DE2225576C3

DE2225576C3 - Richtungsleitung für Mikrowellen

Info

Publication number: DE2225576C3
Application number: DE19722225576
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr.-Ing. 1000 Berlin Feldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2225576A1; DE2225576B2

Description

Für die Anordnung der reflektierenden Schicht im mittleren Bereich der axialen Ausdehnung der Ferritplatte ergeben sich zwei gleichwertige Ausführungsmöglichkeiten. Nach dem ersten Lösungsweg ist zweckmäßig ein Teil der Fläche der Ferritplatte an der der näherliegenden Hohlleiterwancyng zugewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht versehen, die in einer solchen axialen Entfernung von der Vorderkante der Ferritplatte beginnt, in der das elektrische Feld der rücklaufenden Welle im Ferrit durch die Feldverzerrung möglichst groß geworden ist und in einer solchen axialen Entfernung von der Hinterkante der Ferritplatte endet, in der das elektrische Feld in Durchlaßrichtung möglichst klein geworden ist Dort ist die elektrische Energie möglichst weitgehend in die dem Ferrit gegenüberliegende Hohlleiterhälfte gedrängt worden und kann daher nicht auf die Reflexionsschicht treffen.

Nach einer anderen vorteilhaften Lösung ist die Ferritplatte durch eine Trennfuge in der Querschnittsebene des Rechteckhohlleiters in zwei annähernd gleich lange Teile aufgetrennt und die reflektierende Schicht in die Trennfuge eingebracht

In beiden Fällen ergibt sich eine Richtungsleitung mit Durchlaßeigenschaften in der einen und Reflexionseigenschaften in der anderen Richtung. Eine solche Richtungsleitung ist nun dazu geeignet, Leistung in einen Hohlleiter einzukoppeln, ohne die im Hohlleiter bereits aus anderen Quellen befindliche Leistung an dieser Stelle teilweise wieder auszukoppeln.

Durch Wahl des geeigneten Abstandes der reflektierenden Einwegleitungen von der Symmetrieebene der Leitungsverbindung wirken die Leitungsanschlüsse für die im Hohlleiter befindlichen Wellen als Kurzschlüsse.

Eine solche Anordnung läßt sich z. B. vorteilhaft bei Fernsehsendern im 12 GHz-Bereich zur Verbindung von Bild und Ton einsetzen. Bisher verwendet man in den Fernsehbändern Bd. I, III und IV/V hierfür Bild-Ton- Sendeweichen in Filterausführung, die bei dem relativ kleinen Abstand der Träger steile Flanken haben müssen. Bei sehr hohen Trägerfrequenzen, z. B. im neu zu erschließenden 12 GHz-Bereich, sind Bild-Tonweichen in Filterausführung nicht mehr realisierbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 4 Figuren näher efiäutert Es zeigt

F i g. 1 eine halbperspektivische Darstellung der reflektierenden Richtungsleitung nach dem ersten AusführungsbeiSpiel der Erfindung

Fig.2 ein Af-Wendungsbeispiel für die Leistungszusammenführung von 2 Mikrowellengeneratoren

F i g. 3 die nicht reziproke Verteilung der elektrischen Feldstärke in eimern Rechteckhohlleiterquerschnitt beim Einsatz der reflektierenden Richtungsleitung

F i g. 4 die reflektierende Richtungsleitung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die F i g. 1 zeigt die Anordnung des Ferrites 2 und der darauf angebrachten gut leitenden Reflexionsschicht 3 innerhalb des Rechteckhohlleiters 1. Die Dicke des Ferrites richtet sich nach der jeweiligen Dielektrizitätskonstanten des Materials. Für die Form der gut leitenden reflektierenden Schicht 3 auf dem Ferrit 2 kommen entweder besom!.;* gut leitende Beläge in Frage, die z. B. die Breitseiten des Hohlleiters elektrisch verbinden und die auf den Ferrit einseitig aufgedampft oder aufgeklebt sind und eine durchgehende leitende Schicht darstellen können, oder auch eine oder mehrere Linien aus abwechselnd leitenden und nichtleitenden Bahnen. Der Linienabstand hängt stark von der Dielektrizitätskonstanten des Ferritmaterials ab und beeinflußt sowohl die Bandbreite des Bauelementes als auch den Reflexionsfaktor. Ferner ist, wie in der F i g. 1 darjestellt aus Anpassungsgründen auch eine Neigung der Linien gegenüber der Senkrechten auf die Breitseiten des Hohlleiters 1 möglich.

Wie insbesondere aus der Fig.2 zu ersehen ist, beginnt die reflektierende Schicht 3 aus den bereits

ίο beschriebenen Gründen in einem hinreichenden axialen

Abstand a von der Vorderkante der Ferritplatte 2 und

endet auch in einem hinreichenden axialen Abstand b vor der hinteren Kante der Ferritplatte 2.

Die F i g. 2 stellt die Einkopplung zweier Mikrowellen

Generatoren Gi und G2 in einen gemeinsamen Ausgangshohlleiter //dar. Die elektrischen Kurzschlußebenen Kl und K2 der reflektierenden Richtungsleitungen I und H werden dabei so angeordnet, daß die im Ausgangshohlleiter H befindliche Welle in der Ebene der Leitungswand einen Kurzschluß sieht

Kommt eine Welle aus dem Generator Gl, so teilt sie sich nach beiden Richtungen des Ausgangshohlleiters H auf. Da jedoch die reflektierende Richtungsleitung II rechts einen Kurzschluß darstellt, geht damit die gesamte Leistung nach links in den Ausgangshohlleiter H.

Bei der Speisung des Ausgangshohlleiters H durch den Generator G₂ sieht die Welle in der reflektierenden Richtungsleitung 1 unten ebenfalls einen Kurzschluß und

jo wird deshalb im Ausgangshohlleiter H voll nach links fortgeleitet Wesentlich ist, daß die beiden elektrischen Kurzschlußebenen der beiden reflektierenden Richtungsleitungen I und II so angeordnet sind, daß der Ausgangshohlleiter H nur nach links offen ist und eine

J5 von links kommende Welle den Ausgangshohlleiter H vollständig kurzgeschlossen vorfindet Dazu können die elektrischen Kurzschlußebenen Kl bzw. K2 der Richtungsleitungen — z. B. wie in Bild 2 dargestellt — angeordnet werden.

Die bereits erwähnte Fig.3 zeigt in einem Querschnitt durch den Rechteckhohlieiter gestrichelt die Feldverteilung der rücklaufenden //io-Welle in Sperrrichtung, während die hinlaufende Welle ausgezogen gezeichnet ist. Die reflektierende Schicht 3 muß nun etwa an der Stelle angeordnet sein, an der die rücklaufende Welle das Maximum der elektrischen Feldstärke aufweist und die durchlaufende Welle möglichst weitgehend aus dem Ferrit 2 herausgedrängt ist.

Die Fig.4 zeigt in Draufsicht eine andere Ausführungsform der in Sperrichtung reflektierenden Richtungsleitung mit einer senkrecht zur Achse des Rechteckhohlleiters 1 aufgeteilten Ferritplatte 2, in deren Trennfuge die reflektierende Schicht 3 angeordnet ist. Die Pfeile zeigen die Richtung der Verdrängung der elektromagnetischen Energie, und zwar der Pfeil D in Durchlaßrichtung und der Pfeil R in Richtung auf die Reflexionsschicht 3 hin. Man erkennt, daß auch in diesem Falle eine Reflexion der rücklaufenden Welle

W) und damit der beabsichtigte Effekt eintritt.

Die zur Vormagnetisierung der Ferritplatte 2 erforderlichen Maßnahmen wurden, als für die Erfindung nicht wesentlich, der Übersichtlichkeit halber in keiner der Zeichnungen angedeutet Sie können in

ι·ι bekannter Weise durch Permanentmagnete oder Elektromagnete erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Richtungsleitung für Mikrowellen, bestehend aus einem Rechteck-Hohlleiterabschnitt und einer in Ausbreitungsrichtung einer //to-Welle und asymmetrisch zu deren Feldverteilung in dem Hohlleiterabschnitt angeordneten Ferritplatte, deren Dicke und deren Abstand von der näherliegenden Hohlleiterwandung mit der geringeren Querschnittsabmessung so bemessen ist, daß unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes eine nichtreziproke Verteilung der elektrischen Feldstärke eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritplatte (2) in einem mittleren Bereich ihrer axialen Ausdehnung mit einer gut leitenden Schicht (3) versehen ist, die derart bemessen und angeordnet ist daß die Energie der rücklaufenden Welle möglichst vollständig in Ausbreitungsrichtung reflektiert wird.

2. Richtungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Fläche der Ferritplatte (2) an der der näherliegenden Hohlleiterwandung (1) zugewandten Seite mit einer reflektierenden Schicht (3) versehen ist, die in einer solchen axialen Entfernung (a) von der Vorderkante der Ferritplatte (2) beginnt, in der das elektrische Feld der rücklaufenden Welle im Ferrit durch die Feldverzerrung möglichst groß geworden ist und in einer solchen axialen Entfernung (b) von der Hinterkante der Ferritplatte (2) endet, in der das elektrische Feld in Durchlaßrichtung möglichst klein geworden ist

3. Richtungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht (3) aus einem auf die Ferritplatte (2) aufgedampften oder aufgeklebten metallischen Belag besteht.

4. Richtungsleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht (3) aus einem Linienraster von abwechselnd leitenden und nichtleitenden Bahnen besteht.

5. Richtungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Neigung der Linien des Linienrasters gegenüber der Senkrechten auf die Hohlleiterwandungen mit der größeren Querschnittsabmessung vorgesehen ist (F i g. 1).

6. Richtungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritplatte (2) durch eine Trennfuge in der Querschnittsebene des Rechteckhohlleiters in zwei annähernd gleich lange Teile aufgetrennt und die reflektierende Schicht (3) in die Trennfuge eingebracht ist.

7. Anordnung je einer Richtungsleitung nach den Ansprüchen 1 oder 6 in beiden Zweigen einer Leistungszusammenführung von zwei Mikrowellensendern (GX, G2), dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsleitungen (I₁ II) zum Ausgangshohlleiter (H) elektrisch parallel geschaltet sind und für die im Ausgangshohlleiter befindliche Leistung jeweils annähernd einen Kurzschluß bilden (F i g. 2).

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äquivalente Kurzschlußebene der reflektierenden Richtungsleitung η halbe Betriebswellenlängen (n = 0, 1, 2,...) von der leitenden Hohlleiterwand entfernt angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft eine Richtungsleitung für Mikrowellen, bestehend aus einem Rechteck-Hohlleiterabschnitt und einer in Ausbreitungsrichtung einer //ίο-Welle und asymmetrisch zu deren Feldverteilung in dem Hohlleiterabschnitt angeordneten Ferritplatte, deren Dicke und deren Abstand von der näherliegenden Hohlleiterwandung mit der geringeren Querschnittsabmessung so bemessen ist, da3 unter dem Einfluß eines magnetischen Gleichfeldes eine nichtreziproke Vertei-ο lung der elektrischen Feldstärke eintritt

In der Mikrowellentechnik sind seit längerem sogenannte Feldverzerrungs-Ferrit-Isolatoren als Richtungsleitungen bekannt Eine häufig verwendete Ausführung sieht dafür eine unsymmetrisch zur Breitseite und parallel zur Schmalseite eines Rechteckhohlleiters angeordnete, sich in Richtung der Hohlleiterachse erstreckende Ferritplatte vor, die einen Teil oder die gesamte lichte Höhe des Rechteckhohlleiters ausfüllt. Die Dicke der Ferritplatte ist so bemessen, daß unter dem Einfluß eines äußeren permanenten Magnetfeldes eine nichtreziproke Verteilung der elektrischen Feldstärke im Hohlleiter eintritt Die rücklaufende Welle wird, wie aus einer schematischen Darstellung der elektrischen Feldstärke in der Fig.3 hervorgeht im Ferrit zusammengedrängt, die durchlaufende Welle aus dem Ferrit herausgedrängt Ordnet man an der der Hohlleiterwand benachbarten Wand der Ferritplatte, also dort, wo das der später zu erläuternden Erfindung vorbehaltene Bezugszeichen 3 steht, eine Absorptionsschicht an, so wird die gestrichelt gezeichnete rücklaufende Welle in ihrem Maximum gedämpft, während die ausgezogen dargestellte hinlaufende Welle im wesentlichen ungedämpft bleibt (NTZ 1958, Seite 473).

J5 Derartige Anordnungen sind bisher nur für kleinere Leistungen eingesetzt worden, weil die Absorption hoher Leistungen notgedrungen eine Erwärmung des Dämpfungsmaterials und damit des unmittelbar benachbarten Ferrits mit sich bringt, so daß eine Temperaturabhängigkeit der Sperrdämpfung eintritt (M e i η k e G u η d 1 a c h, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik 3. Aufl. 1968, Seite 451 bis 452).

Man hat verschiedene Versuche unternommen, diesen Nachteil zu beheben, die jedoch nicht in allen

Fällen anwendbar erscheinen (DE-AS 11 17 183).

Die Erfindung hat die Aufgabe, auf dem Prinzip des Feldverzerrungs-Ferrits beruhende Einwegleitungen anzugeben, die ohne Absorptionsmaterial auskommen, daher im wesentlichen verlustfrei sind und sich deshalb auch für die Zusammenführung größerer Mikrowellenleistungen eignen.

Die Erfindung geht aus von einer Richtungsleitung für Mikrowellen, bestehend aus einem Rechteck-Hohlleiterabschnitt und einer in Ausbreitungsrichtung einer

//io-Welle und asymmetrisch zu deren Feldverteilung in dem Hohlleiterabschnitt angeordneten Ferritplatte, deren Dicke und deren Abstand von der näherliegenden Hohlleiterwandung mit der geringeren Querschnittsabmessung so bemessen ist, daß unter dem Einfluß eines

bo magnetischen Gleichfeldes eine nichtreziproke Verteilung der elektrischen Feldstärke eintritt.

Die oben dargestellte Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ferritplatte in einem mittleren Bereich ihrer axialen Ausdehnung mit einer

' gut leitenden Schicht versehen ist, die derart bemessen und angeordnet ist, daß die Energie der rücklaufenden Welle möglichst vollständig in Ausbreitungsrichtung reflektiert wird.