DE1282112B - Mikrowellenuebertrager - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4$07VW PATENTAMT Int. Cl.:

AUSLEGESCHRIFT

HOIp

H03h

Deutsche Kl.: 21 a4 - 74

Nummer: 1282112

Aktenzeichen: P 12 82 112.4-35 (K 52108)

Anmeldetag: 14. Februar 1964

Auslegetag: 7. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenübertrager für die Hochfrequenzankoppelung einer Zweidraht-Parallelleitung an einen Hohlleiter, wobei die in die Hohlleiterwandung eingeführten Paralleldrähte mit den Enden jeweils in entgegengesetzter Richtung umgebogen und an gegenüberliegenden Stellen der Hohlleiterwandung befestigt sind.

Es ist bekannt, für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen, wie Mikrowellen, Übertragungsleitungen verschiedener Arten, wie z. B. Zweidraht- Parallelleitungen, Koaxialkabel und Hohlleiter zu verwenden, wobei entsprechend der Frequenz des zu übertragenden Signals die Ubertragungsleitungsart verwendet wird, welche für das zu übertragende Signal am besten geeignet ist. Das bedeutet jedoch nicht, daß zwischen den verschiedenen Arten von Übertragungsleitungen bestimmte Grenzen für die Frequenzbereiche bestehen. Das heißt, es werden manchmal zwei Arten von Übertragungsleitungen verwendet, und es sind schon verschiedene Arten von ao Übertragern für die Hochfrequenzkopplung zwischen einer parallelen Zweidrahtleitung und einem Koaxialkabel oder zwischen einem Koaxialkabel und einem Hohlleiter bekannt. Eine befriedigende unmittelbare Kopplung der Hochfrequenzleistung zwischen einer Zweidraht-Parallelleitung und einem Wellenleiter mit geringen Verlusten konnte noch nicht verwirklicht werden.

Es ist bekannt, in einem Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt zum Anschluß einer Zweidrahtleitung eine Phasen- und Amplitudenanpassung mittels eines Abschlußschiebers und eines Abschlußwiderstandes zu erzielen. Dabei besitzt die Einlaßöffnung für die Zweidrahtleitung einen möglichst geringen Durchmesser, damit das Hohlleiterfeld nicht gestört wird. In manchen Fällen ist aus räumlichen oder anderen Gründen die Anwendung eines Abschlußschiebers und eines Abschlußwiderstandes nicht möglich, z. B. weil der Übertrager an einer unzugänglichen Stelle eingebaut ist. Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung eines Übertragers, daß derselbe ohne zusätzliche Abstimmelemente arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Mikrowellenübertrager der einleitend angeführten Ausbildung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchmesser der Einlaßöffnung in einer Seitenwandung eines im TE₁₀-Modus erregten Rechteckhohlleiters etwa dem dreifachen Abstand der Drähte der Zweidrahtleitung gleich ist.

Durch die erfindungsgemäße große Bemessung der Einlaßöffnung für die Zweidraht-Parallelleitung, die Mikrowellenübertrager

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho,

Chiyoda-Ku, Tokyo (Japan)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
8000 München, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:

Yoshihisa Suzuki, Tokio-To;

Yoshio Tanaka, Nishikubo, Musashino-Shi

(Japan)

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 16. Februar 1963 (8034),
vom 13. Juli 1963 (38 303)

damit nahezu die Größe der Hohlleiterabmessungen erreicht, erhält man eine zusätzliche Induktivität, die die Bandbreite des Übertragers vergrößert. Der Übertrager eignet sich besonders gut für Wanderfeldröhren mit Bifilarwendel.

Bei einem Mikrowellenübertrager müssen die Phase und Amplitude des elektromagnetischen Feldes angepaßt sein. Diese beiden Größen sind frequenzabhängig, wobei die jeweilige Art der Übertragungsleitung einen bestimmenden Einfluß ausübt. Wenn somit der Übertrager breitbandig ausgelegt ist, ist die Abstimmbedingung innerhalb eines breiteren Frequenzbereichs erfüllt, ohne daß besondere Elemente für eine Nachstimmung erforderlich wären. Die durch die Größe der Einlaßöffnung bedingte Induktivität bewirkt eine so starke Verbreiterung des Anpassungsfrequenzbandes, daß ein Kurzschlußschieber nicht erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es stellt dar

A b b. 1 eine teilweise perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Übertragers, wobei einzelne Teile weggelassen sind,

Abb. 2 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

809 630/859

wendel-Rückwärtswellenröhre mit einem Eingangsoder einem Ausgangskreis verwenden.

Es ist allgemein bekannt, daß es bei Verwendung einer Bifilarwendel für die Verzögerungsleitung einer Wanderfeldröhre oder einer Rückwärtswellenröhre möglich ist, ausgezeichnete Kennwerte mit hoher Strahl-Kopplungsimpedanz zu erhalten. Das heißt, bei Verwendung einer Bifilarwendel gibt es zwei Formen der Wellenausbreitung. Die eine ist die

Abb. 3 einen Längsschnitt durch eine elektronische Einrichtung, bei welcher der in Abb. 2 gezeigte Übertrager verwendet ist, und

A b b. 4 schematisch eine vergrößerte Darstellung eines wesentlichen Teiles der in A b b. 3 gezeigten Vorrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel des in Abb. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Übertragers sind ein
TE^-Rechteckhohlleiter 1 und eine Zweidraht-Parallelleitung 2,2 a gemäß der Erfindung gekoppelt. io gleiche Wellenform wie bei einer Einzelwendel, und Die Leitung 2, 2 a ist in den Hohlleiter 1 durch eine die andere ist gleich der Wellenform, die erhalten Einlaßöffnung 3 eingeführt, welche an einer Seiten- wird, wenn ein paralleles Zweidrahtpaar wendelwand des Hohlleiters vorgesehen ist und einen Innen- förmig aufgewickelt wird. Diese beiden Formen werdurchmesser hat, der etwa dreimal dem Abstand den im folgenden als »o-Modus« und »π-Modus« zwischen den Drähten der Zweidraht-Parallelleitung 15 bezeichnet. Da die Strahl-Kopplungsimpedanz in entspricht. Die Einführenden der Drähte der Zwei- bezug auf den »π-Modus« höher ist, wird eine draht-Parallelleitung sind jeweils mit Schleifen 4 π-Modus-Schwingung dann erhalten, wenn in einer und 4 a versehen, welche durch die Öffnung 3 einge- Rückwärtswellenröhre eine Bifilarwendel verwendet führt und dann wechselweise in entgegengesetzte ist. Eine Kopplungstechnik für die Entnahme des Richtungen zu Schleifen gebogen sind, die wechsel- 20 Ausganges einer solchen Anordnung ist bisher nicht weise in entgegengesetzte Richtungen weisen. Als bekannt. Die o-Modus-Kopplung erfolgt unter VerAbwandlung ist es möglich, gleichwertige Schleifen " wendung einer gekoppelten Wendel oder durch Anauch durch elektrische Verbindung der jeweiligen tennenkopplung und durch Koaxial-Leitungskopp-Enden5 und 5 a der beiden die Schleifen bildenden lung, jedoch arbeitet keine der Techniken für den Drähte mit gegenüberliegenden Stellen 6 und 6 a je- 25 π-Modus ganz zufriedenstellend, weils an der unteren und oberen Wand des Hohllei- Üblicherweise wird der im o-Modus übertragene

Teil des Ausgangs mittels einer Modus-Kopplungseinrichtung entnommen, obwohl die Arbeitsweise einer Bifilarwendel - Rückwärtswellenröhre dem π-Modus entspricht, aber danach kann nur etwa ein Zehntel der Ausgangsleistung des Oszillators entnommen werden.

Mit einem Übertrager nach der Erfindung kann man den π-Modus-Ausgang einer Bifilarwendel-

gungstypen mit wechselweise entgegengerichteten 35 Rückwärtswellen-Röhre deshalb vollständig ent-Strömen an der Zweidraht-Parallelleitung erzeugt, nehmen, - weil die π-Modus-Wirkung gleich ist der wodurch eine Hochfrequenzkupplung mit dem Hohl- " Form der elektromagnetischen Welle in einer wendelleiter erreicht wird. -. -- förmig aufgewickelten Zweidraht-Parallelleitung.

Es ist auf Grund von einfachen Versuchen mit Bisher ist angenommen worden, daß Frequenzen,

einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, fest- 40 für welche Zweidraht-Parallelleitungen verwendet gestellt worden, daß eine Hochfrequenzleistung mit werden können, bis etwa einige hundert Megahertz einem Kopplungsverlust in der Größenordnung von
0,5 dh übertragen werden kann.
" "Wenn die Zweidraht-Paranelleitung und der Hohlleiter galvanisch isoliert werden müssen, werden 45 welche Rückwärtswellenröhren verwendet werden, Rohre 8 und 8a mit je ^Wellenlänge gemäß Abb. 2 nicht in Betracht gezogen worden. Es ist jedoch festmit dem Hohlleiter an Teilen der oberen und unteren
Wände verbunden, und zwar in Ausrichtung auf die
beiden Paralleldrähte,¹ die jeweils zentrisch durch
diese Rohre 8 und Sa dielektrisch isoliert hindurch- 50 den Eingangs- oder Ausgangsteil einer Rückwärtsgeführt werden. Durch eine solche Anordnung wird wellenröhre. Untersuchungen haben ergeben, daß der

Verlust in einem solchen Teil 0,1 db öder weniger beträgt. Obgleich es in solchen Fällen schwierig ist, den Ausgang der Zweidraht-Parallelleitung weiter mit einem üblichen Hohlleiter zu koppeln, ist dies erstmals zur Vermeidung dieser Schwierigkeit durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikrowellenübertragers ermöglicht worden. Weiterhin ist es durch die Verwendung dieses Übertragers möglich

sehr kurzen Entfernungen, wie z. B. einem Eingangs- 60 geworden, die Verluste an den genannten Eingangsoder Ausgangsübertrager von Elektronenröhren, ist und Ausgangsteilen auf vernachlässigbare kleine es manchmal besser, wenn man eine erdsymmetrische Werte zu vermindern.

Übertragungsleitung „in Form einer Zweidraht- Bei einem Ausführungsbeispiel einer Bifilarwendel-

Parallelleitung verwendet. Die vorliegende Erfindung Rückwärtswellenröhre, die gemäß der Erfindung ausbefaßt sich mit einer. Vorrichtung, die für diesen 65 gebildet ist (Abb. 3), sind eine Kathode 11, eine den Zweck verwendet werden kann. -....·. Elektronenstrahl bildende Elektrode 12, eine erste

Besonders zweckmäßig läßt sich die Erfindung bei Anode 13, eine zweite Anode 14, eine Bifilarwendel einem KopplungsteiL.für. die Kopplung einer Bifilar- 15, wie sie in Abb. 4 vergrößert dargestellt ist, ein

ters zu bilden. Durch Bildung eines verjüngten oder trichterförmigen Teiles 7 am äußeren Ende der Öffnung 3 (Abb. 1) ist es möglich, eine ausgezeichnete Anpassung zu bewirken.

Da bei dem Übertrager nach der obigen Beschreibung die Schleifen 4 und Aa in entgegengesetzten Richtungen in bezug'auf den Magnetfluß in dem Hohlleiter liegen, werden erdsymmetrische Schwin-

reichen. Aus diesem Grunde sind Zweidraht-Parallelleitungen als Übertragungsleitungen für den Mikrowellenbereich und den Millimeterwellenbereich, für

gestellt worden, daß es möglich ist, solche Zweidraht-Parallelleitungen ohne irgendwelche Schwierigkeiten für kurze Entfernungen anzuwenden, wie z. B. für

eine koaxiale Drossel gebildet, wodurch eine Hochfrequenzkopplung ähnlich derjenigen, wie sie oben in Verbindung mit A"bb. 1 beschrieben ist, erreichbar ist.

Gewöhnlich wird ein Hohlleiter für Wellenlängen im Zentimetergebiet oder kurzer verwendet, während Zweidraht-Parallelleitungen gewöhnlich nicht für derart kurze Wellenlängen verwendet werden. Aber bei

Kopplungsteil 16 für die Kopplung der Bifilarwendel 15 mittels eines Paralleldrahtpaares 17 mit einem Hohlleiter 18, ein vakuumdichter Hochfrequenz-Ausgangskoppelschlitz 19, ein Kollektor 20 und eine vakuumdichte Ummantelung 21 vorgesehen. Der Kopplungsteil ist z. B. der Mikrowellenübertrager gemäß der Erfindung, wie er in A b b. 1 dargestellt ist.

Im Betrieb der Bifilarwendel-Rückwärtswellenröhre der oben beschriebenen Konstruktion wird die durch die Bifilarwendel 15 erzeugte Hochfrequenzenergie ίο durch das Paralleldrahtpaar 17 und den Mikrowellenübertrager 16 zu dem Hohlleiter 18 übertragen und durch den vakuumdichten Koppelschlitz 19 entnommen. Die Bifilarwendel bewirkt eine Kopplung, wogegen der von der Kathode 11 ausgehende gerichtete Elektronenstrahl von dem Kollektor 20 aufgefangen wird. In einer solchen konstruktiven Anordnung ist der mit seinen Einzelheiten beschriebene Übertrager von großer Bedeutung. Die Einzelheiten des vorgenannten Kopplungsteiles, welcher durch die vorliegende Erfindung für die Kopplung der Bifilarwendel und des Hohlleiters geeignet gemacht worden ist, wird im folgenden an Hand der A b b. 4 näher beschrieben.

Die wesentlichen Teile sind eine Bifilarwendel 15, eine Zweidraht-Parallelleitung 17, ein Mikrowellenübertrager 16 für die Zuführung der Ausgangsleistung auf der Parallelleitung zu dem Hohlleiter und ein Abschirmgehäuse 22. Wenn ein Elektronenstrahl das Innere der Bifilarwendel 15 durchsetzt, wird in dieser eine radiofrequente bzw. hochfrequente elektromagnetische Welle induziert. Dies ist die bekannte Arbeitsweise einer Rückwärtswellenröhre. Da die so induzierte elektromagnetische Welle eine π-Modus-Welle gleich derjenigen ist, die in einer wendelförmig aufgewickelten Zweidraht-Parallelleitung erzeugt wird, ist es möglich, die Hochfrequenzleistung mit hohem Wirkungsgrad durch unmittelbare Verbindung der Zweidraht-Parallelleitung 17 mit dem Ende der Bifilarwendel 15 als Ausgang zu entnehmen (Abb. 4).

Um einen Verlust der hochfrequenten elektromagnetischen Welle nach außen zu verhindern und weiterhin äußere Wirkungen abzuschirmen, kann ein Abschirmgehäuse 22 vorgesehen sein. Da weiterhin durch Veränderung der Dicke dieses Gehäuses die Hochfrequenzimpedanz verändert werden kann, kann diese Abschirmung für die Impedanzanpassung des Bifilarwendelabschnittes und des Zweidraht-Parallelabschnittes verwendet werden.

Während die vorhergehende Beschreibung sich auf den Ausgangskopplungsteil bezieht, welcher ein wesentlicher Teil der Bifilarwendel-Rückwärtswellenröhre ist, ist es natürlich möglich, diesen Kopplungsteil für den Eingangskreis der genannten Bifilarwendel-Rückwärtswellenröhre zu verwenden. Durch die Erfindung ist es somit möglich geworden, einen Kopplungsteil mit hohem Wirkungsgrad mit außerordentlich guten Frequenzeigenschaften zur Kopplung einer Bifilarwendel-Rückwärtswellenröhre mit dem Eingangs- oder Ausgangskreis zu erhalten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenübertrager für die Hochfrequenzankoppelung einer Zweidraht-Parallelleitung an einen Hohlleiter, wobei die in die Hohlleiterwandung eingeführten Paralleldrähte mit den Enden jeweils in entgegengesetzter Richtung umgebogen und an gegenüberliegenden Stellen der Hohlleiterwandung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Einlaßöffnung (3) in einer Seitenwandung eines im TE₁₀-Modus erregten Rechteckhohlleiters (1) etwa dem dreifachen Abstand der Drähte (2, 2 a) der Zweidrahtleitung gleich ist.

2. Mikrowellenübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtenden zu Schleifen umgebogen und oberhalb und unterhalb der Einlaßöffnung stumpf an die Hohlleiterwandung angesetzt sind.

3. Mikrowellenübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die der Einlaßöffnung benachbarten Seitenwandungen des Hohlleiters Drosselleiter (8, 8 a) stumpf eingesetzt sind, in deren jeweiliger Mittellinie die Drahtenden der Zweidrahtleitung verlaufen.

4. Mikrowellenübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweidrahtleitung (17) an die Bifilarwendel (15) einer Rückwärtswellenröhre angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 147 717.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 630/859 10.65 3 Bundesdruckerei Berlin