DE902510C

DE902510C - Anordnung zum Erzeugen bzw. Senden oder/und Empfangen von ultrahochfrequenten elektrischen Schwingungen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellenlaengengebietes,vorzugsweise mit Flaechenstrahler

Info

Publication number: DE902510C
Application number: DEB4775D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Daellenbach
Original assignee: Julius Pintsch AG
Current assignee: Julius Pintsch AG
Priority date: 1941-09-23
Filing date: 1941-09-23
Publication date: 1954-01-25
Also published as: FR885417A

Description

Anordnung zum Erzeugen bzw. Senden oder/und Empfangen von ultrahochfrequenten elektrischen Schwingungen, insbesondere des Dezimeter-oder Zentimeterwellenlängengebietes, vorzugsweise mit Flächenstrahler Die Erfindung betrifft Anordnungen zum Erzeugen bzw. Senden oder/und Empfangen von ultrahochfrequeint-en elektrischen Schwingungen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeteirwel.lenlängengebietes, bei denen eine rohrförmige (axial- bzw. rotationssymmetrische) Energieleitung (bzw. Energieleitungsstdck) mit einem Raum ge- koppelt iiat, der von einem axial- bzw. rotationssymmetri@schen, auf seiner Innenfläche elektrisch leitenden begrenzt ist und durch Wahl seiner Abmessungen (Querschnitt und, axiale Abmessung) für einen vorgeschriebenen Schwingungstyp auf dii-e Betriebsfrequenz abgestimmt ist. Die erwähnte Energieleitung wird' iim folgenden kurz als die Energieleitung und der mit dieser Energieleitung zu, koppelnde Hohlkörper bzw. der von diesem b°grenzt,e Raum kurz als der anzukoppelnde Hohlkörper bzw. als der anzukoppelnde Raum b°zeiichnet. Die Energieleitung kann z. B. eine konzentrilsche Energieleitung mit dem Schwingungstyp der konzentrischen Leicherleitung oder ein Hoh.lleiiter von z. B. rechteckigem ad"r kreisförmigem Querschnitt sein, der durch Wahl der Abmessungen seines Quersehnitties und gegeil),enenfa,lls seiner axialen Länge für einem vorgeschriebenen Schwingungstyp auf d!ie Betriebsfrequenz

abgestimmt ist. Der anzukoppelnde. Raum -kann

z. B. ein praktisch allseitig von elektrisch leitenden

Flächen begrenzter Raum (Hohlraumresonator)

sein, der z. B. beim Fremdüberlagerungse,mpfang

als 14Zischreso:nator dient und die empfangenen

Schwingungen durch die! Energieleitung zugeführt

erhält. Diesem Raum können dann die, Oszi.llator-

schwingumgen ebenfalls durch eine Energieleitung

oder durch eine andersartige: Kopplung zugeführt

werden; durch eine weitere Kopplung wird' das

Frequenzgemisch einem Gleichrichter zugeführt.

Erfindungsgemäß werden dieEnergieleitu.ng und

der anzukoppelnde- Hohlkörper bzw. Raum da-

durch miteinander gekoppelt, daß der rohrförmige

Leiter der Energieleitung bzw., im Falle der kon-

zentrischen Energieleitung, deren Außenleiter mit

einem Ausschnitt versehen ist, dessen von der

Energielei!tungsachse aus betrachteter öffnungs-

winkel etwa iSo° oder weniger beträgt und dessen

Abmessung in Richtung der Energieleitungsachse

mit der Betriebswellenlänge, vergleichbar ist und

vorzugsweise eine halbe Wellenlänge, beträgt bzw.

einer solchen äquivalent ist, und daß die Ränder

dieses Ausschnittes (Energieleitungsausschnitt)

durch vorzugsweise galvanischen Kurzschluß mit

den Rändern eines in leer Wandung des anzu-

koppelnden Hohlkörpers vorgeseh@enenAusschnittes

(Hohllzörperau@ssclin:itf) in Verbindung stehen, der

den: in der Energieleitung v orge!sehen!en Ausschnitt

überdeckt.

Ist der anzukop p,elnde Hohlkörper bzw. Raum

beispielsweise ein Flächenstrahler; so kann die er-

findungsgemäße! Ankopplun g beispielsweise eine

solche sein, wie sie an Hand der Abb. i und 2 er-

läutert ist.

In der Abb. i ist die Energieleitung, die bei-

spielsweise zu einem Sender bzw. einem Empfänger

führt, eine: konzentrische Energieleitung mit dem

Innenleiter i und denn Außenleiter 2. Der Außen-

leiter 2 ist mit vier Ausschnitten versehen, deren

bffnungswinke@2, wie insbesondere au!s Abb.2 er-

sichtlich, 180°' beträgt. Die axiale Länge der Aus-

schnitte beträgt eine halbe Wellenlänge, während

der gegensei ige Abstand der Mittelpunkte der

Ausschnitte, eine ganze Wellenlänge beiträgt. In der

Draufsicht gesehen, sind also an: jeder Ausschnitts-

stelle die Innenleiterteile i' freigelegt. LTnt,erhalb

von Abb. i ist die Spannungsverteilung gezeigt für

den Fall, daß auf der konzentrischen Energie-

leitung stehende Wellen vorhanden sind. Die, er-

wähnten Ausschnitte sind so angcbracht, daß sich

die Mittelpunkte der freigelegten Inne-nil.eitert-eiIe i'

in je einem Spannungsbauch befinden. Di° stehen-

gebliebenen Außenleiterteile, also die Außenleiter-

teile zwischen je zwei Innenleiterteilen i', haben

ebenfalls eine axiale Ausdehnung von einer halben

Wellenlänge,. In dem Innenleiter i und in dem

Außenleiter 2 fließen (wenigstens nahezu) gleiche,

aber entgegengesetzt gerichtete Ströme. Infolg:e-

dessen ergeben die Inn:enleitertcile i' praktisch

keine oder jedenfalls nur eine: sehr geringe Strah-

lung nach außen. Sie wirken zusammen mit d-c-n

ihnen gegenüberliegenden stehengebliebenen Halb-

kreiszylindern desußenle@ite@rs als zwei - in

geringem Abstand voneinander angeordnete gegen-

phasig gespeiste Strahler.

Auf deren Außenleiter 2 der konzentrischen

Energieleitung ist nun ein Fläch@e@nstrah@le:r 3 in

Kastenform in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weis°

mit seiner Rückwand 4. aufgesetzt. Der Flächen-

strahler bzw. dessen Feldraum i!st also an vier

Stellen mit der Energieleitung bzw. deren Feld-

rauen gekoppelt. Statt dessen können mehr oder

w=eniger Ausschnitte bzw. Kopplungsstlellen vor-

' gesehen sein. Beispielsweise genügt eine einzige

Kopplungsstelle, die dann aus Symine-triegriinderei

zweckmäßig in der Mitte des Flächenstruhlers

(Kastenstrahlers) vorgesehen ist.

Der Kastenstrahler ist durch Wahl seiner Seiten-

kanten b und c für den I-I"-Sch,\vingungstvp auf

die Betriebsfrequenz abgestimmt, so, daß der von

ihm begrenzte Raum einar (vcrzugswei,s,e einer

einzigen) Viertiehvellen:länge äquivalent ist und

sich in der Strahlungsdurchtrittsöffnung 5 ein

Spannungsbauch für diesen Schwingungstyp be-

findet. Die, Größe der Seitenlänge. a des Kastens

hat keinir Einftuß auf die -.\,b,stimm,ung. Die elek-

trischen Fe!l:dlini-en laufen parallel zur Seiten-

kant; cz und senkrecht zu den von den. Seiten-

längen b und e gebildeten parallelen Flächen. In

dem Falle, daß, wie in der Abb. i, mehrere Kopp-

lungsstellen vorgesehen sind', können zwischen

zwei benachbarten Kopplungsstellen, zweckmäßig

in der Mitte!, du!rch gestrichelte Linien ange:d,eutete

Zwischenwände, vorgesehen sein, durch die der

Kasten- in mehrere: kleinere Kästen (Teilkästen)

unterteilt ist und im geveichneten Beispiel ein aus

vier Kästen bestehender Gruppenstrahler v or-

handen ist.

An der bzw. jeder Ausschnittsstelle, wirkt der

darin befindliche, Innenleiterteil i' zusammen mit

dem stehengebliebenen Außenleitertei@l als ein

Kopplüngsnesonator zwischen Flächenstrah:le-r und

Energieleitung. Die Wirkung des Kopplungs-

reson ators bzw. das Zustandekommen der Kopp-

lung zwischen Energieleitung und' Hohlkörper

bzw. Flächenstrahler kann wie folgt erklärt

werden. an der b@zw. jeder Kopplungsstelle (Aus-

schnittsstelle) erfolgt z. B. im Falle des Se ndens

die- Anregung des Kastenstrahleirs durch die

Energieleitung dadurch, daß an der .@usschn,itts-

stslle ein Teil des. Flächenstromes, der an .den nicht

ausgeschnittenen Stellen üb°:r die: ganze Innenfläche

des Außenleiters (in Achsenrichtung-) verläuft, an

der Ausschnittsstelle zum Teil, sozusagen im

b@enschluß, über die Rückwand des Kasten-

strahlers verläuft und ihn dadurch zum Schwingen

anregt. Der Verlauf des Flächenstromes an. einer

=@usschnittsstelle ist in der Alb,. i a angedeutet,

und zwar durch die Pfeile 7 auf dem Innenleiter

und die Pfeile 7' auf der Innenfläche des stehen-

gebliebenen Teiles des Außenleiters. Die: Linien 7"

deuten an, wie ein Teil des Flächenstromes des

Außenleiters über de Rückwand d des Kasten-

strahlers verläuft und dadurch dessen Anregung

bewirkt. An der Kopplungsstelle, sind die Ströme

im Innenleiter und Außenleiter, eben weil ein Teil des Flächenistromes :des Außenleitdrs über den Kastenstrahler fließt, nicht genau gleich, so d!a.ß dadurch der Innenleitertei,l i' zusammen mIt dem stehengeblie!benen Außenleiterteil eine gewisse, allerdings sehr geringe!, direkte Strahlung bewirkt. Um diese tunlichst herabzudrücken, kann der Wellenwiderstand der Energieleitung ve!rhäItnismäßig klein gewählt werden" so daß der Innenleiter in verhältnismäßig sehr geringem Abstand von dem stehengeblie!benenAußenleit:e:rteil verläuft.

Die Rückwand q. des Kastenstrahlers braucht nicht in der in Abb. 2 dargestellten Weise unmittelbar an die Ränder des Ausschnitteis angeschlossen zu sein, sondern es kann statt dessen die Rückwand sozusagen, als Tange@ntiialflächie auf diem nicht angeschnittenen Teil der Außenfläche, deis Außen, leiteTs 2 angeordnet sein, so daß dann die aus dem Ausschnitt hervor'quellend'en Flächenströme zunächst über die Außenfläche des Außenleiters 2 verlaufen.
Statt der eben. erwähnten ka.st-einförmigen Ausbildung des F:lächenstrahilers können auch andere Formen :des Flächenstrahlers gewählt werden, z. B. solche, bei denen der Hohlkörper para,holischen Querschnitt (parabolischer Zylinder oder Paraboloid') oder die Gestalt eines Kreiszylinders besitzt, der an seiner einen Grundfläche durch eine Metallplatte abgeschlossen ist, in der sich der bzw. die zur Ankoppl.ung an die Energieileitung dienenden Ausschnitte befinden. Aus mehreren einzelnen Flächenstrahileirn kann ein Gruppenstrahler zusammengestellt werden. Die Anordnung (und Auswahl des Schwingungstyps) i:st jeweils so zu treffen, daß der aus -der Ausschnittsstelle austretende, Flächenstrom der Energieleitung dieselbe Richtung wie der Fläche@ns!trom des Flächenstrahlers besitzt.
Anordnungen dieir beschriebenen Art können vorteilhaft auch dazu benutzt werden, um auf einer Energieleitung mit einer oder vorzugsweise mehreren Ankopplungsstel@len (für Flächenstrahler) eine praktisch rein laufende Welle zu erzielen. Zu diesem Zwecke kann die Einrichtung so getroffen werden, daß sich der Wellenwiderstand der Energieleitung entsprechend stufenweise ändert bzw. in der Energiefortpflanzungsrichtung stufenweise abnimmt, wie es beispielsweise in der Abb. 3 dargestellt ist. Auch in diesem Beispiel sind, wie Abb. q. erkennen läßt, die Ausschnitte, so, gewählt, d'aß ihr Ausschn!ittswinke!1 i8o° beträgt. Statt der stufenweisen Veränderung des Wellenwiderstandes der Energieleitung kann auch eine kontinuierliche Veränderung des Wellenwid'ersta.ndes vorteilhaft verwendet werden, indem, wie, z. B. die, Abh. 3, 6 zeigen, der Innenleiter i und der Außenleiter 2 sich in der E.nergie!fo.rtpflanzungsricbtung entsprechend verj üngen.
In manchen, Fällen ist es zweckmäßig, daß der Öffnungswinkel des oder der Ausschnitte weniger als i8o°, z. B. nur 90'°, und noch weniger beträgt. Durch die Wahl der Größe der Öffnungswinke!1 hat man es in der Hand', die Kopplung zwischen denn anzukoppelnden Raum (Flächenstrahler) und der Energieleitung einzustellen. Ebenso ist es in manchen Fällen vorteilhaft, dem Ausschnitt nicht eine axiale Abmessung von einer halben Wellenlänge, sondern eine andere Abmessung, vorzugsweise etwa geringere Abmessung, zu geben. Ebenso wie der öffnungswinkel kann die axiale Länge der Ausschnitte einstellbar sein, be!ispielswe!ise dadurch, daß auf dem Außenleiter in axialer Richtung verschiebbare Hülsen angebracht sind. Der öffnungswinkel kann in ähnlicher Weise verstellbar sein, indem auf den Außenleiter eine um die Achse! drehbare, gegebenenfalls zweiteilige Hülse! aufgeschoben ist.
An Stelle einer konzentrischen Energieleitung vom Lecherschivingungstyp (radialer Verlauf deir elektrischen Feldlinien) bzw. einer Energieleitung mit Mittelleiter überhaupt kann: eine rohrförmige Energieleitung ohne Mittelleite-r Verwendung finden, die durch die Wahl ihrer Queschnittsabmessunigen und gegebenenfalls ihrer axialen Länge für einen geeigneten Schwingungstyp auf die Betriehsfrequienz abgestimmt ist. Zum Beispiel kann., wie in der Abb. 7 angedeutet, die Energieleitung aus einem Rechtflach 8 bestehen, das durch Wahl seiner Seitenkanten b und c so abgestimmt und erregt ist, d'a,ß d'ie, elektrischen Feldlinien para;llei zu einer Seitenkante a, verlaufen. Deir Flächenstrom verläuft dann in Richtung der Kante b, also auch in Achsenriehtung. In der einen Seitenfläche 9 kann nun, z. B. ein Ausschnitt no, vorgesehen sein, der in der Richtung der Seitenkante b eine .Ausdehnung, die einer halben Welilenlänge. äquivalent ist, hat und sich in der Richtung der Seitenkante a über deren ganze Langre erstreckt. Die mit: denn Ausschnitt io ve!rsehene Seitenfläche des Rechtflachs kann nun in die Rückwand i i eines Kastenstrahlers, wie gezeichnet, eingelassen oder auf die Rückseite der mit einem entsprechenden Ausschnitt versehenen Rückwand eines Kastenstrahlers aufgesetzt sein. Dann wird' der entsprechend abgestimmte, Kastenstrahler wiederum. durch den aus dem Ausschnitt herau@squelllenden Flächenstrom der Energieleitung angeregt. Auch hierbei kann man wiederum Gruppen!strahleeranordnungen schaffen, bei denen mehrere Flächenstrahler mit je, einer Ausschnittsstelile aneinan!dergereiiht sind oder sich in einem Flächenstrahiler mehrere Ausschnittsstellen befinden und' d'er Fläch-ens.trahler gegebenenfalls durch Zwischenwände in Teilkästen, unterteilt ist, deren jeder eine! Kopplungsstelle aufweist. An Stelle des kastenförmigen Flächenstrahlers lassen sich auch hierbei andere Flächenstrahler verwenden,, z. B. solche mit para.boliischem Querschnitt oder Flächenstrahler in Form von Kreiszylindern oder Kegelstümpfen.
Ferner kann der Erfflud'ungsgegenistand auch bei Anordnungen Anwendung finden, bei denen der Flächenstrom nicht in der Richtung der Achse der Energieleitung, sondern längs ,dies Umfanges der Energieleitung verläuft. Es handelt sich in diesem Falle um den HO-Schwingungstyp, bei de-in die elektrischen Feldlinien. in Form von konzentrischen Wirbellinien um dre Energieleitun:gsachse- herum verlaufen. Die, Energieleitung kann hierbei rechteckigen oder kreisförmigen Querschnitt besitzen. An die Ränder, des Ausschnittes schließen sich dann wiederum die Rückwand des Kastenstrahlers bzw. der rückwärtige Teil der Wand eines anders geformten; Flächenstrahlers an.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Erzeugen bzw. S,znd,e:tt oder/und !Empfangen von ultrahochfrequenten Schwingungen, insbesondere ..des Dezimeter-oder Zentimeterwelle@nlängengebietea, bei der eine rohrförmige Energieleitung (bzw. Energieleittingsstück) mit einem Raum gekoppelt ist, der von einem axial- bzw. ro:tatio:n@ssymmetrischen, auf seiner Innenfläche elektrisch leitenden Hohlkörper begrenzt ist und durch Wahl seiner Abmessungen (Querschnitt und axiale Abmessung) für einen vorgeschriebenen Schwingungstyp auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dar rohrförmige Leiter der Energieleitung bzw., im Falle der rohrförmigen Energi:cleitung mit Mittelleiter, deren i_.Auß@enleiter mit einem Ausschnitt versehen ist, dessen von der Energieleitunigsachse aus betrachteter Öffnungswinkel etwa i8o° oder weniger beträgt und dessen Abmeos:ung in Richtung der Energieleiturtgsachse mit der Betriebswellenlänge vergleichbar ist und v oirzugsweis:a eine halbe Wellenlänge beträgt bz-w. einer solchen äquivalent ist, und daß die Ränder dieses Ausschnittes durch vorzugs.weise galvanischen Kurzschluß mit den Rändern eines in der Wandung des anzukoppelnden Hohlkörpers. vorgeasehenen Ausschnittes in Verbindung stehen, der den in der Energieleitung vorgesehenen Ausschnitt überdeckt. Anordnung nach Anspruch i, g::ketnnzeichnet durch die Anwendung beii der Kopplung zwischen einer Energieleitung (bzw. Energieleitun:gsstück) und einem als Flächenstrahler dienenden Hohlkörper, der an seinem einen Ende mit einer St@rahlungsdurchtrittsäffnung versehen und an seinem anderen Ende durch s,eiiniei Metalilfiäch:e:n abgeschlossen. und für einen vorgeschriebenen Schwingungstyp (Hol-Welle) auf die Betriebsfrequenz abjestimmt ist, derart, daß in der Strahlungsdurchtri@ttsöfnung sich ein Spannungsbauch für die in dem vom Hohlkörper begrenzten Raum erregten Schwingurigen befindet. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gek onnzeichnet, daß längs der Achse der Energieleitung mehrere Ausschnitte in solchem (vo,rzugswe;ise: eine Wellenlänge: betragenden gegenseitigen Abstande vorgesehen ist, daß durch die Aus;schnitto der oder die ängeschlossen en Flächenstrahler gleichphasig urreg t werden. d.. Anordnung nach Anspruch i, z oder 3, gekennzeichnet durch solche Anardnu;ng des oder der Ausschnitte auf @di°,r Energielelitung, daß sich die Mitte des bzw. jedes, Ausschnittes. an der Stelle eines. Spannungsbauches (Stromknotens) dein Energieleitung befindet. ä. Anordnung nach Anspruch i bis ,I oder einem derselben, dadurch gelennzeichnet, daß zwecks Erzielung rein laufender Wellen auf der Energieleitung der Wellenw derstand derselben längs ihrer Achssee stufenweise oder kontinuierlieh verändert ist (bzw. abnimmt). 6. Anordnung nach Anspruch i oder einzim der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieleitung aus einer konzentrischen Energieleitung (Lecherschwingungs.typ) beisteht ( 41b. i bzw. Abb. 3 bis 6). 7. Anordnung nach Anspruch i bis 3 oder eiirrem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Energioleitung aus :einem Hohlleiter ohne Mittelleiter, vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt, besteht (Abb.7).