DE1142642B

DE1142642B - Wave type converter for the excitation of the H wave in the circular waveguide

Info

Publication number: DE1142642B
Application number: DES69149A
Authority: DE
Inventors: Dr Helmut Pascher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-06-28
Filing date: 1960-06-28
Publication date: 1963-01-24

Description

Wellentypwandler zur Erregung der H,1-Welle im Rundhohlleiter Die Erfindung bezieht sich auf einen Wellentypwandler für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei dem die H,rWelle im Rechteckhohlleiter in die H.1-Welle im Rundhohlleiter umgeformt wird.Wave type converter for the excitation of the H, 1 wave in the circular waveguide Die The invention relates to a mode converter for very short electromagnetic Waves in which the H, r wave in the rectangular waveguide into the H.1 wave in the round waveguide is reshaped.

Bei Wellentypwandlem dieser Art geschieht die Wellentypumformung mit Hilfe eines Übergangsgliedes, dessen Querschnittsgestalt in Achsrichtung derart verändert wird, daß die elektrischen Feld- linien der Hlo-Welle, die parallel zu den Schmalseiten des Rechteckhohlleiters verlaufen, in konzentrische Kreise im Rundhohlleiter übergehen. Ein solches übergangsglied ist außerordentlich schwierig herzustellen, weil die überführung einer Unear polarisierten Welle in eine zirkular polarisierte Welle räumlich komplizierte, Schraubenflächen aufweisende Leitungsgebilde erforderlich macht. Im allgemeinen können bei diesen übergangsgliedem die Toleranzen nicht so klein gehalten werden, wie das wünschenswert wäre, so daß der Anteil der bei der Umformung im Rundhohlleiter miterregten störenden Wellentypen durch absorbierte Wellentypfilter unterdrückt werden muß, d. h., die Umformverluste sind relativ groß. Etwas günstiger liegen die Verhältnisse, wenn die Hio-Welle im Rechteckhohlleiter zunächst in die leicht zu erhaltende H..-Welle im Rechteckhohlleiter umgeformt und sodann die H..-Welle in die HH-Welle im Rundhohlleiter übergeführt wird. Bei einem solchen Wellentypwandler, wie er beispielsweise, durch die deutsche Patentschrift 1005 583 bekanntgeworden ist, läßt sich nän-flich der Rechteck-RundhohNleiterübergang so gestalten, daß Schraubenflächen vermieden sind. Der übergang stellt hierbei einen Vielflächner dar, der aus Ebenen besteht, die mit einem Zylinder verbunden sind. Die Raumforrn dieses überganges ist jedoch trotz der hierbei vermiedenen Schraubenflächen immer noch so kompliziert, daß das übliche fertigungstechnische Problem auch dadurch nicht als gelöst angesehen werden kann.In the case of wave type converters of this type, the wave type is transformed with the help of a transition element whose cross-sectional shape is changed in the axial direction in such a way that the electric field lines of the Hlo wave, which run parallel to the narrow sides of the rectangular waveguide, merge into concentric circles in the circular waveguide. Such a transition element is extremely difficult to manufacture because the conversion of a unearly polarized wave into a circularly polarized wave requires conduction structures which are complex in space and have helical surfaces. In general, the tolerances in these transition members cannot be kept as small as would be desirable, so that the proportion of the interfering wave types which are also excited during the shaping in the circular waveguide must be suppressed by absorbed wave type filters, i.e. that is, the deformation losses are relatively large. The situation is somewhat more favorable if the Hio wave in the rectangular waveguide is first transformed into the easily obtainable H .. wave in the rectangular waveguide and then the H .. wave is converted into the HH wave in the circular waveguide. In the case of such a wave type converter, as it has become known, for example, from German patent specification 1005 583 , the rectangular-round tube transition can be designed in such a way that helical surfaces are avoided. The transition represents a polyhedron consisting of planes that are connected to a cylinder. The spatial shape of this transition is, however, still so complicated, despite the helical surfaces avoided here, that the usual production-related problem cannot be regarded as being solved by this either.

Es sind auch bereits Anordnungen bekannt, bei denen ein Ho.-Wellen führender Rechteckhohlleiter sprunghaft in einen Rundhohlleiter übergeht. Bei diesen Anordnungen werden im Rundhohlleiter ganz allgemein Wellen vom Ho-Typ angeregt. Sie sind, daher zu möglichst verlustlosen überführungen einer HW-Welle im Rechteckhohlleiter in eine Hol-Welle im Rundhohlleiter völlig ungeeignet.There are also already known arrangements in which a Ho. Waves leading rectangular waveguide suddenly merges into a round waveguide. With these Arrangements are generally excited in the circular waveguide waves of the Ho type. They are, therefore, for the most lossless possible transfers of a HW wave in a rectangular waveguide in a Hol-wave in the circular waveguide completely unsuitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, die bei der Herstellung eines Wellentypwandle,rs der einleitend beschriebenen Art vorhandenen Schwierigkeiten und die dadurch bedingten Umformungsverluste in einfacher Weise zu beseitigen. Bei einem Wellentypwandler für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus zwei Hohlleiterübergängen, von denen der eine die Hio-Welle im Rechteckhohlleiter in die H2O-Welle im Rechteckhohlleiter umformt und der sich daran anschließende zweite Hohlleiterübergang die H..-Welle in die Ho,-Welle, im Rundhohlleiter überführt, wird erfindungsgemäß die Aufgabe duirch folgende, an sich bekannte Me#rkmale gelöst: a) Der übergang vom rechteckigen auf den runden Hohlleiter erfolgt sprunghaft.The invention has for its object to show a way that in the production of a wave type converter, rs of the type described in the introduction Difficulties and the resulting deformation losses in a simple manner to eliminate. With a wave type converter for very short electromagnetic waves, consisting of two waveguide transitions, one of which is the Hio wave in the rectangular waveguide transformed into the H2O wave in the rectangular waveguide and the subsequent second waveguide transition, the H .. wave is converted into the Ho, wave, in the round waveguide, According to the invention, the object is achieved by the following, per se known features: a) The transition from the rectangular to the round waveguide is sudden.

b) Der Rundhohlleiter ist an seinem dem übergang nahen Ende als wellentypselcktives verlustloses Sperrfilter ausgebildet. b) The circular waveguide is designed as a wave-type selective lossless blocking filter at its end near the transition.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daßdieErregung derH"-Welle:im Rundhohlleiter praktisch ohne Umformungsverluste möglich ist, wenn man den die H#o-Welle führenden Rechteckhohlleiter sprunghaft in den Rundhohlleiter überführt und es außerdem gelingt, die hierbei im Rundhohlleiter miterregten störenden Wellentypen in einem gewissen Frequenzbereich vollständig zu reflektieren. Stößt der Rechteckhohlleiter symmetrisch an den Rundhohlleiter an, dann können sich im Rundhohlleiter neben der 11,1-Welle nur noch die H21-Welle und die E2,-Welle erregen. Die F4,-Welle erregt sich in jedem Falle, während die Ausbreitung der E.1-Welle vom Durchmesser des Rundhohlleiters abhängt. Bei geeigneter Wahl des Rohrdurchmessers braucht demnach das wellentypselektive Sperrfilter lediglich die H21-Welle zu reflektieren und die H.i-Welle im wesentlichen störungsfrei passieren zu lassen. Ein solches Filter kann in einfacher und vorteilhafter Weise durch einen Rundhohlleiterabschnitt verwirklicht werden, der längs seiner Achse periodisch durch kadialleitungen unterbrochen ist, die außen kurzgeschlorssen sind. Hierbei Ist der gegenseitige Abstand der Radialleitungen etwa ein Viertel einer mittleren # Hohlleiterbetriebswellenlänge AH" und die Länge der aufeinanderfolgenden Radialleitungen in periodischem Wechsel etwa 1/4 und '/2 iy, gewählt.The invention is based on the knowledge that the excitation derH "wave: is possible in a circular waveguide practically without deformation losses if you jump the rectangular waveguide leading the H # o wave into the circular waveguide and it also succeeds in removing the disruptive To fully reflect wave types in a certain frequency range. Bumps the rectangular waveguide symmetrically to the round waveguide, then in the Round waveguides next to the 11.1 wave only excite the H21 wave and the E2 wave. The F4, wave is excited in each case, while the E.1 wave propagates depends on the diameter of the circular waveguide. With a suitable choice of the pipe diameter The wave-type selective blocking filter only needs to reflect the H21 wave and the To allow H.i-wave to pass essentially without interference. Such a filter can be carried out in a simple and advantageous manner by means of a circular waveguide section be realized, which is periodically interrupted along its axis by cadial lines that are short-circuited on the outside. Here is the mutual distance between the radial lines about a quarter of a mean waveguide operating wavelength AH "and the length of the successive radial lines in periodic alternation about 1/4 and 1/2 iy, chosen.

Im Gegensatz zu den üblicherweise bei Wellentypwandlem verwendtten absorbierenden Wellentypfiltern ist das wellentypselektive Sperrfilter nach der Erfindung verlustlos, so daß sich beim Erfindungsgegenstand eine praktisch vernachlässigbare Durchlaßdämpfung erzielen läßt. Auch ermöglicht das Sperrfilter in Verbindung mit dem sprunghaften Rechteck-Rundhohlleiterübergang eine relativ kleine Baulänge und einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau der Gesamtanordnung, die keinerlei fertigungstechnische Schwierigkeiten mit sich bringt.In contrast to those commonly used for wave type converters absorbing wave-type filters is the wave-type selective blocking filter according to the Invention lossless, so that the subject of the invention is a practically negligible Can achieve transmission loss. Also enables the blocking filter in conjunction with the jumpy rectangular-round waveguide transition a relatively small length and a very simple structural design of the overall arrangement, which does not have any manufacturing engineering Brings difficulties.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden.Using exemplary embodiments shown in the drawing are, the invention will be explained in more detail below.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer- Darstellung einen Wellentypwandler nach der Erfindung, dessen aufeinanderfolgende Übergänge aus Gründen der besseren übersioht in Achsrichtung auseinandergezogen sind. Die Hlo-Welle wird auf der linken Seite der Fig. 1 in den rechteckigen Hohlleiterübergang 1 eingespeist. Der Hohlleiterübergang 1 formt die Hlo-Welle in die 1-1",-.Welle um. Hieran schließt sich eine metallische Kerrekturblende 2 an, die den sprunghaften Übergang des Rechteckhohlleiterquerschnitts in das runde Rohr in zwei Stufen unterteilt und den Hohlleiterübergang 1 auf der H..-Seite mit dem wellentypsedektiven verlustlosen SperrflIter 3 verbind'et. Das Sperrfilter 3 mündet in den Rundhohlleiter 4 aus.Fig. 1 shows a perspective view of a mode converter according to the invention, the successive transitions of which are pulled apart in the axial direction for the sake of a better overview. The Hlo wave is fed to the left side of Fig. 1 in the rectangular waveguide transition 1. The waveguide transition 1 reshapes the Hlo wave into the 1-1 ", -. Wave. This is followed by a metallic kerrector diaphragm 2, which divides the sudden transition of the rectangular waveguide cross-section into the round tube into two stages and the waveguide transition 1 on the H ..- side with the wellentypsedektiven lossless SperrflIter 3 verbind'et. the notch filter 3 flows into the circular waveguide 4 from.

Der Hohlleiterübergang 1 besteht aus zwei rechteckigen, gegeneinander um 90' gedrehten Hahileiterabschnitten 5 und' 6 mit zueinander parallelen Achsen, die durch eine zu diesen Achsen geneigte ebene Wand 7 verbunden sind. Die Korrekturblende 2 ist etwa ein Viertel einer mittleren Hohlleiterbetrieb,swellenlänge 2,y.. dick und weist einen lichten Querschnitt 8 auf, der die Form eines Doppelkreissektors mit zweizähliger Symmetrie hat. Die Korrekturblende 2 verbessert nach Art einer i/4-Transfonnationsstufe die breitbandige Anpassung des Übergangs von dem die 112.-Welle führenden Rechteckhohlleiter 6 auf den Rundhohlleiter 4 bzw. das Sperrfilter 3. An Stelle einer Korrekturblende der in der Fig. 1 gezeigten Art können zur weiteren Verbesserimg einer breitbandigen Anpassung des Rechteck-Rundhohlleiterübergangs auch zwei und mehr solcher Transformationsstufen vorgesehen werden. Der lichte Querschnitt der hintereinander angeordneten Korrekturblenden ist hierbei jeweils in der Weise unterschiedlich zu wählen, daß der Öffnungswinkel des Doppelkreissektors in Richtung auf das Sperrfilter von Stufe zu Stufe zunimmt.The waveguide transition 1 consists of two rectangular semiconductor sections 5 and 6 which are rotated by 90 ' relative to each other and have mutually parallel axes and are connected by a flat wall 7 inclined to these axes. The correction diaphragm 2 is about a quarter of an average waveguide operation, wave length 2, y... Thick and has a clear cross section 8 which has the shape of a double circle sector with twofold symmetry. The correction panel 2 improves the manner of a i / 4 Transfonnationsstufe the broadband adjustment of the transition from the 112th wave leading rectangular waveguide 6 to the circular waveguide 4 and the rejection filter 3. Instead of a correction diaphragm of the type shown in FIG. 1 can to further improve a broadband adaptation of the rectangular / circular waveguide transition, two and more such transformation stages are also provided. The clear cross-section of the correction diaphragms arranged one behind the other is to be selected differently in each case in such a way that the opening angle of the double circle sector increases from step to step in the direction of the blocking filter.

Wie bereits erwähnt, vedündert das Sperrfilter 3 die Ausbreitung der bei der Umformung der H..-Welle in die Ho,-Welle miterregten H.,-Welle im Rundhohlleiter 4. Das Sperrfilter 3 ist beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 aus vier Metallscheiben 9 zusammengesetzt. Die Anzahl der Metallscheiben 9 ist natürlich nicht auf vier beschränkt. Viehnehr kann sich das Sperrfilter 3 je nach den gestellten Forderungen aus mehr oder weniger Metallscheiben 9 zusammensetzen.As already mentioned, vedündert the rejection filter 3, the spread of the ..- during the forming of H wave in the Ho, -wave miterregten H, -. Wave in the circular waveguide 4. The notch filter 3 is in the embodiment of Fig 1 consists of four metal disks. 9 composed. The number of metal disks 9 is of course not limited to four. The barrier filter 3 can also consist of more or fewer metal disks 9 , depending on the requirements.

In der Fig. 2 ist das Sperrfilter 3 nach der Fig. 1 noch einmal im Schnitt dargestellt. Jede Metallsch,eibe 9 weist eine Dicke von etwa einer mittleren halben Hohlleiterbetriebswellenlänge AH. auf und hat zwei radiale nutartige Aussparungen 10. Die Aussparungen 10 stellen außen kurzgeschlossene Radialleitungen dar, deren aufeinanderfolgende Abstände in Achsrichtung des Sperrfilters etwa ein Viertel einer mittleren Hohlleiterbetriebswellenlänge iu, betragen. Die Tiefe der aufeinanderfolgenden Aussparungen 10 bzw. die Länge der Radialleitungen wechselt dagegen periodisch zwischen 1/4 Und 1/2 AH.-Die Aussparungen 10 sind im Leitungszug als Längsreaktanzen wirksam, deren Größe von der Länge der sie bildenden Radialleitungen abhängt. Für die H"-Welle sind die durch die iH"" tiefen Aussparungen 10 gebildeten Längsreaktanzen sehr groß, so daß an diesen Stellen die Leitung unterbrochen scheint und die H.1-Welle stark reffektiert wird. Da die 2"u",14 tiefen Aussparungen 10 in Abständen von l/.- iu. aufeinanderfolgen, überlagem sich die reflektierten Wellenanteile phasenrichtig und ergänzen sich auf diese Weise in ihrer Sperrwirkung. Die AH-4 tiefen Aussparungen 10 beeinflussen die 112,-Welle dagegen nicht, da die sie darstellenden Leitungsreaktanzen für die H"-Welle Null sind. Die H.1-Welle hat im Gegensatz zur H.i-Welle keine transversalen Komponenten des magnetischen Wechselfeldes. Ihr Feld kann daher auch nicht richtig in die Radialleitungen des Sperrfilters eingreifen. Aus diesem Grunde stellen die Aussparungen 10 für die H"-Welle lediglich sehr kleine Störstellen im Leitungszug dar, deren Eigenschaften nicht mehr von der Nuttiefe abhängig sind. Die Störstellen folgen also für die im Sperrfilter fortschreitende Hol-Welle in Abständen von einem Viertel einer mittleren Hohlleiterbetriebswellenlänge 2"y.. Dadurch ist aber erreicht, daß die an den einzelnen Störstellen auftretenden Reflexionen der Hol-Welle sich gegenseitig kompensieren; d. h., die H"-Welle passiert praktisch störungsfrei das SperrflIter.In FIG. 2, the blocking filter 3 according to FIG. 1 is shown once again in section. Each metal disk 9 has a thickness of approximately half an average waveguide operating wavelength AH. and has two radial groove-like recesses 10. The recesses 10 represent externally short-circuited radial lines whose successive spacings in the axial direction of the blocking filter are approximately a quarter of an average waveguide operating wavelength iu. The depth of the successive recesses 10 or the length of the radial lines alternates periodically between 1/4 and 1/2 AH. The recesses 10 act as longitudinal reactances in the line, the size of which depends on the length of the radial lines forming them. For the H ″ wave, the longitudinal reactances formed by the iH ″ ″ deep recesses 10 are very large, so that the line appears to be interrupted at these points and the H.1 wave is strongly reflected recesses 10 follow each other at intervals of l /.- iu., the reflected wave components überlagem correct phase and complement each other in this manner in its blocking action. the AH-4 deep recesses 10 affect the 112 -wave other hand not, because they performing Leitungsreaktanzen for the H "wave are zero. In contrast to the Hi wave, the H.1 wave has no transverse components of the alternating magnetic field. Your field can therefore not properly intervene in the radial lines of the blocking filter. For this reason, the recesses 10 for the H ″ wave represent only very small imperfections in the line, the properties of which are no longer dependent on the groove depth. The interferences thus follow a middle one at intervals of a quarter for the Hol wave advancing in the blocking filter Waveguide operating wavelength 2 "y .. However, this means that the reflections of the Hol wave occurring at the individual points of interference compensate each other; d. That is, the H "wave passes the blocking filter with practically no interference.

Eine weitere Ausführungsform eines Sperrfilters ist in der Fig. 3 ebenfalls im Schnitt dargestellt. Das Sperrfilter ist ebenfalls aus einzelnen Metallscheiben 9' aufgebaut, die jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils nur eine radiale, mitartige Aussparung 10' aufweisen. Die Dicke der Metallscheiben 9' beträgt wiederum etwa eine halbe mittlere Hohlleiterbetriebswellenlänge 2,u". Die Tiefe der Aussparungen 10' beträgt 1/4 Aff., und die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radialleitungen sind etwa 1/2 AH" gewählt. Im Innem der Scheibenanordnung ist konzentrisch eine aus Metallringen 11 bestehende Hohlleitung vorgesehen, bei der die Metallringe 11 gegenseitig isoliert und hintereinander in geringem Abstand angeordnet sind. Diese Ringhohlleitung führt die H.1-Welle praktisch abstrahlungsfrei, so daß die Aussparungen 10' auf diesen Wellentyp ohne Einfluß sind. Dahingegen ist die H"-Welle stark mit dem Außenraum der Ringhohlleitung verkoppelt. Die Sperrwirkung der Aussparungen 10' kommt also in gewünschter Weise für diesen Wellentyp voll zur Geltung.Another embodiment of a blocking filter is also shown in section in FIG. 3. The blocking filter is also made up of individual metal disks 9 ' , which, however, in this exemplary embodiment each have only one radial, co-shaped recess 10' . The thickness of the metal disks 9 ' is again about half an average waveguide operating wavelength 2, u ". The depth of the recesses 10' is 1/4 aff., And the distances between two successive radial lines are selected to be about 1/2 AH" . In the interior of the disk arrangement, a hollow conduit consisting of metal rings 11 is provided concentrically, in which the metal rings 11 are mutually insulated and arranged one behind the other at a small distance. This hollow circular line guides the H.1 wave with practically no radiation, so that the recesses 10 'have no influence on this type of wave. On the other hand, the H ″ wave is strongly coupled to the outer space of the annular hollow line. The blocking effect of the recesses 10 ' is therefore fully effective in the desired manner for this type of wave.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Wave type converter for very short electromagnetic waves, consisting of two waveguide transitions, one of which transforms the HN wave in the rectangular waveguide into the H2O wave in the rectangular waveguide and the subsequent second waveguide transition transforms the H .. wave into the H .1-Well-- converted into a round waveguide, characterized by the following known features: a) The transition from the rectangular to the round waveguide occurs abruptly. b) At its end near the transition, the circular waveguide is designed as a wave-type selective, lossless blocking filter.

That the rectangular-circular waveguide transition of its transmission region is 2. wave type transducer according to claim 1, characterized in terms configured and dimensioned such that in the circular waveguide other than the desired H "wave, only the H., 1-wave is excited. 3. wave type transducer according to to claim 1 or 2, characterized in that the shaft-type selective lossless blocking filter is a circular waveguide section along its axis is periodically interrupted by Rachalleitungen which are short-circuited outside. 4. wave type transducer according to claim 3, characterized in that the mutual spacing of the radial lines about half an intermediate waveguide operating wavelength #, u, is selected and further that the length of the successive radial lines' / 4 #H amounts. 5. wave type transducer according to claim 4, characterized in that concentrically in the interior of the wave-type selective rejection filter is a isolated from one behind the other and mutually arranged metal rings exist de hollow line is provided, which guides the Hi wave with almost no radiation. 6. mode converter according to claim 3, characterized in that the mutual spacing of the radial lines is approximately a quarter of a mean waveguide operating wavelength #H. is selected and further that the length of the successive radial lines in periodic change about / is' 4 and 1/2 Ajy ". 7. wave type transducer according to any of the preceding claims, characterized in that the shaft-type selective Sperrfflter aufgebautist of successively arranged annular discs. 8. wave type transducer according to to claim 1 or 2, characterized in that the abrupt transition of the rectangular waveguide in the circular waveguide in the manner of a 2, /, - takes place transfo # rmationsleitung in two or more stages 9. wave type transducer according to claim 8, characterized in that deir clear cross-section of the. individual transitional stages a double circle sector with twofold symmetry, whose opening angle is selected to be different from stage to stage appropriately contemplated publications: French patent No. 1011589, "IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques," April 1955, p 35 to.. 39.