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Die
Erfindung geht aus von einem Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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 und mechanische Gestalt wichtige Größen.
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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 Wellenlänge der
im Hohlleiter HO geführten
Welle ist, ein Koaxial-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-Innenleiter 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 Seitenwand des Hohlleiters HO befestigt
ist, z. B. durch eine Schraubenverbindung. An die Koaxial-Buchse
KB kann ein mit einem entsprechenden Koaxial-Stecker versehenes
Koaxialkabel angeschlossen werden. Alternativ zu dieser mechanisch
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 Vertikal-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.
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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 Koaxial-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. Alternativ dazu ist es ebenfalls
möglich,
ein nicht dargestelltes Koaxialkabel unmittelbar an der Hohlleiter-Rückwand HR
zu befestigen. Ein solcher In-Line-Koppler ermöglicht zwar, bezogen auf den
Vertikal-Koppler entsprechend 1, ein Ein-
oder Auskoppeln von wesentlich höheren
Spitzenleistungen. Es ist aber in nachteiliger Weise eine geringe
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,
beispielsweise Abstimmstifte innerhalb des Hohlleiters HO im Bereich
des Koaxial-Innenleiters KI. Eine derartige Anordnung ist in nachteiliger
Weise technisch aufwendig und daher ungeeignet für eine industrielle Serienfertigung.
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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 befestigt. Deren Innenleiter wird elektrisch
isoliert durch die Hohlleiter-Rückwand
hindurch longitudiual (parallel zur Längsachse des Hohlleiters) in
den Hohlleiter hineingeführt
und dort abgebogen, so daß eine
E-Feld-Sondenkopplung entsteht. Eine derartige Anordnung ist aus
mechanischen Gründen
nicht mit einem Koaxialkabel allein realisierbar. Denn für dieses
müßte an der
Außenwand
der Hohlleiter-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 Außerdem benötigt die
Halterung nachteiligerweise einen durch deren Konstruktion bedingten
zusätzlichen
Raum, so dass dadurch die mechanischen Länge des Hohlleiters vergrößert wird.
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Aus
der JP 56/008901 A ist ein weiterer In-Line-Koppler mit einer E-Feld-Sondenkopplung bekannt.
Dabei ist außen
an einer Hohlleiter-Rückwand
eine Koaxial-Buchse befestigt. Ein Koaxialkabel ist an dieser Koaxial-Buchse
befestigt und ist durch eine entsprechende Öffnung in der Hohlleiter-Rückwand in
den Hohlleiter hineingeführt.
Der Innenleiter des Koaxialkabels ist im Hohlleiter aus dem Außenleiter
des Koaxialkabels herausgeführt
und dort abgebogen. Wie bei dem In-Line-Koppler aus
US 5,331,332 ist eine derartige Anordnung
aus mechanischen Gründen
nicht mit einem Koaxialkabel allein realisierbar. Die Koaxial-Buchse
an der Hohlleiter-Rückwand ist
in nachteiliger Weise technisch aufwendig Außerdem benötigt die Halterung nachteiligerweise
einen durch deren Konstruktion bedingten zusätzlichen Raum, so dass dadurch
die mechanischen Länge
des Hohlleiters vergrößert wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hohlleiter-Koaxialkabel-Adapter
anzugeben, der als In-Line-Koppler ausgebildet ist, eine E-Feld-Sonden-Kopplung
für hohe
Spitzenleitungen besitzt, lediglich für ein Koaxialkabel geeignet
ist, mechanisch robust und platzsparend ausführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst Vorteilhafte
Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar,
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf schematisch dargestellte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen 3 bis 6 schematisch
dargestellte Schnitte durch Ausführungsbeispiele
zur Erläuterung der
Erfindung.
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Diese
Ausführungsbeispieleweisen
Hohlleiterauf, die für
den 5–6
GHz-Bereich geeignet sind.
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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 (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.
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3a und 3b zeigen
einen Längs- bzw.
Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel. Dieses zeigt
einen Hohlleiter HO, dessen eines Ende mit einer Hohlleiter-Rückwand 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 (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 parallel zur Längsachse
des Hohlleiters HO angeordnet und hat eine Länge, die beispielsweise einige
Millimeter größer ist
als der bereits erwähnte
Abstand D (3a, 1). Die
Hohlleiter-Rückwand
HR besitzt im Bereich der Nut NU eine kreisförmige Durchgangsbohrung, deren
Durchmesser zweckmäßigerweise
geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
des Außenleiters
des Koaxialkabels KK. Dadurch ist es entsprechend 3a möglich, das
Koaxialkabel KK durch die Bohrung in der Hohlleiter-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, beispielsweise durch eine Kleb- oder Lötverbindung. Dadurch ist das
Koaxialkabel KK vorteilhafterweise mechanisch, und damit elektrisch,
genau vorherbestimmbar bezüglich
der Hohlleiter-Rückwand
HR und des Hohlleiterbodens HB in mechanisch zuverlässiger und
robuster Weise befestigt. Die Durchführung des Koaxialkabels KK
durch die Hohlleiter-Rückwand
HR ist durch die Kleb- oder Lötverbindung
vorteilhafterweise gasdicht, so dass eine Verschmutzung des Innenraums
des Hohlleiters HO vermieden wird. An der Außenseite der Hohlleiter-Rückwand HR
wird also vorteilhafterweise keine Halterung des Koaxialkabels KK
benötigt.
Dieses kann daher beispielsweise unmittelbar an der Hohlleiter-Rückwand HR abgeknickt werden
mit dem zulässigen
kleinsten Krümmungsradius.
Dadurch ist eine sehr platzsparende, gewichts- und kostengünstige Verkabelung
möglich.
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Innerhalb
des Hohlleiters HO ist der Innenleiter KI des Koaxialkabels KK abgeknickt,
beispielsweise um einen Winkel von ungefähr 90° und ungefähr bis zur Querschnittsmitte
des Hohlleiters HO geführt
(2a, 3b). Auf
dem im Hohlleiter HO befindlichen Ende des Innenleiters KI befindet
sich eine Koppel-Scheibe KS, die beispielsweise einen Durchmesser
von 5 mm besitzt und elektrisch leitend auf dem Innenleiter KI befestigt
ist, beispielsweise durch eine Lötverbindung.
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Mit
einer solchen Anordnung ist beispielsweise in dem bereits erwähnten 5–6 GHz-Bereich bei einer
relativen Bandbreite von ungefähr
10 % eine Spitzenleistung von ungefähr 10 kW übertragbar.
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Es
ist ersichtlich, daß bei
der beschriebenen Anordnung entsprechend 3a, 3b die
mechanische Festigkeit zwischen Koaxialkabel KK und Hohlleiterboden
HB im wesentlichen von der verwendeten Kleb- oder Lötverbindung
abhängt.
Das heißt, möglicherweise
vorhandene und/oder bei weiteren Montagevorgängen entstehende mechanische
Belastungen (Spannungen) sind im wesentlichen durch die Kleb- oder Lötverbindung
begrenzt.
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Die 4a, 4b zeigen
ein Ausführungsbeispiel,
das sich von denjenigen entsprechend 3a, 3b lediglich
dadurch unterscheidet, daß das
Koaxialkabel KK mechanisch besonders stabil mit dem Hohlleiterboden
HB sowie der Hohlleiter-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) vorteihafterweise durch die
mechanische Konstruktion der Durchführung (Länge und Dicke der Wandstärke) aufgefangen
und begrenzt.
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Die
Anordnung entsprechend 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 Lötverbindung bestimmt.
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Die 5 und 6 zeigen
Ausführungsbeispiele
zur Übertragung
einer hohen Spitzenleistung.
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Das
Ausführungsbeispiel
entsprechend 5 unterscheidet sich von demjenigen
entsprechend 4a, 4b lediglich
dadurch, daß zwei E-Feld-Sonden
KS nebeneinander in einem gemeinsamen Hohlleiter HO angeordnet sind.
Zu jeder E-Feld-Sonde gehört
einzugehöriges
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 3dB-Leistungsverteiler
für die
Hohlleiterwelle.
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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 anzuregen.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem zwei Hohlleiter entsprechend 5 spiegelsymmetrisch
mit ihren Hohlleiterböden
zusammengesetzt sind. Jeder Hohlleiter enthält, entsprechend 5,
jeweils zwei E-Feld-Sonden.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
vorteilhafterweise eine Zusammenfassung der vier Koaxialkabel zu
einem gemeinsamen sogenannten Kabelbaum. Dieser kann mechanisch
kompakt und zuverlässig
(erschütterungssicher)
ausgeführt
werden.
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Bei
einer geringen mechanischen Beanspruchung ist es möglich, die
Durchführung
DU (4a, 4b) sowie die Nut NU (3a, 3b)
wegzulassen und den Außenleiter
des Koaxialkabels KK unmittelbar auf den Hohlleiterboden HB zu befestigen,
beispielsweise durch eine Lötverbindung.
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Weiterhin
ist es beispielsweise möglich, mehr
als zwei E-Feld-Sonden
in jeweils einem Hohlleiter nebeneinander anzuordnen, sofern dies
aus elektrischen Gründen
erforderlich ist.