DE212017000216U1 - Flexibler runder Einzelmode-Wellenhohlleiter - Google Patents

Abstract

Flexibler runder Einzelmode-Wellenleiter, bestehend aus einem runden Metallrohr mit Ringwellen der Tiefe a, die entlang der Längsachse des Wellenleiters mit einer Periode von T liegen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung der zweipoligen Einzelmode-Verbreitung von Arbeitswellen mit geringen Verlusten die Rohrabmessungen im folgenden Bereich ausgewählt sind: $$\mathrm{0,785}\le \text{R/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,95}$$

$$\mathrm{0,354}\le \text{a/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,38}$$

$$\mathrm{0,524}\le \text{T/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,533}$$

$$\mathrm{0,2}\le \text{b/T}\le \text{0}\text{,5}$$

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Hochfrequenztechnik, insbesondere Leitungen zur Übertragung von Hochfrequenzenergie, vorzugsweise in den Bereichen Ku, Ka, Q, U, E. Die Bauform besteht aus einem hohlen Metallrohr mit einem Radius R aus einem Hochleitmetall, hauptsächlich aus Kupfer, und einem runden Schnitt mit ringförmigen Wellen der Tiefe a, die entlang der Längsachse des Wellenleiters mit der Periode T verlaufen. Die Wellenform ist durch eine Wellenbreite δ, bezogen auf eine Wellenperiode _B/T, gekennzeichnet (1).
• Es ist ein runder Membranwellenleiter bekannt (Parini C.G., Clarricoats P.J.B., Olver A.D. Single-mode operation of low-attenuation corrugated waveguide, Electronic Letters, 1977, v. 13, N° 1, pp. 16-17), der aus einem geraden runden Metallrohr mit inneren Ringmembranen besteht. Bei der Auswahl von bestimmten Verhältnissen zwischen geometrischen Abmessungen eines solchen Wellenleiters bildet sich eine innere Impedanzstruktur, die eine Verbreitung von Hybridwellen EH₁₁ im Einzelmode-Betrieb mit abnormal geringen Verlusten gewährleistet.
• Es ist jedoch unmöglich, auf der Grundlage von solchen Wellenleitern einen flexiblen Feederleiter zu entwickeln.
• Ein sehr ähnliches Analogon der Erfindung laut Anspruch ist eine technische Lösung, die aus dem Werk Alkhovski E.A., Illinski A.S., „Digitale Forschungen der Verbreitungskonstanten von symmetrischen Wellen in einem runden Wellenleiter", Funktechnik und Elektronik, 1979 r., Band XXIV, Seiten 1684-1685, und aus dem Patent US4429290 bekannt ist. Diese Lösung stellt einen runden flexiblen Wellenleiter mit fließender Wellenform für eine Modeverbreitung TE₀₁ dar. Ein derartiger Wellenleiter kann jedoch nicht als zweipoliger Wellenleiter verwendet werden.
• Der Zweck der vorliegenden Erfindung laut Anspruch besteht in der Entwicklung eines flexiblen runden Wellenleiters mit einem fließenden Veränderungsverfahren von Längsabmessungen entlang der Längslinie und mit einem Abmessungsverhältnis, das zusätzlich zu notwendigen mechanischen Eigenschaften auch einen Einzelmode-Betrieb der Verbreitung von Hybridwellen EH11 mit geringen Verlusten sichert.
• Das technische Ergebnis der Erfindung laut Anspruch ist die Verlustreduzierung und Leistungssteigerung des Übertragungssignals im Vergleich zu üblichen rechteckigen oder runden Einzelmode-Wellenleitern unter Gewährleistung des zweipoligen Verfahrens der Arbeitswellenverbreitung EH₁₁ und unter Sicherung der Flexibilität des Wellenleiters.
• Dieses technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass in einem flexiblen runden Einzelmode-Wellenleiter, der aus einem runden Metallrohr in Form einer Rohrmembran besteht, die Wellenleiterabmessungen wie folgt ausgewählt sind: $$\mathrm{0,785}\le \text{R/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,95}$$

  

  $$\mathrm{0,354}\le \text{a/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,38}$$

  

  $$\mathrm{0,524}\le \text{T/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,533}$$

  

  $$\mathrm{0,2}\le \text{b/T}\le \text{0}\text{,5}\text{,}$$

  

  mit R = max. Rohraußenradius;
  λ_H = Wellenlänge EH₁₁, die der unteren Frequenz des Einzelmodus-Bereichs entspricht;
• a = Wellentiefe;
• T = Wellenperiode;
• b = Wellenbreite in ihrer Tiefenmitte.
• Bei diesen Werten von geometrischen Kennzahlen eines Wellenhohlleiters im bestimmten Bereich der Welle EH₁₁ von λ_H bis λ_B, was der unteren Frequenzgrenze des Einzelmode-Bereichs entspricht, bleibt die Welle EH₁₁ die einzige sich verbreitende Mode.
• Das Wesen der Erfindung laut Anspruch wird anhand der 1 - 8 erläutert, die Folgendes darstellen:
• 1 einen Längsschnitt des Wellenleiters laut Anspruch,
• 2 das Verhältnis zwischen Überbrückungszahl und Werten von geometrischen Abmessungen des Wellenleiters, normiert zur maximalen Grenzwellenlänge des Einzelmode-Bereichs des Werts b/T,
• 3 das Verhältnis zwischen normiertem Dämpfungskoeffizienten und dem Wert b/T,
• 4 Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β und des Dämpfungskoeffizienten α als Beispiel der Bauform des Wellenleiters A,
• 5 Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β als Beispiel der Bauform des Wellenleiters B,
• 6 Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β als Beispiel der Bauform des Wellenleiters C,
• 7 Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β als Beispiel der Bauform des Wellenleiters bei a/λ_H=0,3; T/R=0,34; b/T=0,2 und
• 8 Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β als Beispiel der Bauform des Wellenleiters bei a/λ_H=0,46; T/R=0,71; b/T=0,2.
• Vom Wert b/T sind die mechanischen Eigenschaften des Wellenhohlleiters abhängig, insbesondere die Flexibilität, die verfahrenstechnischen Betriebsbegrenzungen usw. sowie seine elektrischen Parameter, insbesondere die kritischen Frequenzen und Wellentypsperrfrequenzen, Werte von ihren Phasen- und Dämpfungskoeffizienten usw.
• Die in 3 dargestellten Verhältnisse zwischen normiertem Dämpfungskoeffizienten und oberen und unteren Wellenlängenwerten bei Frequenzen, die den Einzelmodus-Betrieb begrenzen, und bei einer Frequenz, die dem minimalen Wert des Dämpfungskoeffizienten entspricht, zeugen davon, dass sich der Dämpfungskoeffizient mit der Annährung der Wellenform an ein Rechteck reduziert. Die Reduzierung des Dämpfungskoeffizienten kann man durch die Reduzierung des Frequenzbereichs erreichen.
• Beispiele in 4, 5 und in 6 zeigen die Berechnungsergebnisse des Phasenkoeffizienten β für einige Wellentypen und Dämpfungskoeffizienten α und den Wellentyp EH₁₁ für einen Wellenhohlleiter mit geometrischen Abmessungen, die den folgenden drei Varianten der Werte A, B, C entsprechen:
• - 4 zeigt die Berechnungsergebnisse für die Variante A. Absolute Abmessungen des Wellenleiters entsprechen den folgenden Werten: R = 5,0 mm, T = 3,34 mm, a = 2,25 mm bei b/T = 0,2, was den relativen Abmessungen von R/λ_H = 0,785, T/λ_H = 0,524, a/λ_H = 0,353 für die untere Frequenz des Einzelmodus-Betriebs f_H = 47,1 GHz entspricht. Die Kennlinie (4) zeigt das Frequenzband von f_H = 47,1 GHz bis f_δ = 50,63 GHz, in dem EH₁₁ der einzige sich verbreitende Wellentyp ist. Der Dämpfungskoeffizient α der Welle EH₁₁ verändert sich im Einzelmodus-Wellenbereich von 0,8 dB/v bei f_H = 47,7 GHzГГц, bis 0,6 dB/m bei der Frequenz f_δ = 0,05 GHz. Im Vergleich dazu beträgt der Dämpfungskoeffizient α für die Welle H₁₀ in einem Einzelmodus-Rechteckwellenleiter vom Typ WR-22 1,6 dB/m bei der Frequenz f_H = 47,7 GHz und 1,35 dB/m bei der Frequenz f_δ = 50,05 GHz.
• - 5 zeigt die Berechnungsergebnisse für Variante B. Absolute Abmessungen des Wellenleiters entsprechen den folgenden Werten: R = 5,0 mm, T = 3,34 mm, a = 2,25 mm bei b/T = 0,2, was den relativen Abmessungen von R/λ_H = 0,785, T/λ_H = 0,524, a/λ_H = 0,354 für die untere Frequenz des Einzelmodus-Betriebs f_H = 47,7 GHz entspricht. Von f_H = 47,7 GHz bis f_δ = 51,27 GHz verbreitet sich die Welle EH₁₁ in einem Einzelmode-Betrieb.
• - 6 zeigt die Berechnungsergebnisse für Variante C. Absolute Abmessungen des Wellenleiters entsprechen den folgenden Werten: R = 5,0 mm, T = 2,8 mm, a = 2,0 mm bei b/T = 0,5, was den relativen Abmessungen von R/λ_H = 0,95, T/λ_H = 0,533, a/λ_H = 0,38 für die untere Frequenz des Einzelmode-Betriebs f_H = 52,04 GHz entspricht. Im Rahmen des Frequenzbands von f_H = 52,04 GHz bis f_δ = 56,35 GHz ist EH₁₁ der einzige sich verbreitende Wellentyp.
• Bei den Werten von Wellenabmessungen, die außerhalb des Bereichs von geometrischen Abmessungen des Wellenleiters liegen, verbreitet sich die Welle EH₁₁ im Einzelmode-Betrieb, wie zum Beispiel im Fall von R = 5,0 mm, T = 1,7 mm, a = 1,52 mm bei _B/T = 0,2, (a/R = 0,3; T/R = 0,34; b/T = 0,2) (7), oder wie zum Beispiel bei R = 5,0 mm, T = 3,55 mm, a = 2,3 mm bei _B/T = (a/λ_H = 0,46; T/R = 0,71; b/T = 0,2) verbreitet sich die Welle EH₁₁ in einem begrenztem Frequenzbereich mit einem gro-βen Grad von Laufverlusten (8).
• Die Vorrichtung laut Anspruch kann wie folgt verwirklicht werden: Ein Rohr aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung mit hoher Oberflächenleitfähigkeit wird in einer entsprechenden Matrix hydroformiert, wodurch das Rohr eine vorgegebene Form erhält. Der Rohling erhält eingestellte geometrische Abmessungen, die die Eigenschaften eines gewellten Einzelmode-Wellenleiters sichern.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 4429290 [0004]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Parini C.G., Clarricoats P.J.B., Olver A.D. Single-mode operation of low-attenuation corrugated waveguide, Electronic Letters, 1977, v. 13, N_° 1, pp. 16-17 [0002]
• Werk Alkhovski E.A., Illinski A.S., „Digitale Forschungen der Verbreitungskonstanten von symmetrischen Wellen in einem runden Wellenleiter“, Funktechnik und Elektronik, 1979 r., Band XXIV, Seiten 1684-1685 [0004]

Claims (1)

1. Flexibler runder Einzelmode-Wellenleiter, bestehend aus einem runden Metallrohr mit Ringwellen der Tiefe a, die entlang der Längsachse des Wellenleiters mit einer Periode von T liegen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung der zweipoligen Einzelmode-Verbreitung von Arbeitswellen mit geringen Verlusten die Rohrabmessungen im folgenden Bereich ausgewählt sind: $$\mathrm{0,785}\le \text{R/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,95}$$

   

   $$\mathrm{0,354}\le \text{a/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,38}$$

   

   $$\mathrm{0,524}\le \text{T/}{\mathrm{\lambda }}_{\text{H}}\le \text{0}\text{,533}$$

   

   $$\mathrm{0,2}\le \text{b/T}\le \text{0}\text{,5}$$

   

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