DE1061850B

DE1061850B - Waveguide section for the transmission, in particular, of linearly polarized, very short electromagnetic waves of any plane of polarization

Info

Publication number: DE1061850B
Application number: DES60039A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Erwin Gillitzer; Dipl-Ing Helmut Geyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-09-26
Filing date: 1958-09-26
Publication date: 1959-07-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlleitungsabschnitt für die Übertragung insbesondere linear polarisierter, sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mit beliebiger Polarisationsebene, die einen eine Krümmung aufweisenden Abschnitt hat.The invention relates to a waveguide section for transmission in particular linearly polarized, very short electromagnetic waves with any plane of polarization, which one Has curvature exhibiting section.

Die Hohlleitungsabschnitte der vorbezeichneten Art werden beispielsweise zur Verbindung einer Richtfunktantenne mit einem Sendegerät oder einem Empfängsgerät benötigt. Die Übertragung der Wellen in der Hohlleitung erfolgt im allgemeinen in der Grundschwingungsart. Wenn eine Mehrfachausnutzung der - Antenne in der Weise vorgenommen werden soll, daß im gleichen Frequenzband zwei verschiedene, gegenseitig entkoppelte (»orthogonale«) Polarisationen Verwendung finden, z. B. zwei linear polarisierte Wellen mit aufeinander senkrecht stehenden Polarisationsebenen oder zwei zirkulär polarisierte Wellen mit entgegengesetztem Drehsinn, dann ist es zweckmäßig, diese Doppelausnutzung nicht nur in der Antenne, sondern auch in der daran angeschlossenen Hohlleitung vorzusehen. Ari die Leitung ist dann die Forderung zu stellen, daß eine genügend hohe Entkopplung für die beiden Wellen vorhanden ist. Es ist bekannt, bei geradlinig geführten Hohlleitungen mit kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt die bei Abweichungen vom S oll querschnitt auftretende Kopplung beider Wellen durch eine entsprechend bemessene Verformung des Leitungsquerschnitts in einem breiten Frequenzband zu beseitigen. Bei gekrümmten Hohlleitungen führt dieses Verfahren jedoch nicht zum Ziel. Derartige Hohlleitungen haben zwei Vörzugsrichtungen mit unterschiedlichem Frequenzgang der Phasengeschwindigkeiten. Die eine Vorzugsrichtung liegt in der Krümmungsebene und die andere liegt senkrecht hierzu. Eine ausreichende Entkopplung über ein breiteres Frequenzband ist dann nur noch möglich für zwei lineare Polarisationen, von denen die eine parallel und die andere senkrecht zur Krümmungsebene verläuft. Für den Fall eines Krümmers kreisförmigen Querschnitts sind diese Vorzugsrichtungen in der Fig. 1 angedeutet, in der mit 1 der Hohlleitungskrümmer kreisförmigen Querschnitts, mit 2 die Krümmungsebene, mit 3 das Krümmungszentrum und mit 4 und 5 die beiden Vorzugsrichtungen bezeichnet sind.The waveguide sections of the aforementioned type are required, for example, to connect a directional radio antenna to a transmitting device or a receiving device. The transmission of the waves in the hollow pipe generally takes place in the fundamental mode. If the antenna is to be used multiple times in such a way that two different, mutually decoupled ("orthogonal") polarizations are used in the same frequency band, e.g. B. two linearly polarized waves with mutually perpendicular polarization planes or two circularly polarized waves with opposite directions of rotation, then it is useful to provide this dual use not only in the antenna, but also in the hollow line connected to it. The line must then be asked to ensure that there is a sufficiently high degree of decoupling for the two waves. It is known to eliminate the coupling of the two waves, which occurs in the case of deviations from the target cross-section, by means of an appropriately dimensioned deformation of the line cross-section in a broad frequency band in the case of straight hollow pipes with a circular or square cross-section. In the case of curved hollow pipes, however, this method does not achieve the goal. Such hollow lines have two preferred directions with different frequency response of the phase velocities. One preferred direction lies in the plane of curvature and the other lies perpendicular to it. Sufficient decoupling over a wider frequency band is then only possible for two linear polarizations, one of which runs parallel and the other perpendicular to the plane of curvature. In the case of an elbow of circular cross-section, these preferred directions are indicated in FIG. 1, in which 1 denotes the hollow pipe bend of circular cross-section, 2 denotes the plane of curvature, 3 denotes the center of curvature, and 4 and 5 denote the two preferred directions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zuweisen, auf dem es möglich ist, diesen Schwierigkeiten zu begegnen.The invention has for its object to provide a way in which it is possible to overcome these difficulties to meet.

DieseAufgabewird bei einem Hohlleitungsabschnitt für die Übertragung insbesondere linear polarisierter, sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mit beliebiger Polarisationsebene, die einen eine Krümmung aufweisenden Abschnitt hat, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in dem Krümmungsabschnitt Hohlleitungsabschnitt für die übertragung insbesondere linear polarisierter, sehr kurzer elektromagnetischer Wellen beliebiger PolarisationsebeneIn the case of a waveguide section for the transmission of linearly polarized, very short electromagnetic waves with any plane of polarization that have a curvature Section has solved, according to the invention in such a way that in the curved section Waveguide section for the transmission of, in particular, linearly polarized, very short electromagnetic waves any plane of polarization

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München,Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin and Munich,

München 2, Wittelsbacherplatz 2Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. rer. nat. Erwin Gillitzer, München, und Dipl.-Ing. Helmut Geyer, Gräfelfing bei München, sind als Erfinder genannt wordenDr. rer. nat. Erwin Gillitzer, Munich, and Dipl.-Ing. Helmut Geyer, Graefelfing near Munich, have been named as inventors

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dielektrisches Material angeordnet ist, dessen Form und/oder Dielektrizitätskonstante derart gewählt sind, daß die Phasengeschwindigkeiten für die einzelnen Polarisationsebenen in einem weiten Frequenzbereich wenigstens nahezu gleich sind.dielectric material is arranged, the shape and / or dielectric constant of which are selected such that that the phase velocities for the individual polarization planes in a wide frequency range are at least almost the same.

Durch die deutsche Patentschrift 963 250 ist ein System zur Unterdrückung von störenden Schwingungsformen, die in einem Hohlleiter durch Krümmungen oder sonstige Unregelmäßigkeiten des Aufbaues entstehen, durch an" sich bekannte Erzeugung von . Schwingungsformen gleicher Art, weitgehend gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Phase mit Hilfe eines in den Wellenleiter eingebrachten dielektrischen Körpers bekannt. Wesentlich bei dieser Anordnung ist, daß dieser dielektrische Körper vorwiegend Querschnittsbereiche des Leiters ausfüllt, in denen die elektrischen Feldfaktoren der zu erzeugenden KompensationsschwingunggleicheRichtungaufweisen, und gegebenenfalls unter Unterteilung in mehrere Längenabschnitte eine zur Erzeugung der notwendigen Amplitude der Kompensationsschwingung hinreichende Länge aufweist und eine mit Bezug auf die Störstelle passende Lage einnimmt, um die richtige Phasenlage zu gewährleisten. Es handelt sich somit bei dieser bekannten Anordnung nicht um die Lösung der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Aufgabe.The German patent specification 963 250 describes a system for suppressing disruptive waveforms, those in a waveguide due to curvatures or other irregularities in the structure arise, to a large extent, through the generation of oscillation forms of the same kind, which are known per se same amplitude but opposite phase with the help of a dielectric introduced into the waveguide Body known. It is essential in this arrangement that this dielectric body predominantly Fills cross-sectional areas of the conductor in which the electric field factors of the to be generated Compensating vibrations have the same direction, and optionally subdividing them into several Length sections are sufficient to generate the necessary amplitude of the compensation oscillation Has length and assumes a suitable position with respect to the point of interference to the correct one To ensure phase position. This known arrangement is therefore not the solution the task underlying the subject matter of the invention.

909 578/303909 578/303

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Hohlleitung kreisförmigen Querschnitts. Die darauf abgeleiteten Regeln gelten jedoch sinngemäß auch für eine "Hohlleitung z.B. quadratischen Querschnitts.The invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments which are illustrated in the drawings are explained in more detail. The exemplary embodiments relate to a hollow conduit with a circular cross section. The rules derived from this also apply analogously to a "hollow pipe, e.g. a square one Cross-sectional.

Im gekrümmten Hohlleiter breiten sich die Grundwellen, die parallel bzw. senkrecht zur Krümmungsebene polarisiert sind, mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit aus. Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Verlauf der relativ (auf die Lichtgeschwindigkeiten c In the curved waveguide, the fundamental waves, which are polarized parallel or perpendicular to the plane of curvature, propagate with different phase velocities. Fig. 2 shows the basic course of the relative (based on the speeds of light c

im freien Raum bezogenen) Phasengeschwindigkeity der Grundwelle in Abhängigkeit von der Frequenz f, die auf die Grenzfrequenz fc des Hohlleiters bezogen wird, für einen geraden Hohlleiter (Kurve 6), einen gekrümmten Hohlleiter mit Polarisation parallel zur Krümmungsebene (Kurve 7) bzw. senkrecht zur Krümmungsebene (Kurve 8). Für die Polarisation parallel zur Krümmungsebene besteht eine stärkere Frequenzabhängigkeit der Phasengeschwindigkeit als für die andere Polarisation. Durch elliptische Verformung des Querschnitts (Ellipsenachse parallel bzw. senkrecht zur Krümmungsebene) können die Grenzfrequenzen für die parallele bzw. senkrechte Polarisation nach entgegengesetzten Richtungen verschoben werden, wodurch sich die Kurven 7 und 8 so verändern, daß der Schnittpunkt 9, an dem Gleichheit der Phasengeschwindigkeit besteht, nach anderen Frequenzen verschoben wird. Für ein schmales Frequenzband in der Umgebung der Schnittpunktsfrequenz kann somit durch das an sich bekannte Verfahren der Querschnittsverformung eine entkoppelte Übertragung erreicht werden. DerFrequenzbereich mit entkoppelter Übertragung wird erweitert, wenn es gelingt, die Kurven 7 und 8 so zu verändern, daß sie sich für eine mittlere Frequenz des zu übertragenden Frequenzbandes berühren oder daß sie sich für zwei Frequenzen innerhalb des Frequenzbandes in der Nähe der Bandgrenzen schneiden. Wenn zwei voneinander entfernte Frequenzbänder durch denselben gekrümmten Hohlleiter übertragen werden, wird zweckmäßig je ein Schnittpunkt in jedes Frequenzband gelegt.in free space) phase velocity y of the fundamental wave as a function of the frequency f, which is related to the cutoff frequency fc of the waveguide, for a straight waveguide (curve 6), a curved waveguide with polarization parallel to the plane of curvature (curve 7) or perpendicular to the Plane of curvature (curve 8). For the polarization parallel to the plane of curvature there is a stronger frequency dependence of the phase velocity than for the other polarization. By elliptical deformation of the cross-section (elliptical axis parallel or perpendicular to the plane of curvature), the limit frequencies for the parallel or perpendicular polarization can be shifted in opposite directions, whereby the curves 7 and 8 change so that the intersection 9, at the equality of the phase velocity exists, is shifted to other frequencies. For a narrow frequency band in the vicinity of the intersection frequency, a decoupled transmission can thus be achieved by the method of cross-sectional deformation known per se. The frequency range with decoupled transmission is expanded if it is possible to change curves 7 and 8 so that they touch for a mean frequency of the frequency band to be transmitted or that they intersect for two frequencies within the frequency band in the vicinity of the band limits. If two frequency bands at a distance from one another are transmitted through the same curved waveguide, it is expedient to place an intersection point in each frequency band.

Die für eine breitbandige Angleichung der Phasengeschwindigkeiten erforderliche stärkere Frequenzäbhängigkeit der senkrecht zur Krümmungsebene polarisierten Welle kann dadurch erreicht werden, daß ein Dielektrikum in den Hohlleiter eingebracht wird, das vermöge seiner Anordnung die senkrecht zur Krümmungsebene polarisierte Welle stärker beeinflußt als die parallel zur Krümmungsebene polarisierte. Dies läßt sich beispielsweise durch die im folgenden beschriebene Anordnung bewirken: Die Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines geraden Hohlleiters 1 mit elliptischem Querschnitt, der in der großen Ellipsenachse einen dünnen dielektrischen Streifen 10 enthält. Die Polarisation 11 senkrecht zum Dielektrikum 10 wird viel weniger von diesem beeinflußt als die Polarisation 12 parallel hierzu. Die elliptische Verformung bewirkt, daß die zum Dielektrikum parallel polarisierte Welle 12 eine höhere Grenzfrequenz erhält als die anders polarisierte Welle 11. In der Fig. 4 sind die zugehörigen Kurven 13 und 14 dargestellt, welche die Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit von der Frequenz zeigen. Es ergibt sich somit ein breitband'iges Zusammenfallen (mit dem Schnittpunkt 15) zwischen beiden Kurven, also ein breiter Frequenzbereich, für den zu beiden Polarisationsrichtungen die gleiche Phasengeschwindigkeit gehört, wobei durchThe stronger frequency dependency required for broadband adjustment of the phase velocities the wave polarized perpendicular to the plane of curvature can be achieved in that a dielectric is introduced into the waveguide, which by virtue of its arrangement is perpendicular to the Curvature plane polarized wave influenced more than the polarized parallel to the plane of curvature. This can be brought about, for example, by the arrangement described below: FIG. 3 shows the cross-section of a straight waveguide 1 with an elliptical cross-section in the large axis of the ellipse a thin dielectric strip 10 includes. The polarization 11 is perpendicular to the dielectric 10 much less influenced by this than the polarization 12 parallel to it. The elliptical deformation causes that the wave 12 polarized parallel to the dielectric receives a higher cutoff frequency than that differently polarized wave 11. In Fig. 4, the associated curves 13 and 14 are shown, which the Show the dependence of the phase velocity on the frequency. This results in a broadband Coincidence (with the intersection point 15) between the two curves, i.e. a broad frequency range, for which the same phase velocity belongs to both polarization directions, where by

das Zusammenwirken zwischen einem geeignet geformten Dielektrikum bei gleichzeitig vorgenommener leichter Querschnittsverformung gleichzeitig die Mittelfrequenz der Übereinstimmung auf einen beliebigen Wert gebracht werden kann.the interaction between a suitably shaped dielectric while being carried out at the same time slight cross-sectional deformation at the same time the center frequency of the match to any Value can be brought.

Natürlich sind auch andere Anordnungen eines homogenen Dielektrikums möglich, auch kann das Dielektrikum eine stetige Ortsabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten besitzen. Die Fig. 5, 6, 7 und 8Of course, other arrangements of a homogeneous dielectric are also possible; the dielectric can also have a continuous position dependence of the dielectric constant. Figures 5, 6, 7 and 8

ίο zeigen einige andere geeignete Anordnungen eines Dielektrikums für Kreisquerschnitt, die jeweils die gezeichnete Polarisationsrichtung stärker beeinflussen als die senkrecht hierzu liegende, da das Dielektrikum an solchen Stellen des Querschnitts angebracht ist, wo die eine Polarisation eine große, die andere eine kleine elektrische Feldstärke hat. Die in den Fig. 5 bis 8 angedeutete Polarisationsrichtung muß senkrecht zur Krümmungsebene des zu kompensierenden Hohlleiterbogens liegen. Das Dielektrikum muß im gekrümmten Hohlleiter liegen und dessen ganze Länge oder einen Teil desselben einnehmen. Es kann aber auch ein weiteres Dielektrikum in einem anschließenden geraden Hohlleiterabschnitt, vorzugsweise des gleichen Querschnitts, angebracht sein. Auch kann es aus Gründenίο show some other suitable arrangements of a dielectric for circular cross-sections, each of which is drawn Influence the polarization direction more than the one perpendicular to it, because the dielectric is attached at such points of the cross-section where one polarization is large and the other is small has electric field strength. The direction of polarization indicated in FIGS. 5 to 8 must be perpendicular to the Curvature plane of the waveguide arc to be compensated lie. The dielectric must be in the curved Waveguides lie and occupy its entire length or part of it. But it can also be another Dielectric in a subsequent straight waveguide section, preferably of the same cross section, to be appropriate. It can also be for reasons

as einer einfacheren Herstellung zweckmäßig sein, die zur Anhebung der mittleren Phasengeschwindigkeit erforderliche Änderung der Querschnittsverhältnisse sowohl vom gebogenen Teil des Hohlleiters wie von dem mit Dielektrikum gefüllten räumlich zu trennen.As a simpler manufacture, it may be useful to increase the mean phase velocity required change of the cross-sectional ratios both of the curved part of the waveguide as of spatially separate the one filled with dielectric.

Diese zusammengehörenden Hohlleitungsabschnitte bilden zweckmäßig eine Baueinheit.These hollow pipe sections, which belong together, expediently form a structural unit.

Die Ausführungsform nach der Fig. 5 empfiehlt sich vor allem dann, wenn die Unterschiedene der Phasengeschwindigkeit nur gering sind. Die Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 empfehlen sich dagegen vor allem dann, wenn große Unterschiede in den Phasengeschwindigkeiten auszugleichen sind. Die Ausführungsform nach der Fig. 8 hat vor allem die Vorteile der Anwendbarkeit plastischer Kunststoffe — da die Konturenform weniger kritisch ist — und der Möglichkeit einer starken Beeinflussung der einen Phasengeschwindigkeit bei gleichzeitiger Beeinflussung der anderen Phasengeschwindigkeit.The embodiment according to FIG. 5 is particularly recommended when the differences in phase velocity are only minor. In contrast, the embodiments according to FIGS. 6 and 7 are recommended especially when large differences in phase velocities have to be compensated. The embodiment according to Fig. 8 has above all the advantages of the applicability of plastic plastics - since the Contour shape is less critical - and the possibility of a strong influence on one phase velocity while influencing the other phase velocity at the same time.

Zur Vermeidung unerwünschter Reflexionen kann das Dielektrikum an beiden Enden in bekannter Weise angepaßt sein, z. B. durch Abstufung seiner Abmessungen über ungefähr eine Viertelwellenlänge (Hohlleiterwellenlänge) oder durch stetige Verminderung seiner Abmessungen oder seiner Dielektrizitätskonstante über etwa eine ganze Hohlleiterwellenlänge. Ein solchermaßen kompensierter Hohlleiterbogen kann für jeden beliebigen Krümmungswinkel hergestellt werden.To avoid unwanted reflections, the dielectric can be applied at both ends in a known manner be adapted, e.g. B. by grading its dimensions over approximately a quarter wavelength (waveguide wavelength) or by steadily reducing its dimensions or its dielectric constant over about a whole waveguide wavelength. Such a compensated waveguide arc can can be made for any angle of curvature.

Zweckmäßig wird ein kompensierter Hohlleiterbogen über Drehkupplungen mit den anschließenden geraden Hohlleitungsabschnitten verbunden.A compensated waveguide arch via rotary couplings with the subsequent ones is expedient straight waveguide sections connected.

Die Anwendung der Lehre nach der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Hohlleitungen mit Kreisquerschnitt. Eine Anwendung ist aber auch bei anderen Querschnitten möglich, die geeignet sind zur Übertragung orthogonaler Polarisationen desselben Grundwellentyps. Eine in Sonderfällen zweckmäßige Form besteht z. B. darin, daß der gebogene Hohlleiterabschnitt einen quadratischen Querschnitt hat und mit anschließenden geraden Übergängen auf Kreisquerschnitt annähernd derselben oder auch tieferer Grenzfrequenz versehen ist. Hierbei benutzt man die Tatsache, daß der quadratische Querschnitt einen größeren Frequenzbereich mit eindeutiger Grundwellenausbreitung hat als der kreisförmige.The application of the teaching according to the invention is particularly advantageous for hollow pipes with a circular cross-section. However, it can also be used with other cross-sections that are suitable for Transmission of orthogonal polarizations of the same fundamental wave type. A useful one in special cases Form consists e.g. B. in that the curved waveguide section has a square cross-section and with subsequent straight transitions to a circular cross-section approximately the same or also lower cut-off frequency is provided. Here one uses the fact that the square cross-section has a larger frequency range with clear fundamental wave propagation than the circular one.

Claims

However, the application of the teaching according to the invention is not limited to the frequency range of unambiguous fundamental wave propagation. Patent claims:

1. Waveguide section for the transmission in particular of linearly polarized, very short electromagnetic Waves with any plane of polarization which has a section exhibiting a curvature, characterized in that in the curved section dielectric material is arranged, the shape and / or dielectric

Zitätskonstante are chosen such that the phase velocities for the individual polarization planes are at least almost the same in a wide frequency range.

2. hollow line section according to claim 1, characterized in that the curved section has a square cross-section and over straight waveguide parts merges into a waveguide of circular cross-section.

Considered publications:
German patent specification No. 963 250.

1 sheet of drawings