HU177317B - Curved wave guide for transfering microwave signals - Google Patents

Description

Hajlító csőtápvonal mikrohullámú jelek átvitelére

A találmány tárgya hajlítható csötápvonal mikrohullámú jelek átvitelére. A mikrohullámú jelek átvitelére szolgáló csőtápvonalakkal szemben az alkalmazási területüktől függően számos követelményt támasztanak. Egyik követelmény az átviendő mikrohullámú frekvencián lehető kis csillapítás elérése. A mikrohullámú információk átvitele azonban általában nem egy frekvencián, hanem egy szélesebb frekvencia tartományban történik. Ilyen esetekben egy további követelmény a kis csillapítás mellett a lehető nagy sávszélesség elérése. A mikrohullámú tápfonalaknál a sávszélességet gyakorlatilag a fellépő zavaró modusok frekvenciatávolsága határozza meg. Ezekre a célokra már régóta használnak négyzetes, téglalap, körkeresztmetszetű és az utóbbi időben ellipszis keresztmetszetű tápvonalakat. Az utóbbi időkben merült fel annak a követelménye, hogy a hosszabb csőiápvonalakat egyetlen darabból lehessen előállítani, azt kábel módjára kábeldobra föl lehessen tekerni. Ez utóbbi követelményeket elsősorban az ellipszis keresztmetszetű tápvonalakkal lehetett jól kielégíteni.

Hajlítható, kábeldobra tekerhető hullámvezetéket eddig is készítettek, tekintettel az ilyen megoldások előnyeire, amelyek különöse® akkor jelentkeznek, ha a sugárzó és a berendezés között hosszú tápvonalat kell kiépíteni. A hosszú tápvonal rövid hullámvezető szakaszok csatlakoztatásával való felépítése a viszonylag sok kötési, illetve csatlakoztatási hely miatt számos hátránnyal rendelkezett. Ezek közül a lényegesebbek: a csatlakozási helyek járulékos reflexiókat és így az egész tápvonal echo zajának megnövekedését eredményezik, továbbá potenciális, elektromos és mechanikus hibaforrásokat jelentenek. Ezeknek a fogyatékosságoknak a kiküszöbölése mellett a hajlítható, dobra feltekerhető tápvonal a helyszíni telepítések, szerelések szempontjából is előnyös, mert ezeket a munkákat rugalmasabban az egyes telepítési helyszínek adottságához igazodóan lehet lebonyolítani.

A hajlítható tápvonalak keresztmetszetét rendszerint úgy választják meg, hogy az a hullámvezető hossza mentén állandó és ugyanakkor valamilyen átmenetet képez a négyszögletes és körkeresztmetszet között. Ennek jelentősége abban áll, hogy viszonylagos optimumot lehet elérni a négyszögletes tápvonal jó sávszélesség tulajdonságának és a körkeresztmetszetű tápvonal kis csillapítású tulajdonságának ötvözése révén, amely elektromos tulajdonságokat illetően az előző kettő közötti kompromisszumot jelent. Geometriailag pedig azt jelenti, hogy a tápvonal keresztmetszete sem nem négyszögletes, sem nem kör, hanem a kettő között valamilyen egyéb geometriai alakzat. Előszeretettel alkalmazták például az ellipszis, vagy az ellipszisszerű ovális — például Cassini ovális - keresztmetszeteket. Ennek oka kettős. Egyfelől az ellipszis körű alkalmas kontúrgörbe megválasztása révén el lehet érni, hogy a keresztmetszet mindkét főtengelyére, de másodrendű nyomaték nagyjából egyenlő legyen és így hullám vezető mindkét síkban kielégítő hajlítású tulajdonságokkal rendelkezzenek. Másrészt viszont ilyen hullámvezető gyártásánál előnyösen fel lehet használni azt a matematikai tényt, hogy az ellipszis származtatható a körnek egy meghatározott irányban történő egyenletes kompressziója révén, ami kőris a kompressziós együttható éppen az ellipszis hőtengelyeinek arányával egyezik meg. Ennek alapján több gyártási eljárás lényege az volt, hogy az első lépcsőben körkeresztmetszetűre kialakított vezetők egy alkalmas módon megválasztott szerszám segítségével ellipszis keresztmetszetűre alakítottak; a szerszám belépési keresztmetszete köralakú, kilépési keresztmetszete ellipszis alakú volt és közben folytonosan változó keresztmetszetű átmenetet alkotott. Az ilyen gyártási eljárás hátránya, hogy az adott kilépési keresztmetszethez tartozó belépési keresztmetszet méretét rendszerint nem lehet első lépcsőben pontosan megadni, csak kísérlet után.

A találmány elé célul tűztük ki olyan tápvonal kialakítását, amely az eddig ismertekkel szemben kisebb hosszegységenkénti csillapítással rendelkezik, sávszélessége lehető nagy, jól hajlítható a belső keresztmetszetének deformálódása nélkül és viszonylag egyszerűen gyártható.

A kitűzött feladatot a találmány szerinti tápvonallal értük el, amelynek lényege, hogy belső keresztmetszetének kontúrgörbéje egy olyan hiperellipszis, amelyet az

egyenlet határoz meg, ahol x és y a hiperellipszis pontjainak derékszögű koordinátái, a az x irányú tengely hosszúságának a fele.

b az y irányú tengely hosszúságának a fele, az y irányú tengely hosszúsága kisebb, mint az x irányú tengely hosszúsága, továbbá az m és n kitevők értéke nagyobb, mint 2, de kisebb, mint 22.

A találmány szerinti hajlítható csőtápvonal egy előnyös változata szerint a belső keresztmetszetének kontúrgörbéje egy olyan hiperellipszis, amelyet az x^m+y^m !

a^m ~ egyenlet határoz meg, ahol x és y a hiperellipszis pontjainak derékszögű koordinátái, a a hiperellipszis tengelyei hosszúságának a fele és az m kitevő értéke nagyobb, mint 2, de kisebb mint 22. Annak érdekében, hogy a találmány szerinti kábel gyártásához szükséges sajtoló szerszámok viszonylag egyszerűen. de mégis nagy pontossággal lehessen előállítani, lehetséges a kábel belső keresztmetszetének kontúrgörbéjét körívekkel közelíteni. A körívekkel közelített kontúrgörbe eltérése a hiperellipszistől kisebb mint a hosszabb a féltengely 10 ’-szorosa.

Annak érdekében, hogy a fentiekben körülírt találmány szerinti tápvonal jó hajlítási tulajdonságokkal rendelkezzen. egy előnyös kiviteli alak szerint keresztmetszetének külső kontúrgörbéje, olyan hiperellipszis. amelynek tengelyei hosszabbak, mint a belső kontúrgörbe megfelelő tengelyei, és kitevői pedig nagyobbak, mint a belső kontúrgörbe megfelelő kitevői.

A találmány szerinti tápvonalat az alábbiakban a mellékelt rajzokon is bemutatott kiviteli példák kapcsán ismertetjük részletesen, ahol az

1. ábra a találmány szerinti csőtápvonal keresztmetszetének egy lehetséges kiviteli alakja, a

2. ábrán egy találmány szerinti teljes szimmetrikus csőtápvonal keresztmetszete látható, a

3. ábra egy körívekkel közelített kontúrgörbéjű találmány szerinti csőtápvonal keresztmetszete, a

4. és 5. ábrák a körívekkel közelített kontúrgörbének az eltérés e értelmezését mutatják, és a

6. ábra a találmány szerinti csőtápvonal külső kontúrgörbéjének egy lehetséges alakját mutatja.

Az 1. ábrán a találmány szerinti csőtápvonal egy lehetséges kiviteli alakjának keresztmetszete látható, amelynek belső 1 kontúrgörbéje és külső 2 kontúrgörbéje van. Ennél a kiviteli alaknál a belső 1 kontúrgörbét egy olyan hiperellipszis alkotja, amelyet az

egyenlet határoz meg, amely egyenletben az x és y a hiperellipszis pontjainak derékszögű koordinátái, a az x irányú féltengely hosszúsága és b az y irányú féltengely hosszúsága.

Ennél a kiviteli alaknál a hiperellipszis tengelyei eltérő hosszúságúak, nevezetesen az a féltengely hosszabb, mint a b féltengely. A fenti egyenletben szereplő m és n kitevők értéke nagyobb, mint 2, de kisebb, mint 22.

Annak érdekében, hogy a fent ismertetett paraméterekkel rendelkező hiperellipszis alakú belső 1 kontúrgörbével rendelkező tápvonal úgy legyen hajlítható, hogy a belső keresztmetszet alakja, vagyis az 1 kontúrgörbe alakja a hajlítás következtében ne, vagy csak lehető kis mértékben torzuljon el, a tápvonal keresztmetszetének külső 2 kontúrgörbéjét is a fenti egyenlettel meghatározott hiperellipszis alkotja, azonban a és b féltengelyei a tápvonalnak az x és y tengelyek helyén mért falvastagságával hosszabbak, valamint az m és n kitevők nagyobbak, mint a belső 1 kontúrgörbéhez tartozó m és n kitevők. Ennek eredményeként a tápvonal keresztmetszetének sarkaiban a falvastagság nagyobb lesz, mint az egyéb helyeken és a tápvonal hajlítható anélkül, hogy az átviteli paramétereket meghatározó belső 1 kontúrgörbe a hajlítások során számottevően eltorzulna.

A 6. ábrán láthatóan a tápvonal keresztmetszetének külső 2 kontúrgörbéjét alkothatja egy olyan görbe is, amelyet az

X⁴ Y⁴ X^{1 2} Y² x'Ta’+b² összefüggés határoz meg, ahol az X és Y a görbe derékszögű koordinátái,

A az X tengely irányába eső féltengely hossza, és

B az Y tengely irányába eső féltengely hossza.

Ennek a keresztmetszetnek a másodrendű nyomatéka előnyös a hajlítás szempontjából.

A 2. ábrán a találmány szerinti csőtápvonal egy másik lehetséges kiviteli alakjának a keresztmetszete látható, amelynek az egymásra merőleges tengelyei azonos hosszúságúak, vagyis a fenti egyenlet szerinti a és b féltengelyek azonos hosszúságúak. Ily módon az ábrán mind az x, mirta az y irányú féltengelyt a-val jelöltük. Az egyenletben szereplő m és n kitevők is egyenlők egymással. Ennek megfelelően a fenti egyenlet az alábbi alakra egyszerűsíthető:

x^m+y^m_ a™

Ennél a kiviteli alaknál is érvényes a fenti megkötés, amely szerint az m kitevő értéke nagyobb, mint 2, de kisebb, mint 22. A 2. ábrán látható kiviteli alaknál a tápvonal keresztmetszetének külső 2 kontúrgörbéjét szintén egy olyan hiperellipszis írja le, amelynek az m kitevője nagyobb, mint a belső 1 kontúrgörbe kitevője, és ily módon a sarkokban a tápvonal falvastagsága nagyobb, mint az egyéb helyeken.

A találmány szerinti tápvonalat célszerűen alumíniumból készítjük sajtolással.

A tápvonal belső 1 és külső 2 kontúrgörbéjét a sajtolószerszám profilja biztosítja. A sajtolószerszám gyártási technológiája egyszerűsítése érdekében a találmány szerinti tápvonal belső 1 kontúrgörbéjét előállító szerszámprofil a 3. ábrán látható módon 3 körívekkel van közelítve. Ennek következtében a tápvonal belső 1 kontúrgörbéje is egy lényegében rövid 3 körívekkel közelített hiperellipszis. A közelítés pontosságát a 4. és 5. ábrán erősen felnagyítva láthatóan a c eltéréssel értelmezzük. A 4. ábrán a tápvonal keresztmetszetének belső 1 kontúrgörbéjének a burkológörbéje a hiperellipszis és ebben az esetben a c eltérés nagysága az ideális hiperellipszistől a görbületi sugár irányában a 3 körívek metszéspontjaiig vett távolság.

A 4. ábrán látható megengedett c eltérés nagysága függ a megengedett csillapítás nagyságától, illetve a sávszélesség és a megengedett csillapítás viszonyától. Gyakorlatilag célszerű a c eltérés értékét a hosszabb a féltengely 10 ³szorosa alatt tartani.

Az 5. ábrán a megengedett d eltérés értelmezése látható, ahol az 1 kontúrgörbe a hiperellipszist kívülről is és belülről is közelíti.

Claims (6)

1. Hajlítható csőtápvonal mikrohullámú jelek átvitelére, azzal jellemezve, hogy belső keresztmetszetének kontúrgörbéje (1) egy olyan hiperellipszis, amelyet az egyenlet határoz meg, ahol x és y a hiperellipszis pontjainak derékszögű koordinátái, a az x irányú féltengely hosszúsága, b az y irányú féltengely hosszúsága,

5 az y irányú féltengely (b) hosszúsága kisebb, mint az x irányú féltengely (a) hosszúsága, továbbá az m és n kitevők értéke nagyobb, mint 2, de kisebb, mint 22.

2. Hajlítható csőtápvonal mikrohullámú jelek átvitelére, azzal jellemezve, hogy belső keresztmetszetének kontúr-

10 görbéje (1) egy olyan hiperellipszis, amelyet az x^rn+y^m .

15 egyenlet határoz meg, ahol x és y a hiperellipszis pontjainak derékszögű koordinátái, a hiperellipszis féltengelyei hosszúsága és az m kitevő értéke nagyobb, mint 2, de kisebb mint 22. 20

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti csőtápvonal kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy belső keresztmetszetének kontúrgörbéje (1) körívekkel (3) van közelítve.

4. A 3. igénypont szerinti csőtápvonal kiviteli alakja, az25 zal jellemezve, hogy a körívekkel (3) közelített kontúrgörbe (1) eltérése a hiperellipszistől kisebb, mint a hosszabb féltengely (b) 10 •''-szorosa.

5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti csőtápvonal kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy keresztmetszeté-

30 nek külső kontúrgörbéje (2) olyan hiperellipszis, amely nek tengelyei hosszabbak, mint a belső kontúrgörbe (1) megfelelő tengelyei, és kitevői pedig nagyobbak, mint a belső kontúrgörbe megfelelő kitevői.

6. Az 1 4. igénypontok bármelyike szerinti csötápvo35 nal kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy keresztmetszetének külső kontúrgörbéjét (2) az

2£⁴ ₊r₌2í’₊r

A⁴ Β⁴ A B összefüggés határozza meg. ahol az X és Y a görbe derékszögű koordinátái, A az X tengely irányába eső féltengely hossza, B az Y tengely irányába eső fél tengely hossza.