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Hohlleiter-Kopplungsglied
Die Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von Mikrowellen und betrifft insbesondere breitbandige gerichtete Kopplungsglieder für Wellenleiter.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Üb & rtragungschprakteristik von gerichteten Kopplungsglie- dern für Wellenleiter innerhalb eines bandförmigen Durchlassbereiches möglichst horizontal zu gestalten.
Ferner zielt die Erfindung darauf ab, die Übertragungsdämpfung im Durchlassbereich eines solchen Kopplungsgliedes zu vermindern und eine gute Trennschärfe gegenüber einem ändern ausgewählten Frequenzband zu gewährleisten.
In Mikrowellensystemen ist es häufig erwünscht, zwei Wellenleiter in solcher Weise miteinander zu ver-
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res gerichtetes Kopplungsglied beschrieben, bei dem zwei gleiche, rechteckige Hohlleiter nebeneinander angeordnet sind und eine der breiten Wandungengemeinsam haben. Innerhalb dieser gemeinsamen Wandung befindet sich ein nichtstrahlender Längsschlitz, durch den zweiparallele Antennengeführt sind, die injedender beiden Hohlleiter hineinragen. Durch geeignete Wahl è es gegenseitigen Abstandes und der Ausrichtung dieser Antennen kann dabei ein einseitig gerichteter Kopplungseffekt erzielt werden.
Ein anderes gerichtetes Kopplungsglied mit zwei parallel zueinander angeordneten Hohlleitern, die eoenfalls eine der breiten Wandungen gemeinsam haben, ist in der USA-Patentschrift Nr. 2, 532, 317 beschrieben. Hiebei ist in der gemeinsamen Wandung parallel zu den Achsen der Hohlleiter ein Abschnitt aus dielektrischem Material angeordnet, in dem mehrere untereinander gleiche Kopplungsstäbe eingebettet sind. Diese Stäbe sind so angeordnet, dass sie eine gerichtete Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern bewirken. Ferner ist in derUSA-PatentschriftNr. 2, 701, 340 eine Kopplungseinrichtung beschrieben, bei der zwei Hohlleiter derart parallel angeordnet sind, dass sie eine der schmalen Wandungen gemeinsam haben. Die Kopplung wird in diesem Falle durch unterteilte Öffnungen in dieser gemeinsamen Wandung bewirkt.
Die Kopplungscbarakteristik hängt von der geometrischen Gestalt der angewendeten Öffnungen bzw. von der gewählten Kombination verschieden gestalteter Öffnungen ab.
Das gerichtete Kopplungselement gemäss derErfindung zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass die erzielte Kopplung ein breites Übertragungsband mit im wesentlichen horizontaler Übertragungscharak- teristik und ein ausgeprägtes Sperrband aufweist. Kopplungsgliede : mit solchen Kopplungseigenschaften werden beispielsweise zur Verbindung von zwei Hohlleitern, die verschiedene Frequenzbänder fortleiten, mit einem einzigen Hohlleiter benötigt, der eine gemeinsame Antenne speist.
Das gerichtete Kopplungsglied gemäss der Erfindung ist geeignet, die vorstehend erläuterten Anforderungen zu erfüllen. Es t esteht aus zwei Hohlleitern, die eine gemeinsame Wandung haben, in der sich eine Reihe von Kopplungsöffnungen befindet. Jeder Kopplungsöffnung ist ein Resonator zugeordnet. Dieser Resonator ist so bemessen, dass er bei einer Frequenz fA in dem zu unterdrückenden Band (Sperrbereich) eine Antiresonanzstelle aufweist, und er ist mit dem elektromagnetischen Feld in der Öffnung so gekoppelt, dass die Lbertragungsdämpfung innerhalb eines oder mehrerer übertragener Bänder (Durchlassbereich) vermindert und gleichmässig gemacht wird. Wenn die Kopplungsöffnung kreisförmig ist, kann der Resonator ein leitender Ring sein, dessen Aussenumfang ungefähr gleich einer ganzen Zahl n von Wellenlängen X im freien.
Raum bei der Frequenz fA ist. Der Innendurchmesser wird dabei so bemessen, dass die
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Dieser Verbindungspunkt und der Durchmesser des Stabes beeinflussen im wesentlichen den Frequenzgang der Übertragung im Durchlassbereich.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erläutert werden. Fig. l ist eine perspektivische Ansicht von zwei Hohlleitern, die durch Öffnungen mit stabförmigen Resonatoren gemäss der Erfindung miteinander gekoppelt sind. Die Fig. la und 1b veranschaulichen die Anordnung eines solchen Resonators in einer Öffnung in grösseremMassstab in Seitenansicht bzw. im Schnitt. Fig. 2 zeigt eine ADänderung, bei welcher die Resonatoren die Form von leitenden Ringen haben. Fig. 3 ist ein Querschnitt des bei der Anordnung nach Fig. 2 verwendeten Ringes und Fig. 4 zeigt den typischen Verlauf des Frequenzganges der Dämpfung bei einem Kopplungsglied mit bzw. ohne Resonatoren.
Bei dem Kopplungsglied nach Fig. l sind die beiden Hohlleiter 4 und t nebeneinander so angeordnet, dass sie eine gemeinsame Wandung 6 haben. Beide Hohlleiter haben rechteckigen Querschnitt. Der Querschnitt des Hohlleiters 5 ist im gezeigten Spezialfall ein Quadrat ; der Querschnitt des Hohlleiters 4 hat hingegen ungleiche Seitenabmessungen, wobei die Wandung 6 längs einer der kürzeren Seiten verläuft.
1m Rahmen der Erfindung kann einer der Hohlleiter bzw. können auch beide Hohlleiter einen vom gezeigtenBeispiel abweichenden Querschnitt haben. Für maximale Leistungsübertragung soll in beiden Hohlleitern die gleiche Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im Übertragungsband bestehen.
Gemäss der Erfindung sind Mittel zur Übertragung eines breiten Bandes von elektromagnetischen Wellen von einem Hohlleiter in den andern vorgesehen. Diese Mittel umfassen eine oder mehrere Öffnungen 7 in der gemeinsamen Wandung 6. In der Zeichnung sind vier solche Öffnungen dargestellt, doch versteht sich, dass je nach der Leistung, die übertragen werden soll, eine beliebige andere Anzahl davon angewendet werden kann. Falls das Kopplungsglied Richteigenschaften aufweisen soll, werden die Mittelpunkte
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Abstand führt zu einer günstigen Eingangsimpedanz und zu einer starken Richtwirkung, ist aber nicht kritisch.
In Fig. l hat die Öffnung 7 die Form eines Schlitzes, dessen längere Seite parallel zur Längsachse der Hohlleiter 4 und 5 verläuft. Jedem Schlitz 7 ist ein Resonator zugeordnet, der mit dem im Schlitz vorhan- denen elektromagnetischen Feld gekoppelt ist. Wie in den Fig. la und lb genauer dargestellt ist, besteht der Resonator aus einem leitenden Stab 9, der eine rechtwinkelige Abbiegung aufweist und an einem En. de mit einem der längeren Ränder des Schlitzes 7 verbunden ist.
Diese Stäbe springen abwechselnd von der Oberseite des Schlitzes, wie etwa der Stab 9, und von der Unterseite des Schlitzes, wie etwa der Stab 8 in Fig. l, vor, um eine mechanische und elektrische Symmetrie zu gewährleisten und dadurch eine Umwandlung von vertikaler Polarisation in horizontale Polarisation in dem Hohlleiter 5 quadratischen Querschnitts zu vermeiden.
Die elektromagnetischen Wellen können beispielsweise an einem Ende des Hohlleiters 4 eingespeist werden, wie dies durch einen Pfeil 10 angedeutet worden ist. Das elektrische Feld dieser Wellen verläuft senkrecht zu den breiteren Wänden des Hohlleiters, wie der Pfeil E andeutet. Es sei angenommen, dass ein breites Band, dessen Bandmittenfrequenz bei fB liegt, vom Wellenleiter 4 in den Wellenleiter 5 über- tragen werden soll und dass dieses Frequenzband im letztgenannten Hohlleiter in Richtung des Pfeiles 11 weitergeleitet werden soll. Es sei ferner angenommen, dass ein höheres Frequenzband, dessen Bandmitte- frequenz bei fA liegt, vom Hohlleiter 5 ferngehalten werden soll.
Wenn die Resonatoren weggelassen werden, hat die bei der Übertragung vom Hohlleiter 4 in den Hohlleiter 5 innerhalb des Frequenzbandes von 3,6 bis 6, 8 kMHz auftretende Kopplungsdämpfung in Dezibel in einem typischen Falle den durch die Kurve 12 in Fig. 4 dargestellten Verlauf. In dem interessierenden Bereich steigt die Dämpfung mit der Frequenz an und dieser Anstieg ist am unteren Bereichende nahe der Grenzfrequenz des Hohlleiters 4 am stärksten.
Um das Band mit der Bandmittenfrequenz fA zu unterdrücken, wird die Länge des Stabes 9 ungefähr gleich einer ganzen Zahl n von Viertelwellenlängen im freien Raum bei dieser Frequenz gewählt. Die Breite des Sperrbereiches und der Frequenzgang der Dämpfungscharakteristik bei den andern Frequenzen hängen vom Durchmesser des Stpbes 9 und von dem Punkt ab, an dem der Stab mit dem Rand des Schlitzes 7 verbunden ist. Je näher dieser Verbindungspunkt der Mitte des Schlitzes 7 liegt, desto breiter ist der
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Sperrbereich. Eine Verringerung des Durchmessers des Stabes 9 vermindert die Breite des Sperrbereiches.
Wenn die Länge des Stabes gleich einer ganzen Zahl von Halbwellenlängen ist, können beide Stabenden mit den Rändern des Schlitzes 7 verbunden werden.
Der Verbindungspunkt und der Durchmesser des Stabes 9 können so gewählt werden, dass die Dämpfung der Übertragung durch den Schlitz 7 in dem Band mit der Bandmittenfrequenz f. geringer und gleich- mässiger wird. Die Kurve 13 in Fig. 4 stellt eine typische erzielbare Dämpfungscharakteristik dar. Es handelt sich hiebei um eine Charakteristik, die bei einem gerichteten Kopplungsorgan gemessen wurde, das 16 Schlitze mit einer Länge von 18, 2 mm sowie M Resonatorstäbe mit einem Durchmesser von 0, 81 mm und einer Länge von 11,6 mm hatte, wobei jeder Stab gegenüber dem tragenden Schlitzrand um.
3, 18 mm versetzt war. Ein Vergleich der Kurven 12 und 13 zeigt, dass bei einem 0, 4 kMHz breiten Frequenzband mit einer Bandmittenfrequenz fB von 4,2 kMHz die Hinzufügung der Resonatoren die Dämpfung um etwa 3 Dezibel und die Abweichung vom liorizontalenfreeuenzgang um etwa 1/4 dieses Betrages verminderte. Es ist ferner zu beachten, dass sich ein zweites Übertragungsband mit im wesentlichen horizontalem Frequenzgang ergibt, dessen Bandmitteufrequenz bei fC liegt und in dem die Dämpfung sogar noch niedriger als bei der Frequenz fB ist.
Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausfuhrungsform eines gerichteten Kopplungsgliedes mit kreisförmigen Kopplungsöffnungen 15 in der gemeinsamen Wandung 16 zwischen den Hohlleitern 4 und 5. Wie deutlicher aus dem Querschnitt in Fig. 3 hervorgeht, ist in jede der Öffnungen 15 ein dielektrischer Ring 17 eingepasst. Innerhalb des Ringes 17 befindet sich noch ein leitender Ring 18. Die Ringe 17 und 18 werden durch zwei Streifen aus Isoliermaterial 19 und 20 in der Lage gehalten, die an den gegenüberliegenden Seiten der Wandung 16 angeordnet und mit dieser durch irgendwelche geeignete Mittel verbunden sind. In Fig. 2 ist ein Teil des Streifens 20 weggelassen worden, um die erste Öffnung 15 und die zugehörigen Ringe 17 und 18 freizulegen.
Um eine dem Kurvenverlauf 13 entsprechende Kopplungscharakteristik mit einer ho-
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ten Frequenz bemessen. Die Breite des Sperrbereiches und der Verlauf der Charakteristik bei den andern Frequenzen hängen weitgehend vom Innendurchmesser D des Ringes 18 ab. Wenn der Innendurchmesser D kleiner gemacht wird, so wird der Sperrbereich breiter. Das Vorhandensein des dielektrischen Ringes 17 und der dielektrischen Streifen 19 und 20 erhöht wirkungsmässig sowohl den Innen- als auch den Aussendurchmesser des leitendenRinges 18 etwas und beeinflusst dadurch den Verlauf der Charakteristik in einem Ausmass, das von den dielektrischen Konstanten des verwendeten Materials abhängt.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Kopplungsglieder nur Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen und im Rahmen der Erfindung verschiedene Abwandlungen zulassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hohlleiter-Kopplungsglied für die Übertragung eines breiten Bandes elektromagnetischer Weller von einem Hohlleiter in einen andern, bei dem in einer beiden Hohlleitern gemeinsamen Wandung zumindest eine Öffnung vorgesehen und dieser Öffnung ein Resonator zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator mit dem Feld in der eine elektromagnetische Kopplung bewirkenden Öffnung gekoppelt und so bemessen ist, dass er bei einer ausserhalb des zu übertragenden Bandes liegenden Frequenz eine Antiresonanzstelle aufweist.