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Rundhohlleiter-Rechteckhohlleiter-Übergang für sehr kurze elektromagnetische
Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine breitbandige Hohlleiteranordnung für
sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Rundhohlleiterabschnitt,
der wenigstens an seinem einen Ende in einen Rechteckhohlleiterabschnitt übergeht.
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Für eine brauchbare Anwendung derartiger Hohlleiteranordnungen in
der Höchstfrequenztechnik ist es erforderlich, daß von der zu übertragenden Energie
im gesamten Nutzfrequenzbereich möglichst wenig reflektiert wird. Diese Forderung
kann beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß man den Rundhohlleiter stetig in
den Rechteckhohlleiter übergehen läßt. Die Länge des Übergangs muß dabei wenigstens
die Größenordnung einer mittleren Hohlleiterbetriebswellenlänge, bei hohen Anforderungen
sogar mehrere mittlere Hohlleiterbetriebswellenlängen betragen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, den Rundhohlleiter über eine oder mehrere 2/4-Transformationsleitungsstücke
in den Rechteckhohlleiter überzuführen. Allen diesen Lösungen ist also ein Übergangsstück
gemeinsam, das den Rundhohlleiter in den Rechteckhoh.lleiter überführt und das im
allgemeinen eine relativ große Länge aufweist, was insbesondere bei Anlagen in Gestellbauweise
mitunter zu erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten führt. Auch ist der fertigungstechnische
Aufwand solcher Übergangsstücke beträchtlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, der
die bei einer Hohlleiteranordnung der einleitend beschriebenen Art auftretenden
Schwierigkeiten beseitigt und deren fertigungstechnischen Aufwand wesentlich vermindert.
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Diese Aufgabe wird bei einer breitbandigen Hohlleiteranordnung für
sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Rundhohlleiterabschnitt,
der wenigstens an seinem einen Ende in einen Rechteckhohlleiterabschnitt übergeht,
erfindungsgemäß in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, daß der Rundhohlleiter-
und der Rechteckhohlleiterabschnitt derart bemessen sind, daß ihre Leitungswellenwid.erständ.e
wenigstens im interessierenden Frequenzbereich identisch gleich sind.
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Es sind an sich Übergänge bekannt, bei denen ein Rundhohlleiter und
ein Rechteckhohlleiter in senkrechter Anordnung zueinander unmittelbar ineinander
übergeführt sind. Hierbei ist das der Übergangsstelle nahe Ende des Rechteckhohlleiters
kurzgeschlossen. Derartige Anordnungen sind jedoch im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand
besonders selektiv, weil der in die Übergangsstelle transformierende Scheinwiderstand
des nahen kurzgeschlossenen Endes des Rechteckhohlleiters nur dann einen vernachlässigbar
hohen Wert aufweist, wenn der Abstand des Kurzschlusses von der Übergangsstelle
ein ungerades Viertel einer Hohlleiterbetriebswellenlänge ist. Der Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, daß sich eine reflexionsarme, breitbandige Hoh lleiteranordnung
der genannten Art auch ohne ein Übergangsstück zwischen Rundhohlleiterabschnitt
und Rechteckhohlleiterabschnitt verwirklichen läßt, wenn die Leitungswellenwiderstände
derbeiden Hohlleiterabschnitter im interessierenden Frequenzbereich identisch gleichgewählt
sind. Diese Forderung kann dadurch erfüllt werden, daß bei einem der beiden Hohlleiterabschnitte
außer den Ouerschnittsabmessungen auch die Dielektrizitätskoanstante frei wählbar
ist. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man den betreffenden
Hohlleiterabschnitt nach Maßgabe der gewünschten Dielektrizitätskonstante mit geeignetem
dielektrisch.em Material anfüllt.
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Der an der Sprungstelle zwischen Rundhohlleiterabschnitt und Rechteckhohlleiterabschnitt
infolge der Feldverzerrungen auftretende geringe Streublindleitwert kann mit einfachen
Mitteln breitbandig kompensiert werden; beispielsweise dadurch, daß das den einen
Hohlleiterabschnitt ausfüllende dielektrische Material in seiner axialen Erstreckung
je nach dem Vorzeichen des an der Sprungstelle wirksamen Streublindleitwerts kurz
vor der Sprungstelle endet oder etwas über die Sprungstelle hinaus übersteht.
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Der Hohlleiterabschnitt kann auch mit zwei oder mehreren dielektrischen
Werkstoffen angefüllt werden. Hierbei wird dann die gewünschte, im Hohlleiterabschnitt
wirksame Dielektrizitätskonstante durch die Wahl des Anteilverhältnisses der einzelnen
Dielektrikas festgelegt.
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An Hand eines insbesondere für Faradaydreher geeigneten Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung
dargestellt ist, soll die Erfindung im folgenden
näher erläutert werden.
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Ein Faradaydreher üblicher Bauart besteht bekanntlich aus einem Rundhohlleiterabschnitt,
in dessen Innerem konzentrisch ein von einer Hülse aus dielektrischem Material umgebener
Stab aus gyromagnetischem Stoff angeordnet ist und dessen Wirkungsweise auf der
Drehung der Polarisationsebene der H..-Welle beruht. Demgegenüber erfolgt die Übertragung
elektromagnetischer Wellen, insbesondere bei Gestellanlagen, im allgemeinen in der
Hiö Wellenform im Rechteckhohlleiter. Da der den Faradaydreher bildende Rundhohlleiterabschnitt
bereits mit dielektrischem Material angefüllt ist, liegt es bei der Anwendung des
Erfindungsgegenstandes auf einen solchen Faradaydreher nahe, den Leitungswellenwiderstand
des Faradaydrehers gemäß der Erfindung zumindest im Bereich seiner Endabschnitte
identisch gleich dem Leitungswellenwiderstand des Rechteckhohlleiters zu machen,
in dessen Leitungszug der Faradaydreher eingefügt ist.
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Für die Leitungswellenwiderstände Z,. des Rundhohlleiters und Z, des
Rechteckhohlleiters muß gemäß der Erfindung gelten:
Hierbei bedeuten F,. und Fe Konstanten mit der Dimension eines Widerstandes, A0
die Betriebswellenlänge im freien Raum, Ak,. und .1k, die Grenzwellenlänge des Rundhohlleiters
bzw. des Rechteckhohlleiters,
das Seitenverhältnis des Rechteckhohlleiters und EN, die im Rundhohlleiter wirksame
Dielektrizitätskonstante. Aus Gleichung I folgt:
und
Die Gleichung III legt für ein vorgegebenes Seitenverhältnis
des Rechteckhohlleiters die Dielektrizitätskonstante fest, womit der Durchmesser
D des Rundhohlleiters durch Gleichung II ebenfalls festgelegt ist. Der Wert der
Dielektrizitätskonstante läßt sich leicht dadurch realisieren, daß man den Rundhohlleiter
mit einem di;elektrischen Material anfüllt, dessen Dielektrizitätskonstante a >
a" ist. Dabei gibt man dem dielektrischen Material zweckmäßigerweise die Form einer
Hülse, deren Außendurchmesser mit dem lichten Durchmesser D des Rundhohlleiters
übereinstimmt und deren Innendurchmesser d so gewählt ist, daß der Innenraum des
Rundhohlleiters den gewünschten Wert von aW aufweist.
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- Eine solcherart ausgebildete und bemessene Hohlleiteranordnung ist
in der Zeichnung perspektivisch dargestellt. Der mit dem dielektrischen Material
1 angefüllte Rundhohlleiter 2 geht hierbei sprunghaft in den luftgefüllten Rechteckhohlleiter
3 mit dem Seitenverhältnis
über. Das dielektrische Material 1 im Innern des Rundhohlleiters.2 weist, wie bereits
erwähnt, die Form einer Hülse auf, deren Außendurchmesser gleich dem lichten Durchmesser
D des Rundhohlleiters gewählt ist und dessen Innendurchmesser d ist. Die an der
Übergangsstelle zwischen Rundhohlleiter 2 und Rechteckhohleiter 3 an sich vorgesehene
Flanschverbindung ist mit Rücksicht auf eine gute Übersicht in der Zeichnung weggelassen.
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Infolge der unvermeidbaren Feldverzerrungen an der Sprungstelle tritt
ein Streublindleitwert auf, der mit Rücksicht auf einen möglichst reflexionsarmen
und breitbandigen Übergang zweckmäßig kompensiert wird. In den Bereichen 4 und 5,
in denen die Verzerrungen des elektrischen Feldes überwiegen, ist die Ursache eines
kapazitiven Streublindleitwertes zu suchen, während in den Bereichen 6 und 7, in
denen die Verzerrungen des magnetischen Feldes überwiegen, die Ursachen eines induktiven
Streublindleitwertes zu suchen ist. Je nachdem, ob die Bereiche 4 und 5 oder die
Bereiche 6 und 7 überwiegen, wird der an der Sprungstelle wirksame Streublindleitwert
induktiv oder kapazitiv sein. Seine Kompensation kann, wie bereits erwähnt, in einfacher
Weise dadurch erfolgen, daß das Hülsenform aufweisende dielektrische Material 1
bei kapazitiver Belastung der Sprungstelle nicht ganz bis an die Sprungstelle herangeführt
ist und bei deren induktiver Belastung in seiner axialen Erstreckung etwas über
die Sprungstelle hinaus übersteht. Bei dem in. der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Fall einer kapazitiven Belastung der Sprungstelle gegeben. Dementsprechend
endet das dielektrische Material 1 in einem Abstand 4 l vor der Sprungstelle. Die
elektrische Wirkung dieses Rundhohlleiterabschnitts von der Länge d L entspricht
einer Induktivität, deren Größe durch d l bestimmt und so gewählt ist, daß
sie die kapazitive Streuimpedanz kompensiert.
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Am Muster eines gemäß der Erfindung dimensionierten Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung wurde in einem Frequenzbereich von 8% relativer Bandbreite und
einer Mittenfrequenz von 7,5 GIIz Refiektionsfaktoren G 10/0 gemessen.