DE876873C

DE876873C - Frequency filter for waveguide waves

Info

Publication number: DE876873C
Application number: DEC1863D
Authority: DE
Inventors: Henri Gutton; Antoine Ortusi
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1943-06-16
Filing date: 1944-06-17
Publication date: 1953-05-18
Also published as: FR982405A; NL61973C; GB625980A; BE456300A

Description

Eine elektromagnetische Welle sehr kurzer Wellenlänge kann .bekanntlich, in einem hohlen Metallrohr (Hohlleiter) fortgeleitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Frequenzfilter für eine derartige Höhlleiterwelle, d. h. eine Einrichtung, welche im Zuge des Hohlleiters nur eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband hindurchläßt.An electromagnetic wave of very short wavelength can, as is well known, in a hollow Metal pipe (waveguide) are forwarded. The present invention relates to a frequency filter for such a cave guide shaft, d. H. a device, which in the course of the waveguide only one passes a certain frequency or a certain frequency band.

Es sei im Hohlleiter eine fortschreitende Welle angenommen. An einer Stelle sei eine Unregelmäßigkeit des Querschnittes vorhanden, z. B. in Gestalt einer Lochblende, wobei vor der Blende und dahinter der gleiche Querschnitt vorhanden ist. Dann tritt an der Diskontinuitätsstelle des Querschnittes eine Reflexion der einfallenden Welle auf. Man kann annehmen, daß die reflektierte Welle U₁. dieselbe Wellenform besitzt wie die einfallende Welle U₁. Die einfallende Welle und die reflektierte Welle überlagern sich zu stehenden Wellen. Das Verhältnis der maximalen. Amplitude zur minimalen Amplitude der stehenden Wellen bestimmt den Betrag des Reflexionsfaktors. Die räumliche Anordnung der Knoten und Bäuche bzw. der Maxima und Minima bestimmt den Phasenunterschied, den die reflektierte Welle an der Lochblende gegenüber der einfallenden Welle besitzt.Assume a progressive wave in the waveguide. At one point there is an irregularity in the cross-section, e.g. B. in the form of a pinhole, the same cross-section being present in front of the diaphragm and behind it. Then a reflection of the incident wave occurs at the point of discontinuity in the cross-section. One can assume that the reflected wave U ₁ . has the same waveform as the incident wave U ₁ . The incident wave and the reflected wave overlap to form standing waves. The ratio of the maximum. The amplitude of the minimum amplitude of the standing waves determines the amount of the reflection factor. The spatial arrangement of the nodes and bellies or the maxima and minima determines the phase difference that the reflected wave has at the pinhole compared to the incident wave.

Die reflektierte Welle kann als Funktion der einfallenden Welle gemäß folgender Gleichung dargestellt werden:The reflected wave can be used as a function of the incident one Wave can be represented according to the following equation:

R ist der komplexe Reflexionsfaktor. Sein Betrag und sein Argument (Phasenwinkel) sind durch die oben angegebenen Messungen bestimmbar. . R is the complex reflection factor. Its magnitude and its argument (phase angle) can be determined using the measurements given above. .

Durch die Stellen des veränderten Querschnittes, also durch die Lochblende hindurch, tritt eine Welk U_Tl welche ebenfalls die gleiche Wellenform besitzt wie die einfallende-Welle und mit dieser durch die Gleichung verknüpft istThrough the places of the changed cross-section, i.e. through the perforated diaphragm, a wilt U _{Tl occurs} which also has the same wave form as the incident wave and is linked to this by the equation

' - U_T = TUi₁ ■ . '- U _T = TUi ₁ ■.

wobei T der komplexe Durchgangsfaktor ist.where T is the complex passage factor.

Zwischen den absoluten Beträgen der Faktoren R und T besteht eine Beziehung, welche auf der Erhaltung der Wellenenergie beruht. Die Leistung der einfallenden. Welle muß nämllich gleich der Summe der Energie der reflektierten und der durchgehenden Welle sein. Die Phasenbeziehungen hängen von der Form der Lochblende ab.There is a relationship between the absolute values of the factors R and T, which is based on the conservation of the wave energy. The performance of the incoming. The wave must be equal to the sum of the energy of the reflected and the transmitted wave. The phase relationships depend on the shape of the pinhole.

Die Erfindung besteht darin, in den Zug des Hohlleiters nacheinander zwei derartige Diskontinuitäten des Querschnittes (Lochblende) in, solchem Abstand anzuordnen, daß der gebildete Hohlraum auf die auszufilternde Frequenz abgestimmt ist. Vernachlässigt man die Stromverluste in den Wänden, so (kann man erreichen, daß die Resonanzfrequenz ohne Dämpfung und ohne Reflexion durch die gebildete Zelle hindurchtritt, während alle anderen Frequenzen reflektiert werden.The invention consists in successively two such discontinuities in the train of the waveguide of the cross-section (pinhole) in such a distance that the cavity formed is matched to the frequency to be filtered out. If you neglect the power losses in the Walls, so (one can achieve that the resonance frequency passes through the formed cell without attenuation and without reflection, while all other frequencies are reflected.

Es seien D₁ und D₂ (Fig. i) zwei gleichartige Schlitzblenden, welche den Hohlleiter in drei Abschnitte A₁ B₁ ¹C unterteilen, r sei der Reflexionsfaktor der Zelle, also des Abschnittes B. @ sei der Phasenwinkel der zwischen den beiden Blenden laufenden Welle. Dann giltLet D ₁ and D ₂ (Fig. I) be two similar slit diaphragms, which subdivide the waveguide into three sections A ₁ B ₁ ¹ C , r is the reflection factor of the cell, so of section B. @ is the phase angle between the two Dazzle running wave. Then applies

TT) Φ Ύ¹ I Ο j Θ TT) Φ Ύ ¹ I Ο j Θ

JR₈ JR ₈

Der Durchgangsfaktor der Zelle istThe cell's passage factor is

R₁ und T₁ sind dabei der Reflexionsfaktor und der Durchgangsfaktor an der Blende D₁, also beim Übergang vom Abschnitt A zum Abschnitt B₁ während R₂ und T₂ die entsprechenden Faktoren beim Übergang von B zu C₁ also an der Blende D₂ sind und schließlich R₁ und T₁ die entsprechenden Faktoren beim Übergang von B nach A. Für diese Faktoren gilt R ₁ and T ₁ are the reflection factor and the transmission factor at the diaphragm D ₁ , i.e. at the transition from section A to section B ₁ while R ₂ and T _{2 are} the corresponding factors at the transition from B to C _1, i.e. at the diaphragm D ₂ and finally R ₁ and T _{1 are} the corresponding factors in the transition from B to A. The following applies for these factors

R₁ Z=[ R ₁ Z = [

JR₁'= 122/1 β*!?-'. Der Durchgangsfaktor istJR ₁ '= 122/1 β *!? -'. The passage factor is

eoseos

Der Durchgangsfaktor hat seinen Höchstwert, wenn cos (2 Θ—·φ₂ —φ/)=! ist, was Resonanz der Zelle bedeutet. Er hat seinen kleinsten Wert dann, wenn der gleiche Ausdruck den Wert —1 annimmt. Der Höchstwert und der Kleinetwert sindThe passage factor has its maximum value when cos (2 Θ— · φ ₂ —φ /) =! is what resonance of the cell means. It has its smallest value when the same expression takes the value -1. The maximum value and the minimum value are

IT IIT I

(4)(4) IT₂ I T ₂

(5)(5)

Um eine gute Filterwirkung zu erhalten, muß der Durchgangsf aiktor der Zelle für alle Frequenizwerte, welche von der Abstimmfrequenz der Zelle verschieden sind, möglichst klein sein. Die Gleichung (4), welche den Durchgangsfaktor für die Resonanzfrequenz angibt, zeigt, daß | -K₂ j J .R₁' j möglichst = ι sein muß, damit der Nenner sehr klein wird.In order to obtain a good filter effect, the passage factor of the cell must be as small as possible for all frequency values which are different from the tuning frequency of the cell. Equation (4), which gives the passage factor for the resonance frequency, shows that | -K ₂ j J .R ₁ 'j must be = ι if possible so that the denominator is very small.

Die Beträge der Reflexionsfaktoren sind notwendigerweise kleiner als 1, sie müssen aber außerdem möglichst angenähert = 1 sein.The amounts of the reflection factors are necessary less than 1, but they must also be as close as possible to = 1.

Zweckmäßig bemißt man |Γ_Χ| = |T₂| und |2?₂| = IB₁'). Das bedeutetAppropriately, one measures | Γ _Χ | = | T ₂ | and | 2? ₂ | = IB ₁ '). That means

(i — 2 12?/1² cos (2 Θ — φ₂ — Cp₁) + IR₁ |*)^: (i - 2 12? / 1 ² cos (2 Θ - φ ₂ - Cp ₁ ) + I R ₁ | *) ^:

(6)(6)

,1/2, 1/2

Der Grundsatz der Erhaltung der Energie führt auf die GleichungThe principle of conservation of energy leads to the equation

falls der Durchgangsfaktor 'bei Resonanz = 1 ist. Der Betrag des Durchgangsfaktors gemäß Gleichung (3) führt auf die Filterkurve der Zelle; für IT₁! = I T₂] und |2?₂| = IR₁'] gilt 9"if the passage factor 'at resonance = 1. The amount of the passage factor according to equation (3) leads to the filter curve of the cell; for IT ₁ ! = IT ₂ ] and | 2? ₂ | = IR ₁ '] is 9 "

In dem Schaltbild nach Fig, 2 ist die Frequenzkur.ve der Zelle für zwei Betragswerte des Reflexionsifaktors R₁ aufgetragen. Für den Reflexionsfaktor von 99% beträgt die Halbwertbreite in Winkelgraden gemessen 3,5°, das durchgelassene Frequenzband angenähert V₁₀₀ der Durchgangsfrequenz selbst.In the circuit diagram according to FIG. 2, the frequency curve of the cell is plotted for two absolute values of the reflection factor R _1. For the reflection factor of 99%, the half-value width measured in degrees is 3.5 °, the frequency band allowed to pass is _{approximately V 100 of the passage frequency itself.}

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man mehr als zwei Diskontinuitätsstellen des Querschnittes (im Sinne von Lochblenden) hintereinander in den Zug der Hohlleitung einschalten, welche mehrere in Reihe geschaltete Filterzellen, also eine Filterkette bilden. Diese Zellen können auf verschiedene benachbarte Frequenzen abgestimmt sein und somit ein Bandpaßfilter mit angenähert rechteckiger Frequenzkurve bilden.According to a further development of the invention, there can be more than two discontinuity points in the cross section Switch on (in the sense of perforated diaphragms) one after the other in the train of the hollow pipe, which form several filter cells connected in series, i.e. a filter chain. These cells can be tuned to different neighboring frequencies and thus approximated a bandpass filter form a rectangular frequency curve.

Die Erfindung sei insbesondere an Hand eines Ausführungsbeispiels im Fall eines Hohlleiters rechteckigem Querschnittes unter Verwendung der if_ol-Welle beschrieben. In diesem Fall steht bekanntlich der elektrische Feldvektor senkrecht auf zwei zueinander parallelen Rechteckseiten, liegt also parallel zu den beiden anderen Rechteckseiten. Die Feldstärke ist längs einer Kraftlinie konstant, ändert sich aber angenähert sinusförmig innerhalb des Querschnittes senkrecht zurKraftlinienrichtung, um an den Seiteiuwänden Null zu werden. Die Fortschreitungsgeschwindigkeit der Welle hängt von der Querschniittsausdehnung senkrecht der Feldrichtung ab.The invention will be described in particular on the basis of an exemplary embodiment in the case of a waveguide with a rectangular cross section using the if _ol wave. In this case, as is known, the electric field vector is perpendicular to two sides of the rectangle that are parallel to one another, that is, it is parallel to the other two sides of the rectangle. The field strength is constant along a line of force, but changes approximately sinusoidally within the cross section perpendicular to the direction of the line of force, in order to become zero at the side walls. The speed of propagation of the wave depends on the cross-sectional extent perpendicular to the field direction.

Um nun eine Wellenreflexion zu erhalten, werden in einem Querschnitt zwei Blendenschirme vorgesehen,, zwischen denen eine schlitzförmige Öffnung geeigneter Größe entsteht, deren Längsausdehnung senkrecht zur elektrischen Feldrichtung steht. Die Größe des Schlitzes bestimmt den Reflexionsfaktor. Man kann auch durch zwei Blendenschirme die Ouerschnittsausdehnung senkrecht zur Feldrichtung verringern. Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele für die beiden Möglichkeiten. Im Innern des Hohlleiters· 1 von rechteckigem. Querschnitt sind jeweils zwei Blendenischirme 2 und 3 angeordnet, welche zwischen sich die schlitzförmige öffnung 4 frei lassen. Die Anordnung nach Fig. 3 wirkt wie eine parallel zum Hohlleiter geschaltete Kapazität, die nach Fig. 4 winkt wie eine Selbstinduktion. Zwei derartige Blendenschirme werden nun erfindungsgemäß, wie Fig. 5 zeigt, hintereinander in den Leitungszug so eingeschaltet, daß sie eine Filterzelle bilden, wobei der durch die beiden Blenden; und die Hohlleiterwände gebildete Hohlraum auf die zu filternde Frequenz abgestimmt ist. Um die eine der beiden Schlitzblenden gegenüber der anderen, in der Längsrichtung des Hohlleiters zu verstellen, empfiehlt es sich, gemäß Fig. 3 in der Hohlraumwand, und zwar längs der Mittellinie der Wand, auf welcher das Feld senkrecht steht, also in der Stromknotenlinie, einen Längsschlitz 5 vorzusehen. Durch diesen Längsschlitz hindurch kann die Verstellung erfolgen. Da der Schlitz 5 die Stromverteilung nicht stört, hat er keinen Einfluß auf die Filterwirkung.In order to get a wave reflection, two diaphragm screens are provided in a cross-section, between which a slot-shaped opening of suitable size is created, the length of which is perpendicular to the direction of the electric field. The size of the slot determines that Reflection factor. The cross-sectional extension can also be perpendicular through two diaphragm screens decrease towards field direction. 3 and 4 show examples of the two possibilities. in the Inside of the waveguide x 1 of rectangular. cross-section two diaphragm screens 2 and 3 are each arranged, which between them the slot-shaped Leave opening 4 free. The arrangement according to FIG. 3 acts like one connected in parallel to the waveguide Capacity, which beckons according to FIG. 4 like a self-induction. Two such visors are made now according to the invention, as shown in FIG. 5, one behind the other switched in the line so that they form a filter cell, the through the two diaphragms; and the cavity formed by the waveguide walls is tuned to the frequency to be filtered. Around one of the two slit diaphragms opposite the other, to be adjusted in the longitudinal direction of the waveguide, it is recommended, according to FIG. 3 in the Cavity wall, namely along the center line of the wall on which the field is perpendicular, that is in the power junction line to provide a longitudinal slot 5. The adjustment can take place through this longitudinal slot. Since the slot 5 the Current distribution does not interfere, it has no influence on the filter effect.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei Verwendung des Hohlleiters als Antennenzuleitung zur Ausfilterung der gewünschten Empfangsfrequenz dienen.The arrangement according to the invention can when using the waveguide as an antenna feed line for Filter out the desired reception frequency.

Wünscht man eine möglichst selektive Filterung, so empfiehlt es sich, die Verlust innerhalb der Filterzdk möglichst klein zu halten, indem man ihre Wände aus einem Metall möglichst guter Leitfähigkeit herstellt.If you want the most selective filtering possible, it is advisable to keep the loss within the Keep filterzdk as small as possible by produces its walls from a metal with the best possible conductivity.

Claims

Patent claims:

1. Frequency filter for waveguide waves., Marked by two similar pinhole diaphragms that reduce the cross-section and are in the Train of the waveguide are arranged one behind the other at such a mutual distance, that the cavity formed by it and the waveguide wall to the frequency to be filtered out is at least approximately matched.

2. Filter according to claim 1, characterized in that for the transmission of a frequency range more than two perforated diaphragms are provided, which are arranged at such different distances are that the cavities formed at different frequencies of the frequency band are matched.

3. Filter according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of a waveguide of rectangular cross-section and when _{excited with i7 01} waves, the opening of the aperture has the shape of a narrow slot, the length of which is preferably perpendicular to the direction of the electric field lines.

4. Filter according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least one of the pinhole diaphragms is arranged displaceably in the direction of the waveguide axis.

5. Filter according to claim 4, characterized in that a longitudinal slot (5, Fig. 3) is provided in a side wall of the waveguide which is perpendicular to the electrical field line, in the case of a waveguide of rectangular cross-section and when excited with i / _{01 waves to move the aperture} , is.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

I 5001 5.