Pierwszenstwo: Opublikowano; 07.XII.1963(P103 187) 18.1.1963 Niemiecka Republika Federalna 20.VIII.1965 49771 KI. 21 a4, 74 MKP HOlp UKD fo BIBLIOTEKA Urzedu Patentowego I .Itl Itfowij I Wspóltwórcy wynalazku: dr Roland Liebscher, Erich Mayerhofer, dr Werner VeitJh Wlasciciel patentu: Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Monachium '(Niemiecka Republika Federalna) Sprzegacz falowodowy do przenoszenia drgan elektromagnetycz¬ nych bardzo wielkiej czestotliwosci w szczególnosci do lamp mikrofalowych duzej mocy Wynalazek dotyczy sprzegacza falowodowego do przenoszenia drgan elektromagnetycznych bardzo wielkiej czestotliwosci, przeznaczonego do lamp mikrofalowych duzych mocy, z dwoma falowoda¬ mi polaczonymi ze soba co najmniej jedna szczeli¬ na sprzegajaca, zamknieta gazoszczelnym oknem z dielektryka, przez które energia drgan elektro¬ magnetycznych przechodzi z jednego falowodu do drugiego.W lampach o fali biezacej duzej mocy, do wpro¬ wadzania i odprowadzania energii wielkiej czesto¬ tliwosci, stosuje sie zwykle falowody, które posia¬ daja prostokatny przekrój poprzeczny. Aby uniknac trudnosci zwiazanych z polaczeniami, falowody przylaczone sa bezposrednio do liinii opózniajacej.Falowody naleza wiec czesciowo do gazoszczelnej obudowy lampy i dlatego musza byc zamkniete gazoszczelnymi oknami przepuszczalnymi dla wy¬ sokiej czestotliwosci, wykonanymi z dielektryka.Chodzi przy tym o to, aby straty w oknie z dielek¬ tryka, które sa nie do unikniecia, pozostawaly ma¬ le w mozliwie duzym zakresie czestotliwosci. Moz¬ na to osiagnac wtedy, gdy w zadanym zakresie przenoszenia, nie wystepuja w oknie zadne wieksze wzrosty pola wywolane, rezonansami.W znanych dotychczas sprzegaczach falowodo¬ wych przenoszacych drgania bardzo wielkiej cze¬ stotliwosci posiadajacych dwa falowody oddzielone od siebie oknem z dielektryka, okno to znajduje sie zawsze glównie w obszarze silnych pól elek- 20 25 trycznych, pochodzacych od przenoszonych drgan bardzo wielkiej czestotliwosci. Jezeli przy tym czynna powierzchnia okna jest równolegla do wek¬ tora pola elektrycznego, to przenoszenie duzych mocy jest 'bardzo trudne z powodu duzych strat wystepujacych w oknie. Poza tym powstaje nie¬ bezpieczenstwo przebicia wzdluz powierzchni okna.Aby usunac niebezpieczenstwo przebicia przy gazoszczelnym oknie z dielektryka, które umiesz¬ czone jest w prostokatnym falowodzie, w scianie rozdzielajacej, prostopadlej do wzdluznej osi falo¬ wodu, otwór okna dzieli sie, w znany sposób na dwie szczeliny tak, ze miedzy dwoma szczelinami powstaje metaliczna sciezka, która przebiega wzdluz obszaru najwiekszego natezenia pola elek¬ trycznego istniejacej w falowodzie fali H10. Poza tym to znane urzadzenie stanowi jednoczesnie tak zwane okno rezonansowe, które ogranicza znacznie szerokosc przenoszonego pasma.Znany jest poza tym sprzegacz falowodowy prze¬ noszacy elektromagnetyczne drgania bardzo wiel¬ kiej czestotliwosci, w którym okno z dielektryka dla zmniejszenia odbic talk jest umieszczone, ze jego czynna powierzchnia przebiega w zasadzie prostopadle do kierunku pola elektrycznego, panu¬ jacego w kanalach przenoszenia po obu jego stro¬ nach. Jeden z przykladów takiego wykonania pole¬ ga na tym, ze dwa odcinki prostokatnego falowodu o równoleglych osiach wzdluznych, naklada sie na siebie, a w przejsciu z jednego falowodu do dru- 4977149771 3 giego, umieszcza sie okno wykonane z dielektryka.Okazalo sie, ze nie mozna przy tym uniknac wzbu¬ dzenia niepozadanych fal. Fale te powoduja za¬ klócenia w dopasowaniu falowodów do okna, przez co powstaja przerosty fal przy oknie powodujace 5 niedopuszczalne nagrzewanie sie okna.W celu pokonania wymienionych trudnosci we¬ dlug wynalazku, proponuje sie aby w sprzegaczu falowodowym bardzo wielkiej czestotliwosci oma¬ wianym ma wstepie, otwór sprzegajacy wykonac 10 w postaci zakrzywionej szczeliny, która w znacz¬ nej swej czesci znajduje sie poza obszarem silnych pól elektrycznych, pochodzacych od drgan bardzo wielkiej czestotliwosci i istniejacych w obu falo¬ wodach, i obszar ten czesciowo otacza, a cala dlu- 15 gosc szczeliny otworu sprzegajacego jest dluzsza niz polowa sredniej dlugosci fali roboczej ukladu.W falowodzie w miejscach, gdzie natezenie pola elektrycznego jest male, pole magnetyczne jest silne. Dlatego tez w sprzegaczu falowodowym we- 20 dlug wynalazku, pomiedzy falowodami po obu stronach okna, istnieje silne sprzezenie magnetycz¬ ne. To sprzezenie magnetyczne konieczne jest, aby wektor pola elektrycznego w obszarze otworu sprzegajacego byl skierowany równolegle do plasz- 25 czyzny, w-której umieszczony jest ten otwór, a tym samym równolegle do plaszczyzny okna. Straty w oknie sa wskutek tego bardzo male, gdyz pole elektryczne powstajace w szczelinie jest niewiel¬ kie ze wzgledu na silne pole magnetyczne. Szcze- 30 lina sprzegajaca jest tak uksztaltowana, ze prze¬ biega w przyblizeniu równolegle do linii pola mag¬ netycznego istniejacej w obu falowodach, w miej¬ scu duzego natezenia tego pola przy sredniej dlu¬ gosci fali roboczej. 35 Szczeline sprzegajaca ukladu wedlug wynalazku mozna traktowac jak zwarta linie lecherowska.Poniewaz w linii zwartej pole elektromagnetyczne istnieje tylko w otoczeniu rezonansu, wiec dlugosc szczeliny jest tak obliczona, ze jej rezonans wla- 40 sny lezy mniej wiecej w srodku zadanego zakresu przenoszenia ukladu. Obciazenie dolaczone do ukladu zmniejsza znacznie dobroc szczeliny tak, ze zakres przenoszenia calego ukladu jest duzy. Przy odpowiednim doborze rezonansu wlasnego linii 45 szczelinowej, mozna przesunac wszystkie rezonan¬ se zaklócajace, poza zakres przenoszenia.Wynalazek zostanie objasniony blizej na podsta¬ wie przykladów uwidocznionych na rysunku.Na fig. 1 i 2 jest przedstawiona zasada wynalaz- 50 ku, na fig. 3 — przyklad wykonania prostszy pod wzgledem konstrukcyjnym, na fig. 4 — przekrój wzdluz linii C —tD wedlug fig. 3, na fig. 5 — inna odmiana sprzegacza wedlug wynalazku, na fig. 6 — przekrój wzdluz linii E — F wedlug fig. 5, na 55 fig. 7 — przekrój wzdluz linii G — H wedlug fig. 5, a na fig. 9 i 10 przedstawione sa dalsze odmiany sprzegacza wedlug wynalazku.Na fig. 1 prostokatny falowód 1 jest nalozony swym wolnym koncem na drugi falowód' 2 równiez 60 o przekroju poprzecznym, równoleglym do osi wzdluznej falowodu 1 i przesunietym wzgledem niego. Z kierunku strzalki 3 doprowadzone sa do falowodu 1' elektromagnetyczne drgania wielkiej czestotliwosci, które rozchodza sie w nim w po- 65 staci fali Hi0. Energia wielkiej czestotliwosci jest przenoszona z falowodu 1 do falowodu 2 przez otwór sprzegajacy 4 wykonany w przylegajacych do siebie scianach obu falowodów, przy czym zamkniety on jest gazoszczelnie materialem die¬ lektrycznym.Jak to jest uwidocznione na fig. 2,-stanowiacej przekrój wzdluz linii A — B wedlug fig. 1, otwór sprzegajacy 4 ma ksztalt zakrzywionej szczeliny, która przebiega glównie poza obszarem silnych pól elektrycznych fali lHi0 rozprzestrzeniajacej sie w falowodzie 1. Szczelina sprzegajaca 4 ma w przyblizeniu ksztalt linii pola magnetycznego H zaznaczonego linia przerywana, w miejscu, gdzie pole to ma duze natezenie. Poza tym dlugosc szczeliny musi byc wieksza od polowy sredniej dlugosci fali roboczej ukladu. Graniczna dlugosc podstawowej fali magnetycznej w falowodzie pro¬ stokatnym odpowiada podwójnej szerokosci falo¬ wodu.Szczelina sprzegajaca 4 dziala wtedy jak zwarta linia lecherowska. Pole elektryczne linii lecherow- skiej zaznaczone jest strzalkami E. Strumien mo¬ cy przechodzacej z falowodu 1 do falowodu 2 wy¬ nika z wektora Pointinga S. Straty w dielektryku wypelniajacym szczeline sprzegajaca 4 sa wyjat¬ kowo male, gdyz wskutek silnego sprzezenia mag¬ netycznego, dielektryk obciazony jest malym po¬ lem elektrycznym nawet przy duzym strumieniu mocy.Na fig. 3 jest przedstawione rozwiazanie .sprze¬ gacza wedlug wynalazku, prostsze pod wzgledem konstrukcyjnym. Prostokatny falowód 1 jest przy- lutowany do konca linii opózniajacej 5 lampy z fa¬ la postepujaca, przy czym os wzdluzna falowodu jest prostopadla do osi wzdluznej linii opózniaja¬ cej 5. Tak jak w sprzegaczu wedlug fig. 1 falowód 1 jest nalozony na falowTód 2, który przebiega rów¬ nolegle do osi wzdluznej falowodu 1 i jest wzgle¬ dem niego przesuniety. Oba falowody 1 i 2 grani¬ cza ze soba bezposrednio szerszymi bokami tak, ze w obszarze przylegania maja wspólna sciane. Na srodku tej wspólnej sciany znajduje sie okragle wyciecie w którym osadzona jest ceramiczna tar¬ cza 6. Tarcza 6 po obu swych stronach ma metali¬ zacje w ksztalcie kola 7.W ten sposób utworzona jest kolowa szczelina sprzegajaca 4 wypelniona dielektrykiem, która obejmuje obszar silnych pól elektrycznych pocho¬ dzacych od fali H10 przebiegajacej w falowodzie 1 i 2. Ceramiczna tarcza 6 z metalizacja 7 jest tak obliczona, ze sredni obwód szczeliny 4 równa sie w przyblizeniu obwodowi linii pola magnetyczne¬ go, jaka powstaje w falowodach 1 i 2, w miejscu najwiekszego natezenia pola magnetycznego, przy sredniej dlugosci fali roboczej. Dla dobrego dopa¬ sowania przejscia dwóch falowodów opornosc fa¬ lowa szczeliny 4 powinna byc równa sredniej geo¬ metrycznej opornosci falowych obu falowodów.Przy sprzegaczach falowodowych wedlug wyna¬ lazku uwidocznionych na fig. 1 do 4, powstaje nie¬ bezpieczenstwo, ze prady plynace w obrzezu otwo¬ ru sprzegajacego spowoduja straty a tym samym niedopuszczalne nagrzanie metalizacji dielektryka, która wraz z dielektrykiem wlutowana jest49771 6 w przejscie miedzy falowodami. A\by uniknac tego niebezpieczenstwa, korzystnym jest, aby dielek¬ tryk nie obsadzac bezposrednio w otworze sprze¬ gajacym, lecz miedzy dwoma scianami nalozonymi na siebie. Na fig. 5 jest przedstawiony taki wlasnie 5 przyklad wykonania. W obu przylegajacych do siebie czesciach sciainy falowodów 1 i 2 wykonane sa pierscieniowe szczeliny sprzegajace 4 i 4\ które podobnie jak szczelina sprzegajaca w ukladzie we¬ dlug fig. 1 i 2 jest przerwana w obszarze plaszczy- i0 zny symetrii wzdluznej oibu falowodów 1 i 2.Obie szczeliny 4 i 4' sa obrócone wzgledem sie¬ bie o 180° tak jak to jest przedstawione na fig. 6 i 7. Pomiedzy dwiema szczelinami 4 i 4' umieszczo¬ ne jest okno z dielektryka, które w postaci cera- 15 micznej tarczy 8 wlutowane jest w cylindryczny pierscien metalowy 9, który laczy ze soba oba fa¬ lowody 1 i 2. Pierscien 9 tak jest przy tym obli¬ czony, ze strumien mocy przechodzi bezposrednio z jednej szczeliny sprzegajacej 4 do drugiej szcze- 20 liny 4'. Mozna to osiagnac latwo przez odpowied¬ nie dobranie impedancji elementu laczacego oba falowody. Aby uniknac wzbudzenia tego elementu jego rezonans wlasny dobiera sie tak, ze lezy on poza zakresem przepuszczania sprzegacza. Jezeli 25 w cylindrycznym pierscieniu metalowym 9 nie po¬ wstana zadne niezalezne drgania, to nie wystapia równiez zadne skladowe pola elektrycznego pro¬ stopadle do powierzchni okna a tym samym nie powstana zadne prady w sciance. 30 Nie jest koniecznym aby w sprzegaczu falowo¬ dowym wedlug fig. 5 do 7 szczelina sprzegajaca znajdowala sie po obu stronach okna. Wystarczy, gdy tylko w jednym z obu falowodów znajduje sie szczelina sprzegajaca wedlug wynalazku, a drugi 35 falowód przylega bezposrednio do okna swym okraglym otworem. Na fig. 8 jest uwidoczniony odpowiedni przyklad wykonania wedlug wynalaz¬ ku. Dielektryczne okno 8 graniczy tu z jednej stro¬ ny ze szczelina sprzegajaca 4 a z drugiej strony 40 bezposrednio z otworem 10. Szczelina 4 umieszczo¬ na jest po gazoszczelnej stronie okna 8.Na fig. 9 jest przedstawiony przyklad wykona¬ nia sprzegacza wedlug wynalazku, który odpowia¬ da w zasadzie ukladowi z fig. 8 umozliwiajacy 45 szczególnie prosta budowe. Otwór 10 w falowo¬ dzie 2 jest tak obliczony, ze jego srednica równa jest srednicy miedzianego pierscienia 9, w którym jest osadzone okno 8. Falowód 2 moze byc wtedy latwo osadzony na wystepie falowodu 1 utworzo- 50 nym przez pierscien 9 z oknem 8 ponad szczeli¬ na 4.Nalezy zauwazyc, ze w sprzegaczach wedlug fig. 1 do 9 oba falowody polozone w równoleglych do siebie plaszczyznach, moga byc polozone pro- 55 stopadle do siebie tak, jak to jest przedstawione na fig. 10 i 11. Na fig. 10 oba falowody sa przed¬ stawione w rzucie, z góry, na fig. 11 w rzucie z boku.Wynalazek nie ogranicza sie do przedstawionych 60 przykladów wykonania. Oba falowody odgraniczo¬ ne od siebie gazoszczelnym oknem z dielektryka, nie musza byc równolegle wzgledem siebie. Szcze¬ lina sprzegajaca wedlug wynalazku moze znajdo¬ wac sie w sciance oddzielajacej, która jest prosto- 65 padla do osi wzdluznej falowodu i zamyka falo¬ wód prostokatny. Szczelina sprzegajaca przebiega wtedy wzdluz zewnetrznych brzegów sciany od¬ dzielacej i ma przerwe w obszarze wezszego bo¬ ku prostokatnego falowodu. Doswiadczenia wyka¬ zaly, ze równiez w tym przypadku mozma uzyskac dobre dopasowanie do falowodu prowadzacego do obciazenia i to dla bardzo szerokiego pasma cze¬ stotliwosci.Poza tym nalezy zaznaczyc, ze szczelina sprze¬ gajaca wedlug wynalazku moze miec kilka przerw.Chodzi przy tym tylko o to, aby poszczególne szczeliny sprzegajace byly ze soba w ten sposób sprzezone przez wlasne pola rozproszenia, ze sta¬ nowia ponownie linie szczeliny o dlugosci wiekszej niz polowa sredniej dlugosci fali roboczej. Zamiast falowodów prostokatnych mozna stosowac równiez falowody kolowe. Kolowe falowody posiadaja jed¬ nak wade, gdyz pole fali w takim falowodzie nie jeist jednoznaczne, jednakze wade te, mozna usu¬ nac przez obciazenie falowodu wglebieniami, szcze¬ linami lub t.p. PL