DE9202152U1

DE9202152U1 - Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück

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Publication number: DE9202152U1
Application number: DE9202152U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2002-02-20

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück
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Die Erfindung bezieht sich auf ein breitbandiges Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der einfach geknickte Hohlleiter läßt bekanntlich einen starken Anpassungsfehler entstehen, weil der entstehende Sack an der Außenecke eine erhebliche Querimpedanz darstellt. Fast alle bekannten 90°-H-Winkelstücke sind deshalb mit einer 45°-Abschrägung ihrer Außenecke kompensiert. Ein derartiges, symmetrisch an der Außenecke abgeschrägtes Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück ist z.B. aus Meinke/Gundlach: "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", 1956, Springer-Verlag, Seiten 298 bis 300 bekannt. Abgeschrägte &EEgr;-Winkel lassen sich jedoch nicht einteilig mit numerischer Steuerung (NC) fräsen. Für eine fräsbare Form müssen sie in kostenträchtiger Weise geteilt, in mehreren Teilen gefräst und dann verschraubt werden.

Ein &EEgr;-Winkelstück mit einer Außeneckabschrägung und damit auch den Schwierigkeiten bezüglich der Herstellung in Frästechnik ist aus DE-C 28 56 733 bekannt. Dieses &EEgr;-Winkelstück weist zwischen der Abschrägungsebene und der inneren Knickkante einen kapazitiv wirkenden, leitenden Querstab auf, was den Vorteil mit sich bringt, daß innerhalb eines gesamten Hohlleiterbandes eine weitere Verringerung des Reflexionsfaktors gewährleistet ist. Dieses bekannte &EEgr;-Winkelstück besitzt allerdings nicht die volle Leistungsbelastbarkeit, weil sich aufgrund der Verwendung des leitenden Querstabes eine Diskontinuität der b-Höhe (b = Schmalseitenabmessung) ergibt.

VL/Mai / 12.02.92

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Ein bessere Fräsmöglichkeiten bietendes 90°-H-Winkelstück mit nur einem symmetrisch von der Außenecke ins Innere gerichteten 90°-Eckvorsprung als Kompensationsstufe hat mit einem Reflexionsfaktor r > 10 % in einem Hohlleiterband für die meisten Anwendungen zu hohe Reflexionen.

Aus EP-A 0 418 630 ist ein E-Rechteckhohlleiterwinkelstück mit einem an der Außenecke befindlichen, ins Innere des Hohlleiters ragenden Eckvorsprung bekannt, der das Profil eines in die Außenecke eingesetzten Winkels aufweist, dessen Knickwinkel mit dem Knickwinkel des &Egr;-Winkelstückes übereinstimmt und dessen beide Schenkel gleiche Längen und Stärken haben. Das Problem der Reflexionskompensation von einteiligen H-Winkelstücken ist jedoch gegenüber &Egr;-Winkeln grundverschieden wegen der fundamentalen Unterschiede ihrer Strukturen und ihrer zu kompensierenden Feldverzerrungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein voll leistungsbelastbares Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück zu schaffen, das über möglichst große Bandbreiten, also beispielsweise mindestens über ein ganzes Hohlleiterband, sehr reflexionsarm ist und aus einem Stück mit numerischer Steuerung (NC) gefräst werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Dabei bestimmt die Schenkellänge des eine Kompensation in zwei Stufen bewirkenden Winkels den Gesamtfrequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband (mit der Frequenz ansteigende oder abfallende Reflexion), während die Schenkelstärke hauptsächlich das Reflexionsniveau im ganzen Hohlleiterband zu beeinflussen gestattet.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen A bis 10 angegeben.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von fünf Figuren erläutert.

Es zeigen
Fig. 1 die Längsschnittansicht eines beispielhaften 90°-Rechteckhohlleiter-H-Winkelstücks nach der

Erfindung,
Fig. 2 eine Ansicht II ins Innere des Winkelstücks nach Fig.

1,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines &EEgr;-Versatzes unter Verwendung zweier 90°-Rechteckhohlleiter-H-Winkelstücke nach der Erfindung,

Fig. A eine Ansicht des &EEgr;-Versatzes nach Fig. 3 von oben, Fig. 5 eine Schrägansicht eines Teils einer phasensymmetrisehen Doppelverbindung mit zwei gemäß Fig. A ausgebildeten H-Versätzen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen in einer Längsansicht bzw. in einer Ansicht II ins Innere ein Ausführungsbeispiel eines breitbandigen Rechteckhohlleiter-H-Winkelstücks nach der Erfindung. Dieses Winkelstück ist über die Hohlleiterschmalseiten rechtwinklig abgeknickt. Im Bereich der theoretischen Außenecke 2 des Winkelstücks ist ein ins Innere des Hohlleiters gerichteter, über die gesamte Schmalseite verlaufender Eckvorsprung vorgesehen. Der Eckvorsprung 1 hat das Profil eines in den Bereich der Außenecke 2 symmetrisch eingesetzten 90°-Winkels, dessen beide Schenkel 3 und A gleiche Länge 1. und gleiche Stärken h. aufweisen. Es handelt sich bei der in den Figuren und 2 dargestellten Anordnung um ein einteiliges, von links und von unten axial fräsbares &EEgr;-Winkelstück mit einem über die ganze Hohlleiterhöhe b (= Querschnittsmaß für die Schmalseiten) verlaufenden, symmetrisch zur Winkelhalbierenden angeordneten, gefrästen Einsatz, der die Gestalt eines gleichschenkligen Winkelprofils in der Außenecke 2 hat. Es ergeben sich damit zwei &Dgr; a-Stufen (^ a = Breitseitenabmessungsänderung) symmetrisch zur Winkelhalbierenden. Diese Stufen Aa ergeben mit ihrer Höhe h^ (= Stärke der beiden Schenkel 3 und A) und

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mit ihrem Eckabstand 1, (= Länge der Schenkel 3 und 4) eine gesteigerte Variabilität dieser neuen Kompensationsart gegenüber der bekannten Möglichkeit mit nur einem Parameter, nämlich der Stärke der Eckenabschrägung.

Die Schenkellänge 1. des Kompensationswinkels in Fig. 1 bestimmt den Frequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband (mit der Frequenz ansteigende oder abfallende Reflexion), wogegen die Schenkelstärke h. hauptsächlich das Reflexionsniveau zu beinflussen gestattet.

Als optimal in bezug auf ein ganzes Hohlleiterband (1,25 .

^kHlO <■?<£. 1>⁹ · ^fkH10^ ^s^^nd f^{ür den} häufigsten Rechteckhohlleiterquerschnitt a = 2b (a = Breitseitenabmessung, b = Schmalseitenabmessung) die Kompensationsgrößen li/a äs0,6790 und h_k/a Si 0,2220. Mit dem Eckenradius R ä 0,1203 · a und dem zur Kompensation der gerundeten Hohlleiterlängskanten auf a /a ei 1,02579 und b /b & 1,02614 erweiterten Querschnitt ergeben sich im ganzen vorher genannten Hohlleiterband Reflexionen r ^ 1,5 %. In dem nur wenig schmäleren Hohlleiterband 1,28 . f_kH10<f < 1,89 . f_kH10 sind die Reflexionen r < 1 %. In Teilbändern ist mit geringfügig abgewandelten Kompensationsgrößen 1«. und h. eine weitere Senkung der Reflexionen möglich.

Nach den Figuren 1 und 2 sind alle parallel zur Hohlleiterachse verlaufenden Kanten nicht scharfkantig, sondern haben als Grundvoraussetzung für die Fräsbarkeit aus einem Stück einen Eckenradius R, der für rationelle Fertigung möglichst groß sein soll. Andererseits erhöhen große Eckenradien R die Grenzfrequenz f,_H,. dieses Hohlleiters und damit auch seinen Wellenwiderstand mit der Folge wachsender, zusätzlicher Reflexionen an den Übergangsstellen zu den scharfkantigen Normalleitern. Nach T.S. Saad "Microwave Engineers' Handbook", Vol. 1, Artech House, Inc. 1971, Seite 26 können diese Reflexionen dadurch kompensiert werden, daß die Quer-

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schnittsmaße a₊ und b₊ des Hohlleiters mit gerundeten Längskanten gegenüber der Breitseitenabmessung a und der Schmalseitenabmessung b des rechteckigen Originalhohlleiters geringfügig erhöht werden gemäß den Gleichungen 2a = 2a - 1,717 R²/ b und a/b = a /b

Bei großen Eckenradien R sind die Streureaktanzen an den wellenwiderstandskompensierten Übergangsstellen nicht mehr vernachlässigbar klein. Diese Störreaktanzen sind durch induktiv bzw. kapazitiv wirkende Fräsungen unmittelbar an der Querschnittssprungstelle zu kompensieren.

Das beschriebene Prinzip des &EEgr;-Winkelstücks mit Zweistufenkompensation läßt sich auch anwenden, wenn das H-Winkelstück nicht separat vorhanden, sondern Bestandteil gefräster Hohlleiterschaltungen ist. Als einfachaes Beispiel hierzu zeigen die Figuren 3 und 4 in einem Längsschnitt bzw. einer Draufsicht einen &EEgr;-Versatz, der aus zwei gemäß der Erfindung ausgebildeten H-Winkelstücken 5 und 6 besteht, die bei untereinander entgegengesetzter 90°-Knickrichtung über einen Zwischenhohlleiter 7 miteinander verbunden sind. Dieser &EEgr;-Versatz wird mit Fräserachse parallel zur Hohlleiterhöhe b gefräst und erhält einen aufgeschraubten, ebenen Deckel. Demnach sind die Hohlleiter scharfkantig. In einem Ausführungsbeispiel hat ein solcher &EEgr;-Versatz mit l_k/a ä*0,6600 und h_k/a ta 0,2009 im Frequenzband 5,9 bis 6,5 GHz Reflexionen r < 1 %. Diese Dimensionierung gilt im Gegensatz zum vorher erwähnten Ausführungsfall für beliebige Schmalseitenabmessungen b der Rechteckhohlleiter, weil die Achsen der beim Fräsen verbliebenen Eckenradien R parallel zur b-Höhe liegen und alle H,&ldquor;-Felder von der Schmalseitenabmessung b unabhängig sind.

Fig. 5 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel zweier gleicher H-Versätze 8 und 9 eine phasensymmetrische Doppelverbindung zwischen dem Doppelhohlleiter 10 eines 3-dB-Kopplers und den asymmetrisch in einer Ebene liegenden Frequenzweichenzugängen

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11 und 12. An die räumlich senkrecht zueinander angeordneten H-Versätze 8 und 9 sind nach unten ein links- bzw. rechtsdrehender A5°-Stufentwist 13 und 14 angeschlossen, und eine symmetrische E-Gabel 15 stellt die Verbindung zum Doppelhohlleiter des 3-dB-Kopplers 10 her. Nach oben sind an die H-Versätze 8 bzw. 9 je ein aus drei &Egr;-Knicken bestehender Hohlleiterzug 16 und 17 angeschlossen, wobei die Knickwinkel der E-Winkel 18 bzw. 18' und 19 bzw. 19' im einen bzw. im anderen Hohlleiterzweig der Doppelverbindung untereinander gleich groß, aber mit entgegengesetzter Knickrichtung gewählt sind.

Das zweistufenkompensierte &EEgr;-Winkelstück nach der Erfindung ist durch eine sinngemäße Anpassung der Kompensationsgrößen 1, und h. auch auf andere Knickwinkel als die bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen behandelten 90°-Winkel und für andere als die üblichen a/b-Seitenverhältnisse anwendbar.

Es ist darauf hinzuweisen, daß gemäß der Erfindung ausgeführte Rechteckhohlleiter-H-Winkelstücke die volle Leistungsbelastbarkeit besitzen, weil sie keinerlei Diskontinuitäten der b-Höhe (b = Schmalseitenabmessung) im Gegensatz beispielsweise zum &EEgr;-Winkelstück nach DE-C 28 56 733 aufweisen.

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Claims

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Schutzansprüche

1. Breitbandiges Rechteckhohlleiter-H-Winkelstück, das über die Hohlleiterschmalseiten des Rechteckhohlleiters geknickt ist und eine ins Innere des Hohlleiters gerichtete, über die ganze Breite der äußeren Schmalseite verlaufende Anpassungsfehler-Kompensationsmaßnahme im Bereich der Außenecke aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsmaßnahme durch einen Eckvorsprung (1) gebildet ist, der das Profil eines in die Außenecke (2) eingesetzten, über die gesamte äußere Schmalseite (b) reichenden Winkelprofils aufweist, dessen Knickwinkel mit dem Knickwinkel des &EEgr;-Winkelstücks übereinstimmt und dessen beide Schenkel (3, A) gleiche Längen (1. ) und gleiche Stärken (h. ) haben.

2. &EEgr;-Winkelstück nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Länge (1. ) der beiden Schenkel (3, A) der Gesamtfrequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband bestimmt wird.

3. &EEgr;-Winkelstück nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Stärke (h. ) der beiden Schenkel (3, A) in erster Linie das Reflexionsniveau im ganzen Hohlleiterband bestimmt wird.

A. &EEgr;-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden gleichartig geformten Schenkel (3, A) des Winkelprofils hinsichtlich der Stärke zwei- oder mehrstufig ausgebildet ist.

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5. &EEgr;-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die parallel zur Rechteckhohlleiter-Längsachse verlaufenden Längskanten nicht scharfkantig, sondern einen Eckenradius (R) aufweisen, und daß die tatsächlichen Querschnittsabmessungen (breitseitig a , schmalseitig b ) des geknickten Rechteckhohlleiters im Winkelstück geringfügig vergrößert sind, gemäß

den Gleichungen 2a = 2a - 1,717 R /b und a/b = a / b .

6. &EEgr;-Winkelstück nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rechteckhohlleiter mit einem Querschnittsverhältnis von 2 : 1 zwischen der Breitseiten- und der Schmalseitenabmessung (a, b), einem Eckenradius R £^0,1203 a aller Längskanten und einem Knickwinkel von 90° die Länge (l_k) der beiden Schenkel (3, A) etwa das 0,6790-fache der Breitseitenabmessung (a) und die Stärke (h.) der beiden Schenkel etwa das 0,2220-fache der Breitseitenabmessung (a) beträgt.

7. &EEgr;-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Herstellung aus einem Stück in numerisch gesteuerter Frästechnik.

8. &EEgr;-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Verwendung als

integrierter Bestandteil gefräster Hohlleiterschaltungen, z.B. einer Polarisationsweiche.

9. &EEgr;-Winkelstück nach Anspruch 8,

gekennzeichnet durch die zweifache

verwendung in einer einen &EEgr;-Versatz bildenden integrierten Hohlleiterschaltung, wobei die beiden H-Winkelstücke (5, 6) in untereinander entgegengesetzter Knickrichtung über einen Zwischenhohlleiter (7) miteinander verbunden sind.

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10. Phasensymmetrische Doppelverbindung mit zwei H-Versätzen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden H-Versätze (8, 9) mit ihren Längsachsen räumlich senkrecht zueinander angeordnet sind, daß an die nach unten weisenden Zugänge der &EEgr;-Versätze über einen nach rechts bzw. links um 45 drehenden Twist (IA, 13) eine symmetrische E-Gabel (15) angeschlossen ist und daß mit den nach oben weisenden Zugängen der &EEgr;-Versätze je ein Hohlleiterzug (16, 17) mit je drei &Egr;-Knicken verbunden ist, wobei die Knickwinkel der beiden H-Versatz-nahen E-Knicke (18, 18'; 19, 19') im einen und im anderen Hohlleiterzug untereinander gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet gewählt sind.

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