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(11) |
EP 0 902 496 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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26.10.2005 Patentblatt 2005/43 |
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Anmeldetag: 11.08.1998 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)7: H01P 5/08 |
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(54) |
Modenfilter zur Verbindung von zwei elektromagnetischen Hohlleitern
Mode filter for the connection of two electromagnetic waveguides
Filtre à modes pour la connection de deux guides d'ondes électromagnétiques
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
10.09.1997 DE 19739589
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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17.03.1999 Patentblatt 1999/11 |
(73) |
Patentinhaber: ALCATEL |
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75008 Paris (FR) |
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Erfinder: |
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- Schulz, Dietmar
30900 Wedemark (DE)
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(74) |
Vertreter: Brose, Gerhard et al |
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Alcatel,
Intellectual Property Department Stuttgart 70430 Stuttgart 70430 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-B- 1 271 229 US-A- 3 818 383
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US-A- 3 758 882
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- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 9, no. 284 (E-357) [2007], 12. November 1985 (1985-11-12)
& JP 60 125001 A (MATSUSHITA DENKI SANGYO KK), 4. Juli 1985 (1985-07-04)
- HUANG J ET AL: "FREQUENCY-DOMAIN TLM ANALYSIS OF THE TRANSITION FROM RECTANGULAR TOCIRCULAR
WAVEGUIDES" IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST,US,NEW YORK, IEEE,1994,
Seiten 705-708, XP000516648 ISBN: 0-7803-1779-3
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Modenfilter zur Verbindung von zwei elektromagnetischen
Hohlleitern mit unterschiedlichen Querschnittsformen, bestehend aus einem Rohrstück,
das an seinen Enden Öffnungen hat, deren Querschnitte den Querschnitten der beiden
unterschiedlichen Hohlleiter entsprechen und dessen Innenraum von der einen Querschnittsform
in die andere übergeht, bei welchem im Innenraum des Rohrstücks Mittel zur Minimierung
unerwünschter Moden der zu übertragenden elektromagnetischen Wellen vorhanden sind.
[0002] Aus der Druckschrift Patent Abstract of Japan Band 9 Nr. 284 12. November 1985 JP60125001
ist ein Hohlleiterübergang bekannt, bei dem eine Konversion von einem rechteckigen
auf einen runden Querschnitt erfolgt. Aus der Veröffentlichung "Frequency Domain TLM
Analysis of the transition from rectangular Tocircular Waveguides" IEEE MTT-S International
Microwave symposium digest, US, New Yourk, IEEE, 1994, Seiten 705 - 708 ist ebenfalls
ein Hohlleiterübergang bekannt.
[0003] Hohlleiter werden wegen der geringen Dämpfung der zu übertragenden elektromagnetischen
Wellen insbesondere bei höheren Frequenzen beispielsweise als Versorgungsleitungen
für Antennen verwendet. Die Dämpfung kann aber unter Umständen immer noch zu hoch
sein, wenn beispielsweise die Sendeleistung gering ist oder wenn keine ausreichend
grossen Reflektoren verwendet werden können. Die Hohlleiter können dann übermodiert
betrieben werden, d. h. mit höheren Frequenzen als für ihre Abmessungen an sich vorgesehen.
Dadurch werden in den Hohlleitern neben dem gewünschten Grundmode auch unerwünschte,
höhere Moden angeregt. Das führt zu einer Welligkeit (ripples) der Gruppenlaufzeit
und der Amplitude des Grundmodes, d. h. zu einer Schwankung der Amplitude desselben.
Das kann nicht vollständig verhindert, durch den Einsatz von Modenfiltern aber minimiert
werden.
[0004] Ein Modenfilter, wie es eingangs beschrieben ist, wird von der Firma RFS kabelmetal,
Hannover, vertrieben. Mit einem solchen Modenfilter werden die unerwünschten Moden
ausgekoppelt. Dazu sind in der Wandung des als Rohrstück ausgebildeten Modenfilters
Blenden angebracht, die zu aussen am Rohrstück befestigten Absorbern führen. Die Absorber
werden während des Betriebes gekühlt.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Modenfilter in
seinem Aufbau zu vereinfachen.
[0006] Diese Aufgabe wird gemäss Anspruch 1 gelöst.
[0007] Dieses Modenfilter ist sehr einfach aufgebaut. Es kann in üblicher, beispielsweise
für Übergänge bekannter Technik hergestellt werden. Die beiden flachen, elektrisch
leitenden Elemente, bei denen es sich beispielsweise um Bleche oder Stifte handelt,
können beispielsweise durch Schlitze im Rohrstück leicht montiert und justiert werden.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß allein durch die richtig positionierten
flachen Elemente eine weitestgehende Unterdrückung unerwünschter Moden erreicht wird.
Absorber werden nicht benötigt. Eine Kühlung ist nicht erforderlich, da keine wesentliche
Erwärmung stattfindet. Das Modenfilter ist daher mit Vorteil auch für hohe Leistungen
verwendbar. Die Welligkeit der Gruppenlaufzeit und der Amplitude der gewünschten,
zu übertragenden Welle wird so für einen breiten Leistungsbereich auf einfache Weise
auf ein akzeptables Minimum reduziert.
[0008] Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.
[0009] Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anordnung mit einem Modenfilter nach der
Erfindung.
Fig. 2 und 3 Längsschnitte durch das Modenfilter in zwei unterschiedlichen Ebenen
in vergrößerter Darstellung.
Fig. 4 das Bild nach Fig. 2 ohne Innenleben.
Fig. 5 einen Schnitt durch Fig. 4 längs der Linie V - V.
Fig. 6 einen Schnitt durch Fig. 4 längs der Linie VI - VI.
Fig. 7 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie VII - VII.
[0010] Die im Modenfilter vorhandenen "flachen Elemente" können Bleche sein. Die Bleche
können ohne Ausnehmungen aber auch kammartig mit in den Innenraum des Modenfilters
weisenden "Zinken" ausgeführt sein. Jedes Element kann aber auch aus nebeneinander
angeordneten Stiften oder Streifen bestehen. Die Elemente sind mit dem Wort "flach"
als flächige Gebilde gekennzeichnet. Sie verlaufen bei gleichbleibender Dicke im Rohrstück
i. w. in radialer Richtung. Stellvertretend für alle möglichen Ausführungsformen wird
im folgenden das Blech als "flaches Element" beschrieben.
[0011] In Fig. 1 ist ein parabolischer Reflektor 1 einer Antenne dargestellt, an den unter
Zwischenschaltung eines Modenfilters 2 ein elektromagnetischer Hohlleiter 3 angeschlossen
ist. Die Querschnittsformen des Hohlleiters 3 und des Hohlleitereingangs der Antenne
sind an sich beliebig. In dem im folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel hat der
Hohlleiter 3 gemäß Fig. 5 einen elliptischen Querschnitt, während der Hohlleitereingang
der Antenne gemäß Fig. 6 rechteckig ist. Das Modenfilter 2 verbindet dementsprechend
einen elliptischen Hohlleiter 3 mit einem rechteckigen Hohlleitereingang, dessen lichte
Abmessungen außerdem deutlich kleiner als die des Hohlleiters 3 sind.
[0012] Das Modenfilter 2 ist gemäß Fig. 2 als Rohrstück 4 ausgebildet, an dessen beiden
Enden Flansche 5 und 6 angebracht sind. Der Flansch 5 dient zum Anschluß des Hohlleiters
3. Er hat eine zentrale, durchgehende Öffnung 7 mit einem elliptischen Querschnitt,
der gleich dem elektrisch wirksamen Querschnitt des Hohlleiters 3 ist. Am gegenüber
liegenden Ende des Rohrstücks 4 befindet sich der Flansch 6 mit einer zentralen, durchgehenden
Öffnung 8, deren rechteckiger Querschnitt gleich dem elektrisch wirksamen Querschnitt
des Hohlleitereingangs der Antenne ist. Mittels des Flansches 6 kann das Modenfilter
2 am Reflektor 1 befestigt werden. In den umlaufenden Nuten 9 und 10 der beiden Flansche
5 und 6 können Dichtungselemente angeordnet werden.
[0013] Die Flansche 5 und 6 können in üblicher Technik maßgenau hergestellt werden. Zweckmäßig
wird das Rohrstück 4 durch galvanische Abscheidung auf einem Kern erzeugt, dessen
äußere Kontur genau der gewünschten Kontur des Innenraums 11 des Rohrstücks 4 bzw.
des Modenfilters 2 entspricht. Dabei werden die beiden Flansche 5 und 6 gleich mit
an das Rohrstück 4 angalvanisiert Bei der Herstellung des Rohrstücks 4 ist es auch
möglich, in dessen Wandung an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen
Schlitze 12 und 13 (Fig. 4) auszuformen, die zur Aufnahme von Blechen 14 und 15 dienen.
[0014] Der Innenraum 11 des Rohrstücks 4 ist so geformt, daß sich vorzugsweise ein kontinuierlicher,
absatzloser Übergang vom elliptischen Querschnitt des Hohlleiters 3 zum rechteckigen
Querschnitt des Hohlleitereingangs der Antenne ergibt. Der Innenraum 11 könnte aber
auch mit Stufen versehen sein. Es ergäbe sich dann ein gestufter Übergang von der
einen Querschnittsform zur anderen. In diesem Übergangsbereich des Rohrstücks 4 sind
die Bleche 14 und 15 angeordnet. Sie ragen radial in das Rohrstück 4 hinein und verlaufen
in Achsrichtung desselben. Ihre axiale Länge ist klein im Verhältnis zur Länge des
Rohrstücks 4. Die Bleche 14 und 15 fluchten miteinander und liegen einander gemäß
Fig. 7 in der gleichen Ebene diametral gegenüber. Sie sind durch einen Zwischenraum
16 voneinander getrennt, der über ihre ganze axiale Länge gleichbleibend sein kann.
Der Zwischenraum 16 kann gemäß Fig. 2 auch konisch ausgeführt sein. Er kann mit etwa
konischem Verlauf auch Stufen aufweisen. Das bietet sich beispielsweise beim Einsatz
von Stiften anstelle der Bleche an. In der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform
haben der Hohlleiter 3 und die Öffnung 7 des Flansches 5 einen elliptischen Querschnitt.
Die Bleche 14 und 15 liegen vorzugsweise in der großen Achse der Ellipse, so wie es
in Fig. 7 dargestellt ist.
[0015] Der Abstand A der beiden Bleche 14 und 15 voneinander und ihre axiale Länge richten
sich nach der Frequenz der im Hohlleiter 3 geführten Grundwelle. Er wird durch Justieren
der beiden Bleche 14 und 15 so bemessen, daß unerwünschte höhere Moden weitestgehend
unterdrückt werden und daß deren Einfluß auf die Grundwelle minimiert wird. Das bedeutet,
daß die Größe der durch Überlagerung der unterschiedlichen Moden entstehenden "ripples"
möglichst klein gehalten wird, so daß die Welligkeit der Grundwelle in engen Grenzen
gehalten werden kann.
[0016] Die Bleche 14 und 15 bestehen aus elektrisch gut leitendem Material, wie Kupfer oder
Aluminium. In bevorzugter Ausführungsform werden sie aus Bronze oder Messing hergestellt.
Sie können beispielsweise nach Fertigstellung des Rohrstücks 4 mit angeschlossenen
Flanschen 5 und 6 durch die Schlitze 12 und 13 des Rohrstücks 4 in dasselbe eingesteckt
werden. Ihre Position, d. h. ihr Abstand A voneinander, wird dabei beispielsweise
mittels einer in das Rohrstück 4 hineinragenden Schablone eingestellt. In dieser Position
werden die Bleche 14 und 15 mit dem Rohrstück 4 fest verbunden, beispielsweise verlötet.
Abschließend werden über das Rohrstück 4 hinausragende Teile der Bleche 14 und 15
abgetrennt, so daß sich eine glatte Oberfläche für das Rohrstück 4 ergibt. Die Schablone
braucht für einen bestimmten Typ des Modenfilters nur einmal angefertigt zu werden.
Sie kann dann zur reproduzierbaren Herstellung einer großen Anzahl von Modenfiltern
eingesetzt werden.
[0017] In einer anderen Ausführungsform des Herstellungsverfahrens können die Bleche 14
und 15 ebenso wie die Flansche 5 und 6 beim Galvanisieren des Rohrstücks 4 mit eingalvanisiert
werden. Der entsprechende Kern braucht für einen Typ des Modenfilters ebenso wie die
oben erwähnte Schablone nur einmal hergestellt zu werden.
1. Modenfilter zur Verbindung von zwei elektromagnetischen Hohlleitern mit unterschiedlichen
Querschnittsformen, bestehend aus einem Rohrstück, das an seinen Enden Öffnungen hat,
deren Querschnitte den Querschnitten der beiden unterschiedlichen Hohlleiter entsprechen
und dessen Innenraum von der einen Querschnittsform in die andere übergeht, bei welchem
im Innenraum des Rohrstücks Mittel zur Minimierung unerwünschter Moden der zu übertragenden
elektromagnetischen Wellen vorhanden sind, und dass im Innenraum (11) des Rohrstücks
(4) im Übergangsbereich zwischen den beiden Querschnittsformen zwei in radialer Richtung
in dasselbe hineinragende und in seiner Achsrichtung verlaufende, flache Elemente
aus elektrisch gut leitendem Material angebracht sind die Elemente von der Wandung
des Rohrstücks (4) ausgehend durch einen Zwischenraum (16) voneinander getrennt und
miteinander fluchtend in der gleichen Ebene einander diametral gegenüber liegend angeordnet
sind, deren axiale Länge kurz ist im Verhältnis zur Länge des Rohrstücks (4) dadurch gekennzeichnet , dass der Innenraum (11) des Rohrstücks (4) mit kontinuierlichem, absatzlosen Übergang
von der einen Querschnittsform zur anderen ausgebildet ist wobei der Abstand (A) der
beiden flachen Elemente (14 und 15) voneinander und ihre axiale Länge sich nach der
Frequenz der im Hohlleiter (3) geführten Grundwelle richten und der Abstand (A) durch
Justieren der beiden flachen Elemente (14 und 15) so bemessen wird, dass unerwünschte
höhere Moden weitestgehend unterdrückt werden und dass deren Einfluss auf die Grundwelle
minimiert wird, so dass die Größe der durch Überlagerung der unterschiedlichen Moden
entstehenden "ripples" möglichst klein gehalten wird, und die Welligkeit der Grundwelle
in engen Grenzen gehalten werden kann.
2. Modenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als flache Elemente Bleche (14, 15) eingesetzt sind.
3. Modenfilter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Elemente durch Stifte gebildet sind.
4. Modenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des einen der zu verbindenden Hohlleiter (3) als elliptischer Hohlleiter,
die Ebene, in welcher die flachen Elemente angeordnet sind, in der grossen Achse des
elliptischen Teils des Innenraums (11) des Rohrstücks (4) liegen.
5. Modenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Elemente aus Bronze bestehen.
6. Modenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Elemente aus Messing bestehen.
1. A mode filter for connecting two electromagnetic waveguides having different cross-sectional
shapes, comprising a tubular section that has openings at its ends whose cross sections
correspond Lo the cross sections of the two different waveguides and whose internal
space merges from the one cross-sectional shape into the other, in which, in the internal
space of the tubular section, means are present for minimizing undesirable modes of
the electromagnetic waves to be transmitted and two slim elements that project into
the tubular section (4) in the radial direction and extend in its axial direction
and that are made of material with good electrical conduction are provided in the
interior (11) of the tubular section in the transition region between the two cross-sectional
shapes, the elements proceeding from the wall of the tubular section (4) being separated
from one another by a gap (16) and being disposed in line with one another diametrically
opposite one another in the same plane, their axial length being short compared with
the length of the tubular section (4), characterized in that the interior (11) of the tubular section (4) is designed with a continuous, shoulder-free
transition from the one cross-sectional shape to the other, the distance (A) of the
two slim elements (14 and 15) from one another and their axial length depending on
the frequency of the fundamental wave conducted in the waveguide (3) and the distance
(A) being dimensioned by aligning the two slim elements (14 and 15) in such a way
that undesirable higher modes are suppressed to the greatest possible extent and that
their influence on the fundamental wave is minimized so that the magnitude of the
"ripples" produced by overlapping of the different modes is kept as small as possible
and the ripples in the fundamental wave can be kept within narrow limits.
2. Mode filter according to Claim 1, characterized in that metal sheets (14, 15) are used as slim elements.
3. Mode filter according to Claim 1, characterized in that the slim elements are formed by pins.
4. Mode filter according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that, in the construction of one of the waveguides (3) to be joined as an elliptical waveguide,
the plane in which the slim elements are disposed is situated on the major axis of
the elliptical part of the interior (11) of the tubular section (4).
5. Mode filter according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the slim elements are composed of bronze.
6. Mode filter according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the slim elements are composed of brass.
1. Filtre à un filtre à modes pour la connexion de deux guides d'ondes électromagnétiques
dont les sections transversales sont de formes différentes, composé d'un élément tubulaire
qui présente à ses extrémités des ouvertures dont les sections transversales correspondent
aux sections transversales des deux guides d'ondes différents et dont l'espace intérieur
transite de l'une des formes de section transversale à l'autre, avec lequel il existe
dans l'espace intérieur de l'élément tubulaire des moyens destinés à réduire les modes
non souhaités des ondes électromagnétiques à transmettre, et que dans l'espace intérieur
(11) de l'élément tubulaire (4), dans la zone de transition entre les deux formes
de la section transversale sont montés des éléments plats en matériau bon conducteur
d'électricité qui pénètrent dans le sens radial dans l'élément tubulaire (4) et s'étendent
dans son sens axial, les éléments sont séparés l'un de l'autre par un espace intermédiaire
(16) en partant de la paroi de l'élément tubulaire (4) et sont disposés dans l'alignement
l'un de l'autre en étant diamétralement opposés dans le même plan, leur longueur axiale
étant courte par rapport à la longueur de l'élément tubulaire (4), caractérisé en ce que l'espace intérieur (11) de l'élément tubulaire (4) est configuré avec une transition
continue et sans paliers d'une section transversale à l'autre, l'écart (A) entre les
deux éléments plats (14 et 15) et leur longueur axiale étant définis en fonction de
la fréquence de l'onde fondamentale guidée dans le guide d'ondes (3) et l'écart (A)
étant dimensionné en ajustant les deux éléments plats (14 et 15) de manière à atténuer
le plus possible les modes plus élevés non souhaités et à réduire leur influence sur
l'onde fondamentale, de manière à ce que la taille des ondulations provoquées par
la superposition des différents modes soit maintenue la plus petite possible et que
l'ondulation de l'onde fondamentale puisse être maintenue dans des limites étroites.
2. Filtre à modes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments plats utilisés sont des tôles (14, 15).
3. Filtre à modes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments plats sont formés par des broches.
4. Filtre à modes selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le guide d'ondes (3) à relier est réalisé sous la forme d'un guide d'ondes
elliptique, le plan dans lequel sont disposés les éléments plats se trouve dans le
grand axe de la partie elliptique de l'espace intérieur (11) de l'élément tubulaire
(4).
5. Filtre à modes selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments plats sont en bronze.
6. Filtre à modes selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments plats sont en laiton.