DE1293266B

DE1293266B - Quarter-wave impedance transformer

Info

Publication number: DE1293266B
Application number: DEE25490A
Authority: DE
Inventors: Springfield Chelmsford; Cooper Brian Frederick
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1963-09-11
Publication date: 1969-04-24
Also published as: NL298752A; CH413930A; SE319220B; US3364383A; NL143737B

Description

1 2.9 JAB 6..C^r- - τ--;:^::::· ν:::/:.-: 1 21 9/2 JAB 6..C ^ r- - τ-- ^;:: ::: ::: · ν /: .-: 1 2

Die Erfindung betrifft einen Viertelwellen-Impe- ■■; _; einer Viertelwellenlänge — allgemein als Hohlleiterdanz-Transformator, bei dem als Hohlleiter-Trans- Transformator bezeichnet — gespeist, formator ein rechteckförmiger Hohlleiter von Viertel- Der äußere ß-Wert (Güte) des Resonators 1 istThe invention relates to a quarter-wave Impe- ■■; _; a quarter wavelength - generally called waveguide transformer, in which referred to as a waveguide Trans- transformer - fed, formator a rectangular waveguide of quarter The outer ß-value (quality) of the resonator 1 is

wellenlänge verwendet wird, dessen schmaler Quer- durch die Impedanz Z₂, die durch die Last ain Reschnitt zur Einstellung der Impedanz veränderbar ist. 5 sonatorausgang gegeben ist, bestimmt. Ist Z₁ der Es sind bereits Hohlleiter-Impedanz-Transforma- Wellenwiderstand des Transformator-Hohlleiters 3, toren bekannt, bei denen die Impedanzeinstellung dessen Länge ein Viertel einer Wellenlänge beträgt, durch einen verschiebbaren Kolben erfolgt, der in und ist der Haupthohlleiter angepaßt und hat den den Hohlleiter hineinragt und die Breite einer Viertel- Wellenwiderstand Z₀, so ist der Wert von Z₂ am Rewellenlänge hat. Diese Anordnung hat den Nachteil, io sonatorausgang gegeben durch daß sie bewegbare Teile aufweist, die das Problem , ■ ■ ; ,wavelength is used, the narrower transverse through the impedance Z ₂ , which can be changed by the load ain Reschnitt to adjust the impedance. 5 sonator output is given, determined. If Z _{1 is} there are already waveguide impedance transforma- wave resistance of the transformer waveguide 3, gates are known in which the impedance setting, the length of which is a quarter of a wavelength, is carried out by a displaceable piston, which is adapted and has the main waveguide in and which protrudes into the waveguide and the width of a quarter wave impedance Z ₀ , then the value of Z _{2 is} at the wave length. This arrangement has the disadvantage that it has movable parts that have the problem of ■ ■; ,

der elektrischen Kontaktgabe mit den Hohlleiterwan- ^: Z=Z ^ (Ϊ) electrical contact with the waveguide ^wall: Z = Z ^ (Ϊ)

düngen aufwerfen und somit für den Einsatz in einem ^{2 1}Z₀' ,fertilize and thus for use in a ^{2 1} Z ₀ ',

evakuierten Gehäuse nicht ohne weiteres geeignetevacuated housing not readily suitable

sind. 15 Da demnach die äußere Güte Q des Resonatorsare. 15 Since, therefore, the external quality Q of the resonator

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung wird der von dem Wert von Z₁ abhängt, ist es für einen wir-Hohlleiter zwecks Impedanzanpassung elastisch ver- kungsvollen und zufriedenstellenden Betrieb wichtig, formt. Zu diesem Zweck sind jedoch Klemmvorrich- diesen Wert genau vorauszubestimmen. Ebenfalls tungen erforderlich, die sowohl einen konstruktiven ist es wünschenswert, Einstellmöglichkeiten für die Mehraufwand erfordern als auch an der Einsatzstelle ao Kopplung vorzusehen, um andere Maßabweichungen des Hohlleiter-Impedanz-Transformators, beispiels- kompensieren zu können. Bei bekannten Einrichtunweise am Auskoppelfenster eines Höchstfrequenz- gen muß der Hohlleiter 3. genau bearbeitet werden, generators, schlecht unterzubringen sind. um seine Abmessungen mit hinreichender PräzisionIn a further known device, which _{depends on the value of Z 1} , it is important for a we-waveguide for the purpose of impedance matching to function elastically and satisfactorily. For this purpose, however, clamping devices must be precisely determined in advance. It is also necessary to have a design that requires adjustment options for the additional effort and also to provide a coupling at the point of use in order to be able to compensate for other dimensional deviations of the waveguide impedance transformer, for example. In the case of known ways of setting up the coupling-out window of a high-frequency gene, the waveguide 3. must be precisely machined, and the generator is difficult to accommodate. about its dimensions with sufficient precision

Die Erfindung zielt darauf ab, einen leicht zu ferti- festzulegen. Dies ist einerseits schwierig und angenden und nach Einbau fest einstellbaren Hohl- 25 dererseits unter Berücksichtigung der erforderlichen leiter-Impedanz-Transformator für die Ankopplung, hohen Genauigkeit teuer.The aim of the invention is to make one easy to manufacture. This is both difficult and stressful on the one hand and after installation firmly adjustable hollow 25 on the other hand, taking into account the required Ladder impedance transformer for coupling, high accuracy expensive.

beispielsweise eines Höchstfrequenzgenerators an. - - In den F i g. 2 bis 8 ist eine Ausführungsform der seinen Ausgangshohlleiter, zu schaffen. Erfindung dargestellt, bei der der Haupthohlleiter 2for example a high frequency generator. - - In the F i g. 2 to 8 is an embodiment of FIG its output waveguide. Invention shown in which the main waveguide 2

Diese Aufgabe wird bei einem Transformator der mit einem Wellenwiderstand Z₀ ein rechteckförmiger einleitend angeführten Ausbildung erfindungsgemäß 30 Hohlleiter ist, dessen eine breite Wandung in der ge-. dadurch gelöst, daß die beiden Breitseiten des Hohl- brochenen Darstellung (F i_g. 3) zu erkennen Ist. Dieleiters durch Metallblöcke von Viertelwellenlänge ge- ser Haupthohlleiter mündet in einem kreisförmigen bildet werden, welche auf der dein Resonator abge- .. Ansatzstück 4 mit einer rechteckförmigen Öffnung, wandten Seite mit Schlitzen versehen sind, die sich das an den Ausgangsresonator eines Magnetrons näherungsweise über die Länge der Blöcke er- 35 oder einer anderen Höchstfrequenzeinrichtung angestrecken. paßt werden kann. Normalerweise ist der Raum imThis object is achieved in the case of a transformer which _{, according to the invention, is a rectangular waveguide with a characteristic impedance Z 0} , which is a waveguide with a wave impedance Z 0, one wide wall of which is in the ge. solved in that the two broad sides of the hollow broken representation (Fig. 3) can be seen. The conductor through metal blocks of quarter wavelengths this main waveguide opens into a circular shape, which is provided with slots on the side facing the resonator Stretch the length of the blocks or some other high frequency device. can be fitted. Usually the room is in

Vorzugsweise verlaufen dabei die Schlitze über die Resonator ein Teil des evakuierten Raums der Vorgesamte Höhe der Blöcke. Die Schlitzbreite ist dabei richtung. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums kann im Verhältnis zur schmalen Seite des Haupthohl- ein Glasfenster oder ein anderes geeignetes vakuumleiters vorteilhaft klein. 40 dichtes Fenster (nicht dargestellt) quer im Hohl-The slots preferably run over the resonator part of the evacuated space of the whole Height of the blocks. The slot width is direction. To maintain the vacuum can in relation to the narrow side of the main hollow a glass window or another suitable vacuum conductor advantageously small. 40 tight window (not shown) across the hollow

Ein erfindungsgemäßer Viertelwellen-Impedanz- leiter 2 nahe dem Ansatzstück 4 entsprechend der Transformator hat den wesentlichen Vorteil, daß die üblichen Praxis angeordnet werden. In dem Ende des Impedanzeinstellung in einfacher Weise durch Ein- Hohlleiters 2, das in das Ansatzstück 4 mündet, sind führen eines Werkzeugs in die Schlitze der Metall- zwei gleichartige rechteckförmige Metallblöcke 5 anblöcke und Verbiegen der Metallteile, die die Hohl- 45 gebracht. Einer dieser Blöcke ist in den F i g. 5 bis 7 leiterwandung bilden, erfolgen kann. gesondert dargestellt. Bei der dargestellten Konstruk-A quarter-wave impedance conductor 2 according to the invention near the extension piece 4 according to FIG Transformer has the significant advantage that the usual practices are arranged. In the end of the Impedance adjustment in a simple manner by means of a single waveguide 2 which opens into the extension piece 4 guide a tool into the slots of the metal two similar rectangular metal blocks 5 blocks and bending the metal parts that brought the hollow 45. One of these blocks is shown in FIGS. 5 to 7 Form conductor wall, can take place. shown separately. In the illustrated construction

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- tion werden diese Blöcke gesondert vom Hohlfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung be- leiter 2 und dem Ansatzstück 4 gefertigt, in die Münschrieben. dung des Hohlleiters 2 eingesetzt und mit dessen ge-According to an embodiment of the invention, these blocks are manufactured separately from the hollow follower in connection with the drawing guide 2 and the extension piece 4, in the small letters. tion of the waveguide 2 is used and with its ge

Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung 50 genüberliegenden Wänden verschweißt, so daß sie, eines bekannten Viertelwellen-Impedanz-Transfor- strukturell betrachtet, mit diesem ein Stück werden, mators. Die Fig. 2, 3 und 4 sind aufeinander senk- Die Höhe jedes Blocks 5 entspricht dem größeren recht stehende Ansichten einer Ausführungsform der Abmaß des inneren Querschnitts desΓ Hohlleiters 2. Erfindung. Die Fig. 5,6 und 7 sind aufeinander Die Länge y jedes Blocks entspricht einem Viertel der senkrecht stehende Ansichten eines der beiden gleich- 55 vorgesehenen Betriebswellenlänge, und die Breite ζ artig geschlitzten Blöcke, die bei der Ausführung nach ist so gewählt, daß Iz kleiner ist als das kleinere Abden F i g. 2 bis 4 verwendet werden. F i g. 8 ist eine maß des inneren Querschnitts des Hohlleiters 2. Jeder gebrochen dargestellte perspektivische Ansicht dieser Block 5. hat einen Schlitz 6, dessen Länge kleiner ist Ausführung, und Fig. 9 zeigt eine schematische Er- als ein Viertel einer Wellenlänge im Hohlleiter. Diesatzdarstellung der Ausführung nach F i g. 2 bis 4. 60 ser Schlitz ist in den Block parallel zu einer der bei-In allen Figuren sind gleiche Teile durch gleiche Be- den Flächen mit den Maßen χ und y und nahe diezugszeichen bezeichnet. ser Fläche eingeschnitten und erstreckt sich über die1 shows a schematic representation 50 welded opposite walls so that, viewed structurally, a known quarter-wave impedance transformer becomes one piece with it. 2, 3 and 4 are perpendicular to each other. The height of each block 5 corresponds to the larger right standing views of an embodiment of the dimensions of the inner cross section of the waveguide 2. Invention. 5, 6 and 7 are on top of one another. The length y of each block corresponds to a quarter of the vertical views of one of the two operating wavelengths provided, and the width ζ-like slotted blocks, which in the execution according to is chosen so that Iz is smaller than the smaller Abden F i g. 2 to 4 can be used. F i g. 8 is a dimension of the inner cross section of the waveguide 2. Each broken perspective view of this block 5. has a slot 6, the length of which is smaller, and FIG. 9 shows a schematic representation of a quarter of a wavelength in the waveguide. This set representation of the embodiment according to FIG. 2 to 4. 60 This slot is parallel to one of the two in the block. In all figures, the same parts are denoted by the same areas with the dimensions χ and y and close to the drawing symbols. cut into this area and extends over the

In Fig. 1 ist der Ausgangsresonator eines Höchst- gesamte Höhe x. Die Blöcke 5 sind in der Mündung frequenzoszillators, z. B. eines Magnetrons, durch des Hohlleiters 2 so angebracht, daß ihre geschlitzten den Block 1 dargestellt. Der Ausgang des Hohl- 65 Flächen in den Hohlleiter hineinzeigen und die raums ist durch Punkte angedeutet. Eine (nicht dar- Schlitze dem Raum zwischen den Blöcken benachbart gestellte) Last wird durch einen Haupthohlleiter 2 sind. Diese Anordnung ist am besten in den Fig. 4 über ein dazwischenliegendes Hohlleiterstück 3 von und 8 dargestellt. Der Viertelwellen-Transformator-In Fig. 1 the output resonator is a maximum total height x. The blocks 5 are in the mouth frequency oscillators, for. B. a magnetron, mounted by the waveguide 2 so that their slotted the block 1 is shown. The exit of the hollow areas point into the hollow conductor and the space is indicated by dots. A load (not shown slots placed adjacent to the space between the blocks) is passed through a main waveguide 2. This arrangement is best shown in FIG. 4 by means of a waveguide section 3 and 8 lying in between. The quarter-wave transformer

Hohlleiter 3 wird durch den Raum zwischen den Blöcken 5 gebildet. Wie ersichtlich, hat der Hohlleiter in der dargestellten Konstruktion eine Höhe x, und das andere Maß, nachfolgend als Hohlleiterbreite bezeichnet, entspricht dem Trennraum zwischen benachbarten Flächen der Blöcke 5. Diese Hohlleiterbreite kann über einen praktischen Erfordernissen genügenden Bereich durch Einführen eines geeigneten Werkzeugs in den Hohlleiter 2 (selbstverständlich vor Einsetzen des Fensters, falls ein solches vorgesehen ist) und Erweitern der Schlitze durch Einführen des Werkzeugs in diese oder, falls erwünscht, Verengen der Schlitze durch Einführen des Werkzeugs in den Raum zwischen den Blöcken leicht eingestellt werden. Dadurch werden die dünnen Teile 5 a der Blöcke zwischen den Schlitzen 6 und den dazu parallel verlaufenden angrenzenden Flächen verbogen, wobei der Trennraum zwischen den Flächen, damit die Breite des Transformator-Hohlleiters und so der Wert von Z₁ verändert wird. aoWaveguide 3 is formed by the space between the blocks 5. As can be seen, the waveguide in the construction shown has a height x, and the other dimension, hereinafter referred to as the waveguide width, corresponds to the separating space between adjacent surfaces of the blocks 5. This waveguide width can be adjusted over a range that meets practical requirements by inserting a suitable tool into the Waveguide 2 (of course before inserting the window, if such is provided) and widening the slots by inserting the tool into them or, if desired, narrowing the slots by inserting the tool into the space between the blocks. As a result, the thin parts 5 a of the blocks between the slots 6 and the adjacent surfaces running parallel to them are bent, the separation space between the surfaces, thus changing the width of the transformer waveguide and thus the value of Z ₁ . ao

Vorzugsweise wird die Einstellung so durchgeführt, daß die Breite des Transformator-Hohlleiters 3 über die Höhe χ konstant ist. Dies erfordert, daß die Schlitze 6 sich über die volle Höhe χ erstrecken, wie es bei der erläuterten Ausführung der Fall ist. Dies ist jedoch keine notwendige Bedingung, und die Schlitze können kürzer gemacht werden, so daß eine Einstellung nur über einen kürzeren Teil der Höhe durchgeführt werden kann und die Breite des Transformator-Hohlleiters 3 über einen gegebenen Querschnitt nicht konstant ist. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, bilden die Schlitze zwei kurzgeschlossene Hohlleiter, die bei der Frequenz, für die der Transformator ausgelegt ist, nicht abgetrennt sind. Die Auslegung muß derart sein, daß sie die Leistung des Transformators annehmbar wenig elektrisch beeinflußt. Diese Forderung und die Art, wie sie erfüllt werden kann, geht am besten aus der in F i g. 9 gezeigten schematischen Ersatzdarstellung der erläuterten Ausführung hervor.The setting is preferably carried out so that the width of the transformer waveguide 3 is constant over the height χ. This requires that the slots 6 extend over the full height χ , as is the case in the illustrated embodiment. However, this is not a necessary condition and the slots can be made shorter so that adjustment can only be made over a shorter part of the height and the width of the transformer waveguide 3 is not constant over a given cross section. As can be seen from the drawings, the slots form two short-circuited waveguides that are not disconnected at the frequency for which the transformer is designed. The design must be such that it has an acceptably little electrical effect on the performance of the transformer. This requirement and the way in which it can be met is best understood from the example shown in FIG. 9 shown schematic substitute representation of the explained embodiment.

F i g. 9 zeigt einen Resonator 1, den Transformator-Hohlleiter 3, den Haupthohlleiter 2 und Zweighohlleiter 66, die durch die Schlitze 6 gebildet werden. Hat der Zweighohlleiter eine niedrige Dämpfungskonstante und ist sein Wellenwiderstand Z₃, dann ist die Impedanz Z_s, die durch den Reihen-Zweighohlleiter an seiner Mündung gegeben ist (s. Fig. 9).F i g. 9 shows a resonator 1, the transformer waveguide 3, the main waveguide 2 and branch waveguides 66 which are formed by the slots 6. If the branched waveguide has a low attenuation constant and its characteristic impedance is Z ₃ , then the impedance is Z _s , which is given by the series branched waveguide at its mouth (see FIG. 9).

Z / (2)Z / (2)

Dabei ist γ die Phasenkonstante und I das in F i g. 9 dargestellte Maß.Here, γ is the phase constant and I that in FIG. 9 dimension shown.

Ist a₂ und b₂ die schmale bzw. die breite Abmessung des Haupthohlleiterquerschnitts (Hohlleiter 2) und ist a_s bzw. b_z die breite bzw. die schmale Abmessung des Querschnitts des Zweighohlleiters 66, dann istIf a ₂ and b _{2 are} the narrow and wide dimensions of the main waveguide _{cross section (waveguide 2) and if a s} and b _{z are} the wide and narrow dimensions of the cross section of the branch waveguide 66, then is

Z_s = Z_n Z _s = Z _n

tangy/.tangy /.

(3)(3)

Beträgt die Länge des Zweighohlleiters näherungsweise ein Viertel einer Wellenlänge und ist a₂ (näherungsweise) = ct_s, dann istIf the length of the branch waveguide is approximately a quarter of a wavelength and if a ₂ (approximately) = ct _s , then is

Z_s (näherungsweise) = Z₁ Z _s (approximately) = Z ₁

(4)(4)

Es geht daraus hervor, daß, wenn die kleinere Querschnittsabmessung des Zweighohlleiters — d. h. die Breite des Schlitzes 6 — gegenüber dem kleineren Querschnittsabmaß des Haupthohlleiters 2 klein gehalten wird, die normalisierte Impedanz an der Mündung des Zweighohlleiters klein ist und dieser daher die durch die Last gegebene Impedanz (über Haupthohlleiter 2) am Ausgang des Resonators 1 nur geringfügig beeinflußt.It can be seen that when the smaller cross-sectional dimension of the branch waveguide - i. H. the width of the slot 6 - kept small compared to the smaller cross-sectional dimension of the main waveguide 2 becomes, the normalized impedance at the mouth of the branch waveguide is small and therefore this the impedance given by the load (via the main waveguide 2) at the output of the resonator 1 is only slightly influenced.

Claims

Patent claims:

1. Quarter-wave impedance transformer, where the waveguide transformer is a rectangular one Quarter-wavelength waveguide is used, the narrow cross-section of which is used Adjustment of the impedance can be changed, characterized in that the two Broad sides of the waveguide are formed by metal blocks (5) with a quarter wavelength, which are provided with slots (6) on the side facing away from the resonator, which are approximately Extend the length (y) of the blocks.

2. Transformer according to claim 1, characterized in that the slots (6) extend over the entire height (x) of the blocks.

3. Transformer according to claim 1 and 2, characterized in that the slot width in Relation to the narrow side of the main waveguide is small.

1 sheet of drawings