DE69007145T2 - Vorrichtung zur Leistungsversorgung eines Hohlwellenleiters für elektromagnetische Mikrowellen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zuführen von Leistung an einen Hohlwellenleiter vorgesehen für elektromagnetische Mikrowellen, wobei der Hohlwellenleiter eine Gestalt mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat, die Leistung zugeführt wird mit der Hilfe einer Adaptationskammer hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material und einer Koaxialleitung, welche mit dem Kammer verbunden ist und welche einen äußeren Leiter hat welcher, welcher elektrisch mit der Kammer verbunden ist, und einen Mittelleiter.
• Mikrowellenantennen, welche eine erwünschte Anzahl zueinander parallel er Hohlwellenleiter umfassen, sind nach dem Stand der Technik wohlbekannt. Die Wellenleiter sind in enger Beziehung angeordnet und sind auf ihren Vorderseiten versehen mit einer großen Anzahl kurzer, der Reihe nach angeordneter Schlitze, durch welche Mikrowellenenergie an die Umgebung emittiert wird. Die Schlitze sind gleichmäßig angeordnet entlang der Hohlwellenleiter und erstrecken sich in der Richtung der Längsachse davon. Eine Antenne dieser Art ist in der US Patentanmeldung Nr. 4 429 313 beschrieben. Nach diesem Patent ist die Hinterseite des Wellenleiters mit Zuführungswellenleitern versehen, weiche sich transversal zur Wellenleiterachse erstrecken. Diese Zuführungsweilenleiter sind in Betrieb, um die Hohlwellenleiter mit der Mikrowellenenergie durch Kopplungsschlitze zu versorgen, welche sich transversal zur Wellenleiterachse erstrecken. Die Zuführungswellenleiter sind versehen mit seitlichen Vorkragungen, und Energie wird durch Koaxialleitungen eingespeist, deren Mittelleiter sich in jeweilige Vorkragungen erstrecken. Beim Zuführen von Leistung an große Antennen wird die Mikrowellenenergie verteilt durch verschiedene Schichten der gitterartigen Hohlwellenleiter. Die Anordnung ist relativ klotzig und kompliziert, was äußerst nachteilhaft beispielsweise im Fall der mobilen Mikrowellenantennen ist.
• Die Patentanmeldung Nr. 3 524 189 offenbart eine Mikrowellenantenne mit gegenseitig parallelen geschlitzten Hohlwellenleitern, wie oben beschrieben. Die Wellenleiter können Stegwellenleiter sein, deren Stegteil sich in die Richtung der Wellenleiterachse erstreckt und in den Wellenleiter vorkragt. Der Wellenleiter wird gespeist durch eine Koaxialleitung, deren Mittelleiter in den Wellenleiter an dessen Steg eindringt. Obwohl diese Anordnung einfach ist, kann es zeitweise schwierig sein, die Impedanz der Koaxialleitung mit der des Hohlwellenleiters abzugleichen, insbesondere wenn der Wellenleiter ein Stegwellenleiter ist.
• Die vorher erwähnten Nachteile werden vermieden durch eine Leistungsversorgungsanordnung für einen Hohlwellenleiter nach der Erfindung, welche in Anspruch 1 definiert ist Die Anordnung umfaßt eine relativ klein Adaptationskammer, welche auf einer Seite des Hohlwellenleiters gelegen ist und eine Adapterleitung hat, an die Leistung über eine Koaxialleitung zugeführt wird. Der Wellenleiter ist mit der Adaptationskammer durch einen Schlitz gekoppelt. Die Anordnung ist einfach und die Impedanz davon kann leicht angepasst werden, um Mikrowellen innerhalb eines gewünschten Wellenlängenbandes zu emittieren.
• Die Anordnung hat die charakteristischen Merkmale, welche in den begleitenden Ansprüchen aufgestellt sind.
• Bevorzugte Ausführuhgsformen der Erfindung werden jetzt detaillierter beschrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung. Die Figuren zeigen im einzelnen:
• Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung in einer Perspektive;
• Figur 2 einen Teil der Ausführungsform von Figur 1 von oben;
• Figur 3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
• Figur 4 eine Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Anordnung; und
• Figur 5 die Ausführungsform von Figur 3 von oben.
• Die in Figur 1 illustrierte Ausführungsform umfaßt eine Stegwellenleiter 1, welches ein Hohlwellenleiter vorgesehen für Mikrowellen ist. Der Stegwellenleiter 1 ist hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material und trägt die erfindungsgemäße Adaptionskammer 2. Die Kammer ist mit einer Koaxialleitung 3 verbunden. Der Stegwellenleiter ist von bekanntem Design und hat eine Gestalt von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die Querschnitt-Gestalt weicht von dem Rechteck durch ein Steg 4 ab, welcher in den Wellenleiter vorkragt und sich in der Richtung der Längsachse davon erstreckt. Der Stegwellenleiter hat den Vorteil des Akkommodierens einer relativ großen Bandbreite des fundamentalen Modes einer Mikroweile, welche in dem Wellenleiter propagiert. Ein weiterer Vorteil, den der Stegwellenleiter bringt ist, daß er eine Breite B hat, welche relativ klein in Bezug auf die Wellenlänge der Mikrowelle ist, d.h. in der Größenordnung von B = 0.4 lambda. Dies kann benutzt werden im vorher erwähnten Antennentyp, welcher eine große Anzahl von gegenseitig parallelen Wellenleitern gepackt in dichter Beziehung zueinander umfasst. Wegen der relativ kleinen Breite des Stegwellenleiters ist es möglich, phasengesteuerte Mikrowellenantennen in bekannter Art und Weise zu erzeugen. Eine detailliertere Beschreibung der Stegwellenleiter findet sich in der zweiten Ausgabe von "Einführung in Mikrowellen" von Fred E. Gardiol, Artech House 1984. Vorgesehen auf der flachen Seite 5 des illustrierten Wellenleiters 1 gegenüberliegend der Stegseite davon sind Schlitze 6, durch welche die Mikrowellenenergie in die Umgebung strahlen kann. Die Adaptationskammer 2 ist hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material und umfaßt eine Rahmenstruktur 7 und ein Abdeckelement 8. Die Rahmenstruktur 7 ist befestigt an der Stegseite des Wellenleiters 1 mit Hilfe von Zinn oder Weichlot oder beispielsweise einem elektrisch leitendem Haftvermittler, und zwar in solcher Art und Weise daß eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Wellenleiter 1 und der Rahmenstruktur 7 vorherrschen wird. Zur Illustration ist das Abdeckelement 8 entfernt von der Rahmenstruktur 7 gezeigt obwohl es sich versteht, daß im Betriebszustand der Anordnung das Abdeckelement 8 an der Rahmenstruktur befestigt sein wird, wie angedeutet durch vertikale unterbrochene Linien an den Ecken des Abdeckelements. Die Wände des Wellenleiters 1 einschließlich der Wande des Steges 4 sind dünn, und ein Kanal 9 erstreckt sicn innerhalb des Steges 4, wie ersichtlich von der Außenseite des Wellenleiters, und zwar axial entlang des Wellenleiters. Dieser Kanal 9 bildet in der Kammer 2 eine Aussparung 10, welche sich in den Steg 4 erstreckt. Endwände 13 und 15 der Rahmenstruktur 7 haben Teile 15, welche hinunter in den Kanal 9 vorkragen. Die Adaptationskammer 2 hat eine verlängerte elektrisch leitende Adapterleitung 11, deren eines Ende 12 fest und elektrisch verbunden ist mit der einen Rahmenwand 13 der Rahmenstruktur. Diese Verbindung der Adapterleitung 11 ist in Figur 1 verborgen und ist in unterbrochenen Linien angedeutet. Das andere Ende 16 der Adapterleitung 11 ist elektrisch verbunden mit einem Mittelleiter 17 der Koaxialleitung 3, deren äußerer Leiter 18 elektrisch verbunden ist mit der Rahmenwand 14. die Adaptationskammer ist versiegelt gegenüber der Umgebung, kommuniziert aber mit dem Stegwellenleiter 1 durch einen Resonanzschlitz 19, welcher darin angebracht ist. Der Schlitz erstreckt sich transversal zur Wellenleiterachse über im wesentlichen die Gesamtbreite des Wellenleiters und erstreckt sich ebenfalls durch den Steg 4. Die Adaperleitung 11 ist teilweise in der Aussparung 10 versenkt, um dadurch zu ermöglichen daß die Höhe der Adaptationskammer auf einem beschränkten Wert gehalten wird. Es sollte bemerkt werden, daß im Fall einer alternativen Ausführungsform die Adaptationskammer 2 auf der flachen Seite 5 des Wellenleiters gelegen sein kann.
• Wie in der Einleitung erwähnt, kann eine Mikrowellenantenne zusammengesetzt sein aus Hohlwellenleitern, beispielsweise den Stegwellenleitern 1, die in Figur 1 illustriert sind. Ein Mikrowellensignal S, das durch die Antenne zu übertragen ist, wird in die Koaxialleitung 3 eingespeist. Eine elektromagnetische Welle wird in der Adaptationskammer 2 erzeugt mit Hilfe der Adapterleitung 11, und die Welle wird emittiert an den Stegwellenleiter 1 durch den Resonanzschlitz 19.
• Die Adaptationskammer hat eine Länge L, welche mit der Wellenlänge lambda des Mikrowellensignal S im freien Raum zusammenhängt und kann beispielsweise so gewählt sein, daß L = 3/4 lambda. Die Ausdehnung des Resonanzschlitzes 19 längt ebenfalls zusammen mit der Wellenlänge lambda, so daß eine lange Wellenlänge eine lange meßbare Erstreckung des Resonanzschlitzes erfordern wird. In der Mehrzähl der Anwendungen, wird der Resonanzschlitz 19 den Haupteil der Breite B des Wellenleiters ausmachen, und in diesen Anwendungen wird die Breite der Kammer 2 gleich der Breite des Wellenleiters 1 sein.
• Die Adaptationskammer 2 kann betrachtet werden, eine Verlängerung der Koaxialleitung 3 zu bilden, obwohl mit einer signifikanten Änderung der transversalen Richtung des Leiters im Vergleich mit der Koaxialleitung 3. In dieser Hinsicht entspricht die Adapterleitung 11 dem Mittelwellenleiter 17 und der äußere Leiter 18 ist gebildet durch einen äußeren Leiter umfassend das Abdeckelement 8 der Kammer 2, die Rahmenstruktur 7 und die Stegseite des Wellenleiters 1. Die Adaptationskammer 2 zusammen mit ihrer Adapterleitung 11 hat eine charakterisctische Impedanz, welche abhängig ist von der geometrischen Konfiguration der Kammer und der Leitung. Eine geeignete Konfiguration, welche eine gute Adaptation zwischen Stegwellenleiter 1 und einer Mikrowellenquelle schaffen wird, welche die Koaxialleitung 3 versorgt, kann beispielsweise durch Experimentieren erhalten werden.
• Figur 2 illustriert eine Ausführungform eines Resonanzschlitzes 20, welcher vorgesehen ist zur Benutzung, wenn die Wellenlänge des Mikrowellensignals S groß ist in Beziehung zur Breite B. Der Resonanzschlitz 20 hat einen ersten Teil 21 einer Länge B1, welche sich in der transversalen Richtung des Wellenleiters über im wesentlichen die ganze Breite des Wellenleiters erstreckt. Gelegen an den Enden des Resonanzschlitzes 20 sind jeweilige Schlitzteile 22, weiche sich in beide Richtungen parallel zur Wellenleiterachse erstrecken. Die Länge des Schlitzteils 22 kann nicht leicht berechnet werden und wird am einfachsten durch Experimentieren erhalten. In dem Fall einer alternativen Resonanzschlitz-Ausführungsform erstreckt sich nur ein Schlitzteil 22 von jedem Ende des ersten Teils 21 des Schlitzes. Ein weiterer Resonanzschlitz 23 ist angedeutet in unterbrochenen Linien in Figur 2. Der Schlitz ist gerade, aber erstreckt sich quer über den Wellenleiter 1 unter einem Winkel von beispielsweise 45º zur Längsachse des Wellenleiters.
• Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 illustriert, welche eine Querschnittsansicht eines rechtigen Hohlwellenleiters 31 mit ner erfindungsgemäßen Adaptationskammer 32 ist. Die Kammer 32 ist elektrisch verbunden mit dem Wellenleiter 31 und ist zur Umgebung hin verschlossen. Eine Adapterleitung 33 erstreckt sich in die Kammer 32 in Richtung der Längsachse des Hohlweilenleiters 31.
• e Adapterleitung 33 ist elektrisch verbunden an einem ihrer Enden mit dem Mittelwellenleiter einer Koaxialleitung 34, und zwar in einer Art und Weise entsprechend der, die mit Bezug auf Figur 1 beschrieben worden ist. Die Adaptationsleitung 33 ist eine sogenannte Streifenleitung, und Mikrowellenenergie in der Adaptationskammer 32 wird emittiert an den Hohlweilenleiter 31 durch einen Resonanzschlitz 35. Die Adaptationskammer 32 kann entweder vollständig oder teilweise gefüllt sein mit einem elektrischen Material 36. Die Adapterleitung kann ebenfalls eine Konfiguration verschieden von der illustrierten kreisförmigen oder streifenförmigen Konfiguration haben.
• Die Adapterleitung, wie illustiert in Figur 1, ist zylindrisch und hat einen gleichmäßen Durchmesser entlang ihrer gesamten Länge. Im Fall einer in Figur 4 illustrierten alternativen Ausführungsform beinhaltet eine Adaptationskammer 40 eine Adapterleitung 41, welche einen Durchmesser von D1 entlang eines ersten Teils ihrer Länge und einen Durchmesser D2 entlang eines zweiten Teils ihrer Länge aufweist. Andere Ausführungsformen sind vorstellbar, in denen die Adapterleitung mehr als zwei Querschnitte von gegenseitig verschiedenen Querschnittsdimensionen umfaßt. Adapterleitungen, welche gegenseitig verschiedene Querschnittdimensionen entlang ihrer Längen aufweisen, ermöglichen das Erreichen einer guten Adaptation über einen relativ breiten Frequenzbereich zwischen dem Hohlwellenleiter und der Mikrowellenquelle.
• Figur 5 zeigt die Adaptationskammer 32 von Figur 3 von oben, wobei das Abdeckelement der Kammer entfernt ist. Die Adapterleitung 33 wird gehalten durch das dielektrische Material 36, und das Ende der Adapterleitung 33 ist nicht elektrisch mit der Wand der Kammer 32 verbunden. Zwischen dem Ende 37 und dem Schlitz 35 existiert ein Abstand M, welcher etwa gleich einem Viertel einer Wellenlänge der Mikrowelle im dielektrischen Material 36 ist. in dem Fall der Ausführungsform von Figur 1 bei einer kurzgeschlossenen Adapterleitung ist der entsprechende Abstand etwa eine Hälfte einer Wellenlänge.
• Die vorher erwähnte erfindungsgemäße Adaptationskammer bringt verschiedene Vorteile. Sie ist leicht in ihrem Gewicht und erfordert relativ wenig Platz, wobei dieser Vorteil insbesondere anwendbar ist für die Ausführungsform, welche ein Stegwellenleiter beinhaltet. Die Adaptationskammer kann leicht angepast werden auf die gewünschte Wellenlänge der Mikrowelle S und kann ebenfalls angepaßt werden auf einen relativ breiten Wellenlängenbereich. Der Hohlwellerleiter kann hergestellt werden aus Metal oder alternativ aus einer metallisierten Plastik-gebundenen Kohlefaser. Dieses Material ist relativ bröcklig, und Probleme können auftreten beim befestigen der Koaxialleitung am Hohlwellenleiter. Dieses Problem wird vermieden bei der erfindungsgemäßen Adaptioskammer, da diesem letzteren Fall die Koaxialleitung an der Adaptationskammer befestigt ist, welche vorzugsweise aus Metall hergestellt ist.
• Der Steg 4 des Stegwellenleiters 1, wie illustriert in Figur 1, weist tatsächlich nicht rechte Winkel auf, da die Seiten des Steges geneigt sind in eine leichte V-Form. Diese Konfiguration ist vorteilhaft aus dem Aspekt der Herstellung der Hohlwellenleiter, welche aus Plastik-gebundenen Kohlefasern erzeugt werden, da der Steg 4 an einen Nachlaßwinkel für die benutzten Werkzeuge beim Prozess der Herstellung aufweisen wird.

Claims (1)

1. Anordnung zum Zuführen von Leistung an einen Hohlwellenleiter vorgesehen für elektromagnetische Mikrowellen, wobei der Wellenleiter eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsgestalt hat, und die Leistung zugeführt wird mit Hilfe einer Adaptationskammer, hergestellt aus einem elektrisch leitenden Material, und einer Koaxialleitung, welche mit der Kammer verbunden ist und welche einen äußeren Leiter elektrisch verbunden mit der Kammer hat und einen Mittelleiter, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Adaptationskammer auf (2,32) gelegen ist auf einer Seite des Hohlwellenleiters auf (1,31) und sich seitlich über zumindest einen Teil der einen Seite erstreckt;

- die Adaptationskammer (2,32) mit dem Hohlwellenleiter (1,31) durch einen Resonanzschlitz (19,20,23,35) angeordnet in der Adaptationskammer (2,32) kommuniziert, wobei sich der Schlitz (19,20,21,35) über zumindest einen Teil (B1) des Hohlwellenleiters (1,31) in seiner transversalen Richtung erstreckt;

- sich eine verlängerte Adapterleitung (11,33,41) in der Adaptationskammer (2,32) in der Richtung der Längsachse des Hohlwellenleiters (1,31) erstreckt; und

- ein Ende (16) zu der Adapterleitung (11,33,41) elektrisch verbunden ist mit dem Mittelleiter (17) der Koaxialleitung (3).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (12) der Adapterleitung (11) abgelegen von der Koaxialleitung (3) elektrisch verbunden ist mit der Adaptationskammer (2,13).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzschlits (19,20) sich entlang zumindest eines Teils deren Länge (21) transversal zur Längsachse des Hohlwellenleiters (1,31) erstreckt.

3. Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, wobei der Hohlwellenleiter ein Stegwellenleiter ist dessen Querschnittsgestalt abweicht von einer rechteckigen Gestalt durch einen Steg, welcher vortragt in den Wellenleiter auf einer Seite des Rechtecks und welcher sich erstreckt entlang des Wellenleiters in der Richtung der Wellenleiterachse, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Adaptationskammer (2) gelegen ist auf der Stegseite (4) des Stegwellenleiters (5); und

- die Adaptationskammer (2) eine Aussparung (10) hat, welche in den Steg (4) vorkragt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterleitung (11,33) sich in den Steg (4) vorkragende Aussparung (10) über zumindest einen Teil ihrer Erstreckung der transversalen Richtung der Adapterleitung (11,33) erstreckt.

6. Anordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzschlitz (20) Schlitzteile (22) beinhaltet, welche sich in der Richtung der Längsachse des Hohlwellenleiters (1,31) von den Enden des Teils (21) des Schlitzes (20) erstrecken, welcher sich in der transversalen Richtung des Hohlwellenleiters (1,31) erstreckt.

7. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterleitung (41) eine kreisförmige Querschnittgestalt hat und separate Teile von gegenseitig verschiedenen Durchmessern (D1,D2) entlang ihrer Länge hat.