EP0309850A2 - Anordnung zur Beseitigung störender elektromagnetischer Schwingungsformen in Hohlleiteranlagen - Google Patents

Anordnung zur Beseitigung störender elektromagnetischer Schwingungsformen in Hohlleiteranlagen Download PDF

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EP0309850A2
EP0309850A2 EP88115332A EP88115332A EP0309850A2 EP 0309850 A2 EP0309850 A2 EP 0309850A2 EP 88115332 A EP88115332 A EP 88115332A EP 88115332 A EP88115332 A EP 88115332A EP 0309850 A2 EP0309850 A2 EP 0309850A2
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Wolfgang Dipl.-Ing. Löw
Uwe Dipl.-Ing. Leupelt
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/162—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion absorbing spurious or unwanted modes of propagation

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for eliminating disturbing electromagnetic waveforms in waveguide systems with waveguide sections of the same or different rectangular cross-section, in which a surface resistance forming a mode filter is arranged in the waveguide from a plate-shaped metal-coated dielectric carrier element which is located in the cross-sectional center in the plane of the broadside extends over a suitable length in the axial direction to the waveguide.
  • a surface resistance forming a mode filter is arranged in the waveguide from a plate-shaped metal-coated dielectric carrier element which is located in the cross-sectional center in the plane of the broadside extends over a suitable length in the axial direction to the waveguide.
  • One way to reduce attenuation in waveguides is to operate the line above its uniqueness limit.
  • DE 31 30 209 A1 describes a line for the transmission of electromagnetic energy in the microwave range with a waveguide of rectangular or elliptical cross-section, which operates in a frequency range lying far above its unambiguity limit and in its end ranges is each connected to a pyramid-shaped waveguide transition, the free end of which has a cross section such that it lies in the unambiguous range for the electromagnetic wave to be transmitted.
  • This embodiment is directed in particular to a rectangular waveguide of the designation SIRAL, which is operated in the ambiguous low-damping frequency range and has a mode filter for damping higher wave types, consisting of a damping plate located in the middle of the plane of the broad side and held in a foam body that completely fills the cross section. Losses and transferable performance are strongly influenced by the foam material.
  • the invention has for its object to provide a solution for an arrangement of the type mentioned in the least possible loss, free of higher wave types energy transfer.
  • the mode filter is subdivided into two half-mode filters, one of which is inserted flush in the respective end region of two waveguide sections to be connected to one another, which are only made by narrow lateral webs made of foam which rest against their inner wall are held.
  • the mode filter according to the invention which attenuates excited wave types directly at the point at which they are generated and has almost no influence on the basic wave type modulated with the signal.
  • the mode filter as shown in FIGS. 1 to 3, consists of a damping plate with a wall thickness of 0.05 to 2 mm, preferably 0.2 mm, of a dielectric substrate, in particular of glass fiber reinforced epoxy resin with a vapor-deposited metal layer, the surface resistance of which is 100 is up to 600 ⁇ .
  • This damping plate is designated 2 in the mode filter 1 for a straight waveguide section according to FIG. 2, 5 for a mode filter 4 in the cone for a waveguide transition according to FIG. 3.
  • the damping plate 2.5 is in the rectangular waveguide (SIRAL) in the waveguide center parallel to the broad side of the waveguide arranged (perpendicular to the E-vector of the basic wave type) and is held only by small webs of foam 3 or 6, which rest on the narrow sides of the waveguide. These contribute very little to the damping of the basic wave type, since the high-performance cross-sectional area of the waveguide remains almost completely free of disturbing and damping carrier material. The losses of the mode filter are therefore very low.
  • the mode filter is inserted into the waveguide transitions at both ends of the line, which enable connection to devices and antennas, and into waveguide couplings when connecting waveguide sections of the same cross-sectional dimensions in order to dampen the wave types that arise due to the small inhomogeneities of the waveguide.
  • a particular advantage of the mode filter according to the invention is that a half-mode filter can be inserted flush into each waveguide part in a simple manner when producing a waveguide.
  • the assembly for this is shown in FIGS. 4 and 5, a semi-mode filter 1 being first inserted flush into the laterally offset waveguide ends 7, 8, and then the waveguide is connected when the waveguide ends are in the same position (FIG. 5).
  • FIGS. 4 and 5 The assembly for this is shown in FIGS. 4 and 5, a semi-mode filter 1 being first inserted flush into the laterally offset waveguide ends 7, 8, and then the waveguide is connected when the waveguide ends are in the same position (FIG. 5).
  • FIG. 6 shows a corresponding illustration of the connection of a waveguide 8 to a waveguide transition 9, a semi-mode filter 1 according to FIG. 2 being inserted in the end region at the interface in the waveguide end piece 8 and a semimode filter 4 in conical shape according to FIG. 3 being inserted in the waveguide transition 9.

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Abstract

Im Richtfunk und Satellitenfunk werden möglichst verlustarme Energieleitungen zwischen Geräten und Antennen benötigt. Hierfür werden in höheren Frequenzbereichen (GHz-Bereich) Hohlleiter verwendet. Zur Verringerung ihrer Dämpfung bei Frequenzen oberhalb 10 GHz ist es möglich, sie im übermodierten Betrieb dämpfungsarm zu betreiben und zur Dämpfung höherer Wellentypen ein Modenfilter zu verwenden. Zur Erreichung einer möglichst verlustarmen, von höheren Wellentypen freien Energieübertragung sieht die Erfindung ein zweigeteiltes Modenfilter vor, wobei je ein Halbmodenfilter (1) im jeweiligen Endbereich von zwei miteinander zu verbindenden Hohlleiterabschnitten (7, 8) bündig abschließend eingesetzt und lediglich durch an deren Innenwandung anliegende schmale seitliche Stege aus Schaumstoff gehalten ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Beseitigung störender elektromagnetischer Schwingungsformen in Hohlleiter­anlagen mit Hohlleiterabschnitten gleichen oder unterschiedli­chen Rechteck-Querschnitts, bei der im Hohlleiter ein ein Moden­filter bildender Flächenwiderstand aus einem plattenförmigen me­tallbeschichteten dielektrischen Trägerelement angeordnet ist, der sich in Querschnittsmitte in der Ebene der Breitseite über eine geeignete Länge in axialer Richtung zum Hohlleiter er­streckt. Eine solche Anordnung ist im wesentlichen aus der DE-AS 1 244 259 bekannt.
  • Im Richtfunk und Satellitenfunk ist es wichtig, eine möglichst verlustarme Energieleitung zwischen Geräten und Antennen einzu­setzen. In Übertragungsbereichen oberhalb 3 GHz werden deshalb Hohlleiter verwendet, die im Grundwellenbereich arbeiten. Bei Frequenzen oberhalb 10 GHz ist auch die Dämpfung von Hohllei­tern, die im eindeutigen Frequenzbereich betrieben werden, meist zu hoch, so daß bei längeren Antennenzuleitungen ein erheblicher Verlust an Sende- und Empfangsenergie entsteht. So beträgt z. B. die Dämpfung der Hohlleitung R 220 im Bereich 18,7 GHz mehr als 50 dB/100m.
  • Eine Möglichkeit, die Dämpfung in Hohlleitern zu verringern, ist der Betrieb der Leitung oberhalb seiner Eindeutigkeitsgrenze.
  • In der DE 31 30 209 A1 ist eine Leitung zur Übertragung von elektromagnetischer Energie im Mikrowellenbereich beschrieben mit einem Hohlleiter rechteckförmigen oder elliptischen Quer­schnitts, der in einem weit oberhalb seiner Eindeutigkeitsgren­ze liegenden Frequenzbereich arbeitet und in seinen Endbereichen jeweils mit einem pyramidenförmigen Hohlleiterübergang verbun­den ist, deren freies Ende einen Querschnitt solcher Abmessung aufweist, daß er für die zu übertragende elektromagnetische Welle im Eindeutigkeitsbereich liegt. Diese Ausführungsform ist im besonderen auf einen Rechteckhohlleiter der Bezeichnung SIRAL gerichtet, der im mehrdeutigen dämpfungsarmen Frequenzbe­reich betrieben wird und zur Dämpfung höherer Wellentypen ein Modenfilter aufweist, bestehend aus einer in der Ebene der Breitseite mittig liegenden, in einem den Querschnitt voll aus­füllenden Schaumstoffkörper gehaltenen Dämpfungsplatte. Ver­luste und übertragbare Leistung werden stark durch das Schaum­material mitbestimmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs genannten Art eine Lösung für eine möglichst ver­lustarme, von höheren Wellentypen freie Energieübertragung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß das Modenfilter in zwei Halbmodenfilter unterteilt ist, von de­den je eines im jeweiligen Endbereich von zwei miteinander zu verbindenden Hohlleiterabschnitten bündig abschließend einge­setzt ist, die lediglich durch an deren Innenwandung anliegende schmale seitliche Stege aus Schaumstoff gehalten sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungs­gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dar­gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figuren 1 und 2 ein Halbmodenfilter für einen Hohlleiter in der Vorderansicht und Draufsicht,
    • Figur 3 ein Halbmodenfilter für einen Hohlleiterüber­gang in einer Draufsicht,
    • Figuren 4 und 5 in zwei Teildarstellungen die Montage von Halbmodenfiltern in zwei Hohlleiterenden und
    • Figur 6 die Verbindung eines Hohlleiterendstücks mit einem Hohlleiterübergang mit eingesetzten Halbmodenfiltern.
  • Höhere Wellentypen, die zusätzlich zum Grundwellentyp an inhomo­genen Stellen einer Hohlleitung entstehen können, bewirken reso­nanzartige Einbrüche der Durchgangsdämpfung, die die Übertra­gungseigenschaften der Leitung verschlechtern können. Zur Dämp­fung dieser höheren Wellentypen ist das erfindungsgemäße Moden­filter vorgesehen, das angeregte Wellentypen direkt am Ort ihrer Entstehung dämpft und den mit dem Signal modulierten Grundwellentyp fast nicht beeinflußt.
  • Das Modenfilter, wie es in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, besteht aus einer Dämpfungsplatte mit einer Wandstärke von 0,05 bis 2 mm, vorzugsweise 0,2 mm aus einem dielektrischen Substrat, insbesondere aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit aufgedampfter Metallschicht, dessen Oberflächenwiderstand 100 bis 600Ω beträgt. Diese Dämpfungsplatte ist beim Modenfilter 1 für einen geraden Hohlleiterabschnitt gemäß Figur 2 mit 2 be­zeichnet, für ein Modenfilter 4 im Konus für einen Hohlleiter­übergang gemäß Figur 3 mit 5. Die Dämpfungsplatte 2,5 ist im Rechteckhohlleiter (SIRAL) in Hohlleitermitte parallel zur Breit­seite des Hohlleiters angeordnet (senkrecht zum E-Vektor des Grundwellentyps) und wird lediglich durch kleine Stege aus Schaumstoff 3 bzw. 6 gehalten, die an den Schmalseiten des Hohl­leiters aufliegen. Diese tragen nur sehr wenig zur Dämpfung des Grundwellentyps bei, da der leistungsführende Querschnittsbe­reich des Hohlleiters fast völlig von störendem und dämpfendem Trägermaterial frei bleibt. Die Verluste des Modenfilters sind dadurch sehr gering.
  • Das Modenfilter wird in die Hohlleiterübergänge an beiden Enden der Leitung, die den Anschluß an Geräte und Antennen ermögli­chen, sowie in Hohlleiterkupplungen bei der Verbindung von Hohl­leiterabschnitten gleicher Querschnittsabmessungen eingescho­ben, um die an den kleinen Inhomogenitäten des Hohlleiters entstehenden Wellentypen wegzudämpfen.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Modenfilters be­steht darin, daß beim Herstellen einer Hohlleiter in einfacher Weise in jedes Hohlleiterteil ein Halbmodenfilter bündig einge­schoben werden kann. Die Montage hierfür zeigen die Figuren 4 und 5, wobei zunächst in die seitlich versetzten Hohlleiter­enden 7, 8 jeweils ein Halbmodenfilter 1 bündig eingeschoben wird und dann bei achsengleicher Lage der Hohlleiterenden die Verbindung der Hohlleiter erfolgt (Figur 5). Damit wird also die bei der Montage erwünschte einfache Verbindung der beiden Hohlleiterschnittstellen durch seitliches Übereinanderschieben und anschließende Kupplungsmontage problemlos ermöglicht. Flan­sche zur Verbindung der beiden Hohlleiterabschnitte wurden in der vereinfachten Darstellung nicht mit eingezeichnet.
  • Figur 6 zeigt eine entsprechende Darstellung der Verbindung eines Hohlleiters 8 mit einem Hohlleiterübergang 9, wobei in deren Endbereich an der Schnittstelle im Hohlleiterendstück 8 ein Halbmodenfilter 1 gemäß Figur 2 und im Hohlleiterübergang 9 ein Halbmodenfilter 4 in Konusform gemäß Figur 3 eingeschoben ist.

Claims (4)

1. Anordnung zur Beseitigung störender elektromagnetischer Schwingungsformen in Hohlleiteranlagen mit Hohlleiterabschnitten gleichen oder unterschiedlichen Rechteck-Querschnitts, bei der im Hohlleiter ein ein Modenfilter bildender Flächenwiderstand aus einem plattenförmigen metallbeschichteten dielektrischen Trägerelement angeordnet ist, der sich in Querschnittsmitte in der Ebene der Breitseite über eine geeignete Länge in axialer Richtung zum Hohlleiter erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Modenfil­ter in zwei Halbmodenfilter unterteilt ist, von denen je eines im jeweiligen Endbereich von zwei miteinander zu verbindenden Hohlleiterabschnitten bündig abschließend eingesetzt ist, die lediglich durch an deren Innenwandung anliegende schmale seit­liche Stege aus Schaumstoff gehalten sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Moden-bzw. Halbmodenfilter aus einer Dämpfungsplatte geringer Dicke (0,05 bis 2mm) aus einem dielektrischen Substrat, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit aufgedampfter Metallschicht bestehen, dessen Oberflächenwiderstand vorzugsweise zwischen 100 und 600Ω liegt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Moden-bzw. Halbmodenfilter hinsichtlich der Form der Dämpfungsplatte ent­sprechend dem Hohlleiterlängsschnitt rechteckig oder mit koni­schem Verlauf ausgebildet sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch seine Verwendung in einem Hohlleiter, der in Übertragungsbereichen oberhalb seiner Eindeutigkeitsgrenze in einem dämpfungsarmen Frequenzbereich arbeitet (übermodiert) und an seinen Enden Hohlleiterübergänge aufweist zum Anschluß an Hohlleiter solcher Querschnittsab­messungen, für die die zu übertragende elektromagnetische Welle im Eindeutigkeitsbereich liegt.
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