DE2300160A1

DE2300160A1 - Wellenleiterkoppler

Info

Publication number: DE2300160A1
Application number: DE2300160A
Authority: DE
Inventors: Barry Kenneth Watson
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1972-11-04
Filing date: 1973-01-03
Publication date: 1974-05-16
Also published as: US3852689A; IT999728B; DE2300160C3; DE2300160B2; GB1446416A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DlPL.-lNG. FINSTERWALD DIHu-IHG. GRmMKOW

PATENTANWÄLTE

München, den ks/Sö - ί.,2211

THE MARCONI COMPANY LIMITED

Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex CM1 1 PL

England

Wellenleiterkoppler

Die Erfindung bezieht sich auf Wellenleiterkoppler und betrifft speziell einen verbesserten Wellenleiterkoppler zur Kopplung von Energie zwischen zwei Wellenleiterlängen, deren jede elektromagnetische Wellen führen kann, die sich in ihren Phasengeschwindigkeiten von den in dem jeweils anderen Wellenleiter möglichen Wellen unterscheiden.

Anhand der Figur 1 der beigefügten Zeichnungen sei nun ein bekannter Wellenleiterkoppler beschrieben, der aus einem Vfellen-

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leiter mit halbkreisförmigen Querschnitt und einem Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt besteht, wobei letzterer elektromagnetische Wellen führen kann, deren Phasengeschwindigkeit größer als diejenige der im Halbkreis-Wellenleiter möglichen Wellen ist. Der in Figur 1 dargestellte Wellenleiterkoppler enthält einen Wellenleiter 1 mit halbkreisförmigem Querschnitt, einer Eingangsmündung 2 und einer Ausgangsmündung 3· An der flachen Aussenwand dieses Wellenleiters 1 liegt eine schmale Wand eines Wellenleiters 4 mit rechteckigem Querschnitt an, der ebenfalls eine Mündung 5 und eine Ausgangsmündung 6 aufweist. Die sich berührenden Teile des Halbkreis- und des Rechteck-Wellenleiters sind von zwei Gruppen von jeweils vier Koppelöffnungen 7 durchbrochen, wobei der Abstand zwischen den Öffnungen 7 in jeder Gruppe annähernd einer Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Welle im Halbkreis-Wellenleiter 1 entspricht, von welcher Energie in den Rechteck-Wellenleiter 4 gekoppelt werden soll. Sowohl die Ausgangsmündung 3 und die Mündung 5 des Rechteck-Wellenleiters sind mit jeweils einer angepaSten Last abgeschlossen (nicht gezeigt).

Innerhalb des Halbkreis-Wellenleiters 1 und des Rechteck-Wellenleiters 4 sind zwei Wellen 8 und 9 schematisch dargestellt, wobei diese Darstellung nur der Erläuterung dient. Die Welle 8 ist eine einfallende Eingangswelle, welche- den TE^-Wellentyp enthält, und die Welle 9 ist eine durch Kopplung im Wellenleiter 4 erzeugte Welle vom TEH-Schwingungstyp, also dem Haupttyp des Rechteck-Wellenleiters. Daraus, daß die Phasengeschwindigkeit direkt der Wellenlänge proportional ist, läßt sich ableiten, daß die Welle 9 eine zweifach so hohe Phasengeschwindigkeit wie die Welle 8 hat. Es ist ausserdem zu erkennen, daß die Periodizität der Gruppen der Öffnungen 7 mit der Schwebungswellenlänge der Wellen 8 und 9 zusammenfällt.

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Die Koppelöffnungen 7 sind gemäß den bekannten Prinzipien so geformt und dimensioniert, daß die gewünschte B_andbreite der Kopplung erhalten wird. Da sich jedoch die Koppelöffnungen 7 nur in ausgewählten Teilen der verfügbaren Koppelzone zwischen den aneinander anstoßenden Flächen befinden, muß der Koppler sehr lang gemacht werden, damit eine ausreichende Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern stattfinden kann. Lange Koppler (man benötigt gewöhnlich Längen in der Größenordnung von 1,5 m) neigen jedoch zu Verlusten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kopplers, der verglichen mit dem oben beBßhriebenen bekannten Koppler bei gleichen Betriebsfrequenzen verringerte Länge und Dämpfung hat.

Allgemein betrachtet ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wellenleiter zum Koppeln von Energie zwischen zwei Wellenleiterlängen, deren jede elektromagnetische Wellen führen kann, die sich in ihren Phasengeschwindigkeiten von den im jev/eils anderen Wellenleiter möglichen Wellen unterscheiden, und zwischen denen eine gemeinsame Wand vorgesehen ist, so ausgebildet, daß einer der Wellenleiter in seiner Längsrichtung ungeradlinig verläuft, derart, daß das Verhältnis der ungeradlinigen Länge dieses einen Wellenleiters zur Länge des anderen Wellenleiters im wesentlichen gleich ist im Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten in diesen beiden Wellenleitern, und daß ferner in der gemeinsamen Wand zwischen dsi beiden Wellenleitern Koppelöffnungen vorgesehen sind, derart, daß Energie einer einfallenden Welle in der ungeradlinigen Wellenleiterlänge in den anderen Wellenleiter oder umgekehrt gekoppelt v/erden kann, um darin eine gekoppelte elektromagnetische Ausgangswelle zu erzeugen.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein WeI-lenleiterkoppler zum Koppeln von Energie zwischen zwei Wellenleiterlängen, deren jede elektromagnetische Wellen führen kann,

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die sich in ihren Phasengeschwindigkeiten von den in im jeweils anderen Wellenleiter möglichen Wellen unterscheiden, und zwischen denen eine gemeinsame Wand vorgesehen ist, so ausgebildet, daß die Wellenleiterlänge, die Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, in Längsrichtung annähernd sinusförmig verläuft und daß die gemeinsame Wand zwischen den beiden Wellenleitern Koppelöffnungen aufweist, so daß Energie einer einfallenden Welle in der einen Wellenleiterlänge in die andere Wellenleiterlänge oder umgekehrt gekoppelt werden kann, um darin eine gekoppelte elektromagnetische Ausgangswelle zu erzeugen.

Der Ausdruck "annähernd sinusförmig" und ähnliche Ausdrücke werden hier und im folgenden dazu verwendet, um nicht nur wirklich sinusförmige Linienführungen, sondern auch solche Linienführungen zu bezeichnen, die aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Teilen bestehen, die sich zusammengenommen einer Sinusförm annähern, oder Kombinationen geradliniger und gekrümmter Linienstücke. Falls der annähernd sinusförmige Verlauf aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Stücken besteht, können die "Ecken", wo sich die geradlinigen Teile treffen, abgeflacht oder abgerundet sein.

Der Ausdruck "gemeinsame Wand" soll sowohl den Fall umfassen, wo eine einzige Wand gleichzeitig als Wand für die beiden Wellenleiterlängen dient, als auch den Fall, wo die beiden Wellenleiterlängen jeweils eigene Wände haben, die zusammengekoppelt sind.

In einer Ausführungsform der Erfindung hat der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, den Verlauf einer wirklichen Sinuskurve, oder er besteht aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Stücken. Bei einer solchen Ausführungsform haben die Koppelöffnungen die Form von Längsschlitzen, die so angeordnet sind, daß die

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Mitte jedes Schlitzes im wesentlichen auf der Nullachse der Sinuskurve mitten zwischen "benachbarten entgegengesetzten Ausschlägen dieser Sinuskurve liegt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, aus einer Folge von geradlinigen Abschnitten, die eine gemeinsame Längsachse mit dem Wellenleiter haben, der Wpllen mit den niedrigeren Phasengeschwindigkeiten führen kann. Zwischen den geradlinigen Abschnitten befinden sich bogenförmige Abschnitte, die jeweils eine Kompensationsschleife bilden, um sich den unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten in den beiden Wellenleiterlängen anzupassen. In dieser Ausführungsform liegen die Koppel öffnungen entlang der geuELnsamen Längsachse und sind entweder Schlitze oder kreisförmige Löcher.

In einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung hat der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, den Verlauf einer echten Sinuswelle, oder er besteht aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Abschnitten, wobei je-weils im Bereich eines Maximums der gebildeten Sinuswelle eine Kompensationsschleife vorgesehen ist, um sich den unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten in den beiden Wellenleiterlängen anzupassen. Bei einer solchen Ausführungsform sind die Koppelöffnungen vorzugsweise Schlitze.

Bei einer wiederum anderen Ausführungsform hat der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, die Gestalt einer echten oder einer durch eine Folge von zueinander geneigten geradlinigen Stücken angenäherten Sinuswelle, die sich über die gemeinsame Wand hinaus erstreckt, wobei die hervorstehenden Teile jeweils eine Kompensationsschleife bilden, um sich den unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten in den beiden Wellenleiterlängen anzupassen. Bei dieser

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AusfUhrungsform sind die Koppelöffnungen vorzugsweise Schlitze.

Vorzugsweise sind die größten Abmessungen der Koppelöffnungen gerade eben kleiner als die Abstände zwischen den Öffnungen, und die Koppelöffnungen und der Sinusförmige Wellenleiter sind so dimensioniert, daß die Öffnungen nicht über die Seitenwände des sinusfömigen Wellenleiters vorstehen. Die besagten größten Abmessungen der Koppelöffnungen seien gleich einer Viertelwellenlänge des geometrischen Mittels der Extremfrequenzen, die in demjenigen Wellenleiter vorkommen, von dem aus Energie einer elektromagnetischen Welle in den anderen Wellenleiter gekoppelt werden soll.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die sinusförmige Wellenleiterlänge durch einen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet, während die andere Wellenleiterlänge aus einem Wellenleiter mit halbkreisförmigem Querschnitt besteht, wobei die gemeinsame Längswand zwischen den beiden Wellenleiterlängen die flache Wand des Halbkreis-Wellenleiters ist".

Man kann eine Anzahl von Kopplern zusammenschalten, um ein Bandverzweigungssystem zu bilden. Vorzugsweise besteht ein solches Bandverzweigungssystem aus zwei in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Kopplern, die jeweils Energie von einem Halbkreis-Wellenleiter auf einen Rechteck-Wellenleiter koppeln können. Die beiden in Reihe geschalteten Koppler arbeiten in vorgegebenen verschiedenen Frequenzbereichen. Ferner enthält das Bandverzwägungssystem ein Übergangsstück, welches an einem Ende Energie von einem Wellenleiter mit Kreisquerschnitt empfangen kann und diese Energie am anderen Ende auf einen Wellenleiter mit Halbkreisquerschnitt übertragen kann. Ausserdem ist ein an sich bekannter Schiitzkoppler vorgesehen,der in einem niedrigerem Frequenzbereich als die beiden seriengeschalteten

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Koppler arbeiten und ebenfalls eine Kopplung von einem Halbkreis-Wellenleiter auf einen Rechteck-Wellenleiter durchführen kann. Ausserdem enthält das Bandverzweigungssystem eine Last. Das halbkreisförmige Ende des Übergangsstücks ist mit dem ersten der beiden seriengeschalteten Koppler verbunden, der Koppelöffnungen für die höheren Frequenzen enthält, während der zweite der seriengeschalteten Koppler mit dem bekannten Schlitzkoppler verbunden ist, der seinerseits an die Last angeschlossen ist. Diese Kombination kann so betrieben werden, daß eine einfallende Welle, welche den Te5j-Wellentyp des Kreisquerschnitts enthält, durch das Übergangsstück auf den Halbkreis-Wellenleiter gegeben wird, worauf durch den ersten seriengeschalteten Koppler Hochfrequenzengrgie in den im TEpg-Modus schwingenden Rechteck-Wellenleiter gekoppelt wird, während Energie des mittleren Frequenzbandes durch den zweiten seriengeschalteten Koppler auf den im TEjj-Q-Modus schwingenden Rechteck-Wellenleiter gekoppelt wird, während schließlich die übrig bleibende Energie des unteren Frequenzbandes mittels des an sich bekannten Kopplers auf den im TEJS-Modus schwingenden Rechteck-Kellenleiter gekoppelt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand der weiteren Figuren der Zeichnungen erläutert.

Figur 2 zeigt auseinander-gezogen und teilweise aufgebrochen einen Halbkreis-Rechteckkoppler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 ist eine vergrößerte Draufsicht in Richtung des PMIs A in Figur 2, wobei bestimmte Achsen und Strecken eingetragen und die Lage der Koppelöffnungen gestrichelt angedeutet ist;

Figur 4 ist die Draufsicht auf einen Halbkreis-Rechteck-Koppler gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 ist eine Draufsicht auf einen Halbkreis-Rechteck-Koppler gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

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Figur 6 ist eine Draufsicht auf einen Halbkreis-Rechteck-Koppler gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung;

Figur 7 zeigt ein Bandverzweigungssystem, in welchem erfindungsgemäße Koppler verwendet werden.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

In Figur 2 ist ein Wellenleiter 1 mit Halbkreisquerschnitt zu sehen, der eine EingangsmUndung 2 und eine Ausgangsmündung (nicht gezeigt) aufweist. Ein Wellenleiter mit Rechteckquerschnitt, der in Längsrichtung sinusförmig verläuft, hat eine Eingangsmündung 5 und eine Ausgangsmündung 6. Zwischen den Wellenleitern 1 und 4 befindet sich eine Koppelplatte 10 mit Koppelschlitzen 7. Die Schlitze 7 liegen in gegenseitigem Abstand auf der Nullachse der durch den Rechteck-Wellenleiter 4 gebildeten Sinuskurve, und zwar mitten zwischen benachbarten entgegengesetzten Ausschlägen der Sinuskurve. Die Koppelplatte 10 bildet eine gemeinsame Wand zwischen der flachen Seite des Halbkreis-Wellenleiters 1 und einer der schmalen Seiten des Rechteck-Wellenleiters 4. Zwölf Befestigungsschrauben 11 (von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine gezeigt ist) halten die Anordnung aus den Wellenleitern 1 und 4 und der Koppelplatte 10 zusammen. Die Ausgangsmündung des Wellenleiters 1 nnd die Eingangsmündung des Wellenleiters 4 sind mit angepaßten Belastungen (nicht gezeigt) abgeschlossen, um ungerichtete Leistung zu absorbieren.

Die Enden des Rechteck-Wellenleiters 4 an der Eingangsmündung 5 und der Ausgangsmündung 6 sind in einem Radius gekrümmt, der typischerweise dreimal so groß wie die Abmessung der Breitseite des Wellenleiters 4 ist. Zwischen den beiden gebogenen hat der Wellenleiter 4 eine sinusförmige Linienführung,

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wobei sich die Amplitude der so gebildeten Sinuskurve von den Enden aus allmählich vergrößert, um unerwünschte Reflexionen im Wellenleiter 4 klein zu halten.

In Figur 3 ist die Längsachse des Kopplers mit 12 bezeichnet, und die Mittellinie der sinusförmig gewundenen Schmalseite des Wellenleiters 4 trägt die Bezugszahl 13. Um die Dimensionen der Sinuskurve erläutern zu können, sind x- und y-Koordinaten eingezeichnet. Die x-Koordinate liegt auf der Längsachse des Kopplers, und die y-Koordinate verläuft senkrecht dazu durch einen Punkt, wo die Mittellinie 13 die Längsachse 12 schneidet. Die Entfernung auf der Längsachse zwischen einem Durchgang der SinusÄurve am Punkt ο und einem Spitzenwert der Sinuskurve am Punkt b ist mit r bezeichnet. Die Länge der einfach gekrümmten Linie, die von der Mittellinie des sinusförmig verlaufenden Wellenleiters zwischen dem Punkt ο und dem Spitzefawert bei d gebildet wird, ist mit s bezeichnet.

In einer praktischen Ausführungsform ist nun die Periode der Sinuskurve im wesentlichen gleich der Hälfte der leitergebundenen Wellenlänge des geometrischen Mittels der zu koppelnden höchsten und niedrigsten Frequenz.Im Idealfall wird eine Koppeldämpfung von Null dB zwischen den Wellenleitern 1 und 4 gefordert, obwohl in der Praxis dieser Idealfall nicht erreichbar ist, weil während der Kopplung stets irgendwelche Reflexionen und Verluste auftreten. Bei einer Kopplung mit im wesentlichen Null dB zwischen den Wellenleitern 1 und 4 muß jedoch die Phasenänderung im Halbkreis-Wellenleiter 1 gleich sein der Phasenänderung im Rechteck-Wellenleiter 4, d.h.:

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g* .r =. BTE₁^ .s

wobei BTEg^ = Winkelkonstante für die TEg^-Welle

im Halbkreis-Wellenleiter

g = Winkelkonstante für die TE^-Welle im Rechteck-Wellenleiter.

Z V

dx

01 ^#r

Mit Hilfe dieses allgemeinen Ausdrucks kann die Amplitude der Sinuskurve ausgerechnet werden.

Im Betrieb tritt Energie des TE^j-Wellentyps und - Frequenzbereichs an der Eingangsmündung 2 ein, und obwohl im Wellenleiter 4 eine höhere Phasengeschwindigkeit herrscht als im Wellenleiter 1, wird die Energie durch die Koppelschlitze 7 in den Wellenleiter 4 gekoppelt, weil das Verhältnis der Längen der Wellenleiter 1 und 4 im wesentlichen gleich ist dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten in den Wellenleitern 1 und 4. Ausgangsenergie vom TES-Wellentyp wird dann an der Mündung 6 abgenommen.

Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform enthält einen Rechteck -Wellenleiter 4, dessen schmale Seite an der flachen Seite eines Halbkreis-Wellenleiters 1 anliegt. Der Wellenleiter 4 hat einen geradlinigen Abschnitt 27, in welchem sich die Koppelschlitze 7 befinden, die entlang einer mit der Längsachse des Wellenleiters 1 gemeinsamen Achse angeordnet sind.

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Statt der Koppelschlitze können auch kreisrunde Löcher verwendet werden, die so bemessen sind, daß sie keine unerwünschten Wellentypen in den Wellenleitern, wo die Ausgangsenergie entnommen werden soll, anregen können. In bestimmten Abständen längs des Wellenleiters 4 sind Phasenkompensationsschleifen 28 vorgesehen, die unter Einhaltung der physikalischen Grenzwerte, d.h. ihrer Krümmungsradien, so kurz wie möglich gehalten werden. Die Kompensationsschleifen 28 sind so ausgelegt, daß im wesentlichen eine Anpassung der Phasengeschwindigkeiten der beiden Wellenleiter 1 und 4 erfolgt. Wie der Fachmann erkennen wird, muß die Länge der Kompensationsschleife kleiner werden, wenn die zu koppelnde Frequenz fiöher wird. Bei einer praktischen Ausführungsform dieser Art wird die Länge der Kompensationsschleife mit folgender Gleichung ausgerechnet;

ßTEgj . L_s - BTEjJ (L_r + φ =0

wobei L_ = Psriodenlänge der durch den Wellen-

leiter 4 gebildeten Sinuskurve. Mittlere Länge eines geradlinig Abschnitts des Wellenleiters 4 Mittlere Länge einer Kompensati schleife 28 des Wellenleiters 4.

L = Mittlere Länge eines geradlinigen

-1

L = Mittlere Länge einer Kompensations-

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Wellenleiter, der Wellen mit höheren Phasengeschwindigkeiten führt, mit Kompensationsschleifen 28 versehen ist. Dieser Wellenleiter 4 liegt mit seiner Schmalseite an der flachen Seite des Wellenleiters 1 an und besteht aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Abschnitten, wobei die Kompensationsschleifen in den Bereichen der Maxima des hierdurch gebildeten Kurvenzuges liegen, wo die Anordnung v/irksamer Koppelöffnungen nicht möglich ist.Der in Figur gezeigte Aufbau liefert einen Koppler, dessen größte Abmessung

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kürzer ist als bei den Kopplern nach den Figuren 2 und 4. Die Koppelöffnungen sind vorzugsweise Schlitze, die zueinander schräg inder gemeinsamen Zwischenwand liegen, so daß sie nicht unerwünschte Schwingungstypen in demjenigen Wellenleiter anregen, auf den Energie gekoppelt wird.

Bei einer weiteren, in Figur 6 gezeigten Ausführungsform hat der annähernd sinusförmig verlaufende Wellenleiter 4 Abschnitte mit geradlinigen Schenkeln, die ausserhalb des Randes der gemeinsamen Wand ^ewsils einen Scheitel bilden. Die über die gemeinsame Wand vorstehenden Abschnitte bilden eine Kompensationsschleife, um im wesentlichen eine Anpassung der Phasengeschwindigkeiten der Wellenleiter 1 und 4 zu erreichen. Der Neigungswinkel θ der Schenkel des Wellenleiters ist durch folgende Gleichung gegeben:

01 ~ cos θ ~

wobei L die Längeder halben Periode des durch den Wellenleiter 4 gebildeten Kurvenzuges ist,

Die Koppelschlitze 7 oder Löcher sind nach den bekannten Prinzipien angeordnet und dimensionsiert. Der Abstand ihrer Mittelpunkte und ihre Länge oder ihr Durchmesser sind etwas geringer als eise Tiertelwellenlänge des geometrischen Mittels der tiefstes und nächsten Frequenz des zu koppelnden Frequenzbandes ο Bekanntlich besteht die wichtigste Vorschrift darin, daß ä<3T Abstand zwischen den Schlitzen oder Löchern kleiner ist als die ^t,'. äe ¥ ellenlange der hcoI"LS~-sn zu koppelnden Fr e-

"fjß'dSi -5s si ^h U2 einen frequensselaktiven Koppler hansin seil, mrd nsben »dnsr sorgfältigen Wahl der LcchgröSe ■2."3--r-7:-r ·- 5 ir. *&'?-~'r- irr..-j: .*ϊ tv/·+ . 'IaS CÜ^e- ^"^M-ti cc'r? F¹ITeTI T-^iZ- d*³" —

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Obwohl wich die vorstehende Beschreibung auf Koppler bezieht, welche eine Kopplung von einem Wellenleiter 1 mit relativ niedriger Phaeengeschwindigkeit auf einen Wellenleiter 4 mit relativ hoher Phasengeschwindigkeit durchführen, kann eine Kopplung in umgekehrter Richtung natürlich ebenso erfolgen. Jeder Fachmann wird erkennen, daß die erfindungsgemässen Koppler fähig sind, eine Kopplung zwischen zwei beliebigen Wellenleitern durchzuführen, in denen unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten herrschen, die es anzupassen gilt. So kann beispielsweise eine Kopplung erfolgen zwischen einem Rechteck- und einem Dreieck-Wellenleiter oder einem elliptischen und einem rechteckigen Stegwellenleiter, und ebenso zwischen entweder der Breitseite oder der Schmalseite eines Rechteck-Wellenleiters und einem weiteren geometrisch anders aufgebauten Wellenleiter, natürlich vorausgesetzt, daß die Schlitze oder Löcher einen solchen seitlichen Abstand in den Wellenleiterwänden haben, daß sie die Oberflächenströme in der Wellenleiterwand schneiden.

Wie bereits ausgeführt, muß das Wellenleiterstück mit der höheren kritischen Frequenz nicht genau sinusförmig -ferlaufen sondern braucht nur annähernd sinusförmig zu sein. So kann auch eine Reihe von entgegengesetzt ausschwingenden Halbkreisen dazu verwendet wenden, um sich einer Sinusform anzunähern.

Da die erfindungsgemäss ausgebildeten Koppler, bei denen ein Wellenieiterstück sinusförmig verläuft, die Wellen in diesem sinusförmig verlaufenden Wellenleiter in Längsrichtung effektiv verlangsamen, sind diese Koppler typischerweise nur etwa 30 cm lang.

Koppler der vorstehend beschriebenen Art können zum Aufbau einer Bandverzweigungsschaltung herangezogen werden, wie sie

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nun anhand der Figur 7 erläutert werden wird. Bei der iu Figur 7 gezeigten Anordnung überführt ein an sich bekanntes Wellenleiter-Übergangsstück (Wellentypumformer) 14 Energie des TE^.-Wellentyps von einem Kreiswellenleiter an seinem Eingang 15. in einen Halbkreis-Wellenleiter an seinen Ausgang 16. Der Ausgang 16 ist an zwei seriengeschaltete Koppler 17 und 18 angeschlossen, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind und jeweils eine Kopplung von einem Halbkreis-Wellenleiter auf einen Rechteck-Wellenleiter durchführen. Die Koppler 17 uud 18 haben jeweils eine rechteckige Mündung 19 bzw. 20 sowie jeweils eine -rechteckige Ausgangsmündung 21 bzw. 22, Die Mündungen 19 und 20 sind an (nicht gezeigte) angepaBte Lasten angeschlossen, so daß jede ungerichtete Leistung in den Kopplern 17 und 18 absorbiert wird. Das halbkreisförmige Ende des Kopplers 18, welches dea Koppler 17 abgewandt ist, ist mit einem bekannten Schlitzkoppler 23 verbunden, der efcerfalls Energie von einem Halbkreis-Wellenleiter auf einen Rechteck -Wellenleiter koppeln kann, da sein halbkreisförmiges Wellenleiterstück mit derselben kritischen Frequenz wie sein Rechteck-Wellenleiterstück ausgelegt ist. Der Koppler 23 hat eine an eine (nicht gezeigte) angepaßte Last angeschlossene Rechteckige Mündung 24 und eine rechteckige Ausgangsmündung 25» Das dem Koppler 18 abgewandte halbkreisförmige Ende des Kopplers 23 ist an sich bekannter Weise mit einer angepaSten Belastung 26 abgeschlossen.

In einer praktischen Ausführungsform wird Energie vom TEqI-Wellentyp des Kreisquerschnitts und im Frequenzbereich zwischen 30 und 90 GHz am Eingang 15 zugeführt. Diese Energie wird dann durch das Übergangsstück 14 in den Halbkreis-Wellenleiter überführt. Die Koppelschlitze (im einzelnen nicht gezeigt) im Koppler 17 sind so dimensioniert, daß sie Frequenzen im Bereich von 70 bis 90 GHz in den annähernd sinusförmig verlaufenden Rechteck-Wellenleiter dieses Kopplers koppeln. Da

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Energie el-s restlichen Bereichs von 30 bis ^O GHz mit einsn uinimuffi an Störungen durch aas halbkreisförmige Stück des Ilcpplers "'7 laufen soll, sind dia Koppel schlitze so klein gehalten, "wie as zur erforderlichen Kopplung des 70-90 GHz-Frequenzbandes noch möglich ist. Damit für niedrige Frequenzen die Dämpfung im rechteckigen "velienieiterstück des Kopplers 17 größer ist, ist dieses Wellenleiterstück so ausgelegt, daß es für Frequenzen unterhalb 70'GHz, sperrt, Der Koppler 17 ist semi" frequenzselektiv, und Energie im Frequenzbereich von 70-90 GHz des ?s|^-¥e"Dentyps wird an der rechteckigen Ausgangsmündung 21 abgenommen. Der Koppler 18 ist ähnlich aufgebaut vie der Kopplsr 17, er überträgt jedoch Energie im Frequenzband von 50 eis 70 GHz von seinem Halbkreis-Wellenleiterstück d;i sein Rechteck-Wellenleiter stück. Somit wird Snergie des TSjr^-Wellentvps im Frequenzbereich von 50-70 GHz an der rechteckigen Ausgangsmündung 22 entnommen. Das im HaIbkr^is-V/ellsnleiterstück übrig bleibende Frequenzband wird mittels des Schlitzkopplers <:;■ in einen Rechteck-Wellenlei-■fcer gekoppelt, -ier sci3.it nicht fraquenzselektiv zu sein braucht, Ei.ergii d^ö-s -i?3i^~"weli$rityps im restlichen Frequenzband von 3C-50 uHz v/ird ^n de/^: rs'-biecViijcerA Ausgangsmündung 25 abge-

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Claims

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Pat entansprüche

Wellenleiterkoppler zum Koppeln von Energie zwischen zwei *■■ Wellenleiterlängen, deren jede elektromagnetische Wellenführen kann, die sich in ihren Phasengeschwindigkeiten von den im jeweils anderen Wellenleiter möglichen Wellen unterscheiden, wobei eine gemeinsame Wand zwischen den beiden Wellenleitern mit Koppelöffnungen versehen ist, so daß Energie einer einfallenden Welle im einen Wellenleiter in den anderen Wellenleiter oder umgekehrt gekoppelt werden kann, um darin eine gekoppelte elektromagnetische Ausgangs- \tfelle zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wellenleiter (4) in seiner Längsrichtung ungeradlinig verläuft, derart, daß das Verhältnis der ungeradlinigen Länge dieses einen Wellenleiters (4) zur Länge des anderen Wellenleiters (1) im wesentlichen gleich ist dem Verhältnis der Phasengeschwindigkeiten in diesen beiden Wellenleitern.

2. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterlänge (4), welche Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, in Längsrichtung eine annähernd sinusförmige Linienführung hat.

3. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (4), der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, einer genauen Sinuskurve folgt.

4. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, aus einer Folge von zueinander geneigten geradlinigen Abschnitten besteht.

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5. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelöffnungen (7) Längsschlitze sind, die so angeordnet sind, daß die Mitte jedes Schlitzes im wesentlichen auf der Nullachse (12) der gebildeten Sinuskurve mitten zwischen benachbarten entgegengesetzten Ausschlägen der'Sinuskurve liegt.

6. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (4), der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, eine Folge von geradlinigen Abschnitten (27) ist, die eine gemeinsame Längsachse mit demjenigen Wellenleiter (1) haben, der Wellen mit den niedrigeren Phasehgeschwindigkeiten führen kann, und daß zwischen den geradlinigen Abschnitten (27) gebogene Abschnitte (28) liegen, die jeweils eine Kompensationsschleife bilden, um eine Anpassung zwischen den verschiedenen Phasengeschwindigkeiten in den beiden Wellenleitern zu bewirken.

7. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelöffnungen (7) entlang der gemeinsamen Längsachse angeordnet sind und entweder Schlitze oder kreisrunde Löcher sind.

8. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, genau sinusförmig verläuft oder eine Folge von zueinander geneigten geradlinigen Abschnitten ist, wobei im Bereich der Maxima des durch diesen Wellenleiter gebildeten Kurvenzuges jeweils eine Kompensationsschleife (28) vorgesehen ist, um eine Anpassung der verschiedenen Phasengeschwindigkeiten der beiden Wellenleiter zu bewirken.

9. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel öffnung en Schlitze sind.

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10. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-r net, daß der Wellenleiter, der Wellen mit den höheren Phasengeschwindigkeiten führen kann, eine genaue Sinuskurve oder eine Folge von zueinander geneigten geradlinigen Abschnitten ist, die über die gemeinsame Wand herausragen, wobei dielierausragenden Teile jeweils eine Kompensationsschleife bilden, um eine Anpassung der in den beiden Wellenleitern herrschenden unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten zu bewirken.

11.Wellenleiterkoppler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet» daß die Koppelöffnungen Schlitze sind.

12. Wellenleiterkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größten Abmessungen der Koppelöffnungen (7) gerade eben kleiner als die Abstände zwischen den Öffnungen sind, und daß die Koppelöffnungen und der sinusförmig verlaufende Wellenleiter (4) so dimensioniert sind, daß die Koppelöffnungen (7) nicht über die Seitenwände des sinusförmig verlaufenden Wellenleiters (4) hervortreten, und daß die größten Abmessungen der Koppelöffnungen gleich sind einer Viertelwellenlänge des geometrischen Mittels der niedrigsten und höchsten Frequenz, die in demjenigen Wellenleiter geführt werden soll, von dem aus Energie in den anderen Wellenleiter zu koppeln ist.

13. Wellenleiterkoppler nach den Ansprüchen 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der sinusförmig verlaufende Wellenleiter (4) Hechteckquerschnitt und der andere Wellenleiter (1) Halbkreisquerschnitt hat, und daß die gemeinsame Längswand (10) zwischen den beiden Wellenleitern die flache Wand des Wellenleiters mit Halbkreisquerschnitt ist.

$4. Bandverzweigungssystem, gekennzeichnet durch zwei seriengeschaltete Koppler (17, 18) nach Anspruch 1 zur Energieumsetzung von einem Halbkreis-Wellenleiter (1) in einen

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Rechteck-Wellenleiter (4), wobei jeder der beiden seriengeschalteten Koppler einen anderen Bereich von Betriebsfrequenzen hat und Wellen von einem Halbkreis-Wellenleiter in einen Rechteck-v/ellenleiter koppeln kann; ein Übergangsstück (4) mit sich ändernder Querschnittsform, welches Energie von einem Kreis-Wellenleiter an seinem einen Ende auf einen Halbkreis-Wellenleiter an seinem anderen Ende koppeln kann; einen an sich bekannten Schlitzkoppler mit einem tieferen Betriebsfrequenzbereich als die beiden seriengeschalteten Koppler, der ebenfalls Energie von einem Halbkreis-Wellenleiter auf einen Rechteck-Wellenleiter koppeln kann: eine Last; wobei das halbkreisförmige Ende (16) des Übergangsstücks (14) mit dem ersten der seriengeschalteten Koppler (17) verbunden ist, der die Koppelöffnungen für dfe höheren Frequenzen aufweist, während der zweite der seriengeschalteten Koppler (18) mit dem an sich bekannten Schlitzkoppler verbunden ist, der seinerseits mit der Last (26) verbunden ist; und wobei diese Kombination so betrieben werden kann, daß eine den TE^-Wellentyp aufweisende einfallende Welle im Kreis-Wellenleiter mittels des Übergangsstücks (14) in den Halbkreis-Wellenleiter überführt wird, une daß Energie des oberen Frequenzbandes vom ersten seriengeschalteten Koppler (17) in dessen im TEf^-Modus schwingenden Rechteck-Wellenleiter gekoppelt wird, und daß Energie des mittleren Frequenzbandes vom zweiten seriengeschalteten Koppler (18) in dessen im TEij^-Hodus schwingenden Rechteck-Wellenleiter gekoppelt wird, und daß die übrigbleibende Energie des unteren Frequenzbandes vom an sich bekannten Koppler (23) in dessen im TE^Q-Hodus schwingenden Rechteck-Wellenleiter gekoppelt wird.

15. Wellenleiterkoppler dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen wie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 6 der Zeichnungen beschrieben ausgebildet ist.

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16. Bandverzweigungssystem,dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen wie im Zusammenhang mit Figur 7 beschrieben ausgebildet ist.

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