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Vorrichtung zur Übertragung elektromagnetischer Ultrahochfrequenzwellen über Wellen- leiter
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung elektromagnetischer Ultrahoch- frequenzwellen über dielektrische Leiter, die im folgenden als Wellenleiter bezeichnet werden.
Unter Wellenleitern werden sowohl rohrförmige evakuierte Hohlleiter als auch mit Gas, Flüssig- keit oder einem festen Dielektrikum gefüllte
Hohlleiter mit einer Wandung aus leitendem oder isolierendem Werkstoff verstanden, sofern sie für die Übertragung elektromagnetischer Ultra- hochfrequenzwellen brauchbar sind.
Bei der Übertragung elektromagnetischer
Wellen über einen Wellenleiter lässt sich das
Erregungsmittel und/oder die Belastung des
Leiters häufig nicht derart bemessen, dass eine
Anpassung erhalten wird, d. h. die Impedanz lässt sich nicht immer derart bemessen, dass sie gleich dem Wellenwiderstand des Leiters ist.
Die Nichtanpassung der Belastung hat zur Folge, dass im Leiter stehende Wellen auftreten, die zusätzliche Verluste hervorrufen. Wird durch
Anpassung der Belastung an den Leiter das Auf- treten von stehenden Wellen vermieden, so ist es im allgemeinen erwünscht, auch das Erregungs- mittel dem Leiter anzupassen, da in diesem Falle die Energieübertragung ein Maximum ist.
Zur Herabsetzung dieser Verluste durch Ver- besserung der Anpassung bei Vorrichtungen der obenerwähnten Art wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht. Bei einer bekannten Vorrichtung ist auf dem Wellenleiter in der Nähe der Belastung ein dielektrischer Hilfsleiter angeschlossen, in dem sich ein einstellbarer Kolben befindet. Bei anderen bekannten Vorrichtungen werden in der Nähe der nichtangepassten Belastung bzw. des Erregungsmittels angeordnete
Sekundärstrahler oder Blenden verwendet.
Mit diesen bekannten Mitteln ist aber nicht unter allen Umständen eine völlige Anpassung erreichbar. Bekanntlich kann eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Anpassung als Transformator aufgefasst werden, der eine bestimmte Impedanz in eine andere Impedanz transformiert. Um in sämtlichen auftretenden Fällen die richtige Anpassung verwirklichen zu können, würde ein einstellbarer Impedanztransformator zur Verfügung stehen müssen, der jede beliebige Impedanz in eine andere Impedanz transformieren könnte. Mit den bisher bekannten Anpassungsmitteln ist dies aber nur schwer zu verwirklichen.
So ist aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 2153728 eine Vorrichtung dieser Art bekannt, wobei zwei rohrförmige Wellenleiter, die an verschiedenen Seiten einer Zwischenwand liegen, durch eine in dieser vorhandene Öffnung einstellbarer Grösse miteinander gekoppelt sind, während die in der Nähe der Öffnung liegenden Enden der beiden Leiter durch verschiebbare leitende Kolben verschlossen sind.
Die Erfindung schafft eine einfache Vor- richtung, mit der sämtliche gewünschte Trans- formationen des Wellenwiderstandes bewerk- stelligt werden können. So lässt sich daher gewünschtenfalls immer eine richtige Anpassung erhalten. Ausserdem ist die Einstellbarkeit der
Vorrichtung in baulicher Hinsicht einfach durch- führbar.
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die an die Kopplungsöffnung anschliessenden
Enden der Wellenleiter in der gleichen Richtung der Zwischenwand aneinander liegen und die
Kolben starr miteinander verbunden sind, wobei die wirksamen Endflächen der Kolben in einer
Ebene liegen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 und 2 eine bekannte Vorrichtung und die Fig. 3,4 und 5 Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung darstellen.
In Fig. 1 weisen die rohrförmigen Hohlleiter 1 und 2 von rechteckigem Querschnitt einen gemeinsamen Wandteil 3 auf.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung nach der Linie II-II.
In dem gemeinsamen Wandteil3 ist eine Öffnung 4 vorgesehen, durch welche die Leiter 1 und 2 miteinander gekoppelt sind. Die Grösse dieser Öffnung ist einstellbar, z. B. dadurch, dass einer oder mehrere der die Öffnung begrenzenden Wandteile verschiebbar ausgebildet sind. Die an die Öffnung 4 anschliessenden Enden 5 und 6 der Wellenleiter 1 und 2 sind durch verschiebbare leitende Kolben 7 und 8 verschlossen. Zwischen den Leitern 1 und 2 kann sodann durch Ein-
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stellung der Grösse der Öffnung 4 und der Lage der Kolben 7 und 8 jede gewünschte Transformation des Wellenwiderstandes bewerkstelligt werden. Ist z.
B. mit dem Wellenleiter 1 ein hornförmiger Strahler verbunden, der zur Übertragung elektromagnetischer Energie verwendet wird, und besitzt dieses Horn eine Impedanz, die von der charakteristischen Impedanz des Leiters 2 abweicht, so werden bei direkter Verbindung des hornförmigen Strahlers mit dem Leiter 2 infolge mangelnder Anpassung des Wellenwiderstandes des Hornes in diesem Leiter stehende Wellen auftreten. Durch Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung lässt sich aber der vom Wellenwiderstand des Leiters 2 abweichende Wellenwiderstand des hornförmigen Strahlers in denjenigen dieses Leiters transformieren. Auf diese Weise wird dann erreicht, dass in dem Leiter 2 keine stehenden Wellen mehr auftreten.
Die Verwirklichung dieser Transformation erfolgt, wie bereits bemerkt wurde, durch die richtige Einstellung der Grösse der Öffnung 4 und der Lage der Kolben 7 und 8.
Dies ist jedoch ziemlich verwickelt.
In Fig. 3 ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die neben der Öffnung 14 in dem gemeinsamen Wandteil 13 liegenden Enden 15 und 16 der Hohlleiter 11 und 12 schliessen hier in derselben Richtung an die Öffnung 14 an. Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass jede gewünschte Transformation des Wellenwiderstandes mit nur zwei Bewegungsmechanismen einstellbar ist, durch deren einen die beiden Kolben 17 und 18 gleichzeitig bewegt und durch deren anderen die Grösse der Öffnung14 geändert wird, u. zw. durch eine Bewegung desjenigen Teiles der gemeinsamen Seitenwand 13, der an der von den beiden Kolben 17 und 18 abgekehrten Seite der Öffnung liegt, wie durch den Pfeil angedeutet ist.
Eine besonders einfache Ausführungsform wird erhalten, wenn der zwischen den beiden Kolben liegende Teil der gemeinsamen Seitenwand weggelassen wird. Die so erhaltene Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Die beiden Kolben sind zu einem Kolben 37 vereinigt, der die beiden, an die Öffnung 34 anschliessenden Enden der Hohlleiter 30 und 31 abschliesst, die Öffnung 34 erstreckt sich sodann bis zum Kolben. Bei jeder Lage des Kolbens 37 ist die Öffnung 34 auf jede gewünschte Grösse durch eine Bewegung des den beiden Hohlleitern 30 und 31 gemeinsamen Wandteiles 32 einstellbar. Der in Fig. 4 mit V-V angedeutete Querschnitt ist in Fig. 5 dargestellt.
Es hat sich ergeben, dass auch mit der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung jede gewünschte Transformation des Wellenwiderstandes durch die Einstellung des Kolbens 37 und des verschiebbaren Wandteiles 32 durchführbar ist.
In Wellenleitern können bekanntlich zwei Arten von elektromagnetischen Wellen auftreten, nämlich eine, bei der nur die elektrische Feldstärke eine Transversalkomponente aufweist (TE- oder H-Wellen) und eine solche, bei der nur die magnetische Feldstärke eine Transversalkomponente aufweist (TM-oder E-Wellen).
Die in den Leitern 30 und 31 auftretenden H-Wellen können in Komponenten zerlegt gedacht werden, deren je eine in 30 und 31 gegenphasige elektrische Feldstärken aufweisen, wie durch die Pfeile 38 und 40 angedeutet, während die anderen, durch die Pfeile 41 und 42 dargestellten, gleichphasig sind. Die beiden erstgenannten in 30 und 31 auftretenden Wellen sind durch im Raume zwischen dem Kolben 37 und der gestrichelten Linie 43 auftretende Wellen (Pfeil 39) miteinander gekoppelt. Die anderen in 30 und 31 auftretenden Wellen (41, 42) können in diesem Raume nicht auftreten ; sie werden bei der gestrichelten Linie 43 zurückgeworfen. Das Kopplungsmass der in den Leitern 30 und 31 auftretenden gegenphasigen Wellenkomponenten ist durch eine Verschiebung des Kolbens 37 und des gemeinsamen Wandteiles 32 einstellbar.
Hiemit hat sich jede gewünschte Transformation des Wellenwiderstandes als einstellbar erwiesen. Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist auch bei einer Schwingungsart verwendbar, bei der die Pfeile 38, 39, 40, 41 und 42 nicht die elektrische, sondern die magnetische Feldstärke bedeuten (E-Wellen). Die Wirkungsweise bleibt dann die gleiche.
Zwecks Verringerung der Reflexion, die auftritt, weil die Hohlleiter 30 und 31 um einen rechten Winkel umgebogen sind (was aber für eine befriedigende Wirkung der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung nicht wesentlich ist) sind die Ecken 44 und 45 in bekannter Weise abgeschrägt.
Obzwar in den dargestellten Ausführungsbeispielen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt angegeben sind, lassen sich ebensogut auch solche mit anderen Querschnittsformen verwenden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in einfacher Weise nach Tabellen oder Diagrammen bzw. empirisch zur Durchführung einer gewünschten Transformation des Wellenwiderstandes eingestellt werden. Sie eignet sich daher besonders zu Experimentalanordnungen mit Wellenleitern zur Erzielung der richtigen Anpassung bei der Prüfung von Erregungsmitteln und Belastungen, wie Antennen, Hornstrahlern bzw. von bei Energiemessungen vorgesehenen künstlichen Belastungen, sowie auch zur Verwirklichung von beliebig einstellbaren Impedanzen.
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