DE2732656C2 - Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Übergang zwischen einer Koaxialleitung und einem Hohlleiter wird erforderlich, wenn in den verschiedenen Teilen eines Systems von Höchstfrequenzschaltungen unterschiedliche bauliche oder physikalische Eigenschaften gewünscht werden.

Eine Koaxialleitung ist durch einen konzentrischen Aufbau der zwei Leiter gekennzeichnet. Die am meisten benutzte Ausbreitungsart ist derTEM-Mode. In einem Querschnitt ist das elektrische Feld auf jedem Durchmesser unsymmetrisch, und die magnetischen Feldlinien sind konzentrische Kreise.

In einem Hohlleiter kann die Ausbreitung der Wellen in verschiedenen Moden erfolgen, wobei der Grundmode jedoch der am häufigsten benutzte ist, bei welchem in einem rechtwinkeligen Hohlleiter die elektrischen und magnetischen Feldlinien in einem Querschnitt geradlinig sind und die Felder eine symmetrische Verteilung aufweisen.

Ein Hauptnachteil der bekannten Übergänge beruht darauf, daß es sich um transversale Übergänge handelt, und zwar in dem Sinne, daß die Koaxialleitung quer mit dem Hohlleiter verbunden ist. Eine Maßnahme zur Beseitigung dieses Nachteils besteht darin, den Hohlleiter ab der Koaxialleitung longitudinal zu erregen. Ein solcher Übergang, bei dem der verlängerte Innenleiter der ^Koaxialleitung isoliert und achsparallel zur Hohlleiter- ^längsächse durch eine metallische Hohlleiterabschlußwand hindurch in den Hohlleiter-Innenraum hineingeführt ist, gehört durch die US-PS 39 42 138 zum Stand der Technik. Es stellt sich dann aber das Problem, den Innenleiter des Koaxialkabels an eine Wand des Hohlleiters so anzuschließen, daß eine Schleife gebildet wird. Von Nachteil ist dabei, daß einerseits ein Schleifenprofi!

einzuhalten ist und daß andererseits ein elektrischer Kontakt zwischen dem Ende des Innenleiters des Koaxialkabels und dem Hohlleiter hergestellt werden muß. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hohlleiter-Koaxialleitungs-Übergang die Vorteile des geringen Raumbedarfs mit denen der einfachen industriellen Fertigung und guten Reproduzierbarkeit zu vereinigen.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßt α Hohl-Ieiter/Koaxialleitungsübergang durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Übergang ist kein elektrischer Kontakt zwischen dem Innenleiter der Koaxialleitung und den Wänden des Hohlleiters erforderlich. r>ie Tatsache, daß der durch den hineinragenden Innenleiterabschnitt gebildete Kolben geradlinig ist gestattet das Herstellen von demontierbaren Übergangsstücken. Die Montage kann auf ein einfaches Einstecken der Verlängerung des zentralen Innenleiters der Koaxialleitung in den Hohlleiter reduziert werden. Die Einfachheit der Herstellung dieses Übergangsstückes und seine Reproduzierbarkeit führen zu niedrigen Herstellungskosten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Koaxialleitungsabschnitt
F i g. 2 einen Hohlleiterabschnitt,

F i g. 3 eine aufgebrochene Ansicht eines Hohlleiter/ Koaxialleitungs-Übergangs,
F i g. 4 eine Längsschnittansicht der Übergänge, die
F i g. 5a und 5b Querschnittansichten, und
F i g. 6 das Ersatzschaltbild der Übergänge.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt eines Koaxialleitungsabschnitts mit den elektrischen und magnetischen Feldlinien. Es handelt sich um ein Gebilde, das aus zwei konzentrischen Leitern besteht: ein'-rn zentralen Leiter oder Innenleiter 1 und einem Außenleiter 2. Je nach den Querabmessungen dieser Leitung mid insbesondere des Außenleiters 2 sind verschiedene Ausbreitungsarten möglich. Die am häufigsten benutzte ist der TEM-Mode, der durch das NichtVorhandensein einer Grenzwellenlänge gekennzeichnet ist. In dem Querschnitt folgen die elektrischen Feldlinien den Radien (ausgezogene Pfeile), während die magnetischen Feldlinien konzentrischen Kreisen folgen (gestrichelte Kreise). Das elektrische Feld ist auf einem Durchmesser unsymmetrisch, was 5U sich aufgrund der Rotationssymmetrie des kaoxialen Gebildes ergibt.

Fig. 2 zeigt einen Hohlleiter. Es handelt sich um ein Gebilde, das aus einem einzigen rohrförmigen Leiter 3 besteht, in dessen Innerem die Ausbreitung erfolgt Je nach der Form und den Querabmessungen des Hohlleiters sind unterschiedliche Ausbreitungsarten möglich. Für alle Arten von Hohlleitern ist die Ausbreitung in dem Grundmode durch eine Grenzwellenlänge Ac gekennzeichnet, die durch den Querschnitt und die Art des inneren Mediums festgelegt wird.

Der Hohlleiter weist meistens einen rechtwinkeligen s| Querschnitt auf.Der Grundmode ist der TEto-Mode, der % in einer Querebene ein symmetrisches, zu den Seiten- ^ä* wänden des Hohlleiters paralleles elektrisches Feld auf- , weist. Das elektrische Feld ist in F i g. 2 durch die ausgezogenen Pfeile dargestellt, während das magnetische Feld durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist J

Fig.3 zeigt eine aufgebrochene Ansicht einer Aus- ,·

führungsform der Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergänge.

Es handelt sich um einen Iogitudinalen Übergang, d. h. die Achse der Koaxialleitung und die Achse des Hohlleiters fallen im wesentlichen zusammen oder sind parallel.

Die Koaxialleitung besteht aus einem Innenleiter 10 und aus einem Außenleiter 12. Ein Loch 13 ist in einer Hohlleiterabschlußwand 16 des Hohlleiters 14 gebildet, um das Einführer des Innenieiters 10 zu gestatten. Der Innenleiter 10 ist mit einem Dielektrikum 11 bedeckt, um ihn von der Wand 16 und von dem Außenleiter 12 zu isolieren. Seine Eindringling in den Hohlleiter 14, bei welcher es sich um einen Parameter der Feineinstellung handelt, liegt in der Größenordnung eines Viertels der Wellenlänge.

Die Achse des Innenleiters 10 kann nicht mit der Achse des Hohlleiters zusammenfallen, denn die unsymmetrische Verteilung des Feldes auf der Höhe des Innenleiters würde nicht das Anregen des Hohlleiters in dem Grundmode gestatten. Lediglich unsymmetrische Moden unterhalb der Grenzfrequenz würden erzeug* werden, aber die Abmessungen des Hohlleiters sinr"· so, daß allein der Grundmode darin vorhanden sein kann.

Die Kopplung zwischen dem nsymmetrischen TEM-Mode der Koaxialleitung und dem symmetrischen Grundmode des Hohlleiters ergibt sich durch die Dezentrierung der Achse der Koaxialleitung gegenüber der des Hohlleiters.

Diese Unsymmetrie führt jedoch zu keiner ausreichenden Anregung, und außerdem ist die Impedanzanpassung der einen Leitung an die andere schwierig durchführbar, und zwar einerseits wegen der Differenz ihrer Wellenwiderstände und andererseits wegen des geringen Kopplungsgrades zwischen den Wellen mit symmetrischer und unsymmetrischer Verteilung.

Die Kopplung wird durch das Vorhandensein eines Hohlraumresonators 15 verbessert, der neben der Koaxialleitung 12 und gegenüber der Wand 16 zurückversetzt angeordnet ist. Dieser Hohlraumresonator kann aus einer Vei ..ingerung des Hohlleiters 14 über die Wand 16 hinaus oberhalb der Koaxialleitung und mittels der Dezentrierung derselben gebildet sein.

Für die Feineinstellung eines solchen Überganges verfügt man über zahlreiche Parameter, die ohne weiters variiert werden können. Es handelt sich beispielsweise um die Länge des Innenleiters IC, auf der er in den Hohlleiter eindringt, oder um die Länge des benachbarten Hohlraumresonators oder um die Höhe dieses Hohlraumresonators. usw.

Die Ausführungsform soL'her Übergänge hat gezeigt, daß die Länge des Innenieiters in dem Hohlleiter und die des benachbarten Hohlraumresonators im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge sind Hinsichtlich der Höhe des Hohlraumresonators muß mit ungefähr der halben Höhe des Hohlleiters gerechnet werden.

Die Feldlinien im Innern des Übergangsstückes sind näherungsweise in den Schnittansichten von F i g. 4 und 5 dargestellt.

Das Vorhandensein einer Unsymmetrie auf der Höhe des Übergangsstückes bewirkt, daß zumindest örtlich symmetrische und unsymmetrische Moden vorhanden sind. Außerhalb dieser Übergänge kann nur ein einziger Mode bestehen: der symmetrische TEio-Grundmode in dem Hohlleiter (wenn dieser rechtwinkelig ist, der TEii-Giundmode, wenn er kreisförmig ist) und der unsymmetrische TEM-Modt-Vi der Koaxialleitung.

In dem Übergang ist .das Vorhandensein von zwei

Moden, symmetrisch und unsymmetrisch, in einer ausgedehnten Zone möglich. Fi g. 4 zeigt, daß eine Unsymmetrie der Feldverteilung auf der Verlängerung des Innenieiters der Koaxialleitung erhalten bleibt. Das kann als Überlagerung eines unsymmetrischen Mode (der in F i g. 5a dargestellt ist) und eines symmetrischen Mode, der in F i g. 5b dargestellt ist) interpretiert werden. Diese Überlagerung existiert in dem Leitungsabschnitt, der aus einem Außenleiter, welcher den Wänden des Hohlleiters entspricht, und einem Innenleiter besteht, der der Verlängerung des Innenleiters der Koaxialleitung entspricht.

Dieser Übergang hat somit zwei Modenübergangszonen unterschiedlicher Art. Die eine, die Ebene P1, die in Fig.4 angegeben ist, entspricht der Wand 16 (Fig.3), d. h. dem Übergang von dem TEM-Mode der Koaxialleitung auf einen Zwischenabschnitt, in welchem nebeneinander symmetrische und unsymmetrische Moden bestehen, und gleichzeitig der Kopplung mit dem hinteren Hohlraumresonator 15. Die andere ist r!>e Ebene P 2, die dem IJbergang von dem Zwischenau-ichnitt auf den Hohlleiter 14 entspricht.

Dieses Verfahren der Kopplung und der Übertragung entspricht dem in F i g. 6 dargestellten Ersatzschaltbild. Es enthält die Koaxialleitung 12 und den Hohlraumresonator 15. uie auf einer Seite der Ebene P 1 liegen, den Hohlleiter 14 auf einer Seite der Ebene P2 und den Zwischenabschnitt, der sich zwischen den Ebenen P1 und P 2 befindet. Nach vorstehenden Darlegungen sind die zugänglichsten Parameter der Feineinstellung einerseits die Länge des Zwischenabschnittes oder die Tiefe des Eindringens des Innenleiters 10 der Koaxialleitung in den Hohlleiter und andererseits die Tiefe des Hohlraumresonators 15, durch die der Wert der in die Ebene Pl rückgeführten Reaktanz eingestellt werden kann. Da die Leitungslängen klein sind (ungefähr eine Viertelwellenlänge) ändert sich die Anpassung wenig mit der Frequenz. Die erzielten Ergebnisse sind mit denen der herkömmlichen transversalen Übergänge vergleichbar. Ein Kontakt zwischen dem !nnenleiter der Koaxialleitung jid dem Hohlleiter ist nicht erforderlich.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Innenleiter 10 der Koaxialleitung mit einem Dielektrikum umhüllt. Die Koaxialleitung besteht aus einem herkömmlichen, im Handel erhältlichen Ver'üindungr^tekker. Das zeigt die Einfachheit der Herstellung und die infolgedessen niedrigen Kosten einer industriellen Fertigung sowie die große Reproduzierbarkeit.

Diese neue Art von Überang findet Anwendung in allen Fällen, wo ihre longitudinale Struktur sich Höchstfrequenzanordnungeri von geringer Dicke (Mikroschaltkreisen) gut anpaßt. Es ist möglich, anstelle einer Koaxialleitung auch eine dreiplattige Bandleitung zu benutzen, wobei der durch eine solche Leitung geführte TEM-Mode dem ein^r Koaxialleitung sehr mhekommt. Es gibt deshalb keinen Unterschied in der Betriebsweise und in der Feineinstellung.

Der Querschnitt des Hohlleiters kann im Rahmen der Erfindung rechteck^, kreisförmig, elliptisch, usw. sein. Rippen (Steg?) aufweisen oder mit Dielektrikum ausgefüllt sein. Im allgemeinen ist der Hohlraumresonator 15 zwar nur die teilweise Verlängerung des Hcjhlieiters 14, für andere als rechteckige Querschnitte kann es jedoch erforderlich sein, iri ihm einen zentralen Steg vorzusehen, der die Ausbreitung gestattet. Ebenso, wenn der Hohlleiter, egal welchen Querschnitt er hat, mit Dielektrikum ausgefüllt ist, muß es der Hohlraumresonator ebenfalls sein.

Die Verlängerung des Innenleiters der Koaxialleitung kann eine komplexere Form als die in den Figuren dargestellte aufweisen, ohne daß dadurch das Prinzip und die Betriebsweise der Obergänge modifiziert wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

15

20

25

30

35

45

50

55

60

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang, bei dem der verlängerte Innenleiter der Koaxialleitung isoliert und achsparallel zur Hohlleiterlängsachse durch eine metallische Hohlleiterabschlußwand hindurch in den Hohlleiter-Innenraum hineingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschlußwand (16) nur einen in der Hohlleiter-Schmalseitenabmessung verminderten Teilquerschnitt des Hohlleiters (14) abschließt und der Hohlleiter mit der Restquerschnittsfläche über diese Abschlußwand hinaus um eine Länge entsprechend etwa einer Viertelwelienlänge verlängert und an seinem Ende ebenfalls durch eine metallische Wand (17) abgeschlossen ist, und daß der Innenleiter (10) der Koaxialleitung (12) sich geradlinig weitergeführt über eine Länge entsprechend etwa einer Viertelwellenlänge Ji den Hohlleiter hinein erstreckt

2. KohHcner/Koaxiaüeitungs-Obergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa eine Viertelwellenlänge betragende Eindringtiefe des Innenleiters (10) in den Hohlleiter (14) einstellbar ist

3. Hohlleiter/Koaxialleitungs-Übergang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Hohlleiter (14) hineinragende Teil des Innenleiters (10) in ein dielektrisches Medium eingebettet ist