DE1022277B - Vierarmiges Wellenleitungsverzweigungsglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft vierarmige Wellenleitungsverzweigungsglieder, deren erster, zweiter und dritter Arm jeweils durch einen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird, wobei die Längsachsen der drei Arme so in einer Ebene an der Verzweigung liegen,, daß der erste Arm sich symmetrisch an der Verzweigungsstelle in den zweiten und dritten Arm teilt und die längeren Abmessungen ihrer Querschnitte an. der Verzweigung parallel zueinander verlaufen, und deren vierter Wellenleiterarm mit seiner Längsachse an der Verzweigung senkrecht zu der genannten Ebene liegt und die Längsachse des ersten Armes schneidet.

Ein bekanntes Beispiel eines derartigen vierarmigen Wellenleitungsverzweigungsgliedes ist das als »magisches T« bekannte Glied. Beispielsweise besteht es aus zwei T-Gliedern an, demselben, Punkt in Richtung eines Längsstückes einer rechteckigen. Wellenleitung, wobei sich das eine Glied in der Ebene befindet, welche die kurze Querschnittseite und die Längsachse der Wellenleitung enthält (diese ist als Ε-Ebene bekannt) und wobei sich das andere Glied in der Ebene befindet, welche die längere Querschnittseite und die Längsachse der Wellen-leitung enthält (diese ist als H-Ebene bekannt). Das magische T-Wellenleitungsverzweigungsglied ist tatsächlich ein symmetrisches vierarmiges Verzweigungsglied, an das längs eines der Arme ankommende Wellen gleichmäßig zwischen die beiden angrenzenden Arme gekoppelt, aber nicht in den vierten Arm geleitet werden. Verschiedene Vorrichtungen müssen in das Verbindungsglied im praktischen Betrieb eingepaßt werden, um die dadurch eingeführte Fehlanpaissung zu vermindern. Solche bekannten Vorrichtungen begrenzen jedoch die Leistung der elektromagnetischen Wellen, die durch das Verzweigungsglied geschickt werden kann. Beispielsweise werden in einer bekannten Anordnung ein Stab und eine Irisblende verwendet, um die Fehlanpassung zu vermindern, wobei Funkenbildung im besonderen von dem Stab aus auftreten kann.

Eine Anwendung des magischen T-Wellenleitungsverzweigungsgliedes ist in symmetrierten Duplexer-Anordnungen zur Ankopplung eines Senders und eines Empfängers an eine gemeinsame Sende-Empfangs-Antenne gegeben, so daß die am Sender erzeugte Energie nicht oder jedenfalls in solchen kleinen Mengen in den. Empfänger geschickt wird, daß keine Beschädigung des Empfängers auftritt und die gesamte an der Antenne aufgenommene Energie zu dem Empfänger gelangt. Zwei magische T-Verzweigungsglieder werden benutzt, wobei der Sender an den E-Ebenen-T-Arm des ersten Verzweigungsgliedes und die Antenne an den H-Ebenen-T-Arm gekoppelt ist. Die beiden kollinearen Arme des ersten Verzwei-Vierarmiges
Wellenleitungsverzweigungsglied

Anmelder:

The General Electric Company Limited,
Wembley, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter:
Dipl.-Ing. W. Schmitzdarff, Dr.-Ing. H. Ruschke,

Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,

und Dipl.-Ing, K. Grentzenberg, München 27,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. November 1952

gungsgliedes sind an die entsprechenden Arme des zweiten Verzweigungsgliedes über gleiche Längen der Wellenleitung gekoppelt, wobei der Empfänger an den H-Ebenen-T-Arm des zweiten Verzweigungsgliedes gekoppelt ist und der E-Ebenen-T-Arm des zweiten Verzweigungsgliedes einen angepaßten Abschluß hat. T-R-Zellen sind in die Längen der die beiden Verzweigungsglieder verbindenden Wellenleitungen in Abständen von dem ersten Verzweigungsglied eingefügt, die sich um ein ungerades Vielfaches von /lg/4 unterscheiden (wobei Ig die Wellenlänge der Wellen ist, die in der Wellenleitung im Betrieb fortgepflanzt werden). Im Betrieb werden die am Sender entstehenden Wellen gleichmäßig in die beiden kollinearen Arme des ersten Verzweigungsgliedes von dem E-Ebenen-T-Arm gekoppelt. Die T-R-Zellen sind so¹ angeordnet, daß sie beim Einfallen von Wellen einer Leistung in der Größenordnung der von dem Sender erzeugten Wellen zünden und infolgedessen Kurzschlüsse quer zu den Wellenleitungen darstellen, welche diese Wellen zu dem ersten Verzweigungsglied reflektieren, wo sie sich in Phase in den H-Ebenen-T-Arm koppeln

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und zu der Antenne laufen. Der Unterschied der Abstände zu den T-R-Zellen von dem obenerwähnten ersten Verzweigungsglied ist so gewählt, daß die Phasen der beiden an das Verzweigungsglied zurückgelangenden Wellen genau gleich ist. Beim Empfang der Wellen an der Antenne teilen sich die Wellen, die den H-Ebenen-T-Arm des ersten Verzweigungsgliedes entlang nach unten verlaufen sind, gleichmäßig in die beiden kollinearen Arme auf. Diese Wellen haben eine

stens der Endabschnitt des vierten Armes an der Öffnung einen aus der Rechteckform entwickelten, abgeänderten Querschnitt haben, der durch symmetrisches Abschneiden der beiden einer Rechtecklängsseite gegenüberliegenden Ecken unter Bildung einer oder mehrerer, gerader oder gekrümmter, zusätzlicher Seiten entstanden ist, daß sich die längere Seite der Öffnung senkrecht zu der Längsachse des ersten Armes erstreckt und von dieser halbiert wird und

zu kleine Leistung; um die T-R-Zellen zu zünden, und io dicht oder tangential zu dem Scheitel verläuft, der an gelangen deshalb zu dem zweiten Verzweigungsglied, der Verzweigung der inneren längeren Wände des

zweiten und dritten Armes ausgebildet ist, und die Öffnung senkrecht dazu und weiterhin an den durch symmetrisches Abschneiden der beiden Ecken an den

sich angenähert den auseinanderstrebenden Wänden mit längerer Abmessung des zweiten und dritten Armes an der Verzweigung anpassen.

Der Begriff »abgeänderter Rechteckquerschnitt«, der in der Beschreibung mit Bezug auf den Querschnitt einer Wellenleitung oder einer Öffnung benutzt wird, soll, wie vorstehend angeführt, eine Querschnittsform definieren, die durch symmetrisches

wo sie sich, da die Arme, welche die beiden Verzweigungsglieder koppeln, gleiche Länge haben, in Phase
in den H-Ebenen-T-Arm, an den. der Empfänger gekoppelt ist, und außer Phase in den E-Ebenen-T-Arm 15 Enden der anderen Längsseite des Rechtecks gewankoppeln, der einen angepaßten Abschluß bat. Die emp- nenen zusätzlichen Seiten der Öffnung verläuft, die fangenen Wellen werden infolgedessen in den Empfänger geschickt. Die Anordnung hat den zusätzlichen
Vorteil, daß eine durch die T-R-Zellen gelangende
Senderenergie außer Phase in den H-Ebenen-T-Arm 20
des zweiten Verzweiigungsgliedes und in Phase in den
E-Ebenen-T-Arm gekoppelt wird, wobei die Energie
auf diese Weise in dem angepaßten Abschluß des
letztgenannten verbraucht wird und nicht in den Empfänger verläuft. Die maximale Belastung eines ma- 25 Abschneiden jeder der beiden Ecken, die an gegengischen T-Wellenleitungsverzweigungsgliedes, das überliegenden Enden einer der längeren Seiten eines Stab- und Blendenanpassungseinrichtungen verwen- Rechtecks liegen, durch eine oder mehrere zusätzliche det, ist durch Funkenbildung begrenzt, im besonderen Seiten ausgebildet ist, die gekrümmt oder gerade sein bei den Anpassungseinrichtungen bis ungefähr 60 kW können, wobei die andere längere Seite des Rechtecks bei einer Wellenlänge im 3-cm-Band, wobei die Nor- 30 vollständig bleibt. Das Ausmaß und die Lage der zumalwellenleitung WG16 verwendet wird, d. h. eine sätzlichen Seiten ist so gewählt, daß eine TE-WeIIe, die Wellenleitung, die einen Innenquerschnitt von sich wenigstens an die einfachste TE-Welle annähert, 22,86 X 10,16 mm bat. Sie wird auch auf einen ahn- die in einer Wellenleitung mit dreieckigem Querlichen Grad bei anderen Wellenlängen begrenzt, bei schnitt fortgepflanzt werden kann, in einer Wellendenen geeignet bemessene Wellenleitungen und 35 leitung mit »abgeändertem Rechteckquerschnitt« fort-Wellenleitungen anderer Abmessungen bei derselben gepflanzt werden kann. Der Begriff soll den Fall einWellenlänge verwendet werden. Dies erfordert eine
starke Begrenzung der Ausgangsleistung des Senders,
die in einigen AnwendungsfäHen nicht annehmbar ist,
beispielsweise dort, wo· der Sender und der Empfän- 40
ger Einrichtungen eines Hochleistungsimpulsradar

systems sind.

Eine weitere bekannte Bauart eines vierarmigen Wellenleitungsverzweigungsgliedes, die für denselben

schließen, bei dem ein Dreieck durch zwei gerade, zusätzliche Seiten und die vollständige längere Seite des Rechtecks gebildet wird.

Das System kann Anpassungseinrichtungen zur optimalen Arbeitsweise bei einer gewünschten Frequenz oder über ein gewünschtes Frequenzband aufweisen, um es für Wellen anzupassen, die an dem Verzweigungsglied längs des ersten Armes oder des

Zweck benutzt werden kann, ist die Ringgabel. Bei 45 vierten Armes ankommen. Die Anpassungseinrichtung

dieser Bauart des A^erzweigungsgliedes hat wieder die maximale Leistung der AVellen, die hindurchgeschickt werden können, die Größenordnung von. 200 kW in dem 3-cm-Band bei Verwendung der Normalwellen-

für Wellen, die über den vierten Arm gelangen, kann eine Metallscheidewand aufweisen, die von dem Scheitel an der Verzweigung der Innenwände mit längerer Abmessung des zweiten und des dritten

leitung WG15, d. h. eines Wellenleiters mit einem 5° Armes aus vorsteht, wobei die Scheidewand in der Innenquerschnitt von 28,5 X 12,7 mm, wobei die Be- Ebene liegt, welche die Längsachse und die längere grenzung der Belastung des Verzweigungsgliedes
hauptsächlich infolge der Funkenbildung von den

Ecken der Wellenfeitungsglieder aus erfolgt.

Abmessung des Querschnitts des ersten Armes enthält, und/oder einen Metallstab oder -säule aufweisen, der bzw. die senkrecht in die Öffnung von dem Mittel-Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein 55 punkt der vollständigen Seite vorsteht. Die Anvierarmiges Wellenlei tangsverzweigungsglied ge- passungseinrichtungen für Wellen, die längs des ersten schaffen, das z. B. in symmetrierten Duplexer-Anord- Armes ankommen, können eine induktive Metallblende nungen verwendet werden, kann, das bei genauer Anpassung in der Lage ist, Wellen größerer Leistung
hin durchzulassen als die, die über die bekannten vier- 60
armigen Wellenleitungsverzweigungen geschickt werden können.

Erfmdungsgemäß ist ein vierarmiges Wellenleiitungsverzweigungsglied der erwähnten Art dadurch
gekennzeichnet, daß die Längsachsen des zweiten und 65 sich bevorzugt stufenlos in seiner Längsrichtung zu dritten Armes an der Verzweigung gegeneinander einem rechteckigen Querschnitt, unter einem Winkel von nicht mehr als 90° geneigt Die Konstruktion und Arbeitsweise eines elektro-

sind und die Öffnung in den Wellenleiterwänden des magnetischen Wellenleitungssystems nach der Erfinersten, zweiten und dritten Armes, an welcher der dung wird nun als Beispiel im Zusammenhang mit den vierte Arm in die Verzweigung mündet, und wenig- 70 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

in dem ersten Arm in der Nähe des Verzweigungsgliedes aufweisen.

Um die Leistungsaufnahmefähigkeit des Systems zu erhöhen, sind der Scheitel, die Kanten und die Ecken der Scheidewand sowie die Kante oder Kanten der Irisblende bevorzugt abgerundet.

Der Querschnitt des vierten Armes transformiert

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der Grundform des Verzweigungsgliedes,

Fig. 1 (a) einen Querschnitt eines der Längsteile einer Wellenleitung nach Fig. 1 zusammen mit einem Schema, das die elektrischen Vektoren in einer einfachen TE-WeUe darstellt, die in einer Wellenleitung mit diesem Querschnitt fortgepflanzt werden kann,

Fig. 1 (b) ein Diagramm, daß das Bild der elektrischen Vektoren in einer einfachen TE-Welle darstellt, die in einer Wellenleitung mit dreieckigem Querschnitt fortgepflanzt werden kann,

Fig. 2 (a) bis 2 (c) Querschnitte eines Verzweigungsgliedes nach der Erfindung und

Fig. 3 und 4 Schaubilder zur Erläuterung der Arbeitsweise des Verzweigungsgliedes.

Die Grundform eines Verzweigungsgliedes nach der Erfindung wird zuerst mit Bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben, die nur schematischen Charakter hat. Das Verzweigungsglied weist einen ersten Arm 1 auf, der ein Längsteil einer Wellenleitung mit rechteckigem Querschnitt ist und sich symmetrisch in einen zweiten Arm 2 und einen dritten Arm 3 in der Ebene teilt, die seine Längsachse und die längere Abmessung seines Querschnitts enthält. Die Arme 2 und 3 sind jeweils Längsstücke der Wellenleitung mit rechteckigern Querschnitt, deren Längsachsen koplanar zu der Längsachse des Armes 1 und deren längere Abmessungen der Querschnitte parallel zu denen des Armes 1 verlaufen. Die Abmessungen der Arme 2 und 3 sind gleich, aber nicht notwendigerweise gleich den Abmessungen des Armes 1. Die Längsachsen der Arme 2 und 3 sind zueinander unter einem Winkel von 71° in der gemeinsamen Ebene geneigt, wobei infolgedessen eine jede zu der Längsachse des ersten Armes unter 35V2⁰ geneigt ist. Ein vierter Arm 4, der ein Längsteil einer Wellenleitung mit einem abgeänderten rechteckigen Querschnitt ist, endet an einer Öffnung desselben Querschnitts in einer der kürzeren Wände der Arme 1, 2 und 3, wobei die Öffnung symmetrisch über dem Y-Verzweigungsglied der Armel_, 2 und 3 angeordnet ist. Außerdem schließt das System geiwöhnlich verschiedene Anpassungswrrichtungen ein; da diese aber von Fall zu Fall variieren können, sind sie nicht in Fig. 1 dargestellt worden.

Der Querschnitt des Armes 4 und die Öffnung sind in Fig. 1 (a) dargestellt. Der abgeänderte Recbteckquersohniitt wird, wie vorher definiert wurde, dadurch gebildet, daß zwei benachbarte Ecken eines Rechtecks abgeschnitten werden, wobei nur die Seite 5 ungeändert bleibt und die geraden zusätzlichen Seiten 6 und 7 erhalten werden. Die bleibenden Seiten 8 bis 10 sind Teile der Seiten des ursprünglichen Rechtecks. Man erkennt aus Fig. 1, daß sich die Seite 6 der divergierenden Außenwand des Armes 2 anpaßt und daß sich in ähnlicher Weise, obgleich dies in Fig. 1 nicht erkennbar ist, die Seite 7 der divergierenden Außenwand des Armes 3 anpaßt. Die gestrichelte Linie in Fig. 1 (a) zeigt die Richtung der Längsachse des Armes 1 an, verläuft senkrecht zu den Seiten 5 und 9 und halbiert diese. Die Länge der vollständigen Seite5 ist gleich der 'längeren Ouerschnittseite des Armes 1, während der senkrechte Abstand zwischen den Seiten 5 und 9 gleich der kürzeren Abmessung desselben Querschnitts ist.

Mit Bezug auf Fig. 1 (b) der Zeichnungen, die das elektrische Vektorbild an einem Punkt längs der Wellenleitung in der einfachsten TE-Welle zeigt, die längs einer Wellenleitung mit dreieckigem Querschnitt fortgepflanzt werden kann, erkennt man, daß das elektrische Feld hauptsächlich in Richtung der Mitten der drei Seiten des Dreiecks konzentriert ist. Es ist möglich, in einer Wellenleitung mit abgeändertem Rechteckquerschnitt eine Wellenart fortzupflanzen, die der einfachsten dreieckigen Wellenleiterwelle entspricht. Das elektrische Vektorbild dieser Wellenart ist in Fig. 1 (a) dargestellt. Es ist jedoch ein Unterschied insofern vorhanden, als für eine Basis derselben Größe die Sperrfrequenz für die dreieckige Wellenleitung höher ist als die für einen abgeänderten rechteckigen Leiter. Dies ist in diesem Falle wichtig, da es ermöglicht, daß das Verzweigungsglied bei einer niedrigeren Frequenz für gegebene Wellenleitungsabmessungen verwendet wird. Die Einzelheiten eines vierarmigen Wellenleitungsverzweigungsgliedes nach der Erfindung sind in Fig. 2 (a) bis 2 (c) dargestellt. Das Verzweigungsglied ist so entwickelt, daß es über ein breites Frequenzband von 900 MHz im 3-cim-Band in dem Duplexer einer Hochleistungsimpulsradaranlage arbeitet. Es ist bis zu einer Spitzensenderleis.tung von 500 kW geprüft worden, ohne daß eine Betriebsstörung auftrat. Der Arm 1 ist eine Normalwellenleitung WG15 mit Innenquerschnittsabmessungen von 28,5 X 12,7 mm, und die Arme 2 und 3 haben einen kurzen Abstand von der Verzweigung und sind Norm al wellen leitungen WG16 mit Innenquerschnittabmessungen von 22,86 X 10,16 mm, und der Arm 4 transformiert sieh auf eine Normalwellenleitung WG15 in einem kurzen Abstand von der Verzweigung.

Fig. 2 (a) zeigt einen Schnitt durch das Verzweigungsglied in der Ebene, welche die Längsachse¹ des Armes 1 und die längere Seite seines Querschnitts enthält, während, die Fig. 2 (b) und 2 (c) Schnitte längs b-b und c-c der Fig. 2 (a) zeigen. Das Verzweigungsglied ist in den Fig. 2 (a) bis 2 (c) so dargestellt, als ob die verschiedenen Längsteile der Wellenleitung durch einen festen Metallblock verlaufen.. Praktisch ist der Block aus mehreren Bestandteilen hergestellt, die in bekannter Weise zusammengehalten werden. Bekannte Vorrichtungen können vorgesehen werden, um andere Längsteile von Wellen leitungen an den Enden der vier WeIlenleitungsarme 1 bis 4 anzuklemmen. Mit Bezug auf die Fig. 2 (a) bis 2 (c) ist der Arm 1 einfach ein Längsteil einer Wellenleitung WGlS mit rechteckigem Querschnitt und mit Innenabmessungen von 28,5 X 12,7 mm, wobei die längere Abmessung des Querschnitts parallel zu der Ebene der Fig. 2 (a) verläuft. Wie oben beschrieben ist, teilt sich der Arm 1 symmetrisch um die Ebene der Fig. 2 (aj in die Arme 2 und 3, deren Längsachsen 11 und. 12 unter 35V2⁰ zu der Längsachse 13 des Armes 1 geneigt sind. Die Querschnitte der Arme 2 und 3 sind rechteckig. An der Verzweigung betragen die Innenabmessungen 28,499 X 10,16 mm, aber von den Punkten 14 gerade über der Verzweigung bis zu ihren Enden, wie sie in den Fig. 2 (a) bis 2 (c) dargestellt sind, neigt sich die längere Abmessung kegelförmig auf 22,86 mm, wobei der Querschnitt an diesen Enden dann dieselbe Form hat wie bei der Normalwellenleitung WG16, d. h. 22,86 X 10,16 mm. Die längeren Innenwände der Arme 2 und, 3 treffen sich auf einem abgerundeten Scheitel 16 von 5,512 mm Radius an dem Verzweigungsglied. Die Mitte des abgerundeten Scheitels 16 ist 18,237 mm von dem Punkt entfernt, an dem sich die Längsachsen 11 und 13 treffen. Eine Metallscheidewand 17 ragt von dem Scheitel 16 in Richtung des Armes 1 vor und in diesen hinein, wobei die Länge der Scheidewand 17 22,02 mm von der Spitze des Scheitels 16 zu der Spitze der Scheidewand 17 beträgt. Die Höhe der Scheidewand 17 von 9,144 mm ist

merklich geringer als die Hälfte der längeren Abmessung des Querschnitts des Armes 1. Die Scheidewand 17 ist an der Ecke 18 abgerundet, wobei der Radius 5,556 mm beträgt, und ist 3,175 mm stark. Die schmale Kante der Scheidewand 17 ist ebenfalls abgerundet, wobei der Radius 1,587 mm beträgt.

Der Arm 4 öffnet sich in die anderen drei Arme 1 bis 3 bei der Öffnung 19 in der linken — im Sinne der Fig. 2 (a) — schmaler bemessenen Wand der Arme 1, 2 und 3 an dem Verzweigungsglied. Seine Längsachse 20 verläuft senkrecht zu der Ebene, welche die Längsachsen 11 bis 13 der Arme 1 bis 3 enthält. Sein Querschnitt an der Öffnung 19 ist rechtwinklig abgeändert und ist vorher im Zusammenhang mit der Fig. 1 (a) beschrieben worden. Die den Seiten 5, 6, 8 und 9 der Fig. 1 (a) entsprechenden Wände können in Fig. 2 (a) erkannt werden und tragen dieselben Bezugszeichen. Von dem Punkt 21 in Längsrichtung geht der Querschnitt allmählich in einen rechteckigen Querschnitt an dem Punkt 22 längs seiner Länge mit denselben Innenquerschnittabmessungen wie der Arm 1 über. Die Transformation oder der Übergang wird durch eine abfallende Rampe 23 bewirkt, die am Ende der Seite 6 beginnt und kegelförmig geneigt zu einem Scheitel 24 verläuft, wobei sich eine ähnliche in Fig. 2 (a) nicht sichtbare, symmetrisch angeordnete Rampe in der angrenzenden Ecke des Armes 4 von der Seite 7 an demselben Punkt 22 in Längsrichtung des Armes 4 wegneigt.

Eine induktive Irisblende 25 ist in dem Arm 1 vorgesehen, der einen Abstand von 15,65 mm von dem Scheitel 16 hat. Die Blende 25 ist 4,343 mm hoch und 1,27 mm dick und verläuft quer zu der linken ■— gemäß Fig. 2 (a) — kürzer bemessenen Wand des Armes 1. Die Kante, die in den Arm 1 vorspringt, ist abgerundet.

An dem Punkt, wo die äußeren längeren Wände zu divergieren beginnen, ist die rechte Hälfte — im Sinne der Fig. 2 (a) — dieser Wände kreisförmig gekrümmt. Infolge der Tatsache, daß sich die zusatzliehen Seiten 6 und 7 des abgeänderten Rechteckquerschnitts der Öffnung 19 und der erste Teil des Armes 4 nur angenähert an diese auseinanderstrebenden Wände anpassen, sind Facetten 26 in den linken Hälften ausgebildet. Diese Facetten 26 sind an den Punkten halbwegs quer zu den Wänden mit demselben Radius gekrümmt wie die kreisförmig gekrümmten Teile und laufen zu Punkten an den Ecken 27 der öffnung 19 zusammen.

Die Stellungen und Größen der Scheidewand 17 und der Blende 25 sind so gewählt, daß die an dem Verzweigungsglied längs des Armes 4 bzw. des Armes 1 ankommenden Wellen gleichmäßig in die Arme 2 und 3 mit einem Minimum an Fehlanpassung geteilt werden.

Es wird bemerkt, daß das soeben beschriebene Verzweigungsglied als ein symmetrisches, vierarmiges Verzweigungsglied in der Hauptsache dank der Tatsache wirkt, daß es eine Symmetrieebene hat, d. h. daß es die Längsachsen des ersten und vierten Armes 1 und 4 enthält. Diese Symmetrie ergibt Ouerdämpfung zwischen den Armen 1 und 4.

Außerdem sind, wie oben festgestellt wurde, die Scheidewand 17 und die Blende 25 eingeführt, um die Fehlanpassung an dem Verzweigungsglied für Wellen zu vermindern,- die längs der Arme 4 bzw. 1 eintreffen. Wenn diese Arme 1 und 4 durch diese Vorrichtungen wirksam angepaßt sind, ist das System automatisch in den Armen 2 und 3 zusätzlich angepaßt, und es wird auch Querdämpfung zwischen den Armen 2 und 3 eingeführt. Diese Eigenschaften ergeben sich allein aus der Gestalt des Verzweigungsgliedes und der Einführung der Anpassungseinrichtung. Außerdem ist auf Grund der Gestalt eine genaue, konstante und nicht frequenzempfindliche Teilung der Leistung gleichmäßig zwischen den Armen 2 und 3 vorhanden, wenn Wellen das Verzweigung'sglied längs eines der Arme 1 und 4 erreichen. Die Scheidewand 17 beeinträchtigt den Durchgang der Wellen von dem Arm 1 in die Arme 2 und 3 nicht, da sie in einer Ebene senkrecht zu dem elektrischen Feld dieser Wellen liegt.

Das oben beschriebene Wellenleitungssystem kann in einer Duplexanlage benutzt werden, wie z. B in der nachfolgend beschriebenen Anlage. T-R-Zellen sind in den Armen 2 und 3 oder in deren Verlängerungen in elektrischen Abständen von dem Verzweigungsglied eingesetzt, die sich um eine Viertelwellenlänge der Wellen in der Wellenleitung unterscheiden, die durch das System im Betrieb verlaufen. Der Empfänger des Duplexsystems ist an die beiden Arme 2 und 3 jenseits der T-R-Zellen in einer noch zu beschreibenden Weise angekoppelt. Der Sender ist an den Arm 4 gekoppelt, wobei die Kopplung so eingerichtet ist, daß Wellen in der TE₁₀-Wellenart in dem rechteckigen Teil des Armes 4 durch den Sender erregt und in Richtung des Verzweigungsgliedes fortgepflanzt werden. In ähnlicher Weise wird die Antenne an den Arm 1 gekoppelt, so daß an der Antenne empfangene Wellen TE₁₀-Wellen in dem Arm 1 erregen, die ebenfalls in Richtung des Verzweigungsgliedes fortgepflanzt werden.

Wenn man die ersten an der Antenne empfangenen Wellen betrachtet, wirkt das Verzweigungsglied der Arme 1, 2 und 3, das in der Ε-Ebene dieser Arme liegt, als einfacher Leistungsteiler, wie oben erwähnt wurde, wobei die an dem Verzweigungsglied längs des Armes 1 ankommenden Wellen in gleicher Weise in die beiden Arme 2 und 3 gekoppelt sind. Sie haben gewöhnlich unzureichende Leistung, um die T-R-Zellen zu zünden, und verlaufen durch diese in den Empfänger. Es ist keine Kopplung dieser Wellen in den Arm 4 vorhanden, da das Bild der elektrischen und magnetischen Vektoren quer zu der Mündung des Armes 4 hierzu ungeeignet ist.

Dies ist in Fig. 3 der Zeichnung veranschaulicht, die ein Diagramm des Wellenleitungsverzweigungsgliedes zeigt, das mit Pfeilen markiert ist, welche die Richtung der elektrischen Vektoren bei einem Maximum einer Welle darstellen, die den Arm 1 hinunter verläuft und sich in die Arme 2 und 3 aufteilt. Es ist keine Tendenz vorhanden, um Wellen in dem Arm 4 zu erregen, da die Verteilung der elektrischen Vektoren quer zu der Öffnung in keiner Weise der Verteilung gemäß den in den Fig. 1 (a) und 1 (b) dargestellten elektrischen Vektoren ähnelt.

Wenn man nun die an dem Sender entstehenden Wellen betrachtet, so verlaufen diese den rechteckigen Querschnitt des Armes 4 hinunter als TE₁₀-WeIIeIi. In dem Transformationsabschnitt zwischen den Punkten 22 und 21 längs des Armes 4 werden die Wellen in der Länge der Wellenleitung mit abgeändertem rechteckigem Querschnitt auf einen dreieckigen Wellenleitungsmodus angenähert, wie in Fig. 1 (a) und 1 (b) veranschaulicht ist. Nun wird außerdem Bezug auf Fig. 4 der Zeichnungen genommen, die ein Diagramm des Wellenleitungssystems zeigt, das ähnlich der Fig. 3 mit Pfeilen markiert ist, welche die Richtung der elektrischen Vektoren bei einem Maximum einer Welle darstellen, die den Arm 4 nach unten wandert

und durch das Verzweigungsglied zu dem Arm 1 verläuft. Die Wellenart in dem Arm 4 ist in ungefährer Weise durch die zwei ausgezogenen Pfeile 30 daxgestellt. Wie man aus Fig. 4 erkennt, sucht sich diese Wellenart bei der Fortpflanzung der TE₁₀-Wellen längs der Arme 2 und 3 und von dem Verzweigungsglied weg auszubilden, wie durch die Pfeile 31 dargestellt ist. Die Erregung der Wellen in dem Arm 1 wird verhindert, da die durch die beiden Pfeile 32 dargestellten elektrischen Vektoren der erregten Wellen in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und sich infolgedessen die Felder aufheben.

Die Leistung dieser am Sender entstehenden Wellen reicht aus, um die T-R-Zellen zu zünden, und die längs der Arme 2 und 3 fortgepflanzten Wellen werden in Richtung des Verzweigungsgliedes reflektiert. Diese reflektierten Wellen sind durch die gestrichelten Pfeile 33 dargestellt. Wenn sich die Abstände der T-R-Zellen von dem Verzweigungsglied um A_ff/4 unterscheiden, unterliegt eine der Wellen wirksam einer Phasenumkehr, die durch Umkehrung der Pfeilrichtung in dem Arm 2 dargestellt ist. Die Wellen kombinieren sich infolgedessen an dem Verzweigungsglied, wie mit den gestrichelten Pfeilen in Fig. 5 dargestellt ist, um eine einzelne¹ TE₁₀-WeIIe in dem Arm 1 zu erregen. Die Verteilung der elektrischen Vektoren quer zu der Öffnung 19 infolge dieser reflektierten Wellen ist nicht geeignet, um eine Welle in dem Arm 4 zu erregen. In dieser Weise erkennt man deshalb, daß die am Sender erzeugten Wellen in den Arm 1 gekoppelt werden.

Das Duplexsystem wird durch ein weiteres Wellenleitungsverzweigungsglied ähnlicher Konstruktion vervollständigt, ist aber durchgehend aus der Wellenleitung WG16 gebaut, die einen Innenquerschnitt von 22,86 X 10,16 mm hat. Die Arme 2 und 3 des zweiten Verzweigungsgliedes sind an dieselben Arme des ersten Verzweigungsgliedes durch gleiche Längen der Wellenleitung mit rechteckigem Querschnitt an Zwischenpunkten gekoppelt, längs denen die T-R-Zellen in Abständen von dem ersten Verzweigumgsglied eingefügt sind, die sich um /L_ff/4 unterscheiden. Der Empfänger ist an den ersten Arm 1 des zweiten Verzweigungsgliedes gekoppelt, und der vierte Arm 4 hat einen angepaßten Abschluß. Die empfangenen Wellen, die durch die T-R-Zellen verlaufen, werden dann in den Empfänger gekoppelt, und jede der Durchbruchwellen von dem Sender wird in den angepaßten Abschluß des vierten Armes gekoppelt. Es wird darauf hingewiesen, daß die sich ergebende Gestaltung sehr zweckmäßig ist, im besonderen, wo- das System in einen kleinen Raum eingepaßt werden muß. Die Arme 2 und 3 jedes Verzweigungsgliedes können beispielsweise um 35V2⁰ zurückgebogen werden, bis ihre Längsachsen parallel zu denen der Arme 1 verlaufen. Die zwei Verzweigungsglieder sind deshalb durch zwei Längsteile der Wellenleitung verbunden, die parallel zueinander verlaufen und in denen die T-R-Zellen untergebracht sind. Der Arm 1 des einen Verzweigungsgliedes ist an den Empfänger gekoppelt und der Arm 1 des anderen Verzweigungsgliedes an die Antenne. Der Sender ist an einen vierten Arm des Verzweigungsgliedes gekoppelt, an das die Antenne gekoppelt ist. Es wird außerdem bemerkt, daß das Verzweigungsglied, an das der Empfänger gekoppelt ist, keine hohe Leistungsaufnahmefähigkeit zu haben braucht und infolgedessen Unterschiede in Konstruktion oder Entwurf auftreten können, wie beispielsweise die durchgehende Anwendung der Wellenleitung WG 16.

Das oben mit Bezug auf Fig. 2 (a) bis 2 (c) der Zeichnungen beschriebene Verzweigungsglied kann Konstruktionsänderungen unterworfen sein. Die Arme 1 und 4 sind mittels der Blende 25 und der Scheidewand 17 angepaßt, aber andere Formen von Anpassungsvorrichtungen können statt oder zusätzlich zu den beiden beschriebenen verwendet werden, obgleich es im Hinblick auf die viel kleinere erforderliche Leistungsaufnahmefähigkeit nur möglich war, den Stab zu benutzen. Auf diese Weise ist beispielsweise in dem kleineren Verzweigungsglied, das durchgehend die Wellenleitung WG16 verwendet, die als zweites vierarmiges Verzweigungsglied in der beschriebenen Duplexeinrichtung verwendet wird, ein Stab eingeschlossen, der um ein kurzes Stück in die öffnung 19 von der Mitte der Seite 9 vorspringt. Dies ist geschehen, um die Anpassung des Armes hier noch weiter zu verbessern. Außerdem kann für denselben Zweck die Seite 9 so angeordnet werden, daß ein kleiner Teil des Scheitels 16 in die öffnung 19 vorspringt. Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Anpassung des Verzweigungsgliedes ist die Lage des Scheitels 16 mit Bezug auf die Verzweigung der Längsachsen 11 bis 13 der Arme 1 bis 3.

Das mit Bezug auf Fig. 2 (a) bis 2 (c) beschriebene Verzweigungsglied ist konstruiert, um eine hohe Leistungsaufnahmefähigkeit zu erreichen, und in diesem Zusammenhang werden die Abrundung des Scheitels 16, der Kante und Ecke der Scheidewand 17 und der Kante der Irisblende 25 als wesentlich betrachtet. Im Vergleich mit einem »Magischen-Te-Verzweigungsglied ist die Anwendung der Y-Gestalt der Arme 1, 2 und 3 statt eines T-Verzweigungsgliedes ebenfalls in diesem Zusammenhang wichtig.

Außerdem ist neuerdings eine Technik zum Spritzgießen einer quasi rechteckigen Wellenleitung entwickelt worden, um die Herstellung von Wellenleitungen und Wellenleitungssystemen zu vereinfachen. Die entstehende Wellenleitung hat einen Querschnitt, bei dem sich die kürzere Abmessung des Querschnitts von der Mitte zu den Kanten vermindert, wobei die längeren Kanten unter einem kleinen Winkel von beispielsweise 5° abfallen, während die Ecken unter einem Radius von beispielsweise 1,27 mm abgerundet sind. Die Gesamtheit einer Länge dieser Wellenleitung wird in zwei gleichen Teilen gegossen, die längs· der Linie geteilt sind, welche die längeren Seiten halbiert, wobei die Teile beim Zusammenbau miteinander verbunden werden. Die Gestalt weicht so geringfügig von der rechteckigen Form ab, daß Wellen in Modusarten fortgepflanzt werden können, die fast mit denen der Wellenleitung mit rechteckigem Querschnitt identisch sind. Es wird auch bemerkt, daß dort, wo eine Wellenleitung mit rechteckigem Querschnitt in dieser Beschreibung erwähnt wird, dieser Begriff auch Wellenleitungen mit quasi rechteckigem Querschnitt umfaßt.

Die Gestaltung an dem Verzweigungsglied kann sich auch in anderen Beziehungen ändern. Die öffnung 19 kann gekrümmte zusätzliche Seiten haben, sie kann beispielsweise gekrümmte Seiten haben, die sich genau den divergierenden, längeren Außenwänden der Arme 2 und 3 statt der Seiten 6 und 7 anpassen, die tangential verlaufen und sich nur angenähert anpassen. In diesem Falle kann der Arm 4 zunächst einen Längsteil haben, in dem sich der Querschnitt harmonisch von dem Querschnitt der Öffnung 19 auf einen Querschnitt mit geraden zusätzlichen Seiten transformiert, und dann einen weiteren Längsteil, bei dem der Querschnitt stufenlos oder allmählich in ein Rechteck übergeht. In idealer Weise schafft der Extremfall, bei dem der rechteckige Querschnitt auf einen dreieckigen abgeändert ist, die beste Anpassung,

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aber die Sperrfrequenz für eine dreieckige Wellenleitung der angemessenen Größe ist zu hoch und kann die unterste Betriebsfrequenz unerwünscht begrenzen.

Unter der Voraussetzung, daß eine geeignete Vorrichtung zur Erzeugung von Wellen in dem genauen Modus in der Wellenleitung mit »abgeändertem Rechteckquerschnitt« vorgesehen wird, würde es natürlich nicht erforderlich sein, den Querschnitt des Armes 4 überhaupt zu transformieren, und es könnte eine gleichmäßige'Länge des abgeänderten Rechteckquerschnitts benutzt werden.

Beim Untersuchen eines Verzweigungsgliedes, wie beispielsweise das mit Bezug auf die Fig. 2 (a) bis (c) der Zeichnungen beschriebene, wurden die folgenden Werte erhalten:

Das Spannungsverhältnis der stehenden Welle für Wellen, die in den Arm 1 verlaufen, mit angepaßten Abschlüssen an dem Ende der Arme 2 und 3 war größer als 0,90 über ein Frequenzband von 1150 MHz in dem 3-cm-Band.

Das Spannungsverhältnis der stehenden Welle für Wellen, die in den Arm 4 verlaufen, mit T-R-Zellen. die genau in den Armen 2 und 3 angeordnet sind, und einem angepaßten Abschluß an dem Arm 1 war größer als 0,90 über ein Frequenzband von 500 MHz in dem 3-cm-Band. Eine Spitzenleistung von 500 kW wurde in den Arm 4 ohne Betriebsstörung geschickt.

In dem Verzweigungsglied, das durchgehend eine Wellenleitung WG16 verwendet und eine Stabanpassungsvorrichtung aufweist, wird die Bandbreite für ein größeres Spannungsverhältnis der stehenden Welle als 0,9 auf 1800MHz für den Arm 1 und MHz für den Arm 4 vergrößert.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE: 35

1. Vierarmiges Wellenleitungsverzweigungsglied, dessen erster, zweiter und dritter Arm jeweils durch einen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird, wobei die Längsachsen der drei Arme so in einer Ebene an der Verzweigung liegen, daß der erste Arm sich symmetrisch an der Verzweigungsstelle in den zweiten und dritten Arm teilt und die längeren Abmessungen ihrer Querschnitte an der Verzweigung parallel zueinander verlaufen, und dessen vierter Wellenleiterarm mit seiner Längsachse an der Verzweigung senkrecht zu der genannten Ebene liegt und die Längsachse des ersten Armes schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen des zweiten und dritten Armes an der Verzweigung gegeneinander unter einem Winkel von nicht mehr als 90° geneigt sind und die Öffnung in den Wellenleiterwänden des ersten, zweiten und dritten Armes, an welcher der vierte Arm in die Verzweigung mündet, und wenigstens der Endabschnitt des vierten Armes an der Öffnung einen aus der Rechteckform entwickelten, abgeänderten Querschnitt haben, der durch symmetrisches Abschneiden der beiden einer Rechtecklängsseite gegenüberliegenden Ecken unter Bildung einer oder mehrerer, gerader oder gekrümmter, zusätzlicher Seiten entstanden ist, daß sich die längere Seite der Öffnung senkrecht zu der Längsachse des ersten Armes erstreckt und von dieser halbiert wird und dicht oder tangential zu dem Scheitel verläuft, der an der Verzweigung der inneren längeren Wände des zweiten und dritten Armes ausgebildet ist, und die Öffnung senkrecht dazu und weiterhin an den durch svmmetrisches Abschneiden der beiden Ecken au den Enden der anderen Längsseite des Rechtecks gewonnenen zusätzlichen Seiten der öffnung verläuft, die sich angenähert den auseinanderstrebenden Wänden mit längerer Abmessung des zweiten und dritten Armes an der Verzweigung anpassen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anpassungseinrichtungen vorgesehen sind, die so eingerichtet sind, daß sie die Anordnung für Wellen, die an dem Verzweigungsglied längs des ersten Armes und des vierten Armes ankommen, für optimale Arbeitsweise bei einer gewünschten Frequenz oder über ein gewünschtes Frequenzband anpassen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallscheidewand vorgesehen ist, die von dem Scheitel vorsteht, der von der Verzweigung der inneren, langer bemessenen Wände des zweiten und dritten Armes gebildet wird, wobei die Scheidewand in der Ebene liegt, welche die Längsachse und die längere Abmessung des Querschnitts des ersten Armes enthält, und wobei die Höhe und die Form der Scheidewand so gewählt ist, daß optimale Arbeitsweise des Systems bei einer gewünschten Frequenz oder über ein gewünschtes Frequenzband erzielt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kanten und Ecken der Scheidewand, die in das Wellenleitungssystem vorspringen, abgerundet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtungen auch einen Metallstab oder eine -säule aufweisen, der bzw. die senkrecht in die öffnung von der Mitte der vollständigen oder ungeänderten Seite vorspringt, wobei die Stellung und die Abmessungen des Stabes für optimale Arbeitsweise bei einer gewünschten Frequenz oder über ein gewünschtes Frequenzband bemessen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtungen eine induktive Metallirisblende in dem ersten Arm in der Nähe des Verzweigungsgliedes aufweisen, deren Lage und Abmessungen für optimale Arbeitsweise bei einer gewünschten Frequenz oder über ein gewünschtes Frequenzband bemessen sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel an der Verzweigungsstelle der inneren, länger bemessenen Wände des zweiten und dritten Armes abgerundet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständige Seite der Öffnung tangential zu dem abgerundeten Scheitel verläuft.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die divergierenden äußeren, längeren Wände des zweiten und dritten Armes harmonisch oder kontinuierlich glatt an der Verzweigung krümmen und sich den längeren Wänden des ersten Armes anpassen und der abgeänderte Reckteckquerschnitt der öffnung so gewählt ist, daß er zwei zusätzliche gerade Seiten hat, die zu den gekrümmten Wänden des zweiten und dritten Armes tangential verlaufen.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß sich die divergierenden äußeren, länger bemessenen Wände des zweiten und dritten Armes kontinuierlich glatt an

dem Verzweigungsglied krümmen und sich den langer bemessenen Wänden des ersten Armes anpassen und der abgeänderte Rechteckquerschnitt der Öffnung so gewählt ist, daß er zwei zusätzliche gekrümmte Seiten hat, die sich genau den gekrümmten Wänden des zweiten und dritten Armes anpassen.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Arm an der Verzweigung einen abgeänderten rechteckigen Querschnitt mit zwei zusätzlichen gekrümmten Seiten hat, daß der von der Verzweigung abgehende erste Abschnitt des vierten Armes den Übergang von dem abgeänderten Rechteckquerschnitt mit zwei zusätzlichen gekrümmten Seiten auf abgeänderten Rechteckquerschnitt mit zwei zusätzlichen geraden Seiten bewirkt und daß der nächste Abschnitt einen weiteren Übergang von diesem letztgenannten Querschnitt auf einen rechteckigen Querschnitt herstellt.

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des vierten Armes zwischen zwei Punkten seiner Längserstreckung von dem abgeänderten Rechteckquerschnitt mit zwei zusätzlichen geraden Seiten stufenlos in einen rechteckigen Querschnitt übergeht.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zu rechteckigem Querschnitt durch Rampen bewirkt wird, die ebene Stirnflächen haben, die von den Enden der zusätzlichen Wände des abgeänderten Rechteckquerschnitts mit zwei zusätzlichen geraden Seiten zu den entsprechenden Ecken an dem Punkt verlaufen, wo der Querschnitt rechteckig wird.

14. Symmetrierte Duplexeinrichtung zum Ankoppeln eines Senders und eines Empfängers an ein gemeinsames Wellenleitungsspeisekabel, gekennzeichnet durch eine erste Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13. die bemessen ist, um Leistungen hindurchlaufen zu lassen, die größer als die Spitzenleistung des Senders sind, und eine zweite Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die notwendigerweise nicht bemessen ist, um dieselbe Spitzenleistung hindurchzulassen, wobei der Sender an den vierten Arm der ersten Anordnung, das gemeinsame Wellenleitungszuführungskabel an den ersten Arm der ersten Anordnung, der Empfänger an den ersten Arm der zweiten Anordnung, ein angepaßter Abschluß an das Ende des vierten Armes in der zweiten Anordnung und der zweite und der dritte Arm der beiden Anordnungen durch gleiche Längen der Wellenleitung gekoppelt sind, in denen sich jeweils eine T-R-Zelle in Abständen von dem Verzweigungsglied des ersten Systems befindet, die sich um eine ungerade Zahl von Viertelwellenlängen bei der Betriebsfrequenz unterscheiden, für die das System entwickelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 643 162.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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