DE4223139C2 - Verbindung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Rundhohlleiter für Mikrowellen oder Millimeterwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Hohlleiter für Mikrowellen- oder Millimeterwellenstrahlung. Sie geht aus von einer Verbindung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Rundhohlleiter, wie sie aus der DE 21 61 895, der GB 690 027, der FR 11 88 205 oder der Zeit­ schrift IEEE MTT, Vol. 37, No. 10 (1989) S. 1590-1596 hervorgehen.

Zur Übertragung von Mikrowellenstrahlung verwendete Hohlleiter haben entweder einen rechteckigen oder aber einen kreisförmigen Querschnitt. In verschiedenen Syste­ men ist es zeitweise erforderlich, eine Verbindung zwi­ schen diesen beiden Arten von Hohlleitern zu schaffen.

Ein Typ dieser Verbindung zwischen einem Rundhohlleiter und einem Rechteckhohlleitern ist von der Art, in der ein interner Querschnitt sich graduell von einem kreis­ förmigen zu einem rechteckigen Querschnitt ändert. Die DE-OS 21 61 895 hat eine solche Verbindung zum Gegen­ stand.

Derartige Verbindungen sind jedoch im allgemeinen rela­ tiv lang (die typische Länge für typische Millimeterwel­ lenfrequenzbänder beträgt etwa 25-65 mm) und sind daher für verschiedene Anwendungen ungeeignet, in denen die Komponenten kompakt in einem kleinen Raum sein müssen. Weiter machen es derartige Verbindungen erforderlich, daß die Rechteckhohlleiter und die Rundhohlleiter codi­ rektional sind.

Ein weiterer Typ der Verbindung zwischen einem Rundhohl­ leiter und einem Rechteckhohlleiter ist von der Art, in der der Rechteckhohlleiter in einen Rundhohlleiter in dessen Mittelpunkt in der Art angebracht und geöffnet, daß die breite Seite parallel zu der Längsachse des Rundhohlleiters ist, wie es z. B. die eingangs erwähnte Zeitschrift zeigt. In einer solchen Verbindung wird nur eine Polarisation einer Welle vom Rundhohlleiter in den Rechteckhohlleiter übertragen und ist daher als Polari­ sator verwendbar. Weiter weist eine Anordnung zwei der­ artige Verbindungen rechtwinklig zueinander auf, die als Summator oder Separator von Wellen unterschiedlicher Polarisationen verwendet werden können.

Bisher sind keine Verbindungen für Kupplungen eines Rundhohlleiters mit einem Rechteckhohlleiter verfügbar, die klein sind und die die Energie zwischen den beiden mit hoher Wirksamkeit übertragen.

Hohlleiter können grundsätzlich in zwei Transmissions­ betriebsweisen arbeiten: TE-Betriebsarten, in denen das elektrische Feld nur eine transversale Komponente, und TM-Betriebsweisen, in denen das magnetische Feld nur ei­ ne transversale Komponente hat. Die vorliegende Erfin­ dung betrifft nur Hohlleiter, die in der niedrigsten und einigen höheren TE-Transmissionsbetriebsweisen arbeiten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ver­ bindung zwischen einem Rundhohlleiter und einem Rech­ teckhohlleiter zu schaffen, die kompakt ist und die die Energie zwischen den beiden Hohlleitern mit hoher Wirk­ samkeit überträgt, wobei die übliche Betriebsweise des Rechteckhohlleiters die TE₁₀-Betriebsweise und die übli­ che Betriebsweise des Rundhohlleiters die TE₁₁- Betriebsweise ist, und auch eine Kupplungsvorrichtung zwischen einem Rundhohlleiter und einem Rechteckhohllei­ ter mit einer derartigen Verbindung anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einer Verbindung gemäß dem An­ spruch 1 bzw. mit einer Kupplungseinrichtung gemäß dem Anspruch 5 gelöst. Die Unteransprüche geben Ausführungs­ formen der Erfindung an.

Zum Zweck der Kupplung zwischen einer rechteckigen TE₁₀-Übertragungsweise und einer kreisförmigen TE₁₁- Übertragungsweise muß die kreisförmige Öffnung einen Ab­ stand von einer Kurzschlußbezugsebene in dem Rechteck­ hohlleiter haben, die ungefähr einem Viertel einer Wel­ lenlänge der Mittenfrequenz des gewünschten Betriebsbe­ reichs des Hohlleiters gleich ist. Die erwähnte Kurz­ schlußbezugsebene kann die Endwandung des Hohlleiters oder aber eine virtuelle Bezugsebene sein, die im Hohl­ leiter durch ein Reflexionselement (üblicherweise lei­ tend) an dem Ende des Rechteckhohlleiters induziert wird.

Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung hängt in einem großen Ausmaß von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen ab.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbindung zwischen einem Rechteck­ hohlleiter und einem Rundhohlleiter,

Fig. 2 eine Ansicht von oben auf eine Kupplungsvorrichtung,

Fig. 3 und 4 Ansichten in Richtung der Pfeile III bzw. IV in Fig. 2, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Linie V-V von Fig. 2.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Rundhohlleiter. Ein Rechteckhohlleiter 10 mit breiten Seiten A und schmalen Seiten B hat eine kreisförmige Öffnung 11 in einer der A-Seiten 12 nahe der Stirnwand 13. Das Ende des Rund­ hohlleiters 14 ist um die Öffnung 11 aufgesetzt. Auf der Innenfläche der anderen der A-Seiten 16 ist der Öffnung 11 gegenüberliegend ein sich verjüngendes Element 17 aufgesetzt, das eine achsensymmetrische, konische Form hat. Es kann aber beispielsweise auch eine im Quer­ schnitt doppelt konkave Form, in Form einer Kuppel oder dergleichen, haben.

Die Verbindung zur Übertragung von Wellen zwischen einer TE₁₀-Betriebsart der Übertragung im Rechteckhohlleiter und einer TE₁₁-Betriebsweise der Übertragung im Rund­ hohlleiter sollte der Abstand zwischen dem Zentrum der kreisförmigen Öffnung 11 und der Stirnwand 13 etwa gleich einer Viertel Wellenlänge der Mittenfrequenz in dem Betriebsbereich sein. Um eine optimale Übertragung zwischen den beiden Hohlleitern zu erreichen, sollte diese Entfernung experimentell eingestellt werden. Es sollte herausgestellt werden, daß anstelle eines Ab­ stands von ungefähr einem Viertel der Wellenlänge der Steuerfrequenz (λ/4) von der Stirnwand die Mitte der kreisförmigen Öffnung auch bei einem Abstand von unge­ fähr λ/4 von einer virtuellen Kurzschlußreferenzplatte sein kann, d. h. einer solchen, die bei einem Abstand, der gleich der vollen Wellenlänge von der Stirnwandung ist, ausgebildet ist. Ein weiterer wichtiger Faktor zur Bewirkung einer optimalen Übertragung zwischen den bei­ den Hohlleitern ist die Neigung des sich verjüngenden Elements über der Seite 16, die auch in jedem Fall expe­ rimentell eingestellt werden kann.

Es wird jetzt auf die Fig. 2 bis 5 Bezug genommen, die eine Kupplungsvorrichtung zum Herstellen einer Kup­ plung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Rund­ hohlleiter mit einer Verbindung der beanspruchten Art zeigen. Die Kupplungsvorrichtung 20 besteht aus zwei Elementen 21 und 22, die mittels Schrauben 23 miteinan­ der verbunden sind. Das Element 22 hat eine rechteckige Ausnehmung 24 über seine gesamte Länge, so daß durch die Verbindungselemente 21 und 22 zusammen ein rechteckiger Kanal 25 gebildet wird, welcher sodann das Abschlußseg­ ment eines schematisch in Fig. 5 durch die gebrochenen Linien 26 angedeuteten, Rechteckhohlleiters bildet.

Das Element 21 hat eine kreisförmige Bohrung 27, die das Abschlußsegment für eine schematisch in Fig. 5 durch ge­ brochene Linien 28 angedeuteten, Rundhohlleiter bildet.

Vier Gewindebohrungen 30 in der äußeren, breiten Fläche 29 des Elements 21 und vier Gewindebohrungen 31 auf der Seite 32 der Kupplungsvorrichtung dienen zur Anbringung eines Rundhohlleiterelements und eines Rechteckhohllei­ terelements (nicht gezeigt).

Das Element 22 der Kupplungsvorrichtung 20 weist weiter eine kreisförmige Bohrung 35 auf, in die ein Metallkol­ benkörper 36 mit einem zylindrischen Basisabschnitt 37, einem Nackenabschnitt 38 und einem Kopfabschnitt 39 mit einer konischen Spitze eingepaßt ist. Die Erstreckung des Kolbenkörpers 36 kann geändert werden und seine Position kann mittels einer Schraube 42, die in eine Gewindebohrung 43 eingesetzt ist, fixiert werden.

An dem Ende des Kanals 25, der der Fläche 32 gegenüber liegt, ist ein rechteckiger Verkürzungskolben 45 einge­ setzt, dessen Fläche 46 die Stirnwand des Rechteckhohl­ leiters bildet. Der Kolben 45 ist entlang der Achsen des Kanals beweglich und kann mittels einer Schraube 48 fi­ xiert werden, die in eine ebene Bohrung 49 eingesetzt ist.

Um die optimale Übertragung von Wellen zwischen den bei­ den Hohlleitern, d. h. von dem Rechteckhohlleiter 46 zu dem Rundhohlleiter 28 und umgekehrt, zu bewirken, können die Erstreckung des Kolbenkörpers 36 und die genaue Position des Verkürzungskolbens 45 auf ein gegebenes Maß vorgegeben oder aber experimentell feineingestellt wer­ den.

Claims (7)

1. Verbindung zwischen einem Rechteckhohlleiter (10) und einem Rundohlleiter (14) für Mikrowellen oder Mil­ limeterwellen, die beide in TE-Übertragungsweisen ar­ beiten, wobei der Rechteckhohlleiter (10) breitere Sei­ ten A und schmalere Seiten B hat, eine der Seiten A (12) an ihrer Mittellinie eine kreisförmige Öffnung (11) hat, deren Durchmesser gleich oder kleiner als der Durchmesser des Rundhohlleiters ist und die andere der Seiten A (16) im Inneren des Rechteckhohlleiters der kreisförmigen Öffnung (11) gegenüberliegend mit einem sich verjüngenden Element (17) angeordnet ist, und wobei ein Ende des Rundhohlleiters (14) um die Öffnung (11) gepaßt ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1 für eine Kupplung zwi­ schen einer TE₁₀-Übertragungsweise im Rechteckhohllei­ ter (10) und einer TE₁₁-Übertragungsweise im Rundhohl­ leiter (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der kreisförmigen Öffnung (11) einen Abstand von einer Kurzschlußbezugsebene im Rechteckhohlleiter (10) hat, der ungefähr einem Viertel der Wellenlänge der Mittel­ frequenz in dem gewünschten Betriebsbereich der Verbin­ dung gleich ist.

3. Verbindung nach Anspruch 2, wobei das Zentrum der kreisförmigen Öffnung (11) einen Abstand von der Stirn­ wand (13) des Rechteckhohlleiters (11) hat, die unge­ fähr gleich einem Viertel der Wellenlänge der Mittel­ frequenz in dem gewünschten Betriebsbereich der Verbin­ dung hat.

4. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verjüngende Element im wesentlichen ach­ sensymmetrisch ist.

5. Kupplungsvorrichtung (20) zum Verkuppeln eines Rechteckhohlleiters (25) mit einem Rundhohlleiter (28), die beide in einer TE-Übertragungsweise arbeiten, mit einem Endabschnitt (25), einem Rechteckhohlleiter mit breiteren Seiten A und schmaleren Seiten B, wobei die eine der Seiten A auf ihrer Mittellinie eine kreisför­ mige Öffnung (27) hat, deren Durchmesser gleich oder kleiner als der Durchmesser des Rundhohlleiters (28) ist und die andere der Seiten A mit einem sich verjün­ genden Element (36) im Inneren des Rechteckhohlleiters (25) der kreisförmigen Öffnung (27) gegenüberliegend versehen ist, wobei die kreisförmige Öffnung (27) in den Rundhohlleiter (28) führt.

6. Vorrichtung (20) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel (37, 42) zum axialen Verschieben des sich verjüngenden Elements (39).

7. Vorrichtung (20) nach Anspruch 5 oder 6, gekenn­ zeichnet durch Mittel (45, 48) zum Ändern des Abstands zwischen der Stirnwand und dem Zentrum der kreisförmi­ gen Öffnung (27).