DE3207769A1

DE3207769A1 - Wellentypwandler fuer den uebergang einer elektromagnetischen welle von einem hohlleiter auf eine mikrostreifenleitung und umgekehrt

Info

Publication number: DE3207769A1
Application number: DE19823207769
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7900 Ulm Solbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3207769C2

Description

Wellentypwandler für den Übergang einer elektromagneti-
schen Welle von einem Hohlleiter auf eine Mikrostreifenleitung und umgekehrt Die Erfindung betrifft einen Wellentypwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Wellentypwandler ist aus IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-16, March 1968, Seiten 192 bis 194 bekannt.
Übergänge von Hohlleiter auf Mikrostreifenleitung (Wellentypwandler) sind in der Technik bisher nur in der Form von Zweitoren bekannt, d. h. der Hohlleiter endet am Übergang zur Mikrostreifenleitung ("In-line-0bergang"), vgl. IRE Trans. MTT, Vol. MTT-3, March 1955, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, Seite 45, bzw. ist mit einem Kurzschlußschieber zwr Kompensation von Blindleistungskomponenten ausgestattet (Sondenkopplung), vgl.
die eingangs genannte Druckschrift.
Übergänge vom Richtkopplertyp (Vier-Tor) sind bisher nicht bekannt geworden. Solche Wellentypwandler eröffnen neue Möglichkeiten in der Mikrowellen-Schaltungstechnik, da mit ihnen ein neues Bauelement eingeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wellentypwandler der eingangs genannten Art als Vier-Tor auszubilden, Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren noch näher erläutert.
Wegen der ungleichen Struktur der Mikrostreifenleitung (Quasi-TEM-Welle) und des Hohlleiters (Hohlleiter-Wellen) besitzen die von ihnen geführten Wellentypen im allgemeinen unterschiedliche Wellenlängen . Richtkoppler, die Energie von einem Wellentyp in einen anderen koppeln, also in diesem Fall von der Mikrostreifenleitungswelle in die Hohlleiterwelle oder umgekehrt, werden auch als Wellentypwandler bezeichnet. Wellentypwandler, die Wellen mit verschiedenen Phasenkonstanten benutzen, werden von Miller in The Bell System Technical Journal, Oct, 1968, Seiten 1801 bis 1822 analysiert. In dieser Veröffentlichung wird gezeigt, daß der Aufbau von Richtkopplern mit der Fähigkeit, die von den Wellen geführten Leistungen vollkommen aufeinander zu übertragen, möglich ist, wenn die Kopplung der Wellen mit der Periode Am = 2w /(P, p1) Gl. 10 variiert wird; dabei ist P1 die Phasenkonstante der einen und 02 die der anderen Welle. Der Zusammenhang zwischen Phasenkonstante und Wellenlänge ist p1/2 = 2x/ k1/2 Wird die in der Veröffentlichung von Miller benutzte kontinuierliche Koppelfunktion diskretisiert, ergeben sich z. B. Koppelstellen im Abstand Xm (bei gleichphasigen Koppelkonstanten der einzelnen Koppelstellen) oder aber Koppel stellen im Abstand Xm/2 (bei gegenphasigen Koppelkonstanten). Die Kopplung von Wellen, für die Gleichung 1 nicht erfüllt ist, wird in einer solchen Anordnung unterdrückt (Modenselektion).
Dieses Richtkoppler- bzw. Wellentypwandler-Prinzip wurde bei dem erfindungsgemäßen Übergang von Hohlleiter auf Mikrostreifenleitung angewendet. FIG. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein dielektrisches Substrat 5 mit einer Mikrostreifen-Struktur 1 liegt auf einer Innenwand 3 des Hohlleiters 2.
Die Kopplung zwischen der Mikrostreifenleitung 1 und dem Hohlleiter 2 findet an den Koppelstellen darstellenden Diskontinuitäten 4 der Mikrostreifenleitung statt. Der Abstand Xm dieser Stellen 4 muß Gleichung (1) erfüllen.
Die in FIG. 1 benutzte Mikrostreifenleitungsstruktur ist eine als "Mikrostrip-Franklin-Antenna" bekannte Antennenform, vgl. z. B. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-3, March 1955, No. 2, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, Seiten 149 bis 156.
Es ist jedoch möglich, auch andere aus der Technik der Mikrostreifenleitungs-Antennen bekannte Antennenelemente (sprich: Leitungsdiskontinuitäten) zur Verkopplung von Hohlleiter und Streifenleitung zu verwenden, vgl. z. B.
I. J. Bahl, P. Bhartia: Microstrip Antennas Artech House, Inc., Standard Book Number 0-89006-098-3.
Die Wirkungsweise der Kopplung der Wellen auf der Streifenleitung t mit den Hohlleiterwellen ist in FIG. 2 für das in FIG. 1 benutzte Antennenelement skizziert. FIG.
2 zeigt in A) einen Ausschnitt der Mikrostreifenleitung in Draufsicht mit eingezeichneten Schnittlinien L-L' und Q-Q'. In FIG. 2B) und C) sind Hohlleiterquerschnitte entlang dieser Linien dargestellt, mit elektrischen Feldlinien 7 und 6 im Hohlleiter bzw. in der Streifenleitungsstruktur. Aus den Verläufen der elektrischen Felder in den beiden angegebenen Schnittebenen geht hervor, daß in diesem Fall Hohlleiterwellen mit senkrecht zur Ebene der Streifenleitung gerichtetem elektrischen Feld angeregt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem anderen Antennenelement ist in FIG. 3 gezeigt. Die Verkopplung der Wellen der Streifenleitung 1 und des Hohlleiters 2 geschieht hier an dem leerlaufenden Ende 4 der Streifenleitungs-Stichleitung. FIG. 3 zeigt, daß elektrische Streufelder am Ende der Stichleitung so gerichtet sind, daß Hohlleiterwellen angeregt werden, deren elektrisches Feld parallel zur Ebene der Streifenleitung verläuft.
Durch die Wahl genügend großer Hohlleiter-Querschnitte können die angeregten Hohlleiterwellen außer vom Grund-Typ auch höhere Moden sein.
Durch die Ausbildung der Diskontinuitäten 4 (Antennenelemente) wird die Koppelkonstante nach Betrag und Phase bestimmt. Durch den Abstand #m der Diskontinuitäten wird der Hohlleiter-Wellentyp festgelegt, für den Gleichung (1) gültig ist und für den damit die Struktur als Richtkoppler und Wellentypwandler wirkt. Die Anzahl der Koppelstellen bestimmt die Koppeldämpfung des Richtkopplers.
Abhängig von der Wahl des Abstandes X der Koppelstellen m kann die Struktur als Vorwärtskoppler. bei dem die Welle auf der Mikrostreifenleitung und die Hohlleiterwelle in derselben Richtung fortschreiten (Phasenkonstanten mit selbem Vorzeichen), oder als Rückwärtskoppler betrieben werden. bei dem die beiden Wellen in unterschiedlichen Richtungen fortschreiten (Phasenkonstanten mit ungleichen Vorzeichen). Der Vorwärtskoppler kann als sehr breitbandiger Richtkoppler ausgelegt werden, während der Rückwärtskoppler nur sehr schmalbandig arbeitet.
Der erfindungsgemäße Wellentypwandler erlaubt die Integration von aktiven oder passiven Mikrowellen- und mm-Wellenkomponenten, wobei die unterschiedlichsten Hohlleitermoden angekoppelt werden können. Mit der bekannten Flossenleiterstruktur ist es z. B. nur möglich, den Hohlleiter-Grundmode anzukoppeln.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können verschiedene Moden. oder Wellen verschiedener Frequenzen gleichzeitig angekoppelt werden, indem Wellentypwandler mit Diskontinuitäten von unterschiedlicher Periode m hintereinander oder nebeneinander, z. B. auf verschiedenen Wänden. im Hohlleiter angebracht werden.
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Claims

Patentansprüche (¼ Wellentypwandler für den Übergang einer elektromagnetischen Welle von einem Hohlleiter auf eine Mikrostreifenleitung und umgekehrt, wobei die Mikrostreifenleitung Diskontinuitäten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostreifenleitung (1) auf einer Wand (3) des Hohlleiters (2) in Richtung der Hohlleiterachse angebracht ist, und daß die Diskontinuitäten (4) eine Periode aufweisen mit h, m = 2pl).-p1)>wobei ß2bzw. ßl die Phasenkonstanten der jeweils zu verkoppelnden Wellen sind.
2. Wellentypwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung mehrerer im Hohlleiter (2) ausbreitungsfähiger Wellentypen mehrere Mikrostreifenleitungen mit Diskontinuitäten unterschiedlicher Periode hintereinander im Hohlleiter angebracht sind.
3. Wellentypwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung mehrerer im Hohlleiter ausbreitungsfähiger Wellentypen mehrere Mikrostreifenleitungen mit Diskontinuitäten unterschiedlicher Periode nebeneinander oder an verschiedenen Wänden des Hohlleiters angebracht sind.
4. Wellentypwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei verschiedene Mikrostreifenleitungen Hohlleiterwellen in verschiedene Ausbreitungsrichtungen angekoppelt werden.
5. Wellentypwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlleiterwellen verschiedener Frequenzen angekoppelt werden.