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Hohlraumresonator
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Hohlraumresonator
nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine derartige Anordnung ist aus der Literatur
bekannt. Weiterhin sind aus der Literatur Antennen bekannt, welche als sogenannte
Rohrschlitzstrahler ausgebildet sind und besonders bei Ultrakurzwellensendern Verwendung
finden. Der Schlitz selbst stellt bei diesen Anordnungen gewissermaßen die Speiseleitung
für übereinanderliegende Ringantennen dar.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Hohlraumresonator mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber bekannten Anordnungen
den Vorteil, daß keine separate äußere Antenne zur Abstrahlung oder zur Aufnahme
der elektromagnetischen Energie mehr erforderlich ist. Durch die integrierte Schlitzantenne
ergibt sich eine äußerst kompakte und
betriebssichere Bauweise,
welche preiswert und mit einfachen Mitteln herstellbar ist. Ferner kann die erfindungsgemäße
Anordnung aus der Kombination eines Hohlraumresonators und einer Schlitzantenne
mit kleinerem Durchmesser, bzw. mit kleineren Innenmaßen ausgeführt werden als bekannte
Schlitzantennen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Hohlraumresonators
möglich.
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Besonders zweckmäßig ist die Ausgestaltung der Anordnung als Hohlleiter
mit kreisförmigem Querschnitt, der mit einem Schlitz versehen ist und als Rohrschlitzantenne
arbeitet. Eine besonders günstige Anordnung erhält man bei Verwendung eines gefalteten
Schlitzes nach Art eines Faltdipols. Dieser ist beispielsweise so herstellbar, daß
aus dem Hohlleiter ein Fenster herausgetrennt, z.B. herausgesägt und anschließend
mittels eines Klebers wieder eingefügt ist. Der beispielsweise beim Heraussägen
entstehende Spalt bildet die Schlitzantenne, der Kleber wirkt als Dielektrikum zwischen
dem äußeren Teil des Hohlleiters und dem fensterartigen Einsatz. Für andere Anwendungsfälle
kann es jedoch auch vorteilhaft sein, einen geradlinigen oder einen wendelförmigen
Schlitz vorzusehen. Ein geradliniger Schlitz ist besonders einfach herstellbar und
auch ein wendelförmiger Schlitz ist fertigungstechnisch einfacher zu bewerkstelligen
als ein Faltschlitz, er ergibt jedoch eine größere Schlitzlänge als ein geradliniger
Schlitz, wenn dies aufgrund der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung notwendig
ist.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in
der einfachen Abstimmbarkeit der Antenne durch einen Kurzschlußpunkt, der entlang
des Schlitzes verschiebbar ist. Beim Verschieben des Kurzschlußpunktes ist durch
Messungen die optimale Abstimmung feststellbar, so daß Fertigungstoleranzen in besonders
einfacher Weise durch die Verschiebung des Kurzschlußpunktes abgeglichen werden
können.
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Der erfindungsgemäße Hohlraumresonator kann sowohl mit einem koaxialen
Hohlleiter mit Mittelleiter aufgebaut werden wie auch mit einem rohrförmigen Hohlleiter
ohne Mittelleiter, wobei dann jedoch eine Koppelschleife zum Einkoppeln der Energie
vom Oszillator her vorgesehen werden muß. Die Einkopplung der Energie erfolgt in
diesem Fallvon einer Mikrowellendiode oder einem rHrowellentransistor ("Impatt"-Diode-oder
"Gunn"-Diode) aus. Statt vom Mittelleiter aus wird die hochfrequente Schwingung
im Hohlraumresonator nun von der Koppelschleife angeregt.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen kreisförmigen Hohlraumresonator mit
gefaltetem Schlitz, Figur 2 einen Querschnitt nach der LinieII-II in Figur 1, und
Figur 3 die schematische Darstellung verschiedener Schlitzformen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit 10 ein Hohlleiter
bezeichnet, aus dem ein Fenster 11 herausgetrennt, beispielsweise herausgesägt ist.
Der Hohlleiter hat kreisförmigen Querschnitt und ist an seinen beiden Enden durch
Kurschlußwände 12 und 13 abgeschlossen. Zwischen den Kurzschlußwänden verläuft ein
Mittelleiter 14, welcher elektrisch und mechanisch mit den Kurzschlußwänden 12 und
13 verbunden ist. Eine Oszillatorelektronik 15 ist an die Kurzschlußwand 12 angefügt.
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Die Geometrie der einzelnen Teile des Hohlraumresonators ist so bemessen,
daß sich zwischen den beiden Kurzschlußwänden 12 und 13 bei einer vorgegebenen Frequenz,
im Ausführungsbeispiel bei einer Frequenz von 2,45 GH eine stehende Welle 16 ausbildet.
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Durch den Materialabtrag beim Heraustrennen des Fensters 11 ergibt
sich ein Schlitz 17 zwischen dem stehengebliebenen Teil des Hohlleiters 10 und dem
Fensterausschnitt 11, welcher mit einem elektrisch isolierenden Kleber ausgefüllt
wird, der ein Dielektrikum zwischen dem Hohlleiter 10 und dem Fenster 11 bildet.
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Figur 2 zeigt einen Querschnitt des kreisförmigen Hohlraumresonators.
Der entstehende Hohlraum ist mit 18 bezeichnet.
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Bei dieser Anordnung ergibt sich eine gleichmäßige Feldverteilung
mit leicht überschaubaren elektromagnetischen Feldverhältnissen. Statt des kreisförmigen
Querschnittes können unter Berücksichtigung bestimmter, beispielsweise konstruktiver
Anforderungen jedoch auch andere Querschnitte zweckmäßig sein, beispielsweise ein
quadratischer Querschnitt oder ein dreieckiger Querschnitt des Hohlleiters 10. Die
hierbei entstehende ungleichmäßige Feldverteilung kann auch für spezielle Effekte
genutzt werden.
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Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung Abwicklungen verschiedner
Schlitzformen. Der gefaltete Schlitz 17 ist entsprechend der Anordnung gemäß Figur
1 wiederum mit 17 bezeichnet. Weiterhin sind Anordnungen mit einem geradlinigen
Schlitz 19 und mit einem wendelförmigen Schlitz 20 abgebildet.
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Die Abstimmung der Antenne erfolgt durch Anbringung eines Kurzschlußpunktes
21, welcher zwei gegenüberliegende Stellen des metallischen Hohlleiters 10 miteinander
verbindet.
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Die Abstimmung erfolgt durch einfaches Verschieben des Kurzschlußpunktes
20 entlang des Schlitzes 17, 19 oder 20, wobei experimentiell das Optimum ermittelt
wird.
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Die Frequenzgrenze, bis zu der ein Mittelleiter zweckmäßig ist, liegt
bei ca 10 GHz. Hohlraumresonatoren mit Mittelleiter werden aufgrund der sich ergebenden
Geometrie oberhalb ca 300 MHz gebaut, ohne Mittelleiter können die Hohlraumresonatoren
der erfindungsgemäßen Art derzeit bis zu ca 90 GHz eingesetzt werden. Bei Verwendung
von Hohlraumresonatoren in einem Frequenzbereich, in dem zweckmäßigerweise ohne
Mittelleiter gearbeitet wird, kann entsprechend der gestrichelten Darstellung in
Figur 1 ein getrennter Antenneneinsatz 22 (Koppelschleife) im Hohlraum 18 angebracht
werden. Der Hohlleiter 10 liegt an Masse, ebenso wie die mit ihm verbundenen Kurschlußwände
12und 13. Der Mittelleiter 10 ist ebenfalls mittels eines Koppelkondensators 25
durch die Kurzschlußwand 12 hindurchgeführt zum Oszillator 15 hin, sein anderes
Ende ist mit der Kurzschlußwand 13 verbunden und liegt an Masse.
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Statt das herausgetrennte-Fenster 11 in Figur 1 wieder in den Hohlleiter
10 einzusetzen, kann die entstehende Öffnung auch mit einer metallischen Folie 23,
vorzugsweise einer Goldfolie verschlossen werden, welche mittels eines Klebers an
dem Hohlleiter 10 befestigt und durch den Kleber gleichzeitig gegen den Hohlleiter
isoliert ist. Ein Hohlraumresonator mit einer derartigen deformierbaren metallischen
Folie kann als Mikrofon gestaltet werden, wodurch sich weitere Einsatzmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben.
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Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, einen an sich bekannten
Hohlraumresonator mit einen Schlitz 17, 19 oder 20 zu versehen und so den Hohlraumresonator
gleichzeitig als Antenne wirksam zu machen, so daß keine separate Antenne mehr an
den Hohlraumresonator angeschlossen werden muß. Auf diese Weise entstehe eine sehr
kompakte Sende-oder Empfangseinheit, welche universell einsetzbar ist.
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Die Ausgestaltung als tragbares Mikrofon stellt eine spezielle Gestaltung
der erfindungsgemäßen Anordnung dar, wobei eine Seite des Hohlraumresonators teilweise
entsprechend dem Fenster 11 entfernt und durch eine leitende Folie wieder verschlossen
worden ist. Hierdurch wird unmittelbar eine Modulation des Oszillators 15 ermöglicht.
An der mit "X" bezeichneten Stelle in Figur 1 können aktive oder passive Bauelemente
enthalten sein, je nachdem, ob die Einheit als Sender oder Empfänger verwendet werden
soll.
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Als aktives Bauelement kommt eine Transistoranordnung in Frage, passive
Bauelemente werden im wesentlichen von Dioden zur Demodulation der empfangenen Leistung
gebildet.
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Bei Ausbildung eines gefalteten Schlitzes 17 hat dieser eine Länge,
die etwa der Länge des Resonators entspricht
und annähernd A12
beträgt. Die Antennenabstimmung erfolgt durch geeigente Dimensionierung der Schlitzbreite
und der Schlitzlänge, wobei die Breite beispielsweise 0,2 mm beträgt und die Schlitzlänge
etwas kleiner als die halbe Wellenlänge ist. Die Breite des Schlitzfensters hat
geringeren Einfluß auf die Abstimmung, welche nach dem Zusammenbau leicht durch
Verschieben des Kurzschlußpunktes 21 optimierbar ist. Bei der Anordnung gemäß Figur
1 ist der gefaltete Schlitz 17 durch das dielektrische Klebemittel ausgefüllt, jedoch
kann insbesondere bei Schlitzanordnungen 19 oder 20 das Dielektrikum auch durch
Luft gebildet werden.
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Der Querschnitt des Hohlraumresonators kann je nach Anwendungsfall
frei gewählt werden, insbesondere können sich neben einem runden Querschnitt auch
ein quadratischer, ein rechteckiger, ein ovaler oder ein dreieckiger Querschnitt
für spezielle Anwendungen besser eignen. Auch im Längsschnitt kann die Form des
Hohlraumresonators von der zylindrischen Form gemäß Figur 1 abweichen und beispielsweise
eine kegelförmige oder tonnenförmige Gestalt annehmen um die übertragbare Bandbreite
zu vergrößern, wobei die Form des Mittelleiters, wenn ein solcher vorhanden ist,
der Form des Hohlleiters zweckmäßigerweise angepaßt wird. Die Anpassung des Mittelleiters
14 an die Form des Hohlleiters 10 kann beispielsweise erfolgen, durch ganz oder
teilweise konischen Querschnitt oder durch Abstufungen des Durchmessers des Mittelleiters
14.