DE1011018B

DE1011018B - Resonanzrichtungskoppler und daraus aufgebaute Filterwiche, insbesondere fuer Millimeterwellen

Info

Publication number: DE1011018B
Application number: DEM31075A
Authority: DE
Inventors: Georges Robert Pierre Marie
Original assignee: Marie G R P
Current assignee: Marie G R P
Priority date: 1955-07-27
Filing date: 1956-07-12
Publication date: 1957-06-27
Also published as: GB811010A; FR1130276A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Resonanzrichtungskoppler, der sich insbesondere zur Übertragung von elektromagnetischen Millimeterwellen eignet. Er dient dazu, einen von einem Sender oder Empfänger ausgehenden Rechteckhohlleiter mit einem Rundhohlleiter zu koppeln, in dem sich eine elektromagnetische Welle vom Typ H₀₁, insbeondere auf große Entfernung, fortpflanzt.

Der Erfinder hat bereits Richtungskoppler zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Rundhohlleiter vorgeschlagen, in welchem sich die Wellen als H_u-Wellen fortpflanzen. Diese Koppler, die dann geeignet sind, wenn die Welle sich im Hohlleiter auf kurze Entfernung überträgt, sind nicht brauchbar, wenn die Welle im Rundhohlleiter sich auf große Entfernungen fortpflanzen soll. Man weiß, daß in einem langen Rundhohlleiter die Erregung des Wellentyps H₀₁ zweckmäßig ist, da er eine geringere Abschwächung hat als die anderen Wellentypen und da die Abschwächung mit der Frequenz abnimmt.

Der Richtungskoppler gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des vom Sender oder Empfänger ausgehenden Rechteckhohlleiters und des für die Fortpflanzung der Wellen auf große Entfernung dienenden Rundhohlleiters parallel auf der für die Kopplung benutzten Länge verlaufen und daß sie durch zwei durch in sich selbst geschlossene Rechteckhohlleiter gebildete Resonatoren gleicher Abmessungen verbunden sind. Die Rechteckhohlleiter haben zwei gerade und zwei halbkreisförmig gebogene Teile. Diese Resonatoren werden im folgenden »Ringhohlleiter« genannt. Die geraden Teile der Resonatoren sind richtungsgekoppelt, und zwar der eine Teil mit dem Rechteckhohlleiter, der andere Teil mit dem Rundhohlleiter. In Richtung der Achsen des Rechteckhohlleiters und des Rundhohlleiters sind die beiden Resonatoren um ein Viertel der Länge der geleiteten_% Welle gegeneinander versetzt, um den jeweiligen Phasenverhältnissen bei den verschiedenen Wellentypen Rechnung zu tragen. Die mittlere Länge der beiden Resonatoren beträgt genau ein Mehrfaches der Wellenlänge. Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Richtungskoppler gemäß der Erfindung senkrecht zu den parallelen Achsen des Rundhohlleiters und des mit ihm zu koppelnden Rechteckhohlleiters,

Fig. 2 und 3 Längsschnitte durch den Richtungskoppler in der Ebene der Längsachsen des Rundhohlleiters und des Rechteckhohlleiters,

Fig. 4 die schematische Anordnung der Ringresonatoren relativ zu dem Rechteckhohlleiter und zu dem Rundhohlleiter, mit denen sie gekoppelt sind,

Fig. 5 einen Koppler mit mehreren Paaren parallel zueinander liegender Ringresonatoren,

Resonanzrichtungskoppler und daraus

aufgebaute Filterwiche, insbesondere

für Millimeterwellen

Anmelder:
Georges Robert Pierre Marie, Paris

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart, Kienestr. 33

Beanspruchte Priorität
Frankreich vom 27. Juli 1955

Georges Robert Pierre Marie, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 6 mehrere Koppler gemäß der Erfindung mit einem einzigen Rundhohlleiter, die eine Filterweiche bilden,

Fig. 7 eine Abstimmvorrichtung für Ringresonatoren.

Um die für die Konstruktion im Bereich der Millimeterwellen notwendige Genauigkeit zu erhalten, ist das im folgenden beschriebene Modell ausschließlich aus gefrästen und durch Schrauben zusammengehaltenen Teilen gebaut. Jedoch ist diese besondere Art der Herstellung kein spezielles Kennzeichen der Erfindung.

Wenn man von den Abstimmorganen absieht, besteht der Richtungskoppler gemäß der Erfindung aus den fünf Hauptteilen 1 bis 5 der Fig. 1. Die Einzelteile umschließen Aussparungen, durch die der Rundhohlleiter 6, der Rechteckhohlleiter 7 und die Ringhohlleiter 8 und 9 gebildet werden.

Zwischen den Teilen 1 und 2 befindet sich ein zylindrisches Loch 6, das den Rundhohlleiter bildet, in dem sich die Wellen vom Typ H₀₁ fortpflanzen, das für die Ausbreitung auf große Entfernung benutzt wird. Die einander gegenüberliegenden ebenen Flächen 10 der Teile 1 und 2, die in Fig. 2 in einem gewissen Abstand voneinander dargestellt sind, werden mittels Schrauben fest miteinander verbunden.

Auf einer gewissen Länge der ebenen Flächen 10 sind Aussparungen 12 angebracht, die, wenn die Teile 1 und 2 zusammengefügt sind, die Schlitze 13 und 14 bilden (vgl. Fig. 1).

Die Enden der zylindrischen Bohrung 6 sind mit Schraubengewinden 15 und 16 versehen, die zur Verbin-

709 550/306

1 Oll 018

dung mit den Rundhohlleitern dienen, in denen sich die Welle vom Typ H₀₁ für die Ausbreitung auf große Entfernung fortpflanzt.

Zwischen den Teilen 1 und 3 ist eine rechteckige Aussparung? angebracht, die an den von der Vorrichtung ausgehenden Leiter angeschlossen wird. Zweckmäßigerweise wird man den Rechteckhohlleiter, von dem drei Wände 17 in Fig. 3 dargestellt sind, durch Löten mit dem Teil 3 verbinden. In Fig. 3 ist ein Längsschnitt des Rechteckhohlleiters 7 dargestellt.

Die Teile 1 und 3 berühren sich lediglich an den ebenen Flächen 18 (Fig. 2 und 3). Zwischen den ebenen Flächen 19 bleibt ein kleiner Zwischenraum, der die Schlitze 23 und 24 der Fig. 1 bildet.

Die Wellen, die die Querschnittsflächen 29 und 30 durchlaufen haben, pflanzen sich weiter fort und gelangen mit der entgegengesetzten Phase zu den Schlitzen 13 und 14, so wie es erforderlich ist, um den Wellentyp H₀₁ in dem Rundhohlleiter 6 zu erregen. Die Schlitze 13 und 14 wirken als Richtungskoppler, und die Energie, die durch die Querschnittsflächen 29 und 30 ankommt, teilt sich zwischen der in dem Rundhohlleiter 6 erregten WeIIeH₀₁ und den Wellen, die sich in den Leitern 8

ίο und 9 weiter fortpflanzen und an den in der Ebene M₁' liegenden Querschnittsflächen 31 und 32 dieser Leiter mit einer Intensität ^₁ ankommen.

Definitionsgemäß wird die Intensität r_x durch eine komplexe Zahl ausgedrückt, deren Modul die Quadrat-

Die Schlitze 13 und 23 sowie 14 und 24 haben die Länge 15 wurzel aus dem gesamten Energiefluß durch die Quereines Mehrfachen der Wellenlänge und koppeln richtungs- schnittsflächen 31 und 32 ist und deren Argument gleich

dem Phasenmittel in diesen Querschnitten ist.

mäßig die oben beschriebenen Rechteckhohlleiter und Rundhohlleiter mit den Ringhohlleitern 8 und 9, die durch in sich geschlossene Rechteckhohlleiter gebildet werden.

Diese Ringhohlleiter werden durch je zwei Aussparungen gebildet, deren Mittelebene mit den Breitseiten des Kopplerkörpers zusammenfällt. Die eine der Höhlungen ist in den durch die Einzelteile 1, 2 und 3 gebildeten Block eingefräst. Der Block wird durch die Schrauben 11 zusammengefügt. Die andere Höhlung ist in die Ansatzstücke 4 und 5 eingefräst. Diese Ansatzstücke sind mit den Einzelteilen 1,2 und 3 durch Schrauben 20 verbunden.

In Fig. 4 sind in ausgezogenen Linien 21 die Projektionen der Mittelschnittlinien 22 und 25 der Breitseiten des Resonators 9 auf die Vertikalebene 4-4 der Fig. 1 dargestellt. In der gleichen Figur sind mit dicken gestrichelten Linien 26 die Projektionen der Mittelschnittlinien 27 und 28 der Breitseiten des Resonators 8 auf die Es sei i_a die Intensität der so durch die Querschnittsfläche 33 in der Ebene M₂ in dem Rundhohlleiter 6 emittierten Welle, wobei diese Intensität entsprechend definiert ist.

Wenn man in den Rundhohlleiter durch die Querschnittsfläche 34 in der Ebene M₂' eine Welle mit der Intensität r₂ leitet, so verstärkt ihre Energie die Wellen mit der Intensität t_z und r_x.

In seiner bereits angeführten Monographie zeigt der Erfinder, daß die Matrizengleichung,

= Γ

welche die Intensitäten t_x, r_x, t_z, r₂ verbindet, die gleiche

Vertikalebene 4-4 der Fig. 1 dargestellt. Die ausgezogene 35 ist wie diejenige, die für die durchgelassenen und reflek-Linie 21 deckt zum Teil die gestrichelte Linie 26. Die tierten Anteile der Gesamtintensität optischer Wellen

Schlitze 13 und 14 einerseits und 23 und 24 anderseits, die die gleichen Projektionen haben, sind in ausgezogenen Linien dargestellt.

Die Begrenzungen der Leiter 6 und 7 sind mit dünnen gestrichelten Linien dargestellt.

Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, sind die beiden Ringhohlleiter 8 und 9 um eine Viertelwellenlänge (/l_ff/4) gegeneinander versetzt.

Mit M₀, M₀', M₁, M₁, M₂, M₂' sind die Leiterquerschnittsflächen bezeichnet, in denen die komplexen Intensitäten der Wellen gemessen werden.

Gemäß der Theorie, die von dem Erfinder im einzelnen in seiner Monographie mit dem Titel »Theorie et applications des biquadriondes« dargestellt ist, wird die Energie einer Welle der Intensität t₀, die durch die Querschnittsfläche M₀ des Rechteckhohlleiters 7 hindurchgeht, in zwei Teile gespalten. Der eine Teil pflanzt sich in dem Rechteckhohlleiter 7 weiter fort und kommt mit der Intensität r₀ in der Querschnittsfläche M₀' an. Der andere Teil gelangt durch die als Richtungskoppler wirkenden Schlitze 23 und 24 in den geradlinigen oberen Teil der Resonatoren 8 und 9 und pflanzt sich zu den in der Horizontalebene M₁ liegenden Querschnittsflächen 29 und 30 der Resonatoren 8 und 9 fort. Die in diesen Querschnittsflächen ankommenden Wellen sind um 90° phasenverschoben, da sie phasengerecht durch die Schlitze 23 und 24 hindurch erregt wurden und da die Resonatoren um A_ff/4 gegeneinander versetzt sind.

I_x sei die Gesamtintensität, die die Ebene M₁ durch die Leiterquerschnittsflächen 29 und 30 durchläuft. Definitionsgemäß ist t_x eine komplexe Zahl, deren Modul die Quadratwurzel des gesamten Energieflusses durch die Querschnittsflächen 29 und 30 ist und deren Argument das Phasenmittel in diesen Querschnittsflächen ist.

beim Autoreifen auf eine halbreflektierende, nicht streuende Ebene.

Ebenso verstärkt die Energie, die der Gesamtintensität r_x der die Querschnitte 31 und 32 durchlaufenden Wellen entspricht, die Wellen mit der Intensität r₀ und t_v Zwischen den Gesamtintensitäten t₀, r₀, t_x, r_x besteht eine Matrizengleichung analog der vorstehenden:

= Γ

Wenn man zwei halbreflektierende Ebenen parallel anordnet, um ein Interferometer nach Perot und Fabry zu bilden, so durchlaufen diejenigen Wellen, deren Frequenz der Resonanzfrequenz des zwischen den beiden Platten befindlichen Resonators entspricht, das Interferometer, während die anderen reflektiert werden. Das gleiche ist der Fall bei dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Resonanzrichtungskoppler. Wenn die Energie in der Form einer Welle mit der Intensität t₀ eintritt, so findet sich die gesamte Energie in der Welle mit der Intensität i_a wieder, wenn die Frequenz in der Nähe einer Resonanzfrequenz der Resonatoren 8 und 9 hegt. Die Energie pflanzt sich weiterhin fort in Form einer Welle mit der Intensität r₂, wenn ihre Frequenz zu stark von dieser letzteren abweicht. Die verschiedenen Resonanzfrequenzen der Resonatoren lassen sich berechnen, wenn man davon ausgeht, daß die mittlere Länge des in sich geschlossenen Ringhohlleiters gleich der Wellenlänge multipliziert mit einer ganzen Zahl ist.

1 Oil

Es ist bereits vom Erfinder vorgeschlagen, daß mehrere Resonanzrichtungskoppler parallel zwischen zwei Leitern angeordnet werden können zwecks Erzielung einer besseren Filterwirkung.

Ebenso können hier, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, zwei Paare von Ringresonatoren 35/36 und 37/38 einen Rechteckhohlleiter 7 mit einem Rundhohlleiter 6 koppeln. Die beiden Resonatoren 35 und 36 sind dabei auf dieselbe Frequenz abgestimmt und um A_gj4 gegeneinander versetzt, und die beiden Resonatoren 37 und 38 sind auf eine andere Frequenz abgestimmt. Man kann auf diese Weise zu sehr breiten Frequenzbändern übergehen, indem man dafür sorgt, daß die Resonanzfrequenzen f-y, f_a---fn d^ßs ersten Resonatorenpaares 35 und 36 und die Resonanzfrequenzen f{, f₂', ... f_n' des zweiten Resonatorenpaares 37 und 38 ineinanderliegen und daß die Bandbreiten der Resonanzen gleich dem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Resonanzen sind.

Fig. 6 zeigt in schematischer Weise drei Richtungskoppler 39, 40 und 41 mit Filtereigenschaft, die auf einer Seite an ein und denselben Rundhohlleiter 42 und auf der anderen Seite an Rechteckhohlleiter 57, 58 bzw. 59 gekoppelt sind. Die Resonatorpaare 43 und 44 des Kopplers 39, die Resonatorpaare 45 und 46 des Kopplers 40 und die Resonatorpaare 47 und 48 des Kopplers 41 sind auf 35 100, 35 200 bzw. 35 300 MHz abgestimmt und umfassen Bänder von etwa 40 MHz.

Am Ende 49 des Leiters 42 treten Wellen mit einer Frequenz von über 35 000 MHz ein. Die Empfänger 50 und 51 dienen zum Empfang der Bänder 35 080 bis 35 120 MHz und 35 180 bis 35 220 MHz.

Der Sender 52 sendet in Richtung auf das Ende 49 Wellen des Bandes 35 280 bis 35 320 MHz. Mit ein und demselben Rundhohlleiter 42 sind auf diese Weise eine Anzahl von Sendern und Empfängern verbunden, die sich in das Band von mehreren tausend Megahertz teilen, die der Rundhohlleiter übertragen kann. 53 bis 56 bezeichnen reflexionsfreie Abschlüsse.

Im vorhergehenden ist jeweils angenommen, daß die Resonatoren fest abgestimmt sind. In der Praxis ist es nötig, diese Abstimmungen zu justieren. Fig. 7 zeigt eine diesem Zweck dienende Vorrichtung. 60 stellt einen Längsschnitt durch einen der Resonatoren in der Ebene der Breitseiten dar. 61 ist ein Blättchen aus metallischem oder dielektrischem Werkstoff, das man durch Betätigen des Rändelknopfes 63 mittels der Schraube 62 verschieben kann.

In der Beschreibung ist angenommen, daß die Kopplungsorgane Schlitze sind. Diese Schlitze können selbstverständlich durch in einer Linie liegende Löcher ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Resonanzrichtungskoppler, insbesondere für Millimeterwellen, der dazu dient, vom Sender oder Empfänger für elektromagnetische Energie ausgehende Rechteckhohlleiter an einen Rundhohlleiter zu koppeln, in dem sich diese Energie, insbesondere auf große Entfernung, als H₀₁-WeIIe fortpflanzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Rechteckhohlleiters und des Rundhohlleiters auf der für die Kopplung benutzten Strecke parallel verlaufen, daß diese Hohlleiter durch zwei Ringresonatoren gleicher Abmessungen miteinander verbunden sind, die durch in sich selbst geschlossene Rechteckhohlleiter gebildet werden, die jeder zwei gerade Teile und zwei halbkreisförmig gebogene Teile aufweisen, wobei die geraden Teile der Resonatoren richtungsgekoppelt sind, und zwar der eine Teil mit dem Rechteckhohlleiter, der andere mit dem Rundhohlleiter, daß die beiden Resonatoren in der Richtung der Achsen des Rechteck- und Rundhohlleiters um ein Viertel der Länge derjenigen Welle gegeneinander versetzt sind, die in der gemeinsamen Achsrichtung des Rechteckhohlleiters und des Rundhohlleiters geleitet wird, und daß die mittlere Länge der beiden Resonatoren genau ein Mehrfaches der Wellenlänge in dem Leiter für eine Welle mit vorgegebener Frequenz beträgt.

2. Filterweiche mit mehreren Resonanzrichtungskopplern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen gemeinsamen Rundhohlleiter besitzt, in welchem sich eine elektromagnetische Energie mit breitem Frequenzband für mehrere Nachrichtenkanäle als H₀₁-WeIIe ausbreitet, des weiteren zwei Ringleiter für jeden Kanal aufweist, die mit dem gemeinsamen Rundhohlleiter richtungsgekoppelt sind und eine Resonanzfrequenz haben, die in der Nähe der mittleren Frequenz des Kanals liegt, und ebenso viele Rechteckhohlleiter wie Kanäle, die mit den zu diesen Kanälen gehörigen Ringleitern richtungsgekoppelt sind.

3. Filterweiche mit mehreren Resonanzrichtungskopplern nach Anspruch 1 mit einem gemeinsamen Rundhohlleiter, in welchem sich eine elektromagnetische Energie mit breitem Frequenzband für mehrere Nachrichtenkanäle als H₀₁-WeIIe ausbreitet, mit mehreren Ringleiterpaaren für jeden Kanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterweiche für jedes Resonatorpaar Resonanzfrequenzen besitzt, die über die ganze von dem Kanal eingenommene Bandbreite verteilt sind, und so viele Rechteckhohlleiter besitzt, wie Kanäle vorhanden sind, die mit den zu diesem Kanal gehörigen Ringresonatoren richtungsgekoppelt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen