DE1055627B - Abschlussvorrichtung fuer Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wellenübertragungsleitungen und insbesondere auf einen Energie verbrauchenden Abschluß für einen Hohlleiter.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hohlleiter mit einer solchen Impedanz abzuschließen, die sowohl wirkwiderstands- als auch blindwiderstandsmäßig über ein weites Frequenzband an den Wellenwiderstand des Hohlleiters angepaßt ist. Dabei soll insbesondere der Frequenzbereich erweitert werden, in dem diese Impedanzanpassung auftritt, und es soll außerdem die Größe solcher Vorrichtungen verringert und gleichzeitig damit die Herstellbarkeit und Stabilität der Vorrichtung verbessert werden.

In Mikrowellensystemen verwendete Hohlleiter benötigen oft einen Abschluß, der Energie verbraucht und der die Impedanz des Hohlleiters über ein vergleichsweise breites Frequenzband sehr gut anpaßt. Die wohl am meisten verwendete Abschluß einrichtung enthält einen sich verjüngenden Streifen oder Block aus Energie verbrauchendem Material, der am Ende der Leitung untergebracht ist Eine Struktur dieser Art ist unerwünscht lang, und eine Veränderung in der Zusammensetzung des Materials macht es schwierig, solche Abschlußvorrichtungen zu reproduzieren, und ergibt einen unstabilen Betrieb. Im allgemeinen liefern Abschlüsse, die Sonden oder in Querrichtung angeordnete Widerstände verwenden, eine Impedanzanpassung nur bei einer einzigen Frequenz.

Eine solche Abschlußvörrichtung ist für Wellenleiter des Hohlleitertyps anwendbar. Bei einem bekannten Hohlleiterabschluß ist der Wellenleiter, der beispielsweise rechteckig oder irgendeinen anderen Querschnitt aufweisen kann, am Ende durch einen Reflektor abgeschlossen. Eine mit einem Widerstandsmaterial versehene Sonde ragt von einer Seite des Hohlleiters aus nach innen, erstreckt sich jedoch nur über einen Teil in der Richtung des elektrischen Feldes der elektromagnetischen Wellen. Die Länge und der Widerstand der Sonde und ihre Lage in bezug auf den Reflektor und die Mitte des Hohlleiters sind dabei so gewählt, daß sich eine Abschlußimpedanz ergibt, die an die Wirkwidefstandskomponente der Hohlleiterimpedanz über ein ausgewähltes Frequenzband angepaßt ist. Mit einem solchen Hohlleiterabschluß läßt sich eine Anpassung'der Wirkwiderstandskomponenten nur in der Unmittelbaren Umgebung einer einzigen Frequenz erreichen. Dieser Nachteil des bekannten Hohlleiterabschlusses wird dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß die Querabmessungen der Sonde so gewählt sind, daß der Blindwiderstand der Sonde im wesentlichen den Blindwiderstand des Reflektors, von der Sonde aus gesehen, kompensiert, und zwar über das gleiche Frequehzband; Ein Reflexionskoeffi-AbschlußvorricMung für Hohlleiter

Anmelder:
Western Electric Company,

Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν, Amerika vom 5. Februar 1957

Edward Whitney Houghton, Chatham, Ν. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

zient von 1% oder kleiner über ein Band von. 10% oder mehr läßt sich dadurch erreichen.

Die Stellung des Reflektors und die Tiefe, mit der die Sonde in den Hohlleiter hineingeführt ist, können einstellbar gemacht werden, wenn das erwünscht ist. Normalerweise hat die Sonde einen Abstand von ungefähr einer Viertelwellenlänge von dem Reflektor, so daß sich dadurch ein sehr kompakter Aufbau ergibt. Eine geeignete Widerstandssonde kann beispielsweise einen keramischen Kern haben, der teilweise oder völlig mit Kohlenstoff überzogen ist. Ein Ende der Sonde kann mit einem Metall plattiert sein" und in einen geeigneten metallischen Halter eingefügt sein, der in ein Loch in der Seitenwand des Hohlleiters paßt. Da ein solcher Widerstand ziemlich stabil ist, ist ein Abschluß unter Verwendung eines solchen Widerstandes leicht herzustellen und hat elektrische Eigenschaften, die entsprechend stabil über die Zeit sind und auch in bezug auf Änderungen in der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit.

In den Figuren ist eine typische Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht eines Energie verzehrenden Hohlleiterabschlusses gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Einrichtung nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Richtung der Pfeile,

Fig. 3 ein Diagramm, bei dem der Wirkwiderstand und die Reaktanz über der Frequenz als Kennlinie aufgetragen ist, wobei dieses Diagramm zur Erläuterung der Erfindung dient, und

Fig. 4 ein Diagramm, das den typischen; Verlauf der Amplitude des Reflexiönskoeffizienten über'der

90S 507/411

Claims (1)

Frequenz zeigt, wie es mit dem Abschluß nach Fig. 1 ' und 2 erreicht werden kann, und zum Vergleich eine Kennlinie, wie sie sich mit einem bisher bekannten Abschluß vergleichbarer Größe erreichen ließ. Der Abschluß, der in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, enthalt einen Hohlleiter 5, einen Reflektor 6 am Ende des Hohlleiters und eine Widerstandssonde 7. Der Hohlleiter weist rechteckigen Querschnitt auf mit ungleich großen Seitenabmessungen. Andere Querschnittsformen können ebenfalls verwendet werden. Der Reflektor 6 hat die Form eines metallischen Kolbens, der einen guten elektrischen Kontakt mit den Wänden des Hohlleiters besitzt. Der Kolben kann längs des Hohlleiters geführt werden und weist einen Stab 8 auf oder eine Schubstange, mit deren Hilfe die Einstellung vorgenommen werden kann. Die Sonde 7 besteht aus einem zylindrischen, keramischen Kern, der teilweise oder völlig mit einem Film aus Kohlenstoff umgeben ist. Der Film ist durch die Punktierung angezeigt. Die Sonde ist an dem Ende 10 mit einem Metall plattiert. Das Ende paßt *- genau in ein kreisförmiges Loch in einem metallischen Halter 11, der ein Gewinde aufweist und in eine mit Gewinde versehene Bohrung in einer Breitseite 12 des Hohlleiters 5 eingeschraubt ist. Ein Schlitz 13 ermöglicht es, den Halter 11 mit einem Schraubenzieher zu drehen, um den Abstand χ einzustellen, um den sich die Sonde 7 in den Hohlleiter 5 hineinerstreckt. Der Abschluß ist so ausgelegt, daß er sowohl die Wirkwiderstands- als auch die Blindwiderstandskomponente der Impedanz des Hohlleiters 5 über ein verhältnismäßig breites Frequenzband anpaßt. In Fig. 3 stellt die ausgezogene Kurve 15 die Wirkwiderstandskomponente des Wellenwiderstandes des Hohlleiters dar, wie er durch die Anwesenheit des Reflektors 6 über einen Frequenzbereich verändert wird, der sich nach beiden Seiten einer ausgewählten Mittelfrequenz /0 des Frequenzbandes erstreckt, in deren Nähe die Kurve einen'Maximalwert hat. Der Widerstand der Sonde 7 ist über dieses Band im wesentlichen konstant. Der Gleichstromwiderstand R der Sonde, der Abstand X, der Abstand F vom Reflektor nach' der Mitte der Sonde und der Abstand Z von der Mittellinie 14 des Hohlleiters 5 nach der Mitte der Sonde sind so gewählt, daß sich ein Abschlußwiderstand oder eine Abschlußimpedanz ergibt, deren Wirkwiderstandskomponente, durch die ausgezogene Linie 16 dargestellt, sich über das hier interessierende Frequenzband zwischen den Frequenzen Zr1 und - f2 so nahe wie möglich an die Kurve 15 anschmiegt. Die pp'timale, endgültige Einstellung dieser Parameter wird am besten experimentell ermittelt. Wie man sieht," schneidet die Kurve 15"vorzugsweise die Kurve 16 bei zwei Punkten in dem hier interessierenden Frequenzband. Die " ausgezogene Kurve 17, die eine im wesentlichen gleichförmige negative Steigung zwischen ft und f.2 aufweist und die Nullachse bei f2 schneidet, stellt; die Reaktanz des Reflektors dar, gesehen von der Basis der Sonde 7 aus. Damit nun die Abschlußvorrichtung an den Hohlleiter angepaßt werden kann, muß diese Reaktanz kompensiert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch Erreicht, daß der Durchmesser P oder die QueraBmessung der Sonde 7 entsprechend geeignet gewählt wird. Die gestrichelte Kurve 18 mit positiver Steigung und einem Wert von 'Null bei der Frequenz fz zeigt die Reaktanzkomponente des Abschlußwiderstandes mit einem bestimmten" Durchmesser D. Nimmt D ab, dann nimmt die 'Steigung zu, aber es ändert sich dabei "nicht die Fre- quenz, bei der die Reaktanz Null auftritt. Eine geeignete Wahl von D ergibt die ausgezogene Kurve 19, die .eine positive Steigung gleicher Größe wie die negative Steigung der Kurve 17 aufweist. Unter diesen Umständen kompensiert die Reaktanz der Sonde im wesentlichen die Reaktanz des Reflektors, und es ergibt sich eine gute Impedanzanpassung für den Hohlleiter über das ganze hier interessierende Frequenzband. Die gestrichelte Kurve 21 der Fig. 4 zeigt die Art des Reflexionskoeffizienten und seinen Amplitudenverlauf, der sich mit einem Abschluß vergleichbarer Größe gemäß dem Stand der Technik erreichen ließ. Die ausgezogene Kurve 22 zeigt die wesentlich verbesserte Kennlinie, die sich mit dem hier beschriebenen Abschluß erreichen läßt. Während die Kurve 21 die Nullachse nur einmal berührt, berührt die Kurve 22 die Nullachse zweimal. Über das Frequenzband von bis Z2 übersteigt die Kurve 22 den Wert 0,01 nicht. Das ist ungefähr nur ein Zehntel der Abweichung der Kurve 21 über dieses gleiche Band. In einem typischen Fall kann das Band zwischen und f2 10% oder mehr von der Mittenfrequenz/„ betragen. Die Kurve 22 stellt eine gemessene Kennlinie für einen Abschluß der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art dar, der für einen rechteckigen Hohlleiter mit den Innenabmessungen von 20,19 X 40,38 mm ausgelegt war. Die Sonde 7 hatte einen Gleichstromwiderstand R von 100 Ohm und einen Durchmesser D von 3,17 mm und erstreckte sich in den Hohlleiter hinein mit dem Abstand von 12,70 mm. Die Sonde hatte einen Kohlenniederschlag, der sich über einen Abstand von 11,43 mm vom inneren Ende aus erstreckte. Der Mittelpunkt der Sonde hatte einen Abstand Y von 14,07 mm vom Reflektor 16 und einen AbstandZ von 15,82 mm von der Mittellinie 14. Die Mittenfrequenz f0 betrug 6175 MHz, die Hohlleiterwellenlänge 6,073 cm und die Wellenlänge im freien Raum 4,863 cm. Es leuchtet ein, daß die vorstehend beschriebene Anordnung lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Zahlreiche andere Ausführungsformen lassen sich durch den Fachmann ohne Abweichen vom Wesen und vom Anwendungsbereich der Erfindung ausführen. Beispielsweise kann man, nachdem der richtige Abstand Y gefunden wurde, den beweglichen ' Kolben 6 durch eine feste Querunterteilung oder Abschlußplatte ersetzen. Oder man kann auch in besonderen Fällen die Sonde 7 in der Mitte der Seitenwand 12 des Hohlleiters anbringen, so daß der Abstand Z zu Null wird. P A T E N T A N S P H Γ C H 1'"

1. Hohlleiterabschluß mit einem am Ende des Hohlleiters angebrachten Reflektor und einer Sonde mit Widerstandsbelag, welche, von einer Seitenwand des Hohlleiters ausgehend, sich nur " über einen Teil des Querschnitts in Richtung des elektrischen Feldes der Wellen im Hohlleiter erstreckt, wobei die Länge und der Widerstand der Sonde und ihre Stellung oder Lage in bezug auf den Reflektor und die Mitte des Hohlleiters so gewählt sind, daß sich eine Abschluß impedanz ergibt, deren Wirkwiderstandskomponente an die Wirkwiderstandskomponente des Wellenwiderstandes des Hohlleiters über ein vergleichsweise breites Frequenzband angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabmessungen der Sonde so gewählt sind, daß der "Blindwiderstand der Sonde" im wesentlichen den Blindwiderstand des