DE1903869A1 - Electromagnetic waveguide converter - Google Patents
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Description
Western Electric Company Incorporated Dietrich 1Western Electric Company Incorporated Dietrich 1
New York, N. Y. 10007 U.S.A.New York, N.Y. 10007 U.S.A.
Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzwandler, speziell auf einen Wandler für eine End-Ankopplung zwischen einem Rechteckhohlleiter und einem Parallelband-Mehrfachleitungs-Leiter, z.B. der Bandleitung.The invention relates to high frequency converters, specifically to a converter for end coupling between a rectangular waveguide and a parallel band multiple line conductor, e.g. the band management.
Gemischte Mikrowellenschaltungen, die teilweise in Form leitend begrenzter Hohlleiter und teilweise in Form paralleler Bandleiter vorliegen, sind mit der Entwicklung integrierter Mikrowellenschaltungsmethoden zunehmend populär geworden. Bei solchen Schaltungen ist es allgemein notwendig, die Energie ein- oder mehrmals zwischen Übertragungsleitungen dieser verschiedenen Typen zu übertragen. Die Technologie der gedruckten Schaltungen und der Dünnfilms-chaltungen ermöglichten integrierte Mikrowellenschaltungen, bei denen viele Mikrowellenfunktionen in einem einzigen Packet integriert sind, in welchem Bandleitungen als das einzige Übertragungsmedium durch das ganze Packet benutzt werden. Es sind jedoch einige Schaltungskomponenten noch nicht für einen direkten Bandleitungsanschluss brauchbar und müssen gegenwärtig an Hohlleiter angeschlossen werden. Ein solche Komponenten enthaltendes System mussMixed microwave circuits, some in the form of conductively limited waveguides and some in the form of parallel strip conductors have become increasingly popular with the development of microwave integrated circuit techniques. With such circuits it is generally necessary to transfer the energy one or more times between transmission lines of these different types. The technology of printed circuits and thin-film circuits enabled microwave integrated circuits in which many microwave functions were integrated into a single package are in which ribbon lines are used as the only transmission medium through the whole packet. However, there are some Circuit components are not yet usable for a direct strip line connection and currently have to be connected to waveguides will. A system containing such components must
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daher Verbindungsstellen zwischen Bandleitungen und Hohlleitern aufweisen. In vielen Fällen ist es bequem, den Hohlleiter und die Bandleitung in einer Ende-zu-Ende-Verbindung zu vereinigen, speziell wenn das System Komponenten aufweist, die sich für eine Ende-zu-Ende-Verbindung anbieten. In diesen Situationen ist eine Ende-zu-Ende-Verbindung ein mechanisches Hilfsmittel, das die konstruktiven Schwierigkeiten einer senkrechten Verbindung vermeidet. therefore connection points between ribbon cables and waveguides exhibit. In many cases it is convenient to combine the waveguide and ribbon cable in an end-to-end connection, especially if the system has components that are suitable for an end-to-end connection. In these situations there is a End-to-end connection a mechanical aid that avoids the structural difficulties of a vertical connection.
Die konstruktive Verbindung ist relativ einfach zu erreichen, aber die elektrische Kopplung bereitet Schwierigkeiten. Typischer weise muss ein Übergang zwischen der Bandleitungshauptschwingungsform TEM und der dominanten Schwingungsform TE- „ im Rechteckhohlleiter geschaffen werden.The constructive connection is relatively easy to achieve, however the electrical coupling causes difficulties. Typically there must be a transition between the main ribbon line waveform TEM and the dominant waveform TE- "in the rectangular waveguide be created.
Obgleich die Bandleitung und der Rechteckhohlleiter strukturelle Ähnlichkeiten besitzen, sind sie physikalisch verschieden und haben deshalb unterschiedliche Wellenwiderstände. Es sind daher Mittel erforderlich, um eine gute Impedanzanpassung für den End-Ankopp-ImIgS-TEM-TE1 -Übergang zu erhalten.Although the ribbon line and the rectangular waveguide have structural similarities, they are physically different and therefore have different wave resistances. Means are therefore required to obtain a good impedance match for the end-coupling-ImIgS-TEM-TE 1 transition.
Entsprechend der Erfindung ist ein Teil der Bandleitung längsweise in einen Hohlleiter in Ende-zu-Ende-Beziehung eingesetzt. Strukturelle Elemente sowohl der Bandleitung als auch des HohlleitersAccording to the invention, a portion of the ribbon line is longitudinal inserted into a waveguide in end-to-end relationship. Structural Elements of both the ribbon line and the waveguide
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sind in einem Übergangsbereich, koextensiv und innerhalb dieses Bereiches werden die Feldmuster der TEM-Bandleitungsschwingungsform und der TE.. »-Hohlleiterschwingungsform koextensiv geführt. Das TEM-Feldmuster wird im Übergangsbereich durch den Mittelleiter sowie durch einen der beiden Erdungsebenen der Bandleitung, die sich durch eine öffnung in einer Endwand des Hohlleiters in den Übergangsbereich erstreckt, geführt. Die verlängerte Erdungsebene ist eine beabsichtigte oder gedachte Oberfläche in einer ersten Weitseitenwand des Hohlleiters. Im Übergangsbereich wird das TE1 _-Feldmuster vom Hohlleiterkanal geführt, der mit dem Kanal aus s er halb des Übergangsbereichs identisch ist, ausgenommen der erwähnten Beabsichtigung.are in a transition area, co-extensive and within this area the field patterns of the TEM stripline waveform and the TE .. »waveguide waveform are guided coextensively. The TEM field pattern is guided in the transition area through the center conductor and through one of the two grounding planes of the ribbon line, which extends through an opening in an end wall of the waveguide into the transition area. The extended ground plane is an intended or imaginary surface in a first wide side wall of the waveguide. In the transition area, the TE 1 _ field pattern is guided by the waveguide channel, which is identical to the channel from half of the transition area, with the exception of the aforementioned intention.
Im Übergangsbereich findet eine Kopplung statt, wo die Feldmuster beider Übertragungsmedien koextensiv sind. Der Bandleitungs-Leiter wird im Wege einer Kurzsohlussverbindung an eine zweite Breitseitenwand des Hohlleiters mit Hilfe eines Schraubenmechanismus in einer Weise angeschlossen, die eine Wechselwirkung der Feldmuster beider Schwingungsformen erzeugt. Es wird daher eine Impedanzanpassung ermöglicht, weil die Feldmuster innerhalb des Übergangsbereichs koextensiv sind.A coupling takes place in the transition area, where the field patterns of both transmission media are coextensive. The ribbon conductor is connected to a second broad side wall by means of a short base connection of the waveguide connected by means of a screw mechanism in a way that an interaction of the field pattern both waveforms generated. An impedance matching is therefore made possible because the field patterns within the Transition area are coextensive.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und anhand eines 909833/1012The invention is characterized in the claims and based on one 909833/1012
Ausführungsbeispiels in der Zeichnung beschrieben; es zeigen: Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Schrägansicht eines er-Embodiment described in the drawing; The figures show: FIG. 1 a partially cut-away oblique view of a
findungsgemäss ausgebildeten End-Ankopplung-Hohl-L-. leiter/Bandleitungs-Wandlers,end coupling-hollow-L- designed according to the invention. conductor / stripline converter,
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht des WandlersFigure 2 is a top plan view, partially cut away, of the transducer
nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2.according to Fig. 1 and
FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines End-Ankopplungs,-überganges zwischen einem Rechteckhohlleiter und einer Parallelleiter-Bandleitung dargestellt. Der Übergang zwischen der TEM-Schwingungsform in der Bandleitung 11 und der TE^-Schwingungsform im Hohlleiter 10 tritt im Übergangsbereich auf.In the drawing is an embodiment of an end coupling, transition shown between a rectangular waveguide and a parallel conductor ribbon cable. The transition between the TEM waveform in the ribbon line 11 and the TE ^ oscillation form in the waveguide 10 occurs in the transition area.
Der Kanal der Hohlleiters 10 ist durch eine obere Wand 19 und eine hierzu parallele untere Wand 20, ferner durch parallele Schmalseitenwände 35 und 36 und durch eine Stirnwand 21 definiert, die in einen Körper 15 eingeschnitten sind. Der Hohlleiter 10 ist zum Anschluss an weitere Hohlleiterstrecken (nicht dargestellt) vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform kann ein zusätzliches Hohlleiter stück an den Hohlleiter 10 mit Hilfe von Schraubenbolzen befestigt werden, die durch Bohrungen 32 im Flansch 31 und durch entsprechende Bohrungen in einem entsprechenden Flansch des an-The channel of the waveguide 10 is through a top wall 19 and a this parallel lower wall 20, further defined by parallel narrow side walls 35 and 36 and by an end wall 21, the are cut into a body 15. The waveguide 10 is for Connection to further waveguide sections (not shown) is provided. In the illustrated embodiment, an additional Waveguide piece to be attached to the waveguide 10 with the help of bolts through holes 32 in the flange 31 and through corresponding holes in a corresponding flange of the other
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zuschliessenden Hohlleiter Stückes hindurehgesteckt werden. Die Bandleitung 11 ist als längs den Linien 14 und 141 abgeschnitten dargestellt und weist einen dünnen Bandmittelleiter 12 auf, der zwischen einem Paar Erdungsebenen 16 und 17 liegt. Der Bandleiter hat einen fixierten Abstand a von der Erdungsebene 16 und einen fixierten Abstand b von der Erdungsebene 17. Der Bandleiter 12 ist typischerweise dadurch abgestützt, dass er durch ein auf eine Stützunterlage 18 aus hochdielektrischem Material aufplattiertes oder aufgedrucktes leitendes Material gebildet ist. Die Erfindung kann auch in Verbindung mit Bandleitungen verwendet werden, die selbsttragende Mittelleiter besitzen, oder in Verbindung mit Leitungen, bei denen die Erdungsebenen in der vertrauten Sandwich-Konstruktion miteinander oder mit plattierten Oberflächen verbunden sind.Closing waveguide piece can be plugged in. The ribbon conductor 11 is shown cut along the lines 14 and 14 1 and has a thin ribbon center conductor 12 which lies between a pair of ground planes 16 and 17. The strip conductor has a fixed distance a from the ground plane 16 and a fixed distance b from the ground plane 17. The strip conductor 12 is typically supported in that it is formed by a conductive material that is plated or printed on a support base 18 made of high dielectric material. The invention can also be used in connection with ribbon cables having self-supporting center conductors or in connection with cables in which the ground planes are connected to one another or to clad surfaces in the familiar sandwich construction.
Entsprechend der Erfindung sind die konstruktiven Glieder sowohl der Bandleitung 11 als auch des Hohlleiters 10 innerhalb eines Übergangsbereichs koextensitf zueinander. Ein Teil der Bandleitung 11 ist in den Hohlleiter 10 durch eine öffnung in der Stirnwand 21 eingesetzt. Der Bandmittelleiter 12 und seine Stütz unterlage 18 erstrecken sich in den Hohlleiter 18 um die Entfernung d über die Stirnwand 21 hinaus. Die leitende Erdungsebene 17, die bei der dar-According to the invention, the structural members of both the ribbon line 11 and the waveguide 10 are within a transition area coextensitf to each other. Part of the ribbon line 11 is inserted into the waveguide 10 through an opening in the end wall 21. The ribbon center conductor 12 and its support pad 18 extend into the waveguide 18 by the distance d over the Front wall 21 also. The conductive ground plane 17, which is
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gestellten Ausführungsform eine Breite ν wesentlich kleiner als die Breite g des Hohlleiters 10 hat, erstreckt sich in den Hohlleiter auf eine Entfernung e über die Stirnwand 21 hinaus. Die Erdungsebene 16 hört an der Stirnwand 21 auf.The embodiment provided has a width ν significantly smaller than the width g of the waveguide 10, extends into the waveguide to a distance e beyond the end wall 21. The ground plane 16 ends at the end wall 21.
Im Übergangsbereich ist der Bandleiter 12 im Wege einer Kurz-Schlussverbindung an die obere Wand 19 des Hohlleiters 10 mit Hilfe eines leitenden Kontaktzapfens 22 angeschlossen, der in einer zylindrischen Bohrung einer Schraube 23 unter dem Druck einer Feder geführt ist. Der vom Zapfen 22 auf den Bandleiter 12 ausgeübte Druck kann durch entsprechendes Verdrehen der Schraube 23 eingestellt werden, die zu diesem Zweck in einer die Wand 19 durchsetzenden Gewindebohrung im Körper 15 geführt ist. Die Feder konstante der Feder 24 und die Einstellung der Schraube 23 sind so gewählt, dass elektrischer Kontakt zwischen der Hohlleiterwand und dem Leiter aufrechterhalten wird, ohne dass der Bandleiter 12 oder die Stützunterlage 18 brechen.In the transition area, the strip conductor 12 is by way of a short-circuit connection connected to the upper wall 19 of the waveguide 10 by means of a conductive contact pin 22, which is in a cylindrical Bore of a screw 23 is guided under the pressure of a spring. The pressure exerted on the ribbon conductor 12 by the pin 22 can be adjusted by appropriately turning the screw 23, which for this purpose penetrates the wall 19 Threaded hole in the body 15 is performed. The spring constant of the spring 24 and the adjustment of the screw 23 are chosen so that electrical contact between the waveguide wall and the conductor is maintained without the strip conductor 12 or the support pad 18 break.
Der durch den Zapfen 22 solcherart gebildete Kurzschluss koppelt die TEM-Schwingungsformströme in ein Magnetfeld, das den Kurzsehlussmechanismus umgibt und in der Ebene des Magnetfeldes der TE j -Schwingungsform des Hohlleiters 10 liegt. Um die Feldmuster der TE1 - und der TEM-Schwingungsformen in einem Übergangs-The short circuit formed in this way by the pin 22 couples the TEM waveform currents into a magnetic field that surrounds the short circuit mechanism and lies in the plane of the magnetic field of the TE j waveform of the waveguide 10. To see the field patterns of the TE 1 and the TEM waveforms in a transitional
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bereich koextensiv zueinander zu machen und um einen glatten Übergang der Energie zwischen diesen Schwingungsformen zu erhalten, muss sich der Hohlleiterkanal durch den ganzen Übergangsbereich erstrecken, um die TE1 --Schwingungsform zu führen, und müssen die Erdungsebene 17 und der Bandleiter 12 so angeordnet werden, dass sie TEM-Fortpflanzung durch den ganzen Bereich liefern. Die Ebene 17 und der Leiter 12 müssen sich über die Kurzschlussteile hinaus erstrecken, um unerwünschte Effekte auf das TEM-Schwingungsform-Feld im Bereich des Kurzschlusses vermeiden. Die Erdungsebene 16 ist an der Stirnwand 21 abgeschlossen, um einen Kurzschluss zwischen dem Leiter 12 und der Ebene 16 zu vermeiden, der das TEM-Schwingungsform-Feld beeinträchtigen würde. Die Wand 19 erstreckt sich über die Kurzschlußschraube hinaus, um unerwünschte Einwirkungen auf das TE- --Schwingungsform-Feld im Bereich des Kurzschlusses zu vermeiden.To make the area coextensive with one another and to obtain a smooth transition of the energy between these waveforms, the waveguide channel must extend through the entire transition area in order to guide the TE 1 waveform, and the ground plane 17 and the strip conductor 12 must be arranged in this way that they provide TEM propagation through the whole range. The plane 17 and the conductor 12 must extend beyond the short-circuit parts in order to avoid undesirable effects on the TEM waveform field in the area of the short-circuit. The ground plane 16 is terminated at the end wall 21 in order to avoid a short circuit between the conductor 12 and the plane 16, which would impair the TEM waveform field. The wall 19 extends beyond the short-circuit screw in order to avoid undesirable effects on the TE - oscillation form field in the area of the short circuit.
Es wird angenommen, dass die beste Impedanzanpassung erhalten wird, wenn der Bandmittelleiter 12 in der Ebene der unteren Wand liegt. Jedoch erhält man auch guten Betrieb, wenn der Abstand zwischen der Ebene des Leiters 12 und der Ebene der Wand 20 klein ist im Vergleich zur Höhe h des Hohlleiters 10. Auch vereinfacht ein kleiner Abstand die mechanische Stützung des Leiters 12 im Über-It is believed that the best impedance match is obtained when the ribbon center conductor 12 is in the plane of the bottom wall lies. However, good operation is also obtained when the distance between the plane of conductor 12 and the plane of wall 20 is small compared to the height h of the waveguide 10. A small distance also simplifies the mechanical support of the conductor 12 in the over-
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gangsbereich. Der Leiter 12 ist als in einer Ebene liegend dargestellt, die um die Dicke der Stützunterlage 18 oberhalb der Ebene der Wand 20 verläuft. Die Stützunterlage 18 liegt auf der Wand 20 innerhalb des Übergangsbereichs auf, sowie auf Kanälen 37 und 38, die so eingearbeitet sind, dass sie mit der Oberfläche 20 auf der Bandleitungsseite des Übergangsbereichs fluchten. Da es empfehlenswert ist, dass der Leiter 12 so dicht wie möglich bei der Ebene der Wand 20 liegt, wird eine Änderung im Abstand f zwischen den Erdungsebenen 16 und 17 der Bandleitung 11 automatisch den Versetzungsbetrag c ändern, und eine Änderung in der Höhe h des Hohlleiters 10 wird bei der Versetzungsstufe k kompensiert. Daher können für Bandleitungen und Hohlleiter beliebiger Grosse die Mittellinien der Bandleitung und des Hohlleiters, die jeweils in der Ebene zwischen den Erdungsebenen der Bandleitung bzw. in der Mitte zwischen den Breitseitenwänden des Hohlleiters liegen, aufrechterhalten werden. Selbst wenn die Höhe h und der Abstand f gleich sind, wird ψ noch eine Versetzung existieren.aisle area. The conductor 12 is shown as lying in a plane which runs the thickness of the support pad 18 above the plane of the wall 20. The support pad 18 rests on the wall 20 within the transition area, as well as on channels 37 and 38 which are incorporated in such a way that they are flush with the surface 20 on the stripline side of the transition area. Since it is recommended that the conductor 12 be as close as possible to the plane of the wall 20, a change in the distance f between the ground planes 16 and 17 of the ribbon conductor 11 will automatically change the amount of displacement c, and a change in the height h des Waveguide 10 is compensated for at the offset stage k. Therefore, for ribbon lines and waveguides of any size, the center lines of the ribbon line and the waveguide, which are each in the plane between the ground planes of the ribbon line or in the middle between the broad side walls of the waveguide, can be maintained. Even if the height h and the distance f are the same, there will still be a dislocation ψ.
Es wurde gefunden, dass eine Feineinstellung der Impedanzanpassung erhalten werden kann durch Anordnen eines konzentrierten Blindwiderstandes, beispielsweise 41, am Bandleitungsmittelleiter in bestimmter Entfernung vom Übergangsbereich. Die Verwendung solcherIt has been found that fine-tuning the impedance matching can be obtained by arranging a concentrated reactance, for example 41, on the stripline center conductor in certain Distance from the transition area. The use of such
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konzentrierter Blindwiderstände ist allgemein bekannt. Eine zusätzliche Einstellmöglichkeit kann erhalten werden durch eine kapazitive Kopplung des Leiters 12 an die verlängerte Erdungsebene 17 innerhalb des Übergangsbereichs. Eine der zahlreichen Möglichkeiten hierfür ist in der Zeichnung dargestellt. Eine Schraube 42 ist in einer entsprechenden Gewindebohrung im Körper 15 koaxial zur Schraube 23 eingesetzt. Die Schraube 42 durchsetzt die Erdungsebene 17 und hebt effektiv einen Teil der Erdungsebene 17 an oder senkt diesen ab, um die Kopplung zwischen der Erdungsebene 17 und dem Mittelleiter 12 zu ändern.concentrated reactances is well known. An additional Adjustment can be obtained by capacitive coupling of the conductor 12 to the extended ground plane 17 within of the transition area. One of the numerous possibilities for this is shown in the drawing. A screw 42 is in a corresponding threaded hole in the body 15 is inserted coaxially to the screw 23. The screw 42 penetrates the ground plane 17 and effectively raises or lowers a portion of the ground plane 17 in order to establish the coupling between the ground plane 17 and the center conductor 12 to change.
Als spezielles Beispiel ist ein End-Ankopplungsübergang mit guter Impedanzanpassung zur Kopplung eines Hohlleiters 10 mit einer Bandleitung 11 gebaut worden, wobei die Bandleitung 11 einen infinitesimal dicken Bandmittelleiter 12 der Breite w * 2, 89 mm (0,114 Zoll) aufwies, der auf eine Unterlage 18 einer Dicke von 0, 609 mm (0, 024 Zoll) auf plattiert war, sowie Erdungsebenen 16 und 17 mit Breiten von ν * 15, 25 mm (0, 600 Zoll) aufwies, die vom Bandleiter 12 die Entfernungen a * 1, 27 mm (0, 050 Zoll) bzw. b * 1, 904 mm (0, 075 Zoll) hatten. Die Höhe h zwischen den Breitseitenwänden 19 und 20 des. Hohlleiters 10 betrug 2, 54 mm (0,100 Zoll), und die Breite der Breitseitenwände 19 und 20 betrug g * 40,3 mm (1, 590ZoIl).A specific example is an end coupling junction with good impedance matching for coupling a waveguide 10 to a ribbon line 11, the ribbon conductor 11 being an infinitesimally thick ribbon center conductor 12 of width w * 2.89 mm (0.114 inch) which was clad on a pad 18 with a thickness of 0.609 mm (0.024 inches), and ground planes 16 and 17 with Widths of ν * 0.600 inches (15.25 mm) taken from the tape conductor 12 the distances a * 1.27 mm (0.050 inch) and b * 1.904 mm (0.075 inches). The height h between the broad side walls 19 and 20 of the waveguide 10 was 2.54 mm (0.100 inches), and the The width of the broad side walls 19 and 20 was g * 40.3 mm (1.590 inches).
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ίοίο
Die Erdungsebene 17 erstreckte sich in den Hohlleiter 10 um die Entfernung e * 11, 8 mm (0,465 Zoll) vor, und zwar bei einer Versetzung c * 1, 27 mm (0, 050 Zoll) gegenüber der Fluchtung mit der Wand 20. Die Unterlage 18 und der Bandleiter 12 erstreckten sich in den Übergangsbereich um die Entfernung d * 7, 62 mm (0, 300 Zoll) vor, wo der Bandleiter 12 mit der Wand 19 mit Hilfe einer Schraube kurzgeschlossen war, deren Achse 4, 74 mm (0, 187 Zoll) von der Stirnwand 21 entfernt war. Die resultierende Versetzung der Mittellinien war s « 0, 964 mm (0, 038 ZoU).The ground plane 17 extended into the waveguide 10 around the Distance e * 11.8 mm (0.465 in) in front of an offset c * 1.27 mm (0.050 in.) from alignment with the Wall 20. Pad 18 and strip conductor 12 extended into the transition area a distance d * 7.32 mm (0.300 inches) before where the ribbon conductor 12 was shorted to the wall 19 by a screw whose axis was 4.74 mm (0.187 inches) from the Front wall 21 was removed. The resulting offset of the centerlines was 0.964 mm (0.038 inches).
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Claims (5)
Ebene des Bandmittelleiters (12) von der Ebene der zweiten der Breitseitenwände (20) des Hohlleiters (10) um einen Abstand getrennt ist, der klein ist im Vergleich zum Abstand zwischen der ersten und der zweiten Breitseitenwand (19 bzw. 20) des Hohlleiters (10).4. Converter according to claim 2, characterized in that the
The plane of the central strip conductor (12) is separated from the plane of the second of the broad side walls (20) of the waveguide (10) by a distance which is small compared to the distance between the first and second broad side walls (19 or 20) of the waveguide ( 10).
parallel zu der ersten Oberfläche verläuft und in der Ebene der zweiten. (20) der Breitseitenwände des Hohlleiters (10) liegt.5. Converter f. According to claim 2, characterized in that the strip conductor (12) is mounted on a first surface of a support pad (18) which is arranged so that its second surface
parallel to the first surface and in the plane of the second. (20) of the broad side walls of the waveguide (10) is located.
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