DE3631981C1

DE3631981C1 - Transformationsteil zum Verbinden von zwei Hohlleitern unterschiedlicher Querschnittsformen

Info

Publication number: DE3631981C1
Application number: DE3631981A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr-Ing Spinner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1987-12-17
Also published as: US4786883A; GB2195833B; GB2195833A; FR2604307A1; IT8721730A0; JPS6387001A; IT1222549B; GB8720273D0; FR2604307B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Transformationsteil zum Verbinden von Hohlleitern unterschiedlichen Querschnitts, insbesondere von elliptischen Hohlleitern mit Rechteckhohlleitern, bestehend aus einem Hohlleiterelement, das den gleichen Innenquerschnitt wie z. B. der anzuschließende Rechteckhohlleiter und eine Länge entsprechend mindestens zwei Transformationsstufen hat, wobei die Transformations stufen als zu der Achse des Hohlleiters rotationssymmetrische Ausnehmungen unterschiedlichen Durchmessers und mit einer axialen Länge von λ/4 ausgebildet sind und die der ersten Transformationsstufe entsprechende Ausnehmung mit dem größten Durchmesser in der Anschlußebene des z. B. elliptischen Hohlleiters beginnt.

In den letzten Jahren haben elliptische Hohlleiter, vor allem gewellte elliptische Hohlleiter, wegen ihrer Biegbarkeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zur reflexionsfreien Verbindung mit den weithin üblichen Rechteckhohlleitern ist ein Hohlleitertransformationsteil erforderlich. Ein solches Transformationsteil wird aber auch für jede andere, reflexionsfreie oder zumindest reflexionsarme Verbindung von Hohlleitern unterschiedlichen Querschnitts benötigt. Bekannt sind nach galvanoplastischen Verfahren oder durch Präzisionsguß hergestellte Transformationsteile. Mit diesem Fertigungsverfahren lassen sich jedoch die zur Erzielung eines über eine große Bandbreite geringen Reflexionsfaktors notwendigen, sehr engen Toleranzen nicht einhalten, so daß zusätzlich zu den teuren Fertigungsverfahren aufwendige Nachbearbeitungen erforderlich sind und das Transformationsteil darüber hinaus mit Abgleichstiften versehen und individuell eingemessen werden muß.

Aus der DE-PS 19 48 156 ist ein Transformationsteil zum Verbinden eines Rechteckhohlleiters mit einem elliptischen Hohlleiter bekannt, das sich durch eine spanabhebende Bearbeitung herstellen läßt, die nicht nur kostengünstiger sondern auch genauer als die zuvor genannten Fertigungsverfahren ist. Dieses Transformationsteil hat den Querschnitt des anzuschließenden Rechteckhohlleiters, wobei jedoch die beiden Breitseiten je eine zur Achse des Transformationsteils rotationssymmetrische Stufenausnehmung über eine Länge von λ/4 aufweisen.

Ein Transformationsteil der einleitend angegebenen Gattung ist aus der DE-PS 20 17 042 bekannt und stellt eine Weiterentwicklung des Transformationsteils nach der DE-PS 19 48 156 dar. Hierbei sind zur Vergrößerung der Bandbreite mehrere Transformationsstufen mit jeweils einer Länge von λ/4 axial hintereinander angeordnet, wobei der Durchmesser der rotationssymmetrischen Ausnehmungen in den Breitseiten in Richtung von der Anschlußebene des elliptischen Hohlleiters zu der Anschlußebene des Rechteckhohlleiters stufenweise abnimmt. Nachteilig ist hieran, daß die einzelnen Stufenausnehmungen mit sehr hoher Präzision ausgedreht werden müssen, daß es schwierig ist, innerhalb der einzelnen Transformationsstufen Hinterdrehungen oder kontinuierliche Übergänge von Stufe zu Stufe vorzusehen (was aus der CH-PS 5 51 086 an sich bekannt ist), und daß mehrstufige Transformationsteile eine erhebliche axiale Länge haben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Transformationsteil der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das sich einfacher und damit kostengünstiger herstellen läßt, eine größere Freiheit bei der Gestaltung des Innenquerschnitts der Transformationsstufen zuläßt und kürzer baut.

Diese Aufgabe ist bei einem Transformationsteil der einleitend angegebenen Gattung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß lediglich eine einzige, rotationssymmetrische Ausnehmung in den Breitseiten des Transformationsteils z. B. durch Drehen oder Fräsen hergestellt werden muß, während die die einzelnen Transformationsstufen bildenden Isolierstoffringe billig im Spritzgußverfahren herstellbar sind, da ihre Toleranzen etwa um die (relative) Dielektrizitätkonstante ε größer sein dürfen als die Toleranzen der Transformationsstufen eines vollständig aus Metall bestehenden Transformationsteils nach dem Stand der Technik. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Transformationsteil kürzer baut, weil die Wellenlänge λ in den durch die Isolierstoffringe gebildeten Transformationsstufen proportional zu kleiner ist, so daß sich bei einer unveränderten Bemessung der elektrischen Länge jeder Transformationsstufe von etwa λ/4 die mechanische Länge jeder Transformationsstufe entsprechend vermindert. Schließlich ermöglichen die Isolierstoffringe eine nahezu beliebige Gestaltung des Innenprofils der einzelnen Transformationsstufen.

Ein weiterer Vorteil des Transformationsteils nach der Erfindung besteht darin, daß die Isolierstoffringe aus verlustarmen Isolierstoffen unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefertigt werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß alle Isolierstoffringe insgesamt einen einstückigen Einsatz bilden.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke ermöglicht es außerdem, in die Ausnehmung mit dem größten Durchmesser einen zusätzlichen Isolierstoffring mit kleinerem Innendurchmesser als der nächstfolgende Isolierstoffring ein zusetzen. Hierdurch läßt sich eine besonders gute Anpassung an den an diese Transformationsstufe sich anschließenden, z. B. elliptischen Hohlleiter und daher ein besonders geringer Reflexionsfaktor erreichen.

Eine besonders gute Anpassung sowie zusätzlich eine abgedichtete Flanschverbindung erhält man auch dadurch, daß die erste Transformationsstufe eine zusätzliche, in der Anschlußebene des elliptischen Hohlleiters beginnende, elliptische Ausnehmung und einen in diese eingesetzten Dichtungsring aufweist, und daß die Innenkontur des Dichtungsrings entsprechend der an dieser Stelle zu erzeugenden kapazitiven Komponente gestaltet ist.

Nach einer Weiterbildung dieser letztgenannten Ausführungsform kann das Transformationsteil gleichzeitig zur Trennung von Hohlleitersystemen, die mit unterschiedlichem Innendruck arbeiten, verwendet werden. Hierzu ist zwischen dem elliptischen Dichtungsring und dem ersten zylindrischen Isolierstoffring ein Druckfenster aus Glimmer oder dergleichen angeordnet.

Dieses Druckfenster kann gleichzeitig als Transformationskapazität ausgestaltet sein.

Schließlich erhält man eine noch weitere Verkürzung des Transformationsteiles dadurch, daß die Ausdrehung mit dem größten Durchmesser sich über die volle Länge des Transformationsteils von dessen einer Anschlußebene bis zu dessen anderer Anschlußebene erstreckt.

In der Zeichnung ist das Transformationsteil nach der Erfindung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch vereinfacht wiedergegeben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine vierstufige Ausführungsform,

Fig. 3 eine Ansicht der einen Stirnseite der Ausführungsform nach Fig. 2 entsprechend der dortigen Linie III-III,

Fig. 4 eine Ansicht der anderen Stirnseite der Ausführungsform nach Fig. 2 entsprechend der dortigen Linie IV-IV,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform,

Fig. 7 eine Stirnansicht der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 entsprechend den dortigen Linien VII-VII,

Fig. 8 einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform,

Fig. 9 eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 8 längs der dortigen Linie IX-IX,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform und

Fig. 11 eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 10 entsprechend der dortigen Linie XI-XI.

Das Transformationsteil 1 gemäß Fig. 1 dient zum Verbinden eines elliptischen Hohlleiters mit einem Rechthohlleiter und umfaßt hierzu einen Ringflansch 2 und einen Rechteckflansch 3, jeweils mit Gewindelöchern 4. Das Transformationsteil 1 hat einen rechteckigen Innenquerschnitt 5, der demjenigen des mit dem Flansch 3 zu verbindenden, nicht dargestellten Rechteckhohlleiters entspricht. Von dem Flansch 2 aus erstreckt sich in den Breitseiten eine rotationssymmetrische Ausdrehung 6, deren Tiefe, d. h. deren axiale Länge, gleich der Länge von zwei Transformationsstufen ist, deren erste durch die Ausdrehung 6 selbst und deren zweite durch einen in diese eingesetzten Isolierstoffring 7 aus einem verlustarmen Dielektrikum besteht. Da die Wellenlänge λ in dem Isolierstoffring 7 kleiner als die Wellenlänge der gleichen Welle in Luft bzw. in einem luftgefüllten, metallischen Hohlleiter ist, ist die axiale Länge des Isolierstoffringes 7 kleiner als die axiale Länge des die erste Transformationsstufe bildenden Abschnittes der Ausnehmung 6. Die Ausführungsform nach Fig. 1 eignet sich zum Verbinden von Hohlleitern mit nicht allzu unterschiedlichem Achsenverhältnis und/oder mit geringeren Anforderungen hinsichtlich der Bandbreite und des Reflexionsfaktors.

Eine in dieser Hinsicht verbesserte Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind insgesamt vier Transformationsstufen 8 bis 11 vorgesehen, von denen die erste Stufe 8 aus dem ersten Abschnitt einer durchgehenden Ausdrehung 6 besteht, während die zweite bis vierte Stufe 9 bis 11 aus einem einstückigen Isolierstoffeinsatz 12 bestehen, dessen Innendurchmesser sich in Richtung von dem gewellten elliptischen Hohlleiter 13 zu den Rechteckhohlleiter 14 von Stufe zu Stufe vermindert. Die Fig. 3 bzw. 4 zeigen die Stirnansicht dieses Transformationsteils von dem elliptischen Hohlleiter 13 her gesehen bzw. von dem Rechteckhohlleiter 14 her gesehen. Mit 15 ist in den Fig. 2 und 4 die übliche Nut zur Aufnahme einer Dichtung bezeichnet.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch jede Transformationsstufe 16, 17 und 18 aus einem getrennten Isolierstoffring 19, 20 und 21 besteht, wobei die einzelnen Isolierstoffringe aus Dielektrika unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante bestehen können. Zur Verbesserung der Anpassung der ersten Stufe enthält diese zusätzlich einen Isolierstoffring 22 mit einem kleineren Innendurchmesser als der Isolierstoffring 19.

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung dieser Ausführungsform, bei der nicht nur an die Stelle der einzelnen Isolierstoffringe ein einstückiger Isolierstoffeinsatz 23 tritt, der einen kontinuierlichen getaperten Übergang bildet sondern sich die Ausnehmung zur weiteren Verkürzung der axialen Länge bis in die Anschlußebene des Rechteckhohlleiters 14 unter Entfall der Dichtungsnut (15 in Fig. 2) in dem entsprechenden Anschlußflansch 3 a erstreckt.

Fig. 7 zeigt die stirnseitigen Ansichten der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 von der Seite des elliptischen Hohlleiters her gesehen und die damit übereinstimmende stirnseitige Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 6 von der Seite des Rechteckhohlleiters aus gesehen, wobei der konzentrische Einsatz im ersteren Fall durch den Isolierstoffring 22, im letzteren Fall durch den einstückigen Isolierstoffeinsatz 23 gebildet wird.

Die in den Fig. 8 und 9 im Längsschnitt und in einer Stirnseitenansicht dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 6 dadurch, daß der Anschlußflansch 2 von der Anschlußebene des elliptischen Hohlleiters 13 her mit einer zusätzlichen, elliptischen Ausnehmung 24 versehen ist, die einen elastischen Profildichtungsring 25 aufnimmt, dessen Innenkontur ebenfalls leicht elliptisch gestaltet ist, wobei Material und Profil entsprechend der an dieser Stelle zur Erzielung einer guten Anpassung zu erzeugenden kapazitiven Komponente gewählt sind. Der Dichtungsring 24 hat eine nach außen weisende Lippe 25 a, die in Verbindung mit dem umgebörtelten Mantel des gewellten elliptischen Hohlleiters 13 die Anschlußebene nach außen abdichtet.

Die Fig. 10 und 11 zeigen im Längsschnitt und in einer Stirnansicht eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, die zum Verbinden von Hohlleitersystemen, in denen unterschiedliche Innendrucke herrschen, verwendet werden kann.

Zu diesem Zweck ist zwischen einem elliptischen Dichtungsring 26 und dem einstückigem Isolierstoffeinsatz 23 ein Druckfenster 27 aus Glimmer, Trolitul oder dergleichen eingesetzt. Dieses Druckfenster 27 kann durch Wahl eines geeigneten Dielektrikums und einer geeigneten Dicke gleichzeitig als Transformationskapazität ausgebildet sein.

Der vorliegende Vorschlag ist nicht nur auf Transformationsteile zur Verbindung von elliptischen Hohlleitern mit Rechteckhohlleitern anwendbar sondern läßt sich auch bei Transformationsteilen zur Verbindung von Rundhohlleitern mit Rechteckhohlleitern oder mit elliptischen Hohlleitern verwirklichen.

Claims

1. Transformationsteil zum Verbinden von zwei Hohlleitern unterschiedlicher Querschnittsformen, insbesondere von elliptischen Hohlleitern mit Rechteckhohlleitern, bestehend aus einem Hohlleiterelement mit dem Querschnitt desjenigen der beiden zu verbindenden Hohlleiter, der die kleineren maximalen Querschnittsabmessungen aufweist, und mit mindestens zwei Transformationsstufen in Form von zur Achse des Hohlleiterelementes rotationssymmetrischen Ausnehmungen in der Innenwandung des Hohlleiterelementes, die sich, von der Anschlußebene des Hohlleiters mit den größeren maximalen Querschnittsabmessungen als erste Transformationsstufe wegführend, über axiale Längen von jeweils ca. einer Viertelwellenlänge erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich die rotations symmetrischen Ausnehmungen in der Hohlleiterwandung über die gesamte Länge aller Transformationsstufen (z. B. 8 bis 11) einheitlich mit dem Durchmesser der Ausnehmungen (6) in der Anschlußebene des Hohlleiters (13) mit den größeren maximalen Querschnittsabmessungen erstrecken und daß die zweite und gegebenenfalls weitere folgende Transformationsstufen (9 bis 11) durch in die Ausnehmungen (6) aufeinanderfolgend eingesetzte Isolierstoffringe (12) mit an die Ausnehmungen (6) angepaßtem Außendurchmesser und unter schiedlichen Innendurchmessern gebildet sind.

2. Transformationsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffringe (19, 20, 21) aus verlustarmen Isolierstoffen unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante bestehen.

3. Transformationsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Isolierstoffringe insgesamt einen einstückigen Einsatz (12; 23) bilden.

4. Transformationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausnehmungen (6) am Anfang der ersten Transformationsstufe ein zusätzlicher Isolierstoffring (22) mit kleinerem Innendurchmesser als der nächstfolgende Isolierstoffring eingesetzt ist.

5. Transformationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einer der zu verbindenden Hohlleiter ein elliptischer Hohlleiter ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transformationsstufe zusätzliche, in der Anschlußebene des elliptischen Hohlleiters (13) beginnende, elliptische Ausnehmungen (24) und einen in diese eingesetzten Dichtungsring (25) aufweist, und daß die Innenkontur des Dichtungsrings (25) entsprechend der an dieser Stelle zu erzeugenden kapazitiven Komponente gestaltet ist.

6. Transformationsteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elliptischen Dichtungsring (26) und dem ersten zylindrischen Isolierstoffring ein Druckfenster (27) aus Glimmer oder dergleichen angeordnet ist.

7. Transformationsteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfenster durch Wahl eines geeigneten Dielektrikums und geeigneter Abmessungen gleichzeitig als Transformationskapazität ausgebildet ist.

8. Transformationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6) einheitlichen Durchmessers sich über die volle Länge des Transformationsteils von dessen einer Anschlußebene bis zu dessen anderer Anschlußebene erstrecken.