DE2421795C3

DE2421795C3 - Broadband transition piece from a rectangular waveguide to a ribbon cable for microwaves

Info

Publication number: DE2421795C3
Application number: DE19742421795
Authority: DE
Inventors: Michel Conflans-Sainte-Honorine; Blonde] Jacques Vigny; Mahieu Jean-Rene Conflans-Sainte-Honorine; Fache (Frankreich)
Original assignee: Lignes Telegraphiques Et Telephoniques, Paris
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1974-05-06
Publication date: 1977-02-03

Description

belag bildenden Innenwand (29) des Kanals (23)lining-forming inner wall (29) of the channel (23)

ein Abstand hergestellt ist, dessen Größe e durch gegeben ist, wobei /₀ der Mittenfrequenz des Bedie Beziehung »5 triebsfrequenzbandes entspricht.a distance is established, the size of which e is given by, where / ₀ corresponds to the center frequency of the operating frequency band.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre war es bei-According to the teaching of the invention, it was both

C[Oi] = I₁S-IOe-Z₀[Hz]-¹ spielsweise möglich, ein Übergangsstück der anC [Oi] = I ₁ S-IOe-Z ₀ [Hz] - ¹ possible, for example, a transition piece of the an

gegebenen Art mit einem Stehwellengrad von 1,3given type with a standing wave degree of 1.3

gegeben ist, wobei /₀ der Mittenfrequenz des Be- herzustellen, dessen Bandbreite das gesamte Band triebsfrequenzbandes entspricht. 3° von 26,5 bis 40 GHz mit einem Einfügungsverlustis given, where / _{0 is} the center frequency of the loading, the bandwidth of which corresponds to the entire band operating frequency band. 3 ° from 26.5 to 40 GHz with an insertion loss

2. Breitbandiges Übergangsstück nach An- von weniger als 0,3 dB umfaßte. Es konnte auch ein spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das di- Übergangsstück mit einem Stehwellengrad von wenielektrische Material des Streifens (14) Nickel- ger als 1,3 hergestellt werden, dessen Bandbreite das ferrit ist. gesamte Band von, 12 bis 18 GHz umfaßte. In beiden2. Broadband transition piece after An of less than 0.3 dB included. It could also be a Claim 1, characterized in that the di-transition piece with a standing wave degree of wenielectric Material of the strip (14) nickel ger than 1.3, the bandwidth of which is the is ferrite. covered the entire band from .12 to 18 GHz. In both

35 Fällen hat die relative Bandbreite Δ f/f_a, d. h. das35 cases has the relative bandwidth Δ f / f _a , i.e. that

Verhältnis der angegebenen Bandbreite Af zu derRatio of the specified bandwidth Af to the

Mittenfrequenz /₀, den Wert 0,4.Center frequency / ₀ , the value 0.4.

Es ist auch möglich, Übergangsstücke mit noch kleinerem Stehwellengrad herzustellen, deren Band-Die Erfindung bezieht sich auf ein breitbandiges 40 breite dann allerdings kleiner ist, jedoch immer noch Übergangsstück von einem Rechteck-Hohlleiter auf groß im Vergleich zu derjenigen bekannter Übereine Bandleitung für Mikrowellen, bestehend' aus gangsstücke bei gleichem Stehwellengrad,
einem kurzgeschlossenen Hohlleiterabschnitt und Ein Ausführungsbeispiel dei Erfindung wird anIt is also possible to produce transition pieces with an even smaller standing wave degree, the band of which - the invention relates to a broadband 40 width, however, is then smaller, but still transition piece from a rectangular waveguide to large compared to the one known about a ribbon line for microwaves, consisting of 'gear pieces with the same standing wave degree,
a short-circuited waveguide section and An exemplary embodiment of the invention is shown in FIG

einem vor der Kurzschlußebene auf der Breitseite Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung des Hohlleiterabschnittes angeordneten metallischen 45 zeigtone in front of the short-circuit level on the broadside hand of the drawing explained. In the drawing of the waveguide section arranged metallic 45 shows

Kanal von rechteckigem Querschnitt, dessen Innen- F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Überwände den Gegenbelag bilden für einen durch ihn gangsstücks bekannter Art, bei dem die Erfindung hindurch und durch einen Schlitz in der Wand des anwendbar ist,Channel of rectangular cross-section, the interior of which is F i g. 1 is a perspective view of an overwall form the counter-facing for a known type through him gang piece, in which the invention can be used through and through a slot in the wall of the,

Hohlleiterabschnittes bis in dessen Innenraum hin- F i g. 2 einen Schnitt durch das Übergangsstück vonWaveguide section to its interior back F i g. FIG. 2 shows a section through the transition piece from FIG

eingeführten, in der Mitte eines Streifens aus dielek- 50 F i g. 1 in der senkrecht zu den Breitseiten stehenden trischem Material angeordneten Bandleiter. Mittelebene des Hohlleiters mit den gemäß der Er-introduced, in the middle of a strip of dielectric 50 F i g. 1 in the one perpendicular to the broadsides Trical material arranged strip conductor. Central plane of the waveguide with the according to the

Bei einem in der US-PS 34 62 713 bereits als findung notwendigen Änderungen,
Stand der Technik beschriebenen Übergangsstück F i g. 3 eine Draufsicht auf das ÜbergangsstückIn one in the US-PS 34 62 713 already necessary as a change changes,
Prior art described transition piece F i g. 3 is a plan view of the transition piece

der zuvor angegebenen Art liegt der den Bandleiter von Fig. 2, wobei der seitlich am Hohlleiter betragende Streifen aus dielektrischem Material an den 55 festigte Kanal entlang der Linie A-A' von Fig. 2 den Gegenbelag bildenden Innenwänden des metal- geschnitten ist,2, the strip of dielectric material on the side of the waveguide is cut along the line AA ' of FIG.

lischen Kanals unmittelbar an. Wenn man bei einem F i g. 4 den Verlauf des Stehwellengrads eineslischen channel immediately. If you are at a F i g. 4 shows the course of the standing wave degree of a

solchen Übergangsstück den Stehwellengrad als Übergangsstücks der in den F i g. 1 bis 3 dargestell-Funktion der Frequenz mißt, stellt man fest, daß die ten Art als Funktion der Frequenz für mehrere erhaltene Kurve beträchtliche Ausschläge zeigt, wo- 60 Dicken der seitlichen Leisten und
bei der Stehwellengrad bei bestimmten, verhältnis- F i g. 5 die Kurven des Verlaufs des Stehwellen-such transition piece the standing wave degree as a transition piece of the in the F i g. 1 to 3 as a function of frequency, it is found that the th type shows considerable deflections as a function of frequency for several curves obtained, including the thicknesses of the lateral ridges and
at the standing wave degree at certain, ratio- F i g. 5 the curves of the course of the standing wave

mäßig nahe beieinanderliegenden Frequenzen aus- grads des erfindungsgemäßen Übergangsstücks als geprägte Minima hat, die nahezu den Wert 1 er- Funktion der Frequenz für zwei Eindringtiefen der reichen, und bei dazwischenliegenden Frequenzen Mikrobandleitung in den Hohlleiter,
erhebliche Werte annimmt. Solche Übergangsstücke 6_S Fig. 1 zeigt das bereits in Fig. J der US-PS haben daher nur verhältnismäßig geringe Band- 34 62 713 dargestellte Übergangsstück für den Überbreiten, in denen ein vorgegebener Stehwellengrad gang von einem Rechteck-Hohlleiter auf eine Band- und vorgegebene Einfügungsverluste nicht über- leitung für Mikrowellen. Das Übergangsstück bestehtmoderately close to one another has frequencies, as the transition piece according to the invention has as embossed minima, which almost have the value 1.
assumes considerable values. Such transition pieces 6 _S Fig. 1 shows that already in Fig. J of the US-PS therefore have only relatively small band 34 62 713 shown transition piece for the excess widths, in which a given standing wave degree from a rectangular waveguide to a band and predetermined insertion losses not transfer for microwaves. The transition piece consists

aus einem Hohlleiterabschnitt 10, der am Ende durch eine Wand 19 kurzgeschlossen ist, uad einer Bandleitung 11, die vor der durch die VVand 19 gebildeten Kurzschlußebene senkrecht zu dem Hohlleiterabschnitt 10 in diesen ragt. Auf der Breitseite des Hohlleiterabschnitts 10 ist ein Metallteü 13 angeordnet, das mit einem rechteckigen Kanal 15 versehen ist, in diesen Verlängerung ein Schlitz gleichen Querschnitts in Her Wand des Hohlleiterabschnitts 10 angebracht ist. Die Bandleitung 11 besteht bei dem dargestellten Beispiel aus einem Streifen 14 aus dielektrischem Material, dessen eine Fläche in der Mitte einen Bandleiter 12 trägt. Sie ist so durch den Kanal 15 geführt, daß diejenige Innenwand des Kanals 15, auf der die dem Bandleiter 12 abgewandte Fläche des Streifens 14 aufliegt, den C-egenbelag der Bandleitung bildet. Die Bandleitung könnte jedoch auch eine Dreifachbandleitung sein, bei welcher der Bandleiter 12 zwischen zwei dielektrischen Schichten angeordnet wäre, die den Kanal 15 vollständig ausfüllen würden, wobei dann die beiden einander gegenüberliegenden Innenwände des Kanals 15 die Gegenbeläge bilden würden. Der Streifen 14 geht bis zur gegenüberliegenden Breitseite vollständig durch den Hohlleiterabschnitt 10; dagegen endet der Bandleiter 12 vor dieser Breitseite, und er ist am Ende als Antenne 16 mit seitlichen Ansätzen 17 uad 18 ausgebildet.from a waveguide section 10, which is short-circuited at the end by a wall 19, uad a ribbon line 11, which is perpendicular to the waveguide section in front of the short-circuit plane formed by the VVand 19 10 protrudes into this. A metal part 13 is arranged on the broad side of the waveguide section 10, which is provided with a rectangular channel 15, like a slot in this extension Cross-section in Her wall of the waveguide section 10 is attached. The ribbon line 11 consists of the illustrated example of a strip 14 of dielectric material, one surface of which in the Middle a strip conductor 12 carries. It is guided through the channel 15 that that inner wall of the Channel 15, on which the strip 14 facing away from the surface of the strip 14 rests, the C-egenbelag the Ribbon line forms. However, the ribbon line could also be a triple ribbon line in which the Strip conductor 12 would be arranged between two dielectric layers which completely fill the channel 15 would, in which case the two opposing inner walls of the channel 15 are the opposing linings would form. The strip 14 goes completely through to the opposite broad side the waveguide section 10; on the other hand, the strip conductor 12 ends in front of this broadside, and it is at the end as antenna 16 with lateral extensions 17 and 18 educated.

Bei der in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform des Übergangsstücks ist wieder der Hohlleiterabschnitt 10 mit dem auf seiner oberen Breitseite angeordneten Metallteü 13 und der Kurzschlußwand 19 sowie die Bandleitung 11 mit dem Streifen 14 und dem darauf angebrachten* Bandleiter 12 zu sehen. \ · Streifen 14 besteht aus einem im Millimeterwellenband verlustarmen dielektrischen Material, beispielsweise aus Quarz, Aluminiumoxid von der üblicherweise für die Substrate von integrierten Mikrowellenschaltungen verwendeten Qualität oder auch aus einem bei Höchstfrequenzen verlustarmen Nickelferrit. Der Bandleiter 12 kann darauf nach einem der in der Technik der gedruckten Dickschichtscbaltungen angewandten Verfahren gebildet sein. Er endet vor dem Ende des Streifens 14, der so weit in den Hohlleiterabschnitt 10 ragt, daß er an der gegenüberliegenden Wand anliegt. Der in den Hohlleiterabschnitt ragende Teil des Bandleiters 12 bildet eine lineare Antenne, die etwa in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge vor der Wand 19 liegt.In the case of the in FIG. The embodiment of the transition piece shown in FIGS. 2 and 3 again shows the waveguide section 10 with the metal part 13 arranged on its upper broad side and the short-circuit wall 19 as well as the ribbon line 11 with the strip 14 and the ribbon conductor 12 attached to it. The strip 14 consists of a low-loss dielectric material in the millimeter wave band, for example of quartz, aluminum oxide of the quality usually used for the substrates of integrated microwave circuits or of a nickel ferrite with low loss at maximum frequencies. The ribbon conductor 12 may be formed thereon by any of the methods used in the art of thick film printed circuitry. It ends before the end of the strip 14, which protrudes so far into the waveguide section 10 that it rests against the opposite wall. The part of the strip conductor 12 protruding into the waveguide section forms a linear antenna which is located in front of the wall 19 at a distance of approximately a quarter wavelength.

Der im Metallteü 13 angebrachte Kanal 23, durch den die Bandleitung 11 geht, ist bei dieser Ausführungsform in der folgenden Weise ausgebildet: Die Längsachse des Kanals 23 steht senkrecht zu den Breitseiten des Hohlleiterabschnitts 10, und die Breitseiten des Kanals 23 liegen parallel zu der Längsachse des Hohlleiterabschnitts. Die Länge dieser Breitseiten ist so klein, daß keine geführte Wellenform, die dem über den Hohlleiterabschnitt 10 übertragenen Frequenzband entspricht, sich ohne beträchtliche Dämpfung im Kanal 23 ausbreiten kann. Die dem Kanal 23 erteilte Länge ist so groß, daß sie den geführten Wellenformen erteilte Dämpfung an seinem Ausgang über einem zuvor festgelegten Wert liegt, der beispielsweise 20 dB beträgt. Unter diesen Bedingungen ist die einzige Energieform, die sich ohne Dämpfung ausbreiten kann, die Wellenform TEM in der Bandleitung 11.The channel 23 made in the metal part 13 through which the ribbon line 11 passes is designed in the following way in this embodiment: The longitudinal axis of the channel 23 is perpendicular to the broad sides of the waveguide section 10, and the broad sides of the channel 23 are parallel to the longitudinal axis of the waveguide section. The length of these broad sides is so small that no guided waveform which corresponds to the frequency band transmitted via the waveguide section 10 can propagate in the channel 23 without considerable attenuation. The length given to the channel 23 is so great that the attenuation given to the guided waveforms at its output is above a predetermined value, for example 20 dB. Under these conditions, the only form of energy that can propagate without attenuation is the waveform TEM in the ribbon line 11.

Die Innenwand 29 des Kanals 23, an welche der Streifen 14 angelegt ist, weist zwei Leisten 28 und 28' auf. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zu der Zeichenebene von Fi g. 2 entlang der Linie A-A'. Somit hat der Streifen 14 von der Innenwand 29 einen Abstand e, welcher der Dicke der Leisten 28 und 28' entspricht. Dieser Abstand e ist so gewählt, daß die Bandbreite des Übergangsstücks bei einem Stehwellengrad von weniger als 1,3 den maximalen Wert hat. Der Abstand e wird in folgender Weise bemessen: Wenn man unter sonst gleichen Bedingungen die Größe des Abstandes e von Null an vergrößert, stellt man fest, daß die Ausschläge der den Stehwellengrad als Funktion der Frequenz darstellenden Kurve immer kleiner werden. Als Beispiel ist in F i g. 4 bei 40 eine typische Kurve der Änderung des Stehwellengrads eines Übergangsstücks zwischen einem Rechteck-Hohlleiter von 3,55x7,11 mm Innenmaß und einer Mikrowellen-Bandleitung für e=0 dargestellt. Wenn e den Wert 1,5 · 10⁰Z₀-¹ erreicht, weist der Stehwellengrad praktisch keine Schwankungen mehr auf, wie man an der Kurve 41 erkennen kann, welche die Änderung des Stehwellengrads eines Übergangs für e = 5 · 10~⁵ Meter darstellt. Eine weitere geringfügige Vergrößerung von e ergibt keine merkliche Verbesserung mehr, wie die Kurve 42 zeigt, die sich auf eine Dicke e=10~⁴ Meter bezieht. Von diesem Wert an ergibt jede zusätzliche Vergrößerung von e eine Verschlechterung der Kurve. Ferner wurde festgestellt, daß unter sonst gleichen Bedingungen die Breite der Leisten ohne Auswirkung ist, zumindest solange sie kleiner als der zehnte Teil der Abmessung der Breitseite des Kanals bleibt.The inner wall 29 of the channel 23, on which the strip 14 is applied, has two strips 28 and 28 '. FIG. 3 shows a sectional view perpendicular to the plane of the drawing from FIG. 2 along the line A-A '. Thus, the strip 14 has a distance e from the inner wall 29 which corresponds to the thickness of the strips 28 and 28 '. This distance e is chosen so that the bandwidth of the transition piece has the maximum value at a standing wave degree of less than 1.3. The distance e is measured in the following way: If, under otherwise identical conditions, the size of the distance e is increased from zero, it is found that the deflections of the curve representing the standing wave degree as a function of the frequency become smaller and smaller. As an example in FIG. 4 at 40 shows a typical curve of the change in the standing wave degree of a transition piece between a rectangular waveguide with internal dimensions 3.55 × 7.11 mm and a microwave ribbon cable for e = 0. If e is 1.5 x 10 ⁰ Z ₀ - reached ^1, the standing wave level of practically no fluctuations, as can be seen from the curve 41 that the variation of the standing wave level of a transition for e = 5 x 10 ^-5 meters represents. Another slight magnification of e is no significant improvement of more, as the curve 42 shows, based on a thickness e = 10 ~ ⁴ meters relates. From this value onwards, every additional increase in e results in a deterioration of the curve. It was also found that, other things being equal, the width of the strips has no effect, at least as long as it remains smaller than one tenth of the dimension of the broad side of the channel.

Die Länge des sich in den Hohlleiterabschnitt 10 erstreckenden Bandleiters 12 beträgt etwa eine Viertelwellenlänge. Eine experimentelle Einstellung dieser Länge macht es jedoch möglich, entweder ein breitbandiges Übergangsstück zu schaffen, dessen Stehwellengrad kleiner als 1,3 ist, oder ein Übergangsstück mit schmälerer Bandbreite, dessen Stehwellengrad sehr nahe bei Eins liegt.The length of the strip conductor 12 extending into the waveguide section 10 is approximately a quarter wavelength. An experimental setting of this length, however, makes it possible to use either one To create broadband transition piece, the standing wave degree of which is less than 1.3, or a transition piece with a narrower bandwidth, the standing wave degree of which is very close to one.

F i g. 5 zeigt zwei Kurven des Stehwellengrads des Übergangsstücks, wobei als Beispiel ein Übergang zwischen einem Rechteck-Hohlleiter mit den Innenmaßen 3,55x7,11 mm und einer Mikrowellen-Bandleitung gewählt worden ist, bei welchem der durch die Dicke der beiden Leisten 28 und 28' bestimmte Abstand e=5 · 10~⁵ Meter beträgt. Die Kurve 50 bezieht sich auf einen Bandleiter 12, der sich über -ine Strecke von 1,6 · 10~³ Meter in· den Hohlleiterabschnitt 10 erstreckt, während sich die Kurve 51 auf einen Bandleiter 12 bezieht, der sich über eine Strecke von 1,25 · 10~³ Meter in den Hohlleiterabschnitt erstreckt.F i g. 5 shows two curves of the standing wave degree of the transition piece, with a transition between a rectangular waveguide with the internal dimensions 3.55x7.11 mm and a microwave ribbon cable having been chosen as an example, in which the thickness of the two strips 28 and 28 ' certain distance e = 5 · 10 ~ ⁵ meters. The curve 50 relates to a strip conductor 12 which extends over a distance of 1.6 × 10 ^-3 meters into the waveguide section 10, while the curve 51 relates to a strip conductor 12 which extends over a distance of 1 , 25 x 10 ^-3 meters into the waveguide section.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

be stepped. In addition, patent claims are already changing: slight differences in the mechanical structure

Frequencies at which the conditions

1 broadband transition piece are fulfilled by one, so that it is difficult to manufacture Rectangular waveguide on a ribbon cable for 5 is, transitions with the same parameters to repro microwaves, consisting of a short-circuited.

Senen waveguide section and one before the object of the invention is to create one

Short-circuit level on the broad side of the hollow transition piece of the type specified at the outset, the conductor section arranged metallic channel for a given maximum standing wave degree of rectangular cross-section, the inner diameter of which has a large bandwidth and whose characteristic walls form the counter-coating for a are easily reproducible, without the production having ^{to be carried out with it through 7} and through a slot with particular precision.
According to the invention, this object is achieved by the wall of the waveguide section up to its

Inside the interior led, in the middle of a solved that the strip of dielectric material strip of dielectric material arranged- »5 with its surface facing away from the strip conductor on the strip conductor, characterized by its edges on two narrow metallic net, that the strip (14) made of dielectric strips, through which a narrow, metallic strip (28, 28 ' ) rests, ao distance is established, the size e of which is given by the between the mentioned area of the relationship

Strip (14) and the adjoining, opposing e [m] = 1.5 · 10 ⁶ · / ₀ [Hz] " ¹