DE859639C

DE859639C - Anordnung zur Weiterleitung der gewuenschten Schwingungsform einer elektromagnetischen Welle in einer gekruemmten oder geknickten Hohlrohrleitung

Info

Publication number: DE859639C
Application number: DEP35320D
Authority: DE
Inventors: Michael Bowman-Manifold; Edward Cecil Cork
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1942-08-14
Filing date: 1949-03-01
Publication date: 1952-12-15
Also published as: FR950269A; US2512849A; GB582088A; CH258684A; NL69943C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. DEZEMBER 1952

P 35320 VIIIa 121 α⁴ D

(Großbritannien)

geknickten Hohlrohrleitung

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Weiterleitung der gewünschten Schwingungsform einer elektromagnetischen Welle in einer gekrümmten oder geknickten Hohlrohrleitung.

Beim Fortpflanzen elektromagnetischer Wellen längs eines Hohlrohrleiters sollte die Frequenz der Wellen größer sein als eine gewisse kritische Frequenz, welche umgekehrt proportional dem Radius des Hohlrohrleiters und der Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums im Innern des Hohlrohrleiters ist. Der Ausdruck .Ε-Welle wurde zur Bezeichnung einer Welle in einem Hohlrohrleiter verwendet, in welcher sowohl eine Längs- als auch eine Querkomponente des elektrischen Feldes vorhanden ist, jedoch nur eine Querkomponente oder Komponenten des magnetischen Feldes. Die Bezeichnung H-Welle wurde zur Bezeichnung einer Welle in einem Hohlrohrleiter verwendet, in welcher sowohl eine Längs- als auch eine Querkomponente des magnetischen Feldes vorhanden ist, jedoch nur eine Quefkomponente oder Komponenten des elektrischen Feldes. Die Bezeichnungen E und H führen gewöhnlich Indices, welche die Art der Schwingung bezeichnen.

Wenn eine Welle einer bestimmten Art um eine Krümmung oder einen Knick in einem Hohlrohrleiter wandert, wird die Welle verzerrt, und es besteht die Tendenz, daß sich vorwärts oder rückwärts wandernde Komponenten von Sekundärwellen anderer Arten fortpflanzen. Einige dieser Sekundärwellen pflanzen sich längs des Hohlrohrleiters fort, während andere entsprechend dem Verhältnis ihrer kritischen Frequenzen zu den Abmessungen des Hohlrohrleiters nur gedämpft werden. Falls sich eine E₀₁-WeIIe fortpflanzen soll und in dem Hohlrohrleiter eine Krümmung oder ein Knick vorhanden ist, findet man, daß im allgemeinen die einzige andere wesentliche sich fortpflanzende Wellenart die H₁₁-WeIIe ist. Je nach den Abmessungen des Hohlrohrleiters ist es auch möglich, daß sich H₂₁-, E₁₁- und H₀₁-Wellen fortpflanzen, jedoch entstehen praktisch diese Wellen selten. Es ist nicht möglich, die Abmessungen eines Hohlrohrleiters, welcher für die Fortpflanzung von E₀₁-Wellen gebaut ist, so zu wählen, daß die H₁₁-Wellen gar nicht erst entstehen. Die Erfindung bezweckt daher die Schaltung einer Anordnung zur Weiterleitung elektromagnetischer. Wellen, mit welcher es möglich ist, die vorwärts wandernden Komponenten von Sekundärwellen, welche entstehen, wenn eine Welle einer gewünschten Art um einen Knick oder eine Krümmung des Hohlrohrleiters wandert, wenigstens angenähert zu eliminieren.

Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, die Erzeugung von Sekundärwellen in dem Knick oder der Krümmung einer Hohlrohrleitung" derart zu steuern, daß die vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen sich im wesentlichen gegenseitig aufheben.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Weiterleitung der gewünschten Schwingungsform einer elektromagnetischen Welle weist einen Knick oder eine Krümmung auf, durch welche die Erzeugung von Sekundärwellen bewirkt wird. Hierbei sind die geometrischen Abmessungen und die Reflexionseigenschaften der Krümmung oder des Knicks so gewählt, daß in dem Knick oder der Krümmung in zwei oder mehreren Ebenen Sekundärwellen erzeugt werden, deren vorwärts wandernde Komponenten sich wenigstens angenähert gegenseitig aufheben. Wenn die genannten Sekundärwellen in dem Hohlrohrleiter in zwei Ebenen erzeugt werden, so wird deren Abstand so gewählt, daß die in der ersten Ebene erzeugten vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen in entgegengesetzter Phase zu den in der zweiten Ebene erzeugten vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen eintreffen, so daß die Sekundärwellen sich im wesentlichen gegenseitig aufheben. Es ist auch möglich, eine bogenförmige Krümmung in dem Hohlrohrleiter zu verwenden, deren Krümmungsradius, wie nachfolgend erläutert, so gewählt ist, daß die Neutralisation der vorwärts wandernden Komponenten erreicht wird. Falls gewünscht, können jedoch vorwärts wandernde Komponenten, welche durch den Knick oder die Krümmung in dem Hohlrohrleiter entstehen, dadurch neutralisiert werden, daß man in dem Knick oder der Krümmung Mittel, beispielsweise einen oder mehrere Bolzen, anordnet, welche weitere Sekundärweilen hervorrufen, welche dazu dienen, die durch den Knick oder die Krümmung erzeugten Sekundärwellen zu neutralisieren. Eine weitere Neutralisation kann dadurch erzielt werden, daß man geeignet geformte und im Abstand voneinander angeordnete Glieder, beispielsweise Ringe, in den geraden Teilen des Hohlrohrleiters an jedem Ende des gebogenen Teils anordnet.

In den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

In Fig. ι ist ein kreisförmiger Hohlrohrleiter 1 dargestellt, welcher zur Fortpflanzung einer Zi₀₁-WeIIe dient. Der Hohlrohrleiter 1 weist zwei Teile auf, welche unter einem Knick von 90⁰ zueinander angeordnet und über ein Zwischenstück verbunden sind, wodurch an den durch die gestrichelten Linien A-A' und B-B' bezeichneten Ebenen Knicke von 135⁰ gebildet sind. Eine E₀₁-WeIIe, welche an der Ebene A-Ä einfällt, erzeugt eine H₁₁-WeIIe, welche in einer gewissen Phasenbeziehung zu der einfallenden E₀₁-WeIIe steht. Entsprechend wird eine /Z₁₁-WeIIe an der Ebene B-B' erzeugt. In jedem Fall werden vorwärts und rück- go wärts wandernde Komponenten von Sekundärwellen erzeugt. In dem Zwischenteil der Wellenführung pflanzen sich die E₀₁- und H_1:l-Wellen mit ungleichen Phasengeschwindig'keiten fort, und es kann durch geeignete Wahl der Strecke L zwischen den beiden Ebenen dafür gesorgt werden, daß die an der Ebene ΑΆ' erzeugten vorwärts wandernden Komponenten der H₁₁-WeIIe eine halbe Periode in der Phase gegenüber der E₀₁-WeIIe verlieren, und an der Ebene B-B' in entgegengesetzter Phase zu den an der Ebene B-B' erzeugten vorwärts wandernden Komponenten .der H₁₁-WeIIe eintreffen und daher diese Welle angenähert aufheben. Somit pflanzt sich nur eine minimale resultierende Komponente der H₁₁-WeIIe über die Ebene B-B' hinaus fort. Damit eine solche Neutralisation bewirkt werden kann, sollte die Strecke L der folgenden Gleichung genügen:

η

L =

T₁

J₂

wobei X₁ die Wellenlänge der H₁₁-WeIIe innerhalb des Hohlrohrleiters und X₂ die Wellenlänge der E₀₁-WeIIe innerhalb des Hohlrohrleiters und η eine beliebige ganze Zahl mit Ausnahme von Null ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist der Hohlrohrleiter 2 zwei Teile auf, welche unter einem Knick von 90⁰ zueinander angeordnet und über ein Zwischenstück von bogenförmiger Gestalt miteinander verbunden sind, welches einen konstant bleibenden Radius besitzt und sich, über einen Knick von 90° erstreckt. In jeder Transversalebene dieses

Zwischenstücks erzeugt die einfallende. E₀₁-WeIIe eine H₁₁-WeIIe. Damit alle vorwärts wandernden Komponenten der so erzeugten Sekundärwellen sich im wesentlichen gegenseitig aufheben, muß dafür gesorgt werden, daß die Bogenlänge genügend groß ist und das Vektordiagramm der genannten Sekundärwellen sich wenigstens angenähert zu einem vollständigen Kreis schließt, so daß alle vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen so ίο zusammenwirken, daß ihre Resultierende wenigstens angenähert Null ist, d. h. die Bogenlänge zwischen den Ebenen A-Ä und B-B' sollte derart sein, daß

(2)

γ =

2 η

A₁ λ J

wobei r der mittlere Radius des bogenförmigen Zwischenstücks ist.

Wenn das bogenförmige Zwischenstück sich nicht über einen Knick von 90⁰ erstreckt, z. B. wenn die geraden Teile des Hohlrohrleiters unter einem anderen Knick als 90⁰ zueinander angeordnet werden müssen, sollte die Bogenlänge die gleiche sein wie in dem Fall, in dem sich das Zwischenstück über einen Knick von 90⁰ erstreckt. Wenn die Krümmung des bogenförmigen Teils nicht gleichmäßig ist, so daß Sekundärwellen verschiedener Amplitude je nach ihren Entstehungsebenen erzeugt werden, ist es dennoch möglich, durch richtige Wahl der Länge des bogenförmigen Teils zu erreichen, daß das Vektordiagramm der Sekundärwellen sich wenigstens angenähert zu einem vollständigen Kreis schließt, so daß die Resultierende aller vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen wenigstens angenähert Null ist.

Bei der weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird die Neutralisation der vorwärts wandernden Komponenten der H_1]t-Wellen in der Krümmung dadurch erreicht, daß mittels eines in dem Mittelpunkt der Krümmung angeordneten Hindernisses die H₁₁-WeIIe in entgegengesetzter Phase eingeführt wird. Der Hohlrohrleiter 3 weist hier eine derjenigen der Fig. 2 ähnliche Krümmung auf, wobei jedoch eine in der Ebene des Mittelpunktes angeordnete, empirisch einstellbare Schraube oder ein ^Bolzen S bewirkt, daß.eine H₁₁-WeIIe erzeugt wird.

Wenn die Krümmung unsymmetrisch ist, können zusätzliche Schrauben eingesetzt sein, so daß eine H₁₁-WeIIe erzeugt wird, welche um 90⁰ gegenüber der durch die Schraube 5" erzeugten Welle versetzt ist.

Hierzu ist erforderlich, daß jeweils der Abstand D, entlang des Bogens des mittleren Radius gemessen, zwischen der Ebene der Schraube 3" und den Ebenen der zusätzlichen Schrauben, welche durch die gestrichelten Linien E-E' und F-F' bezeichnet sind, folgender Gleichung genügt:

(3)

4h τ-

Sollte eine H₂₁-WeIIe in der Krümmung erzeugt werden, so kann senkrecht zur Krümmungsebene ein Paar Schrauben angeordnet werden, um in ähnlicher Weise wie im Fall der H₁₁-WeIIe eine H₂₁-WeIIe mit entgegengesetzter Phasenlage zu erzeugen. Es können aber auch Schrauben unter einem Knick von 45 ° gegenüber der Krümmungsebene eingesetzt sein. Ferner kann die Krümmung des Hohlrohrleiters einen solchen Durchmesser aufweisen, daß die H₂₁-WeIIe nicht erzeugt werden kann.

In der Praxis können, die beschriebenen Anordnungen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann zur Neutralisation eine Krümmung entsprechend der in Fig. 2 beschriebenen ausgeführt werden, wobei die Feineinstellung gemäß dem in Fig. 3 dargestellten und an Hand dieser Figur beschriebenen Prinzip erfolgen kann. Falls eine weitere Eliminierung unerwünschter Wellenformen verlangt wird, können Glieder, z. B. Ringe, in den geraden Teilen des Hohlrohrleiters an jedem Ende des Zwischenteils eingefügt werden.

Wenn auch die Erfindung im vorstehenden in Anwendung auf einen Hohlrohrleiter zur Fortpflanzung einer ,B₀₁-WeIIe beschrieben wurde, bei dem eine H₁₁-WeIIe neutralisiert werden soll, so versteht es sich, daß die Erfindung überall dort angewendet werden kann, wo beim Fortpflanzen einer gewünschten Wellenform in einem Knick oder einer Krümmung eines Hohlrohrleiters Sekundärwellen unerwünschter Art auftreten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Weiterleitung der gewünschten Schwingungsform einer elektromagnetischen Welle in einer gekrümmten oder geknickten Hohlrohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Abmessungen und die Reflexionseigenschaften des Leiters an der Krümmung oder dem Knick so gewählt sind, daß die in zwei oder mehreren Ebenen des gekrümmten oder geknickten Teils der Leitung entstehenden Komponenten anderer Schwingungsformen sich am Krümmungsausgang bzw. am Ende der geknickten Hohlrohrleitung im wesentlichen aufheben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Knick so ausgebildet ist, daß in zwei Ebenen des geknickten Teils des Hohlrohrleiters Sekundärwellen entstehen, wobei diese Ebenen einen solchen Abstand voneinander haben, daß die an der ersten Ebene erzeugten vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen dazu dienen, im wesentlichen die an der zweiten Ebene erzeugten vorwärts wandernden Komponenten der Sekundärwellen aufzuheben.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung einen Abschnitt aufweist, welcher so gebogen ist und eine solche Bogenlänge besitzt, daß das Vektordia-

gramm der Sekundärwellen sich wenigstens angenähert zu einem vollständigen Kreis schließt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Knick oder der Krümmung wenigstens ein Hindernis, z. B. eine Schraube oder ein Bolzen, derart angeordnet ist, daß Sekundärwellen entstehen, welche die vorwärts wandernden Komponenten der durch den Knick oder die Krümmung entstehenden Sekundärwellen im wesentlichen neutralisieren.

Angezogene Druckschriften: Electrotechnical Journal (Inst. El. Eng. Japan)

Bd. 4, Nr. 3, März 1940, S. 64 bis 67; »Fortschritte der Hochfrequenztechnik« von

ViIbig und Zenneck, 1941, I., S. 204/205,

216/217.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen