EP0418630B1

EP0418630B1 - Rechteckhohlleiter-E-Winkelstück

Info

Publication number: EP0418630B1
Application number: EP90116912A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Dr. Ing. Schuegraf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-09-03
Also published as: ATE117130T1; EP0418630A2; DE59008236D1; EP0418630A3

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 90°-E-Winkelstücke sind deshalb mit einer 45°-Abschrägung 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.
Weiters ist aus der Druckschrift EP-A-0319629 ein E-Winkelstück bekannt wobei der Eckvorsprung aus Stufen besteht.
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 90°-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 l_K und gleiche Stärken h_K 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 l_K den Gesamtfrequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband, während die Schenkelstärke h_K in erster Linie den Reflexionspegel im ganzen Hohlleiterband beeinflußt. In Bezug auf ein ganzes Hohlleiterband (1,25 . f_KH10 < f < 1,9 . f_KH10) sind für den häufigsten Rechteckhohlleiterquerschnitt a = 2b (a = Breitseitenabmessung, b = Schmalseitenabmessung) die Größen l_K /a = 0,394 und h_K /b = 0,259 optimal. In Teilbändern ist mit geringfügig abgewandelten Kompensationsgrößen der Schenkelabmessungen l_K und h_K 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 f_KH10 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 λ_KH10 = 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 90° beschränkt, sondern auch bei nicht 90° 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 l_K und h_K müssen dann adäquat abgewandelt werden.

Claims

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 (l_K) und gleiche Stärken (h_K) haben.
E-Winkelstück nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Länge (l_K) der beiden Schenkel (2,3) der Gesamtfrequenzgang der Reflexion über ein ganzes Hohlleiterband bestimmt wird.
E-Winkelstück nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bemessung der Stärke (h_K) der beiden Schenkel (2,3) in erster Linie das Reflexionsniveau im ganzen Hohlleiterband bestimmt wird.
E-Winkelstück nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnetw, daß bei einem Rechteckhohlleiter mit einem Querschnittsverhältnis von 2 : 1 zwischen der Breitseiten- und der Schmalseitenabmessung (a,b) und einem Knickwinkel von 90° die Länge (l_K) der beiden Schenkel (2, 3) etwa das 0,394-fache der Breitseitenabmessung (a) und die Stärke (h_K) der beiden Schenkel etwa das 0,259-fache der Schmalseitenabmessung (b) beträgt.
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 λ_KH10 = 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₊.
E-Winkelstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Herstellung aus einem Stück in numerisch gesteuerter Frästechnik.
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.