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Mikrowellenübertragungsleitungen Die Erfindung betrifft Mikrowellenübertragungsleitungen,
welche Winkelstücke und Verbindungen zur Energieabzweigung aufweisen.
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Es ist bereits bekannt, Mikrowellenübertragungsleitungen nach Art
einer Bandleitung aufzubauen, über welche die Mikrowellen ähnlich dem TEM-Modus
übertragen werden. Bei dieser Art der Übertragungsleitung wird ein ebener Leiter
als Masse- oder Erdleiter in Verbindung mit einem Leitungsleiter benutzt, welcher
mit Hilfe eines schmalen Streifens oder einer Lage dielektrischen Materials in gewissem
Abstand von dem ersten Leiter gehalten wird. Leitungsleiter und ebener Leiter. sind
von verschiedener Breite, derart, daB der ebene Leiter breiter als der Leitungsleiter
ausgebildet ist, so daB dieser gegenüber dem Leitungsleiter wie eine unendlich leitende
Oberfläche erscheint und hierdurch eine elektrische Feldverteilung bewirkt, die
im allgemeinen durch den TEM-Modus charakterisiert ist. Die Feldverteilung kann
wie ein zwischen einem einzelnen Leiter eines echten Parallelleitungssystems und
der dazwischenliegenden neutralen Ebene liegendes Feld angesehen werden. Die wchtigsten
Parameter
dieser Übertragungsleitungstype stellen die Breite des Leitungsleiters und den dielektrischen
Zwischenraum zwischen dem Leitungsleiter und dem ebenen Leiter dar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mikrowellenübertragungsleitung
der erwähnten- Art zu schaffen, welche Winkelstücke und/oder Energieabzweigungen
aufweist, ohne daß Strahlungsverluste auftreten. Gemäß der Erfindung werden Winkelteile
zwischen 30 und go° geschaffen, welche keine nennenswerten Strahlungsverluste
bewirken.
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In Verfolg des Erfindungsgedankens sind Netzwerke vorgesehen, welche
Leistungsverteilungsleitungen der erwähnten Art aufweisen und an den Abzweigstellen
mit Winkelstücken versehen sind.
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Eines der Merkmale der Erfindung beruht auf dem an sich bekannten
Prinzip, daß die Winkelstücke mit Mitteln versehen sind, welche die Wirkung der
durch die Winkelstücke erzeugten-Diskontinuitäten herausstimmen. Dieses. wird bei
den genannten Mikrowellenleitungen in der Weise erreicht, daß der Leitungsleiter
axial über die Schenkel der Winkelstücke hinaus verlängert ist und hierdurch einen
Abstimmstumpf bildet, welcher mit Blindleitwertelementen versehen sein kann, die
in ausreichendem Abstand von dem Abzweigpunkt des Winkelstücks angeordnet sind,
um die Wirkungen der Modi höherer Ordnung, welche durch die Winkeländerung im Wege
längs des Leiters auftreten, weitgehend aufzuheben. Nach diesem Prinzip wird erfindungsgemäß
auch ein als Energieverteiler verwendbares Netzwerk solcher Übertragungsleitungen
aufgebaut, bei denen eine der Leitungen über den Verteilungspunkt als Abstimmabzweigung
verlängert ist. Weiterhin wird eine-Impedanzanpassung im Netzwerk durch Einbau passender
Transformatorstücke in die die Leitung speisenden Abzweigungen des Netzwerkes erreicht.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele
darstellen, näher erläutert.
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Fig. i ist eine Draufsicht einer Mikrowellenübertragungsleitung der
unsymmetrischen Bandtype, die ein Winkelstück gemäß der Erfindung aufweist; Fig.
2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 gemäß Fig. i ; Fig. 3 ist eine ähnliche
Draufsicht wie Fig: i und zeigt ein Winkelstück mit beim Herstellungsprozeß des
elektrischen Kreises zugleich herstellbaren Abstimmzweigen, und Fig.4 ist eine Draufsicht
auf ein Netzwerk von erfindungsgemäßen Übertragungsleitungen, welche nach Art von
Energieabzweiganordnungen aufgebaut sind.
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Die Übertragungsleitung der Fig. i und 2 umfaßt einen ersten oder
ebenen Leiter i und einen zweiten oder Leitungsleiter 2, welche voneinander- durch
einen dünnen Streifen oder eine Lage von dielektrischem Material 3 getrennt sind.
Die beiden Leiter i. und 2 sind vorzugsweise von flacher Bandform, und der ebene
Leiter ist breiter als der Leitungsleiter ausgeführt, so daß die Ausbreitung der
Mikrowellen, ähnlich wie beim TEM-Modus, wie bereits näher erläutert wurde, erfolgt.
Das dielektrische Material kann aus Polystyrene, Polyäthylen, Polytetrafluor-Äthylen
(bekannt unter dem Handelsnamen Teflon), Fiberglas oder mit Polytetrafluor-Äthylen
imprägniertem geschichtetem Fiberglas, Quarz oder anderem geeignetem Material hoher
dielektrischer Qualität bestehen: Die Leiter i und 2 können auf dem dielektrischen
Streifen nach irgendeinem bekannten Verfahren der Technik der 'gedruckten Schaltungen
aufgebracht sein. Eine geeignete Methode ist z. B. ein elektrolytisches Ätzverfahren.
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Die in Fig. r dargestellte Übertragungsleitung umfaßt einen ersten
Teil 4 und einen zweiten Teil 5, die miteinander einen rechten Winkel bilden. Die
ebenen Leiter i der beiden Teile bilden miteinander einen zusammenhängenden Bandleiter
mit rechtwinkligem Winkelstück. Die Leitungsleiter 2 der beiden Teile überkreuzen
sich und erstrecken sich über den Anschluß hinaus, so daß sie zwei Stümpfe 7 und
8 aufweisen, welche über der Oberfläche des ebenen Leiters i liegen.
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Es wurde gefunden, daß bei Verwendung ebener Winkelstücke des Leitungsleiters
2 Übertragungsleitungen der erläuterten Art für @Vinlzclstückc mit einem Winkel
bis etwa 30° Strahlungsverluste -aufweisen, die vernachlässigbar sind. Wird der
Winkel größer als -3o°, so werden die Strahlungsverluste größer und nehmen eine
bedeutende Größe an, so daß sie verkleinert werden müssen. Es wird angenommen, daß
diese Verluste durch Modi höherer Art entstehen, die infolge der durch die Winkelstücke
der Übertragungsleitung gebildeten Diskontinuitäten auftreten. Die Stümpfe 7 und
8 können so bemessen -und mit Blindleitwerten versehen sein, daß die durch
die Winkelstücke verursachten Modi höherer Art herausgestimmt werden.
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Diese Modi höherer Ordnung können fast vollkommen herausgestimmt werden,
indem, wie aus den Fig. i und 2 ersichtlich, ein Leiter g diagonal über den beiden
Stümpfen angeordnet ist und in seiner Lage zum Anschlußpunkt 6 einstellbar ist.
Statt eines einzigen Leiters g kann auch jeder Stumpf mit einer eigenen Blindleitwertsanordnung
versehen sein, die über Kreuz über jedem Stumpf angeordnet sind und in bezug auf
den Abstand vom Punkt 6 einstellbar sind, um eine erforderliche Abstimmung herzustellen.
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In Fig.3 ist derselbe Typ eines Winkelstückes dargestellt wie in Fig.
i. Jedoch sind die Stümpfe 7" und 8" mit eigenen Blindwertselementen in Form von
seitlichen Verlängerungen der Leitungen ausgebildet, wie es bei io und ii dargestellt
ist. Diese Ausdehnungen bzw. Verlängerungen werden durch den erforderlichen Abgleich
des Bandleiters längs dem Stumpfe bestimmt, und deren Größe und Lage hängt' hiervon
ab. Sie können bei dieser Ausführungsform als Teil der Leitung nach dem gleichen
Herstellungs- bzw. Druckprozeßes wie diese hergestellt werden.
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Beispielsweise hatte ein Uförmiges Winkelstück, wie es in Fig. 3 dargestellt
ist, für eine Frequenz von 47oo Mffz folgende Abmessungen: a = go° (Winkel zwischen
den beiden Leitungsteilen, vgl. Fig. i), a = 0,55 cm, b = o,85 cm,
G = 1,24 cm, d = 1,375 cm.
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Die Dicke des Dielektrikums (Polystyren) betrug o,156 cm, und die
Breite des ebenen Bandleiters i
betrug 5,8 cm. Das nach diesen Maßen
ausgeführte L-förmige WifIkelstück ergab im Bereich von 440o bis 5ooo MHz folgende
Welligkeit
| Frequenz (MHz). Welligkeit |
| 4400 1,32 |
| 4450 1,31 |
| 4500 1,30 |
| 4550 h29 |
| 460o 1,28 |
| 4650 1,26 |
| 4700 1,o9 |
| 4750 1,16 |
| 480o 1,18 |
| 4850 1,18 |
| 4900 1,21 |
| 4950 131 |
| 5000 1,40 |
Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß bei 470o MHz, für welche die Bandleitung
dimensioniert war, weitestgehend keine Verluste auftraten. Wenn die gedruckten Stümpfe
für eine bestimmte Frequenz keine ausreichende Abstimmung liefern, kann die Abstimmung
durch Entfernen von Teilen oder entsprechende Hinzufügungen zu den Blindleitwertsteilen
=o und 11 abgeglichen werden.
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Fig.4 zeigt ein Netzwerk, das einen Leistungsverteiler aufweist, wobei
Teil 12 die Hauptleitung umfaßt, über welche Mikrowellenenergie fortgeleitet wird,
wie es durch Pfeil 13 angedeutet ist. Die Energie wird über die Leitungen 14 und
15 verzweigt, wie es die Pfeile 16 und 17 anzeigen. Der Anschluß der Leitungsleiter
der drei Abschnitte der Leitungsteile am Punkt 17" läßt Modi höherer Ordnung als
bei den L-förmigen Winkelstücken gemäß Fig. 1 und 3 entstehen. Diese Modi höherer
Ordnung werden jedoch durch den Stumpf 18, welcher durch eine Verlängerung des Leitungsleiters
1g des Teiles 12 gebildet ist, herausgestimmt. Da der Leitungsleiter 1g an die Leitungsleiter
2o und 21 der Abzweigungen 14 und 15 angekoppelt ist, muß gleichfalls eine Impedanzanpassung
vorgenommen werden, welche durch ein Transformatorteil 22 erfolgt, das als Bestandteil
des Leiters 1g neben dem Anschlußpunkt 17" gedruckt ist. Die Ausbildung dieses Transformators
kann in verschiedenartiger Weise erfolgen, um einen Übergang von der Impedanz des
einzelnen Leiters 1g und den beiden Leitern 2o und 21 zu schaffen. Das besondere
Transformatorteil22 enthält einen sektorförmigen Teil. Der Radius dieses Sektors
kann für verschiedene Leitungsbreiten und dielektrischen Zwischenlagen verändert
werden. Bei einer Ausführung, die für 470o MHz günstige Resultate liefert, war der
Radius des Sektors 22 zu 1,093 cm gewählt, der Scheitel war o,156 cm von der Mittellinie
der Leiter 2o und 21 entfernt, und der Winkel ß betrug go°. Die Abmessungen der
Leitungsleiter und des Stumpfes waren dieselben wi,, diejenigen, die bei der Beschreibung
der Fig. 3 angegeben wurden. Das nach diesem Beispiel gefertigte Muster wurde über
ein Frequenzband von 450o bis
5000 MHz geprüft, wobei sich eine weitgehend
gleiche Energieverteilung über die Abzweigungen 14 und 15 ergab. Die folgende Übersicht
gibt das Welligkeitsverhältnis für die entsprechenden Frequenzen an:
| Frequenz (MHz) Welligkeit. |
| 4¢0o 1,62 |
| 4450 1,57 |
| 4500 1,47 |
| 4550 1,26 |
| 460o 1,18- |
| 4650 1.o9 |
| 4700 1,05 |
| 4750 I.13 |
| 480o 1,1g |
| 485o 1,21 |
| 4900 1,30 |
| 4950 1,51 |
| 5000 1,70 |
Werden optimale Ergebnisse für eine Frequenz, die von 470o MHz abweicht, gewünscht,
so müssen die Abmessungen des Stumpfes 18 und des Transformators 22 geändert werden,
und für höhere Frequenzen sollten die Ecken des Sektors 22 abgerundet werden. Die
Größe des Sektors kann auch für verschiedene Lagen in bezug auf die Mittellinie
der Abzweigleitungen 2o und 21 verändert werden.