EP0418630A2 - Rechteckhohlleiter-E-Winkelstück - Google Patents

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EP0418630A2
EP0418630A2 EP90116912A EP90116912A EP0418630A2 EP 0418630 A2 EP0418630 A2 EP 0418630A2 EP 90116912 A EP90116912 A EP 90116912A EP 90116912 A EP90116912 A EP 90116912A EP 0418630 A2 EP0418630 A2 EP 0418630A2
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waveguide
angle
corner
rectangular waveguide
angle piece
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/02—Bends; Corners; Twists
    • H01P1/022—Bends; Corners; Twists in waveguides of polygonal cross-section
    • H01P1/025—Bends; Corners; Twists in waveguides of polygonal cross-section in the E-plane

Definitions

  • the invention relates to a broadband rectangular waveguide E-angle piece, which is bent over the broad waveguide sides of the rectangular waveguide and has a corner projection on the outer corner directed into the interior of the waveguide and extending over the entire outer broad side.
  • the simply bent waveguide can cause a strong adjustment error because the resulting sack on the outer corner represents a considerable cross impedance.
  • 90 o -E contra-angles are therefore compensated with a 45 ° bevel on their outer corner.
  • Such a rectangular waveguide E-angle piece, symmetrically bevelled on the outer corner is known, for example, from Meinke / Gundlach: "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", 1956, Springer-Verlag, pages 298-300.
  • beveled E angles cannot be milled in one piece with numerical control. For a millable form, they have to be divided costly, milled in several parts and then screwed together.
  • E-angle piece Another embodiment of an E-angle piece is known from European patent application 0 284 911.
  • This angle piece has a 90 ° corner protrusion on the outside corner over the entire broad side of the rectangular waveguide.
  • this known rectangular compensation stage in the outer corner of the E-contra-angle has reflections that are too high for many applications.
  • the object of the invention is to provide a rectangular waveguide E-elbow, which is very low reflection over an entire waveguide band and can be milled from one piece with numerical control (NC).
  • NC numerical control
  • this object is achieved in that the corner projection has the profile of an angle inserted in the outer corner, the angle of which corresponds to the angle of the E-angle and the two legs have the same lengths and strengths.
  • the leg length of the angle causing compensation determines the overall frequency response of the reflection over an entire waveguide band (reflection increasing or decreasing with frequency), while the leg thickness predominantly allows the reflection level in the entire waveguide band to be influenced.
  • Fig. 1 shows an oblique view of an embodiment of a broadband rectangular waveguide E-elbow according to the invention.
  • This angle piece is bent at right angles over the broad waveguide sides, which have a dimension a.
  • a corner projection 4 which extends into the interior of the waveguide and extends over the entire broad side.
  • the corner projection 4 has the profile of a 90 ° angle inserted into the outer corner 1, the two legs 2 and 3 of which have the same lengths l K and the same Have strengths h K.
  • the E-contra-angle shown in Fig. 1 can be milled in one piece (with a milling cutter).
  • the leg length l K determines the total frequency response of the reflection over an entire waveguide band, while the leg thickness h K primarily affects the reflection level in the entire waveguide band.
  • a further reduction in the reflection is possible in sub-bands with slightly modified compensation sizes of the leg dimensions l K and h K.
  • the dimensions b and a are the narrow side and broad side dimensions of the exactly rectangular original waveguide, as is given, for example, as a connecting waveguide for the E-angle piece according to the invention.
  • This relatively large corner radius r noticeably increases the cut-off frequency f KH10 and thus also the wave resistance of the rectangular waveguide.
  • the E-contra-angle handpiece according to the invention takes place as an integrated component of polarization switches, in which a certain relative position of the rectangular waveguide access is required, e.g. for the polarizing switch according to European patent application 0 284 911, a wide field of application.
  • a millable, broad-band, low-reflection E-contra-angle is required for the specified double-shell polarization switch.
  • the compensation method according to the invention by inserting an angle profile in the outer corner of the e-angle piece is not limited to bending angle of 90 o, 90 o but also to not draw forming kink angles applicable.

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Es ist an der Außenecke (1) des E-Knicks ein ins Hohlleiterinnere gerichtetes, über die ganze Hohlleiterbreite (a) verlaufender Kompensations-Eckvorsprung (4) vorgesehen, der das Profil eines in die Außenecke eingesetzten Winkels aufweist und mit dem über ein ganzes Hohlleiterband sehr geringe Reflexion erreicht wird. Der Knickwinkel des eingesetzten Winkels, dessen beide Schenkel (2, 3) gleiche Längen (lK) und gleiche Stärken (hK) haben, stimmt mit demjenigen des E-Winkelstücks überein. Das gemäß der Erfindung ausgebildete Winkelstück läßt sich als Einzelteil aber auch z.B. integriert in einer Breitband-Polarisationsweiche anwenden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein breitbandiges Rechteck­hohlleiter-E-Winkelstück, das über die Hohlleiterbreitseiten des Rechteckhohlleiters geknickt ist und einen ins Innere des Hohlleiters gerichteten, über die ganze äußere Breitseite verlaufenden Eckvorsprung an der Außenecke aufweist.
  • Der einfach geknickte Hohlleiter läßt bekanntlich einen starken Anpassungsfehler entstehen, weil der entstehende Sack an der Außenecke eine erhebliche Querimpedanz darstellt. Fast alle bekannten 90o-E-Winkelstücke sind deshalb mit einer 45°-Ab-­schrägung ihrer äußeren Ecke kompensiert. Ein derartiges, symmetrisch an der Außenecke abgeschrägtes Rechteckhohlleiter-­E-Winkelstück ist z.B. aus Meinke/Gundlach: "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", 1956, Springer-Verlag, Seiten 298 - 300 bekannt. Abgeschrägte E-Winkel lassen sich jedoch nicht ein­teilig mit numerischer Steuerung fräsen. Für eine fräsbare Form müssen sie in kostenträchtiger Weise geteilt, in mehreren Teilen gefräst und dann verschraubt werden.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung 0 284 911 ist eine andere Ausführungsform eines E-Winkelstücks bekannt. Dieses Winkel­stück weist an der Außenecke einen ins Innere gerichteten 90° -Eckvorsprung über die ganze Breitseite des Rechteckhohl­leiters auf. Diese bekannte rechteckige Kompensationsstufe in der Außenecke des E-Winkelstücks hat mit einem Reflexionsfaktor von ungefähr 7 % in einem Hohlleiterband für viele Anwendungen allerdings zu hohe Reflexionen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rechteckhohlleiter-E-Winkel­stück zu schaffen, das über ein ganzes Hohlleiterband sehr reflexionsarm ist und aus einem Stück mit numerischer Steuerung (NC) gefräst werden kann.
  • Gemäß der Erfindung, die sich auf ein E-Winkelstück der ein­gangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eckvorsprung das Profil eines in die Außenecke einge­setzten Winkels aufweist, dessen Knickwinkel mit dem Knickwin­kel des E-Winkelstücks übereinstimmt und dessen beide Schenkel gleiche Längen und gleiche Stärken haben. Dabei bestimmt die Schenkellänge des eine Kompensation bewirkenden Winkels den Gesamtfrequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband (mit der Frequenz ansteigende oder abfallende Reflexion), wäh­rend die Schenkelstärke überwiegend das Reflexionsniveau im ganzen Hohlleiterband zu beeinflussen gestattet.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht als Ausführungsbei­spiel ein 90o-Rechteckhohlleiter-E-Winkelstück nach der Erfindung,
    • Fig. 2 die Querschnittsansichten eines rechteckigen Original­hohlleiters und eines adaptierten Hohlleiters mit abgerundeten Längskanten,
    • Fig. 3 in einem Diagramm die Abhängigkeit zwischen dem den Reflexionszustand beschreibenden Welligkeitsfaktor s und den Frequenzen f eines Hohlleiterbandes für ein Winkelstück nach Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt in einer Schrägansicht ein Ausführungsbeispiel eines breitbandigen Rechteckhohlleiter-E-Winkelstücks nach der Erfindung. Dieses Winkelstück ist über die Hohlleiterbreit­seiten, die eine Abmessung a aufweisen, rechtwinklig abge­knickt. An der Außenecke 1 des Winkelstücks ist ein ins Innere des Hohlleiters gerichteter, über die gesamte Breitseite verlaufender Eckvorsprung 4 vorgesehen. Der Eckvorsprung 4 hat das Profil eines in die Außenecke 1 eingesetzten 90° -Winkels, dessen beide Schenkel 2 und 3 gleiche Längen lK und gleiche Stärken hK aufweisen. Das in Fig.1 dargestellte E-Winkelstück ist einteilig (mit Fingerfräser) fräsbar. Wie Meßreihen zur Optimierung des den Eckvorsprung 4 bildenden 90° -Winkels übereinstimmend mit physikalischen Überlegungen zeigen, be­stimmt die Schenkellänge lK den Gesamtfrequenzgang der Refle­xion über ein ganzes Hohlleiterband, während die Schenkelstärke hK in erster Linie den Reflexionspegel im ganzen Hohlleiterband beeinflußt. In Bezug auf ein ganzes Hohlleiterband (1,25 . fKH10 < f < 1,9 . fKH10) sind für den häufigsten Recht­eckhohlleiterquerschnitt a = 2b (a = Breitseitenabmessung, b = Schmalseitenabmessung) die Größen lK /a = 0,394 und hK /b = 0,259 optimal. In Teilbändern ist mit geringfügig abgewandelten Kompensationsgrößen der Schenkelabmessungen lK und hK eine weitere Senkung der Reflexion möglich.
  • Die genannten Kompensationsgrößen gelten unter folgenden Vor­aussetzungen: Alle parallel zur Längsachse des jeweiligen Rechteckhohlleiters verlaufenden Längskanten sind nicht scharf­kantig (in Fig.1 sind die Längskanten allerdings vereinfachend scharfkantig gezeichnet), sondern haben, wie in einer Quer­schnittsansicht in Fig.2 dargestellt ist, als Grundvoraus­setzung für die Fräsbarkeit aus einem Block einen Eckenradius r/b = 0,189. Dabei sind die Abmessungen b und a die Schmal­seiten- bzw. Breitseitenabmessung des exakt rechteckigen Originalhohlleiters, wie er beispielsweise als Anschlußhohl­leiter für das E-Winkelstück nach der Erfindung gegeben ist. Dieser relativ große Eckenradius r erhöht die Grenzfrequenz fKH10 und damit auch den Wellenwiderstand des Rechteckhohlleiters spürbar. Wie in T.S. Saad: "Microwave Engineers Handbook", Volume One, Artech House Inc, 1971, Seite 26 angegeben ist, sind in einem solchen Falle die Querschnittsmaße a₊ und b₊ für die Breitseiten bzw. Schmalseiten des Hohlleiters mit abge­rundeten Ecken gegenüber a und b geringfügig zu vergrößern, und zwar so, daß die Grenzwellenlängen des rechteckigen Originalhohlleiters λKH10 = 2a und des Hohlleiters mit ab­gerundeten Ecken gleich sind gemäß
    2a = 2a₊ -1,717 r²/b₊ und a/b = a₊ /b₊.
  • Fig. 3 zeigt für ein breitbandiges Rechteckhohlleiter-E-Winkel­stück, wie es in Fig.1 ausgeführt ist, in einem Diagramm die Abhängigkeit zwischen dem den Reflexionszustand angebenden Welligkeitsfaktor s und den Frequenzen f eines Hohlleiter­bandes. Es zeigt sich darin als Ergebnis, daß die Reflexions­faktoren des einteiligen E-Winkelstücks mit diesem Kompen­sationsverfahren über ein ganzes Hohlleiterband maximal r = 1 % betragen.
  • Setzt man geteilte E-Winkelstücke gleicher Qualität mit dem Winkelstück nach der Erfindung in Vergleich, so halbieren sich die Herstellungskosten beim Winkelstück nach der Erfindung. Das E-Winkelstück nach der Erfindung findet als integrierter Bestandteil von Polarisationsweichen, bei denen eine bestimmte relative Lage der Rechteckhohlleiterzugänge verlangt wird, z.B. bei der Polarisationsweiche nach der europäischen Patentan­meldung 0 284 911, ein breites Anwendungsfeld. Bei der an­gegebenen zweischaligen Polarisationsweiche ist ein fräsbares, breitbandig reflexionsarmes E-Winkelstück erforderlich.
  • Die Kompensationsart nach der Erfindung durch Einsetzen eines Winkelprofils in die Außenecke des E-Winkelstücks ist nicht auf Knickwinkel von 90o beschränkt, sondern auch bei nicht 90o be­tragenden Knickwinkeln anwendbar. Außerdem läßt sich die Kompensationsart nach der Erfindung auch bei Hohlleitern mit solchen Seitenverhältnissen einsetzen, die nicht a/b = 2 betragen (a = Breitseitenabmessung, b = Schmalseitenabmessung); die Dimensionen der Größen lK und hK müssen dann adäquat abgewandelt werden.

Claims (7)

1. Breitbandiges Rechteckhohlleiter-E-Winkelstück, das über die Hohlleiterbreitseiten des Rechteckhohlleiters geknickt ist und einen ins Innere des Hohlleiters gerichteten, über die ganze äußere Breitseite verlaufenden Eckvorsprung an der Außenecke aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eckvor­sprung (4) das Profil eines in die Außenecke (1) eingesetzten Winkels aufweist, dessen Knickwinkel mit dem Knickwinkel des E-Winkelstückes übereinstimmt und dessen beide Schenkel (2,3) gleiche Längen (lK) und gleiche Stärken (hK) haben.
2. E-Winkelstück nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Länge (lK) der beiden Schenkel (2,3) der Gesamt­frequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband be­stimmt wird.
3. E-Winkelstück nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Stärke (hK) der beiden Schenkel (2,3) in erster Linie das Reflexionsniveau im ganzen Hohlleiterband bestimmt wird.
4. E-Winkelstück nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rechteckhohlleiter mit einem Querschnittsverhältnis von 2 : 1 zwischen der Breitseiten- und der Schmalseitenabmessung (a,b) und einem Knickwinkel von 90o die Länge (lK) der beiden Schenkel (2, 3) etwa das 0,394-fache der Breitseitenabmessung (a) und die Stärke (hK) der beiden Schenkel etwa das 0,259-fache der Schmalseitenabmessung (b) beträgt.
5. E-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den Längsachsen des Rechteckhohlleiters verlaufenden Längs­kanten nicht scharfkantig, sondern einen Eckenradius r = 0,189 . b aufweisen, wobei b die innere Schmalseitenabmes­sung des exakt rechteckförmigen Originalhohlleiters ist, wie er z.B. als Anschlußhohlleiter an den geknickten Rechteckhohllei­ter des Winkelstücks gegeben ist, und daß die tatsächlichen Querschnittsabmessungen (breitseitig a₊, schmalseitig b₊) des geknickten Rechteckhohlleiters im Winkelstück geringfügig vergrößert sind, und zwar so, daß die Grenzwellenlängen λKH10 = 2a des rechteckförmigen, eine innere Breitseitenab­messung a aufweisenden Originalhohlleiters und des Hohlleiters mit abgerundeten Ecken gleich sind gemäß 2a = 2a₊ -1,717 r²/b₊ und a/b = a₊/b₊.
6. E-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Herstellung aus einem Stück in numerisch gesteuerter Frästechnik.
7. E-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Verwendung als inte­grierter Bestandteil von Polarisationsweichen, bei denen eine bestimmte relative Lage der Rechteckhohlleiterzugänge gefordert ist.
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