DE2414237C2 - Wellentypfilter zur Unterdrückung der H↓O↓n↓-Wellentypen höherer Ordnung im Zuge einer Hohlleiterverbindung - Google Patents

Description

cospß)

wobei ao der Radius des wirklichen Kreises, <5 die Abweichung des Wellenleiterumrisses vom Kreis, ρ die Anzahl der Ausbauchungen und θ der Winkel zwischen einer den Mittelpunkt des Kreises mit dem Maximum einer der Ausbauchungen verbindenden Bezugslinie und dem jeweiligen Radius a sind.

3. Wellentypfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformation des Leitungsquerschnittes durch Anordnung mehrerer Stäbe (11a bis lie) am Umfang des Wellenleiterabschnitts (11) bewirkt ist, wobei die im Anspruch 2 angegebene Dimensionierungsvorschrift für den Radius a entsprechend gilt.

4. Wellentypfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite der deformierten Metallwand (12-1) des Wellenleiterabschnitts (12) eine dielektrische Schicht (12-2) vorgesehen ist.

5. Wellentypfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiterabschnitt (12) folgende Merkmale aufweist:

c) eine dielektrische Schicht (12-2) die zwischen die äußere Schirmschicht (12-3) und den Wendelleiter (12-1) eingebracht ist

6. Wellentypfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandimpedanz des Wellenleiterabschnitts (12) entweder kapazitiv oder induktiv ist und daß die Differenz der Phasenkonstanten zwischen dem H_0n-Wellentyp (n^2) und den aus diesem Wellentyp umgewandelten Wellentypew H_m„ kleiner als die Differenz der Phasenkonstanten zwischen dem //orWellentyp und den umgewandelten //_ron-Wellentypen ist.

7. Wellentypfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl ρ der Ausbauchungen einen der Werte von 3 bis 5,7 oder 8 aufweist

8. Wellentypfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die optimale Länge des Wellenleiterabschnittes (10 bis 13, F₁, F₂) L=nl 2Ci/>,m/! ist, wobei Qn mn den Kopplungskoeffizienten zwischen dem H_0n-Wellentyp und einem beliebigen Wei'entyp H_m„ bezeichnet

a) eine äußere Schirmschicht (12-3), die eine äußere Wand des Wellenleiterabschnitts bildet und mehrere Ausbauchungen entsprechend der Formel

a = ao(1 +6 ■ cosρθ)

aufweist,

b) einen isolierten Wendelleiter (12-1), der ebenfalls entsprechend der angegebenen Formel leicht deformiert ist und koaxial zur Längsachse des Wellenleiterabschnitts gewickelt und angeordnet ist. und

Die Erfindung betrifft ein Wellentypfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen wird zur Übertragung von Energie mit Wellenlängen im Millimeterbereich (beispielsweise 40 bis 100 GHz) der //oi-Wellentyp benutzt da in diesem Frequenzband die Übertragungsverluste bei diesem Wellentyp sehr gering sind. In einem Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts, das heißt in einem Rundhohlleiter, dessen Durchmesser um ein Mehrfaches größer ist als die Wellenlänge der zu übertragenden Energie, treten neben dem W«i-Wellentyp viele Wellentypen höherer Ordnung auf, da in solchen Rundhohlleitern der //_Ot-Wellentyp nicht dominiert. Eine geringfügige Verformung des P.undhohlleiters, ein Winkelhohlleiter zur Umlenkung und/oder ein elastischer oder ausziehbarer Hohlleiter stellen auslösende Elemente für die Erzeugung von /Zo_n-Wellentypen höherer Ordnung dar, die bei der Übertragung von Energie durch den Wot-Wellentyp unerwünscht sind und absorbiert werden sollen. Diese Absorbierung erweist sich jedoch als sehr schwierig, da das elektromagneti sehe Feld der Hon-Wellentypen höherer Ordnung dem Feld des Woi-Grundwellentyps weitgehend ähnlich ist. Man hat verschiedene Arten von Wellentypfiltern zur Ab^orbierung dieser Hon-Wellentypen ausprobiert, beispielsweise ein Filter mit verteilter Kopplung, ein Langschlitzfilter, ein Resonanzschlitzfilter und ein nach dem Verfahren der Phasenumkehr arbeitendes Filter. Diese Wellentypfilter zeigten jedoch folgende Nachteile:

(a) Ihre konstruktive Ausführung ist sehr komplex, sie erfordern ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Herstellung und sind daher sehr teuer; (b) es erweist sich als schwierig, große Innendurchmesser von beispielsweise 51 mm zu erzielen, so daß zur Anpassung Hohlleiter mit stetig sich änderndem Wellenwiderstand benötigt werden, die ihrerseits wieder Ursache der Erzeugung von Hn_n-Wellentypen höherer Ordnung sein können;

[c) die Dämpfung des ΛΌι-Grundwellentyps ist relativ groß und

(d) die konstruktive Ausführung der Wellentypfilter unterscheidet sich von derjenigen der übrigen Elemente einer Hohlleiterverbindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wellentypfilter der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile trotz einfachen Aufbaus eine ausgezeichnete Absorbierung von //on-Wellentypen höherer Ordnung im Zuge einer Hohlleiterverbindung zur Übertragung des tfoi-Wellentyps erlaubt, ohne daß dabei der W_Oi -Grundwellentyp eine starke Dämpfung erfährt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs ! gelöst

Das erfmdungsgemäße Wellentypfilter besitzt einen auch als Wellentypwandler zu bezeichnenden Wellenleiterabschnitt mit einem von der Kreisform abweichenden Leitungsquerschnitt, der Ursache dafür ist, daß //on-WeUentypen in doppelt modierte Wellentypen der Form H_m„ umgewandelt werden. Diese Umwandlung erfolgt mehr oder weniger vollständig uno bedeutet entsprechend eine mehr oder weniger starke Dämpfung für den jeweils umgewandelten //on-Wellentyp. Es erweist sich dabei als möglich, nur eine vernachlässigbare Umwandlung und somit Dämpfung des //oi-Grundwellentyps bei gleichzeitig starkem Umwandlungsgrad und somit hoher Dämpfung der am stärksten vertretenen Wellentypen höherer Ordnung zu erzielen. Die durch die Umwandlung gebildeten doppelt modierten Wellentypen lassen sich in einem nachfolgenden Abdorber, der den Woi-Grundwellentyp nicht beeinflußt, absorbieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Teil einer Hohlleiterverbindung mit einem erfindungsgemäßen Wellentypfilter,

Fig.2 und 3 jeweils Querschnitte des Wellentypwandler des erfindungsgemäßen Wellentypfilter,

F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des Wellentypwandler im Querschnitt,

F i g. 5 noch eine andere Ausführungsform des Wellentypwandler,

Fig.6A bis 6F errechnete Kennlinien für den in F i g. 5 dargestellten Wellentypwandler,

Fi g. 7A und 7B errechnete Kennlinien eines Wellentypwandler des erfindungsgemäßen Wellentypfilter,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform des Wellentypwandler im Querschnitt

F i g. 9 errechnete Kurven zur praktischen Bemessung des in F i g. 8 gezeigten Wellentypwandler,

Fig. 10 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellentypfilter,

F i g. 11 errechnete Frequenzkennlinien eines erfindungsgemäßen Wellentypfilter,

Fig. 12 im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des effindungsgemäßen Wellentypfilter,

Fig. 13 einen Querschnitt des Wellentypfilter von Fig. 12,

Fig. HA und 14B elektrische Felder in einem dem Wellentypfilter von Fig. 12 ähnlichen Wellentypfilter,

Fig. 15 Dämpfun₆skennlinien des in Fig. 12 gezeigten Wellentypfilter für den A/02- Wellentyp,

Fig. 16 bis 20 errechnete Kurven zur Bemessung erfindungsgemäßer Wellentypfilter und

F i g. 21 eine experimentell ermittelte Dämpfungskurve eines erfindungsgemäßen Wellentypfilter,
F i g. 1 zeigt einen Teil einer Hohlleiterverbindung, die das erfindungsgemäße Wellentypfilter enthält Die Hohlleiterverbindung umfaßt Rundhohlleiter 30 und 30a üblicher Bauart, den Wellenleiterabschnitt (nachfolgend als Wellentypwandler bezeichnet) 10 und einen Wendelhohlleiter 20 als Absorber. In dieser Hohlleiter-Verbindung breitet sich der //_O,-Grundwellentyp in Pfeilrichtung aus. Dabei werden im Hohlleiter 30 einige unerwünschte Wellentypen erzeugt Im Wellentypwandler 10 werden die Wellentypen H02, Hq₃ und weitere Wellentypen höherer Ordnung der Form H_0n in H_m„-Wellentypen (τπ¥=0, ηφΟ) umgewandelt Diese doppelt modierten H_mn-Wellentypen werden im Wendelhohlleiter 20 absorbiert Da die H_0n-Wellentypen höherer Ordnung durch die Umwandlung in die doppelt modierten //„,„-Wellentypen stark gedämpft werden, wogegen d^r f/Oi-Grundwellentyp eine relativ geringe Dämpfung erfährt und die doppelt meierten Wellentypen im Wendelhohlleiter 20 absorbiert werden, wird dem anschließenden Rundhohlleiter 30a ein reiner Hoi -Wellentyp zugeführt. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Absorber unmittelbar auf den Wellentypwandler 10 folgt. Vielmehr ist es auch möglich, daß zwischen Wellentypwandler und Absorber (hier in Form des Wendelhohlleiters 20) ein normaler Hohlleiter 30 geschaltet ist

. Bei den Rundhohlleitern 30 und 30a handelt es sich in der üblichen Bedeutung des Ausdrucks »Rundhohlleiter« um Hohlleiter mit Kreisquerschnitt. Wenn nachfolgend der Begriff »Rundhohlleiter« verwendet wird, dann ist darunter im Einzelfall auch ein Hohlleiter zu verstehen, dessen Querschnittsform von der Kreisform abweicht.

Eine erste Ausführungsform des Wellentypfilter soll nun anhand der F i g. 2, 3 und 4 für den Fall eines Wellentypwandler mit metallischen und somii elektrisch leitenden Wänden beschrieben werden.

Allgemein gilt, daß ein Rundhohlleiter mit metallischer Wand, dessen Umriß von der Kreisform abweicht, aus dem Grundwellentyp W01 unerwünschte H_171n-Wellentypen (m#0) erzeugt. Fi g. 2 zeigt als Beispiel einen solchen Rundhohlleiter der aus Metall mit geringer Wandimpedanz hergestellt sein soll, und dessen Umriß zwar nahezu einem Kreis entspricht, jedoch durch die dargestellten drei Ausbauchungen und die entsprechenden Abflachungen, die parallel zur Längsachse des Wellenleiters verlaufen, von der Kreisform abweicht. In diesem Fall werden elektromagnetische Felder des Wmn-Typs mit m=ρ - 3 und n=l,2,3... erzeugt, ρ stellt die Anzahl der Ausbauchungen dar. Mathematisch ausgedrückt, besteht eine Kopplung des Ho_n-Wellentyps mit dem H_mn-Wellentyp (/n=p) für den Fall, daß ρ Ausbauchungen an> Umfang des Hohlleiter vorhanden sind und der tatsächliche Radius zwischen dem Mittelpunkt des Hohlleiter und seiner Innenfläche

_ω a = a_o(\ +6 ■ "osρθ)

ist. Dabei ist ao der Radius des Kreises, δ die Abweichung des Wellenleiterumrisses vom Kreis (Deformationsgrad), ρ die Anzahl der Ausbauchungen und θ der Winkel zwischen einer den Mittelpunkt des Kreises "Mit dem Maximum einer der Ausbauchungen verbindenden Bezugslinie und dem jeweiligen Radius a. Für diesen Fall ergibt sich für den Kopplungskoeffizienten Co_n, _mn zwischen den Wellentypen Wo_n und Hmn'-

MKmn - A)H

(ßnn~ßmn)Ö,

wobei

und

An⁺A

m
sind

eine Phasenkonstante des H_0n- Wellentyps
eine Phasenkonstante des H_m„- Wellentyps
die n-te Wurzel der differenzierten Besselfunktion

die m-te Wurzel der differenzierten Besselfunktion J'p(x)=0 und
= P

Wenn in diesen deformierten Hohlleiter der Hon-Wellentyp mit der Amplitude 1 eintritt, dann nimmt diese

ίο Amplitude Eo_n fö/mit dem durch die laufende Koordinate zausgedrückten Abstand von der Eintrittsstelle z=0 aufgrund der Umwandlung in einen oder mehrere doppelt modierte Wellentypen entsprechend dem folgenden Ausdruck ab, wobei die Summe des rechten

is Terms dieses Ausdrucks eine der Anzahl der infolge der Umwandlung auftretenden doppelt modierten Wellentypen Hmn, bei denen nur der Index η unterschiedlich ist, entsprechende Anzahl von Gliedern besitzt:

= 1 -J

In Gleichung (2) gilt wie bei den vorhergehenden und den nachfolgenden Gleichungen m=p, sofern sich nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Ferner können in diesen Gleichungen die Indizes η in Verbindung mit dem Index 0 einerseits und dem Index m andererseits einen unterschiedlichen Wert besitzen.

Sind die gewünschten Werte für ρ und für die Länge L des Wellentypwandler festgelegt, dann ist es möglich, daß die Amplitude E_0n (z=L) für n<2 des W_0n-Wellentyps einen erheblich kleineren Wert aufweist als £öi(z= L) des Grundwellentyps, daß also die Dämpfung für die Wo₂- und/oder Mn-Wellentypen wesentlich größer als diejenige für den A/oi-Grundwellentyp ist.

Das erfindungsgemäße Wellentypfilter basiert auf diesem Prinzip, das heißt der Querschnitt des Wellentypwandler ist bezogen auf eine reine Kreisform geringfügig deformiert, wobei die Länge L des Wellentypwandler frei wählbar ist.

Im folgenden wird ein Wellentypfilter für einen Rundnohlleiter mit Metallwand beschrieben, das eine hohe Dämpfung für den W₀₂-Wellentyp besitzt. Die Umwandlungsdämpfung * (in Neper), das heißt die Dämpfung, die sich für den H_0n-Wellentyp aus seiner Umwandlung in einen doppelt modierten Wellentyp ergibt, erhält man aus der folgenden Formel (3) und

Zur Erzielung einer möglichst hohen Dämpfung des H₀₂-Wellentyps bei geringer Dämpfung des ff_o,-Wellentyps sollten

1-cos

(C₀₂,

und

so groß wie möglich, und

(Al -

so klein wie möglich sein. Der optimale Wert für m = p, das heißt die Anzahl der Ausbauchungen am Umfang des Rundhohlleiters muß nach diesen Gesichtspunkten ausgewählt werden Die Maximalwerte der obenstehenden Beziehungen (4) und (6) ergeben mathematisch den Wert 2.
A2 und ß_m„ sind wie folgt bestimmt:

*■ ■ KW⁷M

(8)

Hierin bedeuten ao der Radius des Hohlleiters und λ die Wellenlänge der übertragenen Welle. Soll der Wert der obigen Beziehung (5) möglichst groß sein, dann muß die Differenz /?02 — ßmn möglichst klein sein, das heißt die Differenz zwischen Ar₀₂ und x_mn muß möglichst klein sein.

Der Grund hierfür und die Beziehung zwischen χ und β so werden im Zusammenhang mit Gleichung (10) erläutert.

Die Werte x_m„ der H-Wellentypen entsprechen den Wurzeln der differenzierten Besselfunktion und si.id in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tafel 1

Wellen	Xmn	Weilen	8,015237
typ		typ	8,536316
60 Hn	1,841184	H32	8,577836
H21	3,054237	Hn	9,282396
H0,	3,831706	H1,	9,647422
H3,	4,201189	Hn	9,969468
65 Hn	5,317553	Hu	10,173468
Hn	5,331443	H23
Hs,	6,415616	H03

Fortsetzung

Fortsetzung

Wellentyp

Wellcntyp

H mn

6,706133

7,015587

r_M 7,501266

r,4 11,706005

ta 11,734936

r₁₀₁ 11,770877

t_i} 12,681908

Tafel 2 gibt die errechneten Werte Tür

(Ο)», mil)

H_0n
"οι

Hoi

^O 3

	10,519861	6	Hk)	0,027	3,093	0,145
A/„	10,711434		H62	0,004	0,023	0,330
ff«	11,345924	ίο 7	Hn	0,019	0,365	0,509
Wn,	12,826491		H12	0,003	0,017	0,121
	12,932386	8	Ht)	0,014	0,153	5,664
	13,170371		H%2	0,003	0,013	0,066
		15 9	Hr,	0,012	0,090	6,411
erte Tür		10	H]0]	0,010	0,062	0,840

(Äln ßmnl

wieder, wobei als Frequenz/= 80GHz (entsprechend einer Wellenlänge von 3,75 mm), als Radius des Hohlleiters α,, = 25.5 mm und als Deformationsverhältnis ό = 0,1 gewählt wurde.

Tafel 2

AA.,.

ff O

H_n

H_n

H₂: H₂,

H₃₂ H₃₃

Hu H_t2

//si
H₅₂

0,167
0,016
0,004
0,002
1,202
0,009
0,003

0,104
0,006
0,002

0,044
0,005
0,002

0,010
2,694
0,041
0,011
0,036
0,326
0,022

0,146
0,080
0,014

1,589
0,037
0,010

0,004 0,030 12,690 0,075 0,010 0,100 0,447

0,024 0,651 0,112

0,056 5,756 0,055

0,001

0,046

0,346

Die Dämpfung der Hör, AZ₀₂-, Hör- ■ .Wellentypen läßt sich aus der oben angegebenen Formel (3) unter Benutzung der Tafeln 1 und 2 errechnen. Für p=2 beträgt die Dämpfung des H02-Wellentyps mehr als das Zehnfache und die Dämpfung des A/03-Wellentyps mehr als das Sechzigfache der Dämpfung des A/₀|-Wellentyps. Dies zeigt, daß ein Wellentypwandler aus einem Rundhohlleiter mn zwei Ausbauchungen am Umfang (p= 2) für die vorliegenden Zwecke sehr geeignet ist.

Bei p= 3 oderp = 4 sind die Dämpfungen der A/01-, A/02-, und A/03-Wellentypen nahezu dieselben, so daß ein Wellentypfilter mit p=3 als nicht so wirkungsvoll erscheint. Bei p=5 beträgt die Dämpfung der A/02- und A/03-Wellentypen mehr als das Dreißig- bzw. das Einhundertzehnfache der Dämpfung des A/01-Wellentyps. Ein Wellentypfilter mit p=5 ist daher einem solchen mit p=2 überlegen. Bei p = 6 werden die A/02- und A/o3-Wel!entypen um mehr als das Einhundertfache bzw. das Fünzehnfache gedämpft als der //01-Wellentyp.

Wird ρ größer als 7, dann ergeben sich große Differenzen hinsichtlich der Dämpfung zwischen dem A/01 -Wellentyp und den A/o„-Wellentypen höherer Ordnung, so daß ein Wellentypfilter mit p>7 als sehr wirkungsvoll anzusehen ist.

Die Länge L eines aus einem deformierten Rundhohlleiter bestehenden Wellentypwandler sollte so bestimmt werden, daß die obige Beziehung (4) ihren Maximalwert 2 annimmt. Unter der Annahme von p=5, ao = 25,5 mm und/=80 GHz ergibt sich

25,5

= -0,00374/mm.

3,7Sj

Für diesen Fall führt eine Länge L=839 mm zu einem Maximum der genannten Beziehung (4) und damit zu einer maximalen Umwandlungsdämpfung des A/02-Wellentyps.

F i g. 3 zeigt den Querschnitt, eines erfindungsgemäßen A/02-Wellentypfilters, das heißt eines Wellentypfilters mit hoher Dämpfung für den //02-Wellentyp. Hier ist der Wellentypwandler 10 mit fünf Ausbauchungen 10a bis 10e(p=5 und 0=0,05) versehen. Bei einer Länge von 840 mm beträgt die Dämpfung des //or Weüentyps bei 80GHz das Dreißigfache der Dämpfung des AY01 -Grundwellentyps.

6,4156 V
"25X7

Anstelle von Ausbauchungen am Umfang des Wellentypwandler können auch Stäbe aus elektrisch leitendem Material benutzt werden, wie dies in Fig.4 gezeigt ist. F i g. 4 stellt den Querschnitt eines solchen Wellentypwandler 11 dar, auf dessen Innenwandfläche eine Vielzahl von Stäben 11a bis lic/angeordnet ist Die Wirkung dieser Stäbe ist dieselbe wie die der Ausbauchungen 10abis 1Oein Fig.3.

Es soll nun eine zweite Ausführungsform des Wellentypwandler^ 10 des erfin.dungsgemäßen Wellentypfilters von F i g. 1 erläutert werden. Der Wellentypwandler dieser zweiten Ausführungsform besteht im

wesentlichen aus einem Wendelhohlleiter, dessen Querschnitt nahezu Kreisform aufweist, jedoch durch einige Erhöhungen oder Ausbauchungen auf seinem inneren Umkreis deformiert ist.

F i g. 5 zeigt den Aufbau eines solchen Wellentypwandler 12, der einen isolierten Wendelleiter 12-1, eine den äußeren Teil des Wendelleiters 12-1 bedeckende dielektrische Schicht 12-2 der Dicke f und eine den äußeren Teil dei dielektrischen Schicht 12-2 ummantelnde Schirmungsschicht 12-3 enthält. Die Durchmesser des elektrischen Leiters und der Isolationsschicht des Wendelleiters 12-1 werden mit dbzw. Dbezeichnet. Das wesentliche Merkmal der zweiten Ausführungsform des Wellentypwandler besteht darin, daß die im Schnitt im wesentlichen kreisförmige Innenoberfläche des Wendelleiters 12-1 durch das Vorhandensein einiger Ausbauchungen deformiert ist. Der Querschnitt der Innenfläche des vorliegenden Wellentypwandler ist deshalb den in F i g. 2 und 3 dargestellten Querschnitten äni-iiicr·. Die Wandirr.pedsnz des Wellentypwandler 12 ist so bemessen, daß der H_0n-Wellentyp (nä2) vollkommen in den H_m„-Wellentyp umgewandelt wird, während sich der Hot-Wellentyp ohne Umwandlung in einen doppelt modierten Wellentyp ausbreitet.

Die charakteristische Formel oder Gleichung für den den einzelnen Wellentyp in einem Wendelhohlleiter oder einem Wendel-Wellentypwandler ist im folgenden angegeben.

jmcaZ -

^mn** ρ \Xmn) Jp V*mn)

P _ Ymn /2 /y.

V.2 ti ^JP \^A»"t

k²

/'²(γ Ι ^Jp K^xmn)

(x_mn/a)² = k² + y² „

= 0.

(9) (10)

k² = ω² · u ·

ε.

In den Formeln werden mit ε und μ die Dielektrizitätskonstante bzw. die magnetische Permeabilität des freien Raums bezeichnet, \i_mn ist eine Ausbreitungskonstante für einen beliebigen H_mn-Wellentyp und als Ymn = <x_m„+jß_mn definiert. Z ist die Wandimpedanz in Richtung der Koordinate z, a ein innerer Radius des Wendelwellenleiters, ρ eine Anzahl von Erhöhungen x_m„ eine Konstante, λ eine Dämpfungskonstante und β eine Phasenkonstante.

Aus den Gleichungen (9) und (10) läßt sich, wenn ω, ε. a und Zgegeben sind, der Wert für x_mn leicht berechnen. Die in den F i g. 6A bis 6F dargestellten Kurvenscharen zeigen die Beziehung zwischen x_m„ und pataZ wobei der Radius a eines Wendelhohlleiters 253 mm und die Wellenlänge λ=3,75 mm betragen. Der aus diesen Kurven erhaltene Wert für x_m„ ergibt d"rch Einsetzen in die Gleichung (10) einen Wert der Ausbreitungskonstante y_mm da in diesem Fall a und k konstant sind. Zur Schaffung eines Wellentypfilters mit hervorragenden Eigenschaften sollte die Differenz der Phasenkonstante β zwischen dem unerwünschten /Z_0n- Wellentyp und dem zu erzeugenden H_mn- Wellentyp (m=p) sehr viel kleiner sein als die Differenz der Phasenkonstante zwischen dem H_mn-Wellentyp (m=p) und dem Hbi-Wellentyp. Der Grund hierfür ist folgender:

Da die Ausbreitungskonstante ymn=«-mn+jßnm ist, kann bei sehr kleinem Dämpfungsfaktor «_m„ die Bestimmung von ßmr. durch die Bestimmung von y_mn

ersetzt werden. Ferner stehen y_m„ und x_m„ über Gleichung (10) in Beziehung zueinander, wobei in jedem einzelnen Fall die Werte für a und k konstant sind. Demgemäß hängt die Differenz der Phasenkonstanten β mn von der Differenz der x_m„- Werte ab. Daher ist es also hinreichend, wenn die Differenz von x_mn zwischen dem unerwünschten Wellentyp H_0n und dem zu erzeugenden H_m„-Wellentyp sehr viel kleiner ist als die Differenz von x_m„ zwischen dem //.„„-Wellentyp und

dem f/oi-Wellentyp.

Einige typische Anwendungsfällc werden unter Bezug auf die F i g. 6A bis 6F dargelegt.

(a) p=3 in Fig. 6A

Wenn die Wandimpedanz so bemessen ist. daß j(ataZ=b ist (Z= kapazitiv), ergibt sich aus Fig. 6A für den f/31-Wellentyp ein x_mn-Wert von 7,0. Aus Tafel I wird für den /-fe-Wellentyp für x_m„ ein Wert von 7,0 entnommen. Ein Wendelhohlleiter mit drei Ausbauchungen läßt sich deshalb für /-/(^-Wellentypfilter verwenden.

(b)p = 4inFig. 6B

Der «03-Wellentyp <^x_mn =10.17 in Tafel 1) und der HirWellentyp können entarten. Ein Wendelhohlleiter mit 4 Ausbauchungen kann deshalb für f/03-Wellentypfilter dienen. Das heißt, daß die Dämpfung des Mn-Wellentyps sehr viel größer ist als die Dämpfung des Hoi-Wellentyps.

(c) p = 5 in Fi g. 6C

Wenn die Wandimpedanz Z so festgelegt ist. daß den Wert 4 aufweist (Z= kapazitiv), ist der des Hsi-Wellentyps derselbe «ie der des Ho2-Wellentyps. nämlich gleich 7. Da der x„„-Wert des HorWellentyps ( = 3.8) zum A_m„-Wert des H₅,-Wellentyps ( = 7,0) einen hinreichenden Unterschied aufweist, bleibt die Umwandlungsdämpfung des H01 -Wellentyps sehr klein. Für ein H02-Wellentypfilter ist ein Wellentypwandler mit 5 Ausbauchungen die bevorzugte Ausführungsform.

(d)p=6inFig. 6D

Obgleich die H03- und fti-Wellentypen bei jcoeaZ= 1 entarten, besteht für den Fall, daß die Wandimpedanz Z einen sehr kleinen Wert — etwa 1 — aufweist keine Kopplung zwischen dem M>3-Wellentyp und dem £*i-Wellentyp. Ein Hoy Wellentypwandler mit sechs Ausbauchungen ist deshalb nicht praktikabel.

(e) p=7 in Fig. 6E

Wenn die Wandimpedanz Z einen großen Wert aufweist so daß der jicoiaZ-Wert hinreichend induktiv und negativ ist kann der x_mn-Wert des £₇i-Wellentyps gleich dem x_m„-Wert des Ma-Wellentyps sein und einen Wert von 10,17 annehmen. Folglich läßt sich ein Wendelhohlleiter mit sieben Ausbauchungen als Hiß- Wellentypwandler verwenden.

(f)p=8inFig.6F

Wenn der Wert für jcüeaZ= 4 ist (Z= kapazitiv), ist der x_m„-Wert des M_n-Wellentyps gleich dem x_m„-Wert des H₀₃- Wellentyps nämlich gleich 10,17. Der H03-Wellentyp wird deshalb vollständig in den Mii-Wellentyp umgewandelt Ein Wellentypwandler mit acht Ausbauchungen stellt die am meisten zu bevorzugende Ausführungsform für ein ή«-Wellentypfilter dar.

Im folgenden wird eine mathematische Analyse eines

erfind.ingsgemäßen Wendel-Wellentypwaridlers gegeben.

Zunächst wird die Amplitude des Kopplungskoeffi-

C_n = — /V

2 *

-^YUi ' ^Xmn

„ r ■

^{Ρ pxXr}""

wobei

V (

zienten Gi_n. _mn zwischen dem H_0n-Wellentyp und einem beliebigen Wellentyp der Form H_m„ bzw. E_m„ durch die folgende Formel beschrieben:

(U)

Dabei bedeuten γ_Οη die Ausbreitungskonstante des Hon- We'lentyps und d das Deformationsverhältnis.

Die Fig. 7A und 7B zeigen in zwei Beispielen die Lösung der Formel (ii), wobei der Zusammenhang zwischen Q, _mnl6 (Ordinate) und x_mn in Form einer kurve dargestellt ist. C_0n. _m„ ist als |G_amn/o| auf der Ordinate aufgetragen, da in diesem besonderen Fall der ό-Wert konstant ist. Fig. 7A zeigt den |Qn._mn/<5|-Wert zwischen dem W01- oder dem Ha₂-Wellentyp und einem beliebigen Wellentyp für p=5. Fig. 7B zeigt den ICWm_n/(5|-Wert zwischen dem W_Or oder dem H₀₂-Wellentyp und einem beliebigen Wellentyp für p= 8. Ferner sind in den F i g. 7A und 7B die Werte für den Radius a und die Wellenlänge λ mit 25,5 mm bzw. 3,75 mm abgenommen. Wenn sich in dem in Fig.6C dargestellten Beispiel der Wert für die Wandimpedanz Zvon Null in die induktive oder die kapazitive Richtung ändert (in

a (Z) = J-F₂Cn ·

-Τ" [2 C₀₁,,

der Figur liegt der kapazitive Bereich oberhalb und der induktive Bereich unterhalb der Abszisse), ändert sich der Wert für x_mn in der rechten oder linken Richtung. In H ig. /A ändert sich deshalb der Kopplungskoeffizient Cg_n. mn abhängig von den Änderungen des x_mn-Wertes in Pfeilrichtung (induktiv oder kapazitiv). Wenn sich beispielsweise die Wandimpedanz Zvon Null (metallische Wand) in eine kapazitive Impedanz in Fig. 6C ändert, erreicht der x_m„-Wert des W₅i-Wellentyps nahezu den A„,„-Wert des H<n-Wellentyps (welcher einen Wert von 7,016 aufweist). Die Kopplungskoeffizienten zwischen f/02 und W51 werden dann, wie in F i g. 7A dargestellt, klein.

Die Amplitude a_m„(z) eines beliebigen Wellentyps und die Amplitude aa\(z)des Woi-Wellentyps erhält man für diesen Wellentypwandler aus den folgenden Gleichungen.

(p + Aß_On,_mn) ■ a -{p- Aß_Oxmn) „(0)]e"

(12)

2c_o,_m„ · a_mn(Q)) e-»-" - 2c_On,_m„ ■ fl_mn(0)] e-"

Wobei ζ die laufende Koordinate in Achsenrichtung ist mit ζ = 0 am Eingang des Wellentypwandler und r = L an seinem Ausgang und mit

Vi =j(ß-p/2)

Yi = j (ß +P'2)

wobei O₀, und a_mx (0) die Amplituden von O₀₁ und «κ« an? Ort ζ = 0 bezeichnen. Für den Fall von Ji_{01 m}„ » On,.·=» erhält man aas (12) mit o„_n (0) = 0 die nächste Gleichung

z). (14)

Wenn die Abweichung von der Kreisform längs dem Hohlleiter entfernungsunabhängig ist, wird die Wellentypumwandlung des W_0n-Wellentyps durch eine periodische Funktion, welche den Term

(\-cosAß_0nn,n ■ z)
enthält, dargestellt und der Größtwert von λ (ζ) wird

»0β,ιπιι/

Wenn Zbestimmt ist, erhält man die Wellentypumwandlungsdämpfung des H_0n-Wellentyps aus dem Verhältnis zwischen

(Con. mn/Δβθη. mn)² Und Z

Um den Wert für

/r\ 1 Act \2 (M)/i mn* ^JpOn. m;ir

zu vergrößern, muß der Wert für Δβοη. mn so klein wie r"ög!äf:n fehalren werden. Mit anderen Worten, sollten

13 14

die Ausbreitungskonstanten des Hb„-Wel!entyps und numerisch angegebenen Ausführungsform beträgt der

des beliebigen Wellentyps H_m„ so nahe wie möglich Wert fürjcoeaZim gesamten Frequenzband etwa 5.

beisammen liegen. Da in diesem Fall die Forderung Modifikationen eines Wendel-Wellentypwandlers

i» _r sind für den Fachmann möglich. Beispielsweise kann auf

^POn. ™> M)_n, mn _{5 die lnnenfläcne e}j_nes Wendelhohlleiters ein elektrisch

nicht erfüllt wird, beschreiben auch die Gleichungen (12) leitender Klebstoff oder eine leitende Paste aufgebracht

bU(15)dieVerhäItnüsenichtkorrektWennil/}on.nwi=0, werden und in derselben Weise wirken, wie die

errechnet sich E_0n φ nach folgender Gleichung Ausbauchungen oder Wälle in dem in F i g. 5 dargestell-

F M = -Jffin -r η·ΐ\ ten Wellentypwandler. Der Wendel-Wellentypwandler

H_0n tf) e υπ · cos zc_o^_mn. (15) _{10 wird in der in Figl} dargestellten Hohlleiterverbindung

Wenn Z so gewählt ist, daß der Gleichung zusammen mit einem metallischen Rundhohlleiter ,=jc/2 genügt wird, wird der Hon-Wellentyp kreisförmigen Querschnitts und einem Wendelhohlleivollständig in andere beliebige Wellentypen transfer- ter üblicher Ausführung als dem Absorber vorgesehen, miert Diese beliebigen Wellentypen werden ohne F i g. 8 zeigt im Querschnitt die dritte erfindungsge-Schwierigkeiten in Wendelhohlleitern herkömmlicher 15 mäße Ausführungsform eines Wellentypwandlers, näm-Bauart absorbiert, so daß die Dämpfungen der lieh einen mit einem Dielektrikum ausgekleideten H_0n-Wellentypen folglich sehr groß werden. Wellentypwandler 13. Dieser Wellentypwandler 13

Im folgenden wird die praktische Auslegung eines enthält eine deformierte Metallwand 13-1 und eine

erfindungsgemäßen Wendel-Wellentypwandlers mit dielektrische Schicht 13-2, welche auf die Innenfläche

fünf Ausbauchungen (p—S) beschrieben. Bei der 20 der Metallwand 13-1 aufgebracht ist Die Konstruktion

Bemessung eines Wendel-Wellentypwandlers müssen dieses Wellentypwandlers 13 ist dieselbe, wie die der in

(a) die Höhe der Ausbauchungen (=der Wert für δ), (b) den F i g. 2 und 3 dargestellten Wellentypwandler, mit

die Länge L des Wellentypwandler und (c) die dem Unterschied, daß zusätzlich die dielektrische

konstruktive Ausbildung der Wand festgelegt werden. Schicht 13-2 vorgesehen ist

Mit der Erhöhung des δ- Wertes wird der Kopplungsko- 25 Die durch das Hinzufügen der dielektrischen Schicht

effizient Coißs zwischen //01 und Hos erhöht Das heißt 13-2 zur Metallwand verursachte Abweichung der

daß bei einem großen Wert für δ die Dämpfung des Phasenkonstanten Aß_m„ und Δβ_0π für den H_mn- bzw. den

//oi-Grundwellentyps selbst groß ist und daher die f/o/j-Wellentyp ist im folgenden angegeben (wobei

obere Grenze für δ durch die zulässige Dämpfung des m—p/· Ho\ Wellentyps bestimmt ist Die optimale Länge L des 30

Wellentypwandlers beträgt _AR _ p¹ C~ 1 . J_ . ο

„ j xL-P^{2 ε} <Ό

35 4A. = — («,-υ \rz)-po"-

Wenn der Kopplungskoeffizient Co_n. mn einen großen Wert aufweist kann die Länge L gering sein. Ein großer Mit f ist hier die Dicke der dielektrischen Schicht 13-2 Kopplungskoeffizient C_{0n m}„ erfordert jedoch einen _{bezeichnet Im a}||_{gemeinen ist} (±\ _hinrei_{chend kle}in

großen Wert fur ό und ergibt eine vergrößerte ° X^J

Dämpfung des Hoi-Wellentyps. 40 und pO„ sehr viel kleiner als Aß_mn- Deshalb ergibt ein Es ist auch ein Wellentypwandler realisierbar, dessen . _{r Wer( fflr} fj\ _{den ex(rem k},_{ejnen Weft f} Länge L geringer ist als es der Gleichung \<hJ

{ßon-ßmn), so daß der größere Wert aus Formel (5)

I = JL ■ * (wobei π=?) erhalten wird.

2 C₀*,m,, 45 Fig.9 zeigt errechnete Kurvenscharen für das

Verhältnis zwischen der Dicke t der dielektrischen

entspricht; hierbei wird aber die Dämpfung des Schicht (horizontale Achse) und dem x_m„-Wert (vertikale?· Wellentyps relativ zur kurzen Länge L etwas Ie Achse) für den ffci- und den Hgi-Wellentyp, wobei für reduziert ao=25,5 mm und ε,=23 angenommen ist. Es sei im Im weiteren wird ein typisches numerisches Beispiel so Zusammenhang mit F i g. 7 in Erinnerung gebracht, daß eines Wendsl-Wellentypwandlers gegeben, wie er in eine geeignete Dicke der dielektrischen Schicht für den F ig. 5 dargestellt ist, wobei die Mittenfrequenz 80 GHz, AZ₆,- Wellentyp dieselbe Phasenkonstante wie für den der Radius eines Hohlleiters a₀= 25,5 mm und die H02-Wellentyp und für den ffei-Wellentyp dieselbe zulässige Dämpfung des WorWellentyps 0,005 Np Phasenkonstante wie für den W₀₃- Wellentyp ergibt beträgt. 55 Fig. 10 zeigt als vierte A isführungsform einen Teil

eines Wellentypfilters, welches einen ersten Wellentyp-

δ = 0,040 wandler Fi, einen Wendelhohlleiter A herkömmlicher

L = 1000 mm Bauart und einen zweiten Wellentypwandler Fi enthält.

f - 04 mm Eine abwechselnde Anordnung eines Wellentypwand-

d =0,18 mm 60 lers F_t oder F₂ in F i g. 9 und eines Wendelhohlleiters A

D — 0,20 mm herkömmlicher Bauart ergibt ein Wellentypfilter, das

ε, = 4 (e,ist die relative Dieltktrizitätskonstan- einen sehr breiten Frequenzbereich überdeckt. Wenn

te der dielektrischen Schicht 12-2 in beispielsweise der erste Wellentypwandler Fi ein

F i g. 5) niedriges Frequenzband, beispielsweise 40 bis 60 GHz,

65 und der zweite Wellentypwandler ein hohes Frequenz-Wenn das Wellentypfilter für ein Frequenzband von band z.B. 60 bis 80GHz, überdeckt, bedeckt das 40 bis 80GHz vorgesehen ist, sollte die Länge seines vollständige, die beiden Wandler F, und F₂ enthaltende Wellentypwandlers L= 750 mm betragen. Bei der oben Filter das breite Frequenzband von 40 bis 80 GHz. Jeder

der Wellentypwandler F, und F₂ kann als Wendel-Wellentypwandler, wie in Fig.5 dargestellt, ausgeführt werden. Im folgenden wird eine typische numerische Auslegung eines kombinierten Wellentypfilter, wie in F i g. 10 dargestellt, angegeben:

Anzahl der Ausbauchungen:

fünf(p=5) Zulässige Dämpfung des H_0x- Wellentyps:

0,005 Np Verhältnis der Ausbauchungen:

0,04(0=0,04) Radius des Wendelhohlleiters:

ao=25,5 mm Frequenzband:

40-80GHz Länge des ersten Wandlers:

L₁ =625 mm (Mittenfrequenz=50 GHz) Länge des zweiten Wandlers:

L₂ =875 mm (Mittenfrequenz = 70 GHz) Länge des Wendelhohlleiters A:

1000 mm Konstruktive Ausbildung der Wendelwand:

wie in F i g. 5 dargestellt

Relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht:

ε,=4 Dicke der dielektrischen Schicht:

r=0,5 mm Durchmesser der Spule:

D=0,129 mm und d=0,12 mm

Mit der oben angegebenen numerischen Auslegung lassen sich für die beiden Wandler Fi und F₂ Werte für jiut'aZ von etwa 4 gewinnen.

In dem in Fig. 10 dargestellten, kombinierten Wellentypfilter breitet sich die Mikrowellenenergie in Pfeilrichtung aus; ein unerwünschter, im niedrigen Frequenzband enthaltener H₀₂-Wellentyp wird in dem ersten Wandler F_x in den Msi-Wellentyp umgewandelt, der in dem Wendelhohlleiter A absorbiert wird. Ferner wird ein in dem hohen Frequenzband enthaltender unerwünschter //02-Wellentyp durch den zweiten Wandler F₂ in den W₅i-Wellentyp umgewandelt und dieser in einem nachfolgenden, in der Figur nicht dargestellten Wendelhohlleiter absorbiert. Modifikationen der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform sind selbstverständlich möglich. Beispielsweise lassen sich Wellentypenwandler mit metallischen Wänden oder mit Dielektrikum ausgekleidete Wellentypwandler anstelle der Wendel-Wellentypwandler als Komponenten eines kombinierten Filters einsetzen.

Unter Bezugnahme auf eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellentypfilter zeigt F i g. 11 den Zusammenhang zwischen der Länge (horizontale Achse in cm) des Wellentypwandler und der Wellentvp-Umwandlungsdämpfung des Hoy Wellentyps (vertikale Achse in dB), wobei einige Frequenzen als Parameter angegeben sind, der Radius ao = 25,5 mm, die Anzahl der Ausbauchungen p=9, das Deformationsverhältnis Λ = 0,06 und die Dämpfung des Woi-Wellentyps weniger als 01, dB betragen. Unter der Bedingung, daß das Frequenzband von 40 bis 90GHz mittels eines einzigen Wellcntypwandlers abgedeckt werden soll, wird seine Länge zu 12 cm bestimmt (Punkt A aus Fig. II), wobei die Dämpfung bei der oberen Grenzfrequenz (90GHz) denselben Wert aufweist, wie bei der unteren Grcnzfrcqucnz (40GHz). Mit einer Baulänge von 12 cm läßt sich jedoch im oberen und unteren Frequenzbereich keine hinreichende Dämpfung erzielen. Die in Zusammenhang mit Fig. 10 beschriebene vierte Ausführungsform der Erfindung vermeidet

ί diesen Nachteil, das Wellentypfilter weist jedoch eine zu große Baulänge auf.

Die fünfte Ausführungsform beschreibt deshalb ein Breitband-Wellentypfilter geringer Baugröße. Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt und Fig. 13 einen

in Querschnitt eines Wellentypwandlersystems gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung, welches einen ersten Wellentypwandler Fj und einen zweiten Wellentypwandler F₂ enthält Der zweite Wandler F₂ ist mit dem ersten Wandler F₁ verbunden, so daß eine > gemeinsame Längsachse gegeben ist, korrespondierende Punkte auf dem Umfang der Wandler jedoch — beispielsweise Punkt a auf F_x und a'auf F₂ (Fig. 13) — voneinander um eine durch einen Winkel ψ bestimmte Weglänge getrennt sind. Dieser Winkel φ ist Js φ= -p- bestimmt. Da sich ein Wendelhohlleiter herkömmli-

eher Ausführung zwischen zwei Wandlern, wie sie in

F i g. 10 dargestellt sind, als unnötig erweist, läßt sich mit

den in Fig. 12 und !3 dargestellten Konstruktionen die

-'> Gesamtlänge des Wellentypfilter kürzen.

Das Wirkungsprinzip des in den Fig. 12 und 13 dargestellten Wandlersystems wird anhand eines einfachen Beispiels (p=2) anhand der Fig. 14(A) und 14(B) beschrieben. Wenn sich der //_On-Wellentyp in

«ι einem Wellenleiter mit zwei Ausbauchungen Cp= 2), wie in Fig. 14(A) dargestellt, ausbreitet, wird dieser //on-Wellentyp in den W_2I-Wellentyp umgewandelt, dessen Feld in F i g. 14(A) dargestellt ist.

Wenn andererseits zwei Wandler direkt miteinander

i) verbunden sind und wenn der erste Wandler (Fig. 14(A)), bezogen auf den zweiten Wandler (Fi g. 14(B)), um einen Winkel ψ(ψ= ψ =45°) gedreht ist, stehen die in den Fig. H(A) und 14(B) dargestellten *» elektrischen Felder im Verhältnis eines Sinus-Wellentyps zu einem Cosinus-Wellentyp, wobei diese Felder nicht miteinander koppeln. Demgemäß arbeiten die beiden in Fig. 14(A) und 14(B) dargestellten Wandler unabhängig voneinander wie zwei getrennte Wellentyp- ·<> wandler. Ein Wendel-Wellenleiter herkömmlicher Bauart kann zwischen den Wandlern deshalb weggelassen werden.

Im weiteren wird eine numerische Auslegung eines Wandlers entsprechend der fünften erfindungsgemäßen ·» Ausführungsform angegeben.

Typ des Hohlleiters:

Hohlleiter mit metallischer Wand Anzahl der Ausbauchungen:

Innerer Radius:

3o=25,5 mm Länge des ersten Wandlers:

L_x = 10 cm Länge des zweiten Wandlers:

Li= 18 cm Winkel:

= l£ = i£ -10« 4p 4 9

Deformationsverhältnis: 0 = 0,06

Die charakteristischen Eigenschaften eines Wandlers, der der fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht, und gemäß den oben angegebenen numerischen Daten ausgelegt ist, sind in F i g. 15 gezeigt, wobei auf der Abszisse die Frequenz in GHz und auf der Ordinate die Dämpfung des MrWe'lentyps in dB aufgetragen ist und sich die mit Fi bezeichnete Kurve auf die durch den ersten Wandler Fi bewirkte Dämpfung und sich die mit F₂ bezeichnete Kurve auf die durch den zweiten Wandler F₂ verursachte Dämpfung bezieht Wie Fig. 15 erkennen läßt, ist die Summendämpfung (=Fi + F₂) in einem breiten Frequenzbereich nahezu konstant.

Weiterhin wird eine zweite numerische Auslegung eines erfindungsgemäßen, der fünften Ausführungsform entsprechenden Wandlers angegeben:

Typ des Hohlleiters:

Wendelhohlleiter Anzahl der Ausbauchungen:

p=5 Deformatior.svernältnis:

0=0,04 Radius:

ao=25,5 mm Wert für/cüeaZz:

4 Relative Dielektrizitätskonstante:

ε,=4 Dicke der dielektrischen Schicht:

i=0,5 mm Durchmesser der Souie:

D= 0,129 mm,</=0,12 mm Länge des ersten Wandlers:

Lt =625 mm Länge des zweiten Wandlers:

Li = 875 mm Winke! ψ:

4p

i, u 2 τι _ -QQ

4 5

typfilters (Länge in cm auf der horizontalen Achse aufgetragen) und der Dämpfung des //orWellentyps (Dämpfung in dB auf der vertikalen Achse aufgetragen), wobei als Parameter Frequenzen in GHz angegeben ί sind und unter den Bedingungen, daß ρ=5 und ό=0,04. Mathematisch ausgedrückt, muß die Länge L eines Wellentypwandler so bestimmt werden, daß der Formel

Auch der in Zusammenhang mit F i g. 8 beschriebene Wellentypwandler läßt sich in dem Filtersystem der fünften Ausführungsform der Erfindung einsetzen.

Im praktischen Einsatz sollte der Kopplungsteil des ersten Wandlers Fi und des zweiten Wandlers F₂ mittels einer metallischen Abdeckung ummantelt sein.

Im folgenden werden einige, für die Bemessung erfindungsgemäßer Wellentypfilter bzw. ihrer Wellentypwandler nützliche, errechnete Daten angegeben.

Fig. 16 zeigt den Zusammenhang zwischen joeaZ (horizontale Achse) und dem Dämpfungsfaktor

(vertikale Achse)

unter der Bedingung, daß ρ=5, ao=25,5 mm und d = 0,04. Diese Kurven sind unter Zuhilfenahme der Formeln (9). (10) und (11) berechnet.

In Fig. 17 sind Werte für jweaZ (Ordinate) in Abhängigkeit von der Frequenz (in GHz, Abszisse) unter der Bedingung dargestellt, daß ao = 25,5 mm,e5 = 4, r = 0,6 mm und c/=0,2 mm.

Fig. 18 zeigt die Relation zwischen der Länge des Wellentypwandler eines erfindungsgemäßen Wellen

2 ^Oa, iun

genügt wird. Bei der praktischen Auslegung jedoch, bei der der Wellentypwandler für das breite Frequenzband bemessen werden soll, solke die Länge L aus F i g. 18 so gewählt werden, daß die Dämpfungen bei den höchsten und bei den niedrigsten Frequenzen die gleichen Werte aufweisen.

Fig. 19 zeigt das frequenzabhängige Verhalten der Dämpfung des H₀₁- Wellentyps, wobei als Parameter die Wandimpedanz angegeben ist Auf der horizontalen Achse des in Fig. 19 dargestellten Diagramms ist die Frequenz in GHz, auf der vertikalen Achse die Dämpfung des H_n-Wellentyps in dB aufgetragen. Die Darstellung hat Gültigkeit unter der Bedingung, daß p=5,δ=0,04und L=75 cm ist

Fig.20 zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz (aufgetragen auf der horizontalen Achse in GHz) und der Dämpfung des //oi-Grundwellentyps (aufgetragen auf der vertikalen Achse in dB), wobei p=5, (5=0,04 und L=75cm ist Die in Fig.20 dargestellte Kurve zeigt die gesamte Umwandlungsdämpfung, wobei der Hör Wellentyp in die //si-, W₅₂-, H₅₃-, und /fo-Wellentypen umgewandelt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der Verlust an Amplitude oder die Dämpfung des H_m -Wellentyps in dem Wellentypfilter außerordentlich gering ist

Es ist ferner nachgewiesen, daß der durch Wärmeumwandlung in der äußeren dielektrischen Schicht eines Wendel-Wellentypwandlers bewirkte Amplitudenverlust des Wbi-Wellentyps vernachlässigbar gering ist, wenn die Frequenz kleiner ist als 100 GHz und die Dicke der dielektrischen Schicht 03 mm</<0,8 mm beträgt.

F i g. 21 schließlich zeigt das experimentelle Ergebnis eines erfindungsgemäßen /fo-Wellentypfilters. Die in Fig.21 dargestellten Meßwerte basieren auf einem Wendel-Wellentypwaudler mit p=5, einer Länge L=75 cm und einer Mittenfrequenz von 60GHz. Auf der horizontalen Achse ist die Frequenz in GHz, auf dem oberen Teil der vertikalen Achse die Dämpfung des WorWellentyps in dB und auf dem unteren Teil der vertikalen Achse die Dämpfung des Wbi-Wellentyps in dB aufgetragen. Die mit »a« bezeichnete Kurve zeigt die experimentell ermittelte Dämpfung des WOi-Wellentyps die mit »b« bezeichnete Kurve die errechnete Dämpfung des Hm- Wellen typs und die punktierte Kurve »c« die Meßwerte der Dämpfung für den Hm-Wellentyp. Es sei unter Bezug auf Fig.21 darauf hingewiesen, daß die Meßwerte mit den korrespondierenden, errechneten Daten sehr gut übereinstimmen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß ein zum Zwecke der Wellenwiderstandsanpassung verjüngter Hohlleiter zwischen einem erfindungsgemäßen Wellentypwandler und einem üblichen Hohlleiter mit Kreisquerschnitt unnötig ist. weil der Kopplungsverlust am Kopplungspunkt sehr klein ist.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wellentypfilter zur Unterdrückung der /Z_0n-Wellentypen höherer Ordnung im Zuge einer Hohlleiterverbindung mit Kreisquerschnittsform, in der sich neben dem erwünschten //ot-Grundwellentyp auch unerwünschte Wellentypen höherer Ordnung des Grundwellentyps ausbreiten, gekennzeichnet durch einen Wellenleiterabschnitt (10) mit geringfügig gegenüber der Kreisform deformiertem Leitungsquerschnitt, der durch Energieentzug auf dem Wege über eine Umformung der im Wellenleiterabschnitt geführten Wellentypen in einen oder mehrere doppelt modierte Wellentypen der Form Hmn eine Dämpfung der Wellentypen bewirkt, die für die unerwünschten Wb_n-Wellentypen höherer Ordnung erheblich größer als für den //oi-Gnindwellentyp ist, und durch einen diesem Wellenleiterabschnitt (10) in Fortpflanzungsrichtung der Wellen folgenden Absorber (20) für die doppelt modierten Weiieniypen.

2. Wellentypfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt des Wellenleiterabschnitts (10 bis 13, F_x, F₂) infolge von mehreren an seinem Umfang vorhandenen Ausbauchungen (10a bis 1Oe,) derart von der Kreisform abweicht, daß für den tatsächlichen Radius a gilt: