DE102017110150A1

DE102017110150A1 - Waveguide arrangement for intersecting waveguides for the transmission of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE102017110150A1
Application number: DE102017110150.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Jost; Roland Reese; Holger Maune; Rolf Jakoby
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2018-11-15

Abstract

Eine Hohlleiteranordnung (1) für sich kreuzende Hohlleiter (2, 3) zur Übertragung elektromagnetischer Wellen weist ein Hohlleiterkreuzungselement (5) mit mindestens zwei Durchgangsöffnungspaaren auf, wobei jedes Durchgangsöffnungspaar auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlleiterkreuzungselements (5) angeordnete Durchgangsöffnungen (6, 7) aufweist, an denen sich jeweils ein gradlinig verlaufender Hohlleiterabschnitt (8, 9) anschließt. In dem Hohlleiterkreuzungselement (5) ist ein Führungselement (12) angeordnet, das aus einem Material mit einer höheren Permittivität als das daran mindestens abschnittsweise angrenzende Hohlleiterinnenraummaterial besteht, wobei das Führungselement (12) für jeden an das Hohlleiterkreuzungselement (5) angrenzenden Hohlleiterabschnitt (8, 9) einen in den Hohlleiterabschnitt (8, 9) hineinragenden Führungselementkopplungsfinger (13) mit einem sich verjüngenden Kopplungsfingerendbereich (14) aufweist. Eine sich durch einen Hohlleiterabschnitt (8, 9) zu dem Hohlleiterkreuzungselement (5) hin ausbreitende elektromagnetische Welle wird in dem Kopplungsfingerendbereich (14) in das Führungselement (12) eingekoppelt, über das Hohlleiterkreuzungselement (5) übertragen und an dem Kopplungsfingerendbereich (14) des gegenüberliegenden Führungselementskopplungsfingers (13) wieder aus dem Führungselement (12) in den gegenüberliegenden Hohlleiterabschnitt (9, 8) ausgekoppelt wird.A waveguide arrangement (1) for intersecting waveguides (2, 3) for transmitting electromagnetic waves has a waveguide intersection element (5) with at least two passage opening pairs, each passage opening pair having through openings (6, 7) arranged on opposite sides of the waveguide intersection element (5), at each of which a rectilinear waveguide section (8, 9) connects. In the waveguide crossing element (5) a guide element (12) is arranged, which consists of a material having a higher permittivity than the waveguide interior material adjoining thereto at least partially, wherein the guide element (12) for each waveguide section (8, 8) adjoining the waveguide intersection element (5). 9) comprises a guide element coupling finger (13) projecting into the waveguide section (8, 9) and having a tapered coupling finger end region (14). An electromagnetic wave propagating through a waveguide section (8, 9) toward the waveguide crossing element (5) is coupled into the guide element (12) in the coupling finger end region (14), transmitted via the waveguide crossing element (5) and received on the coupling finger end region (14) of the opposite guide element coupling finger (13) is again coupled out of the guide element (12) in the opposite waveguide section (9, 8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung für sich kreuzende Hohlleiter zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, wobei die Hohlleiter jeweils ein ein Hohlleiterinnenraummaterial umgebendes Wellenleiterelement aufweisen. Derartige Hohlleiteranordnungen werden beispielsweise für die Übertragung von elektromagnetischen Wellen innerhalb von Antenneneinrichtungen verwendet, die zum Aussenden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen verwendet werden können.The invention relates to a waveguide arrangement for intersecting waveguides for transmitting electromagnetic waves, wherein the waveguides each having a waveguide element surrounding a hollow waveguide interior material. Such waveguide arrangements are used, for example, for the transmission of electromagnetic waves within antenna devices which can be used to emit or receive electromagnetic waves.

Viele Hochfrequenzsysteme, die beispielsweise im Bereich der Satellitenkommunikation, bei Gruppenantennen oder im Bereich von abbildenden Radarsystemen zum Einsatz kommen, basieren auf Hohlleiterstrukturen, mit welchen elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich zwischen einigen kHz bis hin zu mehreren hundert GHz übertragen und eingesetzt werden. Dabei ist es oftmals erforderlich, dass verschiedene Übertragungswege bzw. Signalpfade mit einer sich kreuzenden Richtung bzw. mit einem sich kreuzenden Verlauf realisiert werden. Insbesondere bei Butler Matrizen werden mehrere Übertragungswege für elektromagnetische Wellen, die mit einer vorgegebenen Phasenlage relativ zueinander in einzelne Hohlleiter eingekoppelt werden, in geeigneter Weise miteinander gekoppelt, wobei eine Butler Matrix auch Abschnitte mit sich möglichst störungsfrei kreuzenden Übertragungswegen erfordert.Many high-frequency systems, which are used for example in the field of satellite communication, in array antennas or in the field of imaging radar systems, based on waveguide structures with which electromagnetic waves in a frequency range between several kHz up to several hundred GHz are transmitted and used. It is often necessary that different transmission paths or signal paths are realized with a crossing direction or with a crossing course. In particular, in Butler matrices several transmission paths for electromagnetic waves, which are coupled with a predetermined phase relative to each other in individual waveguides, coupled to each other in a suitable manner, wherein a Butler matrix also requires sections with as interference-free crossing paths.

Aus der Forschung sind verschiedene Hohlleiteranordnungen mit sich kreuzenden Hohlleitern bekannt, wobei die sich kreuzenden Abschnitte der Hohlleiter in verschiedenen Ebenen übereinander geführt werden. Derartige Hohlleiteranordnungen sind beispielsweise in J. Hirokawa, M. Furukawa, K. Tsunekawa and N. Goto „Double-Layer Structure of Rectangular Waveguides for Butler Matrix“, Microwave Conference, 2002, 32nd European, Milan, Italy, 2002, pp. 1-4, oder in J. Remez and R. Carmon, „Compact Designs of Waveguide Butler Matrices“ in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 5, no. 1, pp. 27-31, Dec. 2006, beschrieben. Die Ausgestaltung der Hohlleiteranordnungen in mehreren Ebenen ist konstruktiv sehr aufwändig und benötigt zudem vergleichsweise viel Platz.Various waveguide arrangements with intersecting waveguides are known from research, with the intersecting sections of the waveguides being superimposed in different planes. Such waveguide arrangements are described, for example, in J. Hirokawa, M. Furukawa, K. Tsunekawa and N. Goto "Double-Layer Structure of Rectangular Waveguides for Butler Matrix", Microwave Conference, 2002, 32nd European, Milan, Italy, 2002, pp. 1-4, or in J. Remez and R. Carmon, "Compact Designs of Waveguide Butler Matrices" in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 5, no. 1, pp. 27-31, Dec. 2006, described. The design of the waveguide arrangements in several levels is structurally very complex and also requires a comparatively large amount of space.

Es sind weiterhin vereinzelt Hohlleiteranordnungen beschrieben worden, bei denen sich die Übertragungswege in einer einzigen Übertragungsebene kreuzen bzw. durchdringen. Derartige Hohlleiteranordnungen sind beispielsweise in B. Piovano, L. Accatino, A. Angelucci, T. Jones, P. Capece and M. Votta „Design and Breadboarding of Wideband Nxn Butler Matrices For Multiport Amplifiers“ Microwave Conference, Brazil, 1993, SBMO International, 1993, pp. 175-180, oder in S. Yamamoto, J. Hirokawa and M. Ando „A single-layer hollow-waveguide 8-way Butler matrix“, 2005 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2005, Vol. 1A, pp. 647-650, oder in S. Yamamoto, J. Hirokawa and M. Ando „A beam switching slot array with a 4-way Butler matrix installed in a single layer post-wall waveguide“, 2002 IEEE Antennas and Propagation Society international Symposium, 2002, Vol 1, pp. 138-141 beschrieben. Eine dort jeweils beschriebene Hohlleiteranordnung benötigt aufwändige Kopplerstrukturen mit Koppelschlitzen oder mit anderen filigranen Strukturen, die nur mit einem großen Fertigungsaufwand hergestellt werden können. Zudem ermöglichen diese Hohlleiteranordnungen regelmäßig keine Kreuzung von in einem Winkel zueinander gerichteten Übertragungswegen, da die Signalpfade für diese Methode parallel zueinander angelegt sein müssen. Zur Realisierung einer Kreuzung benötigen diese Strukturen weiterhin einen sehr großen Bauraum.There are still isolated waveguide arrangements have been described in which cross the transmission paths in a single transmission plane or penetrate. Such waveguide arrangements are described, for example, in B. Piovano, L. Accatino, A. Angelucci, T. Jones, P. Capece and M. Votta "Design and Breadboarding of Wideband Nxn Butler Matrices for Multiport Amplifiers" Microwave Conference, Brazil, 1993, SBMO International , 1993, pp. 175-180, or in S. Yamamoto, J. Hirokawa and M. Ando "A single-layer hollow-waveguide 8-way Butler matrix", 2005 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2005, Vol. 1A, pp. 647-650, or in Yamamoto, J. Hirokawa and M. Ando, "A beam switching slot array with a 4-way Butler matrix installed in a single layer post-wall waveguide", 2002 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002, Vol 1, pp. 138-141. A waveguide arrangement described in each case requires complex coupler structures with coupling slots or with other filigree structures, which can only be produced with a great manufacturing outlay. In addition, these waveguide arrangements do not regularly allow crossing of angled at each other transmission paths, since the signal paths for this method must be applied parallel to each other. To realize an intersection, these structures continue to require a very large amount of space.

Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Hohlleiteranordnung für sich kreuzende Hohlleiter so auszugestalten, dass die sich kreuzenden Hohlleiter in einer Übertragungsebene verlaufen und die sich kreuzenden Übertragungswege eine möglichst effiziente Übertragung der in der Hohlleiteranordnung geführten elektromagnetischen Wellen längs des jeweils vorgegebenen Übertragungswegs ermöglichen.It is therefore regarded as an object of the present invention to design a waveguide arrangement for intersecting waveguides such that the intersecting waveguides extend in a transmission plane and the intersecting transmission paths as efficient as possible transmission of guided in the waveguide array electromagnetic waves along the respective predetermined transmission path enable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hohlleiteranordnung ein Hohlleiterkreuzungselement mit mindestens zwei Durchgangsöffnungspaaren aufweist, wobei jedes Durchgangsöffnungspaar auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlleiterkreuzungselements angeordnete Durchgangsöffnungen aufweist, an denen sich jeweils ein gradlinig verlaufender Hohlleiterabschnitt anschließt, wobei jeweils einander gegenüberliegende Hohlleiterabschnitte und die Durchgangsöffnungen des zugeordneten Durchgangsöffnungspaars so angeordnet und ausgerichtet sind, dass die beiden Hohlleiterabschnitte eine gemeinsame und dem betreffenden Durchgangsöffnungspaar zugeordnete Hohlleiterabschnittsachse aufweisen, wobei in dem Hohlleiterkreuzungselement ein Führungselement angeordnet ist, das aus einem dielektrischen Material besteht, wobei das Führungselement für jeden an das Hohlleiterkreuzungselement angrenzenden Hohlleiterabschnitt einen in den Hohlleiterabschnitt hineinragenden Führungselementkopplungsfinger mit einem sich verjüngenden Kopplungsfingerendbereich aufweist, sodass eine durch einen Hohlleiterabschnitt sich zu dem Hohlleiterkreuzungselement hin ausbreitende elektromagnetische Welle in dem Kopplungsfingerendbereich in das Führungselement eingekoppelt wird, über das Hohlleiterkreuzungselement übertragen und an dem Kopplungsfingerendbereich des gegenüberliegenden Kopplungsfingers, der in den gegenüberliegenden Hohlleiterabschnitt ragt, wieder aus dem Führungselement in den gegenüberliegenden Hohlleiterabschnitt ausgekoppelt wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es für die Übertragung der elektromagnetischen Wellen entlang der gewünschten Ausbreitungsrichtung innerhalb des Hohlleiterkreuzungselements vorteilhaft ist, wenn die elektromagnetischen Wellen von dem Hohlleiterinnenraummaterial zunächst in ein Übertragungsmedium mit einer anderen Permittivität überführt und in diesem Übertragungsmedium durch den Kreuzungsbereich geführt werden, um anschließend nach dem Durchqueren des Kreuzungsbereich in einem sich an den Kreuzungsbereich anschließenden Hohlleiterabschnitt von dem Übertragungsmedium wieder in das Hohlleiterinnenraummaterial überführt zu werden. Die Hohlleiter der Hohlleiteranordnung sind hinsichtlich ihrer Abmessungen zweckmäßigerweise an die Frequenzen, bzw. Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen angepasst, die in der Hohlleiteranordnung übertragen werden sollen. Aufgrund der anderen Permittivität des Führungselements breiten sich die elektromagnetischen Wellen innerhalb des Führungselements mit anderen charakteristischen Wellenlängen aus. Das Führungselement kann demzufolge Abmessungen aufweisen, die nicht an die Abmessungen der Durchgangsöffnungen und der daran angrenzenden Hohlleiterabschnitte angepasst sind. Es hat sich gezeigt, dass durch eine geeignete Ausgestaltung des Führungselements die Ausbreitung der darin geführten elektromagnetischen Wellen in der gewünschten Übertragungsrichtung deutlich bevorzugt und eine unerwünschte Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen in einer quer oder in einem Winkel dazu gerichteten Ausbreitungsrichtung deutlich unterdrückt werden kann. Die Übertragung der elektromagnetischen Wellen erfolgt ganz überwiegend von einem Führungselementfinger zu einem gegenüberliegend angeordneten Führungselementfinger, aus dem die elektromagnetischen Wellen wieder in den zugeordneten Hohlleiterabschnitt ausgekoppelt und anschließend weitergeführt werden. Die sich in einen quer dazu angeordneten Führungselementfinger ausbreitenden elektromagnetischen Wellen können sich aufgrund der hierfür ungünstig vorgegebenen Abmessungen der Führungselementfinger im Verhältnis zu den umgebenden Hohlleiterabschnitten nicht mit einer nennenswerten Intensität aus dem betreffenden Führungselementfinger auskoppeln und durch den angrenzenden Hohlleiterabschnitt weiter übertragen werden, so dass diese Ausbreitungsrichtung im Verhältnis zu der gewünschten Übertragungsrichtung in dem Kreuzungsbereich stark unterdrückt wird. Auf diese Weise kann eine Hohlleiterkreuzungsanordnung zwei oder mehr in einer gemeinsamen Übertragungsebene verlaufende und sich kreuzende Hohlleiter aufweisen, die eine Übertragung von elektromagnetischen Wellen in der jeweils gewünschten Übertragungsrichtung ermöglichen, wobei eine Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen in einen an den Kreuzungsbereich angrenzenden Hohlleiterabschnitt, der nicht in der gewünschten Übertragungsrichtung liegt, durch das erfindungsgemäße Führungselement nahezu vollständig unterdrückt wird.This object is achieved in that the waveguide assembly comprises a waveguide intersection with at least two passage opening pairs, each passage opening pair disposed on opposite sides of the waveguide intersection through-openings, which in each case a rectilinear waveguide section connects, each opposing waveguide sections and the through holes of the associated Durchgangsöffnungspaars are arranged and aligned so that the two waveguide sections have a common and the relevant passage opening pair associated waveguide section axis, wherein in the waveguide crossing element, a guide element is disposed, which consists of a dielectric material, wherein the guide element for each of the waveguide crossing element adjacent waveguide section in the Waveguide section protruding Führungsel ementkopplungsfinger having a tapered coupling finger end, so that an electromagnetic wave propagating through a waveguide portion to the waveguide crossing element is coupled in the coupling finger end in the guide element, transmitted via the waveguide crossing element and the coupling finger end of the opposite coupling finger, in the opposite Waveguide section protrudes, is coupled out of the guide element in the opposite waveguide section again. The invention is based on the finding that it is advantageous for the transmission of the electromagnetic waves along the desired propagation direction within the waveguide crossing element when the electromagnetic waves are first transferred from the hollow waveguide interior material into a transmission medium having a different permittivity and guided through the intersection region in this transmission medium in order subsequently to be transferred again into the hollow waveguide interior material after passing through the intersection region in a waveguide section adjoining the intersection region. The waveguides of the waveguide arrangement are expediently adapted in terms of their dimensions to the frequencies or wavelengths of the electromagnetic waves which are to be transmitted in the waveguide arrangement. Due to the different permittivity of the guide element, the electromagnetic waves propagate within the guide element with other characteristic wavelengths. The guide element can consequently have dimensions which are not adapted to the dimensions of the passage openings and of the waveguide sections adjacent thereto. It has been found that by a suitable embodiment of the guide element, the propagation of the electromagnetic waves guided therein in the desired transmission direction is clearly preferred and undesired propagation of the electromagnetic waves in a direction of propagation directed transversely or at an angle can be clearly suppressed. The transmission of the electromagnetic waves is predominantly carried out by a guide element finger to an oppositely arranged guide element finger, from which the electromagnetic waves are coupled back into the associated waveguide section and then continued. The electromagnetic waves propagating into a guide element finger arranged transversely thereto can not decouple with appreciable intensity from the respective guide element finger due to the unfavorably predetermined dimensions of the guide element fingers in relation to the surrounding waveguide sections and can be further transmitted through the adjoining waveguide section, so that this propagation direction is strongly suppressed in relation to the desired transmission direction in the crossing region. In this way, a waveguide crossing arrangement may comprise two or more waveguides running and intersecting in a common transmission plane, which enable transmission of electromagnetic waves in the respective desired transmission direction, propagation of the electromagnetic waves into a waveguide section adjoining the intersection region and not in the desired transmission direction is almost completely suppressed by the guide element according to the invention.

Das Hohlleiterkreuzungselement kann beispielsweise sternförmig ausgestaltet sein und drei oder vier sich in einem Mittenbereich kreuzende Übertragungswege aufweisen, so dass in einer Übertragungsebene mit geringem Raumbedarf komplexe Übertragungswege ermöglicht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Hohlleiterkreuzungselement zwei Durchgangsöffnungspaare mit jeweils zwei zugeordneten Hohlleiterabschnitten und jeweils einer Hohlleiterabschnittsachse aufweist, die derart an dem Hohlleiterkreuzungselement angeordnet sind, dass die beiden Hohlleiterabschnittsachsen der beiden Durchgangsöffnungspaare rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Es hat sich gezeigt, dass zwei sich rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig kreuzende Übertragungswege mit dem erfindungsgemäßen Hohlleiterkreuzungselement derart realisiert werden können, dass für jeden der beiden Übertragungswege eine nahezu verlustfreie Übertragung ermöglicht werden kann und die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen quer zu der gewünschten Übertragungsrichtung weitgehend unterdrückt ist.The waveguide crossing element can be designed, for example, star-shaped and have three or four transmission paths crossing in a middle region, so that complex transmission paths are made possible in a transmission plane with a small space requirement. According to a preferred embodiment of the inventive concept, it is provided that the waveguide crossing element has two passage opening pairs, each having two associated waveguide sections and one waveguide section axis, which are arranged on the waveguide intersection, that the two waveguide section axes of the two passage opening pairs are aligned at right angles to each other. It has been found that two transmission paths crossing at right angles or at right angles can be realized with the waveguide crossing element according to the invention such that a virtually lossless transmission can be made possible for each of the two transmission paths and the propagation of electromagnetic waves transversely to the desired transmission direction is largely suppressed.

Um eine möglichst effektive Führung der elektromagnetischen Wellen innerhalb des Führungselements zu begünstigen ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass eine Umfangsfläche eines Führungselementkopplungsfingers mindestens abschnittsweise einen Abstand zu dem diesen Führungselementkopplungsfinger umgebenden Wellenleiterelement des betreffenden Hohlleiterabschnitts aufweist. Die beabstandet zu dem Wellenleiterelement ausgebildeten Umfangsflächen des Führungselementkopplungsfingers bilden Grenzflächen zwischen dem Hohlleiterinnenraummaterial und dem Übertragungsmedium und begünstigen eine Ausbreitung und Übertragung der elektromagnetischen Wellen innerhalb des Führungselements. Die Abmessungen des Führungselements und insbesondere ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Bereichen der Umfangsfläche des Führungselements sind an die Wellenlänge der für die Übertragung vorgesehenen elektromagnetischen Wellen in dem Übertragungsmedium angepasst. Die hierfür geeigneten Abmessungen bzw. der Abstand gegenüberliegender Bereiche der Umfangsfläche unterscheiden sich wegen der von dem Hohlleiterinnenraummaterial abweichenden Permittivität des Übertragungsmediums von den Abmessungen der Wellenleiter in den mit dem Hohlleiterinnenraumaterial ausgefüllten Hohlleiterabschnitten.In order to promote the most effective possible guidance of the electromagnetic waves within the guide element is provided according to an embodiment of the inventive idea that a peripheral surface of a guide element coupling finger at least partially spaced from the guide element coupling finger surrounding waveguide element of the respective waveguide section. The circumferential surfaces of the guide element coupling finger, which are spaced apart from the waveguide element, form interfaces between the hollow waveguide interior material and the transmission medium and promote propagation and transmission of the electromagnetic waves within the guide element. The dimensions of the guide element and in particular a distance between opposite regions of the peripheral surface of the guide element are adapted to the wavelength of the electromagnetic waves intended for transmission in the transmission medium. The dimensions suitable for this purpose or the spacing of opposite regions of the circumferential surface differ from the dimensions of the waveguides in the waveguide sections filled with the waveguide interior material because of the permittivity of the transmission medium deviating from the hollow waveguide interior material.

Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Herstellung des Hohlleiterkreuzungselements und einer möglichst wirkungsvollen Übertragung der elektromagnetischen Wellen ist optional vorgesehen, dass das Hohlleiterkreuzungselement einen ebenflächigen Boden und einen gegenüberliegend angeordneten und von dem Boden über eine Seitenwandfläche beabstandeten ebenflächigen Deckel aufweist, und dass die Durchgangsöffnungspaare in der Seitenwandfläche angeordnet sind. Ebenflächige Böden und Deckel lassen sich beispielsweise aus plattenförmigen Elementen kostengünstig herstellen. Es ist ebenfalls möglich, bei Hohlleitern mit geringen Abmessungen beispielsweise im Bereich von einem Zentimeter oder mehreren Zentimetern bzw. wenigen Millimetern ein Hohlleiterkreuzungselement durch zerspanende oder materialabtragende Herstellungsverfahren aus einem Wellenleitermaterialrohling herzustellen, wobei im Wesentlichen ebene Flächen vergleichsweise einfach und kostengünstig hergestellt werden können.With regard to the most cost-effective production of the waveguide crossing element and as effective as possible transmission of the electromagnetic waves is optionally provided that the waveguide crossing element has a planar bottom and a planar arranged and spaced from the bottom over a side wall surface planar cover, and that the passage opening pairs are arranged in the side wall surface. Flat surfaces and lids can be produced inexpensively, for example, from plate-shaped elements. It is also possible, with waveguides with small dimensions, for example, in the range of one centimeter or several centimeters or a few millimeters produce a waveguide crossing element by machining or material-removing manufacturing process of a waveguide material blank, wherein substantially flat surfaces can be produced comparatively easily and inexpensively.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnungen und die daran anschließenden Hohlleiterabschnitte eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. Mit Hohlleitern mit einer rechteckigen Querschnittsfläche werden Grundmoden bei der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen begünstigt, wodurch eine effiziente Übertragung der elektromagnetischen Wellen durch die Hohlleiterabschnitte sowie das Hohlleiterkreuzungselement ermöglicht wird.According to a preferred embodiment of the inventive concept, it is provided that the passage openings and the adjoining waveguide sections have a rectangular cross-sectional area. With waveguides having a rectangular cross-sectional area, fundamental modes are favored in the propagation of the electromagnetic waves, thereby enabling efficient transmission of the electromagnetic waves through the waveguide sections as well as the waveguide crossing element.

Zweckmäßigerweise ist optional vorgesehen, dass auch die Führungselementkopplungsfinger eine im Bereich der Durchgangsöffnungen rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. Auf diese Weise können elektromagnetische Wellen mit den in rechteckigen Hohlleitern bevorzugt übertragenen Moden besonders effektiv in daran angepasste und ebenfalls rechteckige Führungselementkopplungsfinger einkoppeln und daraus wieder auskoppeln. Durch die Eigenschaften von Wellenleitern mit einem rechteckigen Querschnitt können von den gewünschten Übertragungsfrequenzen für die elektromagnetischen Wellen abweichende Frequenzbereiche unterdrückt oder vollständig abgeschnitten werden, so dass in dem Kreuzungsbereich sich seitlich, bzw. abweichend zu der gewünschten Übertragungsrichtung ausbreitende abweichende Ausbreitungsmoden der elektromagnetischen Wellen kaum in anschließende Hohlleiterabschnitte einkoppeln und sich weiter ausbreiten können.Expediently, it is optionally provided that the guide element coupling fingers also have a rectangular cross-sectional area in the region of the through-openings. In this way, electromagnetic waves with the modes preferably transmitted in rectangular waveguides can be coupled particularly effectively into, and also decoupled from, guide element coupling fingers adapted thereto and likewise rectangular. Due to the properties of waveguides having a rectangular cross-section of the desired transmission frequencies for the electromagnetic waves deviating frequency ranges can be suppressed or completely cut off, so that in the crossing region laterally, or deviating from the desired transmission direction propagating deviant propagation modes of the electromagnetic waves hardly in subsequent Coupling waveguide sections and can spread further.

Das Hohlleiterinnenraummaterial kann so gewählt und vorgegeben werden, dass eine möglichst wirksame Übertragung der elektromagnetischen Wellen und eine möglichst geringe Störanfälligkeit in der für einen Betrieb der Hohlleiteranordnung vorgesehenen Umgebung vorliegt. Ein besonders kostengünstiges Hohlleiterinnenraummaterial kann beispielsweise Luft sein. Es ist ebenfalls möglich, ein geeignetes Kunststoffmaterial oder andere Dielektrika als Hohlleiterinnenraummaterial zu verwenden.The waveguide interior material can be chosen and specified so that the most effective possible transmission of the electromagnetic waves and the lowest possible susceptibility to interference in the intended for operation of the waveguide assembly environment exists. A particularly inexpensive waveguide interior material can be, for example, air. It is also possible to use a suitable plastic material or other dielectrics as waveguide interior material.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das dielektrische Material des Führungselements eine höhere Permittivität als das daran mindestens abschnittsweise angrenzende Hohlleiterinnenraummaterial aufweist. Dadurch sind die charakteristischen Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen in dem dielektrischen Material des Führungselements kleiner als in dem angrenzenden Hohlleiterinnenraummaterial, wodurch bei einer geeigneten Ausgestaltung des Führungselements eine besonders effektive Übertragung der elektromagnetischen Wellen in der gewünschten Übertragungsrichtung ermöglicht wird und eine starke Unterdrückung der Wellenausbreitung in einer hiervon abweichenden Richtung begünstigt werden kann. Es ist weiterhin möglich, ein geeignetes Kunststoffmaterial oder andere Dielektrika als Führungselementmaterial zu verwenden, wobei die Permittiviät des Hohlleiterinnenraummaterials kleiner als die des Führungselementmaterials ist.According to an advantageous embodiment of the inventive concept it is provided that the dielectric material of the guide element has a higher permittivity than the at least partially adjoining hollow waveguide interior material. As a result, the characteristic wavelengths of the electromagnetic waves in the dielectric material of the guide element are smaller than in the adjacent waveguide interior material, whereby a suitable embodiment of the guide element enables a particularly effective transmission of the electromagnetic waves in the desired transmission direction and a strong suppression of wave propagation in one deviating direction can be favored. It is also possible to use a suitable plastic material or other dielectrics as the guide element material, wherein the permittivity of the waveguide interior material is smaller than that of the guide element material.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass das Führungselement aus Polystyrol, aus einem Polystyrol-Copolymer oder vorzugsweise aus vernetztem Polystyrol besteht. Dieses gleichermaßen kostengünstige und einfach zu verarbeitende Material weist eine sich von Luft deutlich unterscheidende Permittivität auf, sodass auch aufgrund der sich deutlich unterscheidenden charakteristischen Abmessungen bei der Übertragung der elektromagnetischen Wellen mit dem Führungselement eine wirksame Übertragung der elektromagnetischen Wellen in der gewünschten Übertragungsrichtung und eine Unterdrückung der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen quer dazu erreicht werden kann. Es ist ebenfalls möglich und für verschiedene Anwendungsfälle besonders vorteilhaft, anstelle eines Kunststoffmaterials ein anderes dielektrisches Material wie beispielsweise ei Keramikmaterial oder ein geeignetes Verbundmaterial zu verwenden. Ein Keramikmaterial kann wesentlich höheren Temperaturen standhalten.According to an advantageous embodiment of the inventive concept, it is provided that the guide element consists of polystyrene, of a polystyrene copolymer or preferably of crosslinked polystyrene. This equally inexpensive and easy-to-process material has a clearly different from air permittivity, so that also due to the significantly different characteristic dimensions in the transmission of the electromagnetic waves with the guide element effective transmission of the electromagnetic waves in the desired direction of transmission and suppression of the Propagation of electromagnetic waves across can be achieved. It is also possible and particularly advantageous for various applications to use a different dielectric material, such as a ceramic material or a suitable composite material, instead of a plastic material. A ceramic material can withstand much higher temperatures.

Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Hohlleiterkreuzungselement elektromagnetische Wellen im Gigahertzbereich gut übertragen werden können. Für elektromagnetische Wellen in diesem Frequenzbereich sind auch zahlreiche Anwendungsfälle bekannt, bei denen sich in einer Übertragungsebene kreuzende Übertragungswege vorteilhaft eingesetzt werden können. Demgemäß ist einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge vorgesehen, dass ein Abstand gegenüberliegender Durchgangsöffnungen eines Durchgangsöffnungspaars kleiner als 10 cm ist. Mit Hohlleiterkreuzungselementen mit derart geringen Abmessungen lassen sich sehr kompakte und raumsparende Anordnungen von Übertragungswegen und Hohlleitern realisieren.It has been shown that electromagnetic waves in the gigahertz range can be transmitted well with the waveguide crossing element according to the invention. For electromagnetic waves in this frequency range, numerous applications are known in which in a transmission level crossing transmission paths can be used advantageously. Accordingly, according to an advantageous embodiment of the inventive concept, it is provided that a distance of opposite passage openings of a passage opening pair is smaller than 10 cm. With waveguide crossing elements with such small dimensions can be very compact and space-saving arrangements of transmission paths and waveguides realize.

Nachfolgend werden exemplarische Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt:

1 eine schematische Abbildung einer Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hohlleiterkreuzungselement mit einem darin angeordneten Führungselement und daran angrenzenden Hohlleiterabschnitten, wobei zur Veranschaulichung ein Deckel des Hohlleiterkreuzungselements nicht dargestellt ist,
2 eine Schnittansicht durch einen Hohlleiterabschnitt der in 1 dargestellten Hohlleiteranordnung längs einer Linie II-II in 1,
3 eine Schnittansicht durch die in 1 dargestellte Hohlleiteranordnung längs einer Linie III-III in 1, und
4 eine schematische Abbildung einer Draufsicht eines abweichend zu 1 ausgestalteten Hohlleiterkreuzungselements.

Hereinafter, exemplary embodiments of the inventive concept will be explained in more detail, which are shown schematically in the drawing. It shows:

1 FIG. 2 a schematic illustration of a top view of a waveguide crossing element according to the invention with a guide element arranged therein and waveguide sections adjoining thereto, with a cover of the waveguide intersection element not being shown for illustration purposes,
2 a sectional view through a waveguide portion of in 1 shown waveguide arrangement along a line II-II in 1 .
3 a sectional view through the in 1 illustrated waveguide assembly along a line III-III in 1 , and
4 a schematic illustration of a plan view of a deviating from 1 configured waveguide crossing element.

In den 1 bis 3 sind verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Hohlleiteranordnung 1 dargestellt. Die Hohlleiteranordnung 1 weist zwei rechtwinklig zueinander verlaufende Hohlleiter 2 und 3 auf, die sich in einem Kreuzungsbereich 4 in einer Übertragungsebene kreuzen. In 1 sind die beiden sich kreuzenden Hohlleiter 2 und 3 horizontal bzw. vertikal verlaufend dargestellt. Die Übertragungsebene fällt mit der Darstellungsebene zusammen.In the 1 to 3 are different views of a waveguide assembly according to the invention 1 shown. The waveguide arrangement 1 has two mutually perpendicular waveguide 2 and 3 up, located in a crossing area 4 in a transmission plane. In 1 are the two intersecting waveguides 2 and 3 shown horizontally or vertically. The transmission level coincides with the presentation level.

Die Hohlleiteranordnung 1 weist ein Hohlleiterkreuzungselement 5 mit zwei Durchgangsöffnungspaare auf, wobei jedes Durchgangsöffnungspaar jeweils zwei Durchgangsöffnungen 6, 7 aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. An die Durchgangsöffnungen 6, 7 schließen sich jeweils gradlinig verlaufende Hohlleiterabschnitte 8, 9 an. Die beiden einem Durchgangsöffnungspaar zugeordneten Hohlleiterabschnitte 8, 9 sind Bestandteil jeweils eines Hohlleiters 2, 3 und längs einer gemeinsamen Hohlleiterabschnittsachse 10, 11 ausgerichtet. Jede der beiden Hohlleiterabschnittsachsen 10 und 11 entspricht einem vorgegebenen Übertragungsweg für die elektromagnetischen Wellen, wobei sich die beiden in 1 horizontal und vertikal dargestellten Übertragungswege, bzw. Hohlleiter 2, 3 kreuzen. Jeder Hohlleiterabschnitt 8, 9 wird von einem Wellenleiterelement aus einem geeigneten Wellenleitermaterial, beispielsweise aus Metall, gebildet und weist einen Innenraum mit einer rechteckigen Querschnittsfläche quer zu der betreffenden Hohlleiterabschnittsachse 10, 11 auf. In dem Innenraum in den Wellenleiterelementen ist Luft als Hohlleiterinnenraummaterial.The waveguide arrangement 1 has a waveguide crossing element 5 with two passage opening pairs, each passage opening pair each having two passage openings 6 . 7 has, which are arranged opposite to each other. To the passage openings 6 . 7 close each straight rectilinear waveguide sections 8th . 9 at. The two waveguide sections associated with a passage opening pair 8th . 9 are each part of a waveguide 2 . 3 and along a common waveguide section axis 10 . 11 aligned. Each of the two waveguide section axes 10 and 11 corresponds to a predetermined transmission path for the electromagnetic waves, wherein the two in 1 horizontally and vertically illustrated transmission paths, or waveguide 2 . 3 cross. Each waveguide section 8th . 9 is formed by a waveguide element of a suitable waveguide material, for example of metal, and has an interior with a rectangular cross-sectional area transverse to the respective waveguide section axis 10 . 11 on. In the interior space in the waveguide elements, air is a waveguide interior material.

In dem Hohlleiterkreuzungselement 5 ist ein sternförmig ausgestaltetes Führungselement 12 angeordnet. Das Führungselement weist für jeden an das Hohlleiterkreuzungselement 5 angrenzenden Hohlleiterabschnitt 8, 9 einen in den betreffenden Hohlleiterabschnitt 8, 9 hineinragenden Führungselementkopplungsfinger 13 auf. Der Führungselementkopplungsfinger 13 weist eine sich zu einem Kopplungsfingerendbereich 14 verjüngende Formgebung auf. Das Führungselement 12 besteht aus einem vernetzten Polystyrol und weist eine relative Permittivität von etwa 2,5 auf, die sich deutlich von der relativen Permittivität von Luft mit einem Wert von etwa 1,0 unterscheidet.In the waveguide crossing element 5 is a star-shaped designed guide element 12 arranged. The guide element has for each of the waveguide crossing element 5 adjacent waveguide section 8th . 9 one in the respective waveguide section 8th . 9 protruding guide element coupling fingers 13 on. The guide element coupling finger 13 has a to a coupling finger end 14 tapered shape. The guide element 12 It consists of a cross-linked polystyrene and has a relative permittivity of about 2.5, which differs significantly from the relative permittivity of air with a value of about 1.0.

Eine ebenfalls senkrecht zu der jeweiligen Hohlleiterabschnittsachse 10, 11 gerichtete Querschnittsfläche 15 des Führungselements 12, die beispielhaft in 2 dargestellt ist, ist kleiner als eine Querschnittsfläche der betreffenden Durchgangsöffnung 6 und insbesondere kleiner als eine Querschnittsfläche des angrenzenden Hohlleiterabschnitts 8. Eine in 2 als Umrandung der Querschnittsfläche 15 dargestellte Umfangsfläche 16 weist deshalb an gegenüberliegenden Bereichen 17, 18 einen Abstand zu einem umgebenden Wellenleiterelement 19 des Hohlleiterabschnitts 8 auf. Das Führungselement 12 erstreckt sich in einer senkrecht zu der in 1 gewählten Darstellungsebene von einem ebenflächigen Boden 20 bis zu einem ebenfalls ebenflächigen Deckel 21 des Hohlleiterkreuzungselements 5 und der angrenzenden Hohlleiterabschnitte 8, 9, wie es schematisch in 3 dargestellt ist.One also perpendicular to the respective waveguide section axis 10 . 11 directed cross-sectional area 15 of the guide element 12 that exemplifies in 2 is smaller than a cross-sectional area of the respective through hole 6 and in particular smaller than a cross-sectional area of the adjacent waveguide section 8th , An in 2 as a border of the cross-sectional area 15 illustrated peripheral surface 16 indicates therefore at opposite areas 17 . 18 a distance to a surrounding waveguide element 19 of the waveguide section 8th on. The guide element 12 extends in a perpendicular to the in 1 chosen representation plane of a planar ground 20 up to a likewise planar cover 21 of the waveguide crossing element 5 and the adjacent waveguide sections 8th . 9 as it is schematic in 3 is shown.

In 4 ist lediglich exemplarisch und schematisch eine abweichend ausgestaltete Hohlleiteranordnung 1 dargestellt, bei der sich drei jeweils gradlinig verlaufende Hohlleiter 2, 3, 22 jeweils in einem Winkel von 60° kreuzen und in dem ebenfalls sternförmig ausgestalteten Hohlleiterkreuzungselement 5 durchdringen. Das Führungselement 12 weist eine daran angepasste, ebenfalls sternförmige Formgebung auf. Es können sich gegebenenfalls auch mehr als drei Hohlleiter 2, 3, 22 in einem Kreuzungselement kreuzen und durchdringen. Es ist ebenfalls möglich, dass zwei, drei oder mehr Hohlleiter 2, 3, 22 jeweils eine nicht symmetrisch zueinander verlaufende Ausrichtung oder keinen gleichmäßigen Abstand zueinander aufweisen.In 4 is merely exemplary and schematically a deviating configured waveguide arrangement 1 represented, in which three straight waveguide each extending 2 . 3 . 22 each intersect at an angle of 60 ° and in the also star-shaped configured waveguide crossing element 5 penetrate. The guide element 12 has an adapted, also star-shaped shape. It may also be more than three waveguides 2 . 3 . 22 cross in a crossing element and penetrate. It is also possible that two, three or more waveguides 2 . 3 . 22 each having a non-symmetrical alignment or no uniform distance from each other.

Claims

Waveguide arrangement (1) for intersecting waveguides (2, 3) for transmitting electromagnetic waves, wherein the waveguides (2, 3) each have a Waveguide interior space surrounding waveguide element (19), wherein the waveguide assembly (1) has a waveguide crossing element (5) having at least two passage opening pairs, each passage opening pair on opposite sides of the waveguide crossing element (5) arranged through holes (6, 7), to each of which a straight line waveguide section (8, 9) adjoins, each having opposite waveguide sections (8, 9) and the through holes (6, 7) of the associated Durchgangsöffnungspaars are arranged and aligned so that the two waveguide sections (8, 9) a common and the In the waveguide crossing element (5) a guide element (12) is arranged, which consists of a dielectric material, wherein the guide element (12) for each of the waveguide crossing element (5) adjoining waveguide section (8, 9) has a guide element coupling finger (13) projecting into the waveguide section (8, 9) with a tapering coupling finger end region (14) so that a waveguide intersection (8, 9) can be added to the waveguide intersection element (5 Electromagnetic wave in the coupling finger end region (14) is coupled into the guide element (12), transmitted via the waveguide crossing element (5) and to the coupling finger end region (14) of the opposing guide element coupling finger (13) which is inserted into the opposite waveguide section (9, 8 ) protrudes, again from the guide element (12) in the opposite waveguide section (9, 8) is coupled out.

Waveguide arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the waveguide crossing element (5) has two passage opening pairs, each with two associated waveguide sections (8, 9) and in each case a waveguide section axis (10, 11), which are arranged on the waveguide crossing element (5), that the two waveguide section axes (10 , 11) of the two passage opening pairs are aligned at right angles to each other.

Waveguide arrangement (1) according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that a peripheral surface (16) of a guide element coupling finger (13) at least in sections a distance to this guide element coupling finger (13) surrounding waveguide element (19) of the respective waveguide section (8, 9).

A waveguide arrangement (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the waveguide crossing element (5) has a planar bottom (20) and a planar cover (21) arranged opposite and spaced from the bottom (20) via a side wall surface, and in that Through-hole pairs are arranged in the side wall surface.

Waveguide arrangement (1) according to Claim 4 , characterized in that the passage openings (6, 7) and the adjoining waveguide sections (8, 9) have a rectangular cross-sectional area.

Waveguide arrangement (1) according to Claim 5 , characterized in that the guide element coupling fingers (13) have in the region of the through openings (6, 7) rectangular cross-sectional area (15).

Waveguide arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric material of the guide element (12) has a higher permittivity than the at least partially adjoining hollow waveguide interior material.

Waveguide arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the guide element (12) consists of a ceramic material or of polystyrene, of a polystyrene copolymer or preferably of crosslinked polystyrene.

Waveguide arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the waveguide interior material is air.

Waveguide arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a distance of opposite passage openings (6, 7) of a passage opening pair is smaller than 10 cm.