DE1043429B - Kopplungsvorrichtung an einer Hochfrequenzleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung für elektrische Wellen und insbesondere Anordnungen für die Kopplung von Wellen zwischen elektrischen Schaltkreisen. Häufig ergibt sich die Aufgabe, elektrische Wellen zwischen zwei Schaltkreisen zu koppeln, z. B. für die Zwecke eines Vergleichs, einer Messung, einer Steuerung usw. Beispielsweise ist es bei bestimmten Anwendungen manchmal erwünscht, einen kleinen Betrag Hochfrequenzleistung einer Wellenführung, insbesondere einer Hohlrohrleitung, für die Zwecke der Messung zu entnehmen.

Es sind bereits zahlreiche Kopplungsanordnungen vorgeschlagen worden. So ist eine Anordnung bekannt zur Kopplung von Mikrowellenbandleitungen mit Hohlraumresonatoren. Die Bandleitung ist dabei über ein Loch mit einem Hohlraumresonator, der aus mehreren Kammern besteht, gekoppelt. Die Weiterführung der Gesamtenergie erfolgt dann wieder über eine Bandleitung. Die als Bandleitung ausgebildete Hochfrequenzleitung wird also durch einen dazwischen geschalteten Hohlraumresonator unterbrochen. Eine Energieabzweigung erfolgt hierbei nicht.

Bei einer weiteren bekannten Kopplungsanordnung wird die Energie von einem Arm eines als Bandleitung in Form der gedruckten Schaltungstechnik ausgeführten Hybridringes auf einen Hohlraumresonator gekoppelt. Hierbei besitzt die Bandleitung auf der dem Resonator zugekehrten Seite ein Loch zur Auskopplung der Gesamtenergie.

Ferner sind Mikrowellenverzweigungsanordnungen bekannt, bei denen die Energie eines Bandleiters mit Hilfe eines Koppelstiftes in einen Hohlleiter oder einen koaxialen Leitungszug eingekoppelt wird.

Insbesondere wenn es sich darum handelt, kleine Energiemengen zum Zwecke der Messung zu entnehmen, sind die bisher für diese Zwecke benützten Anordnungen von Nachteil. Sie sind relativ unhandlich und aufwendig und verursachen bei der Herstellung erhebliche Schwierigkeiten und weisen außerdem bestimmte betriebsmäßige Grenzen auf.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine neue und einfache Anordnung zur Kopplung zu schaffen, welche die obenerwähnten Nachteile beseitigt.

Hierbei kann die Anordnung z. B. durch Auskoppeln einer geringen Energiemenge für einen Meßkreis zur Messung von Wellenwiderständen Anwendung finden. Sie kann des weiteren auch in Empfängern benutzt werden.

Eine Kopplungsvorrichtung mit einer einen Abschirmmantel aufweisenden Hochfrequenzleitung (Hauptleitung), der wenigstens eine Kopplungsöffnung besitzt, die der Abzweigung eines Teiles der durch die Hauptleitung übertragenen Energie in eine weitere Hochfrequenzleitung (Nebenleitung) dient, ist

Kopplungsvorrichtung
an einer Hochfrequenzleitung

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Dezember 1954

Stanley Ray Fitzmorris,

Baldwinsville, Onondaga, N. Y. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Nebenleitung

as aus einem die Kopplungsöffnung (en) unter Zwischenlage eines vorzugsweise schichtförmigen Dielektrikums überdeckenden, streifenförmigen Leiter und dem gegenüberliegenden Abschirmmantel der Hauptleitung besteht.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Anordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 zeigen Weiterbildungen der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine sogenannte »Sandwich-Anordnung«, bei der die Lehre nach der Erfindung angewendet ist;

Fig. 5 zeigt die Anwendung der Lehre nach der Erfindung auf eine Hohlrohrleitung kreisförmigen Querschnittes.

Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die als Kopplungsglied für die Entnahme eines gewünschten Anteils an Energie, der sich in einer Hauptwellenführung ausbreitet, zur Einkopplung in einen elektrischen Schaltkreis, der beispielsweise als ein Meßkreis ausgebildet sein kann, mittels einer Hilfsübertragungsleitung. Für die Hilfsübertragungsleitung ist die sogenannte Streifenbauweise benutzt zusammen mit Impedanzanpassungselementen. Die Ausführung ist dabei derart, daß die Hilfsübertragungsleitung von einem Kopplungsschaltkreis Energie erhält, der öffnungen bzw. Schlitze in der Wandung der Hauptwellenführung umfaßt.

S09 678/240

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der eine Streifenleitung mit einer Hohlrohrleitung rechteckigen Querschnittes gekoppelt ist, und zwar zur Übertragung kleiner Energiebeträge zwischen der rechteckförmigen Hohlrohrleitung und einem anderen Schaltkreis. Beispielsweise sei angenommen, die rechteckförmige Hohlrohrleitung bzw. Hauptübertragungsleitung 1 sei dazu benutzt, Hochfrequenzenergie von einer Schaltungsanordnung 2, wie z. B. einer Hochfrequenzquelle bzw. einem Sender, nach einem Belastungskreis 3, wie beispielsweise einer Antenne, zu übertragen. Es liegt dabei die Aufgabe vor, einen bestimmten Betrag, der durch die Hohlrohrleitung 1 übertragenen Hochfrequenzenergie für die Verwendung in einem anderen Schaltkreis 4 zu entnehmen. Der entnommene Betrag werde beispielsweise für Frequenz- oder Leistungsmessungen usw. benutzt. Um einen gewünschten Anteil von Hochfrequenzwellen, die von der Quelle 2 nach dem Belastungskreis 3 fortschreiten, in den Schaltkreis 4 auszukoppeln und um gleichzeitig unerwünschte Wellen, das sind Wellen, die am Belastungskreis 3 in die Hauptleitung 1 reflektiert werden, von dem Schaltkreis 4 fernzuhalten, sind in. der breiten Wandungsseite 6 der Hohlrohrleitung 1 Wellenkopplungsschlitze 5 vorgesehen. Die Anzahl, die Abmessungen und die Abstände bzw. Anordnungen dieser Schlitze werden entsprechend den gewünschten Kopplungs- und Richteigenschaften gewählt. Eine Hilfsübertragungsleitung in der Streifenbauweise ermöglicht die erforderliche Kopplung mit dem Schaltkreis 4. Diese Streifenleitung 7 besteht aus einem Streifen von elektrisch leitendem Material 8, der sich entlang eines Abschnittes der Hauptleitung 1 erstreckt und von der Wandung 6 durch dielektrisches Material, wie z. B. ein Blättchen aus P'olyäthylen-Tetrafluorid, bekannt unter dem Handelsnamen »Teflon« getrennt ist. Um eine unerwünschte Strahlung der Schlitze 5 zu verhindern, sind die Schlitze, so wie in der Fig. 1 gezeigt, unter dem streifenförmigen Leiter 8 anzuordnen. Zur Verhinderung einer Strahlung der Streifenleitung in den Außenraum empfiehlt es sich, die Breite des streifenförmigen Leiters 8 wenigstens angenähert gleich einem Drittel der Breite der Grundfläche zu wählen, das ist im vorliegenden Fall die Breite der Wandung 6 der Haupthohlrohrleitung 1.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Schaltkreis 4 an die Streifenleitung mittels einer Koaxialleitung 9 angeschaltet. Zur Erzielung einer gewünschten Kopplung und Impedanzanpassung bei gleichzeitiger Krümmerausbildung, insbesondere Rechteckkrümmerausbildung, ist die Streifenleitung 7 mit einem Vorsprung 10 versehen, der unter dem gewünschten Winkel zur Ausrichtung der Hauptleitung verläuft. Der Vorsprung 10 besteht aus einer Grundebene in Form einer elektrisch leitenden Platte 11. Diese elektrisch leitende Platte 11 kann gegebenenfalls auch durch einen Vorsprung der Wandung 6 der Hohlrohrleitung gebildet werden oder durch eine leitende Metallplatte, die an die Hauptleitung 1 angeschweißt oder angelötet ist oder durch einen leitenden Belag, der auf der Unterseite des dielektrischen Materials 12 im Abschnitt 10 aufgebracht ist. Der Streifenleiter 8 ist in den Vorsprung 10 mit angemessener Krümmung übergeführt, um jegliche impedanzmäßige Fehlanpassung durch die Krümmung zu vermeiden. Die Kopplung zwischen dem Vorsprung und der Koaxialleitung 9 geschieht in an sich bekannter Weise mittels eines Koaxialüberganges in Form einer Öffnung in dem leitenden Teil 11 und dem plattenförmigen dielektrischen Abschnitt 12., so wie in der Fig. 1 gezeigt.

Es ist an sich bekannt, daß strahlende Schlitze in der zwei aneinanderliegende Übertragungsleitungen verbindenden Wand, Hochfrequenzenergie zwischen den beiden Leitungen koppeln, und daß durch entsprechende Wahl der Abstände der Form und der Orientierung der einzelnen Schlitze erreicht werden kann, daß die ausgekoppelte Hochfrequenzenergie, bezogen auf den ursprünglichen Energiefluß, sich nur in einer bestimmten Richtung ausbreitet. In der dargestellten Anordnung ist angenommen, daß die Schlitze so angeordnet sind, daß die Hochfrequenzenergie, die von der Schaltungsanordnung 2 her aufgenommen wird, im wesentlichen nur in eine Richtung hin ausgekoppelt wird, und zwar entlang der Streifenleitung 7 zu dem Schaltungskreis 4 hin, und daß des weiteren Energie, die von dem Schaltungskreis 3 her aufgenommen wird, entlang der Streifenleitung 7 nach de-

ao ren Ende 13 hin sich ausbreitet. Falls es erwünscht ist, daß die von 3 kommende Energie absorbiert wird, ist eine entsprechende Absorptionsvorrichtung 14 für diese Hochfrequenzenergie an dem Ende 13 vorzusehen. Bei dem dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel be-

a5 steht die Absorptionsvorrichtung aus einer Lage oder Schicht von Widerstandsmaterial, das in hinreichender Nähe des Endes des streifenförmigen Leiters 8 derart angeordnet ist, daß es den erforderlichen Betrag an unerwünschter Hochfrequenzleistung absorbiert.

Die Absorptionsvorrichtung 14 für die Hochfrequenzenergie kann gegebenenfalls auch durch einen Vorsprung ähnlich dem Vorsprung 10 ersetzt werden, der mit einem entsprechenden Kopplungs- bzw. Übergangsstück zu versehen ist, beispielsweise einem wie die Koaxialleitung 9, so daß die entnommene Hochfrequenzenergie einem Regelkreis für die weitere Verarbeitung der unerwünschten Wellen oder die von dem Belastungskreis her aufgenommenen Wellen zugeführt werden kann, und zwar in einer ähnlichen'Weise, wie es bezüglich der Teile 4 und 9 angegeben ist, die über den Vorsprung 12 gespeist werden. Beispielsweise kann eine derartige Ausbildung bei Radaranlagen Anwendung finden, da dort die ausgesendeten Wellen mit den im Gerät zwischen dem Sender und der Antennenanordnung reflektierten Wellen verglichen werden müssen, um die Fehlanpassung der speziellen Kopplungsanordnung zwischen Sender und Antenne feststellen zu können.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere nach der Lehre der Erfindung ausgebildete Anordnung, wobei zur Ankopplung des Schaltkreises 4 ein stetig sich aufkrümmender Vorsprung 10 vorgesehen ist, um die gewünschte Kopplung der Koaxialleitung 9 mit der Streifenleitung zu ermöglichen. Die leitende Grundebene für den plattenförmigen Vorsprung 10 besteht zweckmäßig aus einem metallisch leitenden Belag 11, der an der dielektrischen Zwischenschicht 12 dem streifenförmigen Leiter 8 gegenüberliegend vorzusehen ist. Die übrigen Einzelheiten der Anordnung entsprechen denen der Fig. 1, so daß bezüglich dieser Einzelheiten auf die dortige Beschreibung verwiesen sei.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Lehre der Erfindung zeigt die Fig. 3, bei der eine Übergangsvorrichtung für die Koaxialleitung 9 in Form eines Blockes aus leitendem Material 15 vorgesehen ist. Dieser Block 15 enthält eine unter rechtem Winkel zur Achse der Hauptleitung 1 liegende Bohrung bzw. Höhlung 16, durch die der Inncnleiter 17 der Koaxialleitung 9 bis zum Anschluß an den Streifenleiter 8 geführt ist. In manchen Fällen ist es

vorteilhaft, die Öffnung 16 in der Richtung 18 über eine bestimmte Länge hin fortzuführen, um dadurch Reflexionen, die durch winkelförmige Ausbildung hervorgerufen sind, zu reduzieren. Störende Fehlanpassungen können durch die üblichen Stichleitungen und Blindleitungen, d. h. durch am Ende kurzgeschlossene bzw. offene Anpassungsleitungen kompensiert werden.

Fernerhin läßt sich eine Fehlanpassung zwischen der Koaxialleitung 9 und dem entsprechenden Anschlußende der Streifenleitung durch an sich übliches kontinuierliches Abstufen des streifenförmigen Leiters erzielen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dies im Abschnitt 19 des Streifenleiters 8 durchgeführt, der das Übergangselement 15 speist.

Eine Kompensationsleitung in Form einer Blindleitung oder einer Stichleitung kann auch durch eine Weiterführung des streifenförmigen Leiters 8 über die Anschlußstelle der Kopplungsleitung hinaus gebildet werden. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist dies gestrichelt mit angedeutet.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist der streifenförmige Leiter 8, der der Haupthohlrohrleitung 1 zugeordnet ist, von dieser durch eine erste Schicht 20 aus Dielektrikum und von einem elektrisch leitenden Teil 21 durch eine zweite Schicht 22 aus Dielektrikum getrennt. Das Teil 21 dient dabei der Halterung des Streifenleiters 8 zur Hohlrohrleitung 1 und drückt über die Schraubbolzen 23, 24 und das an der Hohlrohrleitung 1 vorgesehene Gegenlager die dielektrische Schicht 22 und damit den Streifenleiter 8 und das Dielektrikum 20 gegen die breite Seite 6 der Hohlrohrleitung 1 an. Dabei entsteht eine sogenannte »Sandwich-Leitung«, die die Teile 6, 8, 20, 21 und 22 umfaßt. Der Schlitz 5 bzw. die Schlitze 5 dienen der gewünschten Kopplung zwischen der Hohlrohrleitung 1 und der »Sandwich-Leitung«.

In Fig. 5 ist die Anwendung der Lehre nach der Erfindung auf eine Hohlrohrleitung kreisförmigen Querschnittes wiedergegeben. Die Hohlrohrleitung 25 kreisförmigen Querschnittes ist mit zwei »Sandwich«- Leitungsabschnitten 26 und 27 versehen, die ähnlich der an Hand der Fig. 4 beschriebenen Leitungsart sind und die an voneinander entfernten Punkten an der Hohlrohrleitung 25 befestigt sind. In jedem Fall ist der streifenförmige Leiter 8 von der Wandung der Hohlrohrleitung kreisförmigen Querschnittes mittels dielektrischen Materials 20 und von dem elektrisch leitenden plattenförmigen Teil 21 mittels dielektrischen Materials 22 getrennt.

Die Anordnung nach Fig. 5 kann mit Vorteil für Polarisationsmessungen Anwendung finden. Wenn z. B. das E-FeId in der Hohlrohrleitung 25, so wie durch den Vektor 28 angedeutet, orientiert ist, koppelt, unter der Voraussetzung, daß die beiden Kopplungsvorrichtungen 26 bzw. 27 unter rechtem Winkel und zweckmäßig in der gleichen Querschnittsebene der Leitung 25 zueinander liegen, der Schlitz 29 die in Richtung des Vektors 30 orientierte Komponente des Ε-Feldes und der Schlitz 31 die in Richtung des Vektors 32 liegende Komponente aus. Die durch die Schlitze 29 und 31 in den zugehörigen »Sandwich-Leitungen« 26 und 27 ausgekoppelten Signale bzw. Energieanteile können dann mittels der üblichen Amplitudenvergleichsschaltungen, wie z. B. einer Leistungsbrückenmeßanordnung, verglichen werden. 6g

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Kopplungsvorrichtung mit einer einen Abschirmmantel aufweisenden Hochfrequenzleitung (Hauptleitung), bei der der Abschirmmantel wenigstens eine Kopplungsöffnung besitzt, die der Abzweigung eines Teiles der durch die Hauptleitung übertragenen Energie in eine weitere Hochfrequenzleitung (Nebenleitung) dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenleitung aus einem die Kopplungsöffnung (en) unter Zwischenlage eines vorzugsweise schichtförmigen Dielektrikums überdeckenden, streifenförmigen Leiter und dem gegenüberliegenden Abschirmmantel der Hauptleitung besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kopplungsöffnungen vorgesehen sind, deren Abmessungen, Verteilung und Orientierung derart gewählt sind, daß bei einem einseitig gerichteten Energietransport in der Hauptleitung auch in der Nebenleitung bei reflexionsfreiem Abschluß ein einseitig gerichteter Energietransport eintritt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter zusammen mit dem schichtförmigen Dielektrikum, von dem Abschirmmantel der Hauptleitung fortweisend, um die breite Seite gekrümmt ist, und daß die dem Abschirmmantel zugewandte Seite des schichtförmigen Dielektrikums mit einem elektrisch leitenden Belag versehen ist, der zumindest am Beginn der Krümmung in den Abschirmmantel der Hauptleitung übergeht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter zusammen mit dem schichtförmigen Dielektrikum tangential vom Abschirmmantel der Hauptleitung fortgeführt ist und daß die dem Abschirmmantel zugewandte Seite des schichtförmigen Dielektrikums mit einem elektrisch leitenden Belag versehen ist, der zumindest am Beginn der tangentialen Fortführung in den Abschirmmantel der Hauptleitung übergeht.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Belag auf das Dielektrikum in Form einer Oberflächenschicht fest aufgebracht ist, beispielsweise mittels Aufdampfen, Aufstreichen, Aufwalzen usw.

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Belag aus einem massiven Metallteil besteht, beispielsweise einem Blech.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das massive Metallteil starr auf dem Abschirmmantel der Hauptleitung befestigt ist, beispielsweise durch Aufschrauben, Auflöten, Aufschweißen usw., oder daß das massive Metallteil einen Teil des Abschirmmantels der Hauptleitung bildet.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des streifenförmigen Leiters wenigstens annähernd gleich einem Drittel der für die Nebenleitungsbildung maßgebenden Breitenabmessung des Abschirmmantels der Hauptleitung gewählt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter auf seiner dem Abschirmmantel der Hauptleitung abgewandten Seite mit einem weiteren, vorzugsweise ebenfalls streifenförmigen Leiter unter Zwischenlage eines weiteren streifenförmigen Dielektrikums abgedeckt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere streifenförmige Leiter in Dielektrikum eingebettet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einem Ende der Nebenleitung ein Übergang auf eine übliche Hochfrequenzleitung, ζ. Β. eine Koaxialleitung, Hohlrohrleitung, Doppelleitung usw., vorgesehen ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 l>i.> 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenkitungsende mittels vorzugsweise folien- oder sehichtartig ausgebildetem, wellenabsorbierendem Material reflexionsfrei abgeschlossen ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 !)is 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kompensation von in der Nebenleitung und/oder in den Anschlüssen liegenden Reflexionsstellen vorgesehen sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter wenigstens nach einem Ende hin in der Breitenabmessung konisch verlaufend ausgebildet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation Stiehl ei tungs- oder Blindleitungsabschnitte vorgesehen sind, die vorzugsweise aus einem Abschnitt eines streifenförmigen Leiters und aus dem Abschirmmantel der Hauptleitung bestehen, unter Zwischenlage von Dielektrikum.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter aus einem massiven Metallstreifen besteht.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Leiter aus einem auf das Dielektrikum in Form einer Oberflächenschicht fest aufgebrachten Streifen besteht, z. B. aus einem galvanisch oder mittels Aufdampfen oder Aufstreichen oder Aufwalzen usw. aufgebrachten Streifen.

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung als Hohlrohrleitung rechteckigen Querschnittes ausgebildet ist und der streifenförmige Leiter längs der breiten Seite der Hohlrohrleitung verläuft.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptleitung aus einer Hohlrohrleitung kreisförmigen Querschnittes besteht, an der, vorzugsweise zwei, streifenförmige Leiter unter Zwischenlage von Dielektrikum angeordnet sind, die zueinander unter einem rechten Winkel liegen.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Patent Nr. 958396, 965 141, 1014183.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© H»67«/240 11.58