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Mi crowel 1 enl eitung
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Die Erfindung betrifft eine Microwellenleitung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Es ist bekannt, in Leitungszügen für Microwellen Rechteckhohl leiter,
die mit einem dielektrischen Stoff gefüllt sind, mit leeren oder gasgefüllten Rechteckhohlleitern
zu koppeln. Derartige Kopplungen werden insbesondere dann nötig, wenn Schaltungselemente
für Microwellen beispielsweise mit sog. Standardhohlleitern verbunden werden sollen.
Aus energieübertragungstechnischen Gründen ist es zweckdienlich, wenn die den Microwellenleitungszug
durchlaufende Microwelle möglich reflexionsarm und dämpfungsarm vom einen Hohlleitertyp,
beispielsweise der ein Dielektrikum enthaltenden Schaltungsanordnung, in den nachgeschalteten
Hohlleitertyp, beispielsweise den Standardhohlleiter übertragen wird.
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Aus der Zeitschrift "Archiv für Elektronik und Übertragunstechnik",
Band 36, 1982, Seiten 447 - 450 ist eine Versuchsanordnung bekannt geworden, mittels
welcher Microwellen von einem Rechteckhohlleitertyp vorstehend genannter Art in
einen anderen Hohlleitertyp überführt werden können. Charakteristisch an dem Versuchsaufbau
ist
ein zwischen den eigentlichen Hohlleiterenden angeordneter Übergangsbereich, der
zusammengefaßt folgende wesentlichen Merkmale aufweist: - Der Rechteckhohlleitermantel
des einen, beispielsweise ungefüllten Hohlleiters geht kontinuierlich unter stetiger
Anpassung der sich verändernden Querschnittsverhältnisse in den querschnittsmäßig
kleineren, mit einem Dielektrikum gefüllten Ho h Hohileitermantel über, - das Dielektrikum
des gefüllten Hohlleitermantels steht in den Ubergangsbereich einseitig hinein,
wobei die Höhe des Dielektrikums mit zunehmender Überstehlänge keilförmig abgeschrägt
ist und die Breite des in den Ubergangsbereich hineinstehenden Keils über die gesamte
Länge des Übergangsbereiches konstant ist.
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Zu dem vorstehend kurz beschriebenen Versuchsaufbau durchgeführte
Störungsrechnungen sowie Messungen im Frequenzbereich zwischen 26,4 GHz - 40 GHz
haben ergeben, daß derartige Ubergänge geeignet sind, ein relativ breites Frequenzband
unter minimierten Reflexionsdämpfungen zu übertragen.
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Nachteilig an der bekannten Ubergangsanordnung ist zum einen die relativ
große Länge des Übergangsbereiches (10 - 40 mm) für den rechnerisch und experimentell
behandelten Frequenzbereich ( Microwellen Q-Band), zum anderen erfordert die Herstellung
des bekannten Überganges ein hohes Maß an Arbeitsaufwand und Präzision, da sowohl
das Hohl leitermantelmateri al, als auch das die
Füllung des einen
Rechteckhohlleiters darstellende Dielektrikum querschnittsmäßig verändert und exakt
aneinander angepaßt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Microwellenleitung
- bestehend aus mindestens zwei Rechteckhohlleitertypen mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante
- derart auszubilden, daß die Übergangsbereiche leicht, problemlos und stabil herstellbar
sind, sehr kurz gehalten werden können und in selektiv auswählbaren schmalbandigen
Bereichen eine weitgehend verlustlose Übertragung gewährleistet ist. Diese Aufgabe
wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Als Kern der Erfindung wird es angesehen, die Mäntel der beiden zu
verbindenden Hohileitertypen im Übergangsbereich stumpf mit ihren Stirnflächen aneinander
zu stoßen, wobei die Innenquerschnitte der jeweiligen Hohlleitermäntel sich querschnittsmäßig
nicht ändern.
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Die Füllung des (gefüllten) Rechteckhohlleiters steht dabei ein kurzes
Stück in den anderen (nicht gefüllten) Hohl leiter hinein, wobei die Überstehlänge
des so gebildeten Ansatzes kürzer als die mittlere Wellenlänge des durch die Leitung
zu führenden Microwel lenbandes ist.
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Messungen für das Microwellen-Q-Band (26,5 - 40 GHz bei einer mittleren
Wellenlänge von 8 mm) haben ergeben, daß mit Ansatzlängen von nur 1,8 - 2,85 mm
(vgl. die minimale Übergangslänge im vorstehend genannten Stand der Technik für
das Q-Band) eine Überführung der Microwellen vom einen zum anderen Hohileitertyp
bei einer Reflexionsdämpfung von nur etwa 15 dB (Mittelwert)
erreicht
werden können, wobei zu einer weiteren Dämpfungsmi nimi erung innerhalb sehr schmaler
Bereiche des Q-Bandes die Länge des Ansatzes zu variieren ist.
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Die Microwellenleitung nach der Erfindung ist besonders einfach herstellbar,
da im Übergangsbereich eine Querschnittsanpassung der Hohileitermäntel entfallen
kann.
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Die Mäntel werden lediglich stumpf aneinander gestoßen und auf beliebige
Weise aneinander fixiert. Zudem wirkt der Ansatz bei entsprechender Adaption an
den lichten Querschnitt des ungefüllten Hohlleiters gleichsam als Steckverbindungsschuh
und unterstützt die Festigkeit der Verbindung, was durch eine keilförmige Ausbildung
des im Ubergangsbereich verlaufenden Dielektrikum entsprechend dem vorbekannten
Stand der Technik nicht erzielt werden kann. Eine derartige Steckverbindung kann
im Bedarfsfalle leicht gelöst und ein Teil der Microwellenleitung somit leicht ausgetauscht
werden.
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Ein mit einem Dielektrikum gefüllter Rechteckhohlleiter hat bei gleichem
Einwelligkeitsbereich etwas geringere Querschnittsabmessungen als ein leerer Standardhohlleiter;
es ist zweckdienlich, die Breite (und gegebenenfalls die Höhe) des Ansatzes gegenüber
der Breite der innerhalb des zugehörigen Hohlleitermaterials verlaufenden Füllung
etwas verbreitert auszubilden. Zu den bereits beschriebenen mechanischen Vorteilen
(Steckverbindung) kommen übertragungstechnische Vorteile hinzu, da ein Ansatz dieser
Form geeignet ist, die verschiedenen Hohlleiterwellenwiderstände in einem ausgewählten
Frequenzbereich weitgehend aneinander anzupassen, womit die Reflexion einer in den
Ubergangsbereich einfallenden Welle weitgehend vermieden wird.
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Besonders leicht herstellbar und stabil ist die Verbindung zwischen
den beiden Hohl leitern, wenn die Querschnittsabmessungen (Höhe und Breite) des
Ansatzes über dessen gesamte Länge in Einsteckrichtung konstant sind.
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Für die Festigkeit des Verbindungsstoßes ist es weiter vorteilhaft,
die Stirnenden der beiden zu verbindenden Rechteckhohlleiter mit rechwinklig zur
Leiterlängsrichtung radial nach außen abstehenden Montageflanschen zu versehen,
die im Endmontagezustand parallel nebeneinander liegen und somit leicht (auch lösbar)
aneinander befestigt werden können. Eine herstellungstechnisch einfache sowie übertragungstechnisch
günstige Art der Anbringung der Flansche wird durch Anspruch 8 gelehrt.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Figuren
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des
mit einem Ansatz versehenen Stirnendes des gefüllten Rechteckhohl leiters, Fig.
2 einen ersten Schnitt durch die Hohlleiterverbindung, Fig. 3 einen rechtwinklig
zu dem Schnitt gemäß Fig. 2 geführten weiteren Schnitt durch die Hohlleiterverbindung,
Fig. 4 experimentell ermittelte Verläufe der Reflexionsdämpfung als Funktion der
Frequenz (des Q-Bandes) für verschiedene Längen des Ansatzes.
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Die Microwellenleitung 1 besteht - wie in Fig. 2 und 3 deutlich zu
sehen ist - aus Rechteckhohlleitern 2,3, von denen der Rechteckhohlleiter 2 eine
Füllung 4 aus beispielsweise Polystyrol aufweist. Der Rechteckhohlleiter 3 hingegen
ist ungefüllt. Die beiden Rechteckhohlleiter 2,3 sind mit ihren Stirnflächen unter
Bildung eines stumpfen Stoßes aneinander befestigt, die Innenquerschnitte Breite
7, 7', Höhe 8, 8' der Hohlleitermäntel 9, 10 sind bis zum Verbindungsstoß der Stirnflächen
5, 6 unverändert durchgehalten.
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Die Füllung 4 des Rechteckhohlleiters 2 bildet einen Ansatz 11, der
ein Stück in den Hohlleiter 3 hineinsteht, wobei die Überstehlänge 12 des Ansatzes
11 kürzer als die mittlere Wellenlänge des durch die Leitung geführten Microwellenbandes
ist also bei Leitung des Q-Bandes kürzer als 8 mm. Als sachdienlich haben sich Überstehlängen
12 im Bereich zwischen 1,5 und 3 mm herausgestellt.
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Bei der in den Zeichnungsfiguren dargestellten flach, rechteckigen
Querschnittsform beider Hohl leiter ist die Breite 13 des Ansatzes 11 gegenüber
der Breite 7 der innerhalb des Hohlleitermantels 9 verlaufenden Füllung 4 vergrößert,
so daß die Füllung zusammen mit dem einstückig an ihr angebrachten Ansatz insgesamt
etwa T-förmig ausgebildet ist. Die Breite 13 des Ansatzes 11 entspricht der lichten
Breite 7' des ungefüllten Hohlleitermantels 10.
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In Einsteckrichtung 14 sind die Querschnittsabmessungen des Ansatzes
11, nämlich die Breite 13 und die nicht näher bezeichnete Höhe konstant.
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An ihren Stirnenden 5, 6 tragen beide Rechteckhohlleiter 2, 3 zur
gegenseitigen Befestigung rechtwinklig zur Einsteckrichtung 14 radial abstehende
Montageflansche 15, 16, deren Flächendimensionierung gegenseitig aneinander angepaßt
ist.
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Zur Herstellung des Rechteckhohlleiters 2 mit Füllung 4, Ansatz 11
und Flansch 15 kann etwa wie folgt verfahren werden: Zunächst wird die Füllung 4
aus beispielsweise Polystyrol aufbereitet und dann in gemahlenem Zustand durch Spritzgießen
in die entsprechende Form (einschließlich Ansatz 11) gebracht. Nach dem Formvorgang
wird der Ansatz 11 mit einer nicht dargestellten Kappe versehen, die beim nachfolgenden
galvanoplastischen Beschichtungsvorgang mit einem Leiter, beipielsweise Kupfer,
verhindern soll, daß der Ansatz 11 beschichtet wird. Die Kappe kann außerdem mit
einer radial nach außen abstehenden Zusatzinnenform versehen sein, die das gleichzeitige
galvanoplastische Aufwachsen des Flansches 15 aus Kupfer ermöglicht, so daß der
Hohl leitermantel 9 und der Montageflansch 15 einstückig sind.
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Bezugszeichenliste 1 Microwellenleitung 2 Rechteckhohlleiter 3 Rechteckhohlleiter
4 Füllung 5 Stirnflächen 6 Stirnflächen 7, 7' Breite 8, 8' Höhe 9 Hohlleitermantel
10 Hohlleitermantel 11 Ansatz 12 Überstehlänge 13 Breite 14 Einsteckvorrichtung
15 Montageflansch 16 Montageflansch