DE1591643A1 - Kopplungseinrichtung fuer den UEbergang von einer Koaxialleitung auf einen Hohlleiter - Google Patents

Description

• Ko:Vlungseiiirichtung für d"n Übergang von einer Koaxialleitung

  auf einen üohlleiter

  Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopplungseinrichtung für der) im wesentlichen reflexionsfreien Übergang von einer Koaxialleiteng auf einen Hohlleiter mit Rechteckquerschnitt, und zwar spr@ziell zur Erregung einer Hohlleiterwelle der H10-Form. Für diesen Zweck ist eine Kopplungseinrichtung bekannt bei welcher die Koaxialletung senkrecht zur Längsrichtung des Hohlleiters n diesen einmündet und der. Innenleiter der Koaxialloitung eilte atabfürmig in den Hohlleiter in Richtung der anzuregsiaden eiaktrischen Feldlinien hineinragende Antenne ist. (Meinke/ Gundlach "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", zweite Auflage, Seite 420, Abb. 11.6) Bei dieser Kopplungseinrichtung unterliegt die Bemessung der Länge des Antennenntiftea im Verhältnis zur Betriebswellenlänge einer sehr genau.einzuhaltenden Bemessungs-

  vorschrift. (Meinke/Gundlach, S. 41$, Abb. 11.1) Solche-Köpplungs-

  einrichtungen zum übeggaug von KoaxialleÄtungen auf Hohlleiter

  sind. daher genau genommen nur für eine einzige Frequenz geeig.as ,,; für welche der in den Hohlleiter hineinragende Koppelstift den Koaxialleitungs&Ieil als Antenne im Anpassungszustand ab- schließt. Solche Kopplungseinrichtungen sind daher stets schmalbandig und nicht für die Übertragung eines ausgedehnten Frequenzbereiches geeignet. 1';s sind auch .Kupplungseinrichtungen der genannten Art bekannt, mit denen im Höhlleiter eine Welle der 111.aForm angeregt wird und bei denen die Achsen des Koaxialleitungsteiles und des Hohlleiterzuges zueinander parallel verlaufen bzw. diese Achsen ineinander übergehen. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise dadurch gebildet werden, maß der Innenleiter des hoaxialleitungSteiles von der Stirnseite her in den Hohl- lauer eintritt und in diesem zu einer in der Hahlleiterwandung endenden Kopplungsschleife gebogen ist. Auch für diese Art der Kopplunissinrichtung bestehen einengende Dimensionierungsbellngungen für die Kopplungsschleife, welche ebenfalls den auenutzbaren Frequenzbereich.der Einrichtung außerordentlich schmal gestalten. Es- besteht daher ein Bedürfnis nach einer sowohl einfachen als auch breitbündigen Kopplungseinrichtung für den im wesentlichen reflexionsfreien Übergang von einer Koaxialleitung auf einen Hohlleiter mit Rechteckquerachnitt zur Erregung einer Hohlleiter- welle der H10-Vorma bei der die Ausmatle der koppelnden Teile nicht in einer engen Beziehung zur Arbeitswellenlänge stehen müssen. Diese Aufgabe wird durch eine Kopplungseinrichtung der zugrundege.'-_egten Art dadurch gelöst, daß er-rindungsgei4äß der Außenleiter de!g Koaxialteiles einen Rechteckquerschnitt derselben Breite wie der Hohlleiter, jedoch von doppelter Höhe besitzt wie dieser, daß ferner der Außenleiter des Koaxialteiles sich auf drei-seiner Seiten in den entsprechenden Wänden des Hohlleiters fortsetzt und auf seiner vierten Seite mit einer Stufe auf die geringere Höhe des Hohlleiterteiles übergeht, daß außerdem das den Hohllef terteil ausfüllende Dielektrikum eine vielfach höhere Dielektrizitätskonstante besitzt als das des Koaxialteiles und mit gleichem @Uuersctinitt ein Strick von der Länge ungefähr gleich der halben Höhe des Koaxialteiles in diesen hineinragt, und daß der in einer Halbkugel endende Innenleiter des Koaxial- teilen mit einer in der freien Kante den in den Koaxialteil hineinragenden Hohlleiterdielektrikums ausgebildeten Hohlkugel- fläche von der Größe eines Viertels der Kugeloberfläche in inniger Berührung steht. In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung nach der Erfindung in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellt. Auf_der linken Seite der Zeichnung befindet nick die hciaxialleitung mit dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2. Den rechten Teil der Zeichnung nimmt der Rechteck- Hohlleiter 3 ein, der die Höhe h2 und eine aus der Zeichnung nicht erkennbare Breite besitzt, die größer ist als seine genannte Höhe. In dem Hohlleiter soll eine Wolle des H 1D--Typs angeregt werden. Der sich an die Koaxialleitung anschließenfie Anfangsteil des Hohlleiters 3 ist mit dem Dielektrikum 7 ausgefüllt, welches vorzugsweise eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzt. Demgegen- über besteht das Dielektrikum des Koaxialleitungateiles in dem dargestellten Beispiel aus Luft von gewöhnlichem Atmosphären- druck oder geringem Überdruck, so daß dort die Dielektrizitätekonstante gleich eins gesetzt werden kann. Die Kopplung zwischen dem Koaxialteil und dem Hohlleiter erfolgt nun in der dargestellten Ausführungsform der Kopplungseinrichtung weder durch einen als Antenne wirkenden Stift noch durch eine als Rahmenantenne wirkende Koppelschleife, sondern durch eine am Ende des Innenleiters 2 des Koaxialleitungsteilea vorgesehene Koppelfläche, welche in bezug auf das Dielektrikum ? des Hohl- leiterteiles so angeordnet ist, daß in diesem Dielektrikum quer zur Längserstreckung verlaufende elektrische Feldlinien erzeugt werden, die sich wenigstens zum Teil von der Koppelfläche ablösen und eine elektromagnetische Welle anregen, deren Fortschreitungsrichtung von der Kcpplungsstelleinden Hohlleiter hinein gerichtet ist. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der Innenleiter 2 des Koaxialleitungsteiles von dein Durchmesser d1 auf den geringeren Durchmesser d2 abgesetzt ist" wobei der Teil geringeren Durch- messers die Länge c besitzt. Dieser dünnere Teil 6 endet in der Halbkugel 5, deren untere Hälfte, also der Oberfläche nach ein Viertel der gesamten Kugeloberfläche, in inniger Berührung mit einer entsprechenden hohlkugelförmigen Aussparung an der Kante des Dielektrikums 7 des Hohlleiteranfanges steht. Dieses Dielektrikucn 7 ist in den Raum der Koaxialleitung hinein um das Stück der Länge a vorgeschoben. Es bilden sich in der Anzx°dnung also zwei Stufen, nämlich erstens die Stufe des Dielektrikums 7, deren Vorderkante in der hohlkugelförmigen Aussparung diß Kopplungsfläche mit dem Innenleiter der Koaxial- leitung bildet, und zweitens die Stufe des Außenleiters 1 der Koaxialleitung, welche mit 4 bezeichnet ist und die Verbindung der oberen Dockflächen des Koaxialleitungsteiles und des Hohl- leiters darstellt. Der Außenleiter 1 des Koaxialleitungsteiles hat wenigstens im Bereich der@Kopplungseinrichtung einen rechteckigen Querschnitt von derselben Breite wie der Hohlleiter 39 so daß sich die Seitenwände des Außenleiters des Koaxialleitungsteiles in die Seitenwände des Hohlleiters 3 fortsetzen. Außerdem setzt sich auch die untere Fläche des Außenleiters 1 in der entsprechenden Hohlleiterwand fort. Bei der Stufe 4 ist jedoch die Höhe hl des Querschnittes im Koaxialleitungsteil ungefähr auf die Hälfte- verringert, so daß sich für den Querschnitt des iIohl-Leiters die Höhe h2 ergibt. Außerhalb des Bereiches der Kopp- lungseinrichtung kann im Koaxialleitungsteil der rechteckige Außenleiter 1 in einen Außenleiter mit Kreisquerschnitt über- gehen. Von diesem Übergang an kann der Koaxialleitungsteil durch eine Koaxialleitung handelsüblichen Ausmaßes gebildet sein. Es ist-ersichtlich, daß die Kopplungsfläche :a welche in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als-Halbkugel dargestellt ist, nicht unbedingt kugelförmig gestaltet qein muß. Der Innenleiter 2 des Koaxialleitungsteiles könnte auch in einem Rotationspara boloid enden oder es könnte auch auf einen Innenleiter 2 von rechteckigem Querschnitt einprismatischen Dach aufgesetzt sein, wodurch in gleicher Weine eine Anregung von Wellen des Hio-Typa möglich wäre. Die Kugelfläche ist jedoch vorzuziehen, weil sie die spannungssicherste Form darstellt und bei axialer Symmetrie eine einfache Berechnung der .
• an der Übergangsstelle auftretenden Kapazitäten und des ganzen Feldverlaufes ermöglicht. Sie besitzt darüber hinaus auch der- stellungstechnische Vorteile, weil ein Einschleifen den Innen- leiterondes in der kugelförmigen Höhlung den Isolierkörpern 7 möglich ist. Bei der Bemessung wird der Wellenwiderstand ZK des Koaxia.lteiles vorzugsweise gleich dein Wellenwiderstand Z11 des Hohl) Qterteilea gewählt, wobei eine Definition des letztgenannten Vellznwider-. atandes'zugrundegelegt wird, welche gleich dein Quo(-ienten raus der Spaarung zwiathen den l:ndpunltten der Str.ocnpfade uadidern Wandungsstroin des Hohlleiters in einem zur Hohlleiterachse senkrecht, geführten Schnitt ist. 'fn der Zeichnung sind von der Halbkugel 5 ausgehende elektrische Feldlinien mit unterbrochenen Linien angedeutete Soweit diese

  im oberen Teil der Anordnung zu der Raumecke übergelicri,welche

  -iursii die Stufe 4 gebildet wird, stellen sie eine reine kapa-

  zitive Belastung dar. Yen den im lsolierkörper 7 varlaufe.iden

  Feldlinien wird eich ein großer Teil bei der Uwkehi- der r'-izn@nta@-

  potentiale von der erzeugenden EJektrode, also vc.n de: uncerön Hälfte der Halbkugel 5, ablösen i_nd in dem Hohlleiter 3 ein; Welle des H10-Typs anregen, die in der Zeichnung nach rechte fortschreitet. Ein Teil der Feldlinien, welche sich nicht ablbaent stellt wie die Feldlinien im oberen Teil der Anordnung lediglich eine kapazitive Belastung dar. Die dadurch gebildete Kapazität zwischen der Halbkugel 5 und dem Außenleiter 1 wird durch eine vorgeschaltete induktivität in Gestalt des Innenleiter teil.ea 6. mit herabgesetztem Quert-chnitt kompensiert. In dar Zeichnung ist ein Innenleiter mit Kreisquersrhnitt vorausgesetzt = daß die Quersehnittsherabsetzung durch eine entsprechende Verminderung des Durchmessers von dl auf d2 verwirklicht ist. Die Länge des Stückes mit verr.ingcrtem Durchmesser: die in der Zeichnung mit. e bezeichnet ist; kinn dsrüh eine Übersrhlagsrechnung besf immt und durch Versuch korrigiert werden.. Es ist ersichtlich, daß die Abmessungen des Hohlleiters in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung eines Dielektrikums 7 von hoher Dielektrizitätskonstante gegenüber den Fall der Dielektrizitätskonstarite 1 wesentlinh ver, ringert sind. Die hohe Dielektrizitätsxonstante hat auch zur Folge, daß unter dem Einfluß den von der Halbkugel S in den dielektrischen Körper 7 eintretenden elektrischen Feldei in diesem hohe dielektrische Verschiebungsströme erregt werden, was der starken Anregung der gewünschten =inhlleiterwelle zugut kommt. Bei der Entstehung der Erfindung wurde an einen besonderen Verwendungszweck gedacht. La bestand die spezielle Aufgabe bei einem dochfrequenzgenerator der elektrischen Nachrichten=- technik ein Oberwellenfilter anzugeben welches dicht oberhalb der höchsten in Betracht kommenden Grundfrequenz einen sehr scharfen Übergang von seinem Sperrbereich zum Durchlaßbereich besitzen sollte. Bekanntlich lassen sich solche scharfen Über- ginge mit Hohlleitern bei der sogenannten Grenzfrequenz erzielen. Wird in dein betrachteten Fall der Hohlleiter so bemessen, daß für den zugrundegelegten Erregungstyp die Grenzfrequenz dicht oberhalb der höchsten -in Betracht kommenden (nicht zu dämpfenden) Grundfrequenz der Nachrichtenanlage liegt, so würde Energie der Grundfrequenz nicht in den Hohlleiter übertragen werden Oberhalb der Grenzfrequenz würden jedoch sämtliche einerwünschten fiarmonischenanteile auf den Hohlleiter übertragen werden können und in diesem zur Anregung von Hohlleiterwellen führen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist für diesen Verwendungs- zweck der rechte Teil des Hohlleiters mit einem dämpfenden. Dielektrikum in Gestalt von Wasser ausgefüllt. Dieses Dielektrikum Wasser ist in der Zeichnung mit 8 bezeichnet. Da Wasser bekanntlich eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 80 besitzt, werden die Ausmaße des Hohlleiters in erwünschter Weise verkleinert, jedoch ist es zur Vermeidung einer Stoßstelle zwischen den Dielektrika 7 und 8 erforderlich, daß auch das Dielektrikum 7 eine Dielektrizitätskonstante ungefähr in der Größe 80 benetzt. Derartige Dielektrizitätskonstanten lassen sich mit bestimmten bekannten Arten von Keramiken heute ohne Schwierigkeiten verwirklichen. Bei der praktischen Verwendung als überwellenfilter könnte die im linken Teil der Zeichnung dargestellte hoaxialleitung 1, 2 über eine in der Zeichnung nicht dargestellte und auch in beliebiger Weise ausführbare Kopplungseinrichtung an den Ausgangskreis des Nachrichtengenerators angekoppelt sein. Auf dieser Leitung ist dann sowohl Energie der Grundwelle als auch Energie sämtlicher störender Harmonischen vorhanden. Für die Grundwellebesttht keine Möglichkeit des Überganges vom Koaxialteil in den liohlleiterteilp weil der letztere mit der unterhalb seiner Grenzfrequenz liegenden Grundwelle nicht mehr angeregt worden kann. Die überwellenenergie tritt jedoch über die Kopplungseinrichtung irt den llohlleiterteil ein und wird in diesem bis zu ihrer völligen Auslöschung gedämpft. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die kapazitive Endbelastung der Halbkugel 5 durch die sich nicht ablösenden Feldlinien*durch eine einfache vorgeschaltete Reiheninduktivität kompensiert. Diese Kompensation gilt exakt nur für eine einzige Frequenz uud ist'mithin als relativ schmalbandig zu bezeichnen. Wenn dies als Mangel empfunden wird, können auch sämtliche bekannten Formen einer weitergehenden, frequenzunabhängigen Kompansation, beispielsweise in der Form von 'w-Filtergliedern, an dieser Stelle benutzt werden. Weitergehende Ausführungen zu diesem Punkt scheinen nicht erforderlich zu sein, da Methoden für derartige'Kompensationen dem Fachmann aus der Fachliteratur bekannt sind. Es kam hier nur darauf an, ein einfaches Beispiel für eine selcht Kompensation zu erläutern.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Kopplungseinrichtung für den im wesentlichen reflexionsfreien Überg*ang von einer Koaxialleitung auf einen Hohl-, leiter mit Reohteckquerschnitt zur Erregung einer Hohlleiterwelle der H1.-Form mit im Bereich des Überganges parallelachsigem Verlauf der beiden zu verbindenden Zeitungszüge, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (1) des Koaaialteiles einen Rechteckquerschnitt derselben Breite wie der Hohlleiter, jedoch von doppelter Höhe (h1) besitzt wie dieser, daß ferner der Außenleiter des Kcaxialteiles sich auf drei seiner Seiten in den entsprechenden Wänden des Hohlleiters (3) fortsetzt und auf seiner vierten Seite mit einer Stufe (4) auf die geringere Höhe (h2) des Hohlleiterteiles i:bergeht, daß außerdem das den Hohlleiterteil ausfüllende Dielektrikum (7) eine vielfach hphere Dielektrizitätsltonstante besitzt als das des Koaxialteiles und mit gleichem Querschnitt ein Stück von der @xingß (a) ungefähr gleich der halben Höhe (h1) des goaxialteiles in diesen hineinragt, und däß der in einer Halbkugel (5) endende Innenleiter (2) des Koaxialteiles mit einer in der freien Kante des in den Koazialteil hineinragenden Hohlleiterdielektrikums ausgebildeten Hohlkugel-, Fläche von vier -Größe eines Viertels der Kugeloberßlüohe in inniger Berührung steht. 2) Einrichtung.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand ZK des Koaxialteiles und der durch den Quotienten aus Spannung zwischen den Endpunkten der Strompfade und Wandungsstrom definierte @.,ellenvriderstand ZH des Hohlleiterteiles untereinander jrenigs tens aj-inähernd gleich sind. 3) Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die von dem nicht mit de± Hohlleiterdielektrikum (7) in Berührung stehenden `!'eil der Halbkugel (5) ausgehenden Feldlinien und die innerhalb dieses Dielektrikums eich nicht -ablösenden und nicht in die fortschreitende Welle eingehenden Feldlinien gebildete Kapazität zwischen der Halbkugel (5) und dem Außenleiter (1) durch eine vorgeschaltete Induktivität in Gestalt eines Innenleiterteiles (6) mit herabgesetztem Querschnitt kompensiert ist. 4) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichent, daß ein Hohlleiterdielektrikum (7) mit einer Dielektrizitätekonstante ungefähr von der Größe 80 gewählt ist. 5 I Einrichtung nach Anspru :h 4, gekennzeichnet durch ihre verw,andung zur Verbindung e:inas gedämpften Holilleitera mit Wasser (8) als DieIektrikum mit einer Koaxialleitung. b; LInr-i.chtung nach den Ansprüchen 4-und 5, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Hoalipaß mit sehr steilem Übergang des DämpfLUigsmaßes zwischen `IhzrchLaß-- und Sperrbereich zur Dämpfung störender Oberwehen der Grund- :3chw;.nguuig einer Hochfrequenz-Naehri.chfien-t'LiJ age, an @ralche die Koazialseite angeschlossen ist.