DE1053049B

DE1053049B - Coupling arrangement for waveguides

Info

Publication number: DE1053049B
Application number: DEI13276A
Authority: DE
Inventors: Leonard Lewin
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1956-05-28
Filing date: 1957-05-27
Publication date: 1959-03-19
Also published as: US2952820A; FR1175839A; CH353414A; GB796660A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1053PATENT DOCUMENT 1053

ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF
EDITORIAL:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:ISSUE OF
PATENT LETTERING:

kl. 21 a⁴ 74kl. 21 a ⁴ 74

INTERNAT. KL. H 03 h 27.MAI 1957INTERNAT. KL. H 03 h MAY 27, 1957

19. MÄRZ 1959 10. SEPTEMBER 1959MARCH 19, 1959 SEPTEMBER 10, 1959

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFTAGREES WITH EDITORIAL

1 053 049 (I 1327« VIII a / 21 a ')1 053 049 (I 1327 «VIII a / 21 a ')

Die Erfindung betrifft eine breitbandige Kopplungsanordnung zur Kopplung von rechteckigen mit runden Hohlleitern für höchstfrequente Signale.The invention relates to a broadband coupling arrangement For coupling rectangular and round waveguides for high-frequency signals.

Bekanntlich eignen sich runde Hohlleiter auf Grund ihrer extrem kleinen Dämpfung pro Längeneinheit, die sie H₀₁-Wellen entgegensetzen, besonders gut zur leitungsgebundenen Fernübertragung von Mikrowellen. As is well known, because of their extremely small attenuation per unit length, which they _{oppose to H 01} waves, round waveguides are particularly suitable for the line-bound long-distance transmission of microwaves.

Dabei ist es natürlich für die Verwendung einer solchen Fernleitung wesentlich, daß sowohl an ihren Enden als auch im Zuge der Leitung breitbandige Signale, die meist durch örtliche, rechteckige Hohlleiter als H₁₀-Wellen zugeführt werden, an jedem gewünschten Punkt störungsfrei ein- oder ausgekoppelt werden können. Es handelt sich z. B. um die Ein- und Auskopplung von breiten Frequenzbändern zur Übertragung von Vielkanalsystemen, und es muß dafür Sorge getragen werden, daß sich diese Bänder nicht gegenseitig stören, d. h., die einzelnen Kopplungsstellen müssen eine Bandpaßcharakteristik aufweisen. It is of course essential for the use of such a long-distance line that broadband signals, which are usually _{fed in by local, rectangular waveguides as H 10} waves, are coupled in or out without interference at any desired point, both at their ends and in the course of the line can be. It is z. B. to the coupling and decoupling of wide frequency bands for the transmission of multi-channel systems, and care must be taken that these bands do not interfere with each other, that is, the individual coupling points must have a bandpass characteristic.

Es ist bereits eine Kopplungsanordnung bekannt, bei der ein rechteckiger Hohlleiter einen runden Hohlleiter ringförmig umschließt und bei der zur Anregung von H₀₁-Wellen im runden Hohlleiter durch die H₁₀-Wellen im rechteckigen Hohlleiter oder umgekehrt in der gemeinsamen Wand eine ungerade Anzahl von trapezförmigen öffnungen verschiedener Größe wrgesehen ist, deren Abstand voneinander eine ganze Betriebswellenlänge beträgt. Die Energie pflanzt sich hierbei im rechteckigen Hohlleiter auf zwei Wegen fort, so daß die dem Einspeisungspunkt gegenüberliegende Ebene eine Knotenebene für die elektrischen Feldlinien darstellt und somit einen elektrischen Kurzschluß bildet.A coupling arrangement is already known in which a rectangular waveguide surrounds a round waveguide in a ring and in which _{an odd number of trapezoidal shapes are used to excite H 01} waves in the round waveguide through the H ₁₀ waves in the rectangular waveguide or vice versa in the common wall Openings of different sizes is seen, the distance between which is a whole operating wavelength. The energy is propagated in the rectangular waveguide in two ways, so that the plane opposite the feed point represents a nodal plane for the electrical field lines and thus forms an electrical short circuit.

Eine derartige Anordnung läßt sich jedoch aus folgenden Gründen für die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung, nämlich beispielsweise 350 MHz breite Bänder mit einem jeweiligen Abstand von 1 GHz im Frequenzgebiet von 30 bis 60GHz nicht verwenden: Die optimale Kopplung kommt nur für eine bestimmte Frequenz zustande, während bei benachbarten Frequenzen keine Gleichphasigkeit an den Kopplungsöffnungen mehr besteht.However, such an arrangement can be used as a basis for the invention for the following reasons underlying task, namely, for example, 350 MHz wide bands with a respective spacing of 1 GHz in the frequency range from 30 to 60 GHz do not use: The optimal coupling only comes for a certain frequency, while no in-phase at neighboring frequencies the coupling openings more.

Unerwünschte Schwingungsmoden, die neben den H₀₁-Wellen in dem runden Hohlleiter auftreten können, lassen sich im Kopplungsbereich ebenfalls nur für eine bestimmte Frequenz wirksam unterdrücken. Undesired oscillation modes, which can occur in addition to the H ₀₁ waves in the round waveguide, can likewise only be effectively suppressed for a certain frequency in the coupling area.

Ferner kann mit dieser Anordnung nur das Ende eines runden Hohlleiters mit einem rechteckigen Hohlleiter gekoppelt werden. Das Ein- oder Auskoppeln im Zuge eines als Fernleitung dienenden runden Hohlleiters ist nicht möglich.Furthermore, with this arrangement, only the end of a round waveguide with a rectangular one Waveguides are coupled. The coupling or decoupling in the course of a serving as a long-distance line round waveguide is not possible.

Weiterhin sind keine Maßnahmen getroffen, dieserFurthermore, no measures are taken for this

15 Kopplungsanordnung für Hohlleiter15 Coupling arrangement for waveguides

Patentiert für:Patented for:

InternationalInternational

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Standard Electric Corporation,
New York, NY (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. Mai 1956Claimed priority:
Great Britain 28 May 1956

Leonard Lewin, London,
ist als Erfinder genannt wordenLeonard Lewin, London,
has been named as the inventor

Kopplungsanordnung eine Bandpaßcharakteristik zuCoupling arrangement to a bandpass characteristic

25 verleihen.25 lend.

Mit der Erfindung wird daher eine Kopplungsanordnung geschaffen, die die Ein- bzw. Auskopplung breitbandiger, höchstfrequenter Signale am Ende oder an einem oder mehreren Zwischenpunkten in einen als Fernleitung dienenden runden Hohlleiter ermöglicht. Bei einer derartigen Anordnung mit einem Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt, der als Stammleiter der Fernübertragung von H₀₁-Weilen dient, und einem Speiseleiter, der als Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist und den Stammleiter ringförmig nahezu umschließt und mit ihm eine gemeinsame Wand hat, ist erfindungsgemäß die gemeinsame Wand von mindestens zehn solcher schlitzförmigen Kopplungsöffnungen durchsetzt, deren Länge wenigstens annähernd einer halben Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz entspricht und die abwechselnd gegeneinander geneigt sind und voneinander einen mittleren Abstand einer halben Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz aufweisen:The invention therefore creates a coupling arrangement which enables broadband, highest-frequency signals to be coupled in or out at the end or at one or more intermediate points in a round waveguide serving as a long-distance line. In such an arrangement with a waveguide with a circular cross-section, which serves as a main conductor for the long-distance transmission of H ₀₁ waves, and a feed conductor, which is designed as a waveguide with a rectangular cross-section and almost annularly surrounds the main conductor and has a common wall with it According to the invention, the common wall is penetrated by at least ten such slot-shaped coupling openings, the length of which corresponds to at least approximately half a wavelength of the mean operating frequency and which are alternately inclined towards one another and have a mean distance from one another of half a wavelength of the mean operating frequency:

An Hand zweier Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Figuren soll die Erfindung erläutert werden: InUsing two exemplary embodiments with the associated Figures the invention is to be explained: In

Fig. 1 wird die Kopplungsanordnung im. Längsschnitt dargestellt;Fig. 1 shows the coupling arrangement in. Longitudinal section shown;

Fig. 2 zeigt dieselbe Anordnung im Schnitt X-X'; Fig. 3 zeigt einen Richtungskoppler gemäß der Erfindung ;Fig. 2 shows the same arrangement in section X-X '; Fig. 3 shows a directional coupler according to the invention ;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Richtungskoppler gemäß der Fig. 3; inFIG. 4 shows a perspective illustration of a directional coupler according to FIG. 3; in

909 596/211909 596/211

3 43 4

Fig. 5 wird eine Kurve dargestellt, an Hand der Feldlinien als konzentrische Kreise auf dem Quer-Fig. 5 shows a curve based on the field lines as concentric circles on the transverse

die mathematischen Zusammenhänge der Erfindung schnitt des Hohlleiters erscheinen. So kann jedethe mathematical relationships of the invention cut the waveguide appear. Anyone can do this

erläutert werden; Speisung auf dem Umfang des Hohlleiters, die gleich-be explained; Supply on the circumference of the waveguide, the same

Fig. 6 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild eines phasige elektrische Feldlinien in Abständen kleinerFig. 6 shows the electrical equivalent circuit diagram of a phase electric field lines at intervals smaller

geschlitzten Spcisehohlleiters; 5 als eine Wellenlänge anregt, nur den H₀„-Typ imslotted spice waveguide; 5 excites as a wavelength, only the H ₀ "-type im

Fig. 7 zeigt das Netzwerk gemäß Fig. 6. runden Hohlleiter erregen. In der beschriebenen An-FIG. 7 shows the network according to FIG. 6. Excite round waveguides. In the described

Die Fig. 1 und 2 zeigen die wesentlichen Bestand- Ordnung erfolgt eine solche phasengleiche Anregung teile der Kopplungsanordnung für Hohlleiter gemäß durch Energieübertragung von dem rechteckigen der Erfindung. Einzelheiten, die zum Verständnis der Hohlleiter, der für die H₁₀-Type im rechteckigen Erfindungsidee nicht erforderlich sind, sind nicht dar- io Hohlleiter dimensioniert ist, über die Schlitze, deren gestellt. Die Anordnung besteht aus einer Stamm- Abstände von e im an der eine halbe Wellenlänge beträgt leitung 1 in der Form eines runden Hohlleiters, der und die abwechselnd entgegengesetzt geneigt sind, um die hochfrequente elektrische Energie in der Schwin- so trotz der Phasenschwankung der Energie längs der guingsform einer H₀₁-WeIIe fortleitet, beispielsweise in Speiseleitung Gleichphasigkeit zu erhalten. Der einem Fernleitungssystem. Der Stammleiter 1 wird 15 koaxialzylindrische Leiter 6 bildet ein Hindernis für von einer Windung der Speiseleitung 2 ringförmig die Entstehung der unerwünschten Wellentypen in umschlossen, die ein rechteckiger Hohlleiter mit den der Kopplungszonc. Außerhalb der Kopplungszone Abmessungen α bzw. b ist und mit dem Stammleiter 1 gewährleisten die spitz zulaufenden Enden des eine gemeinsame Wand hat. Die Ebene der um- Leiters 6 die Ausschließlichkeit der H₀₁-Wellenform schließeriden Windungen liegt dabei genau senkrecht 20 in dem übrigen Teil des runden Hohlleiters 1.
zur Achse des Stammleiters. In dem vorliegenden " Es ist ersichtlich, daß die Kopplungsanordnung der Ausführungsbeispiel ist die innere schmale Wand des Fig. 1 und 2 keine Riehtwirktmg hat, d.h., die in den Speiseleiters 2 gleich der Wand des Stammleiters 1. Stammleiter 1 eingekoppelte Energie pflanzt sich nach Diese gemeinsame Wand ist mit einer Vielzahl von beiden Richtungen in dem Stammleiter fort, und um-Kopplungsöffnungen, mindestens zehn, versehen, die 25 gekehrt nimmt der Speiseleiter 2 Energie aus dem die Form von Schlitzen haben und in der Figur mit 3 Stammleiter ebenfalls richtungsunabhängig auf. Eine bezeichnet sind; ihr Abstand im Bogenmaß ist mit Φ derartige Anordnung ist zwar für bestimmte Fälle bezeichnet. Die Schlitze liegen in Abständen von einer zweckmäßig, jedoch besteht meistens der Bedarf nach halben Freiraumwellenlänge des Mittenbandes der einer Kopplungsanordnung mit Richtwirkung. In der Betriebsfrequenz des Spciscleiters auf dem Umfang 30 Weiterbildung der Erfindung wird eine Kopplungsdes Stammleiters. Die Schlitze sind, wie in der Fig. 1 anordnung mit Richtwirkung gemäß der in der Fig. 3 dargestellt, abwechselnd mit entgegengesetzter Nei- und 4 gezeigten Ausführung angegeben,
gung mit Rücksicht auf die kleinen Dimensionen des Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist diese Ausführung Hohlleiters schräg angeordnet. Das eine Ende 4 des der Ausführung der Fig. 1 und 2 ähnlich.. Sie ist Speiselciters 2 ist für den Anschluß einer Zuleitung 35 jedoch mit einer zusätzlichen mit Schlitzen versehenen ausgebildet, während das andere Ende als Abschluß Speiseleitung· 2'ausgebildet, die in der gleichen Weise des Speiseleiters vorgesehen ist, welcher mittels einer wie die Speiseleitung 2 mit dem Stammleiter 1 ge-Kurzschlußvorrichtung 5, die zweckmäßigerweise im koppelt ist. Der Abstand der beiden Speiseleiter von-Abstand einer Viertelwellenlänge zum nächsten einander auf der Längsachse des Stammleiters muß Streifen liegt, verwirklicht wird. Innerhalb des 40 gleich einer ungeraden Anzahl einer Viertelwellen-Stammleiters 1 und koaxial zu diesem liegt ein länge der Hohlleiterwellenlänge des Stammleiters 1 zylinderförmiger Leiter 6. Winkel auf ihm sind mit Θ sein (im Ausführungsbeispiel = ⁹UX₀)- Die beiden bezeichnet (Fig. 2). Der Zwischenraum zwischen der Speiseleiter sind so an eine gemeinsame Abzweig-Innenwand des Stammleiters 1 und dem Leiter 6 be- leitung gekoppelt, daß sie mit einer Phasendifferenz trägt zwischen einer halben und einer ganzen Frei- 45 von 90° gegeneinander arbeiten. Diese Phasendifferenz raumwellenlänge des Mittenbandes. Der Leiter 6 er- im Zusammenwirken mit dem Abstand längs der streckt sich in der Längsrichtung bei gleichbleibendem Stamleitung 1 bedingt, daß die Speiseleiter bei der Durchmesser über die Länge des Stammleiters 1, in einen Energietransportrichtung der Stammleitung der die Kopplung zwischen dem Stammleiter 1 und zusammenarbeiten, jedoch bei der entgegengesetzten dem Speiseleiter 2 stattfindet. Außerhalb der Kopp- 50 Richtung sich in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben, lungszone verjüngen sich beide Enden des Leiters 6 In dem vorliegenden Beispiel sind die Speiseleiter 2 zu Spitzen, wie es in der Fig. 1 für das eine Ende 7 und 2' über die Krümmungsstücke 11 und 12 und die gezeigt wird. Im Falle einer Einkopplung mehrerer Arme 8 und 9 an das Hohlleiternetzwerk angekoppelt, Kanäle in den Stammleiter 1 an benachbarten Punkten das die Form des bekannten magischen T hat.
erstreckt sich der Leiter 6 durchgehend über alle 55 Um die erwähnte Phasendifferenz von 90° zu ge-Kopplungszonen. In diesem Falle kann es wünschens - wärmen, ist das Netzwerk 10 aus der Mitte der Verwert sein, den Durchmesser des Hauptteils des bindungislinie Speiseleiter 2-2' um V₈ λ der Speise-Leiters 6 gerade um so viel zu verringern, daß ein leiterwellenlänge versetzt. Die Kanalabzweigung optimaler elektrischer Abstand zwischen dem Leiter 6 (nicht dargestellt) kann über einen der senkrechten und der Wand des Stammleiters 1 entsteht, der in 60 Arme 13 und 14 erfolgen. Wie aus den Fig. 3 und 4 jeder Kopplungszone mit dem jeweiligen Kanal unter- hervorgeht, ist der Arm 13 (senkrecht zur Papierschiedlicher Betriebsfrequenz im wesentlichen einen ebene in Fig. 3) parallel, also gleichphasig, an die gleichen Wert hat. Seitenarme 8 und 9 angekoppelt. Wenn also der Arm1 and 2 show the essential constituent order such an in-phase excitation takes place parts of the coupling arrangement for waveguides according to by energy transfer from the rectangular of the invention. Details that are necessary for understanding the waveguide, which _{are not required for the H 10} -type in the rectangular inventive idea, are not dar- io waveguide is dimensioned over the slots, which are made. The arrangement consists of a trunk spacing of e im at half a wavelength is line 1 in the form of a round waveguide, which and which are alternately inclined in opposite directions to the high-frequency electrical energy in the Schwin- so despite the phase fluctuation of the energy longitudinally The guingsform of an H ₀₁ wave forwards, for example to obtain in-phase in the feed line. The one pipeline system. The main conductor 1 is 15 coaxial cylindrical conductors 6 forms an obstacle for a winding of the feed line 2 ring-shaped the emergence of the undesirable wave types in which a rectangular waveguide is enclosed with that of the coupling zone. Outside the coupling zone dimensions α and b respectively and with the main ladder 1 ensure the tapered ends of which have a common wall. The plane of the um-conductor 6 the exclusivity of the H ₀₁ waveform closing turns lies exactly perpendicular 20 in the remaining part of the round waveguide 1.
to the axis of the trunk leader. In the present "It can be seen that the coupling arrangement of the exemplary embodiment is the narrow inner wall of FIGS. 1 and 2 has no directional effect, ie the energy coupled into the feeder 2 like the wall of the main conductor 1 common wall continues with a large number of both directions in the trunk conductor, and around-coupling openings, at least ten, are provided, which are inverted, the feeder 2 takes energy from the slots and in the figure with 3 trunk conductors also independent of direction. One is designated; their spacing in radians is denoted by Φ. Such an arrangement is indeed designated for certain cases. The slots are at intervals of one expediently, but there is usually a need for half the free space wavelength of the center band of a coupling arrangement with directional effect within the scope of a further development of the invention, a coupling of the St ammleiters. The slots are, as in FIG. 1, an arrangement with a directional effect according to that shown in FIG.
As FIGS. 3 and 4 show, this embodiment of the waveguide is arranged at an angle. One end 4 of the embodiment of FIGS. 1 and 2 is similar. It is feeder 2 is designed for the connection of a feed line 35 but with an additional one provided with slots, while the other end is designed as a termination feed line · 2 ', which in the same way of the feeder is provided, which by means of a like the feeder 2 with the main conductor 1 ge short-circuit device 5, which is expediently coupled in. The spacing of the two feed conductors from one quarter wavelength to the next on the longitudinal axis of the main conductor must be strip to be achieved. Within the 40 equal to an odd number of a quarter-wave root conductor 1 and coaxially thereto is located a length of the waveguide wavelength of the trunk conductor 1 cylindrical conductor 6. angle on it are with Θ be (in the embodiment = ⁹ UX ₀₎ - The two designated (Fig. 2). The space between the feeder conductors are coupled to a common branch inner wall of the main conductor 1 and the conductor 6 in such a way that they work with a phase difference of between half a and a full free space of 90 ° against each other. This phase difference spatial wavelength of the center band. The conductor 6, in cooperation with the distance along the stretches in the longitudinal direction with the trunk line 1 remaining the same, means that the feeder conductors work together at the diameter over the length of the trunk line 1, in an energy transport direction of the trunk line that the coupling between the trunk line 1 and , but takes place at the opposite of feeder 2. Outside the coupling direction, both ends of the conductor 6 are tapered 11 and 12 and which is shown. In the case of coupling in several arms 8 and 9 coupled to the waveguide network, channels in the trunk conductor 1 at adjacent points that has the shape of the well-known magic T.
the conductor 6 extends continuously over all 55 To the mentioned phase difference of 90 ° to ge-coupling zones. In this case it may be desirable - warm, the network 10 is from the middle of the recovery to reduce the diameter of the main part of the binding line feeder 2-2 'by V ₈ λ of the feeder 6 by just enough that a conductor wavelength offset. The channel branching optimal electrical distance between the conductor 6 (not shown) can be created via one of the vertical and the wall of the main conductor 1, which takes place in 60 arms 13 and 14. As can be seen from FIGS. 3 and 4 of each coupling zone with the respective channel, the arm 13 (perpendicular to the paper of different operating frequency, essentially a plane in FIG. 3) is parallel, that is, in phase, at the same value. Side arms 8 and 9 coupled. So if the arm

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 ge- 13 zur Einspeisung der Energie verwendet wird, dann zeigten und beschriebenen Anordnung beruht auf der 65 wird die Erregung des Spciseleiters 2 relativ zur ErTatsache, daß die H₀₁-Wellen eines runden Hohl- regung des Speiseleiters 2' um 90° verzögert, so daß leiters· sich von den übrigen im runden Hohlleiter der Energietraneport nur in der durch den Pfeil 15 möglichen Wellen dadurch unterscheiden, daß ihr der Fig. 3 angezeigten Richtung erfolgen kann. Wenn Feldlinienbild rund um den Hohlleiter gleich ist andererseits die Energie über den Arm 14 zugeführt (zylindersymmetrisch) und daß ihre elektrischen 70 wird, besteht eine umgekehrte Phasenbeziehung, soThe mode of action which is used in FIGS. 1 and 2 to supply the energy, the arrangement shown and described is based on the fact that the H ₀₁ waves are a round hollow excitation of the feeder 2 'delayed by 90 °, so that the conductors · differ from the rest of the energy transfer port in the round waveguide only in the waves possible by the arrow 15 in that it can take place in the direction indicated in FIG. 3. If the field line pattern around the waveguide is the same, on the other hand, the energy supplied via the arm 14 (cylindrically symmetrical) and that its electrical 70 is, there is an inverse phase relationship, so

daß der Energietransport nur in der durch den Pfeil 16 angezeigten Richtung erfolgen kann. Im Bedarfsfall können gleichzeitig zwei verschiedene Kanalabzweigungen auf der gleichen Frequenz vorgenommen werden. Dabei wird die Energie in die Arme 13 und 14 eingespeist und in die jeweiligen Richtungen fortgeleitet. that the energy can only be transported in the direction indicated by arrow 16. If necessary can use two different duct branches at the same time be made on the same frequency. Thereby the energy is in the arms 13 and 14 fed in and forwarded in the respective directions.

Die Bandpaßcharakteristik der Kopplungsanordnung gemäß der Erfindung ist einerseits von der Frequenzabhängigkeit des Koppel-efrektes — das ist die Änderung des Energietransportes zwischen dem Speiseleiter und dem Stammleiter über die Schlitze der gemeinsamen Wand — und andererseits von dem Verhalten der Abschlußimpedanz des Speiseleiters mit seiner Schlitzanordnung abhängig.The bandpass characteristic of the coupling arrangement according to the invention is, on the one hand, dependent on the frequency of the coupling efect - that is the change in the energy transport between the Feeder and the trunk ladder over the slots in the common wall - and on the other hand from that Behavior of the terminating impedance of the feeder with its slot arrangement depends.

Hinsichtlich der Änderung des Energietransportes kann an Hand einer mathematischen Untersuchung gezeigt werden, daß im Falle einer großen Anzahl N von Schlitzen, z. B. zehn oder mehr, sich die Amplitude A der H₀₁-Wellen im runden Hohlleiter bei konstanter Amplitude der Erregung durch den Speiseleiter in Abhängigkeit von der Frequenz annähernd gemäß der in der Fig. 5 dargestellten Kurve ändert. Für A ergibt sich der Ausdruck:With regard to the change in the energy transport, a mathematical investigation can be used to show that in the case of a large number N of slots, e.g. B. ten or more, the amplitude A of the H ₀₁ waves in the round waveguide with a constant amplitude of the excitation by the feeder as a function of the frequency changes approximately according to the curve shown in FIG. The expression for A results:

2U?2U?

Dabei ist Xg die Wellenlänge im rechteckigen Hohlleiter des Speiseleiters bei der augenblicklichen Betriebsfrequenz, und Xg₀ ist die Wellenlänge in dem Speiseleiter bei der Mittenfrequenz des Kanalbandes. Unter der Annahme, daß Xg sich nur um einen kleinen Betrag von Xg₀ unterscheidet, kann man schreiben Xio~Xg — dXg. Unter dieser Voraussetzung nimmt der Ausdruck (1) die Form einer (sinuis x)lx-Kurve an, wobei x=N· η · dXg/2 Xg. Die Kurve hat ein flaches Maximum bei x = 0, und ihre Nulldurchgänge liegen bei x = n, 2n . . . «π. Indem der erwünschte Kanal auf x = 0 und die zu sperrenden Kanäle auf χ = π usw. gelegt werden, können !gegenseitige Störungen der Kanäle vermieden werden.Here, Xg is the wavelength in the rectangular waveguide of the feeder at the current operating frequency, and Xg ₀ is the wavelength in the feeder at the center frequency of the channel band. Assuming that Xg differs from Xg ₀ by only a small amount, one can write Xio ~ Xg - dXg. With this assumption, expression (1) takes the form of a (sinuis x) lx curve , where x = N · η · dXg / 2 Xg. The curve has a flat maximum at x = 0 and its zero crossings are at x = n, 2n. . . «Π. By setting the desired channel to x = 0 and the channels to be blocked to χ = π etc., mutual interference between the channels can be avoided.

Da . der Abstand von der Mittenfrequenz des erwünschten Kanals zur ersten Nullstelle χ = π ist und da N=AnRIXg, wobei R der Radius des Stammleiters ist, erhält man _ ,There . the distance from the center frequency of the desired channel to the first zero is χ = π and since N = AnRIXg, where R is the radius of the main conductor, one obtains _,

2,nR2, no

Da fernerSince furthermore

= (df-Xg²)](f-X²)= (df-Xg ² )] (fX ² )

wobei / die besagte Mittenfrequenz und X die entsprechende Fneiraümwellenlänge ist, ergibt sich: where / is the said center frequency and X is the corresponding freezing wavelength, we get:

dfIf=XlIl_nRXg. ..dfIf = XlIl _n RXg. ..

(2)(2)

Wenn z. B. R der Radius des Stammleiters 4 cm, α die breite Seite des rechteckigen Hohlleiters 7,1 mm und f 37,5 GHz sind, dann -ergibt sich für df I GHz, so daß ein Band von etwa 350 MHz in dem flachen Maximum bei x = 0 untergebracht werden kann, aber keine Interferenz mit den um 1 GHz benachbarten Bändern auftritt.If z. B. R is the radius of the main conductor 4 cm, α is the broad side of the rectangular waveguide 7.1 mm and f 37.5 GHz, then - results for df I GHz, so that a band of about 350 MHz in the flat maximum can be accommodated at x = 0 , but there is no interference with the bands around 1 GHz.

Hinsichtlich der Impedanzeigenschaften des Speiseleiters mit seiner Schlitzanordnung ist festzustellen, daß gemäß einem Merkmal der Erfindung die Länge der Schlitze ungefähr eine halbe Wellenlänge der Mittenfrequenz beträgt. Mit einer Länge von etwa 4 mm und einer minimalen Breite von etwa 0,5 mm der Schlitze liegt der Gütefaktor ziemlich niedrig, und wenn er nicht durch eine besondere Formgestaltung der Schlitze (Form einer Hantel) erhöht wird, kann nur eine geringe Selektivität erwartet werden, abgesehen natürlich von den weitabliegenden Frequenzen. Jedoch weist die Impedanz der Schlitzanordnung eine Frequenzveränderlichkeit proportional zur Anzahl der Schlitze auf.With regard to the impedance properties of the feeder with its slot arrangement, it should be noted that that, according to a feature of the invention, the length of the slots is approximately half a wavelength Center frequency is. With a length of about 4 mm and a minimum width of about 0.5 mm of the slots, the figure of merit is quite low, and if it is not due to a special shape If the number of slots (shaped like a dumbbell) is increased, only a low selectivity can be expected, apart from of course from the far-off frequencies. However, the impedance of the slot arrangement has a Frequency variability proportional to the number of slots.

Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild der Anordnung, die aus N Schlitzen der Länge 1 besteht und mit der Impedanz Z parallel belastet wird wobei der letzte offene Teil annähernd¹ der Wirkung des in Fig. 2 mit 5 ίο bezeichneten Ru rz suhl us se s -entspricht. Verwendet man für die Rechnung nur relative Impedanzen und schreibt 2 nlXg = k', so kann gezeigt werden, daß die E'ingangsimpedanz Zm ist.Fig. 6 shows an equivalent circuit diagram of the arrangement, which consists of N slots of length 1 and is loaded with the impedance Z in parallel, the last open part approximately ^{1 of} the effect of the Ru rz suhl us se s denoted in Fig. 2 with 5 ίο - is equivalent to. If one uses only relative impedances for the calculation and writes 2 nlXg = k ', it can be shown that the E' input impedance is Zm.

Z_n = — - + — · / tg k' I ... (3) Z _n = - - + - / tg k 'I. . . (3)

N 1 +jZtgk'l 3 N 1 + jZtgk'l 3

Die Gleichung gilt für die Umgebung von tgk'l=O, d. h. / gleich einer halben Wellenlänge der Mittenfrequenz des Speiseleiters. Dies bedeutet, daß die relative Schlitzimpedanz gleich N, der Anzahl der Schlitze, zwecks genauer Anpassung an die Mittenfrequenz sein muß. Z₁ und Z_n sind die Eingangsiimpedanzen bei den ersten beiden' Schlitzen neben dem Kurzschluß.The equation applies to the vicinity of tgk'l = 0, ie / equal to half a wavelength of the center frequency of the feeder. This means that the relative slot impedance must be equal to N, the number of slots, for an exact match to the center frequency. Z ₁ and Z _n are the input impedances at the first two 'slots next to the short circuit.

Die Gleichung (3) kann zweckmäßig auch in folgen^a5 der Form geschrieben werden:The equation (3) can expediently also be written in the following ^a 5 of the form:

Z„=i/[N/Z + N/(-j ctg k'l)]+j (n/3) (tg k'l) (A)Z "= i / [N / Z + N / (- j ctg k'l)] + j (n / 3) (tg k'l) (A)

Hieraus ist zu ersehen, daß das äquivalente Netzwerk von der Art des in der Fig. 7 dargestellten Netz-Werkes ist. Dieses Netzwerk enthält einen Lastzweig 17 vom Widerstand ZIN, eine parallel dazu liegende ReaktanzFrom this it can be seen that the equivalent network is of the type of the network plant shown in FIG. This network contains a load branch 17 from the resistor ZIN, a reactance lying parallel to it

— jcgtk'l- jcgtk'l

^NN

und eine zum Ganzen in Serie liegende Reaktanzand a series of reactance as a whole

j (N 13) (tg k'l).j (N 13) (tg k'l).

Für die weitere Betrachtung sei angenommen, daß Z = N für die Mittenfrequenz gewählt worden ist, es sei daran erinnert, daß im Falle eines niedrigen Gütefaktors diese Annahme für die Umgebung der Mittenfrequenz richtig ist. Es ist ersichtlich, daß das Ersatzschaltbild der Fig. 7 aus den Grundelementen eines Bandpaßfilters besteht, die unter Einbeziehung anderer in den Speiseleiter vor den. Schlitzen eingefügter Elemente zu einem vollständigen Bandpaßfilter gemäß der bekannten Technik ergänzt werden können.For further consideration it is assumed that Z = N has been chosen for the center frequency; it should be remembered that in the case of a low quality factor this assumption is correct for the area around the center frequency. It can be seen that the equivalent circuit diagram of FIG. 7 consists of the basic elements of a bandpass filter which, with the inclusion of others, are in the feeder before the. Slitting of inserted elements can be supplemented to form a complete bandpass filter according to the known technique.

Bei der Betrachtung der Brauchbarkeit eines solchen Bandpasses muß festgestellt werden, daß der Gütefaktor Q der Zweige 17 und 18 als Funktion der Frequenz dargestellt werden kann.When considering the usefulness of such a bandpass, it must be established that the quality factor Q of the branches 17 and 18 can be represented as a function of the frequency.

e = NnXg²IlX²...e = NnXg ² IlX ² ...

Wenn der Abstand der Schlitze also V2 Wellenlänge der Speiseleiter beträgt, geht die Gleichung über in:If the distance between the slots is V2 the wavelength of the feeder, the equation turns into:

Q₀ = In²RXX²... (6) Q ₀ = In ² RXX ² ... (6)

Es wird nun angenommen, daß Q_e dem letzten Teil eines maximal flachen Bandfilters unter voller Last mit dem Gütefaktor Q_t entspricht. In diesen Filtern ist Q_e immer kleiner als Q_t, wie z. B. in einem dreiteiligen Filter.It is now assumed that Q _e corresponds to the last part of a maximally flat band filter under full load with the quality factor Q _t . In these filters, Q _{e is} always smaller than Q _t , e.g. B. in a three-part filter.

Wenn das zu übertragende Frequenzband 350 MHz breit ist, dann ist eine Bandbreite von 500¹MHz zweckmäßig. Daher gilt für eine Mittenfrequenz von 37,5GHz:If the frequency band to be transmitted is 350 MHz wide, then a bandwidth of 500 ¹ MHz is appropriate. Therefore, for a center frequency of 37.5GHz:

37500MHz __ _J _,37500MHz __ _J _,

Qt = = 75 und Q_e = 37,5. Qt = = 75 and Q _e = 37.5.

500MHz500MHz

Löst man die Gleichung (6) nach R auf, so ergibt sich für 7? =1,2 cm. Ein solcher Radius ist jedoch kleiner, als es für den Stammleiter eines Fernübertragungssystems zulässig ist. Aber da es erwünscht ist, die Filtertechnik in der oben angegebenen Weise zur Kanalabzweigung zugrunde zu legen, kann der kleine Radius als Kopplungsstück von kurzer Länge verwendet werden. Mit seinen zugespitzten Enden schafft er einen Übergang zu einem Hohlleiter von geeigneter Größe für Fernübertragungszwecke.If one solves equation (6) for R , one obtains for 7? = 1.2 cm. However, such a radius is smaller than is permissible for the trunk manager of a long-distance transmission system. But since it is desirable to use the filter technique in the manner indicated above for branching off the ducts, the small radius can be used as a coupling piece of short length. With its pointed ends, it creates a transition to a waveguide of suitable size for long-distance transmission purposes.

Bei Weiterverfolgung der Filtertechnik ergibt sich eine andere Möglichkeit, nämlich die Schlitzimpedanz Z-N 13 zu machen. Dies hat eine Verringerung der Eingangsimpedanz Z_n der Schlitzanordnung um den Faktor 3 zur Folge, und verringert also gleichfalls Q_e um den gleichen Faktor. Die Gleichung (3) lautet dann:If the filter technology is pursued further, another possibility arises, namely to make the slot impedance ZN 13. This results in a reduction in the input impedance Z _{n of} the slot arrangement by a factor of 3, and thus also reduces Q _e by the same factor. Equation (3) then reads:

Q_e = 2π² 7?,ig73 λ² . . . (7) Q _e = 2π ² 7?, Ig73 λ ² . . . (7)

Um den gleichen Wert für Q_e zu erhalten, muß der Radius des Stammleites um den Faktor 3 vergrößert werden (von 1,2 auf 3,6 cm), was ein brauchbarer Wert für den Stammleiter ist. Die Verringerung der Eingangsimpedanz des geschlitzten Hohlleiters kann durch die Einführung einer passenden Impedanz verwirklicht werden, die auf einem Punkt des Hohlleiters transformiert wird·, der ein gerades Vielfaches einer halben Wellenlänge vom ersten Schlitz entfernt ist. Jede Impedanzunstetigkeit läßt sich dann gemäß den bekannten technischen Regeln der Hohlleitertechnik auskompensieren·.To get the same value for Q _e , the radius of the trunk line must be increased by a factor of 3 (from 1.2 to 3.6 cm), which is a useful value for the trunk line. The reduction in the input impedance of the slotted waveguide can be achieved by introducing a suitable impedance which is transformed at a point on the waveguide which is an even multiple of half a wavelength away from the first slot. Every impedance discontinuity can then be compensated according to the known technical rules of waveguide technology.

Der Serien'zweig 19 gemäß der Fig. 7 mit seiner Reaktanz / (N/3) (tg k'l) kann den Eindruck erwecken, als ob er dem Zweig 18 ähnlich ist, jedoch ist die Größe der Impedanz für ein gutes Bandpaßfilter nicht ausreichend. Der Reaktanzfaktor ¹Z₃ muß für ein aus zwei' Elementen bestehendes Filter auf 1 und für das Mittelstück eines gleichwertigen aus drei Elementen bestehenden Filters auf 2 erhöht werden. Dies kann zweckmäßig durch Einfügung einer Reaktanz in den Speiseleiter an einer etwa λ/4 oberhalb des geschlitzten Teils liegenden Stelle verwirklicht werden. Wie durch die Punkte 19 und 20 in der Fig. 3 angedeutet, kann mit abstimmbaren Kapazitäten, der Fehlbetrag ausgeglichen werden. Weitere Kapazitäten können hinzugefügt werden. In dieser Weise wird die Frequenzbetrachtung der Kanaleinführung angestellt. Die im Stammleiter auftretende Störung durch eine derartige Einspeisung außerhalb seines Bandes dürfte klein genug sein,, um mehrere Einführungen oder Abzweigungen verschiedener Kanäle zu erlauben.The series branch 19 according to FIG. 7 with its reactance / (N / 3) (tg k'l) can give the impression that it is similar to branch 18, but the size of the impedance is not the same for a good bandpass filter sufficient. The reactance factor ¹ Z ₃ must be increased to 1 for a two-element filter and to 2 for the center piece of an equivalent three-element filter. This can expediently be achieved by inserting a reactance in the feeder at a point approximately λ / 4 above the slotted part. As indicated by points 19 and 20 in FIG. 3, the shortfall can be compensated for with tunable capacities. Additional capacities can be added. In this way, the frequency of the canal entry is considered. The disturbance that occurs in the trunk line as a result of such a feed outside its band should be small enough to allow several entries or branches of different channels.

Claims

Patent claims:

1. Broadband coupling arrangement for coupling in or out high-frequency signals with. a waveguide with a circular cross-section, which serves as a main conductor for the long-distance transmission of H ₀₁ -Wellien, and a feed conductor, which is designed as a waveguide with a rectangular cross-section and almost surrounds the main conductor in a ring shape and has a common wall with it, characterized in that the common Wall is penetrated by at least ten slot-shaped coupling openings, the length of which corresponds to at least approximately half a wavelength of the mean operating frequency and which are alternately inclined towards one another and have a mean distance from one another half a wavelength of the mean operating frequency.

2. Coupling arrangement according to claim 1, characterized in that two the trunk ladder enclosing feeder conductors parallel to each other and at a distance of an integral multiple a quarter wavelength of the mean operating frequency are arranged and with a common Network connected: that from the center of the line connecting the two feeders around one eighth wavelength of the mean operating frequency is offset.

3. Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that within the coupling zones in the main conductor (1), a cylindrical conductor is coaxial with this (6) whose ends are pointed and whose diameter corresponds to the frequency of the to be coupled Channel is dimensioned so that the distance from the edge of the conductor (6) to the wall of the Main conductor (1) is between half and a full free space wavelength.

4. Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that one end of the feed conductor (2) is terminated by a short circuit (5) at a distance of λ / 4 from the last slot.

5. Coupling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling arrangement through the interaction of the slot lengths and capacitive tuning elements (19 and 20) illustrate a bandpass filter of the flat filter type.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,676,306.

1 sheet of drawings