DE19545493A1 - Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter-Koaxialkabel-Adap­ ter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter wird verwendet, um elektromagnetische Wellen aus einer Koaxialleitung in eine Hohlleitung zu übertragen und/oder umgekehrt. Dabei sind insbesondere die Anpaßungsbandbreite, Einfügungsverluste sowie Spitzenleistungsverträglichkeit wichtige elektrische Eigenschaften. Bei einer industriellen Serienfertigung sind weiterhin Gewicht, Herstellungskosten sowie die me­ chanische Gestalt wichtige Größen.

Fig. 1 zeigt einen als Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter verwendbaren sogenannten Vertikal-Koppler, der mit einer sogenannten E-Feld-Sondenkopplung arbeitet. Dabei ist ein Hohlleiter HO an einem Ende mit einer Hohlleiter-Rückwand HR abgeschlossen. Durch eine Seitenwand des Hohlleiters HO ist in einem Abstand D, z. B. D ≈ λ/4, wobei λ die Wellen­ länge der im Hohlleiter HO geführten Welle ist, ein Koax­ ial-Innenleiter KI elektrisch isoliert in den Hohlleiter HO eingeführt. Der Koaxial-Innenleiter KI ist an seinem einen Ende innerhalb des Hohlleiters HO mit einer Koppel­ scheibe KS abgeschlossen. Diese und der Koaxial-Innenlei­ ter KI bilden die bereits erwähnte E-Feld-Sonde. An dem anderen Ende des Koaxial-Innenleiters KI befindet sich eine derzeit übliche Koaxial-Buchse KB, die an der Sei­ tenwand des Hohlleiters HO befestigt ist, z. B. durch eine Schraubenverbindung. An die Koaxial-Buchse KB kann ein mit einem entsprechenden Koaxial-Stecker versehenes Koaxial­ kabel angeschlossen werden. Alternativ zu dieser mecha­ nisch lösbaren Steckverbindung ist es möglich, statt der Koaxial-Buchse KB ein nicht dargestelltes Koaxialkabel unmittelbar an dem Hohlleiter zu befestigen, so daß ein nicht lösbarer Vertikal-Koppler entsteht. Derartige Ver­ tikal-Koppler besitzen zwar vorteilhafterweise eine große relative elektrische Bandbreite sowie geringe elektrische Einfügungsverluste. Es kann aber in nachteiliger Weise lediglich eine geringe elektrische Spitzenleistung ein- oder ausgekoppelt werden.

Fig. 2 zeigt einen sogenannten In-Line-Koppler, bei dem eine sogenannte H-Feld-Sondenkopplung verwendet wird. Der dargestellte mechanisch lösbare In-Line-Koppler besteht aus einer an der Hohlleiter-Rückwand HR befestigten Koa­ xial-Buchse KB. Ein daran befestigter und in dem Innenraum des Hohlleiters HO befindlicher Koaxial-Innenleiter KI ist als elektrisch wirksame Schleife ausgebildet, so daß eine magnetisch wirksame Sonde (H-Feld-Sonde) entsteht. Alter­ nativ dazu ist es ebenfalls möglich, ein nicht dargestell­ tes Koaxialkabel unmittelbar an der Hohlleiter-Rückwand HR zu befestigen. Ein solcher In-Line-Koppler ermöglicht zwar, bezogen auf den Vertikal-Koppler entsprechend Fig. 1, ein Ein- oder Auskoppeln von wesentlich höheren Spit­ zenleistungen. Es ist aber in nachteiliger Weise eine ge­ ringe relative elektrische Bandbreite vorhanden. Diese kann bedarfsweise vergrößert werden durch eine mechanisch hochgenau hergestellte Schleife des Koaxial-Innenleiters KI und an diese Schleife angepaßte Anpaßungselemente, bei­ spielsweise Abstimmstifte innerhalb des Hohlleiters HO im Bereich des Koaxial-Innenleiters KI. Eine derartige Anord­ nung ist in nachteiliger Weise technisch aufwendig und da­ her ungeeignet für eine industrielle Serienfertigung.

Aus der US-PS 5,331,332 ist weiterhin ein In-Line-Koppler mit einer E-Feld-Sondenkopplung bekannt. Dabei wird außen an einer Hohlleiter-Rückwand eine Koaxial-Buchse befe­ stigt. Deren Innenleiter wird elektrisch isoliert durch die Hohlleiter-Rückwand hindurch longitudinal (parallel zur Längsachse des Hohlleiters) in den Hohlleiter hinein­ geführt und dort abgebogen, so daß eine E-Feld-Sondenkopp­ lung entsteht. Eine derartige Anordnung ist aus mechani­ schen Gründen nicht mit einem Koaxialkabel allein reali­ sierbar. Denn für dieses müßte an der Außenwand der Hohl­ leiter-Rückwand eine mechanische Halterung vorhanden sein, damit der Innenleiter immer an einer vorgebbaren Position im Inneren des Hohlleiters gehalten werden kann. Eine solche Halterung ist in nachteiliger Weise technisch aufwendig und damit kostenungünstig. Außerdem benötigt die Halterung nachteiligerweise einen durch deren Konstruktion bedingten zusätzlichen Raum, so daß dadurch die mechani­ sche Länge des Hohlleiters vergrößert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gat­ tungsgemäßen Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter anzugeben, der als In-Line-Koppler ausgebildet ist, eine E-Feld-Son­ den-Kopplung für hohe Spitzenleistungen besitzt, lediglich für ein Koaxialkabel geeignet ist, mechanisch robust und platzsparend sowie kostengünstig ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 3 bis Fig. 6 schematisch dargestellte Schnitte durch Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Hohlleitern, die für den 5-6 GHz-Bereich geeignet sind, näher erläu­ tert.

Solche metallischen Hohlleiter besitzen beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer Innenbreite b von ungefähr b = 35 mm, einer Innenhöhe h von ungefähr h = 15 mm und einer Wandstärke w von ungefähr w = 1 mm (Fig. 3a, 3b). Bei den Beispielen wird ein Koaxialkabel KK verwendet, das vorzugsweise als sogenanntes halbstarres Kabel ("Semi Rigid Cable") ausgebildet ist. Ein solches Koaxialkabel KK besitzt zumindest einen Innenleiter KI, eine diesen konzentrisch umgebende dielektrische Schicht und einen diese konzentrisch umgebenden metallischen Außenleiter, der beispielsweise einen Außendurchmesser von ungefähr 3,5 mm besitzt.

Fig. 3a und Fig. 3b zeigen einen Längs- bzw. Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel. Dieses zeigt einen Hohlleiter HO, dessen ein Ende mit einer Hohlleiter-Rück­ wand HR verschlossen ist. Bei einer Hohlleiter-Seitenwand, die im folgenden auch Hohlleiterboden HB genannt wird, ist an deren an die Hohlleiter-Rückwand HR angrenzenden Ende eine Nut NU vorhanden. Diese ist ungefähr in der Mitte (Fig. 3b) der Querschnittsseite des Hohlleiterbodens HB angeordnet und besitzt beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius, der ungefähr demjenigen des Außenleiters des Koaxialkabels KK entspricht. Die Nut NU ist im wesentlichen parallel zur Längsachse des Hohllei­ ters HO angeordnet und hat eine Länge, die beispielsweise einige Millimeter größer ist als der bereits erwähnte Ab­ stand D (Fig. 3a, Fig. 1). Die Hohlleiter-Rückwand HR be­ sitzt im Bereich der Nut NU eine kreisförmige Durchgangs­ bohrung, deren Durchmesser zweckmäßigerweise geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Außenleiters des Koaxialkabels KK. Dadurch ist es entsprechend Fig. 3a mög­ lich, das Koaxialkabel KK durch die Bohrung in der Hohl­ leiter-Rückwand HR in die Nut NU zu schieben und dort den Außenleiter elektrisch leitend mit dem Hohlleiterboden HB sowie der Hohlleiter-Rückwand HR zu verbinden, beispiels­ weise durch eine Kleb- oder Lötverbindung. Dadurch ist das Koaxialkabel KK vorteilhafterweise mechanisch, und damit elektrisch, genau vorherbestimmbar bezüglich der Hohllei­ ter-Rückwand HR und des Hohlleiterbodens HB in mechanisch zuverlässiger und robuster Weise befestigt. Die Durchfüh­ rung des Koaxialkabels KK durch die Hohlleiter-Rückwand HR ist durch die Kleb- oder Lötverbindung vorteilhafterweise gasdicht, so daß eine Verschmutzung des Innenraumes des Hohlleiters HO vermieden wird. An der Außenseite der Hohl­ leiter-Rückwand HR wird also vorteilhafterweise keine Hal­ terung für das Koaxialkabel KK benötigt. Dieses kann daher beispielsweise unmittelbar an der Hohlleiter-Rückwand HR abgeknickt werden mit dem zulässigen kleinsten Krümmungs­ radius. Dadurch ist eine sehr platzsparende, gewichts- und kostengünstige Verkabelung möglich.

Innerhalb des Hohlleiters KO ist der Innenleiter KI des Koaxialkabels KK abgeknickt, beispielsweise um einen Win­ kel von ungefähr 90° und ungefähr bis zur Querschnitts­ mitte des Hohlleiters HO geführt (Fig. 3a, 3b). Auf dem im Hohlleiter HO befindlichen Ende des Innenleiters KI befin­ det sich eine Koppel-Scheibe KS, die beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 5 mm besitzt und elektrisch lei­ tend auf dem Innenleiter KI befestigt ist, beispielsweise durch ein Lötverbindung.

Mit einer solchen Anordnung ist beispielsweise in dem be­ reits erwähnten 5-6 GHz-Bereich bei einer relativen Band­ breite von ungefähr 10% eine Spitzenleistung von ungefähr 10 kW übertragbar.

Es ist ersichtlich, daß bei der beschriebenen Anordnung entsprechend Fig. 3a, 3b die mechanische Festigkeit zwi­ schen Koaxialkabel KK und Hohlleiterboden HB im wesent­ lichen von der verwendeten Kleb- oder Lötverbindung ab­ hängt. Das heißt, möglicherweise vorhandene und/oder bei weiteren Montagevorgängen entstehende mechanische Bela­ stungen (Spannungen) sind im wesentlichen durch die Kleb- oder Lötverbindung begrenzt.

Die Fig. 4a, 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel, das sich von denjenigen entsprechend Fig. 3a, 3b lediglich dadurch unterscheidet, daß das Koaxialkabel KK mechanisch beson­ ders stabil mit dem Hohlleiterboden HB sowie der Hohllei­ ter-Rückwand HR elektrisch leitend verbunden ist. Dieses wird dadurch erreicht, daß der Hohlleiterboden HB und/oder die Hohlleiter-Rückwand HR im Bereich des Koaxialkabels KK als hülsenförmige Durchführung DU ausgebildet sind. Die Durchführung DU besitzt eine kreisförmige Bohrung, deren Durchmesser vorzugsweise geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Außenleiters des Koaxialkabels KK. Dadurch läßt sich dieses im wesentlichen formschlüssig in den Hohlleiter einschieben und in der beschriebenen Weise durch eine Kleb- oder Lötverbindung befestigen. Diese stellt dann nur die elektrische Verbindung zwischen dem Koaxialkabel KK und der Durchführung DU (Hohlleiter HO) her. Dagegen werden die erwähnten mechanischen Belastungen (Spannungen) vorteilhafterweise durch die mechanische Kon­ struktion der Durchführung (Länge und Dicke der Wandstär­ ke) aufgefangen und begrenzt.

Die Anordnung entsprechend Fig. 4a, 4b hat außerdem den Vorteil, daß innerhalb des Innenraumes des Hohlleiters HO allenfalls vernachlässigbare Kleb- oder Lötmittelreste vorhanden sind. Dadurch können insbesondere durch diese keine störenden Beeinflussungen des elektrischen Feldes auftreten. Denn dieses ist lediglich durch die Form der Durchführung und nicht durch diejenige der Kleb- oder Löt­ verbindung bestimmt.

Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Ausführungsbeispiele zur Übertragung einer hohen Spitzenleistung.

Das Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen entsprechend Fig. 4a, 4b lediglich da­ durch, daß zwei E-Feld-Sonden KS, KI nebeneinander in einem gemeinsamen Hohlleiter HO angeordnet sind. Zu jeder E-Feld-Sonde gehört ein zugehöriges Koaxialkabel KK. Durch einen symmetrischen Aufbau (Anordnung) der E-Feld-Sonden in den Hohlleiter HO erfolgt eine gleichstarke Aufteilung der in diesem geführten Hohlleiterwelle auf die beiden E- Feld-Sonden und damit die beiden Koaxialkabel. Es entsteht also ein 3 dB-Leistungsverteiler für die Hohlleiterwelle.

Umgekehrt ist es auch möglich, mit zwei Signalen, die in den beiden Koaxialkabeln geführt werden, und den beiden E- Feld-Sonden in dem Hohlleiter eine Hohlleiterwelle anzure­ gen.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Hohl­ leiter entsprechend Fig. 5 spiegelsymmetrisch mit ihren Hohlleiterböden zusammengesetzt sind. Jeder Hohlleiter enthält, entsprechend Fig. 5, jeweils zwei E-Feld-Sonden.

Eine solche Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise eine Zusammenfassung der vier Koaxialkabel zu einem gemeinsamen sogenannten Kabelbaum. Dieser kann mechanisch kompakt und zuverlässig (erschütterungssicher) ausgeführt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs­ beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an­ wendbar. Beispielsweise ist es bei einer geringen mechani­ schen Beanspruchung möglich, die Durchführung DU (Fig. 4a, 4b) sowie die Nut NU (Fig. 3a, 3b) wegzulassen und den Außenleiter des Koaxialkabels KK unmittelbar auf den Hohl­ leiterboden HB zu befestigen, beispielsweise durch eine Lötverbindung.

Weiterhin ist es beispielsweise möglich, mehr als zwei E- Feld-Sonden in jeweils einem Hohlleiter nebeneinander an­ zuordnen, sofern dies aus elektrischen Gründen erforder­ lich ist.

Claims (8)

1. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter, zumindest bestehend aus

• - einem Hohlleiter zur Führung einer elektromagnetischen Hohlleiterwelle, wobei ein Ende des Hohlleiters durch eine Hohlleiter-Rückwand abgeschlossen ist und
• - einem Innenleiter eines Koaxialkabels, wobei der In­ nenleiter elektrisch isoliert durch die Hohlleiter- Rückwand in den Hohlleiter geführt und derart geformt ist, daß eine E-Feld-Sonde entsteht, dadurch gekennzeichnet,
• - daß in der Hohlleiter-Rückwand (HR) eine Durchgangs­ bohrung vorhanden ist derart, daß deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Außenleiters eines Koaxialkabels (KK),
• - daß die Durchgangsbohrung in unmittelbarer Nähe des Hohlleiterbodens (HB) angeordnet ist derart, daß das durch die Durchgangsbohrung in den Innenraum des Hohl­ leiters (HO) geführte Koaxialkabel (KK) dort den Hohl­ leiterboden (HB) berührt und auf diesem befestigbar ist,
• - daß innerhalb des Hohlleiters (HO) der Innenleiter (KI) des Koaxialkabels (KK) aus diesem herausgeführt ist und in den Innenraum des Hohlleiters (HO) ragt und
• - daß innerhalb des Hohlleiters (HO) auf dem Ende des Innenleiters (KI) eine Koppel-Scheibe (KS) vorhanden ist derart, daß diese in Kombination mit dem Innen­ leiter (KI) eine E-Feld-Sonde für eine in dem Hohl­ leiter (HO) führbare Hohlleiterwelle bilden.

2. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlleiters (HO) die Befestigung des Außenleiters des Koaxialkabels auf dem Hohlleiterboden (HB) durch eine elektrisch leitende Kleb- oder Lötverbindung erfolgt.

3. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Außenleiters des Koaxialkabels (KK) innerhalb des Hohllei­ ters (HO) an die Durchgangsbohrung angrenzend eine Nut (NU) in dem Hohlleiterboden (HB) vorhanden ist.

4. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlleiters (HO) auf dem Hohlleiterboden (HB) anstelle der Nut (NU) oder zusätzlich zu dieser eine mechanisch mit dem Hohlleiterboden (HB) verbundene Durchführung (DU) vor­ handen ist, in welche der Außenleiter des Koaxialkabels (KK) einschiebbar und befestigbar ist.

5. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hohlleiters (HO) auf dem Hohlleiterboden (HB) minde­ stens zwei Koaxialkabel (KK) befestigt sind, wobei deren Enden zu jeweils einer E-Feld-Sonde ausgebildet sind.

6. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hohl­ leiter (HO) mit ihren Hohlleiterböden (HB) zusammengefügt sind und daß in jedem der Hohlleiter (HO) mindestens eine E-Feld-Sonde vorhanden ist.

7. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxi­ alkabel (KK) als halbstarres Kabel ("Semi Rigid Cable") ausgebildet ist.

8. Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche zur Verwendung im Verteilnetzwerk einer Radarantenne.