DE912235C - Electrical waveguide system for creating a phase difference between two output waves - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Wellenleitersystem zum Erzeugen eines Phasenunterschieds zwischen zwei Ausgangswellen und auf eine Einrichtung mit einem solchen Wellenleitersystem.The invention relates to an electrical waveguide system for creating a phase difference between two output shafts and to a device with such a waveguide system.

Die Erfindung geht aus von einer aus zwei Wellenleitern rechteckigen Querschnittes bestehenden Anordnung, von denen der erste eine Länge k, eine Breite a und eine Höhe b, und der zweite eine von k abweichende Länge /, eine Breite c und eine Höhe d besitzt. Diesen Wellenleitern werden eingangsseitig gleichphasige Wellen zugeführt.The invention is based on an arrangement consisting of two waveguides of rectangular cross-section, of which the first has a length k, a width a and a height b, and the second has a length / deviating from k , a width c and a height d . In-phase waves are fed to these waveguides on the input side.

Das Wellenleitersystem nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß der Wert von α und c sowohl beim Eingang als auch beim Ausgang des betreffenden Wellenleiters gleich a₀ ist und α bzw. c für mindestens einen der beiden Wellenleiter sich über dessen Länge hinweg laufend ändert und zwischen dem Eingang und dem Ausgang einen extremen Wert aufweist, daß (a — a₀) bzw. (c — a₀) für diesen extremen Wert klein gegenüber a₀ ist und daß (O₁—O₂) < 3«₀ (k — /), so worinThe waveguide system according to the invention has the feature that the value of α and c both at the entrance and at the exit of the waveguide in question is equal to a ₀ and α or c for at least one of the two waveguides changes continuously over its length and has an extreme value between the input and the output, that (a - a ₀ ) or (c - a ₀ ) for this extreme value is small compared to a ₀ and that (O ₁ -O ₂ ) <3 « ₀ (k - /), so in what

O₁ = f [a — a₀) ds und O₂ = Γ(c — a₀) ds. O ₁ = f [a - a ₀ ) ds and O ₂ = Γ (c - a ₀ ) ds.

t — 0t - 0 S=OS = O

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeich- as nung näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawing explained in more detail.

Fig. ι zeigt ein bekanntes Wellenleitersystem;Fig. Ι shows a known waveguide system;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zum Vergleich der Wirkungsweisen der Wellenleitersysteme nach Fig. ι und nach Fig. 3;FIG. 2 is a graph comparing the operations of the waveguide systems of FIG Fig. Ι and after Fig. 3;

Fig. 3 stellt ein Wellenleitersystem nach einer Ausführungsform der Erfindung dar.3 illustrates a waveguide system according to one embodiment of the invention.

In der Wellenleitertechnik soll zuweilen ein Phasenunterschied zwischen zwei Wellen erzeugt werden. Bei einem Gegentaktkristallmodulator z. B. muß dieser Phasenunterschied 180° sein und bei einem Gegentakt-Sende-Empfangs-Schalter 90⁰. Es ist bekannt, daß ein beliebiger Phasenunterschied durch das Wellenleitersystem nach Fig. 1 erzeugt werden kann.In waveguide technology, a phase difference is sometimes to be created between two waves. In a push-pull crystal modulator z. B. this phase difference must be 180 ° and 90 ⁰ with a push-pull transmit / receive switch. It is known that any phase difference can be produced by the waveguide system of FIG.

Dieses System besteht aus den Wellenleitern 1 und 2. Der Wellenleiter 1 hat eine Länge k und einen rechteckigen Querschnitt mit der Breite a₀ und der Höhe b. Der Wellenleiter 2 hat eine Länge I und einen rechteckigen Querschnitt mit der Breite a₀ und der Höhe d. This system consists of the waveguides 1 and 2. The waveguide 1 has a length k and a rectangular cross section with the width a ₀ and the height b. The waveguide 2 has a length I and a rectangular cross section with the width a ₀ and the height d.

Beide Wellenleiter haben in ihrer ganzen Länge einen konstanten Querschnitt. Solche rechteckigen Wellenleiter werden im allgemeinen für Wellen mit einer Wellenlänge A verwendet, deren Frequenz ziemlich knapp oberhalb der niedrigsten kritischen Frequenz liegt. Das sind Wellen der Type If₁₀, bei denen eine sogenannte TE-Schwingungsart auftritt. Insbesondere wird A derart gewählt, daß Wellen mit anderen Schwingungsarten noch nicht auftreten. Dies ist der Fall, wenn a_Q < A < 2 a_a. Im Wellenleiter tritt eine Welle mit einer Wellenlänge A₃ auf, die bekanntlich nicht gleich A ist, sondern größer, und zwarBoth waveguides have a constant cross section over their entire length. Such rectangular waveguides are generally used for waves with a wavelength A, the frequency of which is somewhat above the lowest critical frequency. These are waves of the type If ₁₀ , in which a so-called TE vibration type occurs. In particular, A is chosen in such a way that waves with other types of oscillation do not yet occur. This is the case when a _Q <A <2 a _a . A wave with a wavelength A ₃ occurs in the waveguide, which, as is well known, is not equal to A, but rather greater

\^2ao)\ ^2a o)

Ist a₀ < A < 2 a₀, so ist stets A₃ > ²/₃ a₀ J/3 . Werden den Eingangsseiten 3 und 4 der Wellenleiter ι und 2 Wellen mit gleicher Phase zugeführt, so können auf den Ausgangsseiten 5 und 6 dieser Wellenleiter Wellen entnommen werden, die einen gewissen Phasenunterschied φ aufweisen. Hierbei ist, wie leicht ersichtlich, die Phasenverschiebung A is ₀ <A <2 a _0, then always A _{3> ^2/3} a ₀ J / 3 system. If waves with the same phase are fed to the input sides 3 and 4 of the waveguides ι and 2, waves can be found on the output sides 5 and 6 of these waveguides which have a certain phase difference φ . As can easily be seen, this is the phase shift

h—lh-l

360⁰.360 ⁰ .

(2)(2)

Durch richtige Wahl von k und I kann also jede erwünschte Phasenverschiebung bewerkstelligt werden. Die Phasenverschiebung soll oft nicht von der Frequenz oder von der Wellenlänge abhängig sein. Bei dem Gegentaktkristallmodulator z.B. wird in einem gewissen Frequenzgebiet eine konstante Phasenverschiebung von i8o^c verlangt. Offenbar erfüllt das System nach Fig. 1 diese Anforderung nicht. Aus (1) und (2) folgt, daß bei einer Änderung von A auch A₃ und somit φ sich ändern. Dieses Verhalten wird durch die Linie A der Fig. 2 dargestellt. Es wurde hier als Beispiel ein System gewählt, für das a_Q gleich 2,29 cm und k—I gleich i, 19 cm ist. Für eine Wellenlänge A = 3,32 cm (A₃ = 4,76 cm) tritt also eine Phasendrehung φ von 90⁰ auf. Für größere Werte von A und A_s ist φ kleiner und umgekehrt, wie es auch die Linie A zeigt.With the correct choice of k and I , any desired phase shift can be achieved. The phase shift should often not be dependent on the frequency or on the wavelength. With the push-pull crystal modulator, for example, a constant phase shift of i8o ^{c is} required in a certain frequency range. Apparently the system according to FIG. 1 does not meet this requirement. From (1) and (2) it follows that if A changes, A ₃ and thus φ also change. This behavior is shown by line A in FIG. As an example, a system has been chosen for which a _Q is 2.29 cm and k - I is 1.19 cm. For a wavelength A = 3.32 cm (A ₃ = 4.76 cm), a phase rotation φ of 90 ⁰ occurs. For larger values of A and A _s , φ is smaller and vice versa, as line A also shows.

Bei dem Wellenleitersystem nach der Erfindung, das in einer Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt ist, ist dieser Nachteil vermieden. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Beide Wellenleiter haben hier nahe den Enden eine Breite a₀. Die Breite α des Wellenleiters 1 weist als Funktion der Länge s ein Maximum zwischen den Enden auf, während die Breite c des Wellenleiters 2 als Funktion von s ein Minimum aufweist.In the waveguide system according to the invention, which is shown in one embodiment in FIG. 3, this disadvantage is avoided. Corresponding parts are denoted by the same reference numerals. Both waveguides here have a width a ₀ near the ends. The width α of the waveguide 1 has a maximum between the ends as a function of the length s, while the width c of the waveguide 2 has a minimum as a function of s.

Es zeigt sich nun, daß die Phasenverschiebung ψ zwischen den an den Ausgangsseiten 5 und 6 entnehmbaren Wellen, wenn den Eingangsseiten 3 und 4 gleichphasige Wellen zugeführt werden, in einem gewissen Wellenlängengebiet praktisch nicht mehr von der Wellenlänge abhängig ist. Dieses Wellenlängengebiet wird in dem vorstehend angegebenen Gebiet liegen, woIt can now be seen that the phase shift ψ between the waves that can be removed at the output sides 5 and 6, when in-phase waves are fed to the input sides 3 and 4, is practically no longer dependent on the wavelength in a certain wavelength region. This wavelength range will be in the above-specified range where

«o < A < 2 a₀ ,«O <A <2 a ₀ ,

und also in diesem System brauchbar sein, wennand so be useful in this system if

(O₁-O₂X ₃a₀(k—1),(O ₁ -O ₂ X ₃ a ₀ (k-1),

(3)(3)

wormworm

O₁ = J (a — a_Q) d s und O₂ = f (c — a₀) d s. O ₁ = J (a - a _Q ) ds and O ₂ = f (c - a ₀ ) d s.

«=o«= O

Es zeigt sich, daß O₁ und O₂ eine einfache geometrische Bedeutung haben. Sie stellen die Vergrößerung der Oberfläche des Wellenleiters dar, die durch die nicht konstante Breite bedingt ist. Für den Wellenleiter 1 z.B. ist O₁ gleich der Summe der schraffierten Oberflächen 7 und 8. Für den Wellenleiter 2 ist die Summe der schraffierten Oberflächen 9 und 10 gleich —O₂. Das Minuszeichen ist dadurch bedingt, daß hier die Oberfläche kleiner geworden ist als bei konstanter Breite a₀. It turns out that O ₁ and O _{2 have} a simple geometric meaning. They represent the enlargement of the surface of the waveguide, which is due to the inconsistent width. For example, for waveguide 1, O _{1 is} equal to the sum of hatched surfaces 7 and 8. For waveguide 2, the sum of hatched surfaces 9 and 10 is equal to —O ₂ . The minus sign is due to the fact that the surface has become smaller here than with a constant width a ₀ .

Es zeigt sich, daß die Mitte des Wellenlängengebiets, in dem φ praktisch nicht von der Wellenlänge abhängt, liegt beiIt turns out that the center of the wavelength range, in which φ practically does not depend on the wavelength, lies at

TI TVTI TV

— 0,- 0,

Die dabei auftretende Phasendrehung ist gleichThe phase shift that occurs is the same

!/(O₁. -O₂)(A -i) ! / (O _1. -O ₂ ) (A -i)

φ = 36o° φ = 36o °

(5)(5)

Ist also eine Phasendrehung von η ■ go^c erwünscht, wobei η eiiie ganze Zahl bedeutet, was oft vorkommen wird, so muß dazu der AusdruckIf a phase shift of η ■ go ^{c is} desired, where η means an integer, which will often occur, then the expression

O₂) (k-1)O ₂ ) (k-1)

praktisch eine ganze Zahl sein.practically be an integer.

Aus den Formeln (4) und (5) ergibt sich für die Wahl von k — I die BedingungFrom the formulas (4) and (5) the condition for the choice of k - I results

k — lk - l

720°720 °

(6)(6)

Bei einem Wellenleitersystem nach der Erfindung kann also die Hälfte der Phasendrehung als durch den Längsunterschied (k ·— I) und die andere Hälfte als durch die Wirkung der Breitenänderungen entstanden gedacht werden.In a waveguide system according to the invention, half of the phase rotation can thus be thought of as being caused by the longitudinal difference (k · −I) and the other half as being caused by the effect of the changes in width.

In Fig. 2 ist, wieder für den Fall a₀ = 2,29 cm, der Verlauf von φ als Funktion von A und X₉ für das Wellenleitersystem nach der betrachteten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist die Mitte des Gebiets, in dem φ praktisch unverändert bleibt, bei λ_β — 4,76 cm gelegt. Dieser durch dieIn FIG. 2, again for the case a ₀ = 2.29 cm, the course of φ is shown as a function of A and X ₉ for the waveguide system according to the embodiment of the invention under consideration. The center of the area in which φ remains practically unchanged is placed at λ _β - 4.76 cm. This through the

Linie B angegebene Verlauf ist im wesentlichen waagerecht, d. h. daß φ hier also praktisch unabhängig von λ und Xg gleich 90⁰ bleibt.Line B is essentially horizontal, which means that φ here remains practically independent of λ and Xg equal to 90 ^0.

Einer der Oberflächenteile O₁ und O₂ kann ohne Bedenken den Wert Null annehmen, d. h. daß einer der beiden Wellenleiter 1 und 2 eine konstante Breite a₀ haben kann.One of the surface parts O ₁ and O ₂ can assume the value zero without hesitation, that is to say that one of the two waveguides 1 and 2 can have a constant width a ₀ .

Es sei bemerkt, daß die Abmessungen b und d nur die normalerweise bei Wellenleitern zu stellenden Anforderungen zu erfüllen brauchen.It should be noted that the dimensions b and d only need to meet the requirements normally imposed on waveguides.

In Fig. 3 sind die Breitenänderungen zwecks größerer Deutlichkeit übertrieben dargestellt.In Fig. 3 the changes in width are exaggerated for the sake of greater clarity.

Es ist ersichtlich, daß, wo vorstehend von Breite dieIt can be seen that where protruding from width the

Rede war, die wirksame Breite verstanden sein soll.The talk was that the effective width should be understood.

Alle bekannten Maßnahmen für die Beeinflussung der Breite sind im Rahmen der Erfindung zum Erzielen der Breitenänderungen anwendbar.All known measures for influencing the width are within the scope of the invention to achieve the Changes in width applicable.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: ao i. Elektrisches Wellenleitersystem zum Erzeugenao i. Electrical waveguide system for generating eines Phasenunterschieds zwischen zwei Ausgangswellen, das aus zwei Wellenleitern rechteckigen Querschnitts besteht, von denen der erste eine Länge k, eine Breite α und eine Höhe b und der zweite eine von k abweichende Länge I, eine Breite c und eine Höhe d besitzt, wobei den Eingangsseiten der Wellenleiter gleichphasige Wellen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von α und der von c sowohl beim Eingang als auch beim Ausgang des betreffenden Wellenleiters gleich a₀ ist und α bzw. c für mindestens einen der Wellenleiter sich über dessen Länge hinweg laufend ändert und zwischen dem Eingang und dem Ausgang einen extremen Wert aufweist, daß (a — a₀) bzw. (c — a₀) für diesen extremen Wert klein ist gegenüber a₀ und daß (O₁ — O₂) < 3«₀ [k — l), worina phase difference between two output waves consisting of two waveguides of rectangular cross-section, the first of which has a length k, a width α and a height b and the second has a length I, a width c and a height d different from k , the In-phase waves are fed to the input sides of the waveguide, characterized in that the value of α and that of c both at the input and at the output of the waveguide in question is equal to a ₀ and α and c for at least one of the waveguides extend over its length changes and between the input and the output has an extreme value that (a - a ₀ ) or (c - a ₀ ) for this extreme value is small compared to a ₀ and that (O ₁ - O ₂ ) <3 « ₀ [k - l), where O₁ = f (a — a₀) ds und O₂ = J (c — a_o)ds. O ₁ = f (a - a ₀ ) ds and O ₂ = J (c - a _o ) ds. S=OS = O »=0»= 0 2. Wellenleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Phasenunterschieds von 90⁰ oder einem Vielfachen davon die Bemessung derart gewählt ist, daß der Wert von2. Waveguide system according to claim 1, characterized in that to achieve a phase difference of 90 ⁰ or a multiple thereof, the dimensioning is chosen such that the value of h — Qj) {k h - Qj) {k — - i)i) al
eine ganze Zahl ist. al
is an integer. 3. Elektrische Vorrichtung mit einem Wellenleitersystem nach Anspruch 1 oder 2 und einem mit beiden Eingangsseiten der Wellenleiter verbundenen Generator elektrischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator Wellen mit einer Wellenlänge λ erzeugt, die zumindest im wesentlichen die Bedingung:3. Electrical device with a waveguide system according to claim 1 or 2 and a generator of electrical waves connected to both input sides of the waveguide, characterized in that the generator generates waves with a wavelength λ which at least essentially meets the condition: -i)-i) -Oo-Oo erfüllt.Fulfills. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 9504 5.54© 9504 5.54