IT8967994A1

IT8967994A1 - Giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari

Info

Publication number: IT8967994A1
Application number: IT1989A67994A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Carle
Original assignee: Cselt Centro Studi E Laboratoritelecomunicazioni S P A
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-05-14
Also published as: EP0428118A2; IT8967994A0; EP0428118A3; IT1238534B; DE428118T1

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"GIUNTO AD ANGOLO RETTO PER GUIDE D'ONDA RETTANGOLARI?

Riassunto

Giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari, ottenuto dall'unione a 90? di due guide d'onda rettangolari rettilinee di uguali dimensioni trasversali, che comprende due gradini posti in modo simmetrico rispetto al piano d'unione fra le due guide, con due dimensioni uguali a quelle delle guide e spessore opportuno, ed eventuali ulteriori coppie simmetriche di gradini di lunghezza uguale a circa un quarto della lunghezza d'onda in guida alla frequenza di centro banda.

Testo della descrizione

La presente invenzione si riferisce ai dispositivi per circuiti a microonde e in particolare si riferisce a un giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari.

E noto che quando si devono realizzare circuiti a microonde o banchi di misura in guida d'onda, si rendono necessari dispositivi per collegare fra loro guide d'onda rettilinee poste in differenti posizioni. In particolare sono richiesti giunti ad angolo retto collegare fra di loro guide d'onda perpendicolari.

Per questi dispositivi, come per altri impiegati in circuiti a microonde, ? importante che il coefficiente di riflessione sia minimo, perlomeno nella banda di frequenze operativa. Ci? si pu? ottenere costruendo giunti ad arco di cerchio con grande raggio di curvatura, ottenendo per? dispositivi, e di conseguenza circuiti, molto ingombranti.

Questo inconveniente ? particolarmente avvertito in certe applicazioni di circuiti a microonde per illuminatori d'antenna, installati a bordo di satelliti. Fra questi circuiti, molto utilizzate sono le reti formatrici di fascio (BFN=8eam Forming Networks), le qualisuddividono la potenza entrante alla porta d'ingresso fra molte porte d?uscita, ognuna delle quali deve fornire un segnale di potenza e fase opportune ad un particolare illuminatore. Queste reti sono costituite da un gran numero di accoppiatori direzionali, sfasatori, tratti di guida d'onda e giunti ad angolo retto, e collegano la porta d'ingresso agli illuminatori per antenne a multifascio o a fascio riconfigurabile. E' evidente che in questi casi il peso e l'ingombro dell'antenna devono essere ridotti il pi? possibile, in quanto essi sono causa di notevoli aggravi economici nelle spese per il lancio.

Il tipo di giunto ad angolo retto che risulta meno ingombrante ? quello ottenuto collegando semplicemente fra di loro due tratti rettilinei di guida d'onda rettangolare, per? il coefficiente di riflessione che si ottiene ? molto elevato. Un miglioramento pu? essere raggiunto sostituendo lo spigolo esterno con una parete a 45?, oppure, ottenendo migliori risultati, con pi? pareti opportunamente dimensionate ed inclinate. In quest'ultimo caso si possono ottenere valori del coefficiente di riflessione di circa -30 dB, dopo aver ottimizzato le caratteristiche delle suddette pareti per via sperimentale. Infatti non ? conosciuto un modello elettrico accurato di tali dispositivi a causa delle difficolt? di descrivere il campo elettromagnetico in una struttura con pareti variamente inclinate fra di loro. Quindi non ? facile procedere al loro progetto esclusivamente per via teorica, eventualmente assistita da elaboratore. E? invece necessario realizzare un prototipo, misurarne i parametri e modificarne le caratteristiche geometriche fino a raggiungere con un procedimento di approssimazioni successive un risultato soddisfacente. L'intero procedimento deve poi essere ripetuto se si desidera cambiare la larghezza di banda operativa o le dimensioni della guida d'onda.

E' ovvio che questo inconveniente rende impossibile l'analisi al calcolatore non solo del singolo giunto, ma anche dell'intera rete formatrice di fascio prima della sua pratica realizzazione, ed ? quindi causa di notevoli aggravi economici.

Inoltre, per difficolt? legate all?ottimizzazione sperimentale del giunto, questo tipo di soluzione ? praticabile solo per frequenze inferiori ai 18 GHz.

Ovvia ai suddetti inconvenienti il giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari, oggetto della presente invenzione, il quale presenta un minimo ingombro e un coefficiente di riflessione molto basso su una banda di frequenze molto ampia. E' inoltre disponibile un suo modello elettrico accurato che permette di ottenere i parametri elettrici globali del giunto, e quindi di circuiti pi? complessi in cui ne siano impiegati uno o pi?, utilizzando mezzi di calcolo automatizzati.

E' particolare oggetto della presente invenzione un giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari come descritto nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Queste ed altre caratteristiche della presente invenzione saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione di una forma preferita di realizzazione della stessa, data a titolo di esempio non limitativo, e dal disegno annesso in cui:

la Fig. 1 ? una vista in sezione longitudinale con proiezione laterale di una prima realizzazione del giunto ad angolo retto; la Fig. 2 ? una vista in sezione longitudinale di una seconda realizzazione del giunto ad angolo retto.

Il giunto ad angolo retto rappresentato in Fig. 1 ? ottenuto dall'unione a 90? di due guide d'onda rettangolari rettilinee, di uguali dimensioni trasversali a e b, dove con b ? indicata la dimensione minore.

Considerando il volume compreso fra le pareti laterali interne delle guide e i piani di sezione c-d e c-f, si individua una cavit? a sezione quadrata di lato b ed altezza a, i piani di sezione c-d e c-f coincidendo con i piani che contengono le pareti di larghezza maggiore delle guide. Mantenendo la forma quadrata della cavit?, il lato b viene ridotto a bl introducendo in modo simmetrico due gradini di spessore S1, per cui S1=b-b1, e di dimensioni pari ad a e b. Con un opportuna scelta dello spessore SI, e quindi delle dimensioni della cavit?, il coefficiente di riflessione del giunto pu? essere minimizzato su una certa banda di frequenze.

Una seconda realizzazione del giunto, che permette di ottenere bassi valori del coefficiente di riflessione su una banda pi? larga, ? rappresentato in Fig. 2.

In questo giunto sono stati introdotti altri due gradini di spessore S2, minore di S1, e di dimensioni pari ad a ed m, dove m in prima approssimazione ? uguale a un quarto della lunghezza d'onda in guida alla frequenza di centro banda.

Vediamo ora come possono essere dimensionate le quote dei gradini per ottenere il minimo del coefficiente di riflessione. Analizzando con il metodo ben noto del "mode matching" il giunto ad angolo retto con i due gradini, si osserva che questa struttura presenta una frequenza di risonanza alla quale il coefficiente di riflessione ? minimo. Poich? questa frequenza di risonanza dipende dallo spessore S1 dei gradini, essa pu? essere fatta coincidere con la frequenza di centro banda mediante un opportuno valore di S1, ottenendo cosi il minimo del coefficiente di riflessione alle frequenze desiderate.

Introducendo ulteriori gradini in modo simmetrico, come nel secondo esempio di realizzazione, si possono ottenere valori bassi del coefficiente di riflessione su bande pi? estese, in quanto essi si comportano come adattatori di impedenza a un quarto di lunghezza d'onda, il cui progetto ? gi? noto.

E' anche possibile aggiungere ulteriori coppie simmetriche di gradini di spessore inferiore a S2, ampliando la banda operativa del giunto.

E' evidente che quanto descritto ? stato dato a titolo di esempio non limitativo. Varianti e modifiche sono possibili senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle rivendicazioni.

Claims

Rivendicazioni 1. Giunto ad angolo retto per guide d'onda rettangolari, ottenuto dall'unione a 90? di due guide d'onda rettangolari rettilinee, di uguali dimensioni trasversali (a, b; a>b), caratterizzato dal fatto che comprende due gradini posti in modo simmetrico rispetto al piano d'unione fra le due guide.
2. Giunto come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti gradini hanno una prima e una seconda dimensione uguali a quelle trasversali (a, b) di dette guide e un primo spessore {SI> tale da rendere minimo il coefficiente di riflessione del giunto nella banda di frequenze operativa.
3. Giunto come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una o pi? coppie simmetriche di gradini, con spessore (S2) decrescente rispetto al primo spessore (S1) e lunghezza (m) uguale a circa un quarto della lunghezza d'onda in guida alla frequenza di centro banda.