DE1139164B - Sende-Empfangs-Umschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Sende-Empfangs-Umschalter für Systeme, die mit elektromagnetischen Ultrahochfrequenzimpulsen auf einer gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne arbeiten, wobei zur Entkopplung von Sender und Empfänger Schaltzellen mit Richtkopplungen mit fester Kopplung und 3-db-Verzweigungskopplungen verwendet werden.

Es ist bekannt, daß in bestimmten Einrichtungen mit einer Antenne, die gleichzeitig mit einem Sender und mit einem Empfänger verbunden ist, Umschalteeinrichtungen vorgesehen werden müssen, die es ermöglichen, den Empfänger von der Antenne abzutrennen, wenn der Sender in Betrieb ist, und den Sender von der Antenne abzutrennen, wenn der Sender nicht in Tätigkeit ist. Diese beiden Funktionen werden im allgemeinen durch zwei getrennte Organe erfüllt, welche unter der Bezeichnung TR- und ATR-Schalter bekannt sind und gewöhnlich mit Hilfe von T-Verzweigungen in den Hohlleiter eingeschaltet sind, der den Sender mit der Antenne verbindet. Die bekannten Sende-Empfangs-Umschalter dieser Art besitzen häufig einen komplizierten Aufbau, eignen sich schlecht zur Übertragung bedeutender Leistungen und sind verhältnismäßig schmalbandig.

Es sind bereits Anordnungen mit sogenannter »totaler Kopplung« bekannt, bei denen eine Wand, die zwei nebeneinanderliegenden Rechteck-Hohlleitern gemeinsam ist, eine bestimmte Zahl von Kopplungsschlitzen oder ein Glasfenster enthält, wobei der eine der beiden Hohlleiterabschnitte mit einer leicht ionisierbaren Niederdruckgasmischung gefüllt ist; diese Anordnungen übernehmen gleichzeitig die Aufgabe des TR-Schalters und des ATR-Schalters. Die bekannten Anordnungen dieser Art können jedoch wegen der schnellen Erwärmung der gemeinsamen Wand, die von den hohen Verlusten hervorgerufen wird, nur eine begrenzte Energie übertragen.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer breitbandigen Umschaltanordnung für Radargeräte, die mit sehr großer Leistung (z. B. 1 MW) arbeiten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Umschalter aus vier Hohlleiterabschnitten besteht, die paarweise zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, wobei die beiden Hohlleiter jeder Gruppe mit einer ihrer Wandflächen aneinanderliegen und jeder Hohlleiter der ersten Gruppe mit einer seiner Wandflächen, die zur erstgenannten senkrecht liegt, an einem Hohlleiter der zweiten Gruppe anliegt, daß das den Sender mit der Antenne verbindende Kopplungssystem von der ersten Hohlleitergruppe gebildet wird, indem ein Ende des einen Hohlleiters mit dem Sender und ein Ende des zweiten Hohlleiters dieser Gruppe mit der Sende-Empfangs-Umschalter

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphic sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 9. Mai 1955 (Nr. 691 269)

Daniel Reverdin, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Antenne gekoppelt ist, während die übrigen Enden dieser Hohlleiter reflexionsfrei abgeschlossen bzw. kurzgeschlossen sind, wobei in der gemeinsamen Wand dieser beiden Hohlleiter zwei bzw. eine 3-db-Verzweigungskopplungen angebracht sind, welche die Energie beim Eintritt gleichmäßig auf beide Hohlleiter verteilen und beim Austritt wieder zusammenführen, daß ferner die Schaltzelle durch die zweite Hohlleitergruppe gebildet wird, von der ein Ende mit dem Empfänger verbunden ist, während die übrigen drei Enden reflexionsfrei abgeschlossen sind, wobei diese Hohlleitergruppe ein gasdichtes Gefäß mit zwei Abschnitten bildet, die über eine in ihrer gemeinsamen Wand angebrachte 3-db-Verzweigungskopplung verbunden und mit einem ionisierbaren Gas gefüllt sind, und daß in den den beiden Gruppen gemeinsamen Wänden Richtkopplungen mit fester Kopplung angebracht sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt die Wirkung, daß die Sendeenergie aufgeteilt und anschließend vor der Zuführung zur Antenne wieder zusammengefaßt wird. Beim Empfang erfolgt die Zusammenfassung der Energie in den gasgefüllten Hohlleiterabschnitten, die ein einziges gasgefülltes Gefäß mit großem Volumen bilden, da die Zwischenwände zwischen diesen Hohlleiterabschnitten Öffnungen aufweisen.

Diese Maßnahmen ergeben beträchtliche Vorteile, weil die Ionisation und die Entionisation dann in

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allen gasgefüllten Hohlleiterabschnitten praktisch gleichzeitig erfolgen, so daß die bei Sendung zum Empfänger gelangende Streuenergie sehr gering ist.

Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Wärmeabfuhr erleichtert.

Infolge des großen Gasvolumens ist schließlich die Lebensdauer der Schaltzelle praktisch unbegrenzt groß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, in welchen die mit Gas gefüllten Teile schraffiert sind. Hierin zeigt

Fig. 1 einen inneren Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, begrenzt durch zwei zur Längsachse senkrecht stehende Ebenen, Fig. 2 eine Aufsicht der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schnitte in verkleinertem Maßstabe in den Ebenen A-A bzw. B-B von Fig. 2,

Fig. 5 eine andere Anordnung der Hohlleiterabschnitte entsprechend Fig. 1,

Fig. 6 und 7 eine andere Ausführungsart entsprechend den Darstellungen von Fig. 3 und 4 und

Fig. 8 und 9 eine weitere Ausführungsart entsprechend den Darstellungen von Fig. 3 und 4.

In allen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.

Entsprechend der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsart besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus vier Abschnitten von gleichen Hohlleitern 4, S, 6 und 7, die in der in Fig. 1 angedeuteten Weise paarweise nebeneinandergelegt sind.

Die Hohlleiter 4 und 5 sind mit Luft gefüllt, während die Hohlleiter 6 und 7 ein ionisierbares Gas mit schwachem Druck enthalten, z. B. eine Mischung von Argon und Wasserdampf.

Ein Ende des Hohlleiters 4 ist mit dem impulsmodulierten Generator 1 verbunden, während der Hohlleiter 5 mit seinem gegenüberhegenden Ende an die Sende-Empfangs-Antenne 2 angeschlossen ist. Diese beiden Hohlleiter sind längs einer ihrer Schmalseiten übereinandergelegt. Diese Schmalseite weist zwei Öffnungen 10 und 11 auf, welche Richtungsverbindungen mit 3db darstellen. Andererseits sind die zum Inneren der Vorrichtung hin gerichteten Breitseiten durch die beiden Fenster 8 und 9 durchbrochen. Die anschlußlosen Enden sind mittels absorbierender Dämpfungsglieder 12 und 13 reflexionsfrei abgeschlossen. Eine Richtungsverbindung mit 3 db ist bei 20 in der gemeinsamen Schmalseite der gasgefüllten Hohlleiter 6 und 7 angebracht, während jeweils in einer ihrer Breitseiten in Deckung mit den Fenstern 8 und 9 die beiden Fenster 14 und 15 vorgesehen sind, welche durch ein Dielektrikum verschlossen sind und eine Richtkopplung mit fester Kopplung bilden.

An dem zum Empfänger 3 führenden Ende des Hohlleiters 6 ist das Resonanzfenster 16 angeordnet, welches durch ein Isoliermaterial verschlossen ist. Die anschlußlosen Enden sind mit Hilfe der absorbierenden Dämpfungsglieder 17,18 und 19 reflexionsfrei abgeschlossen.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Wenn ein aus dem Generator 1 kommender Impuls in den Hohlleiter 4 eintritt, verteilt sich die Energie auf der Höhe der Öffnung 10 in zwei gleiche Teile mit einer Phasenverschiebung von 90°, da diese Verbindung so dimensioniert ist, daß sie eine Richtungsverbindung mit 3db darstellt. Der geringe Teil der Energie, welcher in Richtung auf das Dämpfungsglied 13 hin läuft, wird dort absorbiert.

Die in den Hohlleitern 4 und 5 fortgepflanzten Impulse erreichen dann die Fenster 14 und 15 und bewirken Entladungen in dem in den Hohlleitern 6 und 7 enthaltenem Gas. Dadurch wird auf diesen Fenstern ein Vorhang aus ionisiertem leitendem Gas gebildet. Hinsichtlich der Wellenausbreitung verläuft also alles so, als ob die Fenster 8 und 9 nicht vorhanden wären.

Der geringe Teil der Energie, welcher durch die Fenster 14 und 15 hindurchtreten kann, wird von den Dämpfungsgliedern 18 und 19 absorbiert. Auf der Höhe der zweiten Richtungsverbindung 11 mit 3db vollzieht sich die Wiedervereinigung der Energie, und man erkennt, daß die Fortpflanzung jenseits dieser Verbindung ausschließlich im Hohlleiter 5 stattfindet. Der geringe Teil der Energie, welcher im Hohlleiter 4 weiterlaufen könnte, wird vom Dämpfungsglied 12 absorbiert.

Beim Empfang verteilt sich die in den Echosignalen enthaltene Energie gleichmäßig über die Riehtungsverbindung 11 auf die beiden Hohlleiter 4 und 5. Sie ist jedoch zu schwach, um die Ionisierung des Gases hervorzurufen, so daß sie vollständig in die Hohlleiter 6 und 7 übertritt.

Unter diesen Bedingungen wird die gesamte Energie über die Verbindung 20 und das Resonanzfenster 16 dem Empfänger 3 zugeführt.

Die verwendeten Elemente sind relativ breitbandig, so daß die gesamte Anordnung zur Übertragung breiter Frequenzbänder geeignet ist.

Ferner wird durch die Aufteilung der Energie zwischen den beiden Hohlleitern 4 und 5 jede Gefahr eines Durchschlages der Fenster 14 und 15 vermieden, was die Übertragung sehr beträchtlicher Energien ermöglicht. Schließlich bilden die beiden mit Gas gefüllten Hohlleiter einen einzigen Gasbehälter. Dadurch wird gewährleistet, daß das Gas in den beiden Hohlleitern die gleiche Zusammensetzung aufweist, was nicht der Fall wäre, wenn man zwei getrennte gasgefüllte Hohlleiter verwenden würde.

Gemäß einer abgeänderten Ausführungsart der Er- · findung wird die relative Lage der Schmalseiten und der Breitseiten der verschiedenen Hohlleiterabschnitte umgekehrt, wobei die gemäß der oben beschriebenen Ausführungsart in den Breitseiten vorgesehenen Öffnungen dann in gleicher Weise in den Schmalseiten angebracht werden und umgekehrt.

Der auf diese Weise erzielte Aufbau ist in Fig. 5 schematisch in der Perspektive dargestellt. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie die der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4.

Eine weitere Ausführungsart der Erfindung ist schematisch in Fig. 6 und 7 dargestellt. Es werden die gleichen Hohlleiter wie in Fig. 1 bis 4 verwendet, jedoch ist die Kopplung etwas abweichend. Die beiden Verbindungen 10 und 11 sind durch eine einzige Verbindung 21 ersetzt, und statt der Dämpfungsglieder 12 und 13 sind die Kurzschlüsse 23 und 24 vorgesehen. Der Generator und die Antenne sind an das gleiche Ende der Vorrichtung angeschlossen, was in bestimmten Fällen von praktischem Interesse sein kann.

Die Arbeitsweise einer derartigen Vorrichtung ist folgende:

Die aus dem Generator kommende Energie wird durch die Verbindung 21 in zwei gleiche Teile aufge-

teilt. Dabei sind die Fenster 14 und 15 ionisiert, wie' im Fall der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 4. Die Energie, welche sich über die Verbindung 21 hinaus fortpflanzt, wird durch die Kurzschlüsse 23 und 24 reflektiert und kehrt zur Verbindung 21 zurück. Im übrigen ist die Arbeitsweise der Vorrichtung wie im oben beschriebenen Fall.

Diese veränderte Ausführung vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung, jedoch ist dabei die Leistung, welche übertragen werden kann, geringer.

Ferner kann man an Stelle der vier Hohlleiter 4 bis 7 eine Zahl 2" (" = 1, 2, 3 ...) von Gruppen von vier Hohlleitern verwenden.

Die in Fig. 8 und 9 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer Kombination von zwei Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 4. Der einzige Unterschied besteht darin, daß sowohl auf der Generatorseite als auch auf der Antennenseite die Energie mit Hilfe der Verbindungen 25 und 41 zunächst geteilt und dann wieder vereinigt wird. In gleicher Weise ist am Eingang des Empfängers eine Verbindung 62 vorgesehen, wie aus Fig. 9 zu ersehen ist.

Die absorbierenden Dämpfungsglieder 43, 48 und 59 sind in der Nähe der Verbindungen 25, 41 bzw. 62 angebracht, um den geringen Teil der Energie zu absorbieren, welcher sich jenseits dieser Verbindungen in einer anderen Richtung als der erwünschten fortpflanzen kann.

Man kann natürlich eine beliebige Anzahl 2" von Vorrichtungen gemäß der Erfindung zusammensetzen, gleichgültig, ob es sich um die Ausführungsart nach Fig. 1 bis 4 oder um diejenige nach Fig. 6 bis 7 handelt. In diesen Fällen würde es genügen, die Energie mit Hilfe von aufeinanderfolgenden Verbindungen von 3 db zunächst zwischen zwei Gruppen

von γ Vorrichtungen aufzuteilen, dann im Inneren jeder Gruppe zwischeen zwei Untergruppen von je — Vorrichtungen usw., bis schließlich die gesamte

Energie auf die η Vorrichtungen verteilt ist. Man verfährt im umgekehrten Sinne zur Wiedervereinigung der Energie genauso, wie es im Zusammenhang mit Fig. 8 und 9 beschrieben ist.

Claims (6)

45 Patentansprüche:

1. Sende-Empfangs-Umschalter für Systeme, die mit elektromagnetischen Ultrahochfrequenzimpulsen auf einer gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne arbeiten, wobei zur Entkopplung von Sender und Empfänger Schaltzellen mit Richtkopplungen mit fester Kopplung und 3-db-Verzweigungskopplungen verwendet werden, da durch gekennzeichnet, daß der Umschalter aus vier Hohlleiterabschnitten besteht, die paarweise zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, wobei die beiden Hohlleiter jeder Gruppe mit einer ihrer Wandflächen aneinanderliegen und jeder Hohlleiter der ersten Gruppe mit einer seiner Wandflächen, die zur erstgenannten senkrecht liegt, an einem Hohlleiter der zweiten Gruppe anliegt, daß das den Sender mit der Antenne verbindende Kopplungssystem von der ersten Hohlleitergruppe gebildet wird, indem ein Ende des einen Hohlleiters mit dem Sender und ein Ende des zweiten Hohlleiters dieser Gruppe mit der Antenne gekoppelt ist, während die übrigen Enden dieser Hohlleiter reflexionsfrei abgeschlossen bzw. kurzgeschlossen sind, wobei in der gemeinsamen Wand dieser beiden Hohlleiter zwei bzw. eine 3-db-Verzweigungskopplungen angebracht sind, welche die Energie beim Eintritt gleichmäßig auf beide Hohlleiter verteilen und beim Austritt wieder zusammenführen, daß ferner die Schaltzelle durch die zweite Hohlleitergruppe gebildet wird, von der ein Ende mit dem Empfänger verbunden ist, während die übrigen drei Enden reflexionsfrei abgeschlossen sind, wobei diese Hohlleitergruppe ein gasdichtes Gefäß mit zwei Abschnitten bildet, die über eine in ihrer gemeinsamen Wand angebrachte 3-db-Verzweigungskopplung verbunden und mit einem ionisierbaren Gas gefüllt sind, und daß in den den beiden Gruppen gemeinsamen Wänden Richtkopplungen mit fester Kopplung angebracht sind.

2. Sende-Empfangs-Umschalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte in jeder der beiden Gruppen mit den Breitseiten aneinanderliegen, während die beiden Hohlleitergruppen mit den Schmalseiten aneinanderstoßen.

3. Sende-Empfangs-Umschalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte in jeder der beiden Gruppen mit den Schmalseiten aneinanderliegen, während die beiden Hohlleitergruppen mit den Breitseiten aneinanderstoßen.

4. Sende-Empfangs-Umschalter gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und die Antenne (2) an entgegengesetzten Enden der Hohlleiter (4, 5) der ersten Gruppe angeschlossen sind, daß in der gemeinsamen Wand dieser Hohlleiter zwei 3-db-Verzweigungskopplungen (10, 11) angebracht sind und daß die anschlußfreien Enden dieser Hohlleiter mit Dämpfungsgliedern (12, 13) reflexionsfrei abgeschlossen sind.

5. Sende-Empfangs-Umschalter gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und die Antenne (2) an nebeneinanderliegenden Enden der Hohlleiter (4, 5) der ersten Gruppe angeschlossen sind, daß in der gemeinsamen Wand dieser Hohlleiter eine 3-db-Verzweigungskopplung (21) angebracht ist und daß die anschlußfreien Enden dieser Hohlleiter mit Kurzschlüssen (23, 24) abgeschlossen sind.

6. Sende-Empfangs-Umschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganzzahliges Vielfaches der vier Hohlleiterabschnitte entsprechend Anspruch 1 verwendet wird, daß in den gemeinsamen Wänden der Hohlleiter der ersten Gruppe 3-db-Verzweigungskopplungen vorgesehen sind, welche die Energie beim Eintritt gleichmäßig auf alle so geschaffenen Hohlleiterabschnitte verteilen und beim Austritt wieder zusammenführen, und daß alle Hohlleiter der ersten Gruppe mit den entsprechenden Hohlleitern der zweiten Gruppe durch feste Richtkopplungen verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 910171.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 2OS 680/240 10.