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Kanalweiche für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung
betrifft eine Kanalweiche für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem durchgehenden,
der Übertragung der H"- Welle dienenden Rechteckhohlleiter, in dem das gesamte Frequenzband
übertragen wird.
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Zur leitungsgebundenen Übertragung elektromagnetischer Energie im
Mikrowellenbereich über größere Entfernungen eignet sich bekanntlich nur der Hoi-Wellentyp
des Rundhohlleiters, da bei diesem Wellentyp die Leitungsdämpfung mit zunehmender
Frequenz abnimmt. Vom Sender wird die Hochfrequenzenergie meistens in Form der Hiö
Welle im Rechteckhohlleiter angeboten, und es besteht daher die Aufgabe, die HI(
)-Welle des Rechteckhohlleiters in die Ho- Welle des Rundhohlleiters mit möglichst
gutem Wirkungsgrad umzuwandeln. Es sind Wellentyptransformatoren vorgeschlagen,
die in der Lage sind, auch in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband die Hl(
)-Welle des Rechteckhohlleiters modenrein in die Hoi Welle des Rundhohlleiters umzuwandeln.
Zur Übertragung der elektromagnetischen Energie werden in der Regel eine Reihe von
einzelnen Frequenzkanälen mit Hilfe sogenannter Kanalweichen sendeseitig zu einem
breiten Frequenzbündel zusammengefaßt. Auf der Empfangsseite muß das breitbandige
Frequenzbündel wiederum mittels Kanalweichen in die einzelnen Frequenzkanäle aufgespalten
werden.
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Es sind durch die Zeitschrift »Proceedings of the IRE«, Oktober 1959,
S. 1762 bis 1769, nach dem Weichenprinzip arbeitende Absorptionsfilter bekanntgeworden,
bei denen an einen sogenannten Haupthohlleiter ein weiterer als Absorber dienender
Hohlleiter angekoppelt ist. Bei dieser bekannten Anordnung dient das zu realisierende
Filter jedoch der Unterdrückung harmonischer Schwingungen, die ungewollt im übertragungshohlleiter
entstehen. Damit ergibt sich ein gegenüber dem Erfindungsgegenstand andersartiger
Sachverhalt insofern, als beispielsweise der Abstand und die Größe der den Haupthohlleiter
und den Absorber verbindenden Kopplungsöffnungen so zu wählen sind, daß über einen
möglichst breiten Frequenzbereich eine optimale Energieübertragung vom Haupthohlleiter
in den Absorber bei höheren harmonischen Frequenzen erreicht wird. Durch die USA.-Patentschrift
2 938177 ist ferner eine Kanalweiche für sehr kurze elektromagnetische Wellen bekanntgeworden,
bei der an eine das gesamte Frequenzband übertragende Koaxialleitung Rechteckhohlleiter
mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen angekoppelt sind. Für diese Kanalweiche ist
die Verwendung einer Koaxialleitung als Übertragungsleitung wesentlich. Bekanntlich
ist das Feldbild der Koaxialleitungswelle gänzlich andersartig ausgebildet als das
Feldbild der H"- Welle im Rechteckhohlleiter, so daß sich bei der bekannten Anordnung
auch andere Verhältnisse bei der Kopplung in die Rechteckhohlleiter ergeben. Darüber
hinaus müssen bei dieser Anordnung zur Versteilerung des Dämpfungsverhaltens zusätzliche
Tiefpaßfilter verwendet werden. Durch die USA.-Patentschrift 2 961619 ist weiterhin
ein Filter für den Mikrowellenbereich bekanntgeworden, bei dem zwei Rechteckhohlleiter
zueinander parallel verlaufen, die über weitere Rechteckhohlleiter miteinander gekoppelt
sind. Wesentlich für den Kopplungsmechanismus dieses bekannten Filters ist unter
anderem die Verwendung von sogenannten Resonanzöffnungen, d. h. also von Kopplungsöffnungen,
deren Größe gegenüber dem Querschnitt der koppelnden Hohlleiter unterschiedlich
ist. Abgesehen davon, daß sich dadurch andere physikalische Verhältnisse als beim
Erfindungsgegenstand ergeben, erfordert die Anbringung der koppelnden Hohlleiter
relativ zu den Resonanzöffnungen auch einen erhöhten fertigungstechnischen Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verhältnismäßig einfachen
Weg zum Aufbau von insbesondere für Hohlkabelsysteme geeigneten Kanalweichen zu
zeigen, bei denen die die Teilbänder übertragenden Hohlleiter ohne zusätzliche speziell
ausgebildete Koppelöffnungen mit dem das gesamte Frequenzband übertragenden Hohlleiter
gekoppelt sind und bei denen sich ohne Verwendung zusätzlicher Selektionsmittel
verhältnismäßig scharfe Dämpfungsforderungen erfüllen lassen.
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Ausgehend von einer Kanalweiche für sehr kurze elektromagnetische
Wellen mit einem durchgehenden, der Übertragung der Hiö Welle dienenden Rechteckhohlleiter,
in dem das gesamte Frequenzband übertragen
wird, wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale gelöst:
a) Senkrecht zu einer Breitseite des Rechteckhohlleiters münden unmittelbar weitere
Rechteckhohlleiter mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen ein; b) die Breitseiten
der einmündenden Rechteckhohlleiter sind so schmal ausgebildet, daß der ein-bzw.
auszukoppelnde Frequenzkanal nur wenig oberhalb der Grenzfrequenz der einmündenden
Hohlleiter liegt.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn zur Erreichung einer Richtfähigkeit
zwei der einmündenden, in ihren Abmessungen identische Rechteckhohlleiter im Abstand
eines ungeraden Vielfachen einer viertel Hlö Hohlrohrwellenlänge im Zug des. das
gesamte Frequenzband übertragenden Rechteckhohlleiters angeordnet sind, und wenn
diese beiden Hohlleiter über eine Serienverzweigung einerseits direkt und andererseits
über einen Umweg von einer viertel Hl- Hohlrohrwellenlänge in einen einzigen Rechteckhohlleiter
übergehen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die in den durchgehenden Hohlleiter
einmündenden Hohlleiter etwa im Abstand einer halben Hiö Hohlrohrwellenlänge über
eine Stufe auf einen Rechteckhohlleiter normaler Breite übergehen.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
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Zum Aufbau einer Kanalweiche in Rechteckhohlleiter-Ausführung kann
beispielsweise ein an sich beliebig ausgebildeter Wellentyptransformator zur Umwandlung
der Ho,-Welle des Rundhohlleiters in die Hiö Welle des Rechteckhohlleiters vorteilhaft
dazu verwendet werden, das gesamte, vom Hohlkabel in Form der Hol-Welle übertragene
Frequenzband in den Hlö Wellentyp des Rechteckhohlleiters überzuführen. Zur Ausbildung
der Kanalweiche sind senkrecht auf den breitbandig übertragenden Rechteckhohlleiter
weitere Rechteckhohlleiter unterschiedlicher Grenzfrequenz mit Hochpaßverhalten
aufgesetzt. Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt einer derartigen Kanalweiche
(und zwar einer Kanalweiche mit Richtfähigkeit) in Rechteckhohlleiter-Ausführung.
Es stellt die F i g. 2 einen Querschnitt längs der Trennfuge T des in F i g. 1 perspektivisch
gezeichneten Ausschnittes dar. In den breitbandig übertragenden Rechteckhohlleiter
1 münden Rechteckhohlleiter 2 bzw. 8 mit unterschiedlicher Grenzfrequenz ein, die
vorzugsweise so schmal ausgebildet sind, daß der ein- bzw. auszukoppelnde Kanal
nur wenig oberhalb ihrer Grenzfrequenz liegt. Dann wird, vorzugsweise nach etwa
einer halben Hiö Wellenlänge der Hohlleiter 2 bzw. 8 durch die Stufen 3 bzw. 9,
auf die Rechteckhohlleiter 4 bzw. 10 von normaler Breite übergegangen. Hierdurch
werden Frequenzselektivität und Hochpaßcharakteristik erreicht. Die Modenreinheit
(d. h. die Nichterregung des H2. -Modus im Hohlleiter 1) ist durch die aus der F
i g. 1 ersichtliche, symmetrisch zur Mittellinie des Hohlleiters 1 liegende Einmündung
für jeden der Hohlleiter 2 bzw. 8 gewährleistet.
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Richtfähigkeit wird dadurch erreicht, daß zwei Hohlleiter 2 bzw. zwei
Hohlleiter 8 derart in den Hohlleiter 1 einmünden, daß ihr Abstand in z-Richtung
ein ungerades Vielfaches einer viertel Hiö Wellenlänge (beispielsweise 3 n,/4) des
überzukoppelnden Kanals im Hohlleiter 1 beträgt und daß mit gleichen Amplituden
und 90° Phasendifferenz angeregt wird.
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Amplituden und 90° Phasendifferenz angeregt wird. In der F i g. 2
ist diese Anregung so dargestellt, daß die Hohlleiter 7 bzw. 13 auf die Serienverzweigungen
6 bzw. 12 führen, über die sich die Hohlleiter 7 bzw. 13 einerseits direkt und andererseits
nach einem Umweg 5 bzw. 11 von einer viertel Wellenlänge an die beiden Hohlleiter
4 bzw. 10 anschließen.
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Durch eine analoge Weiterbildung können beliebig viele Frequenzkanäle
aus dem Rechteckhohlleiter 1,
dem beispielsweise das gesamte Frequenzband
auch direkt über einen Rechteckhohlleiter zugeführt werden kann, aus- bzw. eingekoppelt
werden, wobei dann die Anzahl der senkrecht in den Hohlleiter 1 einmündenden Hohlleiter
gleich sein muß der Zahl der aus-bzw. einzukoppelnden Frequenzkanäle.
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Zur Bildung einer abstimmbaren Kanalweiche kann ein Aufbau gemäß den
F i g. 1 und 2 verwendet werden. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, kann die
Kanalweiche aus zwei Hälften A und B zusammengesetzt werden, so daß
die Trennebene die Wandströme der Hiö Wellen nicht unterbricht. Die Abstimmung der
Filterkreise, die aus den an der Stelle 3 sprunghaft erweiterten Hohlleitern 2 gebildet
werden, kann dann so erfolgen, daß die Breite einer Trennfuge zwischen den Teilen
A und B durch elastische Verformung verändert wird.
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Unter anderem ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau derartiger
Kanalweichen noch folgende Vorteile: Die Herstellungsmöglichkeit ist in Anbetracht
der bei Geräten der Höchstfrequenztcchnik erforderlichen Genauigkeit verhältnismäßig
einfach. Die Rechteckhohlleiter lassen sich durch Einfräsen oder durch Galvanoplastik
mit großer Genauigkeit herstellen. Dabei ist ein besonderer Vorteil, daß keinerlei
enge Blenden oder Koppelschlitze vorkommen, deren genaue Herstellung, besonders
für Wellenlängen unter 8 mm, große Schwierigkeiten bereiten würde. Die Kanalweiche
gemäß der F i g. 1 läßt sich aus zwei gleichartigen Teilen A und
B aufbauen, die an der Trennfuge T miteinander verbunden sind, ohne daß die
Trennfuge T die Wandströme der Hlö Welle unterbricht. Die erforderliche frequenzunabhängige
elektrische Symmetrie ist durch die geometrische Symmetrie der Anordnung völlig
sichergestellt. Die elektrischen Verluste der Kanalweiche bleiben außerordentlich
gering, da die H"- Welle des Rechteckhohlleiters nur kurze Wege im Rechteckhohlleiter
zurückzulegen hat und außerdem praktisch keine Leistung in unerwünschte Wellentypen
übergeht.