Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück

Abstract

 Uber die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück (H-Winkelstück) mit einer durch eineleitendeAbflachungsebene (2) symmetrisch abgeschrägten Aussenecke, wobei der Wert X_H/a der relativen Eckenabflachung grösser als 0,73 gewählt wird, und im Bereich der geometrischen Winkelhalbierenden W des Knickes kapazitiv wirkende Mittel, beispielsweise in Form von leitenden Stiften (1) und Querstäben (3), angeordnet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein über die.Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück (H-Winkelstück) mit einer durch eine leitende Abflachungsebene symmetrisch abgeschrägten Außenecke.

[0002] Derartige, aus dem "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" von H. Meinke und F. W. Gundlach, Springer Verlag, 2. Auflage, 1962, aus den Seiten 401 und 402 hervorgehende Winkelstücke finden in diversen Mikrowellenschaltungen mit Rechteck-Hohlleitern Verwendung. Mit abgewinkelten Hohlleitern wird gegenüber vergleichbar reflexionsarmen Kreisbogenkrümmern ein kompakter Aufbau erreicht, insbesondere bei Hohlleiterweichen unterschiedlicher Art, wie z. B. bei Frequenzweichen, Polarisationsweichen, Wellentypenweichen usw. Am häufigsten verwendet sind hierbei Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt bei einem Seitenverhältnis a:b=2:1. Derartige Hohlleiter sind im relativen Frequenzbereich der maximalen Breite f_o:f_u=2:1 mit der H₁₀-Welle eindeutig nutzbar. Aus dem einleitend genannten "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" geht weiterhin hervor, daß die Reflexion eines H-Winkelstückes dadurch reduziert werden kann, daß nach Fig. 1b die Außenecke eines solchen Winkels symmetrisch abgeflacht wird. Für diese Kompensationsmaßnahme gibt es nach Fig. 1a, in der der Welligkeitsfaktor s von H-Winkelstücken gemäß Fig. 1a mit verschieden starken Eckenabflachungen dargestellt ist, ein auch bereits dem vorgenannten Taschenbuch entnehmbares, optimales Kathetenmaß x_Ho (Kurve für x_Ho/a=0,64), mit dem die Reflexion eines H-Winkelstückes in dem üblicherweise genutzten Frequenzbereich eines Rechteck-Hohlleiters von 1,25f_kH10 bis 1,9f_kH10 unter r=16,7 % bleibt. Nur in Teilfrequenzbändern davon können kleinere Reflexionen erreicht werden; dazu ist das Kathetenmaß entsprechend der Lage des Teilbandes innerhalb des vollen Hohlleiterbereiches gegenüber x_Ho etwas zu ändern.

[0003] Im einzelnen zeigt Fig. 1a für ein H-Winkelstück mit einem Knickwinkel von 90 /einige ausgewählte Dimensionierungen x_Ho/a der Eckenabflachung, wie jeweils die Welligkeit s von H-Winkelstücken in einem Hohlleiterbereich verläuft. Auszugehen ist hierbei von der über ein ganzes Hohlleiterband gemessenen Welligkeit s eines H-Winkelstücks, dessen-Außenecke nach Bild 1b mit x_H/a=0 nicht abgeflacht ist. Die unterste Kurve in Bild 1a zeigt die Welligkeit eines solchen nicht kompensierten H-Winkelstücks im Bezug auf seine winkelhalbierende Querschnittsebene. Die störende Reflexion hat wegen der im Knickbereich erweiterten Breitseite des Rechteck- hohlleiters im ganzen Hohlleiterband kapazitive Phase. Da der Rechteckhohlleiter bei fehlender Eckenabflachung eine örtlich unterschiedlich stark erweiterte·Breitseite und eine entsprechend stark abgesenkte H₂₀-Grenzfrequenz (λ_kH20=a) hat, ergibt sich im oberen Teil des Hohlleiterbandes für die Reflexion ein sehr ausgeprägtes Maximum, dessen Ursache in einer unerwünschten H₂₀-Resonanz im Knickbereich liegt. Es bildet sich also im Knickbereich unterhalb der höheren H₂₀-Grenzfrequenz des geraden Hohlleiters eine H₂₀₁-Resonanz aus, die über das magnetische H₁₀-Feld am Knick angeregt wird.

[0004] Aus dem "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" ist es nun bekannt, das H-Winkelstück entsprechend Fig. 1b an seiner äußeren Ecke mit einer leitenden Ebene symmetrisch abzuflachen, wobei die Größe der Abflachung durch das Kathetenmaß x_H bestimmt ist. Diese Abflachung wirkt der Breitseitenerweiterung des nicht abgeflachten H-Winkelstücks entgegen, reduziert somit die kapazitive Störung und hebt die innere H₂₀-Resonanz zu höheren Frequenzen.

[0005] Mit der aus dem "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" hervorgehenden optimalen Eckenabflachung xH_o/a = 0,64 wird zwar entsprechend Fig. 1a, zweite Kurve von unten, in der Mitte eines Hohlleiterbandes Anpassung erreicht; jedoch steigt die Welligkeit s an der unteren Bandgrenze bis s_u=1,4, was einem Reflexionsfaktor von r =16,7 % entspricht und an der oberen Bandgrenze. bis s_o=1,23, was einem Reflexionsfaktor r_o=10,3 % entspricht. Diese in vielen Anwendungsfällen erheblich störende Größe der Reflexion zeigt, daß die Kompensationsmaßnahme derEckenabflachung für sich nicht sehr genau komplementär zu der zu kompensierenden Störung verläuft.

[0006] Weiterhin geht aus dem "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" hervor, wie der Wert x_H/a der Eckenabflachung zu verringernbzw. zu vergrößern ist, um den Anpassungspunkt über oder unter die Bandmittenfrequenz zu verlagern, was jedoch in unerwünschter Weise weiter ansteigender Reflexion im unteren bzw. oberen Teil des Hohlleiterfrequenzbandes zur Folge hat. Nach der mittleren Kurve von Fig. 1a kann der Anpassungspunkt im Grenzfall mit einem Wert der Eckenabflachung von x_H/a = 0,74 bis zur H₁₀-Grenzfrequenz des Rechteckhohlleiters hinuntergeschoben werden.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein H-Winkelstück der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß innerhalb eines gesamten Hohlleiterbandes eine weitere Verringerung des Reflexionsfaktors gewährleistet ist.

[0008] Ausgehend von einem über die Hohlleiterschmalseite geknickten Rechteckhohlleiter-Winkelstück (H-Winkelstück) mit einer durch eine leitende Abflachungsebene symmetrisch abgeschrägten Außenecke wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wert x_H/a der relativen Eckenabflachung größer als 0,73 gewählt ist, wobei x_H den Abstand der Abflachungskante von der theoretischen Lage der äußeren Knickkante des nicht abgeschrägten Winkelstücks und a die Hohlleiterbreitseite bedeuten, und daß im Hohlleiter-Winkelstück im Bereich der geometrischen Winkelhalbierenden des Knickes kapazitiv wirkende Mittel vorgesehen sind.

[0009] Die Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus. Werden H-Winkelstücke mit Eckenabflachungen x_H/a≥ 0,73 wesentlich stärker kompensiert als bisher, so werden nach Fig. 1a (obere Kurven) induktive Restwelligkeiten mit geringen Frequenzgängen erreicht, die durch-zusätzliche sehr einfache Maßnahmen breitbandig kompensierbar sind.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0011] Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

[0012] In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a den bereits erläuterten Verlauf des Welligkeitsfaktors s von H-Winkelstücken mit unterschiedlichen Werten x_H/a der Eckenabflachung,

Fig. 1b ein bereits erläutertes bekanntes H-Winkelstück mit symmetrischer Eckenabflachung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen H-Winkelstückes,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Darstellung des Verlaufes des Reflexionsfaktors in Abhängigkeit von der Frequenz für ein erfindungsgemäßes H-Winkelstück nach Fig. 2 und ein nur einfach kompensiertes H-Winkelstück nach Fig. 1b.

[0013] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein in der Literatur auch als H-Winkelstück bezeichnetes, über die Hohlleiterschmalseite b geknicktes Hohlleiter-Winkelstück, dessen Knickwinkel α = 90° beträgt und dessen Abflachung durch eine leitende Abflachungsebene 2 mit einem Verhältnis des Kathetenmaßes x_H zur Hohlleiterbreitseite a von x_H/a = 0,774 gewählt ist. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1a, zweite Kurve von oben, wie die Welligkeit eines solchen H-Winkelstückes in einem gesamten Hohlleiterband verläuft. Die gemessenen s-Werte sind in Bezug auf die winkelhalbierende Querschnittsebene des H-Winkelstückes durchwegs induktiv, also überkompensiert und weisen eine mit der Frequenz mäßig ansteigende Tendenz auf. Die hierfür breitbandig optimale und eine möglichst geringe Summenreflexion aufweisende Kompensationsmaßnahme besteht in einem in der Darstellung nach Fig. 2 auf der Winkelhalbierenden des Knicks in den Hohlleiterinnenraum hineinragenden und senkrecht zur Hohlleiterbreitseite verlaufenden Metallzylinder 1. Zur optimalen breitbandigen Kompensation hat dieser beispielsweise durch eine einfache Schraube zu realisierende Metallzylinder 1 für den Wert x_H/a = 0,774 der relativen Eckenabflachung einen Durchmesser d_s von etwa 10 % der Hohlleiterbreitseite a und eine Eintauchtiefe s von etwa 24 % der Hohlleiterschmalseite b. Durch diese zweifache Kompensation ergibt sich im gesamten Frequenzbereich von 1,2f_kH10 ≤ f ≤ 1,95 ^f_kH10 ^Reflexions- faktoren von unter 1 %. Gegenüber der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten s-Kurve des lediglich mit der optimalen Eckenabflachung x_H/a = 0,64 kompensierten H-Winkelstücks ist die Reflexion des zweifach kompensierten H-Winkelstücks nach Fig. 2 in einem ganzen Hohlleiterband um mindestens den Faktor 10 verringert.

[0014] Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß die induktive Welligkeit des H-Winkelstücks der Bemessung x_H/a = 0,774 und die kapazitive Welligkeit der relativ dünnen Schrau- . be 1 breitbandig sehr gut zueinander komplementär verlaufen und zwar mit Berücksichtigung der Feldverzerrung im H-Winkelstück. Nur bei unmittelbarer Annäherung an die ^H₁₀-Grenzfrequenz für f ≤ 1,2f_kH10 steigt die Reflexion des nach Fig. 2 kompensierten H-Winkelstücks stark an, da der kapazitive Leitwert einer Kompensationsschraube entsprechend Abb. 6.5 auf Seite 412 des "Taschenbuchs der Hochfrequenztechnik" nicht weiter abfällt, sondern ansteigt. Dagegen nehmen nach Fig. 1a die induktiven s-Werte des H-Winkelstücks mit dem Wert x_H/a = 0,774 auch in diesem Frequenzbereich (f = 1,2f_kH10) fast linear mit sinkender Frequenz ab, so daß die Frequenzgänge der beiden Kompensationsmaßnahmen erst hier stärker auseinanderlaufen.

[0015] Das erfindungsgemäße H-Winkelstück nach Fig. 2 hat den Vorteil, daß es bis zur 1,95fachen H₁₀-Grenzfrequenz des geraden Hohlleiters sehr reflexionsarm bleibt. Dies erklärt sich daraus, daß die "innere" H₂₀-Resonanz durch die stärkere Eckenabflachung x_H/a = 0,774 zu noch höheren Frequenzen angehoben wird als bei dem lediglich mit der relativen Abflachung x_H/a = 0,64 versehenen H-Winkelstück, bei dem sich nach Fig. 1a die H₂₀-Resonanz schon ab 1,90f_kH10 auszuwirken beginnt.

[0016] Grundlage eines zweiten breitbandig sehr reflexionsarmen H-Winkelstückes ist die in Fig. 1a ganz oben gezeichnete s-Kurve eines H-Winkelstückes mit der relativen Eckenabflachung x_H/a = 0,802. Ein derartig bemessenes H-Winkelstück liefert bereits für sich über ein ganzes Hohlleiterband nahezu frequenzunabhängige, induktive Werte der Welligkeit s. Der zur optimalen Kompensation geeignete Metallzylinder hat in diesem Fall die Form einer relativ dicken Schraube, deren Durchmesser d etwa 31 % der Hohlleiterbreitseite a beträgt und dessen Eintauchtiefe s mit lediglich etwa 14 % der Hohlleiterschmalseite b bemessen ist. Wegen dieser geringen Eintauchtiefe der Kompensationsschraube ist ein solches, in der Zeichnung nicht eigens dargestelltes, jedoch prinzipiell mit der Anordnung nach Fig. 2 übereinstimmendes H-Winkelstück mit besonders hoher Leistung belastbar.

[0017] Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines breitbandig sehr reflexionsarmen H-Winkelstücks ist in Fig. 3 dargestellt. Das mit der relativen Eckenabflachung x_H/a = 0,74 vorkompensierte H-Winkelstück ist durch einen in der geometrischen Winkelhalbierenden w des Knicks zwischen der Abflachungsebene 2 und der inneren Knickkante K verlaufenden leitenden Querstab 3 kompensiert, dessen Durchmesser d_Q etwa zu einem Viertel der Hohlleiterbreitseite b gewählt ist.

[0018] Fig. 4 zeigt eine Meßkurve des Reflexionsfaktors eines Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 im Vergleich mit einer gestrichelt angegebenen Meßkurve des Reflexionsfaktors eines mit der Eckenabflachung x_H/a = 0,64 versehenen, nur einfach kompensierten H-Winkelstücks. Durch die Zusatzkompensation können, wie aus der Meßkurve hervorgeht, derartige H-Winkelstücke über ein ganzes Hohlleiterband wenigstens um den Faktor 10 reflexionsärmer gestaltet werden als mit der bisherigen optimalen Eckenabflachung alleine.

Ansprüche

1. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück (H-Winkelstück) mit einer durch eine leitende Abflachungsebene symmetrisch abgeschrägten Außenecke, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert x_H/a der relativen Eckenabflachung größer als 0,73 gewählt ist, wobei x_H den Abstand der Abflachungskante (k) von der theoretischen Lage der äußeren Knickkante des nicht abgeschrägten Winkelstücks und a die Hohlleiterbreitseite bedeuten, und daß im Hohlleiter-Winkelstück im Bereich der geometrischen Winkelhalbierenden (w) des Knickes kapazitiv wirkende Mittel(1,3)vorgesehen sind.

2. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als kapazitiv wirkendes Mittel ein senkrecht zur Hohlleiterbreitseite verlaufender Metallzylinder (1) vorgesehen ist.

3. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als kapazitiv wirkendes Mittel ein zwischen"der Abflachungsebene (2) und der inneren Knickkante (K) verlaufender leitender Querstab (3) vorgesehen ist.

4. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wert x_H/a der relativen Eckenabflachung von wenigstens annähernd 0,774 gewählt ist, und daß der Metallzylinder (1) einen Durchmesser d von etwa zehn Prozent der Hohlleiterbreitseite a und eine Eintauchtiefe s von etwa vierundzwanzig Prozent der Hohlleiterschmalseite b aufweist.

3. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wert x_H/a der relativen Eckenabflachung von wenigstens annähernd 0,802 gewählt ist, und daß der Metallzylinder (1) einen Durchmesser d_s von etwa 31 Prozent der Hohlleiterbreitseite a und eine Eintauchtiefe s von etwa 14 Prozent der Hohlleiterschmalseite b aufweist.

6. Über die Hohlleiterschmalseite geknicktes Rechteckhohlleiter-Winkelstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wert x_H/a der relativen Eckenabflachung von wenigstens annähernd 0,740 gewählt ist, und daß der Durchmesser d_Q des leitenden Querstabes (3) mit etwa einem Viertel der Hohlleiterschmalseite b bemessen ist.

Zeichnung