeichert ist. Der Subtrahierer 140 bildet die Differenz zwischen der erforderlichen Spaltbreite und der tatsächlichen Spaltbreite. Diese Differenz erscheint auf der Leitung 148. Die Information auf der Leitung 148 beinhaltet ein Vorzeichenbit, welches dafür kennzeichnend ist, ob die tatsächliche Spaltbreite größer oder kleiner ist als die erforderliche Spaltbreite. In Abhängigkeit von dem Vorzeichenbit auf der Leitung 148 überträgt die Torschaltung 142 Taktimpulse von dem Generator 138 über eine der die Leitung 104 bildenden Adern. Mit Hilfe dieser Taktimpulse wird der Schrittmotor 98 (Fig. 9) im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, wodurch die Breite des Spaltes 44 vergrößert bzw. verkleinert wird. Wenn das Signal auf der Leitung 148 den Wert Null hat, werden keine Taktimpulse mehr über die Torschaltung 142 übertragen. Auf

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diese Weise wird die tatsächliche Spaltbreite an die erforderliche Spaltbreite angepaßt und damit die ausgewählte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle auf der inneren Wellenverzögerungsstruktur 40 eingestellt.

Fig. 12 und 13 zeigen Systeme, in denen die Koppelanordnungen 20 und 2OA Anwendung finden. Zunächst sei der allgemeinere Fall angenommen, bei dem ein spezifisches Frequenzdurchlaßband der Koppelanordnung eingestellt werden soll. Hierzu soll die Koppelanordnung 2OA dienen. Fig.12 zeigt einen Sender 160, der in einem Radar- oder Nachrichtenübertragungssystem anwendbar ist. Der Sender 160 beinhaltet den oben erwähnten Signalgenerator 108, die Koppelanordnung 2OA mit den mit ihr verbundenen Anpassungslasten 110 und 112 sowie die Steuerung 116. Ferner umfaßt der Sender 116 einen "crossed field¹ -Verstärker 162 herkömmlicher Bauart mit einer Leistungsverstärkung von 10 dB, einen 40 dB-Koppler 164, eine Antenne 166, einen Subtrahieret 168, ein Aufnahmegerät 170, einen Korelator 172 sowie eine Alarmvorrichtung 174.

Der Koppler 164 liefert eine Signalprobe des Ausgangssignals des Verstärkers 162 an den Subtrahierer 168. Infolge der 30 dB-Dämpfung der Koppelanordnung 2OA und der 10 dB-Verstärkung des Verstärkers 162 liefert die 40 dB-Kopplung des Kopplers 64 ein Referenzsignal, dessen Amplitude im wesentlichen der Amplitude am Ausgang der Koppelanordnung 2OA entspricht.

Während des Betriebes wird ein von dem Generator 108 erzeugtes Signal in de/m Verstärker 162 verstärkt, über den Koppler 164 der Antenne 166 zugeführt und von dieser abgestrahlt. Das Frequenzband der Koppelanordnung 2OA wird mit Hilfe der Steuerung 116 so eingestellt, daß es dem Frequenzband des Verstärkers 162 entspricht. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 162 wird mit Hilfe des Aufzeichnungsgerätes 170 als Funktion der Zeit dargestellt. Das

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Aufzeichnungsgerät 170 liefert eine Aufzeichnung des von dem Subtrahierer 168 erzeugten Differenzsignals. Dieses entspricht der Differenz zwischen den Signalen des Verstärkers 162 und der Koppelanordnung 2OA. Somit zeigt das Aufzeichnungsgerät 170 bei fortschreitender Alterung des Verstärkers 162, die typisch von einer Verringerung der von der Kathode emitierten Elektronenmenge begleitet ist, den Verstärkungsverlust an. Hierdurch kann der Zeitpunkt, in welchem der Verstärker 162 ersetzt werden muß, in einfacher Weise bestimmt werden. Die beiden Eingangssignale, die dem Subtrahierer 168 zugeführt werden, können bei Verwendung der Koppelanordnung 2OA zusätzlich einem Korelator 172 zugeführt werden. Falls sich der Frequenzgang des Verstärkers 162 relativ zu dem festenFrequenzgang der Koppelanordnung 2OA ändert, führen die von dem Generator 108 erzeugten Impulse zu einer Verzerrung, die wiederum eine Verringerung der Korrelation zwischen den beiden dem Korrelator 172 zugeführten Signale zur Folge hat. Die Alarmvorrichtung 184, die auf die Größe der Korrelation anspricht, liefert einen Alarm, wenn die Korrelation sehr stark abfällt, was ein Anzeichen für eine entsprechende große Verzerrung in dem Verstärker 162 ist.

Die bei der Schaltung gemäß Fig. 13 verwendete Koppelanordnung beinhaltet die gabelförmige äußere Wellenverzögerungsstruktur 28 in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform und ist zur Unterscheidung in Fig. 13 mit dem Bezugszeichen 2OA' versehen. Zusätzlich zu der Verbraucheranordnung 114 ist eine zweite Verbraucheranordnung 176 vorgesehen. Die Verbraucheranordnung 114 ist mit einem Ende eines Abschnittes der Wellenverzögerungsstruktur 28A über einen Zugang verbunden, der beispielsweise dem Zugang 26 in Fig. 1 entspricht, während die Verbraucheranordnung 176 über einen ähnlichen (Fig. 1 nicht dargestellten) Zugang mit dem entsprechenden Ende des anderen Abschnittes der Struktur 28A in Verbindung steht. Außerdem sind der

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Anpassungslast 112 von Fig. 1 entsprechende Anpassungslasten 112A und 112B mit den verbleibenden Enden der beiden Abschnitt der Struktur 28A verbunden. Auf diese Veise wird ein von dem Generator 108 erzeugtes Signal Über die Koppelanordnung 20A¹ einer Mehrzahl von Verbrauchern zugeführt, während die Schaltung 116 das Frequenzband der Anordnung 20A¹ steuert.

Fig. 14 zeigt schematisch eine Aufsicht einer gegenüber der Darstellung in Fig. 1 modifizierten Koppelanordnung, bei der die als "strapped barⁿ-Leitung ausgebildete äussere Wellenverzögerungsstruktur 28 und die als Interdigitalleitung ausgebildete innere Wellenverzögerungsstruktur 40 keine kreisförmigen sondern ellipsenförmige Zylinder darstellen. Jeder dieser elliptischen Zylinder besitzt zwei Zylinderachsen. Alle vier Achsen sind zueinander parallel. Die beiden Gruppen Brennpunkten bewirken einen gleichförmigen Abstand zwischen den beiden Ellipsen bei der Kopplung elektromagnetischer Energie von einer Wellenverzögerungsstruktur zu der anderen Wellenverzögerungsstruktur.

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Claims

Patentansprüche

1. Mit Wellenverzögerung arbeitende Koppelanordnung, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Mehrzahl von Wellenverzögerungsstrukturen (28, 40) vorgesehen ist,

- daß eine erste (28) dieser Vellenverzögerungsstrukturen (28, 40) derart im Nachbarbereich einer zweiten (40) angeordnet ist, daß vod jener Strahlungsenergie in diese einkoppelbar ist

- und daß die Wellenverzögerungsstrukturen (28, 40) so gestaltet sind, daß Wellenfronten der genannten Strahlungsenergie sie in gleichen Zeiten durchlaufen.

2. Koppelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine äußere und eine innere Wellenverzögerungsstruktur (40 bzw. 28) vorgesehen sind, die beide im wesentlichen zylindrische Form besitzen,

- daß die äußere Wellenverzögerungsstruktur (28) wenigstens einen Teil der inneren Wellenverzögerungsstruktur (40) umgibt, wobei die Zylinderachse der äußeren Wellenverzögerungsstruktur (28) parallel zu derjenigen der inneren Wellenverzögerungsstruktur (40) verläuft

- und daß die innere (40) und die äußere (28) Wellenverzögerungsstruktur so gestaltet sind, daß sie verzögerte Wellen mit einer ersten bzw. einer zweiten Phasengeschwindigkeit führen, wobei die erste und die zweite Phasengeschwindigkeit dem Umfang der inneren bzw. äußeren Wellenverzögerungsstruktur proportional sind, derart daß Synchronisation gegeben ist zwischen zwei über die innere Wellenverzögerungsstruktur (40) bzw. über die äußere Wellenverzögerungsstruktur (28) laufenden Wellenfront.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die äußere Wellenverzögerungsstruktur (28) als "strapped bar"-Leitung ausgebildet ist, die zwei in Fortpflanzungsrichtung der Wellen verlaufende Leiter (48, 50) sowie eine Mehrzahl von quer zu dieser Fortpflanzungsrichtung verlaufende Stäbe (52) umfaßt, welche in wechselnder Reihenfolge jeweils mit einem der beiden Leiter (48, 50) verbunden sind.

4. Koppelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wellenverzögerungsstruktur (40) als Interdigitalleitung ausgebildet ist.

5. Koppelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der inneren Wellenverzögerungsstruktur (40) gekoppelte Vorrichtung (92, 94, 96, 100) vorgesehen ist, mittels derer der Abstand zwischen den Gliedern (46) der Interdigitalleitung (40) zur Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Wellenfront über diese innere Wellenverzögerungsstruktur (40) veränderbar ist.

6. Koppelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wellenverzögerungsstruktur (28A, Fig. 5) aus mehreren Abschnitten besteht, derart daß eine Mehrzahl von elektrisch voneinander isolierten Eingängen und Ausgängen gebildet ist, und elektromagnetische Energie von der inneren (40) in die einzelnen Abschnitte der äußeren Wellenverzögerungsstruktur (28A) gekoppelt wird.

7. Koppelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wellenverzögerungsstrukturen (28 bzw. 40) mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist und daß eine der Wellenleitungsstrukturen (40) so ausgebildet ist, daß die

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Geschwindigkeit einer sich über sie ausbreitenden Wellenfront mit einer sich über eine zweite Wellenverzögerungsstruktur ausbreitenden Wellenfront im Gleichtakt ist.

Θ. Koppelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Nachbarbereich der beiden genannten Wellenverzögerungsstrukturen eine dritte Wellenverzögerungsstruktur angeordnet ist.

9. Koppelanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wellenverzögerungsstrukturen als Interdigitalleitung und eine andere als "strapped bar^w-Leitung ausgebildet sind.

10. Koppelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Wellenverzögerungsstrukturen mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt konzentrisch um eine gemeinsame Achse angeordnet sind und daß eine dieser Wellenverzögerungsstrukturen so gestaltet ist, daß eine sich über sie ausbreitende Wellenfront eine Rotationsgeschwindigkeit besitzt, die der Rotationsgeschwindigkeit einer sich über eine zweite der genannten Wellenverzögerungsstrukturen ausbreitenden Wellenfront gleich ist.

11. Koppelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Wellenverzögerungsstrukturen zur Vermeidung der Ausbildung von stehenden Wellen jeweils mit ihrem Wellenwiderstand angeschlossen ist.

12. Koppelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenverzögerungsstrukturen elliptische Querschnittsform besitzen (Fig. 14).

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