EP1223636A1 - Overmoded hollow waveguide transition and its manufacturing method - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a waveguide fitting with a at least hollow cone-like inner contour and in axial planes lying diaphragms, for connecting a waveguide, the Cross-section dimensioned for operation in fundamental mode is, with a waveguide, the cross section for the Operation dimensioned in a higher order wave mode is.
- overmoded waveguides are increasingly gaining in importance because they - especially for very high frequencies - lower damping than "classic” waveguides, that is, those that are operated in the basic mode, to have.
- overmodified waveguides are often used another than that for fundamental waveguides largely usual, circular or rectangular cross-section, namely in particular with an approximately elliptical Cross-section.
- Waveguides operated in basic mode e.g. rectangular cross-section
- Waveguides are waveguide fittings of the type mentioned Genus required and known, including the inner contour the required bezels using also known calculation methods (see S. Hein: “Gauge Techniques in Time and Frequency Domain "TLM, Computer Physics Comm. 136 (2001), pages 77 to 89) iteratively partly arithmetically partly empirically.
- waveguide fittings either as an investment casting with cast or soldered Panels or as a galvanoplastic part with galvanized Panels and galvanized flanges made, because other manufacturing processes, especially by machining Machining, because of in relation to the cross section large overall length and / or because of the calculated length-dependent, often following a cosine function Course of the inner contour impossible or are at least completely uneconomical.
- the invention has for its object a more cost-effective Waveguide armature of the type specified in the introduction and a method of making them to deliver.
- This task is in a waveguide fitting with the The preamble of claim 1 features specified according to the invention solved in that the surface lines of the inner contour are straight lines through the two cross-sectional areas of the end face the valve run or at most touch the contour of these two cross-sectional areas.
- the inner contour can have at least two without Cross-sectional jump axially adjoining hollow truncated cone-like Sections correspond to their surface lines in each case satisfy the condition that they are straight lines through the two cross-sectional areas of the end face the fitting or at most the contour touch these two cross-sectional areas (claim 2).
- the screens can advantageously be made in one piece with the Be a fitting (claim 3), but of course also - as before - later on milled, axially running Slots inserted from the outside into the valve and with it soldered or otherwise connected in an electrically conductive manner become.
- NC wire EDM machines suitable for performing this process are known per se, but could from the reasons given above for producing the generic, special waveguide fittings are not used become.
- the blank is preferably length-dependent Provide internal dimensioned, stepped bore, to increase the amount of material to be removed by spark erosion reduce (claim 5).
- wire EDM creates undercuts cross-sections, it may be necessary be electrical, created by wire EDM disruptive parts of panels then machined or by spark erosion using a stamp-like eroding tool to remove (claim 7).
- the overall length should always be sought the tap as short as possible what through iterative use of one of the known calculation methods to determine the inner contour of the Fitting based on their connection cross-sections, the operating frequency and the wave modes involved.
- the data set obtained in this way for the geometry of the inner contour forms the input data for the NC wire EDM machine, which finished the blank. It has shown, that in this way the total length of a fitting after the Invention compared to a valve of the previously known Kind of considerable, depending on the application, for example can be reduced to around half.
- the inner contour of the valve is made up of three axially without subsequent geometric sections A1, A2, A3 together, each of which is approximately a truncated cone equivalent.
- the contours are also determined by calculation of sections A1 to A3, with the proviso that the in the end face cross sections lying on the plane of the respective connecting flanges sections A1 and A3 equal to that respective (inner) cross section of the waveguide to be connected must be and above all that the generatrices this at least approximately corresponds to hollow truncated cones Sections A1 to A3 each have their own condition have to suffice that they are straight lines that for everyone Section of the condition suffice that they pass through the two Frontal cross sections of the valve run and at most the contour, i.e. the edges of these two cross-sectional areas touch.
- This is exemplary in the Figure 1d through line 11 for section A1, through the Line 21 for section A2 and through line 31 for section A3 illustrates.
- a blank was e.g. turned off and with a hole or recess corresponding to the smallest internal dimension the fitting, this is the width of the narrow side the rectangular cross-section in the left face, see. Fig. 1c.
- Starting from the right end face can further material e.g. through a larger blind hole Diameter to be removed by wire erosion to reduce the amount of material to be removed.
- this processing step can already be the axial length of the subsequently produced by eroding, remaining Apertures can be limited to the nominal size. Then it comes Workpiece in the eroding machine.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hohlleiterarmatur mit einer zumindest hohlkegelähnlichen Innenkontur und in Axialebenen liegenden Blenden, zum Verbinden eines Hohlleiters, dessen Querschnitt für den Betrieb im Grundwellenmodus dimensioniert ist, mit einem Hohlleiter, dessen Querschnitt für den Betrieb in einem Wellenmodus höherer Ordnung dimensioniert ist.The invention relates to a waveguide fitting with a at least hollow cone-like inner contour and in axial planes lying diaphragms, for connecting a waveguide, the Cross-section dimensioned for operation in fundamental mode is, with a waveguide, the cross section for the Operation dimensioned in a higher order wave mode is.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Herstellen ein einer derartigen Hohlleiterarmatur.The invention further relates to a method for Manufacture such a waveguide fitting.
Hohlleiter, die für den Betrieb in einem Wellenmodus höherer Ordnung ausgelegt sind und in Anlehnung an die im englischen übliche Bezeichnung "overmoded waveguides" als übermodierte Hohlleiter bezeichnet werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung, weil sie - vor allem für sehr hohe Frequenzen - eine geringere Dämpfung als "klassische" Hohlleiter, das heißt solche, die im Grundmodus betrieben werden, haben. Solche übermodierten Hohlleiter werden häufig mit einem anderen als dem für Grundwellenhohlleiter weitgehend üblichen, kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt, nämlich insbesondere mit einem näherungsweise elliptischen Querschnitt, hergestellt.Waveguide designed for operation in a higher wave mode Are designed and based on the in English Common name "overmoded waveguides" as overmoded waveguides are increasingly gaining in importance because they - especially for very high frequencies - lower damping than "classic" waveguides, that is, those that are operated in the basic mode, to have. Such overmodified waveguides are often used another than that for fundamental waveguides largely usual, circular or rectangular cross-section, namely in particular with an approximately elliptical Cross-section.
Zur Verbindung vom im Grundmodus betriebenen Hohlleitern (z.B. rechteckigen Querschnitts) mit solchen übermodierten Hohlleitern sind Hohlleiterarmaturen der eingangs genannten Gattung erforderlich und bekannt, deren Innenkontur einschließlich der erforderlichen Blenden unter Einsatz von ebenfalls bekannten Rechenverfahren (vgl. S. Hein: "Gauge Techniques in Time and Frequency Domain" TLM, Computer Physics Comm. 136 (2001), Seiten 77 bis 89) iterativ teils rechnerisch teils empirisch bestimmt wird. In der schließlich ermittelten Form werden solche Hohlleiterarmaturen entweder als Feingußteil mit gegossenen oder eingelöteten Blenden oder als Galvanoplastikteil mit eingalvanisierten Blenden und angalvanisierten Flanschen hergestellt, weil andere Herstellungsverfahren, insbesondere durch spanende Bearbeitung, wegen der im Verhältnis zum Querschnitt großen Baulänge und/oder wegen des sich rechnerisch ergebenden, häufig einer Cosinusfunktion folgenden, längenabhängigen Verlaufes der Innenkontur undurchführbar oder zumindest völlig unwirtschaftlich sind.For connecting waveguides operated in basic mode (e.g. rectangular cross-section) with such overmoded ones Waveguides are waveguide fittings of the type mentioned Genus required and known, including the inner contour the required bezels using also known calculation methods (see S. Hein: "Gauge Techniques in Time and Frequency Domain "TLM, Computer Physics Comm. 136 (2001), pages 77 to 89) iteratively partly arithmetically partly empirically. In the finally determined form are such waveguide fittings either as an investment casting with cast or soldered Panels or as a galvanoplastic part with galvanized Panels and galvanized flanges made, because other manufacturing processes, especially by machining Machining, because of in relation to the cross section large overall length and / or because of the calculated length-dependent, often following a cosine function Course of the inner contour impossible or are at least completely uneconomical.
Allerdings sind sowohl das Feingußverfahren als auch das Galvanoplastikverfahren besonders teuere Herstellungstechniken, die zudem mit einem nicht unerheblichen Ausschußrisiko verbunden sind und die zu beträchtlichen Herstelltoleranzen führen. Zur Einhaltung der geforderten elektrischen Parameter, insbesondere des Reflexionsfaktors, ist deshalb in der Regel ein nachträglicher Abgleich erforderlich.However, both the investment casting process and that Galvanoplastikverfahren particularly expensive manufacturing techniques, which also with a not inconsiderable risk of rejects are connected and to considerable manufacturing tolerances to lead. To comply with the required electrical Parameter, in particular the reflection factor therefore a subsequent adjustment is usually necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstigere Hohlleiterarmatur der einleitend angegebenen Gattung und ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object a more cost-effective Waveguide armature of the type specified in the introduction and a method of making them to deliver.
Diese Aufgabe ist bei einer Hohlleiterarmatur mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mantellinien der Innenkontur gerade Strecken sind, die durch die beiden Stirnflächenquerschnitte der Armatur verlaufen oder höchstens die Kontur dieser beiden Stirnflächenquerschnitte berühren. This task is in a waveguide fitting with the The preamble of claim 1 features specified according to the invention solved in that the surface lines of the inner contour are straight lines through the two cross-sectional areas of the end face the valve run or at most touch the contour of these two cross-sectional areas.
Diese im Verhältnis zu den bisherigen Hohlleiterarmaturen zum Verbinden eines im Grundwellenmodus betriebenen Hohlleiters mit einem übermodierten Hohlleiter vereinfachte Innenkontur läßt sich für den jeweiligen Anwendungsfall, das heißt die Querschnitte der zu verbindenden Hohlleiter und die Betriebsfrequenz, nach den bekannten Verfahren, z. B. wie in dem oben genannten Aufsatz beschrieben, rechnerisch und empirisch ermitteln.This in relation to the previous waveguide fittings for connecting a waveguide operated in fundamental mode simplified with an overmoded waveguide Inner contour can be used for the respective application, that means the cross sections of the waveguide to be connected and the operating frequency, according to the known methods, e.g. B. as described in the above-mentioned article, mathematically and determine empirically.
Insbesondere kann die Innenkontur mindestens zwei ohne Querschnittssprung axial aneinander anschließenden hohlkegelstumpfähnlichen Abschnitten entsprechen, deren Mantellinien jeweils für sich der Bedingung genügen, daß sie gerade Strecken sind, die durch die beiden Stirnflächenquerschnitte der Armatur verlaufen oder höchstens die Kontur dieser beiden Stirnflächenquerschnitte berühren (Anspruch 2).In particular, the inner contour can have at least two without Cross-sectional jump axially adjoining hollow truncated cone-like Sections correspond to their surface lines in each case satisfy the condition that they are straight lines through the two cross-sectional areas of the end face the fitting or at most the contour touch these two cross-sectional areas (claim 2).
Vorteilhaft können dabei die Blenden einstückig mit der Armatur sein (Anspruch 3), aber selbstverständlich auch - wie bisher - nachträglich über gefräste, axial verlaufende Schlitze von außen in die Armatur eingesetzt und mit dieser verlötet oder in anderer Weise elektrisch leitend verbunden werden.The screens can advantageously be made in one piece with the Be a fitting (claim 3), but of course also - as before - later on milled, axially running Slots inserted from the outside into the valve and with it soldered or otherwise connected in an electrically conductive manner become.
Die erfindungsgemäß gestaltete Innenkontur der Armatur
ermöglicht deren Herstellung nach folgendem, kostengünstigen,
zur Herstellung der bisher bekannten Hohlleiterarmaturen
mit einen vorgegebenen Krümmungsradius aufweisenden
Mantellinien der Innenkontur nicht anwendbaren Verfahren,
das die Schritte umfaßt:
Zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete NC-Drahterodiermaschinen sind an sich bekannt, konnten aber aus den weiter oben angegebenen Gründen zur Herstellung der gattungsgemäßen, speziellen Hohlleiterarmaturen nicht eingesetzt werden.NC wire EDM machines suitable for performing this process are known per se, but could from the reasons given above for producing the generic, special waveguide fittings are not used become.
Vorzugsweise wird der Rohling mit einer an sein längenabhängiges Innenmaß angepaßten, gestuften Bohrung versehen, um die durch Funkenerosion abzutragende Werkstoffmenge zu vermindern (Anspruch 5).The blank is preferably length-dependent Provide internal dimensioned, stepped bore, to increase the amount of material to be removed by spark erosion reduce (claim 5).
Abhängig von den konkret erforderlichen Stirnflächenquerschnitten und den späteren Betriebsbedingungen der Armatur wird es häufig notwendig sein, daß im vorgenannten Schritt a) die Innenkontur so errechnet wird, daß sie aus mindestens zwei axial aneinander anschließenden, zumindest hohlkegelähnlichen Segmenten besteht, deren Mantellinien jeweils für sich die Bedingung des Schrittes a) erfüllen (Anspruch 6).Depending on the specific cross-sectional areas required and the later operating conditions of the valve it will often be necessary that in the above step a) the inner contour is calculated so that it from at least two axially adjoining, at least hollow cone-like There are segments whose surface lines each for themselves fulfill the condition of step a) (Claim 6).
Weil das Drahterodieren die Erzeugung von Hinterscheidungen aufweisenden Querschnitten nicht zuläßt, kann es notwendig sein, durch das Drahterodieren entstandene, jedoch elektrisch störende Teile von Blenden anschließend spanend oder durch Funkenerosion mittels eines stempelartigen Erodierwerkzeuges zu entfernen (Anspruch 7).Because wire EDM creates undercuts cross-sections, it may be necessary be electrical, created by wire EDM disruptive parts of panels then machined or by spark erosion using a stamp-like eroding tool to remove (claim 7).
Alternativ können die elektrisch benötigten Blenden in einem weiteren Fertigungsschritt über zuvor gefräste Axialschlitze in die Armatur eingesetzt und, wie üblich, nach dem Abgleich mit der Armatur verlötet oder in anderer Weise elektrisch verbunden werden (Anspruch 8).Alternatively, the electrically required covers in a further manufacturing step using previously milled axial slots inserted into the valve and, as usual, after the comparison with the valve soldered or in any other way are electrically connected (claim 8).
Selbstverständlich ist grundsätzlich anzustreben, die Gesamtlänge der Armatur so kurz wie möglich zu halten, was durch iterative Benutzung eines der bekannten Rechenverfahren zur Bestimmung der erfindungsgemäßen Innenkontur der Armatur ausgehend von deren Anschlußquerschnitten, der Betriebsfrequenz und den beteiligten Wellenmoden, gelingt. Der so gewonnene Datensatz für die Geometrie der Innenkontur bildet die Eingangsdaten für die NC-Drahterodiermaschine, die den Rohling fertigbearbeitet. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise die Gesamtlänge einer Armatur nach der Erfindung im Vergleich zu einer Armatur der bisher bekannten Art beträchtlich, je nach Anwendungsfall zum Beispiel auf rund die Hälfte, verringert werden kann.Of course, the overall length should always be sought the tap as short as possible what through iterative use of one of the known calculation methods to determine the inner contour of the Fitting based on their connection cross-sections, the operating frequency and the wave modes involved. The data set obtained in this way for the geometry of the inner contour forms the input data for the NC wire EDM machine, which finished the blank. It has shown, that in this way the total length of a fitting after the Invention compared to a valve of the previously known Kind of considerable, depending on the application, for example can be reduced to around half.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Hohlleiterarmatur nach der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
- Fig. 1a
- einen Längsschnitt
- Fig. 1b
- die zugehörige Stirnansicht von rechts
- Fig. 1c
- die zugehörige Stirnansicht von links
- Fig. 1d
- einen im Verhältnis zu Fig. 1a um 90° um die Längsachse gedrehten Längsschnitt und
- Fig. 2
- die Armatur in der Schnittdarstellung der Figur 1d während des Drahterodierens.
- Fig. 1a
- a longitudinal section
- Fig. 1b
- the associated front view from the right
- Fig. 1c
- the associated front view from the left
- Fig. 1d
- a in relation to Fig. 1a rotated by 90 ° about the longitudinal axis and
- Fig. 2
- the armature in the sectional view of Figure 1d during wire EDM.
Die in den Figuren 1a bis 1d etwa im Maßstab 1:1 dargestellte Hohlleiterarmatur ist beispielhaft für einen Frequenzbereich von 21,2 bis 23,6 GHz ausgelegt und dient zum Verbinden eines im Grundwellenmodus betriebenen, an den in Figur 1a linksseitigen Flansch anzuschließenden Hohlleiters mit rechteckigem Querschnitt mit einem übermodierten, z.B. in den Moden eH11 oder oH11 betriebenen, an den in Fig. 1a rechtsseitigen Flansch anzuschließenden Hohlleiters mit näherungsweise elliptischem Querschnitt. Die Ausbildung der beiden Anschlußflansche mit den angedeuteten Gewindelöchern ist nicht Gegenstand der Erfindung und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.The waveguide armature shown in FIGS. 1a to 1d, for example, on a scale of 1: 1, is designed for a frequency range from 21.2 to 23.6 GHz and is used to connect a waveguide with a rectangular waveguide that is to be connected to the flange on the left in FIG Cross-section with an overmodified, for example in the modes eH 11 or oH 11 operated, waveguide to be connected to the flange on the right in FIG. 1a with an approximately elliptical cross-section. The formation of the two connecting flanges with the indicated threaded holes is not the subject of the invention and therefore requires no further explanation.
Die Innenkontur der Armatur setzt sich aus drei axial aneinander
ohne geometrischen Stoß anschließenden Abschnitten
A1, A2, A3 zusammen, von denen jeder etwa einem Hohlkegelstumpf
entspricht. In den Innenraum der Armatur ragen zwei
mit der Armatur einstückige, in einer die gestrichelte Mittelachse
enthaltenden Axialebene liegende Blenden 4, 5,
deren axiale Länge und deren lichter Abstand b auf den
Anwendungsfall bezogen rechnerisch oder experimentell bestimmt
sind. Ebenfalls rechnerisch bestimmt sind die Konturen
der Abschnitte A1 bis A3, mit der Maßgabe, daß die in
der Ebene der jeweiligen Anschlußflansche liegenden Stirnflächenquerschnitte
der Abschnitte A1 und A3 gleich dem
jeweiligen (Innen-) Querschnitt der anzuschließenden Hohlleiter
sein müssen und vor allem, daß die Mantellinien
dieser zumindest näherungsweise Hohlkegelstümpfen entsprechenden
Abschnitte A1 bis A3 jeweils für sich der Bedingung
genügen müssen, daß sie gerade Strecken sind, die für jeden
Abschnitt der Bedingung genügen, daß sie durch die beiden
Stirnflächenquerschnitte der Armatur verlaufen und höchstens
die Kontur, d.h. die Ränder, dieser beiden Stirnflächenquerschnitte
berühren. Dies ist beispielhaft in der
Figur 1d durch die Linie 11 für den Abschnitt A1, durch die
Linie 21 für den Abschnitt A2 und durch die Linie 31 für
den Abschnitt A3 veranschaulicht. Für die Blenden 4, 5
gilt, daß deren freie Längsränder die genannte Bedingung
ohnehin einhalten, weil sie zumindest in der Regel ohnehin
parallel zur Mittelachse der Armatur sind.The inner contour of the valve is made up of three axially
without subsequent geometric sections
A1, A2, A3 together, each of which is approximately a truncated cone
equivalent. Two protrude into the interior of the fitting
one-piece with the fitting, the dashed central axis in one
containing
Die Einhaltung dieser Bedingung ermöglicht die Herstellung der gesamten Innenkontur der Armatur über die Abschnitte A1, A2 und A3 durch Funkenerosion mittels einer Drahtelektrode. Dies ist schematisch vereinfacht für eine praktisch fertigerodierte Armatur in Figur 2 dargestellt.Compliance with this condition enables production the entire inner contour of the valve over the sections A1, A2 and A3 by spark erosion using a wire electrode. This is simplified schematically for a practical fully eroded fitting shown in Figure 2.
Zuvor wurde ein Rohling z.B. abgedreht und mit einer Bohrung oder Ausnehmung entsprechend dem kleinsten Innenmaß der Armatur versehen, das ist hier die Breite der Schmalseite des Rechteckquerschnittes in der linken Stirnfläche, vgl. Fig. 1c. Ausgehend von der rechten Stirnfläche kann weiteres Material z.B. durch eine Sackbohrung größeren Durchmessers entfernt werden, um die durch Drahterosion abzutragende Werkstoffmenge zu vermindern. In diesem Bearbeitungsschritt kann auch schon die axiale Länge der anschließend durch Erodieren erzeugten, stehenbleibenden Blenden auf das Sollmaß beschränkt werden. Dann kommt das Werkstück in die Erodiermaschine.Previously, a blank was e.g. turned off and with a hole or recess corresponding to the smallest internal dimension the fitting, this is the width of the narrow side the rectangular cross-section in the left face, see. Fig. 1c. Starting from the right end face can further material e.g. through a larger blind hole Diameter to be removed by wire erosion to reduce the amount of material to be removed. In this processing step can already be the axial length of the subsequently produced by eroding, remaining Apertures can be limited to the nominal size. Then it comes Workpiece in the eroding machine.
Das Werkstück befindet sich, wie üblich, in einem Ölbad.
Zur Bearbeitung z.B. des Abschittes A2 verläuft eine Drahtelektrode
40 von der angedeuteten, oberen Düse 41 einer
nicht dargestellten NC-Funkenerosionsmaschine durch die
Armatur längs der der Linie 21 in Figur 1d entsprechenden
Mantellinie dieses Abschnittes A3 zu der unteren Düse 42
und bewegt sich dabei, wie üblich, entsprechend dem angedeuteten
Pfeil 43. Wenn die axiale Länge der Blende nicht
schon durch die oben erwähnte Bearbeitung des Rohlings auf
das Sollmaß gebracht worden ist, ist zuvor durch Erodieren
die Blende 5' zunächst mit einer sich über die gesamte
Länge bzw. Höhe der Armatur erstreckenden axialen Länge
erzeugt worden, von der der obere Teil während des Erodierens
der kegelstumpfähnlichen Innenkontur des Abschnitts A2
zwangsläufig mitabgetragen wurde. Um die Blende 5' auf auf
ihr Sollmaß in axialer Richtung zu bringen, vgl. Figuren 1a
und 1d, werden in diesem Fall die noch überschüssigen, bzw.
störenden Teile 5a und 5b in einem nachfolgenden Fertigungsschritt
spanend oder durch Senkerodieren entfernt.As usual, the workpiece is in an oil bath.
For processing e.g. Section A2 has a
Claims (8)
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