DE2842890C2 - Hohlleiter-Koppler - Google Patents

Description

der Koppler in zwei Halbschalen aufgetrennt ist

Derartige Koppler wurden hergestellt mit einem Neigungswinkel A der Kopplungsarme von 45° bzw. von 30° und einer Dämpfung von jeweils 3 dB.

Störkapazitäten und Störinduktion scheinen hier geringer zu sein als bei einer herkömmlichen Kopplung gemäß Fig. 1, woraus sich sehr gute elektrische Leistungen ergeben.

Insbesondere gestattet die Neigung der Kopplungsarme eine einfache Herstellung. Die Abstände zwischen entsprechenden Punkten der öffnungen der Arme in jeder der großen Seitenflächen der Hohlleiterabschnitte betragen Ag/4, während die Länge der Arme etwas unter Ag/4 liegt; die Neigung der Arme gestattet dann die Verwendung einer relativ-dünnen Wandung 11 (Fig. 4 und 5) zwischen den beiden Hohlleiterabschnitten 12 und 14, und zwar umso dünner, je stärker die Arme geneigt sind, d. h. je kleiner der Winkel A ist. Dieses Kennzeichen ist vor allem bei niedrigen Frequenzen des Höchstfrequenzspektrams vorteilhaft wenn man Gewicht und Volumen des Kopplers verringern möchte. Die Wanddicke beträgt etwa 0,23 Ag sin A.

Für einen Hybridkoppler mit 3 dB Dämpfung eines Frequenzbands von 31 bis 48 GHz haben die Seiten a und öder Hohlleiterabschnitte folgende Längen:

a = 7,112 mm
b = 3356 mm

Für dieses Frequenzband ist die Bandbreite groß, d. h. etwa 40%, was die Länge der geführten Welle betrifft. Damit der Koppler mit Richtwirkung einen Stehwellenanteil von weniger als 1,05 aufweist, sind acht Kopplungsarme erforderlich. Als Neigungswinkel für die Arme im Vergleich zur Normallage gemäß F i g. 1 wurde 60° gewählt,d.h.A = 30°.

Bei dieser Kopplungsbauart sind die Phasenebenen an den Ausgängen der beiden Hohlleiterabschnitte zueinander vt/schoben und hängen von der Neigung der Kopplungsarme ab.

Unabhängig vom Kopplungswert kann ein derartiger Koppler auf einfache Weise mit Standardwerkzeug hergestellt werden. Dies ist besonders wichtig für Frequenzen zwischen 10 GHz und 100GHz und höher, wo die Hohlleiterabmessungen sehr klein sind.

Zur Herstellung dieses Kopplers mit schräg liegenden Armen werden Standardfräsen mit beispielsweise 20 mm Durchmesser für einen Hohlleiter WR^ verwendet, bei dem

a = 7,112 Jim
b = 3,556 mm ist.

Die Fig.4 und 5 zeigen die Stellung der Fräse 16 während des Bearbeitungsvorgangs an einem Kopplungsarm 10.

Es zeigt sich, daß aufgrund der Neigung des Arms lediglich die zentral liegende Wandung bearbeitet wird.

Bei herkömmlichen Verzweigungskopplern ist diese Bearbeitung selbst mit kleinen Sonderfräsen nicht möglich.

Außerdem kann die Achse 18 der Fräse einen großen Durchmesser besitzen und gewährleistet dadurch eine sehr präzise Bearbeitung.

Diese Bearbeitung kann auf einer Standardpräzisionsfräse in weniger ai > 30 Minuten für einen in Serienfertigung hergestellten Koppler durchgeführt wer-Wenn bei der Bearbeitung einer Kopplungsschale die Achse 18 oberhalb der Verbindungsebene liegen sol! und die Halbkoppiungsarme über ihre gesamte Tiefe bearbeitet werden sollen, ohne daß die der Mittelwand 11 gegenüberliegenden großen Seitenflächen der Hohlleiterabschnitte 12 und 14 berührt werden sollen, dann muß der Sinus A kleiner als 2b(a—k)se\n (siehe Fi g. 5), denn der Sinus A muß erheblich unter diesem Wert liegen, wenn man eine Achse 18 mit großem Durchmesser verwenden will, die oberhalb der Verbindungsebene liegen soll.

Die F i g. 6 und 7 zeigen Anwendungsfälle für zwei Hybridkoppler 3 dB in einem Frequenz-Diplexer.
Dieses im Prinzip gut bekannte System enthält zwei Bandfilter, jeweils eines in jedem der Hohlleiterabschnitte, die aus Hohlräumen 20, 22, 24 bestehen, die durch Irisblenden 26,28,30,32 begrenzt werden und mit Stellschrauben wie beispielsweise 34 versehen sind, mit denen je eine Siliziumoxidstange 35 in den Hohlraum eingeführt wird. Diese beiden Filled liegen zwischen zwei 3 dB-Kopplern C1 und C2der bereits beschriebenen Bauart

In einen Eingangskanal VX, der einen Hohllei:erabschnitt bildet gelangen zwei Frequenzbänder B1 und B 2. Der Koppler Cl teilt die Energie in zwei gleiche Teile auf. Die auf B1 abgestimmten Bandfilter sind für dieses Band B1 durchlässig, und die Energie wird mit Hilfe des Kopplers C2 wieder zusammengeführt und gelangt in den Kanal V4.

Dagegen wird das Frequenzband B 2 an den Bandfiltern reflektiert und aufgrund der Phaseneigenschaften des Kopplers Cl gelangt die Energie von B 2 in den Kanal V2. Dieses System ist reziprok.
Als Neigungswinkel für die Kopplungsarme wurde 60° gewählt,d.h.A - 30°.

Die beiden Filter sind 1,42 mm verschoben zueinander, um die durch die schräg liegenden Kopplungsarme hervorgerufenen Phasenunterschiede auszugleichen; die Verschiebung der Öffnungen der Arme in dem einen He'illeiterabschnitt im Verhältnis zu den entsprechenden öffnungen der Arme in dem anderen Hohlleiterabschnitt beträgt 2,08 mm. Die Verschiebung der Filter scheint stets kleiner sein zu müssen als die der Armöffnungen, muß jedoch dabei größer als die Hälfte söin.

Die Bandfilter können durch Hoch- oder Tiefpaßfilter, je nach gewünschtem System ersetzt we^rden.

Dieser Diplexer kann in Unterband-Filtersystemen, in Rundhohlleiterverbindungen, in Richtfunkverbindungen oder Leistungsfiltern eingesetzt werden, bei denen die Sendeenergien verschiedener Quellen einer einzigen Antenne zugeführt werden sollen.

Di" erfindungsgemäßen Koppler mit schräg liegenden Kopplungsarmen gestatten die Erzielung ausgezeichneter elektrischer Kennwerte in breiten Frequer.zbändern.

Mit derartigen Kopplern kann eine Richtwirkung von mehr als 3OdB und einem Frequenzband von 32 bis 40 GHz mit einem jtehwellenanteil von weniger als 1,05 und einer Einfügungsdämpfung von weniger als 0,15 dB erreicht werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 von perfekten mechanisch-elektrischen Kontakten zwi- Patentansprflche: sehen den beiden Halbschalen verzichtet werden kann. Im Höchstfrequenzbereich, dessen Frequenzspek-

1. Hohlleiter-Koppler bestehend aus zwei mit Ab- trum sich von einem GHz bis zu mehreren 100 GHz stand zueinander parallel geführten und mit gleichen 5 erstreckt, ist die Herstellung der Kopplungshalbanne Seiten einander gegenüberliegenden Rechteck- wegen der geringen Abmessung der Hohlleiterabschnit-Hohlleiterabschnitten, die durch eine Mehrzahl von te schwierig. Dann kann man entweder auf die Elektroin Wellenfortpflanzungsrichtung aufeinanderfol- erosion oder auf einen Kammhobel zum Ausfrf sen der gend angeordneten Hohlleiter-Kopplungsarmen Kopplungsanne zurückgreifen. Im ersteren Fall kann miteinander verbunden sind, dadurch gekenn- io aufgrund der großen Wanddicke keine gute Reproduzeichnet, daß die Längsachsen der Kopplungsar- zierbarkeit erreicht werden, während bei Verwendung me (10) und die der beiden miteinander gekoppelten eines Kammhobels zum Ausschneiden der Kopplungs-HohUeiterabschnitte (12,14) gleiche, von 90° deut- arme ein kostspieliges Werkzeug nötig ist und die meilich verschiedene Winkel (A) einschließen. chanische Bearbeitung lang andauert.

2. Hohlleiter-Koppler nach Anspruch 1, dadurch 15 Aufgabe der Erfindung ist es, einen Koppler für WeI-gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel (A) lenleiter geringer Abmessungen für ein breites Frelum 40 bis 65" von einem rechten Winkel abweicht quenzband, einen geringen Stehwellenanteil und eine

3. Hohlleiter-Koppler nach Anspruch 1 oder 2, da- große Gerichtetheit anzugeben, der besonders einfach durch gekennzeichnet, daß der Sini'swert des einge- herstellbar ist, bei dem ein Standardwerkzeug zum Ein- !ichlossene? spitzen Winkels (A)kleiner als 2b/(a—k) 20 satz kommt und nur eine sehr kurze Bearbeitungszeit gewählt ist, wobei β und b die Länge der großen bzw. erforderlich ist

Ideinen Seite der Hohlleiterabschnitte (12,14) und k Diese Aufgabe wird durch den Koppler gemäß Andie Länge der Kopplungsanne (10) ist und wobei die Spruch 1 gelöst Bezüglich von Merkmalen bevorzugter beiden Hohlleiterabschnitte sich mit ihren großen Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unter-Seiten gegenüberliegen. 25 anspräche verwiesen.

4. Hohlleiter-Koppler nack einem der Ansprü- Durch die Wahl .des eingeschlossenen Winkels unt:he 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei gleich 90° wird eine leichte Bearbeitung der Kopplungs-Halbschalen zusammengesetzt ist, deren Verbin- halbarme mit Hilfe einer Rundfräse ermöglicht deren dungsebene durch die Längsachsen der Hohlleiter- Rotationsachse parallel zur Verbindungsebene oberabschnitte und der Kopplungsarme festgelegt ist 30 halb dieser Ebene und senkrecht zu den halben Kopp-

5. Verwendung zweier zueinander fluchtender lungsarmen liegt ohne daß dabei die Gefahr besteht, Hohlleiter-Koppler gemäß e*\em der Ansprüche 1 daß die Fräse gleichzeitig die beiden großen Seitenfläbis 4 in einem Diplexer. chen jedes der Hauptwellenleiter berührt

Anhand der sieben schematischen Figuren werden

35 nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher

erläutert. Soweit in mehreren dieser Figuren gleiche Bauteile

Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter-Koppler ge- auftreten, sind sie mit denselben Bezugszeichen verse-

mäfl dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiger hen.

Koppler ist z. B. aus der DE-AS 15 91 706 bekannt und w F i g. 1 zeigt perspektivisch einen Koppler für Hohlwird dazu verwendet, zwei Rechteckhohlleiter mitein- leiter bekannter Bauart;

ander zu verbinden, die elektromagnetische Wellen im F i g. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen erfin-

Höchstfrequenzbereich leiten. dungsgemäßen Koppler;

Die Kopplung erfolgt zwischen zwei Rechteckhohl- F i g. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Halbleitern (TEio-Mode) durch T-förmige Verbindung in der 45 schale aus leitendem Material, die eine Hälfte eines er- £-Ebene. Die Kopplungsarme liegen senkrecht zu den findungsgemäßen Kopplers bildet; Haupthohlleitern. Der Abstand zwischen den Achsen Die Fig. 4 und 5 zeigen Schnitte durch die Halbschale der Kopplungsarme und die Länge dieser Arme betra- aus F i g. 3 entlang Schnittebenen IV-IV und V-V paralgen etwa AgIA, wobei Ag die mittlere Länge der geführ- IeI zur Verbindungsebene bzw. senkrecht zu dieser Verten Welle für das zu übertragende Frequenzband ist 50 bindungsebene durch die Achse eines halben Kopp-

Die Anzahl der erforderlichen Kopplungsarme hängt iungsarms;

vom gewünschten Kopplungswert, vom annehmbaren Fig.6 zeigt eine Aufsicht auf eine Halbschale, die

Anteil von stehenden Wellen und von der erforderlichen eine Hälfte eines Diplexers mit zwei erfindungsgemä-

Gerichtetheit und zwar in einem gegebenen Frequenz- Ben Kopplern bildet;

band ab. 55 Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Halbschale aus

Gemäß der genannten Druckschrift werden diese Fig.6 in einer Ebene, die senkrecht zur Ebene der Koppler in Form zweier Halbschalen gebildet, die in F i g. 6 und durch die Achse eines der Hohlleiter vereiner Verbindungsebene zusammengesetzt werden, die läuft.

durch die Längsachsen der Hohlleiterabschnitte und der Der bekannte Koppler gemäß F i g. 1 besteht aus

Kopplungsarme festgelegt ist. 60 zwei zueinander parallel verläufenden Rechteck- Hohl-

Zur Erzielung guter elektrischer Leistungen und vor leiterabschnitten 6 und 8 sowie aus dazu senkrecht verallen Dingen geringer passiver Leitungsverluste muß laufenden Koppelarmen 2,4, die die großen Seiten der die Verbindungsebene in einem Rechteckhohlleiter des Länge a der Hohlleiterabschnittc miteinander verbin-TEio-Typs durch die Längsachsen der Hohllciterab- den. Die Länge der kleinen Seiten beträgt & schnitte und der Kopplungsarme verlaufen, denn in der ω Der Koppler aus F i g. 2 weist im Gegensatz dazu Nähe der Mittellinien der großen Seitenflächen gibt es stark geneigte Kopplungsarme 10 zwischen den Rechtkeinen elektromagnetischen Strom in Längsrichtung, so eckhohlleiterabschnitten 12 und 14 auf. In F i g. 2 ist gedaß ohne nachteilige Auswirkung auf die Herstellung strichelt die Verbindungsebene angedeutet, entlang der