DE1016783B

DE1016783B - Resonanzrichtungskoppler mit zylindrischen Resonanzhohlraeumen und Schlitzkopplung und daraus aufgebaute Frequenzweiche

Info

Publication number: DE1016783B
Application number: DEM30954A
Authority: DE
Inventors: Georges Robert Pierre Marie
Original assignee: Marie G R P
Current assignee: Marie G R P
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1956-06-28
Publication date: 1957-10-03
Also published as: BE549131A; US2939093A; GB800056A; FR1130270A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Resonanzrichtungskoppler.

Es sind bereits Richtungskoppler bekannt, die aus zwei gleichartigen Rechteckhohlleitern und aus einem Rundhohlleiter bestehen, der die Rechteckhohlleiter dergestalt miteinander verbindet, daß die elektromagnetische Energie einer sich in einem der Rechteckhohlleiter in einem vorgegebenen Sinne fortpflanzenden Welle des Typs H₀₁ im Bereich der Verbindung zwischen Rechteckhohlleiter und Rundhohlleiter in zwei Teile geteilt wird. Der erste Teil dieser Welle pflanzt sich jenseits der Verbindung zwischen Rechteckhohlleiter und Rundhohlleiter weiter fort. Der zweite Teil dieser Energie strahlt in den Rundhohlleiter vermittels einer besonderen ersten Kopplung in Form einer zirkulär polarisierten Welle, die aus zwei senkrecht polarisierten und um 90° phasenverschobenen Wellen der Gattung H₁₁ besteht. Diese zirkulär polarisierte Welle strahlt Energie in den zweiten Rechteckhohlleiter vermittels einer zweiten, der ersten ähnlichen Kopplung, und diese Energie pflanzt sich als H₀₁-WeIIe in einem Sinne fort, der von der Fortpflanzungsrichtung im ersten Rechteckhohlleiter abhängt.

Bei einer derartigen Vorrichtung kann die Richtung des zweiten Rechteckhohlleiters relativ zu dem ersten beliebig um die Achse des Rundhohlleiters geschwenkt werden. Zu diesem Zwecke kann z. B. der Rundhohlleiter aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, die ineinander drehbar gelagert sind, wobei das eine mit dem ersten Rechteckhohlleiter und das zweite mit dem zweiten Rechteckhohlleiter fest verbunden ist.

In diesen Kopplern wird die Kopplung zwischen jedem Rechteckhohlleiter und dem Rundhohlleiter durch gekreuzte Schlitze bewirkt, deren Schnittpunkt auf der Achse des Rundhohlleiters, jedoch stark exzentrisch zur Achse des Rechteckhohlleiters liegt, und zwar um die

Strecke (— x₀ , so daß

Resonanzrichtungskoppler

mit zylindrischen Resonanzhohlräumen

und Schlitzkopplung und daraus

aufgebaute Frequenzweiche

Anmelder:
Georges Robert Pierre Marie, Paris

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

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. Juni 1955

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

die Hohlleiter gleichzeitig als Träger für die anderen Bauelemente verwendet werden, zumal ein symmetrischer Aufbau eine größere Festigkeit und Stabilität gewährt.

Schließlich ist die exzentrische Anordnung besonders dann hinderlich, wenn der zweite Rechteckhohlleiter um die Achse des Rundhohlleiters geschwenkt werden soll. Außerdem ergibt die Wahl der symmetrischen Kreuzschlitze für die Kopplung, wenn der Rechteckhohlleiter eine vorgegebene Breite α hat, für das Verhältnis der

Höhe zur Breite (—) der Rechteckhohlleiter ungünstige

In dieser Gleichung ist α die Länge der Breitseite des Rechteckleiters und λ_Β die Wellenlänge in dem Rechteckhohlleiter. X₀ ist die Entfernung der Mittelpunkte der Schlitze vom Rand der Rechteckhohlleiter.

Hieraus ergibt sich, daß die bisher verwendeten Richtungskoppler aus zwei gleichen Rechteckhohlleitern bestehen, die durch einen Rundhohlleiter miteinander verbunden sind, dessen Achse außerhalb der durch die Achsen der beiden Rechteckhohlleiter gelegten Symmetrieebene liegt.

Diese stark exzentrische Anordnung kann Unzuträglichkeiten mit sich bringen, insbesondere bei der Herstellung von Einheiten, bei denen — wie meist üblich —

Werte, und zwar in dem Sinne, daß dieses Verhältnis stark von dem entsprechenden Wert der genormten Hohlleiter abweicht, so daß zum Anschluß des Richtungskopplers an genormte Hohlleiter Übergangsteile verwendet werden müssen, die man in jedem Sonderfall besonders berechnen muß, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden.

Bei dem erfindungsgemäßen Richtungskoppler schneiden sich dagegen die Achsen der Rechteckhohlleiter und des Rundhohlleiters oder liegen doch sehr nahe beieinander, so daß man in Verbindung mit anderen Bauteilen standfeste symmetrische Einheiten aufbauen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Richtungskoppler können die Höhe b und die Breite α der rechteckigen Hohlleiter einen solchen Wert haben, daß beim Anschluß an einen genormten Hohlleiter ein besonderes Zwischenstück vermieden wird.

709: 699/288

Man kennt bereits Kopplungsvorrichtungen zwischen zwei Hohlleitern, die aus zwei getrennten, rechtwinklig zueinander stehenden Schlitzen bestehen. Diese bekannten Vorrichtungen dienen aber nur dazu, durch eine linear polarisierte Welle in einem ersten Hohlleiter eine ebenfaÜs linear polarisierte Welle in einem zweiten Hohlleiter zu erzeugen, dessen Richtung relativ zu dem ersten festliegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt dagegen system besteht aus je zwei getrennten Schlitzen 22 und 23, von denen der eine in der Längsrichtung der Rechteckhohlleiter und der andere quer zur Längsrichtung der Rechteckhohlleiter verläuft und jeder Schlitz auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Mittelachsen 20 und 21 der einander zugewandten Breitseiten dieser Leiter liegt.

Metallische Anpassungsplättchen 24, die eine sehr wichtige, im folgenden zu erläuternde Rolle spielen, sind

In Fig. 3 ist die Anordnung der Schlitze 22 und 23 in bezug auf die parallel zur Achse 20 des Rechteckhohlleiters 15 verlaufende Achse 0„ und auf die senkrecht

aus einer linear polarisierten Welle in einem Rechteck- io in den Rechteckhohlleitern parallel zur Breitseite und hohlleiter eine zirkulär polarisierte Welle in dem mit gegenüber den Längsschlitzen 22 angebracht,
ihm gekoppelten Rundhohlleiter, so daß am Ausgang des
in ähnlicher Weise gekoppelten zweiten Rechteckhohlleiters eine linear polarisierte Welle resultiert. Diese Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß der zweite Hohlleiter 15 dazu verlaufende Achse O^ dargestellt. Der Punkt 0 ist beliebig ausgerichtet oder verschwenkt werden kann. die Projektion der Achse 19 des Rundhohlleiters 18. Bei einem Resonanzrichtungskoppler, bestehend aus Wenn man die Abszisse der Seite 25 des Rechteckzwei Rechteckhohlleitern und einem dazwischenliegenden hohlleiters 15 mit — X₀ und die Abszisse der Seite 26 des Rundhohlleiter, mit dem die Rechteckhohlleiter durch Rechteckhohlleiters mit a — X₀ bezeichnet, mit X₁ die Schlitze so gekoppelt sind, daß eine in einem ersten Recht- 20 Entfernung von 0 zum Mittelpunkt des Schlitzes 22 und eckhohlleiter einfallende linear polarisierte Welle in dem mit x₂ die Entfernung von 0 zum Mittelpunkt des Schiit-Rundhohlleiter eine zirkulär polarisierte Welle erzeugt, zes 23, so bestehen, wie durch eine mathematische Abdie wiederum im zweiten Rechteckhohlleiter eine linear leitung bewiesen werden kann, zwischen den sechs polarisierte Welle ergibt, werden erfindungsgemäß die Größen x₀, X₁, x₂, a, b, D drei Gleichungen, und man kann getrennten, zueinander senkrechten Kopplungsschlitze 25 daher drei Bedingungen beliebig wählen,
beiderseits der Symmetrieebene der Rechteckhohlleiter Die erste dieser Bedingungen, die eine einwandfreie angeordnet, und zwar der eine parallel zur Längsachse Herstellung und ein einwandfreies Arbeiten des Kopplers des Rechteckleiters und im Abstand X₁ von der ent- ermöglicht, besteht darin, die Grenzwellenlänge X_cr für sprechenden Rechteckhohlleiterachse und der zweite die Welle H₀₁ in dem Rechteckhohlleiter annähernd senkrecht dazu mit seinem Mittelpunkt auf der anderen 30 gleich der Grenzwellenlänge X_cC für die Welle H₁₁ in dem Seite und im Abstand X₂ von dieser Achse, wobei X₁ und Rundhohlleiter zu bemessen, woraus sich ergibt:

X₂ so bemessen sind, daß die Rundhohlleiterachse und die Achsen der Rechteckhohlleiter sich schneiden oder doch sehr nahe beieinander liegen und die Größen X₁ und x_% durch die Gleichung X₁ == 1,76 · x_% miteinander verbunden sind.

Alles nähere über die Erfindung ergibt sich aus der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Richtungskoppler der bisher bekannten Art,

Fig. 2 einen Richtungskoppler gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Rundhohlleiter der Fig. 2 mit Aufsicht auf einen Rechteckleiter,

Fig. 4 eine Filterweiche mit mehreren Kopplern des Typs der Fig. 2.

In Fig. 1, die einen Richtungskoppler der bekannten Art darstellt, ist 1 der erste Rechteckhohlleiter, 2 der zweite Rechteckhohlleiter, 9 der Rundhohlleiter. 3 und 4 sind die Kopplungsschlitze, 5 und 7 die Öffnungen des Leiters 1, 6 und 8 die Öffnungen des Leiters 2. Die Entfernung der Mittelpunkte der Schlitze 3 und 4 vom Rand der Rechteckhohlleiter ist gemäß der Gleichung (1) X₀. Die Mittelpunkte dieser Schlitze liegen auf der Achse 10 des Rundhohlleiters.

Die Querschnittsabmessungen der Rechteckhohlleiter sind mit α und b bezeichnet (a > b), und der Durchmesser des Rundhohlleiters ist mit D bezeichnet. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Achse 10 nicht die Mittelachsen 11 und 12 der Rechteckhohlleiterbreitseiten schneidet und daß die Teile 13 und 14 der Grundflächen des Rundhohlleiters über die Ränder der Breitseiten der Rechteckhohlleiter hinausragen. Selbstverständlich müssen diese Teile 13 und 14 durch metallische Böden verschlossen werden.

In Fig. 2 ist ein Richtungskoppler gemäß der Erfindung -dargestellt. Er besteht aus zwei Rechteckhohlleitern 15 und 16 und einem Rundhohlleiter 18, dessen Achse 19 die Mittelachsen 20 und 21 der einander zugewandten Rechteckhohlleiterbreitseiten schneidet. Das 2 a = 1,706 D.

(2)

Aus der Gleichung (2) ergibt sich demnach, daß der Quotient — für ein einwandfreies Arbeiten des Kopplers

unabhängig von der Frequenz ist. Als zweite und dritte Bedingung kann man in einer ersten Hypothese setzen

X₁ = X₂ = O, (3)

d. h. die Rechteckschlitze so wählen, daß sie konzentrisch liegen und daher sich kreuzen. Man erhält dann

■sin

πχ_α

2a

1
1,94 \ 2 a

(4)

In dieser Gleichung ist λ die Wellenlänge im Vakuum der sich in den Leitern fortpflanzenden Welle. In Anbetracht der bekannten Gleichung

2a

ist die erste Formel (4) gleich der Formel (1), und das System der vorbeschriebenen Schlitze entspricht dem System bei den bereits bekannten Kopplern. Wie weiter unten an einem Beispiel gezeigt wird, ergibt

die Gleichung (4) für den Quotienten — geringere Werte als diejenigen der bekannten Rechteckhohlleiter. Man

wäre daher gezwungen, b durch eine Veränderung der Lage der Schlitze zu verkleinern, was mit konstruktiven Schlitz- 70 Schwierigkeiten verbunden ist.

Man kann schließlich gemäß einer zweiten Hypothese als zweite Bedingung fordern, daß

*o = f (5)

ist, d.h., die Längsachsen der Breitseiten der Rechteckhohlleiter und des Rundhohlleiters müssen sich schneiden (das ist der Fall bei dem Beispiel gemäß Fig. 3, wo die Achse Oy sich in der Mitte zwischen den Schmalseiten 25 und 26 befindet, d. h. mit der Mittelachse 20 zusammenfällt).

Man erhält nun die folgenden Ergebnisse als Funktion

des Quotienten	X₂ a
X₁ =	= ■—
b _
. ;
- 1,76*2
1

1,94

cos

71*2

²A

πχ₂

(6)

2a

cos

π x₉

COS^

π Xp

sin²1,76 ■

π χ.

In dieser Gleichung ist J₁ die Ableitung der Bessel-Funktion erster Ordnung. Mit den Formeln (6) kann man

X₁, X₂ und b für einen gegebenen Wert des Quotienten ——

(X

3°

bestimmen.

Es sei angenommen, man wolle einen Richtungskoppler herstellen, der ein Frequenzband zwischen (3750 _ 10) MHz und (3750 + 10) MHz durchläßt, was einer mittleren Wellenlänge im freien Raum von λ = 80,6 mm entspricht. Für diese Wellenlänge wählt man üblicherweise einen Rechteckhohlleiter mit einer Breitseite

a = -η=- = 57 mm.

Die Abmessungen des Kopplungssystems sind bei der ersten Hypothese die folgenden:

D = 66,8 mm

X₀ = 14,25 mm

δ = 14,7 mm.

Bei der zweiten Hypothese, die der vorliegenden Erfindung entspricht, wird die letzte der Gleichungen (6),

da a = ^₁-- ist,

40

45

cos

π *o

= sin 1,76

π x«

woraus sich ergibt:

5,52

55

Das Kopplungssystem hat jetzt die folgenden Abmessungen :

D = 66,8 mm

X₁ = 18,2 mm

x₂ = 10,3 mm
b = 26,6 mm.

Bei der ersten Hypothese ist — = 0,25, während bei

der zweiten Hypothese — = 0,47 ist.

Dies ist ein durchaus annehmbarer Wert; denn bei den Rechteckhohlleitern üblicher Ausführung liegt der Quotient — im allgemeinen zwischen 0,4 und 0,5.

Dieser Fall ist also unter zwei Gesichtspunkten günstig, da er einmal symmetrische, also standfeste Formen ermöglicht, die besonders zweckmäßig sind, wenn die Hohlleiter als Trägerelemente dienen sollen oder wenn einer der Rechteckhohlleiter in bezug auf den anderen geschwenkt werden soll, und da er zum anderen günstige

Werte für — ergibt.

Schließlich zeigen die Berechnungen sowie die Erfahrung, daß man bei der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung eine gute Breitbandanpassung erhalten kann, wenn dünne metallische Anpassungsplättchen parallel zu den Breitseiten der Rechteckhohlleiter und gegenüber den Längsschlitzen angebracht werden.

Der genaue Anbringungsort dieser Anpassungsplättchen 24 muß durch Ausprobieren ermittelt werden. Im Falle des vorhergehenden Beispiels, wo b = 26,6 mm ist, sind die Plättchen etwa 3 mm unterhalb der Schlitze 22, das ist etwa ein Achtel der Größe b, angebracht und erstrecken sich bis zur Achse der Schlitze 22, d. h., sie haben

eine Breite, die sehr nahe am Wert — X₁ liegt.

In Fig. 4 ist eine aus Richtungskopplern des Typs gemäß Fig. 2 bestehende Filterweiche dargestellt.

Die Energie fließt aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Antenne durch den Leiter 32, der durch einen reflexionsfreien Abschluß geschlossen ist, der z. B. die Form einer absorbierenden Platte 33 hat. Diese Energie wird durch eine Welle mit breitem Frequenzband gebildet, die zwei Teilwellenbänder oder Kanäle umfaßt.

Zwei Rundhohlleiter 29 und 29' sind mit dem Hauptleiter 32 durch die Schlitzsysteme 22-23 und 22'-23' vom Typ der Fig. 3 gekoppelt. Die Rundhohlleiter 29 und 29' sind mit Rechteckhohlleitern 27 und 27' durch gleiche Schlitzsysteme gekoppelt. Die Leiter 27 und 27' sind an einem ihrer Enden durch absorbierende Plättchen 28 und 28' belastet. Man erhält bei der Öffnung 30 des Leiters 27 die Energie, die dem ersten Kanal entspricht, und bei der Öffnung 30' des Leiters 27' die dem zweiten Kanal entsprechende Energie. Je vier Schrauben 31 und 31' sind in den Rundhohlleitern 29 und 29' angebracht, um die zylindrischen Resonanzhohlräume, die durch diese Rundhohlleiter gebildet werden, auf die mittleren Frequenzen des ersten und zweiten Kanals abzustimmen.

Claims

Patentansprüche:

1. Resonanzrichtungskoppler, bestehend aus zwei Rechteckhohlleitern und einem dazwischenliegenden Rundhohlleiter, mit dem die Rechteckhohlleiter durch Schlitze so gekoppelt sind, daß eine in einem ersten Rechteckhohlleiter einfallende linear polarisierte Welle in dem Rundhohlleiter eine zirkulär polarisierte Welle erzeugt, die wiederum im zweiten Rechteckhohlleiter eine linear polarisierte Welle ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten, zueinander senkrechten Kopplungsschlitze beiderseits der Symmetrieebene der Rechteckhohlleiter liegen, und zwar der eine parallel zur Längsachse des Rechteckleiters und im Abstand X₁ von der entsprechenden Rechteckhohlleiterachse und der zweite senkrecht dazu mit seinem Mittelpunkt auf der anderen Seite und im Abstand X₂ von dieser Achse, wobei X₁ und x₂ so bemessen sind, daß die Rundhohlleiterachse und die Achsen der Rechteckhohlleiter sich schneiden oder doch sehr nahe beieinander liegen und die Größen X₁ und x₂ durch die Gleichung % = 1,76
miteinander verbunden sind.

2. Richtungskoppler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rechteckhohlleitern und parallel zur Breitseite dieser Hohlleiter zur breitbandigen Anpassung Metallplättchen vorgesehen sind, die

in einer Höhe von etwa — über den Längsschlitzen

angeordnet sind und deren Breite so bemessen ist, daß sie etwa bis über die Mitte der Längsschlitze in den Hohlleiter hineinragen (b bedeutet die kleinere Quer-Schnittsabmessung des Hohlleiters).

3. Richtungskoppler gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß X₁ und X₂ so bemessen

sind, daß das Verhältnis — dem Wert der genormten

Hohlleiter entspricht.

4. Richtungskoppler gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Filter- oder Weichenelement ausgelegt ist, in dem x_z in Abhängigkeit von α etwa nach folgender Formel berechnet ist:

cos

π X₂

2a

cos²

· 3 Λ -τ!

+ sm²1,76

wobei I die mittlere Wellenlänge der durch den Koppler hindurchgehenden Welle bedeutet, (a bedeutet die größere Querschnittsabmessung des Hohlleiters).

5. Frequenzweiche für Mehrkanalverbindungen, bestehend aus mehreren Filter- und Weichenelementen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangshohlleiter (32), in dem ein aus mehreren Kanälen bestehendes breitbandiges Signal einfällt und der am Ende durch einen Boden mit absorbierenden Plättchen (33) abgeschlossen ist, mehrere mit Rechteckhohlleitern (27, 27') kombinierte Rundhohlleiter (29, 29') trägt, die mit dem ersten Rechteckhohlleiter auf verschiedene Kanäle (I, II) abgestimmte Filter bilden, wobei das eine Ende der Ausgangshohlleiter (27, 27') je durch einen Boden mit einem absorbierenden Plättchen (28, 28') abgeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 910 171;
französische Patentschrift Nr. 1 079 880.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen