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Wellentyptransformator und Kanalweiche für Hohlkabeleysteme Die Erfindung
betrifft einen Wellentyptransformator zur Umwandlung des H io-Wellentype des Rechteckhohlleiters
in den H i-Wellentyp des Rundhohlleiters, bei dem durch Serienverzweigung aus einem
einzigen Rechteckhohlleiter gebildete Rechteokhohlleiter, deren Breitseiten parallel
zur Achse des Rundhohlleiters verlaufen, als vollständige konzentrieche Kreise um
den Rundhohlleiter herumgeführt sind.
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Zur leitungegebundenen Übertragung elektromagnetischer Energie im
Mikrowellenbereich über größere Entfernungen eignet sich bekanntlich nur der Hol-Wellentyp
des Rundhohlleiterag da bei diesem Wellentyp die Leitungedämpfung mit zunehmender
Frequenz abnimmt. Vom Sender wird die Hochfrequenzenergie meistens in Form der H
io-Welle im Rechteckhohlleiter'angeboten und es besteht daher die Aufgabe, die
N 10 -Welle den
Rechteckhohlleiters in die H 01 -Welle des Rundhohlleiters
mit möglichst gutem Wirkungegrad umzuwandeln. Hierfitr existiert bereite eine Reihe
von Lösungen, doch haften diesen noch erhebliche Mängel an. So müssen beispielsweise
schon bei der Übertragung verhältnismäßig schmaler Frequenzbänder Pilteranordnungen
oder dergleichen zur Unterdrückung von störenden Wellentypen vorgesehen worden,
da bekanntlich die Hol-Welle
nicht die Grundwelle des Hohlleiters
ist und sich neben dieser noch zahlreiche andere Wellentypen ausbilden und fortpflanzen
können. Ein weiterer Nachteil ist in der verhältnismäßig komplizierten geometrischen
Konfiguration und in dem Erfordernis zu sehen, schmale Koppelöffnungen mit engen
mechanischen Toleranzen herzustellen. Das erschwert die praktische Realisierbarkeit
erheblich.
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Durch die britische Patentschrift 855 026 ist bereits ein Wellentypwandler
bekannt geworden, bei dem ein in sich geschlossener Rechteckhohlleiter kreigringförmig
um den Rundhohlleiter derart angeordnet ist, daß eine Breitseite des Rechteckhohlleitere
von der Außenwand des Rundhohlleiters gebildet wird. Jedoch gelten auch für diesen
bekannten Wellentypwandler die vorstehenden Überlegungen insofern, als die Kopplung
des Rechteckhohlleiters mit dem Rundhohlleiter über eine ungeradzahlige Anzahl verhältnismäßig
schmaler Koppelöffnungen erfolgen muß.
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Durch die USA-Patentschrift 2 676 306 ist weiterhin ein Wellentypwandler
bekannt geworden, bei dem der Rundhohlleiter an dem in Ausbreitungsrichtung der
Hol-Welle entgegengesetzten Ende mit ineinander gesteckten verschiebbaren zylindrischen
Rohren und einem im innersten Rohr verschiebbaren Kurzschlußkolben abgeschlossen
ist. Diese Anordnung wird im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Anordnung nicht zur
Einstellung der Wollenwiderstandeanpassung zwischen zylindrischem und rechteckigem
Hohlleiter benutzt, vielmehr dient sie dazu, einerseits eine maximale Anregung der
H 01 -Welle bzw. eine minimale Anregung der Hil -Welle und weiterhin eine
minimale Anregung von %i -Wellen zu bewerkstelligen.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die einleitend geschilderten Nachteile bei
derartigen Wellentyptransformatoren zu mindern. Insbesondere soll ein frequenzselektiver
Wellentyptransformator angegeben werden, mit dem sich Selektionskurven eines Bandpasses
mit einer an sich beliebigen Anzahl von Resonanzkreisen realisieren lassen und der
die Weiterbildung zu einer Kanalweiche gestattet.
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Ausgehend von einem Wellentyptransformator zur Umwandlung des H io-Wellentyps
des Rechteckhohlleiters in den Hol-Wellentyp des Rundhohlleiters, bei dem durch
Serienverzweigung aus einem einzigen Rechteckhohlleiter gebildete Rechteckhohlleiter,
deren Breitseiten parallel zur Achse des Rundhohlleiters verlaufen, als vollständige
konzentrische Kreise um den Rundhohlleiter herumgeführt sind, wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen konzentrischen Rechteckhohlleiter
durch je zwei sich gegenüberliegende, in radialer Richtung laufende Rechteckhohlleiter
miteinander verbunden sind, während von dem dem Rundhohlleiter am nächsten gelegenen
konzentrischen Rechteckhohlleiter mehrere symmetrisch angeordnete Rechteckhohlleiter
radial in Richtung zum Rundhohlleiter laufen und in den Rundhohlleiter einmünden,
und daß-die Abmessungen der Breitseiten der konzentrischen Rechteckhohlleiter und
der in radialer Richtung verlaufenden Rechteckhohlleiter unter sich gleich sind.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Übergang vom rechteckigen auf
den runden Hohlleiter am Anfang bzw. am Ende des Rundhohlleiters angebracht ist,
und die der Portpflanzungsrichtung der H 01 -Welle entgegengesetzte Seite
den Rundhohlleiters durch einen vorzugsweise verschiebbaren Kurzschlußkolben abgeschlossen
ist.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn zur Bildung einer Kanalweiche
am Ausgang des Wellentyptransformators wenigstens ein weiterer Wellentyptransformator
mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen nachgeschaltet ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungebeispielen näher
erläutert.
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Die Fig.1 zeigt im Querschnitt den prinzipiellen Aufbau eines Wellentyptransformators.
Ein Rechteckhohlleiter 1
verläuft radial in Richtung auf die Achse des Rundhohlleiters
6, so daß seine Breitseite parallel zur Achse des Rundhohlleiters liegt,
(die Fig.1 zeigt die Schmalseite des Rechteckhohlleiters). Der Hohlleiter
1 geht durch eine Serienverzweigung in zwei Hohlleiter 2 über, die symmetrisch,
vorzugsweise auf einem Halbkreis um die Rundhohlleiterachse, um je 900 um
den Rundhohlleiter herumgeführt werden und dann in zwei Rechteckhohlleiter
3 übergeheng die von entgegengesetzten Seiten her radial auf die Achse
des Rundhohlleiters zulaufen. Diese Hohlleiter 3 werden wiederum durch
Serienverzweigungen in je zwei Hohlleiter 4 übergeführt, die ihrerseits in vier
Hohlleiter 5 übergehen, die in Winkelabständen von 900 radial auf
die Rundhohlleiterachse zuführen. Diese vier Hohlleiter 5 gehen direktg vorzugsweise
ohne jegliche Blendeng in den Hohlleiter 6 über. Für die Anregung einer reinen
H 01 -Welle im Rundhohlleiter gelten folgende Regeln: a) Die elektrischen
und magnetischen Feldert mit denen die Koppelöffnungen erregt werdeng müssen so
gerichtet seing daß im Rundhohlleiter keine B-Wellen angeregt werden können, also
beispielsweise die elektrischen Pelder in Umfangs
- und die magnetischen
Felder in Längerichtung. b) Ist bei der höchsten Frequenz, die im Rundhohlleiter
übertragen werden soll, die H.1-Welle noch fortpflanzungofähigg die HM+li-Welle
Jedoch nicht mehr, so muß die Anregung von mindestens m+l Seiten her erfolgen. Ist
das zu übertragende Prequenzband nicht breiter als 193 t 1
so genügt
also eine Anregung von vier Seiten her. Eine achtaeitige Anregung ist für eine Bandbreite
von 2,4 8 1
ausreichend.
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e) Die Amplituden und Phasen, mit denen von den verschiedenen
Seiten her angeregt wird, müssen so gewählt seing daß die gesamte Anregung rotationasymmetrisch
ist.
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In Anwendung dieser Regeln ist aus der Pig.1 die elektriache Wirkungeweiee
zu ersehen. Die im Hohlleiter 1 eingespeiste Welle wird durch die Berionverzweigung
in zwei Wellen aufgetellt'g die sich in den Hohlleitern 2 mit einer Phasendifferenz
von 1800 fortpflanzen. Die Phasenbeziehungen der Wellen sind in der Pig.1
gestrichelt angedeutet. In den Serienverzweigungen, durch die die Hohlleiter
3 in die Hohlleiter 4 übergehen, werden die Wellen wiederum in gegenphaeige
Teilwellen aufgespalten, die sich in den Rechteckhohlleitern 4 und 5 fortpflanzen
und an den Einmündungentellen der Rechteckhohlleiter 5 In den Rundhohlleiter
6 sind wegen der exakten geometriachen Symmetrie der Anordnung die gesamten
Teilwellen derart ausgebildet, daß die Anregung der H oi-Welle den Rundhohlleitere
rotationasymmetriaoh erfolgt.
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Wenn zur Ertiolung der vorgegebenen Breitbandigkeit nach obiger Regel
b die Anregung von vier Seiten nicht genügt,
können die Hohlleiter
5 durch weitere Serienverzweigungen in weitere Rechteckhohlleiter aufgeteilt
werden.
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Eine weitere Ausführungeform eines Wellentyptransformators ist in
der Fig.2 gezeigt. In den Hohlleitern 5 sind Stufen angebracht, die die Reflexionen
an den Einmündungestellen kompensieren. Die Übergänge zwischen den Hohlleitern 2
und 3
und den Hohlleitern 4 und 5, sowie die Serienverzweigungen sind
abgerundet, um Reflexionen an diesen Stellen zu vermeiden.
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Durch diese Maßnahme kann der Wellentyptransformator an den Wellenwiderstand
des Rechteckhohlleiters angepaßt werden bzw. läßt sich damit ein vorgeschriebener
Reflexionsfaktor einstellen.
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Die Fig.3 zeigt den Längsachnitt eines nach Fig.1 aufgebauten Wellentyptransformators,
und zwar für den Fallg daß der Rundhohlleiter unmittelbar hinter dem Tran oformator
endet. Hierbei ist das dem Rundhohlleiter 6 gegenüberliegende Hohlleiteratück
7 durch einen vorzugsweise verschiebbaren Kurzschlußkolben 8 abgeschlossen,
mit dessen Hilfe noch die Anpassung an den Wellenwiderstand des Rundhohlleiters
eingestellt werden kann.
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Die Fig.4 und 5 zeigen einen frequenzselektiven Wellentyptransformator
mit sehr scharfer Bandpaßeharakteristik. Die 714.5 stellt dabei den Querschnitt
längs der Trennlinie T den in der lfig.4 im län«nochnitt gezeigten Aueführungebeispiele
dar. Die anhand der Fig.1 bis 3 bereite gegebenen Erläuterungen zur elektrischen
Wirkungeweise lassen sich analog
auch auf das Ausführungsbeispiel
der Fig.4 und 5 anwenden.
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Zur Erzielung der Bandpaßeharakteristik sind die Rechteckhohlleiter
2 und 4 zu Vollkreisen weitergeführt und können damit auch als koaxiale Leitungen,
konzentrisch zum Rundhohlleiter 6 aufgefaßt werden. Macht man diese Leitungen
in radialer Richtung so breit, daß die H.i-Welle des Rechteckhohlleiters darin fortpflanzungsfähig
ist, und in Acherichtung so lang, daß H Oln-Resonatoren (wenn z.B. die Länge h in
der Fig.4 gleich ist einer halben H i-Wellenlänge des Rechteckhohlleiters) entstehen,
so erhält man Filterkreise sehr hoher Güte. Die Anregung des Rundhohlleiters
6 erfolgt über die Rechteckhohlleiter 5 in der schon bei Fig.1 beschriebenen
Weise.
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Der in den Fig.4 und 5 dargestellte frequenzaelektive Wellentyptransformator
entspricht einem Ausführungsbeispiel, bei dem die SelektionBkurve durch einen zweikreisigen
Bandpaß bestimmt wird, der von den konzentrisch herumgeführten Leitungen 2 und 4,
die über die Leitungen 3 gekoppelt eindl gebildet wird. Ein einkreisiger
Bandpaß entsteht beispielsweise dann, wenn nur die Leitung 4 herumgeführt ist und
die Leitung 2 als die übliche Serienverzweigung (entsprechend der Fig.1) ausgebildet
ist. In analoger Weise können auch frequenzselektive Transformatoren mit beliebiger
Kreiszahl aufgebaut werden.
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In Weiterbildung der Erfindung läßt sich aus mehreren Wellentyptransformatoren
unterschiedlicher Grenzfrequenzen eine Kanalweiche aufbauen. Hierzu können beispielsweise
die einzel. nen Transformatoren so hintereinander angeordnet werden, daß,
vom
Hohlkabel aus gesehen, der Kanal mit höchster Frequenz zuerst aus- bzw. eingekoppelt
wird, dann der mit zweithöchster Frequenz, usw. Eine solche Anordnung hat den Vorteil,
daß keiner der Transformatoren von einer Welle durchlaufen wird, deren Frequenz
höher ist als die auszukoppelnde. Die Sperr- und Durchlaßcharakteristik eines jeden'Transformatore
im gesamten Frequenzbereich oberhalb des auszukoppelnden Kanals unterliegt dann
keinerlei Forderungen.
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Unter anderem ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau derartiger
Wellentyptransformatoren und Kanalweichen noch folgende Vorteile: Die Herstellungsmöglichkeit
ist in Anbetracht der bei Geräten der Höchstfrequenztechnik erforderlichen Genauigkeit
verhältnismäßig einfach. Wie die Fig.6 erkennen läßt, kann der Wellentyptransformator
aus zwei gleichartigen Teilen an der Trennfuge T zusammengesetzt werden, wobei die
Rechteckhohlleiter und der Rundhohlleiter in Ebenen geteilt werden, durch die keine
Wandströme hind:urchfließen. Die Rechteckhohlleiter lassen sich durch Einfräsen
oder durch Galvanoplastik mit großer Genauigkeit herstellen. Dabei ist ein besonderer
Vorteilg daß keinerlei enge Blenden oder Koppelschlitze vorkommen, deren genaue
Herstellung, besonders für Wellenlängen unter 8 mm, große Schwierigkeiten
bereiten würde.
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Die für die modenreine Anregung der H 01 -Welle des Rundhohlleiters
(siehe Fig.7) erforderliche frequenzunabhängige elektrische Symmetrie ist durch
die geometrische Symmetrie der Anordnung völlig sichergestellt.
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Mie elektrischen Verluste des Wellentyptransformators bleiben außerordentlich
gering, da die H 10 -Welle dee Rechteckhohlleiters
nur
kurze Wege im Rechteckhohlleiter zurückzulegen hat und außerdem praktisch keine
Leistung in unerwünschte Wellentypen übergeht.