DE1244886B - Wave type transformer for converting the H-wave type of the rectangular waveguide into the H-wave type of the round waveguide - Google Patents
Wave type transformer for converting the H-wave type of the rectangular waveguide into the H-wave type of the round waveguideInfo
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Description
Wellentyptransformator zur Umwandlung des Hl.- Wellentyps des Rechteckhohlleiters in den H@l-Wellentyp des Rundhohlleiters Die Erf-ndung betrifft einen Wellentyptransformator zur Umwandlung und Überkopplung des HA-Wellentyps des Rechteckhohlleiters in den HW-Wellentyp des Rundhohlleiters, bei dem am Umfang des Rundhohlleiters mehrere Koppelöffnungen symmetrisch verteilt sind und bei dem mehrere, durch wiederholte Bildung von Serienverzweigungen aus einem einzigen Rechteckhohlleiter entstandene Rechteckhohlleiter-Endabschnitte vorgesehen sind.Wave type transformer for converting the Hl.-wave type of the rectangular waveguide into the H @ l wave type of the circular waveguide The invention relates to a wave type transformer for converting and coupling the HA wave type of the rectangular waveguide into the HW wave type of the circular waveguide, with several on the circumference of the circular waveguide Coupling openings are symmetrically distributed and in which several, repeated through Formation of series branches from a single rectangular waveguide Rectangular waveguide end sections are provided.
Die leitungsgebundene Fernübertragung hochfrequenter Energie im Mikrowellenbereich über sogenannte Hohlkabel erfolgt bekanntlich in Form des H.,-Wellentyps des Rundhohlleiters. Dieser Wellentyp eignet sich hierzu besonders deshalb, weil seine Verlustdämpfung mit zunehmender Frequenz kleiner wird. Die Hochfrequenzenergie wird vom Sender vorzugsweise in Form des stabilen Hl,- Wellentyps des Rechteckhohlleiters angeliefert, so daß die Aufgabe besteht, die HI. -Welle des Rechteckhohlleiters in die H,1-Welle des Rundhohlleiters bzw. umgekehrt die 1-1.1-Welle des Rundhohlleiters in die H"- Welle des Rechteckhohlleiters möglichst dämpfungsarm umzuformen. Es kommt noch die weitere Aufgabe hinzu, aus dem breiten, vom Hohlkabel übertragenen Frequenzbereich verhältnismäßig schmale Teilbänder auszukoppeln, bzw. umgekehrt die von den Sendern oder Verstärkern angelieferten schmalen Teilbänder zu einem breiten Frequenzband zusammenzusetzen. Hierzu wurde in einem älteren Vorschlag bereits ein frequenzselektiver Wellentyptransformator angegeben, bei dem um den Rundhohlleiter eine oder mehrere über kurze Leitungsabschnitte miteinander gekoppelte Ringleitungen rechteckigen Querschnitts herumgeführt sind. Die äußere, den ersten Filterkreis darstellende Ringleitung wird durch eine Serienverzweigung aus dem rechteckigen Zuführungshohlleiter gebildet, während von der inneren, den letzten Filterkreis bildenden Ringleitung mehrere, symmetrisch verteilte Rechteckhohlleiter in radialer Richtung zum Rundhohlleiter verlaufen und im Rundhohlleiter die Hol-Welle anregen. Diese Anordnung läßt sich insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht noch vereinfachen und auch hinsichtlich der Bandbreite noch verbessern.The wired long-distance transmission of high-frequency energy in the microwave range As is well known, so-called hollow cables are used in the form of the H., - wave type of the circular waveguide. This wave type is particularly suitable for this because its loss attenuation becomes smaller with increasing frequency. The radio frequency energy is preferred by the transmitter delivered in the form of the stable Hl, - wave type of the rectangular waveguide, so that the task is to use the HI. -Wave of the rectangular waveguide into the H, 1-wave of the Round waveguide or, conversely, the 1-1.1 wave of the round waveguide into the H "wave of the rectangular waveguide with as little attenuation as possible. There is another one to come Added task, proportionally, from the broad frequency range transmitted by the hollow cable to decouple narrow sub-bands, or vice versa, those from the transmitters or amplifiers Assemble the supplied narrow sub-bands into a wide frequency band. For this purpose, a frequency-selective wave type transformer was already used in an older proposal specified, in which one or more short line sections around the circular waveguide interconnected ring lines of rectangular cross-section are led around. The outer ring line, which represents the first filter circuit, is branched in series formed from the rectangular feed waveguide, while from the inner, the The last ring line forming the filter circle has several symmetrically distributed rectangular waveguides run in the radial direction to the circular waveguide and the Hol wave in the circular waveguide stimulate. This arrangement can be used in particular in terms of manufacturing technology still simplify and improve in terms of bandwidth.
Es ist durch die USA.-Patentschrift 2 800 632 bereits ein Wellentyptransformator zur Umwandlung der des Rundhohlleiters in die Hl.- Welle des Rechteckhohlleiters bekanntgeworden, bei dem der Durchmesser des Rundhohlleiters so gewählt ist, daß die H.l-Welle noch ohne nennenswerte Dämpfung übertragen wird, d. h., die Betriebsfrequenz soll gerade über der Grenzfrequenz für die H"- Welle liegen. Diese Maßnahme dient bei der bekannten Anordnung lediglich der Unterdrückung störender Wellenmoden und hat keinen Einfluß auf den eigentlichen Kopplungsmechanismus.It is already a wave-type transformer through US Pat. No. 2,800,632 for converting the round waveguide into the hollow waveguide of the rectangular waveguide became known, in which the diameter of the circular waveguide is chosen so that the H.l wave is still transmitted without significant attenuation, d. i.e., the operating frequency should be just above the cut-off frequency for the H "wave. This measure serves in the known arrangement only the suppression of interfering wave modes and has no influence on the actual coupling mechanism.
Ferner ist durch die USA.-Patentschrift 2 963 663 ein frequenzselektiver Wellentyptransformator bekanntgeworden, mit dem die Umwandlung der Hoi-Welle des Rundhohlleiters in die Hl.- Welle des Rechteckhohlleiters in einem verhältnismäßig schmalen Frequenzband vorgenommen werden kann. Zur Festlegung der Ausbreitungsrichtung erfordert dieser Wellentyptransformator jedoch zwangläufig wenigstens einen weiteren Filterkreis, der im Abstand eines ungeradzahligen Vielfachen einer viertel Hohlleiterwellenlänge hinter dem eigentlichen Wellentyptransformator angeordnet sein muß.In addition, U.S. Patent 2,963,663 discloses a frequency selective one Wave type transformer has become known, with which the conversion of the Hoi wave of the Round waveguide in the holy wave of the rectangular waveguide in a relatively narrow frequency band can be made. To determine the direction of propagation However, this mode transformer inevitably requires at least one more Filter circuit that is spaced apart by an odd multiple of a quarter waveguide wavelength must be arranged behind the actual wave type transformer.
Weiterhin sind Wellentyptransformatoren bekannt, bei denen der Kopplungsmechanismus in der Art eines Richtungskopplers funktioniert, so daß sich diesen Anordnungen kein in Richtung des Erfindungsgegenstandes gehender Hinweis entnehmen läßt. Bei einer weiteren bekannten Anordnung werden sogar nach optischen Gesichtspunkten wirkende Verhältnisse angestrebt, was einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand bedeutet. Es müssen nämlich zur Erzielung der Umwandlung der einzelnen Wellentypen Reflexionswände und dielektrische Linsen vorgesehen werden, die verhältnismäßig genau bearbeitet und in ihrer relativen Lage zueinander verhältnismäßig genau aufeinander abgestimmt sein müssen, da sonst Reflexionsverluste auftreten.Furthermore, mode transformers are known in which the coupling mechanism works in the manner of a directional coupler, so that these arrangements no reference in the direction of the subject matter of the invention can be inferred. at Another known arrangement even works from an optical point of view Aspired ratios, which means a considerable manufacturing effort. In order to achieve the conversion of the individual wave types, reflection walls must be used and dielectric lenses are provided which are relatively accurately machined and in their relative position to one another relatively precisely matched to one another must be, otherwise reflection losses occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verhältnismäßig einfachen Weg zum Aufbau eines frequenzselektiven Wellentyptransformators zu weisen, dessen Selektionskurve der eines zweikreisigen Bandfilters entspricht.The invention is based on the object of a relatively simple To show the way to build a frequency-selective mode transformer, whose Selection curve that corresponds to a two-circle band filter.
Ausgehend von einem Wellentyptransformator zur Umwandlung und Überkopplung des Hiö Wellentyps des Rechteckhohlleiters in den Hoi-Wellentyp des Rundhohlleiters, bei dem am Umfang des Rundhohlleiters mehrere Koppelöffnungen symmetrisch verteilt sind und bei dem mehrere, durch wiederholte Bildung von Serienverzweigungen aus einem einzigen Rechteckhohlleiter entstandene Rechteckhohlleiter-Endabschnitte vorgesehen sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Hohlraumresonatoren mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt einerseits mit dem Rundhohlleiter über die an dessen Umfang vorgesehenen Koppelöffnungen und andererseits über weitere Koppelöffnungen mit den Rechteckhohlleiter-Endabschnitten verkoppelt sind und daß der Durchmesser des Rundhohlleiters in an sich bekannter Weise derart gewählt ist, daß seine Grenzfrequenz der unteren Frequenzgrenze des überzukoppelnden Frequenzbandes eng benachbart ist.Starting from a wave type transformer for conversion and cross-coupling from the Hiö wave type of the rectangular waveguide to the Hoi wave type of the round waveguide, in which several coupling openings are symmetrically distributed on the circumference of the circular waveguide are and in which several, through repeated formation of series branches a single rectangular waveguide resulting rectangular waveguide end portions are provided are, this object is achieved according to the invention in that cavity resonators with a preferably circular cross-section on the one hand with the circular waveguide the coupling openings provided on its circumference and, on the other hand, more Coupling openings are coupled to the rectangular waveguide end sections and that the diameter of the circular waveguide is selected in a manner known per se in such a way that that its cutoff frequency of the lower frequency limit of the frequency band to be coupled over is closely adjacent.
Es ist vorteilhaft, wenn der Rundhohlleiter auf einer Seite mit einer für das überzukoppelnde Frequenzband eine Kurzsehlußebene bildenden Anordnung abgeschlossen ist, deren Abstand von der Mittelebene der Koppelöffnungen, die die Hohlraumresonatoren und den Rundhohlleiter verbinden, bei einer Frequenz, die zwischen der unteren Frequenzgrenze und der Mittenfrequenz des überzukoppelnden Frequenzbandes liegt, eine viertel Hol-Wellenlänge beträgt.It is advantageous if the circular waveguide on one side with a for the frequency band to be coupled over, a short-circuit level-forming arrangement is completed is the distance from the center plane of the coupling openings that the cavity resonators and connect the circular waveguide at a frequency that is between the lower frequency limit and the center frequency of the frequency band to be coupled is a quarter of the Hol wavelength amounts to.
Zur Versteilerung der unteren Dämpfungsflanke ist es günstig, wenn die Länge des zwischen dem Rundhohlleiter-Eingang und den Koppelöffnungen liegenden Abschnittes derart gewählt ist, daß sich für das unterhalb des auszukoppelnden Frequenzbandes liegende Frequenzband eine aperiodische Dämpfung vorgegebener Größe ergibt.To steepen the lower damping flank, it is beneficial if the length of the one lying between the circular waveguide input and the coupling openings Section is chosen such that below the frequency band to be coupled out lying frequency band results in aperiodic attenuation of a given size.
Um die Anregung bzw. die Auskopplung höherer Wellentypen weitestgehend zu vermeiden, ist es günstig, wenn die von den Rechteckhohlleiter-Endabschnitten in die Hohlraumresonatoren führenden Koppelöffnungen unter einem Winkel von 45° zu den von den Hohlraumresonatoren in den Rundhohlleiter führenden Koppelöffnungen stehen und/ oder wenn die von den Rechteckhohlleiter-Endabschnitten zu den Hohlraumresonatoren führenden Koppelöffnungen in der Mitte der Längsseite der Hohlraumresonatoren angeordnet sind.To the greatest possible extent to the excitation or the decoupling of higher wave types To avoid it, it is advantageous if the end sections of the rectangular waveguide Coupling openings leading into the cavity resonators at an angle of 45 ° to the coupling openings leading from the cavity resonators into the circular waveguide stand and / or when the from the rectangular waveguide end sections to the cavity resonators leading coupling openings arranged in the middle of the longitudinal side of the cavity resonators are.
Eine Kanalweiche läßt sich vorteilhaft in der Weise aufbauen, daß einem ersten Wellentyptransformator wenigstens ein weiterer Wellentyptransformator nachgeschaltet ist, bei dem der Durchmesser des Rundhohlleiters kleiner gewählt ist als der des vorangehenden Rundhohlleiters.A channel switch can advantageously be constructed in such a way that a first mode transformer at least one further mode transformer is downstream, in which the diameter of the circular waveguide is selected to be smaller is than that of the previous circular waveguide.
Weiterhin läßt sich eine Kanalweiche auch dadurch realisieren, daß an einen durchgehenden Rundhohlleiter mehrere, auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmte Wellentyptransformatoren angekoppelt sind und daß im Rundhohlleiter ein aus einem dielektrischen Material bestehender Stab koaxial verläuft, bei dem Durchmessersprünge zwischen aufeinanderfolgenden Wellentyptransformatoren vorgesehen sind und dessen Durchmesser und dessen Dielektrizitätskonstante so gewählt sind, daß die Grenzfrequenz der zwischen den einzelnen Durchmessersprüngen entstehenden Rundhohlleiterabschnitte der unteren Frequenzgrenze des Frequenzbandes eng benachbart ist, das von dem dem jeweiligen Stabdurchmesser zugeordneten Wellentyptransformator auszukoppeln ist.Furthermore, a channel switch can also be implemented in that to a continuous round waveguide several tuned to different frequencies Wave type transformers are coupled and that in the circular waveguide one from one dielectric material existing rod runs coaxially, in the diameter jumps are provided between successive mode transformers and its Diameter and its dielectric constant are chosen so that the cutoff frequency the circular waveguide sections that arise between the individual jumps in diameter the lower frequency limit of the frequency band is closely adjacent to that of the wave type transformer assigned to the respective rod diameter is to be decoupled.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.
In den F i g. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Querschnitt längs der Schnittlinie F-G von F i g. 2 und F i g. 2 einen Schnitt längs der Schnittlinie D-E von F i g. 1.In the F i g. 1 and 2 is an embodiment according to the invention shown, namely shows F i g. 1 shows a cross section along the section line F-G from F i g. 2 and F i g. 2 shows a section along the section line D-E from FIG. 1.
Ein rechteckiger Zuführungshohlleiter 4, bei dem im Schnittbild der F i g. 2 die Schmalseite zu sehen ist, wird mit Hilfe des Flansches 17 am eigentlichen Wellentyptransformator befestigt. Durch eine Serienverzweigung 5 wird der Rechteckhohlleiter 4 in zwei Rechteckhohlleiter 6 und 7 aufgespalten, die in einem Winkel von etwa 90° umgebogen und so weiter geführt sind, daß sie in radialer Richtung zum Rundhohlleiter 2 verlaufen. Die Hohlleiter 6 und 7 werden durch weitere Serienverzweigungen 8 und 8' in die Rechteckhohlleiter - Endabschnitte 9 aufgespalten. Von den Endabschnitten 9 führen Koppelöffnungen 10 zu den Hohlraumresonatoren 11, die im Ausführungsbeispiel kreisförmigen Querschnitt haben. Von den Hohlraumresonatoren 11 führen weitere Koppelöffnungen 12 zum Rundhohlleiter 2. Die gesamte Anordnung ist so aufgebaut, daß weitestgehend geometrische Symmetrie gewährleistet ist, so daß vor allem auch die der Anregung der Hol-Welle im Rundhohlleiter dienenden Koppelöffnungen 12 symmetrisch am Umfang des Rundhohlleiters 2 verteilt sind. Wie der F i g. 1 zu entnehmen ist, setzt sich der Wellentyptransformator aus den drei Teilen A, B und C zusammen. Das Teil A besteht aus einem Rundhohlleiter 1 mit dem Durchmesser d1 und kann mit Hilfe des Flansches 16 am Teil B befestigt werden. Das mittlere Teil B ist entlang der Schnittlinie D-E in zwei Teile I und II mit der Länge 1i und der Länge 1,1 unterteilt. Diese Unterteilung ist vor allem auch in fertigungstechnischer Hinsicht vorteilhaft, da die Bearbeitung beispielsweise mittels Fräsen und Drehen der einzelnen Teilabschnitte I und II in verhältnismäßig einfacher Weise erfolgen kann. Die Aufgabe des dritten Teiles C wird später noch näher erläutert. Für die nun folgenden Betrachtungen denke man sich zunächst den Rundhohlleiter 2 mittels der gestrichelt angedeuteten Kurzschlußplatte K abgeschlossen.A rectangular feed waveguide 4, in which FIG. 2, the narrow side can be seen, is attached to the actual shaft type transformer with the help of the flange 17. A series branch 5 splits the rectangular waveguide 4 into two rectangular waveguides 6 and 7, which are bent at an angle of approximately 90 ° and are guided so that they run in the radial direction towards the circular waveguide 2. The waveguides 6 and 7 are split up into the rectangular waveguide end sections 9 by further series branches 8 and 8 '. Coupling openings 10 lead from the end sections 9 to the cavity resonators 11, which in the exemplary embodiment have a circular cross section. Further coupling openings 12 lead from the cavity resonators 11 to the circular waveguide 2. The entire arrangement is constructed in such a way that as far as possible geometric symmetry is ensured, so that the coupling openings 12 serving to excite the Hol wave in the circular waveguide are distributed symmetrically around the circumference of the circular waveguide 2 are. Like the fig. 1, the wave-type transformer is made up of three parts A, B and C. Part A consists of a circular waveguide 1 with a diameter d1 and can be attached to part B with the aid of flange 16. The middle part B is divided along the section line DE into two parts I and II with the length 1i and the length 1.1 . This subdivision is particularly advantageous from a manufacturing point of view, since the processing of the individual subsections I and II can be carried out in a relatively simple manner, for example by means of milling and turning. The task of the third part C will be explained in more detail later. For the considerations that now follow, imagine the circular waveguide 2 to be closed off by means of the short-circuit plate K indicated by dashed lines.
Die elektrische Wirkungsweise läßt sich folgendermaßen erklären: Eine im Reehteckhohlleiter 4 in Richtung des Pfeiles 13 einfallende Hiö Welle wird durch die Serienverzweigung 5 in zwei gleichphasige Teilwellen gleicher Amplitude aufgespalten. Die einzelnen Serienverzweigungen 5, 8 und 8' sind so aufgebaut, daß die Leitungswellenwiderstände der drei Rechteckhohlleiter angepaßt sind, was beispielsweise durch Halbierung der Hohlleiterschmalseite im Verzweigungsbereich zu erzielen ist. Damit die Teilhohlleiter nach zweimaliger Verzweigung nicht zu niedrig werden, erweitern sich die beiden Teilhohlleiter 6 und 7 nach der ersten Serienverzweigung 5 wieder stetig auf die normale Höhe des ankommenden Rechteckhohlleiters 4. Der 90°-Knick zwischen den Verzweigungen 5 und 8 bzw. 5 und 8' läßt sich durch die abgeflachten Ecken 14 und 14' breitbandig reflexionsarm gestalten. Da die Wellentypwandlung nur in einem bestimmten Frequenzbereich vor sich gehen soll, sind die zylindrischen Resonatoren 11 vorgesehen, die die von den Hohlleiter-Endabschnitten 9 kommende elektromagnetische Energie nur bei der Resonanzfrequenz und in ihrer unmittelbaren Umaebung in den Rundhohlleiter 2 weiterleiten. In einem größeren Abstand von der Resonanzfrequenz wirken die Resonatoren wie Blindwiderstände und reflektieren deshalb die ankommende Energie. Die Resonatoren 11 werden über die Koppelöffnungen 10 von den parallel zu den Breitseiten der Hohlleiter-Endabschnitte 9 verlaufenden magnetischen Feldkomponenten zu H"i- Resonanzen angeregt. Die sich entsprechend dem Feldbild dieses Resonanztyps ausbildenden magnetischen Feldlinien greifen über die Koppelöffnungen 12 in den Rundhohlleiter 2 über. Da die Resonatoren 11 auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sind, haben die in den Rundhohlleiter 2 übergreifenden Feldlinien die gleiche Phasenlage. Wegen der geometrischen Symmetrie der Anordnung entsprechen die übergreifenden magnetischen Feldlinien den im Feldbild der Hol-Welle im Rundhohlleiter auftretenden HZ-Komponenten. Unter den HL-Komponenten sind hierbei diejenigen magnetischen Feldlinien zu verstehen, die in Achsrichtung des Rundhohlleiters 2 verlaufen. Die sich auf diese Weise ausbildende Hoi-Welle pflanzt sich in Richtung des Pfeiles 15 im Rundhohlleiter 2 (bzw. im Rundhohlleiter 1) fort.The electrical operation can be explained as follows: One in the Reehteckhohlleiter 4 in the direction of arrow 13 incident Hiö wave is through the series branch 5 split into two in-phase partial waves of the same amplitude. The individual series branches 5, 8 and 8 'are constructed in such a way that the line wave resistances the three rectangular waveguides are adapted, for example by halving the Waveguide narrow side is to be achieved in the branching area. So that the partial waveguide after two branches do not become too low, the two expand Partial waveguide 6 and 7 after the first series branching 5 again steadily on the normal height of the incoming rectangular waveguide 4. The 90 ° bend between the branches 5 and 8 or 5 and 8 'can be broadband through the flattened corners 14 and 14' design with low reflection. Because the wave type conversion only occurs in a certain frequency range going on should, the cylindrical resonators 11 are provided, the electromagnetic energy coming from the waveguide end sections 9 only at the resonance frequency and in its immediate area in the circular waveguide 2 forward. The resonators act at a greater distance from the resonance frequency like reactances and therefore reflect the incoming energy. The resonators 11 are via the coupling openings 10 from the parallel to the broad sides of the waveguide end sections 9 running magnetic field components excited to H "i resonances. The according to the field pattern of this type of resonance forming magnetic field lines reach into the circular waveguide 2 via the coupling openings 12. As the resonators 11 are tuned to the same resonance frequency, have those in the circular waveguide 2 overlapping field lines have the same phase position. Because of the geometric symmetry the arrangement of the overlapping magnetic field lines correspond to those in the field image HZ components occurring in the hollow wave in the circular waveguide. Among the HL components those magnetic field lines are to be understood here, which are in the axial direction of the circular waveguide 2 run. The Hoi wave formed in this way is planted in the direction of arrow 15 in the circular waveguide 2 (or in the circular waveguide 1) continued.
Umgekehrt werden die Resonatoren 11 von den Hz-Komponenten der Ho,-Welle einer im Rundhohlleiter 2 entgegen der Richtung des Pfeiles 15 einfallenden Welle über die Koppelöffnungen 12 nur dann zu Hlli Resonanzen angeregt, wenn in der Hol-Welle eine Frequenz enthalten ist, die zumindest näherungsweise mit der Resonanzfrequenz der Resonatoren 11 übereinstimmt. Da alle vier Resonatoren auf die gleiche Resonanzfrequenz abgestimmt sind, werden über die vier Koppelöffnungen 10 in den Endabschnitten 9 vier gleichphasige Teilwellen angeregt, die sich über die Serienverzweigungen 8 und 8' bzw. 5 zu einer Hl.- Welle im Rechteckhohlleiter ergänzen. Die vom Rundhohlleiter 2 über die Resonatoren 11 ausgekoppelte Energie verläuft im Rechteckhohlleiter 4 somit entgegen der Richtung des Pfeiles 13.Conversely, the resonators 11 of the Hz components of the Ho, wave one in the circular waveguide 2 against the direction of the arrow 15 incident wave Only excited to Hlli resonances via the coupling openings 12 when in the Hol wave a frequency is included that is at least approximately equal to the resonance frequency of the resonators 11 matches. Because all four resonators have the same resonance frequency are matched, are via the four coupling openings 10 in the end sections 9 four in-phase partial waves are excited, which spread over the series branches 8 and 8 'or 5 to form a hollow wave in the rectangular waveguide. The one from the circular waveguide 2 energy coupled out via the resonators 11 runs in the rectangular waveguide 4 thus against the direction of arrow 13.
Die Koppelöffnungen 10 und 12 sind vorteilhafterweise um 45° gegeneinander versetzt. Dadurch läßt sich erreichen, daß die bei höheren Frequenzen in den Resonatoren angeregten H.,11-Resonanzen - oder allgemein gesagt H'-","l,-Resonanzen -nicht in die Rechteckhohlleiter übergekoppelt werden. Legt man weiterhin die Koppelöffnungen 12 in die Mitte der Resonatoren 11, dann werden auch die Hl lResonanz - oder allgemein Hllz lt Resonanzen - weder angeregt noch ausgekoppelt, weil diese Wellentypen entsprechend ihren Feldbildern am Ort der Koppelöffnungen 12 keine magnetische Feldstärke haben. In den allgemeinen Bezeichnungen für die Resonanztypen hat man sich den Buchstaben »sa« durch die fortlaufenden Zahlen 1, 2, 3 ... ersetzt zu denken, so daß der Ausdruck (2n-1) alle ungeradzahligen und der Ausdruck 211 alle geradzahligen Zahlen umfaßt. Es ist vorteilhaft, die Resonatoren in an sich bekannter Weise so zu bemessen, daß sie in einem möglichst großen Frequenzbereich eindeutig bleiben.The coupling openings 10 and 12 are advantageously offset from one another by 45 °. In this way it can be achieved that the H, 11 resonances - or, generally speaking, H '- ",""1, resonances - which are excited in the resonators at higher frequencies, are not coupled over into the rectangular waveguide. If you continue to place the coupling openings 12 in the middle of the resonators 11, then the Hl resonance - or generally Hllz lt resonances - are neither excited nor decoupled, because these wave types have no magnetic field strength according to their field patterns at the location of the coupling openings 12. In the general terms for the resonance types, the letter "sa" has to be replaced by the consecutive numbers 1, 2, 3 ... so that the expression (2n-1) includes all odd numbers and the expression 211 all even numbers . It is advantageous to dimension the resonators in a manner known per se in such a way that they remain unambiguous in the largest possible frequency range.
Zur Abstimmung der einzelnen Resonatoren sind beispielsweise Stifte aus einem dielektrischen Material vorgesehen, die in die Resonatoren 11 eintauchen und deren Eintauchtiefe veränderbar ist. Zur besseren Übersicht sind diese Stifte sowie die Antriebsvorrichtungen, über die sie betätigt werden, in den F i g. 1 und 2 nicht näher dargestellt.To tune the individual resonators, pins made of a dielectric material are provided, for example, which dip into the resonators 11 and the depth of which can be changed. For a better overview, these pins and the drive devices via which they are actuated are shown in FIGS. 1 and 2 not shown in detail.
Die gewünschte Bandbreite läßt sich durch Ändern der Größe der Koppelöffnungen 10 und 12 einstellen, wobei darauf zu achten ist, daß zum Zweck der vollständigen Energieübertragung bei der Resonanzfrequenz Ein- und Auskopplung gleich stark sein müssen. Um einen starken Frequenzgang der für die Kopplung vom Rundhohlleiter 2 in die Resonatoren 11 in Betracht kommenden HZ-Komponente im Rundhohlleiter zu erzielen, wird der Durchmesser d2 so gewählt, daß die Grenzfrequenz f C2 des Rundhohlleiters 2 unmittelbar an der unteren Grenze des auszufilternden Teilbereiches liegt. Dadurch kommt außerdem die aperiodische Dämpfung des Hohlleiterabschnittes mit der Länge h, der vor den Koppelöffnungen 12 liegt, der unteren Dämpfungsflänke der Dämpfungscharakteristik zugute. Durch eine entsprechende Wahl der Länge h läßt sich somit praktisch jede gewünschte Sperrdämpfung für Frequenzen, die unterhalb der Grenzfrequenz f c., des Rundhohlleiters 2 liegen, einstellen. Diese Dämpfung addiert sich dann zusätzlich zur Selektivität der Resonatoren 11.The desired bandwidth can be set by changing the size of the coupling openings 10 and 12, whereby care must be taken that for the purpose of complete energy transfer at the resonance frequency the coupling and decoupling must be equally strong. In order to achieve a strong frequency response of the HZ component in the circular waveguide which is considered for the coupling from the circular waveguide 2 into the resonators 11, the diameter d2 is chosen so that the cutoff frequency f C2 of the circular waveguide 2 is directly at the lower limit of the sub-area to be filtered out . As a result, the aperiodic attenuation of the waveguide section with the length h, which lies in front of the coupling openings 12 , also benefits the lower attenuation edge of the attenuation characteristic. By selecting the length h accordingly, practically any desired blocking attenuation for frequencies which are below the cutoff frequency f c. Of the circular waveguide 2 can be set. This damping is then added to the selectivity of the resonators 11.
Im Durchlaßbereich des Wellentyptransformators wird der Rundhohlleiter 2 knapp über seiner Grenzfrequenz fc, betrieben. Im Abschnitt 1I dieses Rundhohlleiters, zwischen den Koppelöffnungen 12 und der um die Länge lji dahinterliegenden Kurzschlußplatte K, bilden sich stehende Wellen aus, deren Hohlleiterwellenlängen AH, wegen der nahen Grenzfrequenz f c, bei steigender Betriebsfrequenz rasch abnehmen. Dabei gleitet das Maximum der Hz-Komponenten, das jeweils vor der Kurzschlußplatte liegt, an den Koppelöffnungen 12 vorbei. Der Verlauf der Feldstärke Hzs am Ort der Koppelöffnungen 12 ergibt sich bei konstanter eingespeister Leistung für die stehende Welle aus Gleichung (1). Ersetzt man die Kurzschlußplatte K durch einen wellenwiderstandsrichtigen Abschlußwiderstand, dann ergibt sich der Verlauf der Feldstärke HLL für die laufende Welle gemäß Gleichung (2). In den Gleichungen (1) und (2) bedeutet C diejenige Konstante, die den Zusammenhang mit der eingespeisten Leistung herstellt, A. ist die der jeweiligen Frequenz entsprechende Freiraumwellenlänge und Ac, die der Grenzfrequenz f c., entsprechende Wellenlänge. Weiterhin ist lK die Länge des zwischen den Koppelöffnungen 12 und dem Kurzschluß liegenden Abschnittes, d. h., im Fall der auf das Mittelteil B aufgesetzten Kurzschlußplatte K entspricht die Länge ZK der Länge lli (ZK = 1ü).In the transmission range of the wave-type transformer, the circular waveguide 2 is operated just above its cut-off frequency fc. In section 1I of this circular waveguide, between the coupling openings 12 and the short-circuit plate K lying behind it by the length lji, standing waves form, the waveguide wavelengths AH of which, because of the near cut-off frequency fc, decrease rapidly with increasing operating frequency. The maximum of the Hz components slides, that in each case is in front of the short-circuit plate, past the coupling openings 12. The course of the field strength Hzs at the location of the coupling openings 12 results from equation (1) with constant power fed in for the standing wave. If the short-circuit plate K is replaced by a terminating resistor with the correct characteristic impedance, then the course of the field strength HLL for the current wave results according to equation (2). In equations (1) and (2), C denotes the constant that establishes the connection with the power fed in, A. is the free space wavelength corresponding to the respective frequency and Ac, the wavelength corresponding to the cutoff frequency f c. Furthermore, lK is the length of the section lying between the coupling openings 12 and the short circuit, ie in the case of the short circuit plate K placed on the middle part B, the length ZK corresponds to the length lli (ZK = 1ü).
In der F i g. 3 ist der Verlauf der beiden Feldstärken HLs und HLL am Ort der Koppelöffnungen 12 gemäß den Gleichungen (1) und (2) in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Der Frequenzmaßstab ist normiert, wobei die Grenzfrequenz fcz des Rundhohlleiters 2 als Normierungsfrequenz verwendet ist. Die Feldstärken sind auf die größte Feldstärke HZ," im ersten Feldstärkemaximum bezogen, das knapp über der Grenzfrequenz auftritt. Der skizzierte Kurvenverlauf gilt theoretisch exakt nur dann, wenn die Rückwirkung der Koppelöffnungen 12 auf den Rundhohlleiter so klein bleibt, daß der Feldverlauf im Rundhohlleiter nicht merklich gestört wird. Wie die an einem Versuchsmodell ausgeführten Messungen jedoch gezeigt haben, bleibt der skizzierte Feldverlauf grundsätzlich auch bei stärkeren Kopplungen durch die Koppelöffnungen 12 erhalten. Wie der F i g. 3 zu entnehmen ist, tritt das kräftigste Hz-Maximum am Koppelort für die stehende Welle (Hzs) knapp oberhalb der Grenzfrequenz f(., auf, also im unteren Teil des auszufilternden Teilbereiches. Für Frequenzen, die unterhalb der Grenzfrequenz liegen wird die Steilheit der abfallenden Flanke durch die Länge des aperiodisch dämpfenden Rundhohlleiterabschnitts I der Länge 11 bestimmt. Durch die gestrichelten Kurven ist angedeutet, daß die Steilheit um so größer wird, je größer die Länge 1i gewählt wird, wodurch in der Übertragungscharakteristik praktisch jede beliebige Versteilerung der unterhalb des Durchlaßbereiches liegenden Dämpfungsflanke einstellbar ist. Für Frequenzen über dem ersten Hz-Maximum, das bei auftritt, verkürzt sich die Hohlleiterwellenlänge rasch, und es wird eine Frequenz erreicht, bei der ist. Dies tritt um Ausführungsbeispiel etwa bei der Frequenz auf. An dieser Stelle wird die HZ-Komponente am Ort der Koppelöffnung zu Null, was in der übertragungscharakteristik einen Dämpfungspol bedeutet. Durch die strichpunktierte Linie ist angedeutet, daß bei weiter ansteigender Frequenz die Hz-Komponenten ein weiteres Maximum annehmen würden, wenn durch eine noch zu erläuternde Maßnahme nicht dafür gesorgt wäre, daß der durch die Kurzschlußplatte K bewirkte Kurzschluß hinter den Koppelöffnungen verschwindet, und somit die stehende Welle in eine laufende Welle (HZL) übergeht. Zur Kopplung vom Rundhohlleiter 2 in die Resonatoren 11 wird das erste Maximum der Hz-Feldstärke ausgenutzt. Um eine annähernd symmetrische Durchlaßkurve zu erreichen, ist die Bandbreite des Anregungsmaximums der Bandbreite der Resonatoren anzugleichen. Dies läßt sich, wie auch aus der F i g. 3 hervorgeht, dadurch erreichen, daß der Dämpfungspol in einem geeigneten Abstand vom Feldstärkemaximum angeordnet wird, was durch Änderung der Länge 1K erfolgen kann. Auf diese Weise ergibt sich ein frequenzselektiver Wellentypwandler, dessen Selektionskurve mit der eines zweikreisigen Bandfilters übereinstimmt, das oberhalb des Durchlaßbereiches durch Einfügen einer Polstelle versteilert ist. Die beiden Filterkreise werden hierbei von den Resonatoren 11 und der sich zwischen den Koppelöffnungen 12 und der Kurzschlußplatte K ausbildenden stehenden Welle gebildet. Je nach der Stärke der Kopplung erhält man im Durchlaßbereich einen maximal flachen oder einen Tschebyscheffschen Verlauf der Dämpfungskurve. Wie bereits erwähnt, ist der durch die Kurzschlußplatte K dargestellte Kurzschluß nur im Durchlaßbereich des Wellentypwandlers erforderlich. Wird dieser Kurzschluß durch einen Hochpaß von der einfachen Form einer sprunghaften Verengung des Rundhohlleiterquerschnittes ersetzt, so arbeitet einerseits der Wellentypwandler weiterhin frequenzselektiv in der bereits beschriebenen Weise, nur mit dem Unterschied, daß die Länge lK in Gleichung (1) nicht mehr identisch ist mit der geometrischen Länge 111. Andererseits läßt jetzt der anschließende engere Rundhohlleiter die vorher reflektierte Hol-Welle durch, sobald ihre Frequenzen über die Grenzfrequenz des sich anschließenden Hohlleiters liegen. Dies ist in der F i g. 1 durch den dritten Abschnitt C angedeutet, der über den Flansch 16 am Abschnitt B des Wellentyptransformators befestigt ist. Der Abschnitt C besteht aus einem Rundhohlleiter 3, dessen Durchmesser d3 kleiner gewählt ist als der Durchmesser d, und dessen Grenzfrequenz fcs somit höher als die Grenzfrequenz fC, des Rundhohlleiters 2 ist. Zur Umwandlung der stehenden Welle in eine im Rundhohlleiter 3 fortpflanzungsfähige laufende Hol-Welle kann der Rundhohlleiter 3 durch einen Absorberwiderstand wellenwiderstandsrichtig abgeschlossen sein, Durch die Umwandlung der stehenden Welle in eine laufende Welle ergibt sich außerdem der Vorteil, daß sich die Selektivität um etwa 6 db erhöht. Dies geht auch aus einem Vergleich der strichpunktierten Kurve für HZS und der Kurve für HZL (in F i g. 3) hervor, da nämlich am Ort der Koppelöffnungen die Feldstärke für die laufende Welle nur halb so groß ist als die Feldstärke im zweiten Maximum der stehenden Welle.In FIG. 3 shows the course of the two field strengths HLs and HLL at the location of the coupling openings 12 according to equations (1) and (2) as a function of the frequency. The frequency scale is normalized, the cutoff frequency fcz of the circular waveguide 2 being used as the normalization frequency. The field strengths are related to the greatest field strength HZ, "in the first field strength maximum, which occurs just above the cut-off frequency. The sketched curve course is theoretically only valid if the reaction of the coupling openings 12 on the circular waveguide remains so small that the field course in the circular waveguide does not As the measurements carried out on a test model have shown, however, the sketched field profile is basically retained even with stronger couplings through the coupling openings 12. As can be seen from FIG the standing wave (Hzs) just above the cutoff frequency f (., auf, ie in the lower part of the subrange to be filtered out. For frequencies that are below the cutoff frequency the steepness of the falling edge is determined by the length of the aperiodically damping circular waveguide section I of length 11. The dashed curves indicate that the steepness becomes greater, the greater the length 1i is selected, so that practically any desired steepening of the attenuation edge lying below the pass band can be set in the transmission characteristic. For frequencies above the first Hz maximum, which is at occurs, the waveguide wavelength shortens rapidly and a frequency is reached at which is. This occurs around the embodiment example at the frequency on. At this point, the HZ component at the location of the coupling opening becomes zero, which means a pole of attenuation in the transmission characteristic. The dash-dotted line indicates that if the frequency continues to rise, the Hz components would assume a further maximum if a measure to be explained did not ensure that the short circuit caused by the short circuit plate K disappears behind the coupling openings, and thus the standing wave changes into a running wave (HZL). The first maximum of the Hz field strength is used to couple the circular waveguide 2 into the resonators 11. In order to achieve an approximately symmetrical transmission curve, the bandwidth of the excitation maximum must be matched to the bandwidth of the resonators. As can also be seen from FIG. 3 can be achieved in that the damping pole is arranged at a suitable distance from the field strength maximum, which can be done by changing the length 1K. In this way, a frequency-selective mode converter results, the selection curve of which corresponds to that of a two-circle band filter, which is steepened above the pass band by inserting a pole. The two filter circuits are formed by the resonators 11 and the standing wave that forms between the coupling openings 12 and the short-circuit plate K. Depending on the strength of the coupling, a maximally flat or a Chebyshev course of the attenuation curve is obtained in the pass band. As already mentioned, the short-circuit represented by the short-circuit plate K is only required in the transmission range of the wave-type converter. If this short-circuit is replaced by a high-pass filter with the simple shape of a sudden narrowing of the circular waveguide cross-section, on the one hand the mode converter continues to operate frequency-selectively in the manner already described, with the only difference that the length lK in equation (1) is no longer identical to the geometric length 111. On the other hand, the adjoining, narrower circular waveguide now lets the previously reflected Hol wave through as soon as its frequencies are above the cutoff frequency of the adjoining waveguide. This is shown in FIG. 1 indicated by the third section C, which is fastened via the flange 16 to the section B of the wave-type transformer. The section C consists of a circular waveguide 3, the diameter d3 of which is selected to be smaller than the diameter d, and whose cutoff frequency fcs is thus higher than the cutoff frequency fC of the round waveguide 2. To convert the standing wave into a running Hol-wave capable of propagation in the circular waveguide 3, the circular waveguide 3 can be closed with the correct wave resistance by an absorber resistor elevated. This can also be seen from a comparison of the dash-dotted curve for HZS and the curve for HZL (in FIG. 3), since the field strength for the current wave at the location of the coupling openings is only half as great as the field strength in the second maximum of the standing wave.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, an den Rundhohlleiter 3 einen weiteren frequenzselektiven Wellentypwandler anzukoppeln, bei dem die Resonatoren 11 sowie die Länge lK so bemessen sind, daß das nächsthöhere Frequenzband ausgekoppelt wird. Diese Reihe läßt sich fortsetzen und somit eine Kanalweiche zur Aus- bzw. Einkopplung mehrerer Frequenzbänder aufbauen.But there is also the possibility of a to couple another frequency-selective mode converter, in which the resonators 11 and the length lK are dimensioned so that the next higher frequency band is decoupled will. This series can be continued and thus a canal switch for training or Establish coupling of several frequency bands.
Statt der Durchmessersprünge in den Rundhohlleitern läßt sich auch ein im Durchmesser gestufter Stab aus einem dielektrischen Material verwenden, wobei der Rundhohlleiter glatt durchgeführt ist. Eine dementsprechende Anordnung ist in der F i g. 4 dargestellt, die einen Ausschnitt aus einer mehrstufigen Kanalweiche zeigt. An den glatt durchgeführten Rundhohlleiter 20 sind über entsprechende Koppelöffnungen, die lediglich schematisch angedeuteten Wellentyptransformatoren 21 und 22 angekoppelt, deren Resonatoren so abgestimmt sind, daß beispielsweise am Wellentyptransformator 21 das n-te Frequenzband und am Wellentyptransformator 22 das (n+1)-te Frequenzband ausgekoppelt wird. Die Hol-Welle pflanzt sich hierbei in Richtung des Pfeiles 23 fort. Im Rundhohlleiter 20 ist ein aus dielektrischem Material bestehender Stab 24 angeordnet, der durch die Stützscheiben 25 zentrisch gehaltert wird. Die Stützscheiben 25 bestehen zweckmäßig aus einem dielektrischen Material, dessen Dielektrizitätskonstante nur wenig von der der Luft abweicht.Instead of the jumps in diameter in the circular waveguides, a rod made of a dielectric material with a stepped diameter can also be used, the circular waveguide being smooth. A corresponding arrangement is shown in FIG. 4, which shows a section of a multi-stage channel switch. The wave-type transformers 21 and 22 , which are only indicated schematically, are coupled to the smoothly implemented circular waveguide 20 via corresponding coupling openings, the resonators of which are tuned so that, for example, the n-th frequency band on the wave-type transformer 21 and the (n + 1) -th frequency band on the wave-type transformer 22 is decoupled. The Hol wave propagates in the direction of arrow 23. A rod 24 made of dielectric material is arranged in the circular waveguide 20 and is held centrally by the support disks 25. The support disks 25 are expediently made of a dielectric material, the dielectric constant of which deviates only slightly from that of the air.
Der aus dielektrischem Material bestehende Stab 24 ist mit Durchmessersprüngen versehen, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellentyptransformatoren liegen. Durch das Dielektrikum wird der Rundhohlleiter gewissermaßen belastet, wodurch sich die Grenzfrequenz gegenüber dem unbelasteten um so stärker erniedrigt, je größer der Durchmesser des dielektrischen Stabes ist. 7e nach der Größe der Dielektrizitätskonstanten des für den Stab 24 verwendeten Materials sind die Durchmessersprünge so zu legen, daß die ihnen entsprechenden Kurzschlußebenen für die jeweils auszufilternden Frequenzbereiche die gleiche Lage haben, wie bei dem durchmessergestuften Rundhohlleiter. Dabei muß sich der in der F i g. 3 gezeigte Frequenzgang der Resonatoranregung (Maximum und Nullstelle) ergeben, so daß die sprunghafte Verjüngung des dielektrischen Stabes analog zur sprunghaften Verengung des Rundhohlleiters wirkt.The rod 24 made of dielectric material is jumps in diameter provided, each between two consecutive mode transformers lie. Due to the dielectric, the circular waveguide is loaded to a certain extent, as a result of which themselves the higher the cutoff frequency, the more it is lowered compared to the unloaded one is the diameter of the dielectric rod. 7e according to the size of the dielectric constant of the material used for the rod 24, the diameter jumps are to be placed in such a way that that the corresponding short-circuit levels for the respective frequency ranges to be filtered out have the same position as with the round waveguide with stepped diameters. It must the in the F i g. 3 frequency response of the resonator excitation (maximum and Zero), so that the abrupt tapering of the dielectric rod acts analogously to the sudden narrowing of the circular waveguide.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1963S0087016 DE1244886B (en) | 1963-08-30 | 1963-08-30 | Wave type transformer for converting the H-wave type of the rectangular waveguide into the H-wave type of the round waveguide |
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| DE1244886B true DE1244886B (en) | 1967-07-20 |
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| DE1963S0087016 Pending DE1244886B (en) | 1963-08-30 | 1963-08-30 | Wave type transformer for converting the H-wave type of the rectangular waveguide into the H-wave type of the round waveguide |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1244886B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3988702A (en) * | 1974-06-01 | 1976-10-26 | Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. | Waveguide section for connecting rectangular waveguide with elliptical waveguide |
| FR2565736A1 (en) * | 1984-06-08 | 1985-12-13 | Messerschmitt Boelkow Blohm | CORNET A SILLONS, COUPLEUR MODES, FOR ANTENNAS |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US2800632A (en) * | 1950-09-06 | 1957-07-23 | Sylvania Electric Prod | Wave guide mode transformer |
| US2963663A (en) * | 1957-12-31 | 1960-12-06 | Bell Telephone Labor Inc | Waveguide transducer |
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-
1963
- 1963-08-30 DE DE1963S0087016 patent/DE1244886B/en active Pending
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