DE1132994B

DE1132994B - Koppelvorrichtung zur Koppelung von Hohlleitern kreisrunden und rechteckigen Querschnitts

Info

Publication number: DE1132994B
Application number: DEM47235A
Authority: DE
Inventors: Georges Robert Pierre Marie
Original assignee: Marie G R P
Current assignee: Marie G R P
Priority date: 1959-12-04
Filing date: 1960-11-26
Publication date: 1962-07-12
Also published as: FR1250667A; GB889856A; US3008100A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21 a 4 74

INTERNATIONALE KI..

H 01p; H 03h

M 47235 IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 26. NOVEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 12. JULI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Koppelvorrichtung für die Übertragung ultrohochfrequenter elektromagnetischer Energie von einem Hohlleiter kreisrunden Querschnitts, in dem sie sich in einem drehsymmetrischen elektrischen Wellentyp ausbreitet, zu einem Ausgangshohlleiter rechteckigen Querschnitts, mit einem ringförmigen, kreisrunden, zylindrischen Hohlraumresonator, der an diesen kreisrunden Hohlleiter angekoppelt ist und im wesentlichen koaxial dazu liegt.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist der den kreisrunden Hohlleiter umgebende ringförmige Hohlraum an einer Stelle seiner Umfangswand mit einer Öffnung versehen, an die das Ende des Rechteckhohlleiters direkt angesetzt ist. Gegenüber dieser Öffnung ist ein Metallstück zur Impedanzanpassung angebracht. Der kreisrunde Hohlleiter ist hinter dem Hohlraum kurzgeschlossen. Bei diesen bekannten Vorrichtungen dient der ringförmige Hohlraum lediglich als Übergangsstück zwischen den beiden Hohlleitern. Dieser Übergang besitzt keine Selektivität, sondern überträgt die ganze Energie, wobei aber infolge der auftretenden Reflexionen und der im Übergang enthaltenen Unstetigkeiten Dämpfungsverluste und andere unerwünschte Wirkungen unvermeidlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Koppelvorrichtung, die aus dem über den einen Hohlleiter übertragenen Frequenzbereich ein bestimmtes Band ausfiltert und möglichst verlustfrei zu dem anderen Hohlleiter überträgt. Nach der Erfindung wird dies erreicht durch einen kreisrunden Umfangsschlitz in der zylindrischen Außenwand des Hohlraumes, einen Reflexionskasten, der den Hohlraum umschließt und einerseits durch zwei ebene, leitende und zur Achse des kreisrunden Hohlleiters im wesentlichen senkrecht stehende Abschlußwände, andererseits durch eine leitende, zu der Hohlleiterachse im wesentlichen parallele Seitenwand begrenzt ist, eine Anzahl von zylindrischen Linsen aus dielektrischem Material, die innerhalb des Reflexionskastens mit ihren zylindrischen Oberflächen im wesentlichen parallel zu der Hohlleiterachse angebracht sind, eine Anzahl von zylindrischen Reflektoren, die innerhalb des Reflexionskastens mit ihren Oberflächen im wesentlichen parallel zu der Hohlleiterachse angebracht sind, und durch eine Anzahl von rechteckigen Hilfshohlleiterabschnitten, deren jeder eine erste, in der Seitenwand liegende Öffnung und eine zweite, mit dem Ausgangshohlleiter verbundene Öffnung aufweist, wobei die Linsen und Reflektoren so angeordnet sind, daß sie die durch den Schlitz ausgestrahlte Energie auf die ersten Öffnungen hin fokussieren.

Koppelvorrichtung zur Koppelung

von Hohlleitern kreisrunden

und rechteckigen Querschnitts

Anmelder: Georges Robert Pierre Marie, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 4. Dezember 1959 (Nr. 812 128)

Georges Robert Pierre Marie, Paris, ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung beruht auf folgendem Grundgedanken :

Schneidet man einen zylindrischen Hohlraumresonator, dessen Resonanzfrequenz die Mittelfrequenz eines gegebenen Übertragungskanals ist, senkrecht zur Zylinderachse durch und entfernt die beiden Schnittkanten in Richtung parallel zur Achse dieses Hohlraumresonators ein wenig voneinander, so daß ein sich um den Umfang erstreckender kreisförmiger Schlitz entsteht, so wird bekanntlich elektromagnetische Energie radial in Form eines flachen Strahles rund um diesen kreisförmigen Schlitz ausgestrahlt, wenn man annimmt, daß der Hohlraum in dem Wellentyp TE₀» erregt wird.

Die dem betrachteten Kanal zugehörige und radial

in Form eines Strahles mit 360° Öffnungswinkel ausgestrahlte Energie kann theoretisch auf die Eingangsöffnung eines rechteckigen Hohlleiters hin fokussiert werden (an dessen Ausgang dann die Energie dieses Kanals abgenommen werden kann), und zwar mittels eines Reflektors in Form eines Zylinders von elliptischem Querschnitt, der so angeordnet ist, daß die Achse des Hohlraumresonators mit einer der Brennlinien dieses Reflektors zusammenfällt (so daß also folglich der kreisförmige Umfangsschlitz auf diese

Brennlinie zentriert ist), vorausgesetzt, daß die Öffnung des rechteckigen Hohlleiters in der Nähe der anderen Brennlinie liegt.

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Konstruktiv gesehen ist diese Anordnung kaum zu Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Weichenverwirklichen. Sie erfordert die Verwendung eines filters, das aus einem kreisrunden Hohlleiter und zylindrischen Reflektors, der mit einem elliptischen mehreren Koppelvorrichtungen gemäß der Erfindung Querschnitt über 360° voll ausgebildet ist, was sehr aufgebaut ist.

schwierig herzustellen ist. Außerdem wird die Energie, 5 Zuerst soll in die Erinnerung zurückgerufen werden,

die radial gegen die Eingangsöffnung des rechteckigen daß man ein optisches System als stigmatisch in bezug

Hohlleiters hin konvergiert, an diesem Eingang nicht auf zwei gegebene Punkte bezeichnet, wenn alle von

völlig aufgenommen, da das Richtdiagramm eines einem dieser Punkte ausgehenden Strahlen nach

vom Eingang des rechteckigen Hohlleiters ausge- Durchlaufen des optischen Systems in dem anderen sandten Strahles nicht mit dem des Reflektors über- io Punkt konvergieren. Fernerhin ist ein stigmatisches

einstimmt, bei dem die Energie aus jeder Richtung auf optisches System aplanatisch, wenn das Bild eines

die Brennlinie hin gerichtet und fokussiert wird. ebenen, senkrecht zur Achse des optischen Systems

Die nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung liegenden Gegenstandes in einer Ebene liegt, die zur gestattet es dagegen, mit Hilfe von teilzylindrischen selben Achse senkrecht steht. Die Schnittpunkte der Reflektoren die gesamte Energie zu sammeln, die in 15 Achse des optischen Systems mit diesen zwei Ebenen dem flachen Strahl von 360° Öffnungswinkel enthalten werden »aplanatische Punkte« genannt, ist, welcher von dem kreisförmigen Umfangsschlitz Fig. 1 zeigt die Lage der zwei Punkte, für die ein des zylindrischen Hohlraumresonators ausgestrahlt sphärisches dioptrisches System 1 stigmatisch ist; wird. Das wird ermöglicht durch die Verwendung der unter »dioptrisches System« ist eine gekrümmte Oberdielektrischen Linsen, die zwischen dem kreisförmigen 20 fläche zu verstehen, die zwei Medien mit verschiedenem Schlitz und den Reflektoren angebracht sind. Der an Brechungsindex voneinander trennt. Das dioptrische den zylindrischen Hohlleiter angekoppelte Hohlraum- System 1 mit dem Mittelpunkt C und dem Scheitelresonator filtert entsprechend seiner Bandbreite aus punkt S trennt die beiden Medien mit dem Brechungsder sich im zylindrischen Hohlleiter ausbreitenden index K₁ bzw. K₂. Ein von dem auf der Achse SX im Welle ein Band aus, ohne daß dadurch die Wellenaus- 25 Medium mit dem Index K₁ gelegenen Punkt P₁ ausbreitung in dem zylindrischen Hohlleiter gestört wird. gehender Lichtstrahl wird in das Medium mit dem

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich Index n₂ in der Richtung der Geraden 3 gebrochen,

besonders für die Trennung von Übertragungskanälen, die die Achse SX im Punkt P₂ schneidet. Bekanntlich

bei denen derart hohe Trägerfrequenzen Verwendung sind die Abstände CP₁ und CP₂ des Mittelpunktes C

finden, daß die Übertragung der entsprechenden 30 von den beiden Punkten P₁ und P₂, für die das System

Wellen die Benutzung von Wellentypen erfordert, bei stigmatisch ist, gegeben durch

denen das elektrische Feld der Welle im Hohlleiter an _rp _ _, ,^

keinem Punkt der Leiterwand zu dieser senkrecht ^r₁-U₂KIn₁, (i)

steht, d.h. die Benutzung des WellentypsTE_0n in CP₂ = H₁RIn₂, (2) einem kreisförmigen Hohlleiter, wobei die Dämpfung 35

bekanntlich mit wachsender Energie zunimmt. Die wobei Pv der Radius des Systems ist. Daraus ergibt sich

Hauptbedeutung der Vorrichtung liegt in der Möglich- j == α und i — oc

keit der Übertragung von Wellen mit Wellenlängen in 1 2 2 1 > ■

der Größenordnung von 5 mm (im freien Raum ge- wobei Z₁ und z₂ Einfalls- und Brechungswinkel, K₁ und

messen), jedoch ist sie auch von gewisser Bedeutung 40 K₂ die Winkel zwischen einfallendem bzw. gebrochenem

für Wellen größerer Wellenlänge, vorausgesetzt, daß Strahl und der Achse sind.

der Durchmesser des kreisrunden Hohlleiters minde- Aus den Gleichungen (1) und (2) läßt sich die

stens ein Vielfaches der entsprechenden Wellenlängen folgende Formel herleiten:

im freien Raum ist. CPICP ==(n/n₂)²; (3)

Bei Verwendung mehrerer Koppelvorrichtungen 45 211

mit verschieden abgestimmten Resonatoren ist es unter Berücksichtigung von möglich, den über den kreisrunden Hohlleiter über- „ /„ _ „;„ ,· /„:„ .· _ _C1-_n „ /_β1·_η „

tragenen Frequenzbereich auf eine entsprechende Anzahl von Rechteckhohlleitern aufzuteilen. Man erhält wird daraus

dadurch ein Weichenfilter. 50 CPICP — η ^n nc In sin 1% ($\

τ·· α n—L. ι. ■ · 1 j -n_c j ■ j. · j VsJr₂KsJr₁ — M₁SInOc₁Zn₂SmA₂. ytj

Em Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der

Zeichnung dargestellt. Darin zeigt Das ist die sogenannte »Abbesche Sinusbedingung«

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des der Erfin- für den Aplanatismus eines zentrischen optischen

dung zugrunde liegenden Gedankens, Systems.

Fig. 2 eine sphärische Linse, die in bezug auf einen 55 Fig. 2 zeigt eine streng stigmatische und aplana-

ebenen Gegenstand streng stigmatisch und apla- tische sphärische Linse 4. Diese ist begrenzt durch ein

natisch ist, konvexes sphärisches dioptrisches System 1 und durch

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße ein konkaves sphärisches dioptrisches System 5. Wenn

Koppelvorrichtung senkrecht zur Achse des runden P₁ und P₂ die aplanatischen Punkte des dioptrischen

Hohlleiters, 60 Systems 1 sind, so läßt sich das dioptrische System 5

Fig. 4a und 4 b einen Längsschnitt bzw. Querschnitt konstruieren, indem man durch P₁ eine Senkrechte zur

durch den runden Hohlleiter, den ringförmigen Hohl- Achse SX zieht, die das System 1 in den Punkten M

raumresonator und die dielektrischen Linsen bei einer und M' schneidet, und eine Kugel mit dem Radius P₁M

ersten Ausführungsform, zeichnet. Die von Punkt P₁ ausgehenden Strahlen 6

Fig. 5a und 5b einen Längsschnitt bzw. Querschnitt 65 durchdringen normalerweise die Oberfläche 5 und

durch den runden Hohlleiter, den ringförmigen Hohl- werden an der Oberfläche 1 in der Weise gebrochen,

raumresonator und die dielektrischen Linsen bei einer daß ihre rückwärtige Verlängerung 7 durch den

anderen Ausführungsform und Punkt P₂ geht. Der äußerste Strahl P₁M geht tangen-

tial zur Oberfläche 1 weiter; daraus folgt, daß der Winkel u zwischen den Geraden CM und MP₁ gleich sein muß dem größtmöglichen Brechungswinkel des Materials, aus dem die Linse besteht, in bezug auf Luft, d. h.

sin u — H₂In₁. (S)

__ Der Winkel CP₂M hat denselben Wert u. Der

Öffnungswinkel des totalreflektierten Strahls, gesehen

von Punkt P₂ aus, ist deshalb gleich 2 m, während der 10 stoff ausgefüllt werden, was in der Zeichnung durch

Öffnungswinkel des von Punkt P₁ ausgehenden Ein- Schraffur angedeutet ist.

Damit die Drehsymmetrie einer im Hohlleiter 8 sich ausbreitenden Welle beibehalten werden kann, müssen die Schlitze 10 und 11 über 360° voll ausgebildet sein. Sie schneiden somit die Wände, die einerseits dem Hohlleiter 8 und dem Hohlraum 9 und andererseits dem Hohlraum 9 und dem Hohlleiter 12 gemeinsam sind, in Metallringe, die mechanisch in bezug auf den Rest des Aufbaus befestigt werden müssen. Zu diesem Zweck kann der Hohlraum 9 mit einem Isolierschaum-

fallstrahles gleich 180° ist. Wenn n₂ der Brechungsindex des dielektrischen Materials ist, aus dem die Linse besteht, so ergibt sich der Grenzwinkel u durch die Beziehung

R₂ = R₁ cos u, (6)

wobei Pv₁ und Pv₂ die entsprechenden Radien der dioptrischen Systeme 1 und 5 sind; Gleichung (5) kombiniert mit (6) ergibt die Formel

R₂^R₁[I-(U₂In₁Y]¹'*, (7)

welche den Wert des Verhältnisses R₂/'R₁ angibt. Schließlich muß noch betont werden, daß, wenn eine Das Linsensystem besteht aus zwei zylindrischen Linsen 16 und 17, die rund um den kreisförmigen Schlitz 15 (Fig. 4 a) symmetrisch in bezug auf eine Ebene senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 4b derart angebracht sind, daß die zwei inneren Oberflächen 18 und 19 dieser Linsen einen zylindrischen Raum 20 der Höhe α umschließen. Die Höhe der beiden Linsen 16 und 17 (d. h. ihre Ausdehnung parallel zur Achse des Hohlleiters) ist ebenfalls gleich a. Sie sind beispielsweise mit Hilfe isolierender Schrauben 23 an den beiden ebenen, parallelen Metallplatten 21 und 22 befestigt und werden so in ihrer Lage festgehalten. Die elektromagnetische Energie tritt durch den

sphärische Linse durch eine zylindrische Linse ersetzt 25 Schlitz 15, dessen Höhe ebenfalls gleich α ist, genau

wird, die obenerwähnten stigmatischen und aplanatischen Eigenschaften erhalten bleiben, vorausgesetzt, daß die Punkte P₁ und P₂ durch gerade Linien ersetzt werden, die parallel zu den Erzeugenden der zylindrischen Oberfläche liegen und durch diese Punkte hindurchlaufen.

Fig. 4 a und 4b zeigen im Längs- bzw. Querschnitt ein dielektrisches Linsensystem, das in der Lage ist, einen Strahl elektromagnetischer Energie, der von einem kreisrunden, in der seitlichen Oberfläche eines kreisförmigen zylindrischen Hohlraumresonators vorgesehenen Schlitz ausgesandt wird und so einen Öffnungswinkel von 360° besitzt, in zwei gleichartige Strahlen mit einem Öffnungswinkel von 2 m, der kleiner als 180° ist, zu transformieren.

In Fig. 4a und 4b bezeichnet die Ziffer 8 den kreisrunden Haupthohlleiter, in dem sich eine elektromagnetische Welle gemäß dem Wellentyp TE₀₁ ausbreitet. Ein ringförmiger Hohlraumresonator 9 umschließt den Hohlleiter 8, an den er mittels eines Schlitzsystems 11 angekoppelt ist. Der Hohlraumresonator 9 seinerseits ist durch Schlitze 10 an ein Stück eines ringförmigen Hohlleiters 12 angekoppelt, der an seinem einen Ende 13 durch eine ebene Metallwand senkrecht zu seiner Achse begrenzt wird und an seinem anderen Ende 14 mit einem rechtwinkligen Knie versehen ist, das in einen kreisförmigen Umlaufschlitz 15 endigt. Ist der diametrale Querschnitt des Hohlraumes 9 im wesentlichen quadratisch, und sind seine Abmessungen so gewählt, daß er für die Mittelfrequenz des Kanales, dessen Energie dem Hohlleiter 8 entnommen werden soll, gleichzeitig für die Wellentypen TE_03J? und TE₀^₃, in Resonanz ist, wobei ρ bzw. ganze Zahlen sind, die die halben Phasenwellenlängen angeben, die in der radialen und longitudinalen Abmessung des Hohlraumes 9 enthalten sind (letztere parallel zur Achse des Hohlleiters 8 gemessen) und ρ und q gerade bzw. ungerade (oder umgekehrt) sind, so arbeitet der Hohlraum bekanntlich wie ein Richtungskoppler, wobei die ganze Energie aus dem Hohlleiter 8 durch den Schlitz 15 austritt, ohne daß dabei Energie an die kurzschließende Begrenzungswand 13 gelangt.

gegenüber den Linsenoberflächen 18 und 19 aus. Der Hohlleiter 12 kann an die Metallplatte 21 angelötet sein. Der Teil der elektromagnetischen Energie, dessen Frequenzen außerhalb der Bandbreite des Hohlraumresonators 9 liegen, breitet sich weiterhin im Hohlleiter 8 aus. Der innerhalb der Bandbreite des Hohlraumresonators 9 liegende Teil der elektromagnetischen Energie gelangt in diesen Hohlraumresonator, wo er schwingt und kreisrunde elektrische Feldlinien bildet, die auf die Achse des Hohlraumes zentriert sind. Diese Energie wird auf den Hohlleiter 12 übertragen, in dem sie sich gegen den Schlitz 15 ausbreitet. Sie wird aus dem Schlitz mit einer elektrischen Polarisationsrichtung senkrecht zur Achse des Leiters 8 und parallel zur Ebene der Platten 21 und 22 ausgestrahlt. Bekanntlich ist der Brechungsindex η eines räumlich begrenzten dielektrischen Mediums in bezug auf den freien Raum für eine gegebene Frequenz gleich dem Verhältnis der Wellenlänge A₀ im freien Raum zur Phasenwellenlänge X_g in diesem räumlich begrenzten

dielektrischen Medium; d. h.

H = X₀I Ig. (8)

Das Verhältnis «₂/% des Brechungsindex der Luft zu dem des dielektrischen Materials des Linsensystems 16 und 17, das durch die Metallplatten 21 und 22 räumlich begrenzt wird, ist daher gegeben durch den Ausdruck

1IzIn₁ = XgJXg₂-, (9)

in dem X₉₁ die Phasenwellenlänge im dielektrischem Material ist, aus dem die Linsen 16 und 17 bestehen, Xg₂ die Phasenwellenlänge einer zwischen den Metallplatten 21 und 22 durch Luft geleiteten Welle ist.

Wie bereits bekannt, stehen die letzteren Wellenlängen X₉ zur Wellenlänge A₀ im freien Raum und zum Abstand der Platten 21 und 22 in der klassischen Beziehung

Ϊ* +

(10) (Π)

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen

Materials ist, ausgedrückt in elektrostatischen Einheiten.

Durch Verknüpfung der Gleichungen (9), (10) und (11) erhält man die folgende Beziehung:

deren dritter Arm mit einem rechteckigen Hohlleitersystem verbunden ist, das an den Kanal angepaßt ist, dessen Energie ausgekoppelt werden soll.

Eine der beim Bau des Reflexionskastens auf-5 tretenden Schwierigkeiten erhebt sich aus der Tatsache, daß der von der Linse 16 ausgehende äußerste Strahl 34-35-36 weder nochmals auf diese Linse fallen darf, nachdem er bei 35 von dem elliptischen ReWenn man beispielsweise annimmt, daß die Linsen 16 flektor 37 reflektiert worden ist, noch auf den übrigen und 17 aus Polyäthylen gemacht sind, so ist der Wert io Teil der Wand des Reflexionskastens, längs welcher

[1-λΙ/Ααψ-

(12)

von ε angenähert 2,6.

Wenn man andererseits wie gewöhnlich a so wählt, daß

XJIa= l/j/2, (13)

so wird das Verhältnis Tt₂In₁, das durch (12) gegeben ist, gleich V₂,05. Der Wert des durch (5) gegebenen Grenzwinkels u ist im wesentlichen gleich 30°. Gleichung (7), welche die Beziehung gibt zwischen

den Radien R₁ und R₂ der äußeren Oberflächen jeder 20 gleich /l_o/2]/2 gewählt ist.

sich der andere äußerste Strahl 44-45-46-47-48 ausbreitet.

Zur genauen Erfüllung dieser Bedingungen können Gestalt und Größe der Wand etwa so bemessen werden, daß der äußerste Strahl 34-35-36 in einer Richtung parallel zur Symmetrieebene der Anordnung und tangential zur zylindrischen Linse 16 reflektiert wird. Die Rechnung ist besonders einfach bei Polyäthylenlinsen und einem zylindrischen System, dessen Höhe a

der beiden Linsen 16 und 17, ergibt

R₂IR₁ = ]/3,2/4,2

oder angenähert R ]/J/2.

Setzt man schließlich noch den Abstand zwischen den Metallplatten 21 und 22 gemäß

(13')

so teilt das Linsensystem nach Fig. 4 a und 4 b, wenn es aus Polyäthylen aufgebaut ist, einen ausgesandten Energiestrahl mit einem Öffnungswinkel von 360° in zwei gleichartige Strahlen, die einen öffnungswinkel von im wesentlichen gleich 60° haben und sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Reflexionskastens 24, in dem die Strahlen, die von den Linsen 16 und 17 des Linsensystems von Fig. 4a und 4b ausgehen, fokussiert werden, damit ihre elektromagnetische Energie auf die rechteckigen Hohlleiter 31 und 32 hingelenkt werden, die sich zusammen zum Ausgangshohlleiter 40 vereinigen und die einem Nachrichtenübertragungskanal entsprechen, der ein gegebenes Frequenzband annimmt.

Wie Fig. 3 zeigt, kann angenommen werden, daß die von dem sphärischen kreisrunden Schlitz 15 ausgestrahlte Welle aus Strahlen besteht, die vom Mittelpunkt 25 des von den Linsen 16 und 17 eingeschlossenen Raums 20 ausgesandt werden; ein Teil dieser Strahlen wird durch die Linse 16 in solchem Winkel gebrochen, daß ihre Verlängerungen durch den Punkt 26 gehen würden, der der zweite aplanatische Punkt der Linse und das Bild des Mittelpunkts 25, gesehen durch diese Linse, ist. Diese Strahlen werden hierauf durch den Reflektor 27 reflektiert, der als ein 60 "-Sektorausschnitt einer elliptischen zylindrischen Oberfläche anzunehmen ist, und der die reflektierten Strahlen in Richtung auf seine zweite Brennlinie lenkt, die durch 28 Im letzteren Fall, bei dem der Öffnungswinkel des von der Linse 16 ausgehenden Strahles 60° beträgt, Π4) ist der Kreis, der in Fig. 3 die Außenfläche der Linse 16

darstellt, in das gleichseitige Dreieck 26-35-45 eingeschrieben, dessen Seitenlänge gleich dem doppelten inneren Durchmesser des zylindrischen Raumes ist, der zwischen den Linsen 16 und 17 eingeschlossen ist, d. h. AR₂.

Wegen der für den Weg des ausgesandten Strahles 34-35-36-28 festgelegten Bedingung fällt der zweite Brennpunkt 28 des elliptischen Querschnitts des Reflektors 27 mit einem Scheitelpunkt des gleichseitigen Dreiecks 28-45-47 zusammen, von dem zwei Seiten kolinear mit je zwei Seiten des gleichseitigen Dreiecks 26-35-45 verlaufen; diese beiden letzteren gleichseitigen Dreiecke sind natürlich gleich groß.

Die geometrischen Ausmaße der Ellipse, die den Querschnitt eines jeden Reflektors darstellt, sind durch die folgenden Bedingungen definiert:

1. Die Ellipse muß durch die zwei Punkte 35 und 47 verlaufen, die symmetrisch in bezug auf ihre kürzere Achse 40 liegen und deren Abstände 26-35 bzw. 28-47 von ihrer längeren Achse gleich AR₂ sind.

2. Der Abstand zwischen den zwei Brennpunkten 26 und 28 der Ellipse muß gleich sein 8i?₂cos 30°, d. h. AR₂fi.

Daraus errechnet sich, daß die Halblänge A der längeren Achse der Ellipse 6,R₁ und die Halblänge B der kürzeren Achse 2R₂]Je betragen.

Es wurde experimentell festgestellt, daß es in der Praxis leicht möglich ist, die Ellipse 27 durch ihren Krümmungskreis am Ende der kürzeren Achse 40 zu ersetzen, dessen Radius r gleich 3 R₂Ve ist, oder auch durch einen Kreis, der durch die Punkte 35 und 47 und das Ende der kürzeren Achse 40 geht.

Die Herstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird auf diese Weise sehr erleichtert, da eine

verläuft und in der Ebene der Ausgangsöffnung des 60 kreisrunde zylindrische Oberfläche an Stelle der ellip-

Hohlleiters 31 mit Rechteckquerschnitt liegt. In tisch-zylindrischen Oberfläche benutzt wird, gleicher Weise werden die von der Linse 17 ausgehen- Die Formel, aus der sich α ergibt, zeigt, daß der

den Strahlen durch den zylindrisch-elliptischen Re- Abstand zwischen den ebenen Begrenzungswänden 21

flektor 29, dessen eine Brennlinie durch den Punkt 30 und 22 des Kastens 24 um so kleiner sein muß, je

verläuft, auf die Eingangsöffnung des rechteckigen 65 höher die Frequenz der Welle ist, die sich in dem Hohl-

Hohlleiters 32 hingelenkt, in deren Ebene die zweite leiter ausbreitet. Das führt dazu, daß man in den

Brennlinie 33 liegt. Die beiden Hohlleiterstücke 31 meisten Fällen bei der mechanischen Herstellung des

und 32 bilden die zwei Arme einer Y-Verzweigung, Kastens auf keine großen Schwierigkeiten stößt.

Natürlich können die Gestalt des Hohlraumresonators 9 als auch seine Verkoppelung mit dem Hohlleiter 8 auf verschiedene Weise gewählt werden. So zeigen Fig. 5 a und 5 b einen kreisrunden zylindrischen Hohlraum 49, dessen Drehachse 39 mit der des Haupthohlleiters 38 zusammenfällt, so daß der Hohlraum eigentlich nur in einer Erweiterung dieses Hohlleiters besteht. Der Hohlraumresonator ist auch begrenzt durch die ebenen Wände 50 und 51 und durch die kreisrunde zylindrische Wand 52, wobei die letztere mit einem Schlitz 55 versehen ist, der dieselbe Rolle spielt wie der Schlitz 15 in Fig. 4 a, durch den also die zu dem betrachteten Kanal gehörige Wellenenergie abgeleitet wird.

Wie bereits erwähnt, sollen die Ausmaße des Hohlraums 49 so sein, daß er für die beiden Wellentypen TE_opq und TE₀J)₉ in Resonanz ist, wobei/? und q gerade bzw. ungerade sind oder umgekehrt. Unter der Annahme, daß beispielsweise ρ = 2 und q = 3, enthält der eine Wellentyp zwei Halbwellenlängen auf den Radius des Hohlraums und drei Halbwellenlängen auf seine Höhe, während für den anderen Wellentyp die umgekehrte Beziehung gilt. Um die Anregbarkeit dieser Wellentypen zu erleichtern, ist es ratsam, innerhalb des Hohlraums eine Reihe von kreisrunden Metalkingen 53 anzuordnen, die längs der Kreise verlaufen, in denen sich die Nullflächen des elektrischen Feldes der beiden Wellentypen gegenseitig schneiden. Diese Ringe werden beispielsweise mit Hilfe von Isolierschaumstoffabstandshaltern innerhalb des Hohlraumes an ihrem Ort festgehalten.

Die Energie, deren Frequenzen in der Bandbreite des Hohlraumresonators 49 enthalten sind, tritt durch den Schlitz 55 aus, der in der gleichen Weise angebracht ist wie der Schlitz 15 in bezug auf die Linsen 16 und 17 in Fig. 4 a. Die Energie, deren Frequenzen außerhalb der Bandbreite des Hohlraumes 49 liegen, breitet sich weiter im kreisrunden Haupthohlleiter 38 aus.

Fig. 6 zeigt ein Mehrkanalfilter, bestehend aus einem kreisrunden Haupthohlleiter, in dem sich eine Welle großer Bandbreite gemäß dem Wellentyp TE₀₁ ausbreitet, und aus drei Koppelvorrichtungen des in Fig. 3 gezeigten Typs, deren Hohlraumresonatoren jeweils auf die entsprechende Mittelfrequenz von drei verschiedenen Frequenzkanälen abgestimmt sind. In dieser Figur sind die in Fig. 1 bis 5 .bereits gezeigten Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie dort versehen. Die erste Koppelvorrichtung besteht aus zwei gleichartigen, aus dicken Kupferplatten gefertigten Halbkästen 21 und 22, in welchen ein Hohlraum 24 und drei Hohlleiter rechteckigen Querschnitts 31, 32 und 40 bis zu der Tiefe a/2 eingefräst sind, während Öffnungen sowohl für die Durchführung des Hauptleiters 8 als auch für den Hohlraum 9 und den Abstandshalter 12 zwischen diesem und den Linsen vorgesehen sind. Vor dem Zusammenbau der beiden Halbkästen werden die Linsen 16 und 17 an einem davon befestigt.

Die zweite und dritte Koppelvorrichtung sind nach dem paarweisen Zusammenbau der Halbkästen 61-62 bzw. 71-72 dargestellt. Am Ausgang 56 des rechteckigen Hohlleiters 40 in der ersten Koppelvorrichtung wird die Energie des ersten Kanals abgenommen; in ähnlicher Weise wird die Energie des zweiten Kanals am Ausgang 66 eines entsprechenden rechteckigen Hohlleiters in der zweiten Koppelvorrichtung abgenommen, während man die Energie des dritten Kanals am Ausgang 76 eines in der dritten Koppelvorrichtung enthaltenen rechteckigen Hohlleiters erhält.

Bei der oben gegebenen Beschreibung wurde angenommen, daß der flache, nach allen Riehtungen sich ausbreitende, durch die Schlitze 15 (Fig. 4 a) oder 55 (Fig. 5 a) ausgesandte Strahl durch zwei Linsen zusammengefaßt wird, von denen jede die Hälfte des Öffnungswinkels dieses Strahls übernimmt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, ein Koppelsystem aufzubauen, das mehr als zwei zylindrischelliptische Reflektoren und zwei Linsen enthält. So kann beispielsweise ein Dreifachsystem entworfen werden, das drei identische Gruppen von Elementen enthält, die rund um den Haupthohlleiter in regelmäßigen Abständen von 120° angeordnet sind. In einem derartigen System ist die Verbindung von drei Rechteckhohlleiteröffnungen, die um 120° versetzt in der inneren Seitenwand des Reflexionskastens sitzen, mit einem gemeinsamen Ausgangshohlleiter erforderlich. Es ist zwar möglich, ein geeignetes Verbindungsglied für einen derartigen Zweck zu bauen, doch wäre seine Konstruktion notwendigerweise komplizierter und teurer als die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung, die daher in den meisten praktischen Fällen vorzuziehen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Koppelvorrichtung für die Übertragung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Energie von einem Hohlleiter kreisrunden Querschnitts, in dem sie sich in einem drehsymmetrischen elektrischen Wellentyp ausbreitet, zu einem Ausgangshohlleiter rechteckigen Querschnitts, mit einem ringförmigen, kreisrunden, zylindrischen Hohlraumresonator, der an diesen kreisrunden Hohlleiter angekoppelt ist und im wesentlichen koaxial dazu liegt, gekenn zeichnet durch einen kreisrunden Umfangsschlitz in dei zylindrischen Außenwand des Hohlraumes, einen Reflexionskasten, der den Hohlraum umschließt und einerseits durch zwei ebene, leitende und zur Achse des kreisrunden Hohlleiters im wesentlichen senkrecht stehende Abschlußwände, andererseits durch eine leitende, zu der Hohlleiterachse im wesentlichen parallele Seitenwand begrenzt ist, eine Anzahl von zylindrischen Linsen aus dielektrischem Material, die innerhalb des Reflexionskastens mit ihren zylindrischen Oberflächen im wesentlichen parallel zu der Hohlleiterachse angebracht sind, eine Anzahl von zylindrischen Reflektoren, die innerhalb des Reflexionskastens mit ihren Oberflächen im wesentlichen parallel zu der Hohlleiterachse angebracht sind, und durch eine Anzahl von rechteckigen Hilfshohlleiterabschnitten, deren jeder eine erste, in der Seitenwand liegende Öffnung und eine zweite, mit dem Ausgangshohlleiter verbundene öffnung aufweist, wobei die Linsen und Reflektoren so angeordnet sind, daß sie die durch den Schlitz ausgestrahlte Energie auf die ersten Öffnungen hin fokussieren.

2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren aus Teilen der leitenden Seitenwand bestehen.

3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zylindrischen Reflektoren senkrecht zu den Erzeugenden ihrer Oberfläche im wesentlichen ein Ellipsensektor ist.

4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der zylindrischen Reflektoren senkrecht zu den Erzeu-

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genden ihrer Oberfläche im wesenthchen ein Kreissektor ist.

5. Koppelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der inneren und äußeren zylindrischen Oberflächen der Linsen senkrecht zu deren Erzeugenden Kreissektoren sind und daß der kreisrunde Querschnitt der inneren Oberfläche auf die Achse des Leiters zentriert ist.

6. Koppelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Linsen und zwei Reflektoren symmetrisch in bezug auf eine durch die Achse des kreisrunden Hohlleiters verlaufende Symmetrieebene angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 676 306.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

® 20» 619/295 7.62