DE947905C - Microwave transmission lines - Google Patents

Description

Mikrowellenübertragungsleitungen Die Erfindung betrifft Mikrowellenübertragungsleitungen, welche Winkelstücke und Verbindungen zur Energieabzweigung aufweisen.Microwave transmission lines The invention relates to microwave transmission lines, which elbows and connections for energy diversion have.

Es ist bereits bekannt, Mikrowellenübertragungsleitungen nach Art einer Bandleitung aufzubauen, über welche die Mikrowellen ähnlich dem TEM-Modus übertragen werden. Bei dieser Art der Übertragungsleitung wird ein ebener Leiter als Masse- oder Erdleiter in Verbindung mit einem Leitungsleiter benutzt, welcher mit Hilfe eines schmalen Streifens oder einer Lage dielektrischen Materials in gewissem Abstand von dem ersten Leiter gehalten wird. Leitungsleiter und ebener Leiter. sind von verschiedener Breite, derart, daB der ebene Leiter breiter als der Leitungsleiter ausgebildet ist, so daB dieser gegenüber dem Leitungsleiter wie eine unendlich leitende Oberfläche erscheint und hierdurch eine elektrische Feldverteilung bewirkt, die im allgemeinen durch den TEM-Modus charakterisiert ist. Die Feldverteilung kann wie ein zwischen einem einzelnen Leiter eines echten Parallelleitungssystems und der dazwischenliegenden neutralen Ebene liegendes Feld angesehen werden. Die wchtigsten Parameter dieser Übertragungsleitungstype stellen die Breite des Leitungsleiters und den dielektrischen Zwischenraum zwischen dem Leitungsleiter und dem ebenen Leiter dar.It is already known to use microwave transmission lines according to Art to build a ribbon cable, over which the microwaves similar to the TEM mode be transmitted. This type of transmission line becomes a flat conductor used as a ground or earth conductor in connection with a line conductor, which with the help of a narrow strip or layer of dielectric material to some extent Distance from the first conductor is maintained. Line ladder and level ladder. are of different widths, such that the flat conductor is wider than the line conductor is designed so that it is infinitely conductive with respect to the line conductor Surface appears and thereby causes an electric field distribution that generally characterized by the TEM mode. The field distribution can like one between a single conductor of a real parallel pipeline system and of the intermediate neutral plane can be viewed. The most important parameter of this type of transmission line, the width of the line conductor and the dielectric Space between the line conductor and the flat conductor.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mikrowellenübertragungsleitung der erwähnten- Art zu schaffen, welche Winkelstücke und/oder Energieabzweigungen aufweist, ohne daß Strahlungsverluste auftreten. Gemäß der Erfindung werden Winkelteile zwischen 30 und go° geschaffen, welche keine nennenswerten Strahlungsverluste bewirken.The object of the invention is to create a microwave transmission line of the type mentioned, which has elbows and / or energy branches without radiation losses occurring. According to the invention, angle parts between 30 and go ° are created which do not cause any significant radiation losses.

In Verfolg des Erfindungsgedankens sind Netzwerke vorgesehen, welche Leistungsverteilungsleitungen der erwähnten Art aufweisen und an den Abzweigstellen mit Winkelstücken versehen sind.In pursuit of the concept of the invention, networks are provided which Have power distribution lines of the type mentioned and at the branch points are provided with elbows.

Eines der Merkmale der Erfindung beruht auf dem an sich bekannten Prinzip, daß die Winkelstücke mit Mitteln versehen sind, welche die Wirkung der durch die Winkelstücke erzeugten-Diskontinuitäten herausstimmen. Dieses. wird bei den genannten Mikrowellenleitungen in der Weise erreicht, daß der Leitungsleiter axial über die Schenkel der Winkelstücke hinaus verlängert ist und hierdurch einen Abstimmstumpf bildet, welcher mit Blindleitwertelementen versehen sein kann, die in ausreichendem Abstand von dem Abzweigpunkt des Winkelstücks angeordnet sind, um die Wirkungen der Modi höherer Ordnung, welche durch die Winkeländerung im Wege längs des Leiters auftreten, weitgehend aufzuheben. Nach diesem Prinzip wird erfindungsgemäß auch ein als Energieverteiler verwendbares Netzwerk solcher Übertragungsleitungen aufgebaut, bei denen eine der Leitungen über den Verteilungspunkt als Abstimmabzweigung verlängert ist. Weiterhin wird eine-Impedanzanpassung im Netzwerk durch Einbau passender Transformatorstücke in die die Leitung speisenden Abzweigungen des Netzwerkes erreicht.One of the features of the invention is based on what is known per se Principle that the elbows are provided with means that the effect of the Tune out discontinuities generated by the elbows. This. is at the said microwave lines achieved in such a way that the line conductor is axially extended beyond the legs of the elbows and thereby a Forms tuning stump, which can be provided with susceptibility elements that are arranged at a sufficient distance from the branch point of the elbow, about the effects of the higher order modes, which are obstructed by the change in angle occur along the conductor, largely cancel. According to this principle, according to the invention also a network of such transmission lines that can be used as an energy distributor in which one of the lines is used as a voting branch via the distribution point is extended. Furthermore, an impedance matching in the network becomes more suitable through installation Transformer pieces reached in the branches of the network feeding the line.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.The invention is based on the drawings, which embodiments represent, explained in more detail.

Fig. i ist eine Draufsicht einer Mikrowellenübertragungsleitung der unsymmetrischen Bandtype, die ein Winkelstück gemäß der Erfindung aufweist; Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 gemäß Fig. i ; Fig. 3 ist eine ähnliche Draufsicht wie Fig: i und zeigt ein Winkelstück mit beim Herstellungsprozeß des elektrischen Kreises zugleich herstellbaren Abstimmzweigen, und Fig.4 ist eine Draufsicht auf ein Netzwerk von erfindungsgemäßen Übertragungsleitungen, welche nach Art von Energieabzweiganordnungen aufgebaut sind.FIG. I is a top plan view of a microwave transmission line of FIG unbalanced belt type having an elbow according to the invention; Fig. Figure 2 is a cross-section taken along line 2-2 of Figure i; Fig. 3 is a similar one Top view like Fig: i and shows an elbow with the manufacturing process of the electrical circuit at the same time producible tuning branches, and Fig.4 is a plan view on a network of transmission lines according to the invention, which in the manner of Energy branch assemblies are constructed.

Die Übertragungsleitung der Fig. i und 2 umfaßt einen ersten oder ebenen Leiter i und einen zweiten oder Leitungsleiter 2, welche voneinander- durch einen dünnen Streifen oder eine Lage von dielektrischem Material 3 getrennt sind. Die beiden Leiter i. und 2 sind vorzugsweise von flacher Bandform, und der ebene Leiter ist breiter als der Leitungsleiter ausgeführt, so daß die Ausbreitung der Mikrowellen, ähnlich wie beim TEM-Modus, wie bereits näher erläutert wurde, erfolgt. Das dielektrische Material kann aus Polystyrene, Polyäthylen, Polytetrafluor-Äthylen (bekannt unter dem Handelsnamen Teflon), Fiberglas oder mit Polytetrafluor-Äthylen imprägniertem geschichtetem Fiberglas, Quarz oder anderem geeignetem Material hoher dielektrischer Qualität bestehen: Die Leiter i und 2 können auf dem dielektrischen Streifen nach irgendeinem bekannten Verfahren der Technik der 'gedruckten Schaltungen aufgebracht sein. Eine geeignete Methode ist z. B. ein elektrolytisches Ätzverfahren.The transmission line of Figs. I and 2 includes a first or flat conductor i and a second or line conductor 2, which from each other through a thin strip or layer of dielectric material 3 are separated. The two heads i. and 2 are preferably of a flat band shape, and the flat one Head is made wider than the line conductor, so that the spread of the Microwaves, similar to the TEM mode, as already explained in more detail, takes place. The dielectric material can be made of polystyrene, polyethylene, polytetrafluoroethylene (known under the trade name Teflon), fiberglass or with polytetrafluoroethylene impregnated layered fiberglass, quartz or other suitable material high dielectric quality consist: the conductors i and 2 can be on the dielectric Strip according to any known method in the printed circuit art be upset. A suitable method is e.g. B. an electrolytic etching process.

Die in Fig. r dargestellte Übertragungsleitung umfaßt einen ersten Teil 4 und einen zweiten Teil 5, die miteinander einen rechten Winkel bilden. Die ebenen Leiter i der beiden Teile bilden miteinander einen zusammenhängenden Bandleiter mit rechtwinkligem Winkelstück. Die Leitungsleiter 2 der beiden Teile überkreuzen sich und erstrecken sich über den Anschluß hinaus, so daß sie zwei Stümpfe 7 und 8 aufweisen, welche über der Oberfläche des ebenen Leiters i liegen.The transmission line shown in Fig. R comprises a first Part 4 and a second part 5 which form a right angle with one another. the flat conductors i of the two parts together form a continuous strip conductor with right-angled elbow. Cross the line conductors 2 of the two parts and extend beyond the connection so that they have two stumps 7 and 8, which lie above the surface of the flat conductor i.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung ebener Winkelstücke des Leitungsleiters 2 Übertragungsleitungen der erläuterten Art für @Vinlzclstückc mit einem Winkel bis etwa 30° Strahlungsverluste -aufweisen, die vernachlässigbar sind. Wird der Winkel größer als -3o°, so werden die Strahlungsverluste größer und nehmen eine bedeutende Größe an, so daß sie verkleinert werden müssen. Es wird angenommen, daß diese Verluste durch Modi höherer Art entstehen, die infolge der durch die Winkelstücke der Übertragungsleitung gebildeten Diskontinuitäten auftreten. Die Stümpfe 7 und 8 können so bemessen -und mit Blindleitwerten versehen sein, daß die durch die Winkelstücke verursachten Modi höherer Art herausgestimmt werden.It has been found that when using flat angle pieces of the line conductor 2 transmission lines of the type explained for @ Vinlzclstückc with an angle of up to about 30 ° have radiation losses which are negligible. If the angle is greater than -3o °, the radiation losses become greater and take on a significant size, so that they have to be reduced. It is believed that these losses are due to higher-order modes resulting from the discontinuities created by the elbows of the transmission line. The stumps 7 and 8 can be dimensioned - and provided with susceptibility values - that the higher types of modes caused by the angle pieces are tuned out.

Diese Modi höherer Ordnung können fast vollkommen herausgestimmt werden, indem, wie aus den Fig. i und 2 ersichtlich, ein Leiter g diagonal über den beiden Stümpfen angeordnet ist und in seiner Lage zum Anschlußpunkt 6 einstellbar ist. Statt eines einzigen Leiters g kann auch jeder Stumpf mit einer eigenen Blindleitwertsanordnung versehen sein, die über Kreuz über jedem Stumpf angeordnet sind und in bezug auf den Abstand vom Punkt 6 einstellbar sind, um eine erforderliche Abstimmung herzustellen.These higher order modes can be tuned out almost entirely, by, as can be seen from FIGS. i and 2, a conductor g diagonally across the two Stumps is arranged and is adjustable in its position to the connection point 6. Instead of a single conductor g, each stump can also have its own susceptance value arrangement be provided, which are arranged crosswise over each stump and with respect to the distance from point 6 can be adjusted to produce a required coordination.

In Fig.3 ist derselbe Typ eines Winkelstückes dargestellt wie in Fig. i. Jedoch sind die Stümpfe 7" und 8" mit eigenen Blindwertselementen in Form von seitlichen Verlängerungen der Leitungen ausgebildet, wie es bei io und ii dargestellt ist. Diese Ausdehnungen bzw. Verlängerungen werden durch den erforderlichen Abgleich des Bandleiters längs dem Stumpfe bestimmt, und deren Größe und Lage hängt' hiervon ab. Sie können bei dieser Ausführungsform als Teil der Leitung nach dem gleichen Herstellungs- bzw. Druckprozeßes wie diese hergestellt werden.In Fig. 3 the same type of elbow is shown as in Fig. i. However, the stumps 7 "and 8" have their own blank value elements in the form of Lateral extensions of the lines formed, as shown at io and ii is. These expansions or extensions are made by the necessary adjustment of the ribbon conductor is determined along the stump, and its size and position depend on it away. You can in this embodiment as part of the line after the same Manufacturing or printing process how these are produced.

Beispielsweise hatte ein Uförmiges Winkelstück, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, für eine Frequenz von 47oo Mffz folgende Abmessungen: a = go° (Winkel zwischen den beiden Leitungsteilen, vgl. Fig. i), a = 0,55 cm, b = o,85 cm, G = 1,24 cm, d = 1,375 cm.For example, a U-shaped elbow, as shown in FIG. 3, had the following dimensions for a frequency of 47oo Mffz: a = go ° (angle between the two line parts, see FIG. I), a = 0.55 cm, b = 0.85 cm, G = 1.24 cm, d = 1.375 cm.

Die Dicke des Dielektrikums (Polystyren) betrug o,156 cm, und die Breite des ebenen Bandleiters i betrug 5,8 cm. Das nach diesen Maßen ausgeführte L-förmige WifIkelstück ergab im Bereich von 440o bis 5ooo MHz folgende Welligkeit Frequenz (MHz). Welligkeit 4400 1,32 4450 1,31 4500 1,30 4550 h29 460o 1,28 4650 1,26 4700 1,o9 4750 1,16 480o 1,18 4850 1,18 4900 1,21 4950 131 5000 1,40 Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß bei 470o MHz, für welche die Bandleitung dimensioniert war, weitestgehend keine Verluste auftraten. Wenn die gedruckten Stümpfe für eine bestimmte Frequenz keine ausreichende Abstimmung liefern, kann die Abstimmung durch Entfernen von Teilen oder entsprechende Hinzufügungen zu den Blindleitwertsteilen =o und 11 abgeglichen werden.The thickness of the dielectric (polystyrene) was o.156 cm, and the width of the flat strip conductor i was 5.8 cm. The L-shaped winding piece made according to these dimensions resulted in the following waviness in the range from 440o to 5000 MHz Frequency (MHz). Ripple 4400 1.32 4450 1.31 4500 1.30 4550 h29 460o 1.28 4650 1.26 4700 1, o9 4750 1.16 480o 1.18 4850 1.18 4900 1.21 4950 131 5000 1.40 From the table above it can be seen that at 470o MHz, for which the ribbon line was dimensioned, largely no losses occurred. If the printed stubs do not provide sufficient tuning for a particular frequency, the tuning can be adjusted by removing parts or adding appropriate additions to the susceptance parts = o and 11.

Fig.4 zeigt ein Netzwerk, das einen Leistungsverteiler aufweist, wobei Teil 12 die Hauptleitung umfaßt, über welche Mikrowellenenergie fortgeleitet wird, wie es durch Pfeil 13 angedeutet ist. Die Energie wird über die Leitungen 14 und 15 verzweigt, wie es die Pfeile 16 und 17 anzeigen. Der Anschluß der Leitungsleiter der drei Abschnitte der Leitungsteile am Punkt 17" läßt Modi höherer Ordnung als bei den L-förmigen Winkelstücken gemäß Fig. 1 und 3 entstehen. Diese Modi höherer Ordnung werden jedoch durch den Stumpf 18, welcher durch eine Verlängerung des Leitungsleiters 1g des Teiles 12 gebildet ist, herausgestimmt. Da der Leitungsleiter 1g an die Leitungsleiter 2o und 21 der Abzweigungen 14 und 15 angekoppelt ist, muß gleichfalls eine Impedanzanpassung vorgenommen werden, welche durch ein Transformatorteil 22 erfolgt, das als Bestandteil des Leiters 1g neben dem Anschlußpunkt 17" gedruckt ist. Die Ausbildung dieses Transformators kann in verschiedenartiger Weise erfolgen, um einen Übergang von der Impedanz des einzelnen Leiters 1g und den beiden Leitern 2o und 21 zu schaffen. Das besondere Transformatorteil22 enthält einen sektorförmigen Teil. Der Radius dieses Sektors kann für verschiedene Leitungsbreiten und dielektrischen Zwischenlagen verändert werden. Bei einer Ausführung, die für 470o MHz günstige Resultate liefert, war der Radius des Sektors 22 zu 1,093 cm gewählt, der Scheitel war o,156 cm von der Mittellinie der Leiter 2o und 21 entfernt, und der Winkel ß betrug go°. Die Abmessungen der Leitungsleiter und des Stumpfes waren dieselben wi,, diejenigen, die bei der Beschreibung der Fig. 3 angegeben wurden. Das nach diesem Beispiel gefertigte Muster wurde über ein Frequenzband von 450o bis 5000 MHz geprüft, wobei sich eine weitgehend gleiche Energieverteilung über die Abzweigungen 14 und 15 ergab. Die folgende Übersicht gibt das Welligkeitsverhältnis für die entsprechenden Frequenzen an: Frequenz (MHz) Welligkeit. 4¢0o 1,62 4450 1,57 4500 1,47 4550 1,26 460o 1,18- 4650 1.o9 4700 1,05 4750 I.13 480o 1,1g 485o 1,21 4900 1,30 4950 1,51 5000 1,70 Werden optimale Ergebnisse für eine Frequenz, die von 470o MHz abweicht, gewünscht, so müssen die Abmessungen des Stumpfes 18 und des Transformators 22 geändert werden, und für höhere Frequenzen sollten die Ecken des Sektors 22 abgerundet werden. Die Größe des Sektors kann auch für verschiedene Lagen in bezug auf die Mittellinie der Abzweigleitungen 2o und 21 verändert werden.FIG. 4 shows a network which has a power distributor, part 12 comprising the main line via which microwave energy is transmitted, as indicated by arrow 13. The energy is branched via lines 14 and 15, as indicated by arrows 16 and 17. The connection of the line conductors of the three sections of the line parts at point 17 "results in modes of a higher order than with the L-shaped elbows according to FIGS of part 12. Since the line conductor 1g is coupled to the line conductors 2o and 21 of the branches 14 and 15, impedance matching must also be carried out "is printed. This transformer can be designed in various ways in order to create a transition between the impedance of the individual conductor 1g and the two conductors 2o and 21. The special transformer part 22 contains a sector-shaped part. The radius of this sector can be changed for different line widths and dielectric spacers. In an embodiment which gives favorable results for 470o MHz, the radius of the sector 22 was chosen to be 1.093 cm, the apex was 0.156 cm from the center line of the conductors 2o and 21, and the angle β was 0 °. The dimensions of the line conductors and the stub were the same as those given in the description of FIG. The sample produced according to this example was tested over a frequency band from 450o to 5000 MHz, with a largely equal distribution of energy across the branches 14 and 15. The following overview shows the ripple ratio for the corresponding frequencies: Frequency (MHz) ripple. 4 [0o 1.62 4450 1.57 4500 1.47 4550 1.26 460o 1.18- 4650 1.o9 4700 1.05 4750 I.13 480o 1.1g 485o 1.21 4900 1.30 4950 1.51 5000 1.70 If optimal results are desired for a frequency other than 470 MHz, the dimensions of the stub 18 and transformer 22 must be changed, and for higher frequencies the corners of the sector 22 should be rounded. The size of the sector can also be changed for different positions with respect to the center line of the branch lines 2o and 21.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Mikrowellenübertragungsleitung, insbesondere Mikrowellennetzwerk, welche zwei Teile aufweist, deren Längsachsen einen Winkel miteinander bilden und deren jeder Teil je einen im wesentlichen in parallelem Abstand zueinander verlaufenden ersten Leiter und zweiten Leiter hat, deren zweiter Leiter (Leitungsleiter) schmaler als der erste Leiter ist, so daß der erste Leiter weitgehend eine flächenhafte Oberfläche (Flächenleiter) in bezug auf den zweiten Leiter darstellt, und deren Flächenleiter beider Teile zu einer zusammenhängenden ebenen Fläche miteinander verbunden sind und deren Leitungsleiter gleichfalls miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Leitungsleiter einen sich in axialer Richtung über den Verbindungspunkt hinweg erstreckenden Stumpf und diesem zugeordnete Abstimmblindleitwertelemente aufweist. PATENT CLAIMS: i. Microwave transmission line, in particular a microwave network, which has two parts, the longitudinal axes of which form an angle with each other and each part of which has a first conductor and a second conductor running essentially parallel to one another, the second conductor (line conductor) of which is narrower than the first conductor, see above that the first conductor largely represents a flat surface (surface conductor) with respect to the second conductor, and the surface conductors of both parts are connected to one another to form a cohesive flat surface and the conductor conductors are also connected to one another, characterized in that at least one of the conductor conductors is one has stump extending in the axial direction over the connection point and tuning blind conductance elements associated therewith. 2. Leitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden Teilen gebildete Winkel zwischen 30 und 9o° liegt. 2. Line according to claim i, characterized in that the angle formed by the two parts is between 30 and 9o °. 3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile über den Anschlußpunkt hinaus weiterläuft und in bezug auf den anderen Teil zwei Zweige bildet, so daß von diesem anderen Zweig weitergeleitete Energi- auf die beiden Zweige verteilt wird. 3. Line according to claim 1, characterized in that one of the parts on the The connection point continues and forms two branches with respect to the other part, so that energy transmitted from this other branch is distributed between the two branches will. 4. Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stumpf in der Verlängerung des Leitungsleiters des anderen Zweiges angeordnet ist. 4. Line according to claim 3, characterized in that the stump in the Extension of the line conductor of the other branch is arranged. 5. Leitung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil einen neben dem Verbindungspunkt angeordneten, breiter als der Leitungsleiter ausgeführten und in parallelem Abstand zum ersten Leiter verlaufenden Impedanztransformatorteil aufweist. 5. Leadership according to claim 3 or 4, characterized in that the other part has an adjacent arranged at the connection point, made wider than the line conductor and having at a parallel distance to the first conductor extending impedance transformer part. 6. Leitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanztransformatorteil einen Sektorteil darstellt, dessen Scheitel dem Verbindungspunkt der Leiter zugekehrt ist. 6th Line according to Claim 5, characterized in that the impedance transformer part represents a sector part, the apex of which faces the connection point of the ladder is. 7. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, daB die Blindleitwertelemente aus einem dütten, quer über mindestens einem der Stümpfe angeordneten Leiter bestehen. B. Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daB der dritte Leiter aus seitlich an dem Stumpf des Leitungsleiters angeordneten und mit diesen fest verbundenen Ansätzen besteht. g. Leitung nach einem der -Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleitwerte durch insbesondere einstellbare diagonal über die Stümpfe angeordnete Leiter gebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: >>Proceedings of the I. R. E. « Dezember 1952, S. i644 und 1658.7. Line according to one of the preceding claims, characterized. marked, that the susceptibility elements come from a dütten, across at least one of the stumps arranged conductors exist. B. Line according to claim 7, characterized in that that the third conductor is arranged laterally on the stump of the line conductor and with these firmly connected approaches. G. Management according to one of the claims i to 3, characterized in that the susceptibility values are in particular adjustable conductors arranged diagonally across the stumps are formed. Considered Publications: Proceedings of the I. R. E. December 1952, pp. 1644 and 1658.