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Schmalseitig gekoppelter Hohlleiter-Kurzschlitz-Richtungskoppler Die
Erfindung bezieht sich auf einen Richtungskoppler, bestehend aus zwei parallellaufenden
Rechteckhohlleitern, mit einer aus den Schmalseiten der Hohlleiter gebildeten gemeinsamen
Trennwand, die mit einer Koppelöffnung versehen ist.
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Für Schaltungsanordnungen der Hohlleitertechnik haben Hohlleiter-Richtungskoppler
eine große Bedeutung erlangt, und es sind bereits mehrere Ausführungsformen solcher
Richtungskoppler bekanntgeworden. Die normalerweise üblichen Ein- oder Mehrlochkoppler
haben beispielsweise den Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig große Baulänge erfordern.
Dieser Nachteil ist durch die sogenannten schmalseitig gekoppelten Kurzschlitzkoppler
weitgehend behoben worden, die z. B. in »Proceedings of the I. R. E.«, Februar 1952,
S. 180, und in der Zeitschrift »Frequenz«, April 1960, beschrieben sind. Diese Richtungskoppler
haben jedoch den Nachteil, daß zu ihrer Herstellung eine sehr große Präzision notwendig
ist und daß die Einhaltung geringer mechanischer Toleranzen aufwendige Hilfsmittel
erfordert, da die seitlich in den Koppelraum eingebrachten Profilschienen und die
Zwischenstege zur Aufteilung des Koppelraumes in Hohlleiteranschlüsse zumeist eingelötet
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu mindern.
Unter anderem soll erreicht werden, daß durch eine einfache und genaue mechanische
Herstellung auch die elektrischen Eigenschaften gegenüber den bisher bekannten schmalseitig
gekoppelten Kurzschlitzkopplern verbessert werden.
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Ausgehend von einem Richtungskoppler, bestehend aus zwei parallellaufenden
Rechteckhohlleitern, mit einer aus den Schmalseiten der Hohlleiter gebildeten gemeinsamen
Trennwand, die mit einer Koppelöffnung versehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß sich an den beiden Seiten des einen über seine ganze Länge gleichen
Querschnitt aufweisenden Mittelteiles, das den Koppelraum zur Aufteilung der elektromagnetischen
Energie darstellt und als Rechteckhohlleiter ausgebildet ist, je ein weiteres, getrenntes
Teil anschließt, das ebenfalls über seine ganze Länge gleichen Querschnitt hat und
in seiner geometrischen Mitte durch einen zur Hohlleiterschmalseite parallelverlaufenden
Steg unterbrochen ist, der das sich dem Mittelteil anschließende Teil in zwei Rechteckhohlleiter
aufteilt, und daß diese drei Teile durch eine Verschraubung od. dgl. zu einer mechanisch
starren Einheit verbunden sind.
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Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn die Breitenabmessungen
der beiden äußeren Teile etwas größer als die des mittleren Teiles, jedoch etwas
kleiner als die Breitenabmessungen der an die äußeren Teile anzuschließenden Hohlleiter
gewählt sind, derart, daß der Querschnitt des Koppelraumes nach Art eines Querschnitttransformators
stufenförmig auf den Querschnitt der anzuschließenden Rechteckhohlleiter übergeht.
Dadurch läßt sich in einem großen Frequenzbereich eine gute Anpassung des Richtungskopplers
an den Wellenwiderstand der Zuführungsleitungen erreichen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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Die F i g. 1 zeigt eine Schnittzeichnung eines Kurzschlitz-Richtungskopplers
nach der bisher bekannten Bauweise. Der Koppler besteht hierbei aus einem einzigen
Rechteckhohlleiter R, in den die an den Enden abgeschrägten Profilschienen P und
die Zwischenstege Z, die den Richtungskoppler in die vier Anschlußarme 1, 2, 3 und
4 aufteilen, eingelötet sind. Zur Erzielung guter elektrischer Eigenschaften, vor
allem zur Erzielung eines geringen Reflexionsfaktors, ist es notwendig, sehr enge
mechanische Toleranzen einzuhalten, was bei der diese Lötverbindungen anwendenden
Aufbauweise nach F i g. 1 nur schwer realisierbar ist.
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Die F i g. 2 und 3 zeigen Schnittzeichnungen eines gemäß der Erfindung
aufgebauten Richtungskopp-; lers, der beim Ausführungsbeispiel als 3-dB-Koppler
ausgebildet ist. Die F i g. 3 stellt hierbei einen Querschnitt längs der Schnittlinie
A -B des in F i g. 2 im Längsschnitt gezeigten Richtungskopplers dar.
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Wie der F i g. 2 zu entnehmen ist, setzt sich der Richtungskoppler
aus einem Mittelteil K und den davon getrennten beiden Anschlußteilen T zusammen,
die an den Trennstellen durch die Flanschverbindungen
F zusamrlengeschraubt
sind. Das Mittelteil K besteht aus einem U-förmig gefrästen Teil, das über seine
gesamte Länge s den gleichen Querschnitt hat und auf das der Deckel D (F i g. 3)
aufgeschraubt ist. Dadurch stimmt die Koppelöffnung genau mit den Abmessungen der
Schmalseite des Mittelteiles überein. In der Mitte des Verbindungsstückes der beiden
U-Schenkel sitzt eine zylindrische Erhöhung C, durch die eine Schraube S in das
Innere des Hohlleiters ragt. Die beiden über ihre gesamte Länge gleichen Querschnitt
aufweisenden Anschlußteile T mit den Zwischenstegen Z, die den Richtungskoppler
in die Anschlußarme 1, 2, 3 und 4 aufteilen, sind ähnlich wie das
Mittelteil aus einem Stück hergestellt, und ihre eine Breitseite ist ebenfalls mit
einem Deckel abgeschlossen. Die an die Teile T anzuschließenden Rechteckhohlleiter
H, die in der F i g. 2 gestrichelt angedeutet sind, sind ebenfalls durch schematisch
angedeutete Flanschverbindungen mit dem Richtungskoppler verschraubt.
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An Hand der F i g. 2 und 4 wird im folgenden noch die elektrische
Wirkungsweise erläutert. In der F i g. 4 sind Kurven für die Leistungsunsymmetrie
d N und den Eigenreflexionsfaktor r in Abhängigkeit von der auf die
mittlere Frequenz f," normierten Frequenz f/f" aufgetragen. Der Richtungskoppler
wird mit der Hiö Welle betrieben. Die Breitseite des Koppelraumes ist so bemessen,
daß die H.3"-Welle und damit auch Schwingungstypen höherer Ordnung nicht existenzfähig
sind. Die beispielsweise in Arm 1 eingespeiste Hochfrequenzleistung regt im Koppelraum
K eine Hiö und eine H.. -Welle an, über die dann auch in den Armen 3 und
4 eine Hiö Welle erregt wird. Die in Arm 1 eingespeiste Leistung verteilt
sich bei einem 3-dB-Koppler im Verhältnis 1:1 auf die Arme 3 und
4, wobei die im Arm 4 auftretende Welle eine Phasendifferenz von 90°
zu der im Arm 3 auftretenden Welle aufweist. Im Anschlußarm 2 wird
keine Welle erregt, so daß die Arme 1 und 2 entkoppelt sind. Die Entkopplung
zwischen den Armen 1 und 2 ist um so größer, je geringer der Eigenreflexionsfaktor
des Richtungskopplers ist. Der Eigenreflexionsfaktor ist dabei der am Arm
1 auftretende Reflexionsfaktor, wenn die Arme 3 und 4 durch
geeignete Widerstände reflexionsfrei abgeschlossen sind. Die Leistungsunsymmetrie
d N ist hierbei folgendermaßen definiert:
wenn N4 die im Arm 4 und N3 die im Arm 3 fließende Leistung ist.
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Mit der Wahl der Breitseite des Kopplungsraumes ist die Lage der Frequenz
f,", bei der das Minimum der Leistungsunsymmetrie d N auftritt, im wesentlichen
festgelegt. Die Nulldurchgänge der Kurve für die Leistungsunsymmetrie können zusätzlich
noch durch die Länge s des Koppelteiles und die Eintauchtiefe der kapazitiv wirkenden
Schraube S beeinflußt werden. Zur Erzielung eines guten Reflexionsfaktors sind die
Anschlußteile T vorgesehen, die als zweistufige A/4-Querschnittstransformatoren
zur Wellenwiderstandsanpassung der Anschlußleitungen H an das Mittelteil K wirken
(A, = Wellenlänge im Hohlleiter). Je zwei dieser Querschnittstransformatoren sind
gemäß der Erfindung für benachbarte Ausgänge in einem Transformationsstück T (F
i g. 2) zusammengefaßt. Die Transformationsstufe ist so dimensioniert, daß sich
im geforderten Frequenzbereich für den Reflexionsfaktor ein Tschebyscheffverhalten
mit zwei Nullstellen ergibt, dessen Höhe noch durch die Schraube S des Koppelteiles
regelbar ist. Zum Ausgleich von mechanischen Unsymmetrien sind an den vier Ausgängen
des Koppelraumes außerdem noch die vorzugsweise kapazitiv wirkenden Schr aubbolzen
R vorgesehen, die von der Breitseite her in den Koppelraum eintauchen.
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Die Erfindung wurde an Hand eines 3-dB-Kopplers als Ausführungsbeispiel
erläutert. Der erfindungsgemäße Richtungskoppler läßt sich auch für andere Leistungsaufteilungsverhältnisse
analog realisieren.
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Die an das Mittelteil anzuschraubenden Transformationsteile T brauchen
nicht gleich ausgebildet zu sein, sondern können auch für einzelne oder alle Hochleiteranschlüsse
verschieden ausgebildet werden. Dadurch wird ein unsymmetrischer Richtungskoppler
erhalten, der mit Geräten, deren Anschlußmaße untereinander verschieden sind, ohne
Zwischenschaltung von weiteren Querschnittstransformatoren zusammenschaltbar ist,
und zwar ohne Erhöhung des Eigenreflexionsfaktors.