DE876873C

DE876873C - Frequenzfilter fuer Hohlleiterwellen

Info

Publication number: DE876873C
Application number: DEC1863D
Authority: DE
Inventors: Henri Gutton; Antoine Ortusi
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1943-06-16
Filing date: 1944-06-17
Publication date: 1953-05-18
Also published as: BE456300A; FR982405A; NL61973C; GB625980A

Description

Eine elektromagnetische Welle sehr kurzer Wellenlänge kann .bekanntlich, in einem hohlen Metallrohr (Hohlleiter) fortgeleitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Frequenzfilter für eine derartige Höhlleiterwelle, d. h. eine Einrichtung, welche im Zuge des Hohlleiters nur eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmtes Frequenzband hindurchläßt.

Es sei im Hohlleiter eine fortschreitende Welle angenommen. An einer Stelle sei eine Unregelmäßigkeit des Querschnittes vorhanden, z. B. in Gestalt einer Lochblende, wobei vor der Blende und dahinter der gleiche Querschnitt vorhanden ist. Dann tritt an der Diskontinuitätsstelle des Querschnittes eine Reflexion der einfallenden Welle auf. Man kann annehmen, daß die reflektierte Welle U₁. dieselbe Wellenform besitzt wie die einfallende Welle U₁. Die einfallende Welle und die reflektierte Welle überlagern sich zu stehenden Wellen. Das Verhältnis der maximalen. Amplitude zur minimalen Amplitude der stehenden Wellen bestimmt den Betrag des Reflexionsfaktors. Die räumliche Anordnung der Knoten und Bäuche bzw. der Maxima und Minima bestimmt den Phasenunterschied, den die reflektierte Welle an der Lochblende gegenüber der einfallenden Welle besitzt.

Die reflektierte Welle kann als Funktion der einfallenden Welle gemäß folgender Gleichung dargestellt werden:

R ist der komplexe Reflexionsfaktor. Sein Betrag und sein Argument (Phasenwinkel) sind durch die oben angegebenen Messungen bestimmbar. .

Durch die Stellen des veränderten Querschnittes, also durch die Lochblende hindurch, tritt eine Welk U_Tl welche ebenfalls die gleiche Wellenform besitzt wie die einfallende-Welle und mit dieser durch die Gleichung verknüpft ist

' - U_T = TUi₁ ■ .

wobei T der komplexe Durchgangsfaktor ist.

Zwischen den absoluten Beträgen der Faktoren R und T besteht eine Beziehung, welche auf der Erhaltung der Wellenenergie beruht. Die Leistung der einfallenden. Welle muß nämllich gleich der Summe der Energie der reflektierten und der durchgehenden Welle sein. Die Phasenbeziehungen hängen von der Form der Lochblende ab.

Die Erfindung besteht darin, in den Zug des Hohlleiters nacheinander zwei derartige Diskontinuitäten des Querschnittes (Lochblende) in, solchem Abstand anzuordnen, daß der gebildete Hohlraum auf die auszufilternde Frequenz abgestimmt ist. Vernachlässigt man die Stromverluste in den Wänden, so (kann man erreichen, daß die Resonanzfrequenz ohne Dämpfung und ohne Reflexion durch die gebildete Zelle hindurchtritt, während alle anderen Frequenzen reflektiert werden.

Es seien D₁ und D₂ (Fig. i) zwei gleichartige Schlitzblenden, welche den Hohlleiter in drei Abschnitte A₁ B₁ ¹C unterteilen, r sei der Reflexionsfaktor der Zelle, also des Abschnittes B. @ sei der Phasenwinkel der zwischen den beiden Blenden laufenden Welle. Dann gilt

TT) Φ Ύ¹ I Ο j Θ

JR₈

Der Durchgangsfaktor der Zelle ist

R₁ und T₁ sind dabei der Reflexionsfaktor und der Durchgangsfaktor an der Blende D₁, also beim Übergang vom Abschnitt A zum Abschnitt B₁ während R₂ und T₂ die entsprechenden Faktoren beim Übergang von B zu C₁ also an der Blende D₂ sind und schließlich R₁ und T₁ die entsprechenden Faktoren beim Übergang von B nach A. Für diese Faktoren gilt

R₁ Z=[

JR₁'= 122/1 β*!?-'. Der Durchgangsfaktor ist

eos

Der Durchgangsfaktor hat seinen Höchstwert, wenn cos (2 Θ—·φ₂ —φ/)=! ist, was Resonanz der Zelle bedeutet. Er hat seinen kleinsten Wert dann, wenn der gleiche Ausdruck den Wert —1 annimmt. Der Höchstwert und der Kleinetwert sind

IT I

(4) IT₂

(5)

Um eine gute Filterwirkung zu erhalten, muß der Durchgangsf aiktor der Zelle für alle Frequenizwerte, welche von der Abstimmfrequenz der Zelle verschieden sind, möglichst klein sein. Die Gleichung (4), welche den Durchgangsfaktor für die Resonanzfrequenz angibt, zeigt, daß | -K₂ j J .R₁' j möglichst = ι sein muß, damit der Nenner sehr klein wird.

Die Beträge der Reflexionsfaktoren sind notwendigerweise kleiner als 1, sie müssen aber außerdem möglichst angenähert = 1 sein.

Zweckmäßig bemißt man |Γ_Χ| = |T₂| und |2?₂| = IB₁'). Das bedeutet

(i — 2 12?/1² cos (2 Θ — φ₂ — Cp₁) + IR₁ |*)^:

(6)

,1/2

Der Grundsatz der Erhaltung der Energie führt auf die Gleichung

falls der Durchgangsfaktor 'bei Resonanz = 1 ist. Der Betrag des Durchgangsfaktors gemäß Gleichung (3) führt auf die Filterkurve der Zelle; für IT₁! = I T₂] und |2?₂| = IR₁'] gilt 9"

In dem Schaltbild nach Fig, 2 ist die Frequenzkur.ve der Zelle für zwei Betragswerte des Reflexionsifaktors R₁ aufgetragen. Für den Reflexionsfaktor von 99% beträgt die Halbwertbreite in Winkelgraden gemessen 3,5°, das durchgelassene Frequenzband angenähert V₁₀₀ der Durchgangsfrequenz selbst.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man mehr als zwei Diskontinuitätsstellen des Querschnittes (im Sinne von Lochblenden) hintereinander in den Zug der Hohlleitung einschalten, welche mehrere in Reihe geschaltete Filterzellen, also eine Filterkette bilden. Diese Zellen können auf verschiedene benachbarte Frequenzen abgestimmt sein und somit ein Bandpaßfilter mit angenähert rechteckiger Frequenzkurve bilden.

Die Erfindung sei insbesondere an Hand eines Ausführungsbeispiels im Fall eines Hohlleiters rechteckigem Querschnittes unter Verwendung der if_ol-Welle beschrieben. In diesem Fall steht bekanntlich der elektrische Feldvektor senkrecht auf zwei zueinander parallelen Rechteckseiten, liegt also parallel zu den beiden anderen Rechteckseiten. Die Feldstärke ist längs einer Kraftlinie konstant, ändert sich aber angenähert sinusförmig innerhalb des Querschnittes senkrecht zurKraftlinienrichtung, um an den Seiteiuwänden Null zu werden. Die Fortschreitungsgeschwindigkeit der Welle hängt von der Querschniittsausdehnung senkrecht der Feldrichtung ab.

Um nun eine Wellenreflexion zu erhalten, werden in einem Querschnitt zwei Blendenschirme vorgesehen,, zwischen denen eine schlitzförmige Öffnung geeigneter Größe entsteht, deren Längsausdehnung senkrecht zur elektrischen Feldrichtung steht. Die Größe des Schlitzes bestimmt den Reflexionsfaktor. Man kann auch durch zwei Blendenschirme die Ouerschnittsausdehnung senkrecht zur Feldrichtung verringern. Die Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele für die beiden Möglichkeiten. Im Innern des Hohlleiters· 1 von rechteckigem. Querschnitt sind jeweils zwei Blendenischirme 2 und 3 angeordnet, welche zwischen sich die schlitzförmige öffnung 4 frei lassen. Die Anordnung nach Fig. 3 wirkt wie eine parallel zum Hohlleiter geschaltete Kapazität, die nach Fig. 4 winkt wie eine Selbstinduktion. Zwei derartige Blendenschirme werden nun erfindungsgemäß, wie Fig. 5 zeigt, hintereinander in den Leitungszug so eingeschaltet, daß sie eine Filterzelle bilden, wobei der durch die beiden Blenden; und die Hohlleiterwände gebildete Hohlraum auf die zu filternde Frequenz abgestimmt ist. Um die eine der beiden Schlitzblenden gegenüber der anderen, in der Längsrichtung des Hohlleiters zu verstellen, empfiehlt es sich, gemäß Fig. 3 in der Hohlraumwand, und zwar längs der Mittellinie der Wand, auf welcher das Feld senkrecht steht, also in der Stromknotenlinie, einen Längsschlitz 5 vorzusehen. Durch diesen Längsschlitz hindurch kann die Verstellung erfolgen. Da der Schlitz 5 die Stromverteilung nicht stört, hat er keinen Einfluß auf die Filterwirkung.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei Verwendung des Hohlleiters als Antennenzuleitung zur Ausfilterung der gewünschten Empfangsfrequenz dienen.

Wünscht man eine möglichst selektive Filterung, so empfiehlt es sich, die Verlust innerhalb der Filterzdk möglichst klein zu halten, indem man ihre Wände aus einem Metall möglichst guter Leitfähigkeit herstellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzfilter für Hohlleiterwellen., gekennzeichnet durch zwei den Querschnitt verringernde, gleichartige Lochblenden, die im Zug des Hohlleiters hintereinander in einem solchen gegenseitigen Abstand angeordnet sind, daß der durch sie und die Hohlleiterwand ge-'bil dete Hohlraum auf die auszufilternde Frequenz wenigstens angenähert abgestimmt ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines Frequenzbereiches mehr als zwei Lochiblenden vorgesehen sind, die in derart verschiedenen Abständen angeordnet sind, daß die gebildeten Hohlräume auf verschiedene Frequenzen des Frequenzbandes abgestimmt sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hohlleiter rechteckigen Querschnittes und bei Erregung mit i7₀₁-Wellen die öffnung der Lochblende die Form eines schmalen Schlitzes besitzt, dessen Längsausdehnung vorzugsweise senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldlinien .steht.

4. Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadlurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Lochblenden in Richtung der Hohlleiterachse verschiebbar angeordnet ist.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hohlleiter rechteckigen Querschnittes und bei Erregung mit i/₀₁-Wellen zur Verschiebung der Lochblende ein Längsschlitz (5, Fig. 3) in einer auf der elektrischen Feldriehtung senkrecht stehenden Seitenwand des Hohlleiters vorgesehen, ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5001 5.