DE60315421T2

DE60315421T2 - Übergang von hohlleiter zu mikrostreifenleitung

Info

Publication number: DE60315421T2
Application number: DE60315421T
Authority: DE
Inventors: Marco Munk
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2023-01-25
Also published as: EP1474842B1; WO2003063297A1; EP1474842A1; CN1643732A; DE60315421D1; DE10202824A1; US20050163456A1; US6999672B2; ATE369635T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Koppeln eines Hochfrequenzsignals, das sich in einem metallischen Leiter ausbreitet, in einen Wellenleiter oder von einem Wellenleiter in einen metallischen Leiter.
Herkömmliche Kopplungsvorrichtungen dieses Typ umfassen eine Wellenleitersektion, in der sich eine geleitete Welle in wenigstens einem Wellenleitermodus ausbreiten kann und die einen Schlitz in einer ihrer Wände aufweist, durch den das Feld des Wellenleitermodus' austritt und in der Lage ist, eine Oszillation in einer Antennensektion hervorzurufen, die außerhalb der Wellenleitersektion angeordnet ist, wobei der Schlitz überbrückt wird.
Nur ein Teil der Hochfrequenzenergie, die durch den Schlitz austritt, wird tatsächlich zum Anregen der Oszillation in der Antennensektion verwendet; der Rest wird in den freien Raum abgestrahlt, der über dem Schlitz liegt. Das ist unerwünscht, nicht nur, weil die Energie dadurch ungenutzt abgestrahlt wird, sondern auch, weil dies einen Störeinfluss auf Ausrüstungskomponenten haben kann, die sich in dem freien Raum befinden.
Wenn zum Beispiel eine Kopplungsvorrichtung dieses Typs in einer Gruppenantenne verwendet wird, um über Schlitze in den Wänden eines Wellenleiters und Antennensektionen, die so angeordnet sind, dass sie diese kreuzen, einzelne Antennenelemente der Gruppenantenne zu speisen, so kann die aus den Schlitzen austretende Interferenzstrahlung das Feldmuster der Gruppenantenne empfindlich stören.
In W. Keusgen und B. Rembold, "Broadband Planar Subarray for Microwave WLAN Applications", MIOP, Stuttgart, 2001, wird vorgeschlagen, dieses Problem zu umgehen, indem die Interferenzstrahlung in ein Strahlerelement eingekoppelt wird, das aktiv zur Funktion der Gruppenantenne beiträgt. Diese Lösung bringt jedoch einen erheblichen Rechenaufwand mit sich und ist nicht allgemein anwendbar.
In F. J. Villegas, D. I. Stones, H. A. Hung: "A Novel Waveguide-to-Microstrip Transition for Millimetre Wave Applications", IEEE Trans. an Microwave Theory and Techniques, Band 47, Nr. 1, Januar 1999, wird vorgeschlagen, dass die Interferenzstrahlung mit Hilfe von Abdeckkappen unterdrückt wird, die über den jeweiligen Schlitzen angeordnet werden, um ein Austreten der Interferenzstrahlung zu verhindern. Jedoch ist diese Lösung komplex in der Implementierung, weil für jeden Schlitz eine solche Abdeckung mit Durchführ-Antennensektion benötigt wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wellenleiterkopplungsvorrichtung des oben angesprochenen Typs bereitzustellen, bei der das Austreten von Interferenzstrahlung in einfacher Weise effektiv unterdrückt wird und die ohne großen Aufwand hergestellt werden kann.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass in der Seitenwand, die den ersten Schlitz aufweist, ein zweiter Schlitz bereitgestellt wird, der so angeordnet ist, dass die zwei Schlitze auf gegenüberliegenden Seiten einer Knotenlinie einer Feldkomponente des Wellenleitermodus', die parallel zu der geschlitzten Wand ausgerichtet ist, liegen.
Die Erfindung wird vorzugsweise auf einen Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt und insbesondere auf seinen Hauptmodus angewendet, der als die magnetische Grundwelle oder die H₁₀-Welle bekannt ist. Auf der Grundlage der hier gegebenen Erläuterungen ist jedoch ein Fachmann in der Lage, die Erfindung auch auf andere Wellenleiterquerschnitte und Wellenleitermodi anzuwenden.
Wenn ein Koordinatensystem aufgestellt wird, bei dem die X-Achse senkrecht zu einer schmalen Seitenwand und die Y-Achse senkrecht zu einer breiten Seitenwand der Wellenleitersektion verläuft und die Z-Achse in der Längsrichtung der Wellenleitersektion verläuft, so hat die H₁₀-Welle Feldkomponenten H_x und H_z, die parallel zu einer breiten Seitenwand des Wellenleiters verlaufen. Von diesen Komponenten hat die Komponente H_z eine Knotenebene, die in der Längsrichtung der Wellenleitersektion verläuft und ihre zwei breiten Seitenwände mittig schneidet. Die H_z-Komponente hat entgegengesetzte Vorzeichen auf den verschiedenen Seiten der Knotenebene. Dadurch oszillieren die Felder, die aus den zwei Schlitzen austreten und in der H_z-Komponente ihren Ursprung haben, mit entgegengesetzter Phase und haben das Bestreben, sich in der Strahlungszone gegenseitig auszulöschen. Die E_y-Komponente der H₁₀-Welle regt in den Seitenwänden der Wellenleitersektion Querströme an, die in entgegengesetzten Richtungen auf jeder Seite derselben Knotenebene fließen und entgegengesetzt orientierte elektrische Felder in der X-Richtung an den zwei Schlitzen hervorrufen. Diese haben ebenfalls das Bestreben, einander in der Strahlungszone auszulöschen.
Diese Auslöschung ist umso vollständiger, je symmetrischer die Anordnung der zwei Schlitze in Bezug auf die Knotenebene ist. Wenn der Ort eines Schlitzes die Reflexion des anderen in Bezug auf die Knotenebene ist, so kompensieren sich die E_x-Komponenten gegenseitig vollständig in der Strahlungszone auf der Knotenebene, sofern die Symmetrie nicht durch die Antennensektion, die den ersten Schlitz kreuzt, unterbrochen wird, und werden dadurch im Vergleich zu dem Feld einer Wellenleitersektion mit einem einzelnen Schlitz seitlich stark reduziert.
Mit einer Umkehrsymmetrieanordnung der Schlitze relative zu einem Punkt in der Knotenebene, das heißt, der Ort eines Schlitzes ist die umgekehrte Reflexion des anderen mit Bezug auf die Knotenebene, kann ebenfalls eine ausreichende Kompensation erreicht werden, sofern die Erstreckung der Schlitze in der Z-Richtung deutlich geringer ist als die Wellenlänge des Wellenleitermodus', so dass Phasenunterschiede zwischen den Feldern an umkehrsymmetrischen Punkten der zwei Schlitze ignoriert werden können.
Die Antennensektion ist im Allgemeinen an einem Ende mit einem Leiter verbunden, um das eingekoppelte HF-Signal abzuleiten, und an ihrem anderen Ende frei. Dieses freie Ende kann vorzugsweise in einem Abstand von λ_s/4 von dem Schlitz entfernt angeordnet sein, entweder fest oder verstellbar, wobei λ_s die Wellenlänge des Signals ist, das in der Antennensektion induziert wird. Dies führt zu dem Ergebnis, dass ein Teil des eingekoppelten Signals, der sich in der Antennensektion von dem Schlitz aus direkt in der Richtung des Anschlussleiters ausbreitet, und ein Teil, der anfänglich an dem freien Ende reflektiert wurde, konstruktiv kombiniert werden, so dass eine starke Kopplung erreicht wird.
Um eine Unterbrechung der Symmetrie durch eine schneidende Antennensektion zu vermeiden, kann eine zweite Antennensektion vorteilhafterweise so angeordnet werden, dass der zweite Schlitz überbrückt wird. Diese Antennensektion kann zum Einspeisen einer anderen HF-Komponente als die, die durch die erste Antennensektion eingespeist wird, oder zum Einspeisen derselben HF-Komponente verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden in letzterem Fall zwei Antennensektionen an einem Punkt parallel zu einer Anschlussleiter verknüpft, d. h. sie haben jeweils ein Ende, das mit dem Anschlussleiter verbunden ist, und ein freies Ende.
Die Antennensektionen können so angeordnet sein, dass sie die ihnen zugeordneten Schlitze in jeweiligen entgegengesetzten Richtungen kreuzen, d. h. ihre freien Enden liegen entweder beide zwischen den Schlitzen, oder beide liegen jenseits der Schlitze. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Antennensektionen eine Gesamtlänge L zwischen (n-3/8)λ_s und (n+3/8)λ_s haben, wobei n eine ganze Zahl ist und λ_s die Wellenlänge der Oszillation ist, die in den Antennensektionen durch die geleitete Welle induziert wird. Wenn L exakt gleich nλ_s ist, dann interferieren die Oszillationen, die an den zwei Schlitzen in den Antennensektionen gekoppelt sind, exakt kophasig, und es wird eine optimale Kopplung erreicht. Werte, die von nλ_s abweichen, können verwendet werden, wenn eine schwächere Kopplung gewünscht wird.
Wenn andererseits die Antennensektionen ihre Schlitze in derselben Richtung kreuzen, d. h. wenn das freie Ende einer Antennensektion zwischen den Schlitzen liegt und das der anderen jenseits der Schlitze liegt, dann interferieren die Oszillationen, die an den Schlitzen induziert werden, kophasig entlang einer Gesamtlänge L von (n+½)λ_s, weshalb eine Gesamtlänge L zwischen (n+1/8)λ_s und (n+7/8)λ_s bevorzugt ist.
Eine weitere Möglichkeit ist, die zwei Antennensektionen in Reihe zu verbinden. In diesem Fall ist für eine kophasige Überlagerung der Oszillationen, die an den zwei Schlitzen induziert werden, ein Abstand zwischen den Schlitzen – entlang den Antennensektionen gemessen – von ungefähr nλ_s, wenn die Antennensektionen die Schlitze in entgegengesetzten Richtungen kreuzen, oder von ungefähr (n+½)λ_s erforderlich, wenn die Antennensektionen die Schlitze in derselben Richtung kreuzen.
Bevorzugt liegen die Kreuzungspunkte der Antennensektionen mit den Schlitzen auf einer Linie senkrecht zur Längsrichtung der Wellenleitersektion oder zur Knotenebene.
Dadurch wird gewährleistet, dass die zwei Antennensektionen kophasigen Erregungsfeldern ausgesetzt sind, die aus den Schlitzen austreten, und zwar unabhängig von der genauen Position, in der die Antennensektionen in Bezug auf die Wellenleitersektion angeordnet sind. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Antennensektionen wenigstens in der Region der Kreuzungspunkte auf einer gemeinsamen Linie liegen, so dass die Phasenkoinzidenz der Felder, denen die zwei Antennensektionen ausgesetzt sind, selbst bei einer transversalen Verschiebung der Antennensektionen beibehalten bleibt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die zwei Schlitze parallel zueinander und zu der Knotenebene, so dass die Kopplungsstärke nicht von der Position der Antennensektionen in der Ausbreitungsrichtung der geleiteten Welle (der Z-Richtung) abhängt, sondern ausschließlich durch die Position der Antennensektionen transversal zur Knotenebene bestimmt wird, d. h. durch den Abstand ihrer Kreuzungspunkte von den freien Enden.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Schlitze parallel und schräg zur Knotenebene. Der Grad der Abweichung vom Parallelismus beeinflusst die Stärke des H_z-Feldes, das aus den Schlitzen austritt, und das Koppeln in die Antennensektionen und somit die Kopplungskonstante der Kopplungsvorrichtung. Insbesondere kann, wenn die Schlitze an einer drehbaren Wandsektion der Wellenleitersektion angeordnet sind, durch Drehen dieser Wandsektion die Kopplungskonstante nach Bedarf eingestellt werden.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform haben die Schlitze eine Beabstandung, die entlang der Knotenebene variiert, und die Antennensektionen können in verschiedenen Positionen entlang der Knotenebene angeordnet werden. In diesem Fall kann der Kopplungskoeffizient durch geeignete Positionierung der Antennensektionen entlang der Knotenebene eingestellt werden. Je näher die Schlitze an der Knotenebene liegen, desto kleiner ist die Feldkomponente parallel zu der Wand in dem Wellenleiter hinter den Schlitzen, und desto kleiner sind die Wandströme, die an der Stelle der Schlitze induziert werden, und desto kleiner ist daher das austretende Feld, dem die Antennensektionen ausgesetzt sind.
In der ersten und der dritten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass bei der Herstellung der Kopplungsvorrichtung die Antennensektionen fest an einer Stelle angeordnet werden, wodurch die Antennensektionen an verschiedenen Positionen an der Wellenleitersektion fixiert werden können, und die Position in einem Einzelfall wird auf der Grundlage eines gewünschten Kopplungskoeffizienten ausgewählt. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine Vorrichtung zum Justieren der Antennensektionen relativ zu den Schlitzen bereitzustellen, um auch in der Lage zu sein, die Kopplungskoeffizienten der fertigen Kopplungsvorrichtung jederzeit an die Anforderungen anpassen zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung von Beispielen anhand der angehängten Zeichnungen dargelegt.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kopplungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt die Verteilung der Querströme in der Wand der Wellenleitersektion der Kopplungsvorrichtung gemäß 1.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Kopplungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht analog 1.
4 zeigt eine augenblickliche Strom- und Spannungsverteilung in den Antennensektionen und dem Anschlussleiter in der Ausführungsform gemäß 3.
5 zeigt die Strom- und Spannungsverteilung in einer Ausführungsform, die im Vergleich zu 3 geringfügig verändert ist.
6 zeigt eine Modifikation der in 3 gezeigten Ausführungsform.
7–9 zeigen perspektivische Ansichten einer dritten, einer vierten bzw. einer fünften Ausführungsform.
10 zeigt eine weitere Modifikation der Ausführungsform gemäß 3.
11 zeigt eine Weiterentwicklung der Ausführungsform in 10.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer sechsten Ausführungsform der Kopplungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
Die in 1 gezeigte Kopplungsvorrichtung umfasst eine Wellenleitersektion 1 von rechteckigem Querschnitt mit einer oberen breiten Seitenwand 2, einer unteren breiten Seitenwand 3 und schmalen Seitenwänden 8, wobei der Wellenleitermodus H₁₀ zur Ausbreitung befähigt ist. Dieser Wellenleitermodus hat nicht-verschwindende Feldkomponenten H_x, H_z und E_y, wobei H_x und E_y proportional zu sin(πx/a) sind und H_z proportional zu cos(πx/a) ist, wobei a die Breite der breiten Seitenwände 2, 3 ist und die schmalen Seitenwände 8 an Koordinatenwerten x=0 und x=a in dem gezeigten xyz-Koordinatensystem liegen. Die Feldkomponente H_z hat eine Knotenebene bei x=a/2.
Ein erster Schlitz 4 verläuft in der oberen breiten Seitenwand 2 in der Richtung der z-Achse. Ein zweiter Schlitz 5 ist relativ zu der Knotenebene x=a/2 als ein Spiegelbild des ersten Schlitzes 4 angeordnet. Felder, die aus den zwei Schlitzen 4, 5 austreten, bestehen aus Anteilen von den nicht-verschwindenden Feldkomponenten, die den Schlitz passieren, und elektrischen Feldern in der x-Richtung, die aus der Tatsache resultieren, dass die Schlitze 4, 5 den Weg der Querströme blockieren, die in der Wellenleiterwand fließen und durch den Wellenleitermodus hervorgerufen werden. Diese Querströme, die schematisch in 2 veranschaulicht sind, haben entgegengesetzte Vorzeichen auf verschiedenen Seiten der Knotenebene x=a/2. Die Knotenebene ist durch Strich-Punkt-Linien M dargestellt. Ihr Anteil an den austretenden Feldern ist umso größer, je stärker die Querströme an der Stelle der Schlitze 4, 5 sind, d. h. je weiter diese von der Knotenebene entfernt sind. Die Anteile der Querströme und der Komponente H_z des Wellenleitermodus' an dem Feld außerhalb des Wellenleiters haben entgegengesetzte Vorzeichen auf verschiedenen Seiten der Knotenebene, so dass diese Felder einander in der Strahlungszone auslöschen. Die Feldkomponenten H_x, E_y haben das gleiche Vorzeichen auf beiden Seiten der Knotenebene, so dass sie einander nicht in der Strahlungszone auslöschen, obgleich ihre Feldstärke sich mit zunehmender Nähe zu den schmalen Seitenwänden 8 null nähert, so dass ihr Anteil an dem Feld außerhalb der Wellenleitersektion ebenfalls umso kleiner ist, je näher die Schlitze 4, 5 an den schmalen Seitenwänden 8 liegen.
An der oberen breiten Seitenwand 2 ist ein dielektrisches Substrat 6 angeordnet, das eine erste Streifenleitung 7 trägt, die den ersten Schlitz 4 überbrückt. Die Streifenleitung 7 dient als eine Antennensektion, in der durch das elektrische Feld, das durch die Querströme hervorgerufen wird, eine elektromagnetische Oszillation induziert wird.
Diese Oszillation kann dafür verwendet werden, ein Antennenelement einer Gruppenantenne oder einer anderen HF-Komponente zu speisen.
Eine zweite Streifenleitung 9 kann in spiegelbildlicher Weise zu der Streifenleitung 7 über dem zweiten Schlitz 5 angeordnet sein. Ihre Funktion ist die gleiche wie bei der ersten Streifenleitung. Sie kann zum Speisen derselben HF-Komponente wie die erste Streifenleitung 7 oder einer zweiten HF-Komponente verwendet werden.
In der zweiten Ausführungsform der Kopplungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die in 3 gezeigt ist, ist die Wellenleitersektion 1 die gleiche wie in 1 und wird darum nicht noch einmal beschrieben. Zwei Streifenleitungen 7', 9', die auf einem Substrat 6 ausgebildet sind, verlaufen auf einer gemeinsamen Linie parallel zu der X-Achse und sind an ihren einander zugewandten Enden miteinander verbunden und an einen gemeinsamen Anschlussleiter 10 angeschlossen.
In der Ausführungsform gemäß 3 liegt der Verbindungspunkt 11 der einander zugewandten Enden des Anschlussleiters 10 auf der Knotenebene x=a/2 der Feldkomponente H_z. Es ist anzumerken, dass in dieser und in folgenden Figuren die untere der zwei Linien M, welche die in 2 gezeigte Ebene x=a/2 begrenzen, im Interesse einer übersichtlicheren Darstellung weggelassen wurde. Der Abstand der Kreuzungspunkte 12 der Streifenleitungen 7', 9' von ihren jeweiligen freien Enden 13 ist λ_s/4, und der Abstand der zwei Kreuzungspunkte 12 ist λ_s/2, wobei λ_s die Wellenlänge der Oszillation ist, die in den Streifenleitungen durch den Wellenleitermodus induziert wird. Die zwei Streifenleitungen 7', 9' bilden somit einen Resonator, der auf den Wellenleitermodus der Länge λ_s abgestimmt ist. In dem Resonator bildet sich eine Stehwelle, deren Strom- und Spannungsmuster durch die gepunktete Kurve I und die Punkt- Strich-Kurve U in 4 veranschaulicht wird. An dem Verbindungspunkt 11 befindet sich ein Knoten in der Stromverteilung. Die Amplitude der Spannung hat hier ein Maximum, so dass ein starkes Signal über den Anschlussleiter 10 abgezogen werden kann.
In der in 5 gezeigten Variante liegt der Verbindungspunkt 11 nicht mittig zwischen den zwei freien Enden 13, sondern ist in Richtung des freien Endes der Streifenleitung 7' verschoben. Die Spannungspegeldifferenz am Verbindungspunkt 11 ist geringer als im Fall von 4, und das über den Anschlussleiter 10 abgezogene Signal ist schwächer. Es ist daher möglich, unabhängig von einem Kopplungskoeffizienten, der in einem Einzelfall benötigt wird, die Wellenleitersektion 1 mit den Schlitzen 4, 5, dem Substrat 6 und den Streifenleitungen 7', 9' in einer Standardform und durch Kontaktieren des Anschlussleiters 10 an einem zweckmäßig ausgewählten Verbindungspunkt 11 herzustellen, um eine Kopplungsstärke zu realisieren, die in einem Einzelfall benötigt wird.
Variable Kopplungskoeffizienten sind ebenfalls mit der Konstruktion gemäß 3 realisierbar, wenn einerseits die Wellenleitersektion 1 und andererseits das Substrat 6 mit den darauf befindlichen Streifenleitungen 7', 9' und dem Anschlussleiter 10 in einer Standardform hergestellt werden. Um die Kopplung zu variieren, genügt es, die Position des Substrats und der darauf befindlichen Leiter transversal zu der Knotenebene x=a/2 zu verändern. Das führt zu einer Abweichung des Abstands zwischen den Kreuzungspunkten 12 und den freien Enden 13 von dem Optimalwert λ_s/4.
Durch geeignete Auswahl der Position des Substrats 6 ist es somit möglich, die Stärke der Kopplung zwischen der Wellenleitersektion 1 und den Streifenleitungen 7', 9' einzustellen. Dies vereinfacht ganz erheblich die Herstellung von Kopplungsvorrichtungen mit verschiedenen Kopplungsstärken, da es nicht erforderlich ist, die Position der Schlitze 4, 5 gemäß einer gewünschten Kopplungsstärke einzustellen und mehrere Wellenleitersektionen mit unterschiedlichen Schlitzabständen herzustellen, sondern die Wellenleitersektionen 1 können in großen Mengen mit einer festen Position der Schlitze hergestellt werden, und die gewünschte Kopplungsstärke kann anschließend durch geeignete Positionierung des Substrats 6 ausgewählt werden.
Natürlich brauchen die Abstände der Kreuzungspunkte 12 von den freien Enden 13 und die Abstände der Kreuzungspunkte 12 voneinander nicht gleichzeitig λ_s/4 bzw. λ_s/2 zu sein. Zwar kann mit diesen Abständen durchaus eine starke Kopplung erreicht werden, aber nur in einem sehr schmalen Frequenzbereich. Wenn für wenigstens einen dieser Abstände ein nicht exakt optimaler Wert gewählt wird, sondern einer, der in der Nähe des optimalen Wertes liegt, so kann mit einer etwas verringerten Kopplungsstärke die Bandbreite der Kopplungsvorrichtung deutlich vergrößert werden.
Eine Variante des Prinzips in 3 ist in 6 gezeigt. Die Wellenleitersektion 1 ist wieder die gleiche wie in den 1 und 3, und die Streifenleitungen 7'', 9'', die auf dem Substrat 6 angeordnet sind, unterscheiden sich von denen in 3 dadurch, dass der durch sie gebildete Resonator C-förmig ist und dass die freien Enden 13 der Leitersektionen 7'', 9'' beide zwischen den Schlitzen 4, 5 liegen. Die Betriebsweise entspricht ansonsten der des Beispiels in 3.
Die in 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor besprochenen dadurch, dass in diesem Fall die zwei Streifenleitungen 7*, 9*, die auf dem Substrat 6 ausgebildet sind, die ihnen zugeordneten Schlitze 4, 5 der Wellenleitersektion 1 in derselben Richtung kreuzen. Ihre freien Enden 13 liegen jeweils auf der Seite der Schlitze 4, 5, die in der Perspektive von 7 dem Betrachter zugewandt sind. Für eine starke Kopplung der Streifenleitungen 7*, 9* an die Wellenleitersektion 1 ist eine kophasige Überlagerung der Oszillationen, die in die zwei Streifenleitungen 7*, 9* eingekoppelt werden, und somit ein Abstand zwischen den zwei Kreuzungspunkten 12 der Schlitze 4, 5 mit den Streifenleitungen 7*, 9* von (n+½)λ_s erforderlich. Die Stärke des an dem Anschlussleiter 10 abgezogenen Signals kann, wie in dem Beispiel in 3, durch Auswählen der Position der Verbindungspunkte 11 des Anschlussleiters 10 und durch Auswählen des Abstands zwischen den Kreuzungspunkten 12 und den freien Enden 13 der Streifenleitungen beeinflusst werden.
Eine besonders einfache Ausführungsform mit Streifenleitungen 7**, 9**, welche die Schlitze 4, 5 der Wellenleitersektion 1 in derselben Richtung kreuzen, ist in 8 gezeigt. Die Streifenleitung 9**, die den Schlitz 5 kreuzt, ist in Reihe zwischen der Streifenleitung 7** und dem Anschlussleiter 10 verbunden. Die Kreuzungspunkte 12 haben einen Abstand von dem einzelnen freien Ende 13 von λ_s/4 bzw. 3λ_s/4.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform mit Streifenleitungen 7***, 9***, die in Reihe verbunden sind und die Schlitze 4, 5 in derselben Richtung kreuzen.
Eine weitere Ausführungsform der Kopplungsvorrichtung ist in 10 gezeigt. Hier sind das Substrat 6 und die darauf ausgebildeten Streifenleitungen 7', 9' identisch mit jenen in 3. Die Wellenleitersektion 1' wurde geändert. Ihre Schlitze 4', 5' verlaufen parallel zueinander, aber in einem nicht-verschwindenden Winkel α zur Knotenebene x=a/2. Der Schlitz 4' kann als die umgekehrte Reflexion des Schlitzes 5' um die Knotenebene gedacht werden.
Die Länge der Schlitze in der Z-Richtung wird so gewählt, dass die Phasendifferenz der Felder an gegenüberliegenden Enden der Schlitze 4', 5' maximal 15° beträgt. Der Winkel α beeinflusst die Stärke der H_z-Komponente des Wellenleitermodus', der aus den Schlitzen 4', 5' austritt, und somit die Stärke des magnetisch induzierten Stroms in den Streifenleitungen 7', 9'. Bei einem Winkel α=0 hat er ein Maximum. Bei einem Wert von 90° würde er verschwinden.
Eine Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist in 11 gezeigt. Hier sind die Schlitze 4', 5' in einer kreisförmigen Scheibe 17 angeordnet, die einen Teil der oberen Wand der Wellenleitersektion 1' bildet. Durch Drehung der Scheibe 17 kann der Winkel α zwischen den Schlitzen 4', 5' und der Knotenebene verändert werden, und die Kopplungsstärke kann justiert werden.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kopplungsvorrichtung, wobei das Substrat 6 und die Streifenleitungen 7', 9' mit jenen in 3 identisch sind, während andererseits die Wellenleitersektion 1'' modifiziert ist. Ihre Schlitze 4'', 5'' verlaufen symmetrisch zueinander, aber schräg zu der Knotenebene x=a/2. Das Substrat 6 kann in kontrollierter Weise parallel zu der Knotenebene mit Hilfe von seitlich angeordneten Schienen 14, einer Mikrometerschraube 15 und einer Feder 16 verschoben werden, um so die Streifenleitungen 7', 9' über Regionen der Schlitze 4'', 5'' in verschiedenen Abständen zu positionieren. Wie bereits oben in der Erläuterung des Betriebes der Vorrichtung angesprochen, verändert sich bei Verschiebung der Streifenleitungen 7', 9' die Kopplung einerseits, weil sich der Abstand der Kreuzungspunkte 12 voneinander und von den freien Enden 13 verändert und sich darum die Interferenz der zwei Signale, die in den zwei Streifenleitungen induziert werden, ändert, und andererseits, weil die Felder, denen die Streifenleitungen 7', 9' ausgesetzt sind, umso stärker sind, je näher die Kreuzungspunkte 12 an den Seitenwänden der Wellenleitersektion 1'' liegen. Es ist somit möglich, die Kopplung zwischen der Wellenleitersektion 1' und den Streifenleitungen 7', 9' jederzeit präzise auf einen momentan benötigten Wert einzustellen, indem man das Substrat 6 entlang der Z-Achse verschiebt.
Natürlich kann bei den Ausführungsformen in den 3 und 6 bis 9 eine Führungsschiene für eine kontrollierte Verschiebung des Substrats transversal zu der Knotenebene x=a/2 verwendet werden. Gleichermaßen ist es möglich, das Substrat 6 dauerhaft auf der Wellenleitersektion 1'' von 12 in einer Position, die zuvor entsprechend einer gewünschten Kopplungsstärke ausgewählt wurde, zum Beispiel durch Zementieren zu befestigen.
Mehrere der oben besprochenen Kopplungsvorrichtungen können entlang eines einzelnen Wellenleiters angeordnet werden. Der Abstand zwischen den einzelnen Kopplungsvorrichtungen sollte dann die Hälfte der Wellenlänge λ_H der Welle in dem Wellenleiter betragen, so dass die Reststreuungsfelder der einzelnen Kopplungsvorrichtungen einander in der Strahlungszone auslöschen.

Claims

Wellenleiterkopplungsvorrichtung mit einer Wellenleitersektion (1, 1', 1''), in der eine geleitete Welle in wenigstens einem Wellenleitermodus ausgebreitet werden kann und die einen ersten Schlitz (4, 4', 4'') in einer ihrer Wände (2, 2') aufweist, wobei der Wellenleitermodus eine Feldkomponente aufweist, die parallel zu der geschlitzten Wand verläuft und eine Knotenebene (M) hat, die in der Längsrichtung der Wellenleitersektion ausgerichtet ist und/oder in den Wänden der Wellenleitersektion (1, 1', 1'') eine Wandstromverteilung mit genau einer solchen Knotenebene (M) induziert, und mit einer ersten Antennensektion (7, 7', 7*, ...) , die so angeordnet ist, dass sie den ersten Schlitz (4, 4', 4'') überbrückt, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlitzte Wand (2, 2') einen zweiten Schlitz (5, 5', 5'') aufweist und dass die zwei Schlitze (4, 5; 4', 5'; 4'', 5'') auf verschiedenen Seiten der Knotenebene (M) liegen.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schlitze (4, 5; 4', 5'; 4'', 5'') in Regionen von entgegengesetzter gleicher Feldstärke der parallelen Feldkomponente angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort eines (4; 4'') der zwei Schlitze (4, 5; 4'', 5'') die Reflexion des anderen (5; 5'') mit Bezug auf die Knotenebene (M) ist.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort eines (4; 4') der zwei Schlitze (4, 5; 4', 5') die umgekehrte Reflexion des anderen (5; 5') mit Bezug auf die Knotenebene (M) ist.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende (13) der ersten Antennensektion (7, 7', 7'') in einem Abstand von λ_s/4 von dem ersten Schlitz (4, 4') angeordnet werden kann, wobei λ_s die Wellenlänge einer Oszillation ist, die durch die geleitete Welle in der ersten Antennensektion (7, 7', 7'') induziert wird.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleitersektion (1, 1', 1'') einen rechteckigen Querschnitt hat und der Wellenleitermodus der H₁₀-Modus ist.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Antennensektion (9, 9', 9*, ...) so angeordnet ist, dass sie den zweiten Schlitz (5, 5', 5'') überbrückt.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Antennensektion (7', 7''; 9', 9'') an einem Punkt (11) parallel mit einem Anschlussleiter (10) verbunden sind, dass die Antennensektionen (7', 7''; 9', 9'') ihre Schlitze (4, 4'; 5, 5') in jeweils entgegengesetzten Richtungen kreuzen und dass die Antennensektionen eine Gesamtlänge L haben, wobei (n-3/8)λ_s < L < (n+3/8)λ_s, wobei n eine ganze Zahl ist und λ_s die Wellenlänge einer Oszillation ist, die durch die geleitete Welle in den Antennensektionen (7, 7', 7''; 9, 9', 9'') induziert wird.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Antennensektionen (7*, 9*) an einem Punkt (11) parallel mit einem Anschlussleiter (10) verbunden sind, dass die Antennensektionen (7*, 9*) ihre Schlitze in derselben Richtung kreuzen und dass die Antennensektionen einen Gesamtlänge L haben, wobei (n+1/8)λ_s < L < (n+7/8)λ_s ist, wobei n eine ganze Zahl ist und λ_s die Wellenlänge einer Oszillation ist, die durch die geleitete Welle in den Antennensektionen (7, 7', 7''; 9, 9', 9'') induziert wird.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Antennensektionen in Reihe mit einem Anschlussleiter (10) verbunden sind, dass sie die Schlitze (4, 5) in entgegengesetzten Richtungen kreuzen und dass der Abstand zwischen den Schlitzen (4, 5), entlang den Antennensektionen gemessen, zwischen (n-3/8)λ_s und (n+3/8)λ_s beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist und λ_s die Wellenlänge einer Oszillation ist, die durch die geleitete Welle in den Antennensektionen induziert wird.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Antennensektionen (7**, 7***; 9**, 9***) in Reihe mit einem Anschlussleiter (10) verbunden sind, dass sie die Schlitze (4, 5) in derselben Richtung kreuzen und dass der Abstand zwischen den Schlitzen (4, 5), entlang den Antennensektionen (7**, 7***; 9**, 9***) gemessen, zwischen (n+1/8)λ_s und (n+7/8)λ_s beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist und λ_s die Wellenlänge einer Oszillation ist, die durch die geleitete Welle in den Antennensektionen (7**, 7***; 9**, 9***) induziert wird.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzungspunkte der Antennensektionen (7, 7', 7'', 7*, ...; 9, 9', 9'', 9*, ...) und der Schlitze (4, 4'; 5, 5') auf einer Linie senkrecht zur Längsrichtung der Wellenleitersektion (1, 1') liegen.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennensektionen (7', 9') dafür konfiguriert sind, an verschiedenen Positionen transversal zu der Knotenebene (M) angeordnet zu werden.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schlitze (4, 5) parallel zueinander und zu der Knotenebene (M) verlaufen.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schlitze (4', 4''; 5', 5'') schräg (α) zu der Knotenebene (M) verlaufen.
Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schlitze (4', 5') in einer drehbaren Wandsektion (17) der Wellenleitersektion (1') angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (4'', 5'') einen Abstand haben, der entlang der Knotenebene variiert, und dass die Antennensektionen (7', 9') an verschiedenen Positionen entlang der Knotenebene (M) positioniert werden können.
Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung (14, 15, 16) zum Justieren der Antennensektionen relativ zu den Schlitzen aufweist.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennensektionen (7, 7', 7'', 7*, ...; 9, 9', 9'', 9*, ...) Streifenleitungssektionen sind, die auf einem Substrat (6) angeordnet sind.
Kopplungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Schlitze in der geschlitzten Wand der Wellenleitersektion in einem Abstand von (n+½)λ_H ausgebildet sind, wobei λ_H die Wellenlänge der geleiteten Welle in der Wellenleitersektion ist.