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Hohlleiterschalter dienen zur Änderung der Rich- Hohlleiterschalter
tung von Hohlleiterwellen. Sie bewirken Variationen der Hohlleiterschaltungen z.
B. für Meßzwecke oder zur Umschaltung von Mikrowellenantennen oder -Kanälen. Die
bisher gebräuchlichen Hohlleiterschalter sind für rechteckige Innenquerschnitte
der Hohlleiter bemessen und dienen im allgemeinen zur Umschaltung von Wellen des
magnetischen Grundtyps Hlo. Sie sind so aufgebaut, daß als Schaltelemente Hohlräume
mit beispielsweise 90°-Krümmung dienen, die wahlweise mechanisch auf verschiedene
Ein- und Ausgänge geschaltet werden.
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So ist z. B. ein Schalter für Rechteckhohlleiter bekanntgeworden,
bei welchem in einem Rechteckhohlleiterkreuz ein drehbarer Schaltstern angeordnet
ist, in welchem ein Stück Rechteckhohlleiter mit 45° Neigung gegenüber den Ausgängen
angeordnet ist und in jeder Schaltstellung jeweils zwei der Ausgänge miteinander
verbindet. Die mittlere Länge des im Schaltstern angeordneten Rechteck-Hohlleiterstücks
muß dabei eine Viertelwellenlänge betragen, wenn eine reflexionsarme Umschaltung
erfolgen soll. Damit sind einer solchen Anordnung in der Bandbreite der zu schaltenden
Frequenzen erhebliche Grenzen gesetzt. Für die Hol-Welle, also für den Rundhohlleiter,
lassen sich derartige Konstruktionen wegen des gestörten Wellenmodus nicht übernehmen.
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Bei einer weiteren vorbekannten Umschaltvorrichtung für Rechteckhohlleiter
handelt es sich ebenfalls um einen Schalter für Wellen des magnetischen Grundtyps
H", bei dem die räumliche Anordnung der Reflexionsfläche durch Festlegung eines
Winkels von 45° erfolgt und bei welcher zwei senkrecht aufeinander stehende Hohlleiterstücke
gemeinsam mit der Reflexionsfläche nach den beiden um 180° versetzten Schaltstellungen
gedreht werden. Derartige Umlenkungen sind für eine Größenordnung längerer Wellen
konstruiert, während der Erfindungsgegenstand für den quasioptischen Fall bestimmt
sind, bei welchem Hol-Wellen angewendet werden, deren Wellenlänge klein im Verhältnis
zum Innendurchmesser des Schalters ist.
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Schließlich ist ein Rechteckhohlleiterschalter bekannt, bei welchem
im übrigen die Reflexionsfläche nicht gedreht, sondern hin und her geschoben wird,
und mit dessen anderem Aufbau die Umschaltung der Ho,-Welle aus physikalischen Gründen
ebenfalls nicht möglich ist.
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Bei Schaltern für konzentrische Leitungen ist es bekannt, den Schalter
nach Art der in der Rohrleitungstechnik bekannten Absperrhähne bzw. Absperrschieber,
also als zylindrischen Körper mit dem Durchmesser des Anschlußrohres auszubilden
und drehbar in den Leitungsquerschnitt einzulassen. Da es sich jedoch um die Fortleitung
und Unterbrechung viel längerer Wellen in geraden Leitungsstücken handelt, ist hier
an zylindrische Körper mit abgeschrägten Reflexionsflächen nicht gedacht.
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Es ist zwar in der Rundholleitertechnik allgemein bekannt, Umlenkungen
mit unter einem Winkel von 45° abgeschrägten, den Leitungsquerschnitt ausfüllenden
Reflexionsflächen im Schnittpunkt der beiden sich kreuzenden Hohlleiterachsen herzustellen.
Die Anwendung dieses Prinzips auf um 180° versetzbare Schaltkörper in Hohlleiterschaltern
ist jedoch dadurch nicht nahegelegt.
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Der Erfindungsgegenstand liefert demgegenüber auch für den Rundhohlleiter
eine mechanisch und elektrisch einwandfreie Lösung.
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Gemäß der Erfindung ist in einem der Anschlußrohre eines Rundhohlleiterkreuzes
ein unter einem Winkel von 45° abgeschrägter und mit reflektierenden Eigenschaften
versehener zylindrischer Körper mit dem Durchmesser des Anschlußrohres drehbar in
den Kreuzungsquerschnitt eingelassen, und die abgeschrägte Reflexionsfläche füllt
den Kreuzungsquerschnitt so aus, daß der Schnittpunkt der beiden sich kreuzenden
Hohlleiterachsen in der Ebene der Reflexionsfläche liegt.
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Vorteilhaft kann man die vordere Querschnittsfläche des zylindrischen
Körpers durch entsprechende Oberflächenbehandlung als Reflexionsfläche ausbilden.
Gemäß
einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hohlleiterschalters kann
auf der vorderen Querschnittsfläche des zylindrischen Körpers auch eine besondere
Reflexionsfläche angebracht sein.
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Will man aus dem Umschalter einen Dreiwegeschalter herstellen, so
werden nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung zwei Hohlleiterkreuze
mit je einem ihrer Ausgänge zusammengeschaltet. Bei entsprechender Stellung der
beiden Reflexionsflächen ergibt sich neben der Möglichkeit der Verbindung jedes
Eingangs mit zwei Ausgängen noch die der Verbindung des ersten Eingangs mit dem
zweiten Eingang.
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Der erfindungsgemäße Hohlleiterschalter mit Reflexionsflächen kann
dort mit Vorteil angewendet werden, wo die Maße der reflektierenden Fläche groß
gegenüber der Länge der elektrischen Welle gemacht werden können. Das ist z. B.
beim Vielmodenleiter, also beim Hohlleiter, dessen Dimensionierung die Ausbreitung
einer Mehrzahl von Schwingungstypen erlaubt, der Fall.
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Der erfindungsgemäße Hohlleiterschalter wirkt im Prinzip wie eine
der bekannten Hohlleiterumlenkungen mit Spiegel. Entsprechend dem optischen Fall
wird die Energie in eine durch die Lage des Spiegels bestimmte Richtung umgelenkt.
Solche metallischen Umlenkungen haben eine kleine Dämpfung, z. B. bei 5 cm Durchmesser
des Hohlleiters und 5 mm Wellenlänge etwa 0,5 dB. Die entstehende Dämpfung vermindert
sich mit steigender Frequenz. Durch die erfindungsgemäße konstruktive Ausbildung
des Spiegels wird erreicht, daß die Umlenkung in zwei verschiedene Richtungen erfolgen
kann.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung für den erfindungsgemäßen Hohlleiterschalter
ergibt sich bei der Aufgabe, Multimodenhohlleiter umzuschalten, etwa zum Zwecke
der Dämpfungsmessung in Schleife, bei denen man das Verhältnis der Empfangspegel
mit und ohne Hohlleiter-übertragungsleitung mißt. Bei dieser Vergleichsmessung wurde
die Kurzschlußmessung zwischen Sender und Empfänger bisher in der Weise vorgenommen,
daß nach der Messung des Empfangspegels mit der übertragungsleitung die Rechteckhohlleiter
mit Hilfe von Schaltern bekannter Bauart zwischen Sender und Empfänger kurzgeschlossen
werden. Diese Methode hat den Nachteil, daß bei der nachfolgenden Messung über die
übertragungsleitung die Schaltelemente zwischen Rechteck- und Rundhohlleiter, wie
Wellentypumwandler und Modenfilter, in die Messung mit eingehen und dadurch die
Lokalisierung einer etwaigen Störung erschwert wird. Hier verwendet man vorteilhaft
den Hohlleiterschalter nach der Erfindung. Dieser hat den Vorteil einer direkten
Umschaltung innerhalb der Hohlkabelstrecke. Es können mit dem erfindungsgemäßen
Schalter auch Hohlleiterkanäle in einfacher Weise umgeschaltet werden, wie es z.
B. bei Fernsehübertragungen notwendig werden kann.
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Im folgenden soll eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiterschalters
an Hand einer Abbildung beschrieben werden. Das Bild stellt einen Querschnitt zweier
zusammengeschalteter Hohlleiterschalter mit Umlenkungsspiegeln dar. Die umzuschaltenden
Hohlleiter sind durch die Rohre 1, 2 und 3, 4 angedeutet, die mit den Schalteranschlüssen
10, 11, 12 und 13 verbunden sind. Jeder Hohlleiterschalter besteht aus einer festen
Umlenkung mit einem metallischen Spiegel 20 bzw. 21 und dem eigentlichen Hohlleiterkreuz
22 bzw. 23, die durch die Flansche 14, 15 bzw. 16, 17 und 18, 19 miteinander verbunden
sind. Innerhalb der beiden Dreiwegeschalter befinden sich die zylindrischen Stempel
7 und 8, die je eine angeschliffene Spiegelfläche 5 und 6 besitzen. In der gezeichneten
Stellung der Stempel 7 und 8 wird eine durch den Hohlleiter 1 eintretende Welle
durch Spiegelung in den Hohlleiter 3 geführt. Sie kann auch durch Schleifung in
den Hohlleiter 4 über die Umlenkung 21 und den Stempel 6 in den Hohlleiter 2, an
den z. B. die Empfangsseite angeschlossen werden kann, geleitet werden. Soll die
Mikrowellenenergie von der Sende- zur Empfangsseite direkt zurückgeführt werden,
so dreht man die Stempel 7 und 8 mit Hilfe der Bedienungsgriffe 9 und der Rasten
24 um 180°.
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Die Bandbreite eines solchen Schalters ist außerordentlich groß. Sie
ist frequenzmäßig nach unten begrenzt durch den Durchmesser seiner zylindrischen
Hohlräume. Bei Anwendung der Hol-Welle, deren Grenzwellenlänge gleich 0,82 Durchmesser
ist, ergibt sich z. B. bei 5 cm Innendurchmesser eine untere Grenzfrequenz von etwa
8 GHz. Nach oben hin ist die Frequenzgrenze nur durch die Entstehung von Störmoden
infolge unvermeidlicher mechanischer Ungenauigkeiten gegeben. Man kann je nach der
Güte der Ausführung hier mit übertragungsfrequenzen zwischen 60 und 100 GHz rechnen.
Bei Umschaltung von Hohlleiterwellen noch höherer Frequenz wird man eventuell kleinere
Durchmesser wählen. Auch scharf gebündelte Lichtwellen, die z. B. durch Laser erzeugt
werden, können durch eine solche Anordnung in eine gewünschte Richtung umgeleitet
werden. Die Vielseitigkeit der Anwendung ist hierbei dadurch gewährleistet, daß
die Spiegel wegen der Art der Konstruktion leicht ausgewechselt werden können und
so das jeweils am besten geeignete Material eingesetzt werden kann.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Bauteile 22 und 23
mit den Stempeln 7 und 8 auch als einfache Richtungsumlenkungen, die nicht schaltbar
sein brauchen, ausgeführt werden können. Dies hat den Vorteil der einfachen Herstellung
und schließt die Möglichkeit der sehr genauen Justierung des Spiegelwinkels zur
Achse ein, die für die Güte der Anordnung ausschlaggebend ist.