DE3836454C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlleiteranordnung, die zur Übertragung von Mikrowellen des Grundwellentyps einen Übertragungshohlleiter besitzt, der aufgrund seiner Querschnittsabmessungen neben dem Grundwellentyp auch die Ausbreitung anderer höherer Wellentypen zuläßt, wobei an wenigstens einem Ende dieses Übertragungshohlleiters ein Übergangshohlleiter angeschlossen ist, der mehrere Hohlleiterabschnitte aufweist, die einen gestuften Übergang von einem die Existens mehrere Wellentypen zulassenden Querschnitt auf einen nur für die Ausbreitung des Grundwellentyps dimensionierten Querschnitt bilden.

Für Hohlleiterübertragungsstrecken werden in der Regel so dimensionierte Hohlleiter verwendet, daß in ihrem Betriebsfrequenzband lediglich ein Wellentyp, nämlich der Grundwellentyp, und keine anderen höheren Wellentypen ausbreitungsfähig sind. Um diese Forderung zu erfüllen, sind mit steigender Betriebsfrequenz immer kleinere Hohlleiterquerschnitte erforderlich. Je kleiner der Querschnitt eines Hohlleiters ist, desto größer sind in ihm die Leitungsverluste. Um diesen Nachteil bei der Übertragung von Mikrowellen sehr hoher Frequenzen (<10 GHz) zu umgehen, wird gemäß der DE-PS 27 37 125 ein Übertragungshohlleiter verwendet, der wegen seines größeren Querschnitts neben den Grundwellentypen auch die Ausbreitung höherer Wellentypen zuläßt. Damit dieser Übertragungshohlleiter, in dem sich höhere Wellentypen, welche zur Dämpfungserhöhung beitragen, ausbreiten können, trotzdem eine dämpfungsarme Übertragung des Grundwellentyps zuläßt, ist an jedem seiner Enden ein Modenfilter angeschlossen, das über einen querschnittsgestuften Transformationshohlleiterabschnitt auf einen Rundhohlleiter übergeht, der nur für die Ausbreitung des Grundwellentyps dimensioniert ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Hohlleiteranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die mit möglichst einfachen Mitteln eine sehr dämpfungsarme Übertragung des Grundwellentyps gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Vorteilhafterweise kommt die Anordnung der Erfindung anders als der Stand der Technik ohne ein im Leitungsweg eingefügtes separates Modenfilter aus, welches die Nachteile hat, daß es ein recht aufwendig gestaltetes Bauteil ist und daß es nicht nur die höheren Wellentypen, sondern auch den Grundwellentyp bedämpft.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt A-A und

Fig. 2 zeigt einen dazu senkrecht verlaufenden Längsschnitt B-B durch eine Hohlleiteranordnung gemäß der Erfindung.

Eine den Grundwellentyp sehr dämpfungsarm übertragende Hohlleiteranordnung, von der den Fig. 1 und 2 zwei orthogonal zueinander orientierte Längsschnitte A-A und B-B zu entnehmen sind, besteht aus einem Übertragungshohlleiter HL1 und mindestens einem Übertragungshohlleiter HL2. Entweder ist nur an einem Ende, so wie in der Zeichnung dargestellt, oder an beiden Enden des Übertragungshohlleiters HL1 ein solcher Übertragungshohlleiter HL2 angeschlossen.

Der Übertragungshohlleiter HL1 weist zweckmäßigerweise einen ellipsenförmigen Querschnitt auf, weil diese Querschnittsform gegenüber dem Rechteckquerschnitt den Vorteil hat, daß darin der Grundwellentyp weniger stark gedämpft wird. Diesen Vorteil hat zwar auch ein Rundhohlleiter. In ihm treten aber immer zwei orthogonal zueinander polarisierte Wellen des Grundwellentyps H11 auf. Um deren Verkopplung und die dabei entstehenden Störungen zu vermeiden, müssen ein erheblicher montagetechnischer Aufwand und große Einschränkungen bei der Leitungsführung in Kauf genommen werden, damit es nämlich nicht zu den durch Hohlleiterverformungen hervorgerufenen Wellenverkopplungen kommt. Diese Nachteile umgeht der ellipsenförmige Übertragungshohlleiter HL1 weitgehend, der zudem, als verbiegbar und vertwistbarer Aluminium-Hohlleiter ausgeführt, eine flexible Leitungsführung zuläßt und sehr montagefreundlich ist. Der elliptische Querschnitt des Übertragungshohlleiters HL1 ist so groß dimensioniert, daß darin nicht nur der Grundwellentyp, sondern auch andere höhere Wellentypen ausbreitungsfähig sind. Wenn man nämlich für den Übertragungshohlleiter einen Querschnitt toleriert, der größer ist als ein nur die Ausbreitung des Grundwellentyps zulassender Querschnitt, so wird der Grundwellentyp selbst bei sehr hoher Frequenz, die z. B. größer als das Zweifache seiner Grenzfrequenz ist, nur schwach bedämpft. Besonders bei einem Verhältnis der Haupt- zur Nebenachse des elliptischen Querschnitts von etwa 2 : 1 ist die Dämpfung des Grundwellentyps sehr gering. Außerdem können ellipsenförmige Hohlleiter mit solchen Wandverstärkungen hergestellt werden, daß durch Biegungen oder Verdrillungen entstehende Querschnittsdeformationen in Hohlleiterlängsrichtung so verlaufen, daß reflektierte Wellen und auch manche höhere Wellentypen breitbandig ausgelöscht werden.

Der nun näher beschriebene Übergangshohlleiter HL2 bewirkt, daß an seinem Ausgang ein am anderen Ende des Übertragungshohlleiters HL1 eingespeister Grundwellentyp erscheint, obwohl im Übertragungshohlleiter aufgrund seiner Querschnittsabmessung die Anregung und Ausbreitung höherer Wellentypen möglich ist. Wird beispielsweise an einem Ende des ellipsenförmigen Übertragungshohlleiters HL1 die Grundwelle H10 eines Rechteckhohlleiters eingespeist, so geht diese Grundwelle H10 beim Übergang auf den ellipsenförmigen Querschnitt des Übergangshohlleiter HL1 in einen anderen an diesen Querschnitt angepaßten Grundwellentyp Hc11 über. Dieser elliptische Grundwellentyp Hc11 wird dann an der Übergangsstelle vom elliptischen Querschnitt des Übertragungshohlleiters HL1 auf den Rechteckquerschnitt des Übergangshohlleiters HL2 wieder in den ursprünglichen Grundwellentyp H10 überführt. Der Übergangshohlleiter HL2 besteht aus mehreren Abschnitten A1 . . . A7, die einen stufenweisen Übergang von der Größe des Querschnitts des mehrdeutigen Übertragungshohlleiters HL1 auf einen Rechteckhohlleiterquerschnitt bilden, der nur die Ausbreitung des Grundwellentyps H10 zuläßt. An Unstetigkeitsstellen im ellipsenförmigen Übertragungshohlleiter HL1 und vor allem an den Querschnittssprüngen im Übergangshohlleiter HL2 entstehen unerwünschte höhere Wellentypen, welche in dem Übergangshohlleiter HL2 unschädlich gemacht werden sollen. Welche u. U. angeregte höhere Wellentypen in welchen der vorhandenen Abschnitte A1 . . . A7 des Übergangshohlleiters HL2 ausbreitungsfähig sind, ist in der Fig. 1 angedeutet.

Die unerwünschten höheren Wellentypen werden im Übergangshohlleiter HL2 auf zwei verschiedene Methoden unschädlich gemacht. Die erste Methode besteht in der Auskopplung gewisser höherer Wellentypen aus dem Übergangshohlleiter HL2. Und zwar sind in die Wände des Übergangshohlleiters HL2 mehrere Klammern K11, K12, K21 und K22 eingelassen, die zumindest teilweise mit einem Absorbermaterial AB gefüllt sind. So sind z. B. im Endbereich des Abschnitts A5 zwei Kammern K11 und K12 symmetrisch zur Hohlleiterlängsachse über in der Mitte der einander gegenüberliegenden breiten Hohlleiterseiten angeordnete Koppelschlitze S11 und S12 angekoppelt. Durch diese sich in Richtung der Hohlleiterlängsachse erstreckenden Koppelschlitze S11 und S12 werden höhere Wellentypen mit geradzahligem 1. Index wie der HO1- und der H20-Wellentyp ausgekoppelt und in den Kammern K11 und K12 absorbiert. Der H11- und der E11-Wellentyp lassen sich z. B. im Übergangsbereich vom Abschnitt A3 zum Abschnitt A4 durch quer zur Hohlleiterlängsachse verlaufende, in den einander gegenüberliegenden schmalen Hohlleiterseiten angeordnete Koppelschlitze S21 und S22 auskoppeln. Die so ausgekoppelten höheren Wellentypen werden in den Kammern K21 und K22 absorbiert. Wichtig ist es, bei der Wahl der Koppelstellen darauf zu achten, daß der Grundwellentyp H10 nicht mit dem höheren Wellentyp angekoppelt wird; d. h. die Wandströme des Grundwellentyps H10 dürfen nicht durch Koppelschlitze unterbrochen werden. Ideal ist es, diejenigen Abschnitte, in denen höhere Wellentypen angekoppelt werden, so zu dimensionieren, daß darin mehrere höhere Wellentypen (z. B. H11 und E11 oder H20) gleiche Ausbreitungsbedingungen vorfindet.

Weitere höhere Wellentypen, die sich in der beschriebenen Weise nicht oder nur mit großem Aufwand aus dem Übergangshohlleiter HL2 auskoppeln lassen, werden durch folgende einfache Maßnahmen zunichte gemacht. In dem sich unmittelbar an den Übertragungshohlleiter HL1 anschließenden Abschnitt A1 mit dem größten Querschnitt sind z. B. die höheren Wellentypen H30 und E21 ausbreitungsfähig, die insbesondere am Übergang des elliptischen Übertragungshohlleiters HL1 auf den ersten Abschnitt A1 und am Querschnittssprung dieses Abschnitts A1 auf den Abschnitt A2 mit dem nächst kleineren Querschnitt angeregt werden. Die Länge des ersten Abschnitts A1, in dem die beiden Wellentypen H30 und E21 existenzfähig sind, wird so dimensioniert, daß sie etwa einem ungeraden Vielfachen einer viertel Hohlleiterwellenlänge der höheren Wellentypen H30 und E21 - beide haben durch die Wahl der Querschnittsabmessungen dieses Abschnitts A1 nahezu die gleiche Grenzfrequenz - entspricht. Und der sich an diesen ersten Abschnitt A1 anschließende Abschnitte A2, in dem aufgrund seiner Querschnittsgröße die Wellentypen H30 und E21 aperiodisch gedämpft werden, ist etwa ein ungerades Vielfaches einer halben Hohlleiterwellenlänge des Grundwellentyps H10 lang. Bei einer solchen Längendimensionierung der Abschnitte A1 und A2 ist gewährleistet, daß hin- und rücklaufende Teilwellen der höheren Wellentypen H30, E21 gegenphasig angeregt werden und sich somit gegenseitig weitgehend auslöschen.

Dadurch, daß der Übergangshohlleiter aus Abschnitten A1 . . . A7 besteht, von denen jeder einen in Längsrichtung konstanten Querschnitt hat, ist eine breitbandige Auslöschung und eine breitbandige Auskopplung von höheren Wellentypen möglich.

Im querschnittsgestuften Übergangshohlleiter HL2 auftretende Reflexionen können durch Querschnittsänderungen, d. h. Verjüngungen oder Erweiterungen des Querschnitts in den einzelnen Abschnitten A1 . . . A7 kompensiert werden, wobei diese Querschnittsänderungen kürzer als ein Viertel der Hohlleiterwellenlängen des Grundwellentyps sind. Ein reflexionsarmer Übergang vom elliptischen Querschnitt des Übertragungshohlleiters HL1 auf den Rechteckquerschnitt des Übergangshohlleiters HL2 läßt sich bewerkstelligen, indem mindestens der dem Übertragungshohlleiters HL1 direkt benachbarte Abschnitt A1 mit einer Querschnittsform versehen wird, die einen Übergang von der Ellipsen- auf die Rechteckform darstellt.

Claims (7)

1. Hohlleiteranordnung, die zur Übertragung von Mikrowellen des Grundwellentyps einen Übertragungshohlleiter besitzt, der aufgrund seiner Querschnittsabmessung neben dem Grundwellentyp auch die Ausbreitung anderer höherer Wellentypen zuläßt, wobei an wenigstens einem Ende dieses Übertragungshohlleiters ein Übergangshohlleiter angeschlossen ist, der mehrere Hohlleiterabschnitte aufweist, die einen gestuften Übergang von einem die Existenz mehrerer Wellentypen zulassenden Querschnitt auf einen nur für die Ausbreitung des Grundwellentyps dimensionierten Querschnitt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Übergangshohlleiters (HL2) mindestens eine Kammer (K11, K12; K21, K22) angeordnet ist, die zumindest teilweise mit einem Absorbermaterial (AB) gefüllt und an einer solchen Stelle mit dem Übergangshohlleiter (HL2) gekoppelt ist, wo nur die Auskopplung mindestens eines höheren Wellentyps aber nicht des Grundwellentyps möglich ist, und daß auf einen Hohlleiterabschnitt (A1), in dem keine Auskopplung höherer Wellentypen vorgesehen ist, in dem aber höhere Wellentypen existenzfähig sind, ein Hohlleiterabschnitt (A2) folgt, in dem aufgrund seiner Querschnittsabmessungen diese höheren Wellentypen aperiodisch gedämpft werden und der eine Länge hat, die etwa einer halben Hohlleiterwellenlänge des Grundwellentyps entspricht, wobei diese aufeinanderfolgenden Hohlleiterabschnitte (A1, A2) bezüglich ihrer Längen so dimensioniert sind, daß die an den Querschnittsstufen der Hohlleiterabschnitte angeregten höheren Wellentypen sich gegenphasig überlagern und in den diese Hohlleiterabschnitte (A1, A2) verlassenden Mikrowellen weitgehend ausgelöscht sind.

2. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kammer (K11, K12) über einen in der Wand des Übergangshohlleiters (HL2) eingelassenen, sich in Wellenausbreitungsrichtung erstreckenden Schlitz (S11, S12) an den Übergangshohlleiter (HL2) angekoppelt ist, wobei der Schlitz (S11, S12) sich dort befindet, wo das elektrische Feld des Grundwellentyps senkrecht zur Wand ausgerichtet ist.

3. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kammer (K21, K22) über einen in der Wand des Übergangshohlleiters (HL2) eingelassenen, sich quer zur Wellenausbreitungsrichtung erstreckenden Schlitz (S21, S22) an den Übergangshohlleiter (HL2) angekoppelt ist, wobei der Schlitz (S21, S22) sich dort befindet, wo das elektrische Feld des Grundwellentyps parallel zur Wand angerichtet ist.

4. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Kammern (K11, K22, K21, K22) in der gleichen Querschnittsebene symmetrisch zur Längsachse des Übergangshohlleiters (HL2) an diesen über Längs oder quer zur Wellenausbreitungsrichtung verlaufende Schlitze (S11, S12; S21, S22) angeordnet sind.

5. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungshohlleiter (HL1) einen ellipsenförmigen Querschnitt hat.

6. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangshohlleiter (HL2) aus rechteckförmigen Abschnitten (A1 . . . A7) besteht und daß mindestens der mit dem ellipsenförmigen Übertragungshohlleiter direkt verbundene Abschnitt (A1) einen Querschnitt aufweist, der weder rechteckig noch ellipsenförmig ist.

7. Hohlleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Abschnitte des Übergangshohlleiters zur Verminderung von Reflexionen Querschnittsverjüngungen oder Querschnittserweiterungen aufweisen.