DE3885856T2 - Wellenleitermatrix mit in derselben Ebene sich überquerenden Signalstecken. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Matrix aus zwischen einem ersten Satz von Anschlüssen und einem zweiten Satz von Anschlüssen befindlichen Leitern für elektromagnetische Leistung, wobei die Anzahl von Anschlüssen in jedem der Sätze von Anschlüssen größer als 2 ist, mit:
• - einer untere Wand,
• - einem Satz von Wellenleitern, die von der unteren Wand getragen sind, wobei die Wellenleiter den ersten Satz von Anschlüssen mit dem zweiten Satz von Anschlüssen verbinden, um elektromagnetische Leistung zwischen diesen zu koppeln, wobei jeder der Wellenleiter einen Anschluß aus dem ersten Satz von Anschlüssen mit einem entsprechenden Anschluß aus dem zweiten Satz von Anschlüssen verbindet,
• - Kopplungsmitteln, um einen Anteil der Leistung in einem Wellenleiter in einen benachbarten Wellenleiter zu koppeln, und
• Überkreuzungen, um elektromagnetische Leistung aus einem Wellenleiter in einen benachbarten Wellenleiter querzuverbinden, wobei eine Vielzahl von Überkreuzungen und eine Vielzahl von Kopplungsmitteln für eine Verteilung von elektromagnetischer Leistung aus einem Anschluß aus dem ersten Satz von Anschlüssen auf eine Vielzahl von Anschlüssen aus dem zweiten Satz von Anschlüssen sorgt.
• Eine Matrix von der vorstehenden Art ist aus der FR-A-2 397 722 bekannt.
• Die bekannte Matrix umfaßt Wellenleiter vom Mikrostreifenleitertyp. Die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse sowie die diese Anschlüsse miteinander verbindenden verschiedenen Streifenleiter sind auf einer gedruckten Karte angeordnet. Zwischen benachbarten Streifenleitungen sind mehrere verzweigende Streifenleitungen vorgesehen, die jeweils eine Länge von einem Viertel der Leiterwellenlänge von sich durch die Streifenleitungen ausbreitender elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Verzweigungsmikrostreifen sind in Gruppen von zwei oder drei Streifenleitungen angeordnet, um zwischen benachbarten Streifenleitungen Verteilermittel bzw. Überkreuzungen zu bilden. Die Verzweigungsstreifenleiter in einer Gruppe sind voneinander jeweils um eine Länge von einem Viertel der Leiterwellenlänge beabstandet.
• Die Anordnung der Verteilermittel und der Überkreuzungen ist derart, daß an einem bestimmten Eingangsanschluß eingegebene elektromagnetische Leistung auf mehrere der Ausgangsanschlüsse verteilt wird. Diese Ausgangsanschlüsse können mit den Sendern und/oder Empfängern einer phasengesteuerten Arrayantenne verbunden werden, wobei die bekannte Matrix auf diese Weise für die Steuerung der Antennenkeule sorgt.
• Wegen der verschiedenen Verzweigungsstreifenleitungen zwischen benachbarten Mikrostreifen, dem inneren Abstand zwischen den Verzweigungsstreifenleitungen einer Gruppe und der bestimmten Länge der Verzweigungsstreifenleitungen ist die Struktur der bekannten Matrix sehr komplex. Aus diesem Grunde können die Prinzipien der bekannten Matrix nicht an die Verwendung im Zusammenhang mit Wellenleitern vom Hohlleitertyp angepaßt werden, weil dies zu einer sperrigen und teuren Struktur führen würde. Unter bestimmten Umständen werden jedoch Wellenleiter vom Hohlleitertyp benötigt.
• Die DE-A-2 156 992 offenbart die generelle Struktur einer Überkreuzung, wie sie in der Matrix gemäß dem Dokument FR-A- 2 397 722 verwendet wird. Die bekannte Überkreuzung umfaßt drei Verzweigungsleitungen zwischen zwei Führungsleitungen, wobei die Verzweigungsleitungen eine Länge und einen Zwischenabstand von einem Viertel der Leiterwellenlänge aufweisen.
• Darüberhinaus offenbart die US-A-4 679 011 eine Familie von verzweigenden Wellenleiter-Richtungskopplern vom Hohlleitertyp. Diese Koppler entsprechen den Verteilermitteln in der oben erwähnten Matrix und haben eine ähnliche Struktur. Zwei Wellenleiter sind parallel angeordnet und über zwei Verzweigungswellenleiter miteinander verbunden. Die beiden Verzweigungswellenleiter sind voneinander um eine Länge von einem Viertel der Leiterwellenlänge beabstandet und haben jeweils eine Länge von einem Viertel der Leiterwellenlänge. Die beiden Wellenleiter und die beiden Verzweigungswellenleiter sind durch spanende Formgebung aus einem einzigen Block aus Metall gefertigt. Wegen der erforderlichen Länge von einer viertel Wellenlänge bei den Verzweigungswellenleitern ist der bekannte Koppler sehr sperrig und hat eine komplexe Form.
• Das Dokument WO-A-87/02184 offenbart einen Wellenleiterschalter, der bei Mikrowellenfrequenzen betreibbar ist. Der bekannte Schalter ist aus zwei Wellenleitern von rechtwinkligem Querschnitt mit einer längeren Wand und einer kürzeren Wand gefertigt, wobei die beiden Wellenleiter sich eine gemeinsame kürzere Wand teilen. Zwei Kopplungsfenster sind innerhalb der gemeinsamen Wand vorgesehen, um elektromagnetische Energie zwischen den beiden Wellenleitern zu koppeln, wobei jedes Kopplungsfenster eine 90º-Phasenverschiebung einfügt. Jedes Fenster koppelt eine Hälfte der Leistung einer elektromagnetischen Welle von einem Wellenleiter in den anderen.
• Die Länge des Wellenleiters beträgt die Hälfte der Leiterwellenlänge und der Abstand zwischen den beiden Fenstern ist ein Zehntel der Leiterwellenlänge. Einer der vier Anschlüsse der beiden Wellenleiter ist durch einen Isolator zum Absorbieren von elektromagnetischer Energie abgeschlossen. Darüberhinaus sind Tore vorgesehen, um wahlweise eines oder beide der beiden Fenster zu schließen. Um die Kopplung der Strahlungsenergie durch die Fenster zu verbessern, sind vier Widerlager längs der äußeren Seitenwände angeordnet, wobei jeweils zwei der Widerlager symmetrisch bezogen auf die Fenster positioniert sind.
• Nach einem Schließen von beiden Toren gibt es keine Kopplung von Energie zwischen den beiden Wellenleitern. Für den Fall, daß eines der beiden Tore offen und das andere geschlossen ist, wirkt der Schalter als Verteilermittel, die Hälfte der Energie wird in den anderen Wellenleiter eingekoppelt. Wenn beide Tore offen sind, wirkt der Schalter wie eine Überkreuzung.
• Eine Vielzahl der bekannten Schalter werden in einer phasengesteuerten Arrayantenne verwendet, wobei jeder Schalter mit einem elektromechanischen Betätigungsmittel zum Betreiben der Tore versehen ist. Das Steuerungssystem für die Antenne umfaßt einen Strahlungskeulenbildner, welcher einen Speicher umfaßt, um für jede aus einer Vielzahl von gewünschten Formen für die Antennenstrahlungskeule Schaltpositionen für die verschiedenen Schalter zu speichern. In Übereinstimmung mit der ausgewählten Strahlungskeulenform aktiviert der Strahlungskeulenformer einzelne der Schalter, um elektromagnetische Energie von einem Eingangsanschluß auf die entsprechenden Primärstrahler zu koppeln, um so die gewünschte Strahlungskeulenform zu erhalten. Wegen der Betätigungsmittel und der Tore ist die Struktur einer mit dem bekannten Schalter aufgebauten Antenne sehr sperrig und komplex.
• Wie oben bereits erwähnt, ist es bei der Verarbeitung von elektromagnetischen Signalen häufig von Vorteil, Signale algebraisch zu verteilen und zu kombinieren, die sich in einem Satz von Wellenleitern ausbreiten.
• Ein übliches Beispiel für eine derartige Kombination wird bei der Versorgung von Antennenelementen in einer Arrayantenne gefunden, wo jedes Element über einen Wellenleiter mit Mikrowellenenergie gespeist wird. Wie es gut bekannt ist, strahlen die einem jeden der Antennenelemente zugeführten Beiträge von elektromagnetischer Energie als Wellen ab und kombinieren sich, um bei geeigneter Phasenlage der von den jeweiliger Elementen abgestrahlen Wellen eine Strahlungskeule zu bilden. Die manchmal als Phasentaper oder Phasensteigung bezeichneten Unterschiede in der Phase zwischen den Wellen von den verschiedenen Elementen können so ausgewählt werden, daß eine Richtung der Strahlung der Strahlungskeule von der Antenne eingestellt wird.
• Eine Form eines Mikrowellenverteilungssystems zur Verteilung der elektromagnetischen Leistung auf die Antennenelemente besteht aus einem Satz von Wellenleitern, die miteinander verbunden sind, um eine Matrix von Pfaden für die Leitung der elektromagnetischen Energie zu bilden, wobei die zusammengesetzte Wellenleiterstruktur bekannt ist als eine Butler-Matrix. Die Butler-Matrix ist gut bekannt und kann beispielsweise verwendet werden, um einen Satz von vier Eingangsanschlüssen mit einem Satz von vier Ausgangsanschlüssen, einen Satz von acht Eingangsanschlüssen mit einem Satz von acht Ausgangsanschlüssen, oder eine andere Anzahl von Anschlüssen, so wie sechzehn Eingangsanschlüsse mit sechzehn Ausgangsanschlüssen zu verbinden. Im Wege eines weiteren Beispieles sei angenommen, daß die Ausgangsanschlüsse mit einer Arrayantenne verbunden sind, und daß die Eingangsanschlüsse über einen Wahlschalter mit einem Sender verbunden sind; dann sorgt eine Anregung eines beliebigen der Eingangsanschlüsse mit elektromagnetischer Leistung für eine gleichmäßige Verteilung der elektromagnetischen Leistung auf den vollen Satz von Ausgangsanschlüssen, um für eine von der Antenne abgestrahlte Strahlungskeule zu sorgen. Die Richtung der Strahlungskeule relativ zu dem Array von Antennenelementen ändert sich mit dem jeweils ausgewählten der Eingangsanschlüsse. Durch Betrieb des Wahlschalters kann auf diese Weise eine Strahlungskeule in jeder gewünschten aus einem Satz von möglichen Richtungen erzeugt werden. Die Butler-Matrix ist im Betrieb reziprok, so daß eine empfangene Strahlungskeule an einem beliebigen der Eingangsanschlüsse ausgegeben werden kann, um über den Wahlschalter an einen Empfänger gekoppelt zu werden.
• Eine Butler-Matrix besteht aus zahlreichen 3 dB (Dezibel)- Kopplern, die Wellenleiter miteinander verbinden, wodurch Leistung in einem Wellenleiter gleichmäßig zwischen dem Wellenleiter und einem zweiten Wellenleiter verteilt werden kann. An dem Koppler wird eine Phasenverschiebung von 90 Grad zwischen Wellen eingefügt, die jeweils die Hälfte der Leistung transportieren. Aus diesem Grunde existieren verschiedene Phasenbeziehungen zwischen Wellen, die in den verschiedenen Wellenleitern wandern. Um für einen gewünschten Phasentaper an dem Ausgangsanschlüssen zur Bildung einer Strahlungskeule bei Sendebetrieb zu sorgen, und um die Beiträge von verschiedenen Antennenelementen während des Empfanges einer eingehenden elektromagnetischen Welle aufzusummieren, sind zusätzliche Phasenschieber in die Wellenleiter eingeschaltet. Ein weiterer Aspekt bei der Konstruktion einer Butler-Matrix ist das Vorhandensein von zahlreichen Überkreuzungen, in denen ein Wellenleiter mit Drehungen und Windungen versehen ist, um einen anderen Wellenleiter zu kreuzen und dadurch ein miteinander Verbinden und Koppeln von Signalen zwischen verschiedenen Kombinationen der Wellenleiter zu ermöglichen.
• Ein Problem taucht bei der Konstruktion einer Butler-Matrix oder einer anderen Matrix von Wellenleitern auf, die für die algebraische Kombination von elektromagnetischen Wellen verwendet wird, weil nämlich die Fertigung von Wellenleitern mit Windungen und Drehungen zum Bewirken einer Überkreuzung schwierig ist. Darüberhinaus gibt es in dem Fall einer Matrix, die viele Eingangsanschlüsse mit vielen Ausgangsanschlüssen verbindet, Überkreuzungen von Wellenleitern über anderen überkreuzten Wellenleitern, was zu einer Mikrowellenstruktur von hochgradig unregelmäßiger Form und übermäßig großem Format führt, das schwer in eine Mikrowellensystem einzubauen ist.
• Das Dokument DE-A-3 435 583 offenbart solch eine Butler-Matrix in Streifenleitungstechnik. Die bekannte Matrix verbindet 64 Eingangsanschlüsse mit 64 Ausgangsanschlüssen und ist in zwei Teile aufgeteilt, um die Zahl der Überkreuzungen zu reduzieren. Die beiden Teile sind wechselseitig senkrecht zueinander angeordnet, was zu einer gesamten Zahl von 128 koaxialen Überkreuzungen führt. Wie oben bereits erwähnt, hat die Matrix eine hochgradig unregelmäßige Form und ein übermäßig großes Format.
• Darüberhinaus offenbart die US-A-4 654 611 einen Phasenschieber für elektromagnetische Mikrowellenenergie, die durch einen Wellenleiter wandert. Der bekannte Phasenschieber hat eine zusammengesetzte Struktur von in Serie und parallel geschalteten kapazitiven Elementen, von denen jedes eine Phasenverschiebung einfügt. Der Phasenschieber umfaßt Pfosten, die sich von der oberen Wand des Wellenleiters zu der unteren Wand erstrecken, und weiter einen Steg, der sich von der unteren Wand Teil des Weges zu der oberen Wand erstreckt. Die Serie von Pfosten und der Steg erstrecken sich parallel zu der Achse des Wellenleiters und sind auf Mittellinien ihrer jeweiligen Wände angeordnet. Die Pfosten und der Steg können so angeordnet werden, daß ein im wesentlichen konstanter Wert von einer Phasenverschiebung von -90º für alle Frequenzwerte in dem Betriebsband des Phasenschiebers erreicht wird.
• Es ist Aufgabe dieser Erfindung, die durch Anspruch 1 definiert ist, eine Matrix von dem oben erwähnten Typ für Wellenleiter vom Hohlleitertyp zu schaffen. Es ist ein weiterer Vorteil dieser Erfindung, daß sie eine Matrix schafft, die eine einfache Form hat und ein kompaktes Einlagern von Komponenten eine 3 Mikrowellensystemes erlaubt.
• Entsprechend der eingangs spezifizierten Matrix wird diese Aufgabe erreicht durch:
• - eine obere Wand,
• - einen Satz von Trennwänden, die sich von der oberen Wand zu der unteren Wand erstrecken, wobei die Trennwände nebeneinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, um den Satz von Wellenleitern zu definieren,
• - wobei einzelne der Trennwände mit Koppelmitteln versehen sind, um einen Anteil der Leistung in einem Wellenleiter durch eine Trennwand in einen benachbarten Wellenleiter zu koppeln,
• - wobei die Koppelmittel einzeln und in Paaren längs Ausgewählter von den Trennwänden angeordnet sind,
• - wobei die einzeln angeordneten Koppelmittel die Kopplungsmittel bilden, und
• - wobei jedes der Paare von Koppelmitteln eine der Überkreuzungen bildet.
• Die vorstehenden Probleme werden überwunden und andere Vorteile werden bereitgestellt durch eine Wellenleitermatrix, die in Übereinstimmung mit der Erfindung eine Konstruktion in gleicher Ebene aufweist. Die Matrix ist konstruiert, indem die Wellenleiter nebeneinander in einem Array angeordnet sind und eine gemeinsame obere Wand und eine gemeinsame untere Wand teilen, wobei Trennwände die obere Wand mit der unteren Wand verbinden, um die einzelnen Wellenleiter zu definieren. Die Trennwände dienen als Seitenwände für die verschiedenen Wellenleiter.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung sind Koppelstrukturen, vorzugsweise in Form von Aperturen, in den Trennwänden vorgesehen. Es wurde gefunden, daß zwei 3dB-Koppler, von denen jeder die oben erwähnte Phasenverschiebung von 90 Grad einfügt, in Serie längs einer Trennwand angeordnet werden können, um für eine Aufteilung und Rekombination der Leistung einer elektromagnetischen Welle derart zu sorgen, das eine Längs eines Wellenleiters sich ausbreitende elektromagnetische Welle durch das Paar von Koppelaperturen in den benachbarten Wellenleiter gelangt, um als eine elektromagnetische Welle reformiert zu werden, die identisch zu der ursprünglichen elektromagnetischen Welle ist. Auf diese Weise hat es eine Überkreuzung von einer elektromagnetischen Welle aus einem Wellenleiter in den benachbarten Wellenleiter gegeben. Es ist insbesondere zu bemerken, daß diese Überkreuzung der elektromagnetischen Welle in einer gemeinsamen Ebene der beiden Wellenleiter erfolgt ist und ohne daß jegliche Verwindungen oder Verdrehungen von Wellenleitern eingefügt wurden, wie dies bisher erforderlich war, um ein Überkreuzen einer Welle von der Position eines Wellenleiters zu der Position eines anderen Wellenleiters zu bewirken.
• Die sich ergebende Wellenleiterstruktur hat eine viel einfachere Form als es bisher möglich war, weil alle Wellenleiter und Wellenleiterkomponenten, so wie Koppler, Filter und Kreuzungen, in einer gemeinsamen Ebene liegen. Solch eine Struktur ist einfach in ein Mikrowellensystem eingefügt und erlaubt ein kompaktes Einlagern von Komponenten des Systemes. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dieser Konfiguration in gleicher Ebene, weil alle Wellenleiter aus einer einzigen Metallplatte gefräst werden können. Dies ermöglicht es, daß die Wellenleiteranordnung durch numerisch gesteuerte Fräsmaschinen gefertigt wird, und ermöglicht es ebenfalls, daß viele Wellenleitermatrizen leicht mit identischen elektrischen Charakteristiken konstruiert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Koppelaperturen in den Trennwänden rechtwinklig und erstrecken sich von oben nach unten; dementsprechend können die Aperturen durch Ausfräsen von Teilen der Trennwände gefertigt werden. Phasenschieber, die üblicherweise als niedrige Stege oder Widerlager längs der breiten Wände der Wellenleiter gebildet werden, können leicht während der Fräsoperation gefertigt werden. Die Wellenleiteranordnung wird durch Plazieren einer Deckelplatte oben auf die ausgefräste Basisplatte komplettiert, welche die ausgeschnittenen Wellenleiterkanäle enthält. Verbindungen zu den Enden der Wellenleiter an dem vorderen und dem rückwärtigen Ende der Anordnung können über Wellenleiter oder über Koax- Wellenleiter-Übergänge erreicht werden, was die Eingangs- und die Ausgangsanschlüsse der Wellenleiteranordnung vervollständigt. Falls gewünscht, können Montageflansche an den Endwänden der Wellenleiteranordnung konstruiert werden, um das Verbinden der Wellenleiteranordnung mit anderen Wellenleiterkomponenten zu erleichtern.
• Die vorstehenden Aspekte und andere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung erklärt, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu nehmen ist, in der:
• Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Wellenleiterüberkreuzung ist, die bei der Konstruktion der Wellenleitermatrix gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
• Fig. 2 eine Endansicht der Überkreuzung aus Fig. 1 ist, wobei Fig. 2 zwei Eingangsanschlüsse der Überkreuzung zeigt;
• Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linie 3-3 aus Fig. 2 ist, die eine ebene Ansicht des Inneren der Überkreuzung zeigt, wobei die Ansicht gestrichelte Linien enthält, welche Ausbreitungspfade für Strahlungsenergie zeigen, die bei der Erklärung des Betriebes der Überkreuzung nützlich sind;
• Fig. 4 eine diagrammartige Darstellung der Wellenleiterüberkreuzung ist, die zwei einander überkreuzende elektromagnetische Wellen zeigt;
• Fig. 5 eine stilisierte, isometrische Ansicht eine in einer Ebene liegenden Wellenleiteranordnung ist, die die Erfindung verwendet;
• Fig. 6 eine ebene Ansicht einer Basisplatte eines Teiles der Anordnung aus Fig. 5 ist, in der die Anordnung der Wellenleiter, Koppler, Überkreuzungen sind Phasenschieber ausgefräst wurde;
• Fig. 7 diagrammartig die Verbindungen aller Wellenleiter mit allen Kopplern, Überkreuzungen und Phasenschiebern in einer vollständigen Butler-Matrix zeigt, die beispielsweise mit einer Arrayantenne von acht Antennenelementen verwendet wird, wobei die physikalische Konstruktion der Matrix von Leitungspfaden für elektromagnetische Leistung aus Fig. 7 mit der in den Fig. 5 und 6 gezeigten übereinstimmt; und
• Fig. 8 eine fregmentarische Ansicht eines Wellenleiters aus der Anordnung aus den Fig. 5 und 6 ist, die eine segmentierte Stegstruktur eines Phasenschiebers offenbart.
• In den Figuren offenbaren die ersten vier Figuren die Konstruktion einer planaren Wellenleiterüberkreuzung, die dazu geeignet ist, in der in einer Ebene liegenden Wellenleitermatrix gemäß der Erfindung verwendet zu werden, während die Figuren 5 - 8 die Konstruktion der Wellenleitermatrix zeigen. Die Beschreibung der Konstruktion der Erfindung beginnt daher mit einer Beschreibung von einem Paar von Wellenleiterkopplern, das als einzelne Überkreuzungsanordnung ausgebildet ist, die zur Verwendung bei der Konstruktion von Wellenleiterschaltungen und insbesondere bei der Konstruktion der Wellenleitermatrix der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der Beschreibung der Überkreuzung folgt dann eine Beschreibung der Konstruktion der Wellenleitermatrix.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 umfaßt eine Wellenleiterüberkreuzung 10 eine rechtwinklige Wellenleiterstruktur 12 mit einer zentralen Wand 14, die sich längs einer zentralen Achse der Struktur 12 erstreckt. Die zentrale Wand 14 unterteilt die Struktur 12 in zwei rechtwinklige Wellenleiter 16 und 18, die nebeneinander angeordnet sind. In der zentralen Wand 14 sind Aperturen 20 und 22 zum Koppeln von elektromagnetischer Energie zwischen den Wellenleitern 16 und 18 vorgesehen.
• Die Struktur 12 umfaßt eine obere Wand 24 und eine untere Wand 26, wobei die obere Wand 24 ebenfalls als eine obere Wand für jeden der Wellenleiter 16 und 18 dient, und die untere Wand 26 ebenfalls als eine untere Wand für jeden der Wellenleiter 16 und 18 dient. Auf diese Weise ist jeder der Wellenleiter 16 und 18 koplanar. Jede der Aperturen 20 und 22 erstreckt sich von der oberen Wand 24 zu der unteren Wand 26.
• Die Länge einer jeden der Aperturen 20 und 22 beträgt eine Hälfte der Leiterwellenlänge von elektromagnetischer Strahlung, die durch die Überkreuzung 10 wandert, um so für eine Richtungskopplung von Strahlungsenergie zwischen den beiden Wellenleitern 16 und 18 zu sorgen, weshalb Energie in den beiden Wellenleitern 16 und 18 in der selben Richtung fließt. Montageflansche 28 und 30 sind vorgesehen, um in Fig. 4 gestrichelt dargestellte, externe Wellenleiter 32, 34, 36 und 38 an die Überkreuzung 10 zu montieren. Die Montageflansche 28 und 30 sind bei der Konstruktion der Wellenleitermatrix gemäß der Erfindung nicht erforderlich und werden bei der Konstruktion der unter Bezugnahme auf die Fig. 5 - 8 zu offenbarenden Wellenleitermatrix weggelassen werden.
• Bei der rechtwinkligen Konfiguration der Wellenleiter 16 und 18, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, dienen die obere und die untere Wand 24 und 26 als breite Wände der Wellenleiter 16 und 18, während die zentrale Wand 12 als eine schmale Seitenwand für jeden Wellenleiter 16 und 18 dient. In der gezeigten Konfiguration erfolgt die Kopplung über die Seitenwand. Es ist zu verstehen, daß im Wege von alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Konfigurationen der Wellenleiter 16 und 18 so geändert werden können, daß die zentrale Wand 14 die lange Wand ist, in welchem Falle eine Langwand-Kopplung verwendet würde. Seitenwände 40 und 42 der Struktur 12 dienen ebenfalls als Seitenwände für die Wellenleiter 16 bzw. 18.
• Der Abstand zwischen den beiden Aperturen 20 und 22 beträgt wenigstens ungefähr eine Hälfte der Leiterwellenlänge, um einen unabhängigen Koppelbetrieb durch jede der beiden Aperturen 20 und 22 zu erlauben. Der Wellenleiter 16 hat einer Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß und der Wellenleiter 18 hat einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, so daß es insgesamt vier Anschlüsse für die Überkreuzung 10 gibt. Um die Diskussion des Betriebes zu erleichtern, sind die vier Anschlüsse in Fig. 3 mit Anschluß 1 - 4 gekennzeichnet. Anschluß 1 und Anschluß 2 sind jeweils Eingangs- und Ausgangsanschluß des Wellenleiters 16; Anschluß 3 und Anschluß 4 sind jeweils Ausgangs- und Eingangsanschluß des Wellenleiters 18. Eine einkommende elektromagnetische Welle an dem ersten Anschluß ist durch eine gestrichelte Linie bei G angedeutet. Die Welle teilt sich an der Apertur 20 in zwei Wellen, die mit E und F bezeichnet sind, wobei eine darauf folgende Aufteilung der Welle an der Apertur 22 folgt, um zu vier Teilwellen zu führen, die mit A, B, C und D gekennzeichnet sind.
• Im Betrieb teilt sich die Eingangswelle bei G an der ersten Apertur 20 in zwei Wellen E und F mit gleicher Leistung, welche Leistung gleich der Hälfte der ursprünglichen Leistung bei G ist. Die Welle bei E ist relativ zu der Welle bei F um 90º nacheilend in der Phase verschoben. An der zweiten Apertur 22 teilt sich die Welle E in zwei Komponenten B und C mit gleicher Leistung, wobei die Leistung der Wellenkomponenten B und C gleich einem Viertel der Eingangsleistung bei G ist. Die Welle bei F wird gleichfalls durch die zweite Apertur 22 in zwei Wellenkomponenten A und D mit gleicher Leistung aufgeteilt, wobei die Leistung in jeder der Wellen A und D gleich einem Viertel der Leistung bei G ist. Die Welle bei C ist relativ zu der Welle bei B um 90 Grad nacheilend in der Phase verschoben. Die Welle bei A ist gleichfalls relativ zu der Welle bei D um 90º nacheilend in der Phase verschoben. Als ein Ergebnis der Phasenverschiebung hat die Wellenkomponente bei C zwei Phasenverschiebungen von 90 Grad erfahren, was zu einer gesamten Phasenverschiebung von 180 Grad führt. Daher überlagert sich die Wellenkomponente C destruktiv mit der Wellenkomponente D, was zu einer Auslöschung aller Leistung führt, die am Anschluß 2 ausgegeben wird. Auf diese Weise wird nichts von der Leistung der Welle bei E durch die zweite Apertur 22 gekoppelt; die gesamte Leistung bei E tritt durch Anschluß 3 aus. Gleichfalls tritt nichts von der Leistung bei F durch Anschluß 2 auf, die gesamte Leistung wird durch die zweite Apertur 22 zum Ausgangsanschluß 3 gekoppelt. Da die Kopplung von Leistung über die erste Apertur 20 und über die zweite Apertur 22 jeweils eine nacheilende Phasenverschiebung von 90 Grad einfügt, sind die Beiträge beider Aperturen am Anschluß 3 in Phase, wobei beide Beiträge jeweils eine nacheilende Phasenverschiebung von 90 Grad aufweisen. Auf diese Weise addieren sich die beiden Beiträge in Phase, um eine Ausgangsleistung am Anschluß 2 zu bilden, die gleich der Leistung ist, die am Eingang 1 angegeben wurde, wenn die Einfügungsphase der Vorrichtung vernachlässigt wird, wobei die am Anschluß 3 ausgegebene Welle eine nacheilende Phase von 90 Grad bezogen auf die Phase der am Anschluß 1 eingegebenen Welle hat.
• Um für einen glatten Leistungsfluß durch die Koppelaperturen 20 und 22 ohne Erzeugung von unerwünschten Reflexionen zu sorgen, sind impedanzanpassende Strukturen 44 an den Seitenwänden 40 und 42 gegenüber jeder der Aperturen 20 und 22 angeordnet, wobei es insgesamt vier von den anpassenden Strukturen 44 gibt. Jede der anpassenden Strukturen 44 umfaßt wie in Fig. 3 zu sehen fünf Stufen, wobei es eine obere Stufe in der Mitte gibt und zwei Stufen auf jeder Seite, die sich der oberen Stufe annähern. Jede der Stufen hat längs der zentralen Achse der Struktur 12 gemessen eine Ausdehnung von einem Achtel der Leiterwellenlänge. Jede der Stufen ist von einer Seitenwand 40 oder 42 weg gemessen von gleicher Höhe, wobei die gesamte Höhe einer Struktur 44 an der mittleren Stufe einen Abstand von ungefähr einem Viertel des Abstandes zwischen der zentralen Wand 14 und einer Seitenwand 40 oder 42 beträgt. Es ist wichtig, daß jede der Aperturen 20 und 22 mit geeigneter Größe ausgelegt ist, um so in jedem Falle für ein Koppeln von einer Hälfte der Leistung zu sorgen, so daß das vorerwähnte Auslöschen von innerhalb eines Wellenleiters übertragener Leistung sichergestellt ist, was zu der Kreuzkopplung der gesamten eingegebenen Leistung führt.
• Ein entsprechendes Diagramm (nicht gezeigt) kann für eine Welle angegeben werden, die am Anschluß 4 eingegeben wird. Solch eine Welle wird am Anschluß 2 ausgegeben werden, wobei keine Leistung am Ausgang 3 ausgegeben wird, wie sich dies aus der vorstehenden Erklärung für Wellenausbreitung zwischen den Anschlüssen 1 und 3 ergibt. Die Ausbreitung einer Welle vom Anschluß 4 zum Anschluß 2 durch den Koppler 10 ist unabhängig von der Ausbreitung einer Welle vom Anschluß 1 zum Anschluß 3 durch den Koppler 10. Wie in Fig. 4 gezeigt, überkreuzt daher eine über den Wellenleiter 32 eingegebene und an dem Wellenleiter 36 ausgegebene erste Welle eine zweite Welle, die am Wellenleiter 34 eingegeben und am Wellenleiter 38 ausgegeben wird. Eine derartige Überkreuzung erfolgt in einer planaren Struktur ohne physikalische Überkreuzungen als überkreuzte Wellenleiter. Stattdessen wird eine derartige Überkreuzung bei wirksamer Verwendung von Raum und Gewicht von Mikrowellenkomponenten durch zwei koplanare Wellenleiter und zwei Koppelaperturen bewirkt, die in einer gemeinsamen Wand zwischen den beiden koplanaren Wellenleitern angeordnet sind. Der Betrieb des Kopplers 10 ist reziprok, so daß alternativ die Anschlüsse 2 und 3 als Eingangsanschlüsse und die beiden Anschlüsse 1 und 4 als Ausgangsanschlüsse verwendet werden können, so daß unter Bezugnahme auf Fig. 4 ebenfalls solche Wellen durch die Überkreuzung 10 über Kreuz geleitet werden, die in entgegengesetzten Richtungen zu den in Fig. 4 angedeuteten wandern.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 ist dort eine Wellenleiteranordnung 46 in Übereinstimmung mit der Erfindung gezeigt, die eine Basisplatte 48 mit darin ausgebildeten Kanälen 50 aufweist und die von einer Deckelplatte 52 abgedeckt ist, um einen Satz von Wellenleitern 54 zu definieren, die durch verbindende Passagen 56 zusammengekoppelt sind, um eine Matrix von leitenden Pfaden zur Ausbreitung von elektromagnetischer Leistung zu bilden. Die Basisplatte 48 und die Deckelplatte 52 sind aus einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium konstruiert. Während die generellen Prinzipien der Konstruktion der Wellenleiteranordnung 46 auf beliebige Formen einer eine Ebene aufweisenden Matrix von Wellenleitern oder leitenden Pfaden mit verschiedenen Verhältnissen von zwischen den Wellenleitern gekoppelter Leistung und verschiedenen phasen- und/oder Amplitudentapern anwendbar sind, wird die Erfindung für eine Konfiguration einer Wellenleiteranordnung beschrieben, die nach Art einer Butler-Matrix arbeitet und die leicht in Situationen eingesetzt werden kann, die eine Butler-Matrix erfordern. Im Wege eines Beispieles zeigt Fig. 7 eine Antenne 58 mit einem linearen Array von Antennenelementen oder Strahlern 60, wie z.B. Hörnern oder Dipolen, die mit einem Satz von Ausgangsanschlüssen 62 der Anordnung 46 verbunden sind. Ein Sende- Empfangs-Gerät 64 ist über einen Strahl-Wahlschalter 66 mit einem Satz von Eingangsanschlüssen 68 der Anordnung 46 verbunden. Die Anzahl von Eingangsanschlüssen 68 ist gleich der Anzahl von Ausgangsanschlüssen 62, wobei diese Anzahl in der beispielhaften Konstruktion, die in den Figuren dargestellt ist, acht beträgt. Durch Verwendung der Wellenleiterarordnung 46 und des Wahlschalters 66 kann eine Stranlungskeule an der Antenne 58 erzeugt werden, wobei die Strahlungskeule nach links oder nach rechts von der Visierlinie 70 gerichtet werden kann, wie dies durch einen Satz von Pfeilen vor der Antenne 58 angedeutet ist.
• Die Wellenleiteranordnung 46 kann aus einer einzigen, relativ großen Basisplatte 48 und einer Deckelplatte 56 gefertigt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, oder alternativ aus zwei kleineren Anordnungen 72 und 74 gefertigt sein, die dann aneinandergefügt werden, um die vollständige Anordnung 46 zu bilden. Falls es gewünscht ist, können die beiden Abschnitte 72 und 74 alternativ über Koaxialleitungen zusammengeschaltet werden, um ein Plazieren der beiden Anordnungen an verschiedenen Stellen oder übereinander zu ermöglichen, was bei der Konstruktion eines Mikrowellensystemes nützlich sein kann, das die Erfindung verwendet. Die Aufteilung der gesamten Anordnung 46 in die beiden kleineren Anordnungen 72 und 74 ist in Fig. 7 ebenfalls angedeutet, wo die Anordnung 72 mit dem Schalter 66 verbindet und die Anordnung 74 mit der Antenne 58 verbindet. In Fig. 6 ist die Anordnung 72 im Detail gezeigt, während der Umriß der Anordnung 74 gestrichelt angedeutet ist.
• Um die Beschreibung zu vereinfachen, werden beide Anordnungen 72 und 74 unter Bezugnahme auf die diagrammartige Darstellung der Fig. 7 beschrieben, während eine Beschreibung der physikalischen Struktur von verschiedenen Komponenten der vollständigen Anordnung 46 nur unter Bezugnahme auf die kleinere Anordnung 72 erfolgt, wobei es zu verstehen ist, daß die physikalische Beschreibung ebenfalls auf die Konstruktion der Komponenten der kleineren Anordnung 74 zutrifft. Beide Anordnung 72 und 74 umfassen Wellenleiter 54, Überkreuzungen 10, 3 dB-Hybridkoppler 76 (von denen zwei in vergrößertem Format in Fig. 7 angedeutet sind), während die Anordnung 72 ebenfalls feste Phasenschieber 78 umfaßt, die für verschiedene Werte von Phasenverschiebungen sorgen, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben wird.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 ist die Anordnung 72 aus einer einheitlichen Struktur durch einen Fräsprozess erzeugt worden, wie dies oben beschrieben wurde, bei dem Kanäle 50 und Durchgänge 56 innerhalb der Basisplatte 48 gebildet werden. Die Kanäle 50 definieren ein Array von parallelen Wellenleitern 54, welche voneinander durch Trennwände 80 getrennt sind, die sich von einem Eingangsende der Anordnung 72 an dem Schalter 66 (Fig. 7) zu einem Ausgangsende der Anordnung 72 erstrecken, das zu der Anordnung 74 verbindet. Die Ausdrücke Eingang und Ausgang sind bezogen auf die Übertragung eines Signales von dem Sende-Empfangs-Gerät 64 zu der Antenne 58 gewählt, wobei zu verstehen ist, daß die Wellenleiteranordnung 46 reziprok arbeitet, so daß elektromagnetische Signale gleich gut von der Antenne 58 über die Anordnung 46 zu dem Schalter 65 fließen können. In Fig. 6 sind ebenfalls impedanzanpassende Strukturen 82 gezeigt, die verwendet werden können, falls dies gewünscht wird, um beide Enden der Anordnung 72 mit Wellenleiter-Koaxial- Adaptern zum Anschluß von Koaxialkabeln an jeden der Wellenleiter 54 zu verbinden. Die Trennwände 80 dienen als Seiterwände für jeden der Wellenleiter 54, wobei die Querschnittskonfiguration eines jeden der Wellenleiter 54 die Form eines zwei-zu-eins rechtwinkligen Wellenleiters aufweist, in dem die Höhe der Seitenwände die Hälfte von der Breite der breiten Wände beträgt, wobei die breiten Wände durch den Boden der Basisplatte 48 und durch die Deckelplatte 52 gebildet sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die Basisplatte 48, die Deckelplatte 52 sowie die komplette Wellenleiteranordnung 46 eine planare Konfiguration. Falls es gewünscht wird, kann die planare Konfiguration geändert werden, indem die Anordnung 46 auf einer leicht gekrümmten Oberfläche konstruiert wird, was das Einbringen der Anordnung 46 in eine gekrümmte band einer Flugzelle eines Flugzeuges oder Satelliten erlauben würde, wobei zu verstehen ist, daß eine derartige Krümmung hinreichend graduell sein würde, um eine Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen durch die Wellenleiter 54 ohne merkliche Reflexionen von derartigen Krümmungen zu erlauben.
• Beim Vergleichen der Struktur aus Fig. 3 mit der aus Fig. 6 ist zu bemerken, daß die Durchgänge 56 innerhalb der Trennwände 60 auf die gleiche Weise geformt sind wie die Aperturen 20 und 22 innerhalb der zentralen Wand 14 geformt sind. In Fig. 3 haben die Aperturen 20 und 22 die selbe rechtwinklige Konfiguration und sind von gleicher Größe, wobei diese Konfiguration und Größe für die Konstruktion der Durchgänge 56 angewendet werden. Die impedanzanpassenden Strukturen 44, welche den Aperturen 20 und 22 in Fig. 3 gegenüberstehen, sind ebenfalls in die Struktur aus Fig. 6 eingefügt, wo die impedanzanpassenden Strukturen 44 auf den Trennwänden 80 angeordnet sind, welche den Durchgängen 56 gegenüberstehen. Auf diese Weise bildet die Kombination eines Durchganges 56 mit der impedanzanpassenden Struktur 44 einen Koppler 76. Ein Paar von Kopplern 76, die tandemartig längs eines Paares von benachbarten der Wellenleiter 54 angeordnet sind, bildet die Struktur einer Überkreuzung 10, wie sie in Fig. 3 beschrieben wurde. Beim Betrachten der Anordnung aus Fig. 6 ist zu bemerken, daß jeder der Koppler 76 als eine einzelne Mikrowellenstruktur auftaucht, wenn die Funktion darin besteht, eine Hälfte der Leistung einer elektromagnetischen Welle von einem der Wellenleiter 54 in einen benachbarten Wellenleiter 54 zu koppeln. Wenn jedoch zwei Koppler 76 als ein Paar, einer hinter dem anderen, angeordnet sind, dann bilden die beiden Koppler 76 eine Überkreuzung 10. In Fig. 6 wurden zum Beispiel gestrichelte Linien verwendet, um ausgewählte der Koppler 76 und der Überkreuzungen 10 aufzuzeigen, wobei es zu verstehen ist, daß andere der Koppler 76 und der Überkreuzungen 10 durch Betrachten der Anordnung 72 aus Fig. 6 identifiziert werden können. Obwohl es in Fig. 6 nicht gezeigt ist, ist zu verstehen, daß die selben strukturellen Konfigurationen von Kopplern 76 und Überkreuzungen 10 auch in der Anordnung 74 gefunden werden. Die Orte von all den Kopplern 76 und all den Überkreuzungen 10 sind diagrammartig in Fig. 7 angedeutet.
• Die Phasenschieber 78 aus Fig. 7 sind in der Struktur aus Fig. 6 durch Stege 84 implementiert, die von der unteren Wand eines Wellenleiters an ausgewählten Stellen innerhalb der Wellenleiter 54 hochstehen, wobei die Orte durch das Diagramm aus Fig. 7 bestimmt sind. Entsprechende Stege (nicht gezeigt) können in den oberen Wänden der Wellenleiter 54 durch Erstreckung von der inneren Fläche der Deckelplatte 52 gebildet werden, falls dies gewünscht ist. Solche Stege 84 sind gut bekannt und fügen Phasenverschiebungen in elektromagnetische Signale ein, die sich längs der Wellenleiter 54 ausbreiten, indem eine Kapazität zwischen der oberen und der unteren Wand eines Wellenleiters eingefügt wird. Die Stege 84 erstrecken sich in Längsrichtung längs der Mittellinie einer breiten Wand des Wellenleiters und sind segmentiert, wobei Endpunkte der Segmente in Abständen von einem Viertel der Leiterwellenlänge angeordnet sind. Eine derartige Segmentierung neigt dazu, beliebige reflektierte Wellen auszulöschen, die ansonsten erzeugt werden könnten, wenn elektromagnetische Wellen auf die Phasenschieber 78 auftreffen. Es ist gut bekannt, daß das Maß der Kapazität, die durch jedes Segment eines Phasenschiebers 78 eingefügt wird, durch Abstimmung der Breite eines Steges 84 ausgewählt werden kann, wobei ein Verbreitern des Steges 84 die Kapazität erhöht, oder durch Erhöhen der Höhe eines Steges 84, wobei die Kapazität erhöht wird, wenn die Oberfläche eines Steges 84 näher an die gegenüberliegende Wand des Wellenleiters gebracht wird. Eine fragmentarische Ansicht eines Wellenleiters 54 mit einem Satz von Segmenten eines Steges 84, der einen Phasenschieber 78 bildet, ist in Fig. 8 offenbart. Das Maß der Kapazität und ebenfalls das Maß der Phasenverschiebung kann ausgewählt werden, indem die Anzahl von Segmenten in dem Phasenschieber erhöht wird, wie gut bekannt ist. Wie es aus einer Betrachtung der Fig. 6 hervorgeht, sind die Phasenschieber 78 mit unterschiedlichen Längen konstruiert, um für feste Maße von Phasenverschiebung zu sorgen, wobei die Maße an Phasenverschiebung in Fig. 7 angedeutet sind.
• Die Konstruktion aus Fig. 6 ist als Butler-Matrix zu verwenden. Es ist jedoch zu verstehen, daß andere Matrizen von leitenden Pfaden für elektromagnetische Wellen in Übereinstimmung mit der Erfindung in einer planaren Konfiguration konstruiert werden können. Während zum Beispiel alle Koppler 76 der Anordnung 46 3 dB-Koppler zum Koppeln von einer Hälte der Leistung von einem Wellenleiter in einen benachbarten Wellenleiter sind, kann die planare Konfiguration der Anordnung ebenfalls mit Kopplern verwendet werden, welche andere Bruchteile, so wie ein Viertel oder ein Achtel der Leistung von einem Wellenleiter in einen benachbarten Wellenleiter koppeln, um in einer Signalverarbeitungsoperation verwendet zu werden, die eine andere ist, als die Bildung einer linearen Wellenfront an einer Antenne. Die Prinzipien der Erfindung werden hier unter Bezugnahme auf die Butler-Matrix beschrieben, wobei es zu verstehen ist, daß diese Prinzipien gleichfalls auf andere planare Konfigurationen von Matrizen von Pfaden Anwendungen finden, in denen elektromagnetische Wellen sich ausbreiten.
• Um den Betrieb der Anordnung 72 aus Fig. 6 zu demonstrieren, sind die Wellenleiter 54 von 1 bis 8 durchnumeriert, wobei auf der linken Seite von Fig. 6 begonnen wurde. Ein Satz von Pfeilen 86, welcher einen Fluß von elektromagnetischen Wellen repräsentieren, beginnt an dem Eingangsanschluß 68 das ersten Wellenleiters 54 und breitet sich auf die ersten vier Wellenleiter 54 aus, um aus Ausgangsanschlüssen 88 (ebenfalls in Fig. 7 gezeigt) der Anordnung 72 auszutreten. Beim Verfolgen der Pfeile 86 ist zu sehen, daß die in den erstem Wellenleiter eintretende Leistung sich an dem ersten Koppler 76 aufteilt, um in gleichen Mengen in den ersten beiden Wellenleitern 78 zu fließen. Die Leistung in dem zweiten Wellenleiter kreuzt über eine Überkreuzung 10 in den dritten Wellenleiter über. Daraufhin wird die Leistung in dem ersten Wellenleiter über zwei der Koppler 76 gleichmäßig zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenleiter aufgeteilt und die Leistung in dem dritten Wellenleiter wird gleichmäßig zwischen dem dritten und dem vierten Wellenleiter aufgeteilt. Jeder der ersten vier Wellenleiter enthält nun ein Viertel der Leistung, die an dem ersten der Eingangsanschlüsse 68 eingegeben wurde. Die sich in dem zweiten und dritten Wellenleiter ausbreitenden Wellen vertauschen ihre Positionen dann über eine Überkreuzung 10.
• Die selbe Aufteilung von elektromagnetischer Leistung kann beobachtet werden, wenn das Diagramm aus Fig. 7 verwendet wird, das die selben Koppler 76 und die selben Überkreuzungen 10 verwendet, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind. Die Darstellung in Fig. 7 geht über die Ausgangsanschlüsse 88 hinaus, um zu zeigen, wie die Leistung in den ersten vier Wellenleitern dann über zusätzliche der Überkreuzungen 10 und zusätzliche der Koppler 76 gekoppelt wird, um sich gleichmäßig auf alle der acht Ausgangsanschlüsse 62 der Wellenleiteranordnung 46 aufzuteilen. Es ist leicht durch Betrachtung zu verifizieren, daß eine an einem beliebigen anderen der Eingangsanschlüsse 68 eintreffende Welle sich gleichmäßig unterteilt, um an allen der Ausgangsanschlüsse 62 auszutreten. Darüberhinaus sorgen die festen Phasenverschiebungen der Phasenschieber 78, die nacheilende Phasenverschiebungen von 22,5 Grad, 45 Grad und 67,5 Grad einfügen, für einen gleichförmigen Phasentaper oder eine gleichförmige Phasensteigung unter den Wellen, die aus den Ausgangsanschlüssen 72 austreten. Diese Werte von Phasenverschiebung sind zusätzlich zu den nacheilenden Phasenverschiebungen von 90 Grad, die von jedem der Hybridkoppler 75 bereitgestellt werden.
• Im Wege einer weiteren Beschreibung des Betriebes der Anordnung 46 wurden die Eingangsanschlüsse 68 in Fig. 7 weiter durch die Legenden 1L, 1R bis 4L, 4R identifiziert, um spezifische der acht Strahlungskeulen zu identifizieren, die von der Antenne 58 in Antwort auf das Anlegen einer elektromagnetischen Welle an einen der verschiedenen Eingangsanschlüsse 68 erzeugt werden. Die Nummer 1 bezeichnet eine Strahlungskeule, die dicht zur Visierlinie 70 gerichtet ist, während die Nummern 2, 3 und 4 größere Winkel von Strahlungskeulenneigung zu der Visierlinie 70 repräsentieren. Die Buchstaben L und R deuten an, daß die Strahlungskeule links oder rechts von der Visierlinie 70 liegt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Anordnung 46 sind die Wellenleiter 54 von einer Standardgröße, nämlich von der Größe WR-62 zum Betreiben bei einer Mittenfrequenz von 17,5 GHz. Die Freiraum-Wellenlänge beträgt ungefähr 17,02 mm (0,67 inch), wobei die Leiterwellenlänge größer ist. Die Höhe dei Stege 84 beträgt 2,54 mm (0,1 inch). Die Breite der Stege 84 beträgt 1,27 mm (0,05 inch). Die angegebenen Werte der durch die Phasenschieber 78 eingefügten Phasenverschiebung erzeugen eine Phasensteigung von 22,5 Grad zwischen den Ausgangsanschlüssen 88 der Anordnung 72 bei Anlegen einer elektromagnetischen Welle an einen der Eingangsanschlüsse 68, die mit 1L und 1R bezeichnet sind. Viel größere Werte an Phasensteigung werden erzielt, wenn ein anderer der Eingangsanschlüsse 68 aktiviert wird. Testergebnisse für die Anordnung 72 zeigen ein Spannungs-Stehwellenverhältnis von weniger als 1,25, eine Phasenvariation von der gewünschten Phasensteigung von weniger als 2,5 Grad und einen Einfügungsverlust von weniger als 0,2 dB. Es sollte ebenfalls bemerkt werden, daß bezogen auf die vorstehenden Werte der Phasensteigung die Werte der für die Ausgangsanschlüsse 88 erzielten Phasenverschiebung symmetrisch zu einer zentralen Wand 90 der Anordnung 72 sind, weil die Konstruktion der rechten und der linken Hälfte der Anordnung 72 symmetrisch ist. Durch Verbinden der Ausgangsanschlüsse 88 über die Anordnung 74 mit den Ausgangsanschlüssen 62 wird für einen kontinuierlichen Phasentaper über alle acht der Ausgangsanschlüsse 62 besorgt.
• Mittels der vorstehenden Konstruktion hat die Erfindung eine Matrix von Mikrowellendurchgängen für die Verteilung und Kombination von elektromagnetischen Wellen geschaffen. Die Konstruktion kann durch automatische Fräsmaschinen erreicht werden, um wiederholbar akkurate Anordnungen von Wellenleitern bereitzustellen, die durch Koppelaperturen miteinander verbunden sind. Die Konstruktion sorgt für eine Überkreuzung von elektromagnetischer Leistung aus einem Wellenleiter in einen anderen innerhalb einer gemeinsamen planaren Struktur, ohne daß es erforderlich ist, irgendwelche Durchgänge für elektromagnetische Wellen außerhalb der planaren Konfiguration anzuordnen.

Claims (10)

1. Matrix aus zwischen einem ersten Satz an Anschlüssen (68) und einem zweiten Satz an Anschlüssen (62) befindlichen Leitern für elektromagnetische Leistung, wobei die Anzahl von Anschlüssen in jedem der Sätze von Anschlüssen größer als 2 ist, mit:

- einer unteren Wand;

- einem Satz von Wellenleitern (54), die von der unteren Wand getragen sind, wobei die Wellenleiter (54) den ersten Satz von Anschlüssen (68) mit dem zweiten Satz von Anschlüssen (62) verbinden, um elektromagnetische Leistung zwischen diesen zu koppeln, wobei jeder der Wellenleiter (54) einen Anschluß aus dem ersten Satz von Anschlüssen (68) mit einem entsprechenden Anschluß aus dem zweiten Satz von Anschlüssen (62) verbindet;

- Kopplungsmitteln (76), um einen Anteil der Leistung in einem Wellenleiter (54) in einen berachbarten Wellenleiter zu koppeln; und

- Überkreuzungen (10), um elektromagnetische Leistung aus einem Wellenleiter (54) in einen berachbarten Wellenleiter (54) querzuverbinden, wobei eine Vielzahl von Überkreuzungen (10) und eine Vielzahl von Kopplungsmitteln (76) für eine Verteilung von elektromagnetischer Leistung aus einem Anschluß aus dem ersten Satz von Anschlüssen (63) auf eine Vielzahl von Anschlüssen aus dem zweiten Satz von Anschlüssen (62) sorgt,

gekennzeichnet durch:

- eine obere Wand;

- einen Satz von Trennwänden (80), die sich von der oberen Wand zu der unteren Wand erstrecken, wobei die Trennwände (80) nebeneinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, um den Satz von Wellenleitern (54) zu definieren;

- wobei einzelne der Trennwände (80) mit Koppelmitteln versehen sind, um einen Anteil der Leistung in einem Wellenleiter (54) durch eine Trennwand (80) in einen benachbarten Wellenleiter (54) zu koppeln;

- wobei die Koppelmittel einzeln und in Paaren längs Ausgewählter von den Trennwänden (80) angeordnet sind;

- wobei die einzeln angeordneten Koppelmittel die Kopplungsmittel (76) bilden; und

- wobei jedes der Paare von Koppelmitteln eine der Überkreuzungen (10) bildet.

2. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Wand eben ist.

3. Matrix nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix eine ebene Form aufweist, wobei alle Pfade zur Leitung von elektromagnetischer Energie durch die Überkreuzungen innerhalb der ebenen Form liegen.

4. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der durch ein Koppelmittel gekoppelten Leistung die Hälfte der Leistung beträgt.

5. Matrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Koppelmittel eine 90º Phasenverschiebung zwischen Wellen (E, F) erzeugt, die jeweils die Hälfte der Leistung transportieren.

6. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel auf die Wellenleiter (54) verteilt sind, um eine Butler-Matrix zu bilden.

7. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Koppelmittel als rechtwinklig geformte koppelnde Appertur (56) in einer Trennend (80) ausgebildet ist.

8. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (80) als Seitenwände für die Wellenleiter (54) dienen, wobei impedanzanpassende Vorsprünge an Seitenwänden (40, 42; 80) der Wellenleiter (80) angeordnet sind und sich einwärts in Richtung koppelnder Apperturen (56) erstrecken, um das Koppeln von Leistung durch eine koppelnde Appertur (56) zu erleichtern.

9. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Phasenschieber (78), die als Abschnitte dem Wellenleiter (54) ausgebildet sind, um für von dem zweiten Satz von Anschlüssen (62) ausgegebene elektromagnetische Wellen einen gewünschten Phasentaper bereitzustellen.

10. Matrix nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Phasenschieber (78) ein längliches kapazitives Widerlager umfaßt, das in Längsrichtung längs einer Wand eines Wellenleiters (54) angeordnet ist.