DE1268699B - Hohlleiterschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche Kl.: 21 a4- 72/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 68 699.6-35
24. Juni 1961
22. Mai 1968

Die Erfindung befaßt sich mit einem Hohlleiterschalter, der aus einem Hohlleiterabschnitt mit einer darin befindlichen Resonanzanordnung, die teilweise durch eine Diode gebildet wird, besteht und Mittel aufweist, um dieser Diode eine von der Amplitude des elektrischen Vektors der in Frage kommenden Welle abhängige Spannung zuzuführen.

Bei Radaranlagen sind seit langem sogenannte Schutzschaltungen bekannt, welche vor dem Radarempfänger angeordnet sind und dazu dienen, die große Leistung des Radarsenders vom Empfängereingang fernzuhalten. Diese Anordnungen bestehen im allgemeinen aus einem Hohlleiterabschnitt mit einem oder mehreren Resonanzfenstern, in denen ■ eine mit Gas gefüllte Röhre angeordnet ist. Wenn die Feldstärke in dem Hohlleiter eine bestimmte Größe überschreitet, wird das Gas in dieser Röhre ionisiert, so daß sich ein effektiver Kurzschluß bildet, welcher das Eindringen der Sendeenergie in den hinter der Schutzschaltung angeordneten Empfänger verhindert. Nachteilig bei diesen in der angelsächsischen Fachliteratur mit »transmit-recive cells« bezeichneten Anordnungen ist, daß die mit Gas gefüllten Röhren eine äußerst exakte Herstellung erfordern, damit ein einwandfreies Kurzschließen des Hohlleiters bewirkt wird.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe bei Radaranlagen hat man auch bereits die an die Sende- und Empfangsweiche angeschlossenen Filter so verstimmt, daß kein unerwünschter Energiefluß möglich war. Dies wurde beispielsweise durch ein Magnetron mit augenblicklich veränderlicher Kapazität bewirkt, wobei für die Verstimmung des Magnetrons zusätzliche Schaltmittel dienten, die in Abhängigkeit von der gewünschten zeitlichen Folge Regelsignale erzeugten zur richtigen Beeinflussung der Wellenübertragung. Der Aufwand für eine derartige Anordnung war somit außerordentlich groß.

Ferner ist es bekannt, im Mikrowellengebiet Halbleiterdioden als Schaltelemente zu benutzen, wobei diese Dioden je nach angelegter Spannung einen sehr kleinen oder sehr großen ohmschen Widerstand bilden.

In letzter Zeit sind Dioden entwickelt worden, die eine sehr große von der angelegten Gleichspannung abhängige Kapazität aufweisen. Diese sogenannten Kapazitätsdioden finden hauptsächlich Verwendung in parametrischen Verstärkern als steuerbare nichtlineare Reaktanzen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Nachteil dieser bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine einfache neue Anordnung aufzuzeigen.

Hohlleiterschalter

Anmelder:

The Marconi Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,

3000 Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:

Michael James Bartholomew Scanlan,

Galleywood, Essex;

Ann Patricia Darwent,

Great Baddow, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 6. Juli 1960,

vom 25. April 1961 (23 620)

Bei einem Hohlleiterschalter, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit einer darin befindlichen Resonanzanordnung, die teilweise durch eine Diode gebildet wird und Mittel aufweist, um dieser Diode eine von der Amplitude des elektrischen Vektors der in Frage kommenden Welle abhängige Spannung zuzuführen, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Diode eine an sich bekannte Halbleiterdiode Verwendung findet, deren Durchlaßwiderstand einen sehr kleinen Wert annimmt, wenn die Vorspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

Die Erfindung macht Gebrauch von Halbleiterdioden. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind in einem Hohlleiterabschnitt Resonanzelemente eingefügt, die einen Schlitz besitzen, in den die Halbleiterdiode eingesetzt ist. Ein solcher Schlitz bildet zusammen mit der Diode ein Resonanzelement, wobei die Diode beispielsweise durch direkte Verbindung mit zwei gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschnittes so verbunden ist, daß die an der Diode wirksame Spannung von der Amplitude des elektrischen Vektors der durch den Hohlleiter übertragenen Welle abhängig ist. Oberhalb des bestimmten Wertes dieser Spannung stellt

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die Diode einen sehr kleinen Durchlaßwiderstand dar.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden zur einwandfreien Begrenzung der beiden Halbwellen der über den Hohlleiter übertragenen Energie zwei gleich aufgebaute Resonanzelemente angeordnet, welche mit einem vorbestimmten Abstand innerhalb des Hohlleiterabschnittes liegen. Die Dioden sind hierbei verschieden gepolt. Es wurde jedoch durch umfangreiche Messungen festgestellt, daß man schon mit einer Diode eine sehr gute Unterdrückung des unerwünschten Energieflusses erreichen kann, obwohl diese einzige Diode auf Grund ihrer Polung eigentlich nur eine Halbwelle unterdrücken sollte. Der Grund für diese Erscheinung ist zur Zeit noch nicht völlig geklärt. Werden zwei oder mehrere solcher Resonanzelemente, bestehend aus einem Resonanzschlitz mit eingesetzter Diode, verwendet, so beträgt der Abstand zwischen diesen Resonanzelementen vorzugsweise ungefähr ein Viertel der über den Hohlleiter übertragenen Wellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung besitzt der Hohlleiterabschnitt vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt, und die übertragene Welle ist vom H₀₁-Typ bzw. der entsprechenden Schwingungsform in einem Resonator. Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Figuren noch näher erläutert werden.

In der Fig, 1 ist schematisch der charakteristische Strom-Spannungs-Verlauf einer Halbleiterdiode dargestellt, welche für die Erfindung benutzt wird. Der Strom I ist auf der Ordinate und die Spannung V auf der Abszisse aufgetragen. Wie man aus der Kurve erkennt, bleibt der Strom über einen bestimmten Bereich konstant bei gleichzeitiger Zunahme der angelegten Spannung. Wenn die Spannung V einen bestimmten Wert erreicht, steigt der Strom plötzlich sehr stark an, und die Diode wirkt oberhalb dieses Schwellwertes als Kurzschluß.

In der Fig. 2 ist ein gemäß der Erfindung aufgebautes Resonanzelement dargestellt, das sich innerhalb eines Rechteckhohlleiters 1 befindet. Dieses Resonanzelement ist als Fenster 2 ausgebildet und enthält die Halbleiterdiode 3. Die Elektroden dieser Dioden sind durch Teile 4 und 5 mit den beiden gegenüberliegenden Breitseiten des Hohlleiters verbunden. Die Diode wird vorzugsweise als Einschraubelement aufgebaut, welches aus einer Röhre mit zwei metallischen Endteilen 6 und 7 zum Einschrauben in die Hohlleiterwand und einem isolierenden Mittelstück 8 besteht. Das schraubbare Teil 7 ist jn der Figur mit einem größeren Durchmesser dargestellt als das gegenüberliegende Teil 6, so daß die Diode in einfacher Weise in das Resonanzfenster eingefügt werden kann. Sofern es erforderlich ist, kann ein Ende des Einschraubelementes isoliert ausgeführt werden, um eine kapazitive Ankopplung an die Hohlleiterwand zu ermöglichen bzw. die für die Diode erforderliche Gleichspannung zuzuführen.

Zum Herausstimmen der Induktivität der Diode sind die in der Fig. 2 mit 9 bezeichneten vier plattenförmigen Teile entsprechend dimensioniert. Durch die Kompensation der Diodeninduktivität durch die entsprechend geformten Teile 9 des Fensters wirkt die ganze Anordnung als Resonanzfenster.

Überträgt man über den Hohlleiterabschnitt beispielsweise eine H₀₁-WeIIe, bei welcher der elektrische Vektor parallel zur Diodeneinheit verläuft, so wird die Energie durch das Resonanzfenster 2 so lange ungehindert hindurchgehen, bis die Spannung V den in der Fig. 1 mit A bezeichneten Wert erreicht. Oberhalb dieses Schwellwertes wirkt die Diode — wie bereits dargelegt — als Kurzschluß, und die elektromagnetische Welle wird reflektiert. Durch entsprechende Vorspannung kann dieser Schwellwert den jeweiligen Anforderungen entsprechend eingestellt weden.

In der Fig. 3 ist eine gemäß der Erfindung ausgeführte Schutzschaltung dargestellt, welche beispielsweise Verwendung finden kann in Radarsystemen. Ein Hohlleiterabschnitt 10 besitzt hierbei zwei gegeneinander um λ/4- verschoben angeordnete Resonanzfenster, die entsprechend der Fig.2 aufgebaut sind. Die in der F i g. 3 mit 2 und 2' bezeichneten Resonanzfenster sind so angeordnet, daß die Dioden verschieden gepolt sind. Besitzt die übertragene Welle eine Spannung oberhalb eines vorbestimmten Wertes, so wird eine Halbwelle von einem Fenster reflektiert und die andere Halbwelle von den anschließenden Fenstern. Sofern die übertragene Wellenenergie jedoch niedrig ist, passiert die Welle fast ungehindert die Anordnung, und die eventuell an einem Fenster reflektierte Teilenergie wird vom darauffolgenden Fenster infolge des gewählten A/4-Abstandes durch die reflektierte Teilenergie dieses Fensters ausgelöscht. Eine solche Resonanzhohlleiteranordnung kann beispielsweise verwendet werden in Verbindung mit den an sich bekannten Schutzschaltungen oder aber als selbständige Anordnung zum Sperren des unerwünschten Energieflusses, der von einem Radarsender kommt und von dem an der gleichen Antenne arbeitenden Radarempfänger ferngehalten werden soll,

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hohlleiterschalter, bestehend aus einem Hohlleiterabschnitt mit einer darin befindlichen Resonanzanordnung, die teilweise durch eine Diode gebildet wird und Mittel aufweist, um dieser Diode eine von der Amplitude des elektrischen Vektors der in Frage kommenden Welle abhängige Spannung zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode eine an sich bekannte Halbleiterdiode Verwendung findet, deren Durchlaßwiderstand einen sehr kleinen Wert annimmt, wenn die Vorspannung einen bestimmten Schwellwert überschreitet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzanordnung durch einen Resonanzschlitz gebildet wird, in welchen die Halbleiterdiode, die vorzugsweise als Einschraubelement ausgeführt ist, so eingefügt ist, daß sie mit zwei gegenüberliegenden Wänden des Hohlleiterabschmttes gekoppelt ist,

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Resonanzanordnungen mit den zugehörigen Halbleiterdioden in dem Hohlleiterabschnitt vorgesehen sind und daß diese Halbleiterdioden entgegengesetzt gepolt sind,

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über

den Hohlleiterabschnitt eine H₀₁-WeIIe übertragen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 836 363; Französische Patentschriften Nr. 57 991 (Zusatz zu Nr. 995 381), 1159238; USA.-Patentschrift Nr. 2 934 658; »IRE-Transactions on Electron Devices«, April 1959, S. 216 bis 224.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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