DEI0008232MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 30. Januar 1954 Bekanntgemacht am 20. Dezember 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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Hellmuth-Hirth-Str.

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenverzweigtmgsanordnung mit mindestens drei Zweigen, von denen mindestens einer ein Hohlraumleiter oder Koaxialleiter ist und mindestens ein weiterer einem Parallelleitertyp angehört.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Mikrowellenübertragungsleitungen nach Art einer Bandleitung (»line above ground«) aufzubauen, über welche die Mikrowellen ähnlich dem TEM-Modus übertragen werden. Bei dieser Art der Übertragungsleitung wird ein ebener Leiter als Masseoder Erdleiter in Verbindung mit einem Leitungsleiter benutzt, welcher mit Hilfe eines schmalen Streifens oder einer Lage dielektrischem Material in gewissem Abstand von dem ersten Leiter ge- ι; halten wird. Leitungsleiter und ebener Leiter sind von verschiedener Breite, d. h., der ebene Leiter ist breiter als der Leitungsleiter ausgebildet, so daß dieser gegenüber dem Leitungsleiter wie eine unendlich leitende Oberfläche erscheint und hierdurch ai

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eine elektrische Feldverteilung bewirkt, die im allgemeinen durch den TEM-Modus charakterisiert ist; z. B. kann die Feldverteilung wie ein zwischen einem einzelnen Leiter eines echten Parallel-

.· 5 leitungssystems und der dazwischenliegenden neutralen. Ebene liegendes Feld angesehen werden. Die wichtigsten Parameter dieser Übertragungsleitungstype stellen die Breite des Leitungsleiters und der dielektrische Zwischenraum zwischen dem Leitungsleiter und dem ebenen Leiter dar.

Weiterhin ist es bekannt, H^Wellen anzuregen, indem eine Antenne in Form eines Paralleldrahtsystems durch ein Hotilrohr hindurchgeführt wird. Werden nun die Paralleldrahtsysteme durch andere bekannte Anordnungen ersetzt, so ist es nicht ohne Sclnvierigkeiten möglich, den Zusammenbau so auszuführen, daß keine Störungen auftreten. Die Erfindung beseitigt nun diese Nachteile und schafft gleichzeitig Leistungsverzweigungsanordnungen bzw. Übertrager zur Verzweigung von Energie zwischen Abzweigteilen von Wellenleitern, bei denen mindestens ein Zweig einen Wellenleiter der unsymmetrischen Bandleitertype darstellt. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß sie praktisch fast vollkommen frei von schädlichen Ausstrahlungen bzw. Störungen ist, obwohl die Bandleiter eine offene Leitung darstellen.

Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer Übertragungsanordnung, welche eine Energiekopplung zwischen einer unsymmetrischen Bandleitung und einem Hohlraumresonator oder Wellenleiter rechteckigen Querschnitts oder einem koaxialen Wellenleiter bewirkt. Die unsymmetrische Bandleitung ist als zweiarmiger Teil ausgebildet, der mit einem Wellenleiter oder Resonator anderer Type gekoppelt ist und ist mit Übertragungselementen versehen, welche die Übertragung der Mikrowellenenergie zwischen dem Wellenleiter der (unsymmetrischen) Bandleitungstype und dem Wellenleiter oder Resonator der anderen Type bewirken. Dem zweiten Leiter ist ein mindestens teilweise innerhalb des Hohlleiters oder Koaxialleiters angeordneter Übertrager zugeordnet, der so 'bemessen ist, daß die Kopplung der Mikrowellenenergie in der Verzweigung erhöht wird. Die Übertragungsanordnungen können verschiedene Leiterformen in Verbindung mit dem Leitungsleiter der Bandleitung aufweisen, einschließlich Leiterelementen in der Ebene des Leitungsleiters oder in Form von Stiften oder Ansätzen, die unter einem Winkel zur Ebene des Leitungsleiters angeordnet sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.

Fig. ί ist eine Ansicht im Längsschnitt gemäß der Linie 1-1 der Fig. 2, einer Energieverzweigungsverbindung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt, teilweise im Schnitt (längs der Linie 2-2 der Fig. 1), die Bandleitung der Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 von den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 ist eine Ansicht im Längsschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 5, gemäß einem anderen Ausf ührungsbeispiel;

Fig. 5 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie 5-5 von Fig. 4;

Fig. 6 und 7 zeigen andere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele, und zwar Fig. 6 eine An- 70 , sieht im Längsschnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 7 und Fig. 7 eine Querschnittsansicht längs der Linie y-y von Fig. 6;

Fig. 8 und 9 zeigen weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele, und zwar Fig. 8 eine Ansieht im Schnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 9 und Fig. 9 eine gleiche Ansicht längs der Linie 9-9 der Fig. 8;

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht einer Übertragerverbindung in der eine Verbindung einen Hohlraumresonator aufweist;

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf eine dreizweigige Abzweigverbindung ähnlich der Fig. 10 mit einem Wellenreiter von rechteckigem Querschnitt als Resonator; - '-85

Fig. 12 und 13 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen eine der Abzweigungen ein koaxialer Wellenleiter ist, und zwar stellt Fig. 12 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel und Fig. 13 eine Ansicht im Schnitt längs der Linie 13-13 der Fig. 12 dar.

In den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist der Wellenleiter in Form einer unsymmetrischen Bandleitung dargestellt, die einen ersten Leiter 1 und einen zweiten im Abstand mit Hilfe eines dünnen Streifens oder einer Schicht aus dielektrischem Material 3 angeordneten Leiter 2 aufweist. Die beiden Leiter 1 und 2 sind vorzugsweise von flacher Bandform, und der erste Leiter ist breiter als der zweite Leiter, so daß die Ausbreitung der Mikrowellenenergie längs dieser Leitung annähernd im TEM-Modus erfolgt, wie bereits erläutert wurde. Das dielektrische Material kann aus Polyäthylen, Polystyrol, Polytetrafluoräthylen, bekannt unter dem Handelsnamen »Teflon«, Fiberglas oder geschichteten, mit Polytetrafluoräthylen, bekannt unter dem Handelsnamen »Teflon«, imprägniertem Fiberglas, Quarz oder anderem geeignetem Material hoher Dielektrizitätskonstante bestehen. Die Leiter 1 und 2 sind vorzugsweise auf der dielektrischen Schicht mit Hilfe eines bekannten Verfahrens nach Art der gedruckten Schaltungstechnik aufgebracht, z. B. mit Hilfe eines elektrolytischen Ätzprozesses.

Wie es am klarsten aus der Fig. 1 hervorgeht, weist die Verbindung drei Abzweigungen 4, 5 und 6 auf. Die Abzweigungen 5 und 6 enthalten die Bandleitung, und diese beiden Arme sind derart verbunden, daß der zweite Leiter 2 eine kontinuierliche Leitung darstellt. Der Zweig 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt dargestellt, dessen der Verzweigung zugekehrtes Ende mit einem, rückseitig vom Leiter 2 der Armes ^und 6 angeordneten, einstellbaren Kurzschlußschieber 7 versehen ist.

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beiden gegenüberliegenden Wände 8 und 9 des rechteckigen Wellenleiters sind mit auf einer Höhe liegenden Öffnungen 10 und 11 versehen, durch welche sich der Leiter 2 der Arme 5 und 6 erstreckt. Die Leiter 1 der beiden Abzweigungen 5 und 6 enden an den Wänden 8 und 9, mit denen sie elektrisch verbunden sind. Um die Energiekopplung zwischen den Verzweigungen zur erhöhen, weist der zweite Leiter 2 seitliche Verlängerungen 12 und 13 auf, die zum Teil innerhalb des Hohlraumes des rechteckigen Wellenleiters angeordnet sind. Diese seitlichen Verlängerungen bilden vorzugsweise mit dem Leiter 2 ein Stück und werden von dem dielektrischen Streifen 3 in der Ebene des Leiters 2 getragen. Die Form dieser seitlichen Verlängerungen kann verschiedenartig sein; eine bevorzugte Form ist konisch (vgl. Teil I2„) in Richtung der Schlitze längs des Leiters 2 ausgeführt. Die Schlitze 10 und 11 sind, wie es am deutlichsten die Fig. 3 erkennen läßt, derartig bemessen, daß sie 'einen ausreichenden elektrischen Abstand in bezug auf den Leiter 2 haben. Die eine Seite des Schlitzes ist vergrößert und weist vorzugsweise eine Vergrößerung n_fl auf (Fig. 3), so daß die Wand, welche die Schlitze enthält, die Felder zwischen den Leitern 1 und 2 nicht wesentlich beeinflußt.

Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Mikrowellenquelle an die Verzweigung 4 angeschlossen ist. Die entsprechend dem Pfeil 14 (Fig. 1) längs dem. Zweig 4 ausgebreitete Energie wird in weitgehend gleiche Teile auf die Arme 5 und 6 verzweigt, wie es durch die Pfeile 15 und 16 angedeutet ist. Durch genaue Einstellung des Kurz-Schlußschiebers 7 ist auf rasche Weise eine Impedanzanpassung zwischen den Abzweigungen erreichbar. Ist die Mikrowellenquelle 'an den Zweig 5 angeschlossen, so erfolgt die Aufteilung auf die Abzweigungen 4 und 6, und das Aufteilungsverhältnis hängt von der Größe und Lage der Übertragerteile 12 und 13 ab. Der Abschnitt 13 kann auch fortfallen, wenn die Leistungsquelle an den Arm S angekoppelt ist, während bei Ankopplung derselben an den Arm 6 der Teil 12 fortgelassen werden kann.

Fig. 4 und 5 zeigen ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem eine andere Übertragungsanordnung vorgesehen ist als in den Fig. ι bis 3. Hier bilden der erste Leiter 1 der Verzweigung 5 und 6 den Abschluß des rechteckigen Wellenleiters 4. Der erste Leiter 1 ist elektrisch mit den vier Wänden verbunden, welche die Verzweigung 4 bilden und stellt auf diese Weise eine Abschlußwand für die Abzweigung 4 dar. Die Übertragungsanordnung weist zwei seitliche Verlängerungen 17 und 18 auf, welche in der Ebene des Leiters 2 liegen und innerhalb des rechteckigen Wellenleiters angeordnet sind. Die beiden Abschnitte 17 und 18 bilden zusammen im wesentliehen eine Ellipsenfläche. Sie können auch Dreiecksform haben; aber vorzuziehen ist doch die in Fig. 5 dargestellte Form. Der Übertrager weist einen dritten, sich verjüngenden Teil 19 auf, der senkrecht zu der Ebene verläuft, in welcher der Leiter 2 angeordnet ist und erstreckt sich in Längsrichtung des rechteckigen Wellenleiters der A1> zweigung 4. Der Teil 19 stellt einen allmählichen Übergang vom Leiter 2 zum Durchgang des Wellen- ■ leiters dar. Bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Energie längs des Zweiges 4 ausgebreitet und auf die Armes und 6 verzweigt. In gleicher Weise kann Energie, welche längs einer anderen Abzweigung, z. B. Arm 5, ausgebreitet ist, aufgeteilt werden; beispielsweise kann die Aufteilung nach einem gewünschten Verhältnis, in Abhängigkeit von den Abmessungen des Übertragers, auf die Abzweigungen 4 und 6 erfolgen.

Die Anordnung gemäß den Fig. 6 und 7 ist derjenigen der Fig. 4 und 5 ähnlich, jedoch ist der Übertrager andersartig. In diesem Fall ist der Übertrager als ein Teil für sich ausgebildet, das angelötet oder in anderer Weise auf dem Leiter 2 der Arme 5 und 6 befestigt ist. Der Übertrager weist ein Basisstück auf, das aus zwei gleichen Teilen 20 und 21 besteht, sowie ein drittes, sich verjüngendes Teil 22, welches hierzu rechtwinklig verläuft. Dieser Übertrager ist besonders dafür konstruiert, um die längs der Abzweigung 5 ausgebreitete Energie zu gleichen Teilen auf die Abzweir gungen 4 und 6 zu verteilen. Die Vorderseiten der Teile 20 und 21 sind kurvenförmig ausgebildet, wie es bei 23 dargestellt ist, und der vordere Rand des sich verjüngenden Teiles 22 ist abgeschrägt, um einen besseren Übergang von der Bandleitung zu dem rechteckigen Wellenleiter zu gewährleisten. Die Energieausbreitung über der Abzweigung 6 erfolgt in der Weise, daß ein solches Teilungsverhältnis vorhanden ist, daß ein kleinerer Teil der Leistung über die Verzweigung 4 weitergeleitet wird, als wenn die Quelle an die Verzweigung 5 angeschlossen ist. Werden die Übertragerteile symmetrisch, wie es im wesentlichen in den Fig. 4 und 5 für bestimmte Abmessungen dargestellt ist, so ist eine gleichmäßige Verteilung der Leistung erzielbar, unabhängig davon, an welcher Verzweigung die Quelle angeschlossen ist. Die Teile 20 und 21 sind als getrennte Teile in bezug auf den Leiter 2 dargestellt. Sie können natürlich aus dem gleichen Stück wie dieser bestehen und in derselben Ebene Hegen. Ebenso können selbstverständlich auch die in den Fig. 1 bis 3 und 4, 5 dagestellten Übertrager als Einzelteile ausgeführt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 8 und 9 unterscheidet sich von den bisher beschriebenen wiederum durch die Ausbildung des Übertragers. Bei diesem Beispiel weist der Übertrager zwei sich kreuzende Leiter auf, die überkreuzt diagonal zu dem rechteckigen Wellenleiter 4, wie es durch die Leiter 25 und 26 dargestellt ist, verlaufen. Die Enden der Leiter 25 und 26 können elektrisch mit den Wänden des Wellenleiters verbunden sein und Kontakt machen oder im Bedarfsfall· aus demselben Stück wie der Leiter 2· der Abzweigung 5 und 6 bestehen. Die Anordnung der Leiter 2J und 26 bewirkt gleichmäßige' Energieverteilung unabhängig davon, an welcher Verzweigung die Quelle

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angeschlossen ist. Um eine verstärkte Koppelwir- ■ kung des Übertragers zu erhalten, kann dieser eine leitende und axial zu dem Wellenleiterzweig 4 verlaufende Sonde 27 aufweisen.

In den Ausführungsbeispielen, welche durch die Fig. 10, 11, 12 und 13 dargestellt sind, weisen die Verzweigungen 28 und 29 die gleiche Type der (unsymmetrischen) Bandleitung auf, die bereits im vorstehenden näher erläutert wurde. Es sind daher für diese die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Bei diesen Ausführungen durchsetzt der Bandleiter die anderen Abzweigungen nicht, sondern ist neben dem Wellenleiter der anderen Abzweigung angeordnet, die z. B. einen Hohlraumresonator 30 (Fig. 10), einen Wellenleiter 31 rechteckigen Querschnitts, (Fig. 11) oder ein koaxialer Wellenleiter 32 (Fig. 12 und 13) sein kann. Nach Fig. 10 z. B. ist eine Wand 33 der Kammer 30 mit . einer Öffnung 34 versehen, über welcher die Bandleitung angeordnet ist. Der Leiter 1 und die dielektrische Schicht 3 weisen eine Öffnung auf, die in gleicher Flucht mit der Öffnung 34 liegt und durch welche sich ein Stift oder eine Sonde 35 aus leitendem Material vom Leitungsleiter 2 her erstreckt. Eine solche Anordnung sorgt für Verbindung zwischen Leiter 1 und 2 mit entsprechenden Teilen der Kammer 30, indem die Sonde 35 als Übertrager zur Erhöhung der Kopplung wirkt.

Die in Fig. 11 dargestellte Verbindung zeigt eine gleiche Kopplungsanordnung für die Abzweigungen 28 und 29 und einen Wellenleiter 31 von rechteckigem Typ. Die Schnittansicht der Fig. 10 entspricht dem Schnitt 10-10 der Fig. 11. Der Wellenleiter 31 ist an der einen Seite des Verbindungsstückes durch einen Kurzschlußschieber 36 abgeschlossen.

Die Kopplungsanordnung der Verzweigungen 28 und 29 des Beispiels gemäß den Fig. 12 und 13 ist in bezug auf die Koaxialverzweigung 32 ähnlich derjenigen der Fig. 10 und 11. Der Leitungsleiter 2 ist gleichfalls mit einer Sonde 3S_a versehen, die sich durch eine öffnung des Leiters 1 und des äußeren Leiters des koaxialen' Wellenleiters in geringem Abstand vom inneren Leiter 37 erstreckt. Die koaxiale Verzweigung ist an der einen Seite des Verzweigungsteiles durch ein einstellbares Kurzschlußstück 38 abgeschlossen. Der Koppluiigsgrad zwischen den Verzweigungen der Bandleitung und dem hohlen Wellenleiter oder Resonator gemaß der Fig. 10 bis 13 hängt von den Öffnungen in dem Leiter 1 und dem Abstand, der sich in den hohlen Wellenleiter oder Resonator erstreckenden Sonde ab.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keine Beschränkung auf diese Fälle darstellen, sondern nur zur Erläuterung dienen.

Claims (14)

1. Patentansprüche:

   i. Mikrowellenverzweigungsanordnung mit mindestens drei Zweigen, von denen mindestens einer ein Hohlraumleiter oder Koaxialleiter ist und mindestens ein weiterer einem Parallelleitertyp angehört, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Leiter einen breiteren ersten Leiter in bezug auf seinen zweiten Leiter aufweist, die vorzugsweise so dünn und so flach ausgeführt sind, daß sie nach Art der gedruckten Schaltungen ausführbar sind, und daß dem zweiten Leiter ein mindestens teilweise innerhalb des Hohlleiters oder Koaxialleiters angeordneter Übertrager zugeordnet ist, der so bemessen ist, daß die Kopplung der Mikrowellenenergie in der Verzweigung erhöht wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlräumleiter ein Hohlraumresonator ist oder einen rechteckigen Querschnitt aufweist. .
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumleiter von rechteckigem Querschnitt an zwei gegenüberliegenden Wänden mit je in einer Flucht liegenden Schlitzen versehen ist,^v durch welche sich zwei Verzweigungen der Bandleitung erstrecken, derart, daß die ersten Leiter dieser beiden Verzweigungen mit den Wänden des Wellenleiters von rechteckigem Querschnitt verbunden sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager in der Ebene des zweiten Leiters liegende leitende Teile und/ oder weitere in Längsrichtung des Wellenleiters von rechteckigem Querschnitt verlaufende Teile aufweist.
5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt mit einem endseitig hinter den Schlitzen angeordneten Kurzschlußstück, insbesondere Schieber, versehen ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschlußstück bzw. der Kurzschluß schieber die Endwand des Hohlraumwellenleiters darstellt.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager seitliche Verlängerungen der Teile aufweist, die den zweiten Leiter der Bandleitung bilden.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Verlängerungen aus demselben Stück wie der zweite Leiter bestehen und in derselben Ebene wie dieser angeordnet sind.
9. . 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zweite Leiter der Bandleitung wenigstens in einer Richtung längs des zweiten Wellenleiters verjüngt.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Verlängerungen aus zwei sich · verjüngenden, mindestens teilweise innerhalb des Hohlraumwellenleiters angeordneten Teilen bestehen" und die Verjüngungsrichtung in Richtung der Schlitze verläuft.
11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der in

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    Längsrichtung des Wellenleiters von rechteckigem Querschnitt verlaufende leitende Teil nach der von dem zweiten Leiter abgewandten Seite zu verjüngt.
12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager zwei sich kreuzende Leiter aufweist, die diagonal zum rechteckigen Wellenleiter ver-

    ■ laufen.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator an einer Wandseite eine Öffnung aufweist und der erste Leiter der Bandleitung mit dieser Wand verbunden ist und eine in einer Flucht mit der ersten Öffnung liegende zweite Öffnung aufweist und sich durch diese Öffnungen eine vom zweiten Leiter der Bandleitung ausgehende Sonde oder Stift aus leitendem Material in dem Hohlraum erstreckt.
14. 14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze für die Bandleitung und¹ Öffnungen für die Sonden einen Abstand von der Bandleitung bzw. Sonde haben.

    ' In Betracht gezogene Druckschriften:
    F. Vilbig und J. Zenneck, »Fortschritte der Hochfrequenztechnik«, Bd. 1, Leipzig, 1941, S. 205; USA.-Patentschrift Nr. 2 437 244.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen