-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpfungsglied für Hohlleiter
und, genauer ausgedrückt,
ein sogenanntes "Grenzwert-Dämpfungsglied", d. h. ein verlustfreies
Dämpfungsglied
mit Arbeitsfrequenzen unter der Grenzfrequenz.
-
Rechteckhohlleiter,
d.h. solche, die in Form hohler Komponenten mit einem starren rechteckigen Querschnitt
gebildet sind, entlang denen die Mikrowellen weitergeleitet werden,
werden derzeit in verschiedenen Anwendungen verwendet. Zum Erzeugen
von Grenzwert-Dämpfungsgliedern
für diesen
Typ von Hohlleitern werden derzeit Kabel verwendet, die zwischen
zwei Abschnitten eines Rechteckhohlleiters angeordnet werden. Dies
ist konstruktiv betrachtet schwierig. Insbesondere wird ein doppelter
Leiterkabelübergang
benötigt.
Für eine
Beschreibung dieser Technik wird auf F.E.Terman "Electronic and Radio Engineering" [Elektro- und Funktechnik]
(McGraw Hill, New York, 1995, Seite 154) verwiesen.
-
In
anderen Umsetzungsformen besteht das Dämpfungsglied aus einer Platte,
die in den Rechteckhohlleiter eingesetzt wird. Diese Dämpfungsglieder
weisen auch bestimmte Nachteile auf die den Fachleuten in diesem
Gebiet bekannt sind.
-
Die
Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Dämpfungsglieds
für Rechteckhohlleiter und,
insbesondere, eines Grenzwert-Dämpfungsgliedes,
der die Nachteile der derzeit bekannten Dämpfungsglieder beseitigt.
-
Im
wesentlichen umfasst das Dämpfungsglied
gemäß der Erfindung:
einen ersten Adapter mit einer ersten querschnittsveränderlichen
Komponente für
den Übergang
im Zustand perfekter Anpassung von einem ersten Hohlleiter in einem
ersten Band zu einem zweiten Hohlleiter in einem zweiten Band, und
einen zweiten Adapter mit einer zweiten querschnittsveränderlichen
Komponente für
den Übergang
im Zustand perfekter Anpassung von dem zweiten Hohlleiter zu einem
dritten Hohlleiter in dem ersten Band. Charakteristisch schreibt die
Erfindung ferner vor, dass die erste und zweite querschnittsveränderliche
Komponente derart angeordnet sind, dass sie innerhalb des zweiten
Hohlleiters verschiebbar sind, und dass die erste und zweite querschnittsveränderliche
Komponente in bezug zueinander beweglich sind, wodurch ermöglicht wird,
dass sie zwischen sich innerhalb des zweiten Hohlleiters einen leeren
Teil mit variabler Längsabmessung
begrenzen.
-
Die
Adapter für
den Übergang
von einem Hohlleiter zum anderen im Zustand perfekter Anpassung sind
zum Beispiel in IT-B-1253098 (Anmeldung Nr. FI91A305) beschrieben,
obwohl die Möglichkeit
der Verwendung dieser Adapter in einem Dämpfungsglied nicht erwähnt ist.
Ein weiteres Beispiel ist in US-2,659,870 beschrieben, das ein modengefiltertes
Grenzwert-Dämpfungsglied
beschreibt.
-
In
einer praktischen Ausführungsform
weisen die querschnittsveränderlichen
Komponenten jeweils einen pyramidenförmigen Anfangsabschnitt, der
sich zu dem ersten bzw. dritten Hohlleiter erstreckt, und einen Abschnitt
mit prismatischem Querschnitt auf, der dem Querschnitt des zweiten
Hohlleiters entspricht, wobei die prismatischen Abschnitte mit ihren
jeweiligen Grundflächen
rechtwinklig zu der Längsachse
des zweiten Hohlleiters abschließen.
-
Zusätzliche
vorteilhafte Charakteristiken und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angeführt.
-
Die
Erfindung wird besser durch Bezugnahme auf die Beschreibung und
die beigefügte
Zeichnung verstanden werden, die ein praktisches, nicht begrenzendes
Beispiel der Erfindung darstellt. In der Zeichnung
-
1 ist
eine Außenansicht
des erfindungsgemäßen Dämpfungsglieds
dargestellt;
-
2 und 3 ist
ein Längsschnitt
des Dämpfungsglieds
in zwei verschiedenen Anordnungen dargestellt;
-
3A und 3B ist
eine Querschnitts- bzw. eine Frontansicht einer der querschnittsveränderlichen Komponenten
entlang der Linien IIIA–IIIA
und IIIB–IIIB
von 3 gezeigt;
-
4 ist
die theoretische Dämpfungskurve
dargestellt;
-
5 ist
die echte Dämpfungskurve
dargestellt, und
-
6 sind
die Versuchsdaten dargestellt, die zum Aufbau der Kurve in 5 erfasst
wurden.
-
Die
Struktur des Dämpfungsglieds
in einer möglichen
Ausführungsform
ist detailliert in den 1 bis 3 dargestellt.
Es weist zwei mit 1 und 3 bezeichnete Anschlussverbinder
auf, die miteinander über
einen mit 5 bezeichneten P-Band Hohlleiter verbunden sind,
dessen Enden mit den Innenabschnitten der Verbindungen 1 und 3 über Flansche 7 bzw. 9 verbunden
sind. Frontal sind die Verbinder 1 und 3 einem
ersten Hohlleiter im X-Band zugeordnet, der mit einer Punktstrichlinie
gezeigt und mit 11 bezeichnet ist, und einem anderen Hohlleiter
im X-Band, der mit einer Punktstrichlinie gezeigt und mit 12 bezeichnet
ist. Wie bekannt ist, haben die Hohlleiter im P- und X-Band einen
rechteckigen Querschnitt mit Seiten unterschiedlicher Proportionen. Zum
Verbinden jedes X-Band
Hohlleiters 11 und 12 mit dem P-Band Hohlleiter 5 weisen
die Anschlussverbindungen 1 und 3 jeweils einen
jeweiligen Hohlraum 1C und 3C mit einem veränderlichen
rechteckigen Querschnitt auf, der sich zwischen dem Eingang und
Ausgang des Verbinders, d. h. zwischen den Leitern 11 oder 12 im
X-Band und dem Leiter 5 im P-Band verändert.
-
Eine
erste Komponente mit einem veränderlichen
Querschnitt zum Beispiel aus Teflon® erstreckt
sich in den Verbinder 1 und weist einen pyramidenförmigen Abschnitt
auf, dessen Grundfläche
in den prismatischen Abschnitt mit einer Anschlussgrundfläche 13 übergeht
(siehe detailliert in 3). Die Form der Komponente 13 ist
auch detailliert in der Schnittansicht in 3A und
der Frontalansicht in 3B gezeigt.
-
Eine
zweite Komponente 15 mit dem gleichen variablen Querschnitt
erstreckt sich in den Anschlussverbinder 3, wo sie symmetrisch
in bezug zu der Komponente 13 positioniert wird, so dass
ihre Grundfläche 15B zur
Grundfläche 13B der
Komponente 13 gerichtet ist. Die prismatischen Abschnitte
mit rechteckigem Querschnitt der beiden querschnittsveränderlichen
Komponenten 13 und 15 erstrecken sich in den Hohlleiter 5,
der zwischen den Anschlussverbindern 1 und 3 angeordnet
ist.
-
Jede
der querschnittsveränderlichen
Komponenten 13 und 15 wird über eine Zunge, einen Keil
oder irgendein anderes Verbindungselement, das schematisch als 17 und 19 gezeigt
ist, mit einem jeweiligen Schieber 21 und 23 verbunden.
Die Verbindungsmittel 17 und 19 gehen durch einen
in dem Hohlleiter 5 angefertigten Längsschlitz 5F hindurch. Die
Schieber 21 und 23 weisen nebeneinanderliegend
hindurchgehende Gewindelöcher
auf, die mit den in entgegengesetzte Richtungen zu schraubenden
Gewindeabschnitten 25A und 25B einer Gewindestange 25 in
Eingriff kommen, welche durch Halter 27 und 28 an
den Anschlussverbindern 1 und 3 gehalten wird.
Die Gewindestange 25 kann manuell über einen Regler 31 gedreht
werden, der fest an der Stange über
eine Welle 33 angebracht ist. Drehung des Reglers 31 in
eine Richtung oder die andere führt
dazu, dass die querschnittsveränderlichen
Komponenten 13 und 15 wie in 2 gezeigt
dicht zusammen oder weiter auseinander gleiten, wobei die Grundflächen 13B und 15B voneinander
durch einen leeren Raum SV innerhalb des Rechteckhohlleiters 5 getrennt
werden. Die Längsabmessung
des leeren Raums SV kann durch Drehen des Reglers 31 eingestellt
werden, um die querschnittsveränderlichen
Komponenten 13 weiter auseinander und näher zusammen zu bewegen.
-
Eine Änderung
der Längsabmessung
des leeren Raums SV und folglich des Abstands zwischen den querschnittsveränderlichen
Komponenten 13 und 15 verursacht eine variable
Dämpfung
des Impulses, der entlang der Hohlleiter 11, 5 und 12 übertragen
wird.
-
Für einen
P-Band Leiter (9,494 GHz Grenzfrequenz) und den Frequenzbereich
von 8 bis 9,49 GHz variiert die theoretische Dämpfung pro Einheitslänge (cm)
zwischen 9,2 bzw. 0 db. Die Dämpfung,
ausgedrückt in
db, ist das Ergebnis der Formel (bezugnehmend auf F.E.Terman "Electronic and Radio
Engineering", McGraw
Hill, New York, 1995, Seite 153):
wobei die Grenzfrequenz v
c in GHz ausgedrückt ist und die Grenzwellenlänge in cm
durch λ
c = 30/v
c gegeben ist.
4 zeigt
diese theoretische Dämpfungskurve
mit der Frequenz in GHz auf der horizontalen Achse und der Dämpfung pro
Einheitslänge
auf der vertikalen Achse. Theoretisch wird in dem oben beschriebenen
Dämpfungsglied
daher eine Dämpfung
erhalten, die von der weitergeleiteten Wellenfrequenz abhängt und
die gleich dem Ordinatenwert auf dem Diagramm in
4 multipliziert
mit der Länge
des leeren Raums 5V ist, d. h. mit dem Abstand zwischen den beiden
Oberflächen
13B und
15B.
-
Nichtsdestoweniger
ist Gleichung 1 nur gültig,
wenn der Übergangskoeffizient
T mit der Dämpfung durch
die Formel verknüpft
ist: T = exp (-α) (2)was nur gültig an
der Grenze für
große α Werte ist.
Genauer ausgedrückt,
ist der Übergangskoeffizient
gegeben durch: T = [1+exp(α)]–1 (3)
-
Daher
ist bei dem Grenzwert (v = vc) die echte
Dämpfung αv,
die mit dem Übergangskoeffizienten
verknüpft
ist durch die Gleichung αv(db)
= 10 log(T–1)
(4)nicht null, sondern 3db (da der Übergangskoeffizient ½ und nicht
1 ist).
-
Daher
wird die echte Dämpfungskurve
als die festgestellt, die durch die gestrichelte Linie in 5 angezeigt
ist, welche auch die vorgenommenen Messungen zeigt. Jeder Datenpunkt
mit relativem Fehler wird von einer Reihe von Dämpfungsmessungen in Funktion
der Länge
des Dämpfungsbereichs
5V für
eine gegebene Frequenz abgeleitet. 6 zeigt
die Ergebnisse dieser Messungen für eine Wellenfrequenz von 8,59 GHz,
die durch die Hohlleiter 11, 5 und 12 weitergeleitet
wird. Der Abstand zwischen den Oberflächen 13B und 15B ist
in mm auf der horizontalen Achse gezeigt, während die Dämpfung in db auf der vertikalen
Achse gezeigt ist.
-
Ein
Multiplizierungsfaktor von 0,8 wurde eingebracht, um eine bessere
Anpassung zwischen der theoretischen Kurve (gezeigt in 4)
und den Versuchsdaten (Strichellinie in 5) zu erzielen,
wodurch die in 5 gezeigte durchgezogenen Kurve
erhalten wurde.
