DE3428052A1 - Microwellenleitung - Google Patents

Microwellenleitung

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Johann Dr.-Ing. 3303 Vechelde Hinken
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • H01P5/022Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
    • H01P5/024Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between hollow waveguides

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  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Description

  • Mi crowel 1 enl eitung
  • Die Erfindung betrifft eine Microwellenleitung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Microwellenleitung nach der Erfindung ist besonders einfach herstellbar, da im Übergangsbereich eine Querschnittsanpassung der Hohileitermäntel entfallen kann.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In Einsteckrichtung 14 sind die Querschnittsabmessungen des Ansatzes 11, nämlich die Breite 13 und die nicht näher bezeichnete Höhe konstant.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (8)

  1. Ansprüche Microwellenleitung mit folgendem Merkmalen: Die Leitung besteht aus -Rechteckhohlleitern (2, 3), wobei -- die Füllung (4) des einen R.echteckhohlleiters (2) eine andere Dielektrizitätskonstante aufweist als die Füllung des anderen Rechteckhohl leiters (3), sowie - mindestens einem Ubergangsabschnitt zur reflexionsarmen Verbindung der sich ihrer Füllung nach unterscheidenden Rechteckhohl leiter (2, 3), wobei -- zur Reflexionsminimierung die Füllung (4) mindestens eines Rechteckhohlleiters (2) in den Übergangsabschnitt hineinsteht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - Die beiden Hohlleitermäntel (9, 10) bilden im Übergangsbereich mit ihren Stirnflächen (5, 6) einen stumpfen Stoß ohne Anderung ihres jeweiligen Innnenquerschnittes (Breiten 7, 7', Höhen 8, 8',).
    - Die Füllung (4) des einen Rechteckhohileiters (2) ragt unter Bildung eines Ansatzes (11) ein Stück in den anderen Hohl leiter (3) hinein, wobei die Überstehlänge (12) des Ansatzes (11) kürzer als die mittlere Wellenlänge des durch die Leitung geführten Microwellen-Bandes ist.
  2. 2. Microwellenleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (4) des einen Rechteckhohlleiters (2) ein fester Stoff ist, der den in den anderen, ein Gas oder Vakuum als Füllung beinhaltenden Rechteckhohlleiter (3) hineinstehenden Ansatz (11) bildet.
  3. 3. Microwellenleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei flach-rechteckiger Querschnittsform beider Rechteckhohlleiter (2, 3) die Breite (13) des Ansatzes (11) gegenüber der Breite (7) der innerhalb des zugehörigen Hohlleitermantels (9) verlaufenden Füllung (4) vergrößert ist.
  4. 4. Microwellenleitung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (13) des Ansatzes (11) der lichten Breite (7') des ungefüllten Hohlleitermantels (10) entspricht.
  5. 5. Microwellenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstehlänge (12) des Ansatzes (11) zwischen 1,5 und 3 mm beträgt.
  6. 6. Microwellenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen des Ansatzes (11) über dessen gesamte Überstehlänge (12) in Einsteckrichtung (14) konstant sind.
  7. 7. Microwellenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rechteckhohlleiter (2, 3) zur gegenseitigen Befestigung an ihren Stirnenden (5, 6) je einen etwa rechtwinklig zur Einsteckrichtung (14) radial nach außen abstehenden Montageflansch (15, 16) aufweisen.
  8. 8. Microwellenleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageflansch (15) einstückig mit einer den Hohileitermantel (9) bildenden, galvanischen Beschichtung der Füllung (4) galvanoplastisch aufgewachsen ist.
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