DE3242975C2 - Waveguide double-T matching transformer - Google Patents
Waveguide double-T matching transformerInfo
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
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- H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
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Abstract
Ein Doppel-T-Anpassungstransformator wird aus zwei mechanisch zusammenfügbaren Einzelteilen (a, b) hergestellt. Die Trennfläche (Tr) zwischen den beiden Einzelteilen wird so gewählt, daß von ihr keine Wandströme der ausbreitungsfähigen Welle im Durchgangshohlleiter geschnitten werden. Die E- und H-Tore (3, 4) des Anpassungstransformators werden mit nichtberührenden Kurzschlußschiebern abgeschlossen (Fig. 1).A double-T matching transformer is made from two individual parts (a, b) that can be mechanically joined together. The interface (Tr) between the two individual parts is chosen so that it does not cut any wall currents of the propagating wave in the through waveguide. The E and H gates (3, 4) of the matching transformer are terminated with non-contacting short-circuit slides (Fig. 1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransfonnator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a waveguide double-T matching transformer according to the preamble of Claim 1.
Ein Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransformator (in der angelsächsischen Literatur als E-H-Tuner bezeichnet) mit Kurzschlußschiebern an den E- und Η-Armen ist bekannt aus »A. E. Ü.«, Band 18, (1964), Heft 3, Seiten 204 bis 210. Aus »Radiation Laboratory Ser;es«, Massachusetts Institute of Technology, New York London, Mc Graw-Hill Book Company (1947), Vol. 11, Technique of Microwave Measurements, Chapter 9.4 »Impedance Bridges, T-Construction«, Seiten 524 bis 527 ist es bekannt einen Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransformator aus zwei Einzelteilen aufzubauen.A waveguide double-T matching transformer (referred to as an E-H tuner in Anglo-Saxon literature) with short-circuit sliders on the E and Η arms is known from »A. E. Ü. ”, Volume 18, (1964), Issue 3, pages 204 to 210. From "Radiation Laboratory Ser; es", Massachusetts Institute of Technology, New York London, Mc Graw-Hill Book Company (1947), Vol. 11, Technique of Microwave Measurements, Chapter 9.4, "Impedance Bridges, T-Construction ", pages 524 to 527, it is known a waveguide double-T matching transformer to be built from two parts.
Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransformatoren bestehen aus einer symmetrischen Serien-Parallelverzweigung von gleichartigen Rechteck-Hohlleitern. Betrieben wird ein solches Mikrowellenbauelement üblicherweise mit der Hio-Grundwelle. In der »A. E. Ü.« Band 18, wird ein analytischer Zusammenhang zwischen den Anpassungsstellen der Kurzschlußschieber und dem Lastreflexionsfaktor angegeben. Hinweise zur einfachen Herstellung und zum verlustarmen Aufbau eines solchen Bauelements werden jedoch nicht angegeben.Waveguide double-T matching transformers consist of a symmetrical series parallel branch of similar rectangular waveguides. Such a microwave component is usually operated with the Hio fundamental wave. In the A. E. Ü. «Volume 18, an analytical connection between the Adjustment points of the short-circuit slide and the load reflection factor specified. Notes on simple However, the manufacture and the low-loss construction of such a component are not specified.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohlleiter-Doppei-T-Anpassungstransfonnator gemäß dem
Oberbegriffdes Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß bei fertigungstechnisch einfacher Herstellung größtmögliche
Verlustfreiheit gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The invention is based on the object of designing a waveguide Doppei-T matching transformer according to the preamble of claim 1 in such a way that the greatest possible freedom from losses is guaranteed with simple manufacturing.
According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.
Im Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung angegeben.An advantageous embodiment of the invention is specified in the dependent claim.
Der Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransformator nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch
die Wahl der Trennebene an einer Stelle, wo keine Wandströme der ausbreitungsfähigen Grundwelle geschnitten
werden, kaum Verluste auftreten. Der Anpassungstransformator ist deshalb für Rauschmessungen besonders
geeignet. Eine mechanisch einfache Verschraubung der beiden Einzelteile ist ausreichend. Die Einzelteile
können in billiger Frästechnik hergestellt werden. Ein Aufbau in bisher üblicher Galvanoplastik ist nicht mehr
nötig. Durch berührungslose Kurzschlußschieber (weil reproduzierbar) ist ein automatischer Abgleich, beispielsweise
durch rechnergesteuerte Schrittmotoren, möglich. Mit dem Anpassungstransformator kann der
gesamte Winkelbereich des Smith-Diagramms überstrichen werden.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigtThe waveguide double-T matching transformer according to the invention is characterized in that, due to the choice of the parting plane at a point where no wall currents of the fundamental wave capable of propagation are intersected, there are hardly any losses. The matching transformer is therefore particularly suitable for noise measurements. A mechanically simple screw connection of the two individual parts is sufficient. The individual parts can be manufactured using inexpensive milling technology. It is no longer necessary to build it up using electroplating, which has been the norm up to now. An automatic adjustment, for example by means of computer-controlled stepper motors, is possible with the non-contact short-circuit slide (because it is reproducible). With the matching transformer, the entire angular range of the Smith diagram can be swept over.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des Anpassungstransformators ohne Beschaltung mit Kurzschlußschiebern, Fig. 2 die beiden Einzelteile des Anpassungstransformators,1 shows a schematic diagram of the matching transformer without circuitry with short-circuit slides, Fig. 2 the two individual parts of the matching transformer,
Fig. 3 einen beschalteten Anpassungstransformator und3 shows a wired matching transformer and
Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des Anpassungstransformators.4 shows an equivalent circuit diagram of the matching transformer.
Fig. 1 zeigt den unbeschalteten Hohlleiter-Doppel-T-Anpassungstransformator. Er besteht aus den beiden Einzelteilen α und b, die durch die Trennebene Tr, in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, voneinander getrennt sind und zusammen einen Quader bilden. Der Duichgangshohlleiter befindet sich zwischen den Toren 1 und 2. Die Hohlleiterabmessungen werden so gewählt, daß im gesamten Doppel-T-Transformator nur die H]0-WeIIe ausbreitungsfähig ist. Die Rechteckhöhe an den Toren wird für den Frequenzbereich von 18 bis 26,5 GHz zu 4,32 mm und die Rechteckbreite zu 10,7 mm gewählt. Das E-Tor 3 des Anpassungstiransformators befindet sich oben auf der Breitseite des Durchgangshohlleiters. Das H-Tor 4 befindet sich vom Durchgangshohlleiter 1 -2 aus gesehen auf der rechten Schmalseite. Die Trennfläche 7Hiegt symmetrisch zum Durchgangshohlleiter, und zwar so, daß die Flächennormale senkrecht zur Hohlleiterschmalseite liegt. Diese Anordnung der Trennfläche Tr wird von keinen Wandströmen der H10-WeIIe für die Ausbreitung im Durchgangshohlleiterstück geschnitten. Es treten daher keine zusätzlichen Verluste auf. Für die Realisierung der beiden Einzelteile α und b in Frästechnik ist es nötig, das Hohlleitertor 4 mit abgerundeten Ecken 7 auszubilden. Da das Tor 4 sowieso mit einem Kurzschlußschieber beschaltet wird, wirkt sich die von den anderen Toren abweichende Querschmittsgestaltung nicht nachteilig aus. Die Einzelteile α und b werden aus Messingblöcken gefräst und anschließend versilbert.Fig. 1 shows the unconnected waveguide double-T matching transformer. It consists of the two individual parts α and b, which are separated from one another by the parting plane Tr, shown in dashed lines in FIG. 1, and together form a cuboid. The Duichgangshohlleiter is located between the gates 1 and 2. The waveguide dimensions are chosen so that only the H] 0 -WeIIe is capable of propagation in the entire double-T transformer. The height of the rectangle at the gates is selected to be 4.32 mm for the frequency range from 18 to 26.5 GHz and the width of the rectangle to be 10.7 mm. The E-gate 3 of the matching transformer is located on top of the broad side of the through waveguide. The H gate 4 is located on the right narrow side as seen from the through waveguide 1-2. The separating surface 7Hie lies symmetrically to the through waveguide, in such a way that the surface normal is perpendicular to the narrow side of the waveguide. This arrangement of the interface Tr is not cut by any wall currents of the H 10 wave for propagation in the through-waveguide section. There are therefore no additional losses. To implement the two individual parts α and b using milling technology, it is necessary to design the waveguide door 4 with rounded corners 7. Since the gate 4 is connected to a short-circuit slide anyway, the Querschmitt design, which differs from the other gates, does not have a disadvantageous effect. The individual parts α and b are milled from brass blocks and then silver-plated.
Wie die beiden Einzelteile mechanisch zusammengefügt werden ist aus Fig. 2 ersichtlich. Das untere Teil b des Doppel-T-Transformators weist an der dem oberen Teil α zugewandten Trennfläche Paßstifte 5 auf, die beim Zusammenfügen in entsprechende Bohrungen des oberen Teiles α eingreifen. Mittels an den Ecken diagonal gegenüberstehender Halteschrauben 8 werden die beiden Teile α und b gegeneinander gepreßt, so daß an der gemeinsamen Trennfläche kein Luftspalt entsteht, der zu Verlusten führen würde. Gewindelöcher 9 im Bereich um die Hohlleiteröffnungen dienen zur Befestigung von Kurzschlußschiebern an den Toren 3 und 4 und von Hohlleiterstücken an den Toren 1 und 2.How the two individual parts are mechanically joined together can be seen from FIG. The lower part b of the double-T transformer has dowel pins 5 on the separating surface facing the upper part α , which, when assembled, engage in corresponding bores in the upper part α. By means of retaining screws 8 diagonally opposite at the corners, the two parts α and b are pressed against one another, so that no air gap arises at the common separating surface, which would lead to losses. Threaded holes 9 in the area around the waveguide openings are used to attach short-circuit slides to gates 3 and 4 and pieces of waveguide to gates 1 and 2.
Fig. 3 zeigt den derart mit Kurzschlußschiebern 10 und Hohlleiterstücken 11 beschalteten Doppel-T-Anpassungstransformator. 3 shows the double-T matching transformer connected in this way with short-circuit slides 10 and waveguide sections 11.
Anhand des Ersatzschaltbildes nach Fig. 4 wird im folgenden die Transformation mittels der Kurzschlußschie-Using the equivalent circuit diagram according to FIG. 4, the transformation by means of the short-circuit rail is shown below.
ber näher erläutert. Für den verlustlosen Fall kann mit dem Doppel-T-Transformator DT jeder beliebige Reflexionsfaktor rT realisiert werden. Für £ gelten dabei folgende Beziehungen:about explained in more detail. In the lossless case, any reflection factor r T can be implemented with the double-T transformer DT. The following relationships apply to £:
Es wird von den allgemeinen Beziehungen für verlustlose symmetrische T-Verzweigungen ausgegangen, die beispielsweise aus A. E. Ü., Band 18,1964, Heft 3, Seiten 204 bis 210 beschrieben sind. Die Doppel-T-Verzweigung mit der Streumatrix S° ist an den Toren 3 und 4 nach Fi g. 4 mit zwei verlustlosen Leitungen I1 ,I2 beschaltet. Die Leitungen können an jeder beliebigen Stelle ideal kurzgeschlossen werden - näherungsweise erfüllt durch berührungslose Kurzschlußschieber -, so daß alle Reflexionsfaktorwinkel Ψ3 und W4 im BereichIt is based on the general relationships for lossless symmetrical T-branches, which are described, for example, from AE Ü., Volume 18, 1964, Issue 3, pages 204 to 210. The double-T junction with the scatter matrix S ° is at ports 3 and 4 according to FIG. 4 wired with two lossless lines I 1 , I 2. The lines can be ideally short-circuited at any point - approximately fulfilled by contactless short-circuit slide - so that all reflection factor angles Ψ 3 and W 4 in the area
realisierbar sind. Eines der beiden Tore des durchgehenden Hohlleiters wird reflexionsfrei abgeschlossen (mit dem Wellenwiderstand Zo am Tor 1). Der Doppel-T-Transformator soll eine Transformation des Reflexionsfaktors ausführen, und zwar von | r \ = 0 auf zout ■ Wegen der geforderten Verlustfreiheit ist damit eine Rücktransformation des Lastreflexionsfaktors rL = r*ul auf \rin | = 0 verbunden. Es lassen sich anhand des Ersatzschaltbildes unter Berücksichtigung der Überlegungen in A. E. Ü., Band 18, Seite 208 folgende Gleichungen aufstellen:are realizable. One of the two gates of the continuous waveguide is closed without reflection (with the wave resistance Zo at gate 1). The double-T transformer is supposed to carry out a transformation of the reflection factor from | r \ = 0 to z ou t ■ Because of the required freedom from loss, an inverse transformation of the load reflection factor r L = r * ul to \ r in | = 0 connected. The following equations can be set up on the basis of the equivalent circuit, taking into account the considerations in AE Ü., Volume 18, Page 208:
Φαα.β = arg{rj + arccos(lrJ) + ^- arg {& · e-■""»{^"SS}} Φαα.β = arg {rj + arccos (lrJ) + ^ - arg {& · e- ■ ""»{^" SS}}
= ff- = ff-
-J-In-J-In
π -arg{5£} -J-In π -arg {5 £} -J-In
e-J«4A.B e -J «4A.B --
(D (2)(D (2)
(3)(3)
(4)(4)
Für die Berechnung einer Transformation müssen von der verlustfreien symmetrischen Doppel-T-V.erzweigung nur die Streuparanieter Sf3, Sf4 sowie die Winkel arg (Sf3 Sf2} und arg (Sf4 Sf2) bekannt sein. Ein Lastreflexionsfaktor rL läßt :äich in den Anpassungspunkt transformieren, wenn die Kurzschlußschieber an den Toren 3 und 4 die Winkel Ψ3Α,Β nach (3) bzw. Ψαα.β nach (4) aufweisen. Jede Transformation ist mit zwei verschiedenen Kurzschlußschiebereinstellungen möglich (entweder Fall A oder B).For the calculation of a transformation of the lossless symmetrical double TV branch, only the scatter planarians Sf 3 , Sf 4 and the angles arg (Sf 3 Sf 2 } and arg (Sf 4 Sf 2 ) have to be known. A load reflection factor r L allows: Äich transform into the adaptation point if the short-circuit slide at gates 3 and 4 have the angles Ψ 3Α , Β according to (3) or Ψαα.β according to (4). Each transformation is possible with two different short-circuit slide settings (either case A or B ).
Messungen der Streuparameter des Doppel-T-Anpassungstransformators ergaben, daß man im Rahmen der Meßgenauigkeit von einer unitären Streumatrix sprechen darf. Als Kurzschlußschieber für die Tore 3 und 4 werden nichtberührende Kurzschlußschieber verwendet. Sie besitzen kleine Verluste und gewährleisten reproduzierbare Einstellungen mittels einer Mikrometerschraube. Für jede gewünschte Frequenz werden die Winkel ψ0 der Kurzschlußschieber bei der Nullstellung der Mikrometerschraube gemessen. Dann wird die Winkeldifferenz ψ0 - Ψϊΰτ eine spezielle Änderung A der Mikrometerschraube ermittelt. Mit Hilfe einer Fallunterscheidung kann aus der BeziehungMeasurements of the scattering parameters of the double-T matching transformer showed that one can speak of a unitary scattering matrix within the scope of the measurement accuracy. Non-contacting short-circuit slides are used as short-circuit slides for gates 3 and 4. They have small losses and ensure reproducible settings using a micrometer screw. For each desired frequency, the angles ψ 0 of the short-circuit slide are measured when the micrometer screw is in the zero position. Then the angle difference ψ 0 - Ψϊΰτ a special change A of the micrometer screw is determined. With the help of a case distinction can be made out of the relationship
δ = (Ψο - Ψ)Αδ = (Ψ ο - Ψ) Α
die erforderliche Mikrometereinstellung 6 für einen benötigten Kurzschlußschieberwinkel ψ berechnet werden. Die Einstellung der Kurzschlußschieber läßt sich mit Schrittmotoren bewerkstelligen. Zur Positionierung eignet sich ein optischer Winkelcodierer. Die Schrittmotoransteuerung wird von einem Computer angewiesen, eine berechnete Mikrometereinstellung einzustellen. Zur Berechnung der benötigten Kurzschlußschieberwinke.1 Ψια.β nach (3) und ΨΑΑ,Β nach (4) werden die Streuparameter Sf3, Sf4 sowie die Winkel arg (Sf3 Sf2), arg (S24 SS2) der Doppel-T-Verzweigung benötigt. Die Messung der Eigenreflexionsfaktoren bereitet in der Praxis keine Schwierigkeiten, während bei der Transmissionsmessung erhebliche Schwierigkeiten auftreten, weil die Meßtore 2,3 und 3,4 nicht in einer Meßebene liegen. Wegen der dabei auftretenden größeren Meßfehler ist es zweckmäßig auf eine Transmissionsmessung zu verzichten und die gesuchten Winkel aus einer Reflexionsmessung zu ermitteln. Dafür wird das Tor 2 mit einer Kurzschlußplatte abgeschlossen und werden nacheinander die Reflexionsfaktoren an den Toren 3 und 4 gemessen (r3, r4), während alle anderen Tore reflexionsfrei abgeschlossen werden. Mit dien Beziehungenthe required micrometer setting 6 can be calculated for a required short-circuit slide angle ψ. The setting of the short-circuit slide can be done with stepper motors. An optical encoder is suitable for positioning. The stepper motor control is instructed by a computer to set a calculated micrometer setting. To calculate the required short-circuit slide angles. 1 Ψια.β according to (3) and Ψ ΑΑ , Β according to (4) the scattering parameters Sf 3 , Sf 4 and the angles arg (Sf 3 Sf 2 ), arg (S 24 SS 2 ) of the double-T branch are required . The measurement of the natural reflection factors does not present any difficulties in practice, while considerable difficulties arise in the transmission measurement because the measuring ports 2, 3 and 3, 4 are not in one measuring plane. Because of the larger measurement errors that occur, it is advisable to dispense with a transmission measurement and to determine the desired angle from a reflection measurement. To do this, gate 2 is closed with a short-circuit plate and the reflection factors at gates 3 and 4 are measured one after the other (r 3 , r 4 ), while all other gates are closed without reflection. With your relationships
arg ISf3 Sf2) = arg ISf3 - ö) (1 + Sf2)) arg (Sf4 Sf2\ = arg föfc - r4) (1 + Sf2))arg ISf 3 Sf 2 ) = arg ISf 3 - ö ) (1 + Sf 2 )) arg (Sf 4 Sf 2 \ = arg föfc - r 4 ) (1 + Sf 2 ))
iook
1515th
2020th
3535
4040
4545
(5) 50(5) 50
5555
6060
(6) 65 (7) (6) 65 (7)
lassen sich dann die gesuchten Winkel ermitteln. Der Vergleich zwischen den berechneten und den gemessenen Werten zeigt, daß eine noch bessere Übereinstimmung zwischen Theorie und Praxis erreicht werden kann, wenn für spezielle Gebiete des Smithdiagramms eine bestimmte von den zwei möglichen Transformationen bevorzugt wird, entweder Fall A oder B. Für optimal gewählte Transformationen und sehr genaue Meßtechnik betrug z. B. bei/= 19,0 GHz die Winkelabweichung bei Reflexionsfaktoren (IrI= 0,6) maximal ±2P im gesamten Winkelbereich des Smithdiagramms.the desired angles can then be determined. The comparison between the calculated and the measured values shows that an even better correspondence between theory and practice can be achieved if one of the two possible transformations is preferred for special areas of the Smith chart, either case A or B. For optimally chosen transformations and very precise measuring technique was z. B. at / = 19.0 GHz the angular deviation for reflection factors (IrI = 0.6) a maximum of ± 2 P in the entire angular range of the Smith chart.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823242975 DE3242975C2 (en) | 1982-11-20 | 1982-11-20 | Waveguide double-T matching transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823242975 DE3242975C2 (en) | 1982-11-20 | 1982-11-20 | Waveguide double-T matching transformer |
Publications (2)
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|---|---|
| DE3242975A1 DE3242975A1 (en) | 1984-06-20 |
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Family
ID=6178590
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0491505B1 (en) * | 1990-12-17 | 1998-04-15 | Raytheon Company | Integrated waveguide combiner |
-
1982
- 1982-11-20 DE DE19823242975 patent/DE3242975C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3242975A1 (en) | 1984-06-20 |
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