DE1213017B - Richtungskoppler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4ΜΨ®& PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Jnt. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIp

H03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 74

W22045IXd/21a4
14. Oktober 1957
24. März 1966

Es ist bei Mikrowellensystemen manchmal erwünscht, zwei Hohlleiter über einen Richtungskoppler miteinander zu verbinden, der ein breites, nahezu lineares Durchlaßband und ein ausgewähltes Frequenzband, in dem er die Wellenübertragung sperrt, aufweist. Ein solcher Koppler ist bei einer Anordnung nützlich, mit deren Hilfe zwei Hohlleiter, die verschiedene Frequenzbänder übertragen, mit einem einzelnen Hohlleiter verbunden werden sollen, der z. B. eine gemeinsame Antenne speist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Richtungskoppler mit zwei achsparallel nebeneinanderliegenden Hohlleitern, die eine gemeinsame Wand besitzen, in der zur Übertragung eines breiten Bandes elektromagnetischer Wellen von einem Hohlleiter in den anderen Kopplungsöffnungen in Form von Schlitzen vorgesehen sind, die in Richtung der Hohlleiterachsen nebeneinanderliegen.

Bei den bekannten Hohlleiterkopplern dieser Art sind in der gemeinsamen Wand lediglich eine Anzahl einfacher Schlitze angebracht, deren Längsausdehnung senkrecht zu den Längsachsen der Hohlleiter verläuft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Durchlaßkurve eines Richtungskopplers zu linearisieren und die Übertragungsdämpfung in dem Durchlaßband herabzusetzen. Ferner soll ein ausgewähltes anderes Frequenzband ausgesiebt werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Hohlleiterkoppler der angegebenen Art so ausgeführt, daß die Längsausdehnung der Schlitze parallel zur Richtung der Längsachse der Hohlleiter verläuft und daß je ein abgebogener leitender Stab, dessen Länge angenähert einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge im freien Raum bei einer Frequenz außerhalb des zu übertragenden Bandes entspricht, mindestens mit einem Ende an einer Breitseite jedes Schlitzes an einem Punkt befestigt ist, der so ausgewählt ist, daß dadurch innerhalb des Bandes die Übertragungsdämpfung verringert und der Verlauf der Kurve der Übertragungsdämpfung abgeflacht wird.

Jeder Öffnung ist ein Resonator zugeordnet. Dieser Resonator ist so dimensioniert, daß er sich bei der Frequenz f_A in dem auszusiebenden Band in Antiresonanz befindet und so mit dem elektromagnetischen Feld in der Öffnung gekoppelt ist, daß die Ubertragungsdämpfung herabgesetzt und über eines oder mehrere der übertragenen Frequenzbänder linear gemacht wird. Für den Kopplungsschlitz wird als Resonator ein abgebogener leitender Stab verwendet, dessen Länge ungefähr gleich η · λ/4 bei der Richtungskoppler

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:
Earl Thomas Harkless,
Morristown, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1956
(631704)

Frequenz f_A beträgt. Ein oder beide Enden des Stabes werden mit einer Seite des Schlitzes verbunden. Der Verbindungspunkt und der Durchmesser des Stabes bestimmen weitgehend die Gleichförmigkeit der Übertragungscharakteristik für das übertragene Frequenzband.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden am besten verständlich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von zwei Hohlleitern, die mittels Öffnungen miteinander gekoppelt sind und die kleinen Stabresonatoren gemäß der Erfindung enthalten,

F i g. 2 einige typische Dämpfungskurven des Richtungskopplers, die erzielbar sind, und zwar mit und ohne Resonatoren.

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In der in Fig. 1 dargestellten Koppleranordnung sind zwei Hohlleiter 4 und 5 nebeneinander angeordnet und haben eine gemeinsame Wand 6. Jeder der Hohlleiter weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Dabei ist der Hohlleiter 5 quadratisch. Der Hohlleiter 4 hat ungleiche Querabmessungen, wobei die Wand 6 eine von den schmaleren Seitenwänden bildet. Entweder ein oder beide Hohlleiter können einen Querschnitt einer anderen Form'haben. Für maximale Energieübertragung sollte die Fortpflan-Zungsgeschwindigkeit der Energieübertragung für beide Hohlleiter für das übertragene Frequenzband gleich sein.

Zur Übertragung-eines breiten Bandes von elektromagnetischen Wellen von dem einen Hohlleiter in den anderen sind Öffnungen 7 in der gemeinsamen Wand 6 vorgesehen. Vier solcher Öffnungen sind dargestellt. Es ist jedoch einleuchtend, daß jede beliebige Anzahl verwendet werden kann, je nachdem, wieviel Energie übertragen werden soll. Sind richtungsabhängige Eigenschaften in dem Koppler erwünscht, dann müssen die Mittelpunkte der Öffnungen vorzugsweise einen Abstand aufweisen, der gleich einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge in dem Hohlleiter bei der übertragenen Frequenz ist. Dieser Abstand ergibt einen guten Eingangswiderstand und eine hohe Richtungsabhängigkeit. Der Abstand ist jedoch nicht kritisch.

Die Öffnungen? haben die Form eines Schlitzes, der mit seiner Längsausdehnung parallel zur Längsachse der Hohlleiter 4 und 5 liegt. Jedem dieser Schlitze ist ein Resonator zugeordnet, der mit dem darin befindlichen elektromagnetischen Feld gekoppelt ist. Wie sich aus der Darstellung ergibt, besteht der Resonator aus einem leitenden Stab 9 mit einer rechtwinkligen Krümmung, der mit einem Ende an einer Längsseite des Schlitzes 7 leitend befestigt ist. Diese Stäbe ragen abwechselnd von der oberen Seite des Schlitzes, wie z. B. Stab 9, und von der unteren Seite des Schlitzes, wie z. B. Stab 8, heraus, um eine mechanische und elektrische Symmetrie zu bilden, so daß dadurch im quadratischen Hohlleiter 5 eine Umwandlung von vertikaler in horizontale Polarisation verhindert wird.

Man kann beispielsweise in dem Hohlleiter 4 an einem Ende elektromagnetische Wellen einführen, wie durch den Pfeil 10 angegeben ist. Das elektrische Feld dieser Wellen steht auf den breiteren Wänden des Hohlleiters senkrecht, wie dies durch den Pfeil mit dem Buchstaben E dargestellt ist. Es sei angenommen, daß vom Hohlleiter 4 nach dem Hohlleiter 5 ein breites Frequenzband übertragen werden soll, das mit seiner Mittenfrequenz bei der Frequenz f_B hegt, und daß ferner diese Wellen in dem Hohlleiter 5 in Richtung des Pfeiles 11 übertragen werden sollen. Ferner soll angenommen werden, daß ein höheres Frequenzband, das sich um^die Mittenfrequenz^ gruppiert, nicht nach dem Hohlleiter 5 übertragen werden soll.

Werden die Resonatoren weggelassen, dann verläuft die in Dezibel gemessene Kopplungsdämpfung für eine Kopplung vom Hohlleiter 4 nach dem Hohlleiter 5 für ein Frequenzband von 3,6 bis 6,8 GHz in einem typischen Fall etwa so, wie dies in der Kurve 12 in Fig. 2 dargestellt ist. In dem interessierenden Bereich wächst diese Dämpfung mit der Frequenz an, und die Steigung dieser Kurve ist am untere« Ende; in der Nähe der Grenzfrequenz des Hohlleiters 4 am größten. .

Um das Frequenzband mit der Mittenfrequenz f_A zu sperren, wird die Länge des Stabes 9 ungefähr gleich einer ganzzahligen Anzahl von Viertelwellenlänge, im freien Raum bei dieser Frequenz gewählt. Die Breite des gesperrten Frequenzbandes und die Form der Dämpfungskurve bei anderen Frequenzen werden ,durch den Durchmesser des Stabes 9 und durch den Punkt bestimmt, an dem dieser Stab am Schlitz 7 befestigt ist. Je näher dieser Anschlußpunkt an der Mitte des Schlitzes 7 liegt, um so breiter ist das gesperrte Frequenzband. Mit abnehmendem Durchmesser des Stabes 9 verringert sich die Breite dieses Frequenzbandes. Ist die Länge des ■ Stabes gleich einer ganzen Zahl von halben Wellenlängen, dann können beide Enden des Stabes am Schlitz 7 befestigt "werden.

Der Anschlußpunkt und der Durchmesser des Stabes 9 werden so gewählt, daß die Übertragungsdämpfung durch den Schlitz 7 kleiner gemacht und auch über das Band um die Mittenfrequenz f_B herum gleichmäßiger wird. Die Kurve 13 in Fig.2 zeigt eine typische, hier erzielbare Kennlinie. Dies ist eine für einen Richtungskoppler mit 16 Kopplungsschlitzen gemessene Kennlinie. Jeder Schlitz hat dabei eine Länge von 1,82 cm. Es sind 16 Resonanzstäbe vorgesehen, deren jeder 0,81 mm Durchmesser und eine Länge von 1,13 cm aufweist und von den Enden des Schhtzes um etwa 3,18 mm entfernt liegt. Ein Vergleich der Kurven 12 und 13 zeigt, daß für ein Band von 0,4 GHz mit einer Mittenfrequenz f_B von 4,2 GHz die Einfügung der Resonatoren die Dämpfung ungefähr um 3 Dezibel herabsetzt. Man sieht ebenso, daß sich dabei ein zweites ziemlich gleichmäßiges Übertragungsfrequenzband ergibt, das sich um _die Frequenz f_c gruppiert, wobei die Dämpfung hier sogar noch geringer ist als in der Nähe der Frequenz f_B.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Richtungskoppler mit zwei achsparallel nebeneinanderliegenden Hohlleitern, die eine gemeinsame Wand besitzen, in der zur Übertragung eines breiten Bandes elektromagnetischer Wellen von einem Hohlleiter in den anderen Kopplungsöffnungen in Form von Schlitzen vorgesehen sind, die in Richtung der Hohlleiterachsen nebeneinanderhegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausdehnung der Schütze parallel zur Richtung der Längsachsen der Hohlleiter verläuft und daß je ein abgebogener leitender Stab, dessen Länge angenähert einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge im freien Raum bei einer Frequenz außerhalb des zu übertragenden Bandes entspricht, mindestens mit einem Ende an einer Breitseite jedes Schhtzes an einem Punkt befestigt ist, der so ausgewählt ist, daß dadurch innerhalb eines Bandes die Übertragungsdämpfung verringert und der Verlauf der Kurve der Übertragungsdämpfung abgeflacht wird.

2. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stab nur mit einem Ende an der Breitseite seines Schhtzes befestigt ist und daß seine Länge einem ungerad-

zahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge im freien Raum bei einer Frequenz außerhalb des zu übertragenden Bandes entspricht.

3. Richtungskoppler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Hohlleiter einen quadratischen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe abwechselnd an der einen bzw. anderen Breitseite des Schlitzes befestigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2432093, 2626 990; »Proceedings of the IRE«, 1953, S. 922 bis 925.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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