DE3428052C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer reflexionsarmen Verbindung zweier Rechteckhohlleiter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie sie aus der Zeitschrift "Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik", Band 36, 1982, Seiten 447-450 bekannt ist.

Es ist bekannt, in Leitungszügen für Mikrowellen Rechteckhohlleiter, die mit einem dielektrischen Stoff gefüllt sind, mit leeren oder gasgefüllten Rechteckhohlleitern zu koppeln. Derartige Kopplungen werden insbesondere dann nötig, wenn Schaltungselemente für Mikrowellen beispielsweise mit sog. Standardhohlleitern verbunden werden sollen. Aus energieübertragungstechnischen Gründen und aus Gründen verzerrungsarmer Signalübertragung ist es zweckdienlich, wenn die den Mikrowellenleitungszug durchlaufende Mikrowelle möglichst reflexionsarm und dämpfungsarm vom einen Hohlleitertyp, beispielsweise der ein Dielektrikum enthaltenden Schaltungsanordnung, in den nachgeschalteten Hohlleitertyp, beispielsweise den Standardhohlleiter übertragen wird.

Aus der genannten Zeitschrift ist eine Versuchsanordnung bekannt geworden, mittels welcher Mikrowellen 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 Hohlleitermantel über,
• - das Dielektrikum des gefüllten Hohlleitermantels steht in den Übergangsbereich einseitig hinein, wobei die Höhe des Dielektrikums mit zunehmender Überstehlänge keilförmig abgeschrägt ist und die Breite des in den Übergangsbereich 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 bis 40 GHz haben ergeben, daß derartige Übergänge geeignet sind, ein relativ breites Frequenzband unter minimierten Reflexionsdämpfungen zu übertragen.

Nachteilig an der bekannten Übergangsanordnung ist zum einen die relativ große Länge des Übergangsbereiches, d. h. 10-40 mm für Übergänge im rechnerisch und experimentell behandelten Frequenzbereich von 26,5 bis 40 GHz (Mikrowellen Q-Band), zum anderen erfordert die Herstellung des bekannten Überganges ein hohes Maß an Arbeitsaufwand und Präzision, da sowohl das Hohlleitermantelmaterial, 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 Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Übergangsbereich leicht, problemlos und stabil herstellbar ist, sehr kurz gehalten werden kann und in selektiv auswählbaren schmalbandigen Bereichen eine weitgehend verlustlose Übertragung gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Danach stoßen die Mäntel der beiden zu verbindenden Hohlleitertypen im Übergangsbereich stumpf mit ihren Stirnflächen aneinander, wobei die Innenquerschnitte der jeweiligen Hohlleitermäntel sich querschnittsmäßig nicht ändern. Die Füllung des (gefüllten) Rechteckhohlleiters steht dabei ein kurzes Stück in den anderen (z. B. nicht gefüllten) Hohlleiter hinein, wobei die Überstehlänge des so gebildeten Ansatzes kürzer als die mittlere Wellenlänge des durch die Leitung zu führenden Mikrowellenbandes ist.

Messungen für das Mikrowellen-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 Mikrowellen vom einen zum anderen Hohlleitertyp bei einer Reflexionsdämpfung von etwa 15 dB (Mittelwert) erreicht werden können, wobei zu einer weiteren Dämpfungsminimierung innerhalb sehr schmaler Bereiche des Q-Bandes die Länge des Ansatzes zu variieren ist.

Die Mikrowellenleitung nach der Erfindung ist besonders einfach herstellbar, da im Übergangsbereich eine Querschnittsanpassung der Hohlleitermäntel 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 Übergangsbereich verlaufenden Dielektrikum entsprechend dem vorbekannten Stand der Technik nicht erzielt werden kann. Eine derartige Steckverbindung kann im Bedarfsfalle leicht gelöst und ein Teil der Mikrowellenleitung 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 Übergangsbereich einfallenden Welle weitgehend vermieden wird.

Besonders leicht herstellbar und stabil ist die Verbindung zwischen den beiden Hohlleitern, wenn die Querschnittsabmessungen (Höhe und Breite) des Ansatzes über dessen gesamte Länge in Einsteckrichtung konstant sind.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Verbindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Für die Festigkeit des Verbindungsstoßes ist es vorteilhaft, die Stirnenden der beiden zu verbindenden Rechteckhohlleiter mit rechtwinklig zur Leiterlängsrichtung radial nach außen abstehenden Montageflanschen zu versehen, die im Endmontagezustand parallel nebeneinander liegen und somit leicht (auch lösbar) aneinander befestigt werden können.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des mit einem Ansatz versehenen Stirnendes des gefüllten Rechteckhohlleiters,

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 Mikrowellenleitung 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 Mikrowellenbandes 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 (vgl. Fig. 4).

Bei der in den Zeichnungsfiguren dargestellten flach, rechteckigen Querschnittsform beider Hohlleiter 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, beispielsweise 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 Hohlleitermantel 9 und der Montageflansch 15 einstückig sind.

Bezugszeichenliste

1 Mikrowellenleitung
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 (4)

1. Reflexionsarme Verbindung eines mit einem festen Dielektrikum (4) erster Dielektrizitätszahl ausgefüllten ersten Rechteckhohlleiters (2) mit einem weiteren Rechteckhohlleiter (3) größeren Querschnitts, der von einem Stoff mit einer anderen Dielektrizitätszahl oder Vakuum ausgefüllt ist,
derart, daß sich das feste Dielektrikum (4) des ersten Hohlleiters (2) unter Bildung eines Ansatzes (11) um eine bestimmte Überstehlänge (12) über die Verbindungsebene hinaus in den angrenzenden Leitungsabschnitt des weiteren Rechteckhohlleiters (3) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Mäntel (9, 10) der beiden Rechteckhohlleiter (2, 3) im Verbindungsbereich mit ihren Stirnflächen (5, 6) unter Beibehaltung ihres jeweiligen Innenquerschnitts (Breiten 7, 7′, Höhen 8, 8′) bis zur Hohlleiterverbindungsebene aneinander anliegen,
• - und daß der Querschnitt der den Ansatz (11) bildenden Füllung (4) des ersten Rechteckhohlleiters (2) in der Verbindungsebene sprunghaft auf einen Querschnitt zunimmt, der in mindestens einer Abmessung einer der beiden Abmessungen des Innenquerschnittes (Breite 7′ oder Höhe 8′) weiteren Rechteckhohlleiters (3) entspricht,
• - und sich mit unverändertem Querschnitt innerhalb des Mantels (10) des weiteren Rechteckhohlleiters (3) über die Überstehlänge (12) erstreckt, die geringer als die mittlere Wellenlänge des übertragenen Mikrowellenbandes ist.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckhohlleiter (2, 3) eine vom Seitenverhältnis 1 : 1 abweichende Querschnittsform aufweisen und das sprunghafte Zunehmen in Richtung der längeren Querschnittsseite (Breite 7) erfolgt.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, daduch gekennzeichnet, daß die Überstehlänge (12) des Ansatzes (11) bei einer mittleren Wellenlänge von etwa 8 mm zwischen 1,5 mm und 3 mm beträgt.

4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rechteckhohlleiter (2, 3) zur Befestigung aneinander an ihren Stirnenden (5, 6) je einen rechtwinklig zur Einsteckrichtung (14) radial nach außen abstehenden Montageflansch (15, 16) aufweisen.