DE1005583B - UEbergangsstueck zur Verbindung eines rechteckigen mit einem zylindrischen Hohlleiter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Übergangsstück zur Verbindung eines rechteckigen Hohlleiters, in dem sich eine Welle vom H₁₀-Typ ausbreitet, mit einem runden Hohlleiter, in dem sich eine Welle vom H₀₁-Typ ausbreitet.

Die Wellentypumiormung geschieht dadurch, daß die Querschnittsgestalt des Übergangsgliedes derart geändert wird, daß die elektrischen Feldlinien, die zu den Schmalseiten des rechteckigen Hohlleiters parallel verlaufende Geraden darstellen, zu konzentrischen Kreisen in dem runden Hohlleiter werden.

Es sind bereits zahlreiche Übergangsstücke zur Umformung von H₁₀-Wellen im rechteckigen Hohlleiter in H₀₁-Wellen im runden Hohlleiter und umgekehrt bekannt. Hierzu sei auf die beiden Übergangsstücke verwiesen, die in dem Buch »Principles of Mikrowave Circuits« von Dicke und Pur cell (Massachusetts Institute of Technology — Radiation Laboratory series — Edition 1948, Kap. 10, Fig. 10-6 (b), S.339, und Fig. 10-7, S. 340) dargestellt sind.

Das eine dieser Übergangsstücke (Fig. 10-6, b) formt eine H₁₀-WeIIe im rechteckigen Hohlleiter in eine ebenfalls rechteckige H₂₀-WeIIe um. Das andere Übergangsstück (Fig. 10-7) dient zur Umformung einer H₂₀-WeIIe in einem Leiter mit rechteckigem Querschnitt in eine H₀₁-WeIIe in einem Leiter mit Kreisquerschniitt. Man braucht nur diese beiden Übergangsstücke hintereinanderzusetzen, um einen Wellentypumformer zu erhalten, der die gleichen Ergebnisse wie der erfindungsgemäße Umformer liefert.

Die praktische Ausführung der erwähnten Übergangsstücke ist nicht einfach. Das Übergangsstück (Fig. 10-6, b) nach »Principles of Mikrowave Circuits«, bei dem eine fortschreitende Änderung der rechteckigen Querschnitte des Hohlleiters und eine Drehung desselben erforderlich ist, ist offenbar nur mit einem hohen Grad an technischer Geschicklichkeit herzustellen.

Ferner sei auf die beiden Übergangsglieder hingewiesen, die in dem Buch »Principles and Applications of Waveguide Transmission« von George Southworth, New York 1950, Kap. 9, Fig. 9.6-12, S. 362, und Fig. 9.6-13, S. 363, beschrieben sind. Das Übergangsstück nach Fig. 9.6-12 dieses Buches setzt sich wie dasjenige nach Pur cell aus zwei Teilen zusammen, die nacheinander den Übergang von einer H₁₀-WeIIe in eine H₂₀-WeIIe im rechteckigen Querschnitt und dann von der H₂₀-WeIIe im Rechteck in die H₀₁-WeIIe im Kreisquerschnitt bewirken.

Für die Umformung von H₁₀-Wellen in H,,-Wellen verzweigt sich der rechteckige Hohlleiter in zwei identische Teile, deren Querschnitte sich fortschreitend ändern. Hierauf werden die beiden Hohlleiter in entgegengesetzter Richtung gedreht und besitzen also am Übergangsstück

zur Verbindung eines rechteckigen
mit einem zylindrischen Hohlleiter

Anmelder:
Georges Robert Pierre Marie, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 31. Dezember 1955

Georges Robert Pierre Marie, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Ende zwei rechteckige Querschnitte, die in der gleichen Ebene aufeinandergeseitzt werden, wobei sie sich mit ihren Schmalseiten berühren.

Die Herstellung dieses Umformers erfordert große Sorgfalt, da es unumgänglich notwendig ist, zwei Hohlleiter mit der gleichen elektrischen Länge herzustellen. Wenn dies nicht zutrifft, sind die elektrischen Feldstärken in den Querschnitten am Ende des Umformers nicht mehr streng gegenphasig, woraus sich ein beträchtlicher Verlust an elektromagnetischer Energie ergibt.

Dieser Energieverlust muß vermieden werden, denn im allgemeinen wird die Umformung einer H₁₀-WeIIe in einem Leiter mit rechteckigem Querschnitt in eine H₀₁-WeIIe in einem Leiter mit Kreisquerschnitt, ins-

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besondere zur Fortleitung der elektromagnetischen Energie auf größere Entfernung, mit möglichst geringer Dämpfung verwendet.

Das Übergangsglied gemäß der Erfindung ist leichter herzustellen als die erwähnten bekannten Ausführungsformen. Es weist keine Schraubenflächen auf und besteht allein aus Ebenen, die einen mit einem Zylinder verbundenen Vielflächner bilden.

Das erfindungsgemäße Übergangsglied besteht aus drei Teilen, nämlich einem ersten Teil, der die H₁₀-WeIIe im rechteckigen Hohlleiter in eine H₂₀-WeIIe in einem rechteckigen Leiter umformt, einem zweiten Teil, der die H₂₀-WeIIe in eine Wellenform überführt, welche eine vierzählige Symmetrieachse aufweist und sich in einen Hohlleiter fortsetzt, dessen Querschnitt ein gleicharmiges Kreuz darstellt, sowie aus einem

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dritten Teil, welcher die Wellen in dem Hohlleiter mit Kreuzquerschnitt in eine H₀₁-WeIIe im Leiter mit Kreisquerschnitt umwandelt. Ernndungsgemäß ist das Übergangsglied so aufgebaut, daß der erste Teil aus zwei rechteckigen Hohlleiterabschnitten mit parallelen Achsen besteht, die durch eine zu diesen Achsen geneigte ebene Wand verbunden sind, während der zweite Teil aus einem Stück besteht, das den Ausgang des zweiten rechteckigen Hohlleiterabschnittes mittels Die Punkte 31 und 32 liegen auf der Langseite 27-28 beiderseits der erwähnten Symmetrieebene und sind derart gewählt, daß die Kanten 22-31 und 23-32 zwei zur Seite 27-28 senkrechte parallele Geraden bilden. Dieses Übergangsteilstück (Fig. 2) wird also allein von Rechtecken, Dreiecken und Trapezen begrenzt.

Fig. 6 zeigt die Feldverteilung in dem durch die Ebene 6 bestimmten Querschnitt. Die Feldlinien

ebener Wände von im wesentlichen dreieckiger Ge- io stellen Geraden dar, die zu den Langseiten 21-22 und stalt und von vier Wänden, die auf einem Kegelmantel 23-24 des Hohlleiters senkrecht verlaufen, liegen, mit dem Ausgang des zweiten Hohlleitarteiles Fig. 7 zeigt die Feldverteilung in dem durch die

von kreuzförmigem Querschnitt verbindet, sowie daß Ebene 7 bestimmten Querschnitt. Die Feldlinien in der Ausgang des zweiten Hoblleitertailes von kreuz- dem verbreiterten Teil des Hohlleiters haben links von förmigem Querschnitt mit dem runden Hohlleiter 15 der Symmetrieebene eine gewisse Richtung und rechts durch ein Stück verbunden wird, das von einem Teil davon die umgekehrte Richtung, der Seitenwand eines Zylinders von gleichem Durch- In Fig. 8, welche dem Querschnitt in der Ebene 8

messer wie der runde Hohlleiter und von acht im entspricht, ist die Aufteilung des Feldverlaufs in zwei wesentlichen dreieckigen ebenen Wänden begrenzt Teile noch mehr ausgeprägt. Im Querschnitt der Fig. 9 wird, die einerseits an dem kreuzförmigen Querschnitt 20 ist sie vollständig durchgeführt. Wie aus dieser Figur

angesetzt sind und andererseits in vier Punkten enden, die gleichmäßig auf dem Umfang eines Querschnitts des Zylinders verteilt sind.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Übergangs gl i edas,

Fig. 2 den ersten Teil des Übergangsgliedes, der die H₁₀-WeIIe in eine H₂₀-WeIIe im Hohlleiter mit Rechteoksquerschnitt umformt,

Fig. 3 den zweiten Teil des Übergangsgliedes, der die H₂₀-WeIIe in eine Wellenform mit vierzähliger Symmetrie umformt,

Fig. 4 die Stirnansicht des Teiles nach Fig. 3, gesehen vom rechteckigen Hohlleiter aus,

Fig. 5 den dritten Teil des Übergangsgliedes, der den kreuzförmigen Hohlleiter allmählich in einen kreisförmigen Hohlleiter überführt, Fig. 6, 7, 8 und 9 elektrische Feldbilder in verhervorgeht, verlaufen die Feldlinien senkrecht zu den Langseiten 27-28 und. 29-30. Ferner sind sie links von der Symmetnieebene von oben nach unten und rechts von dieser Ebene von unten nach oben gerichtet. Es ist also tatsächlich eine H₂₀-Weite entstanden. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Symmetrieebene dieses Übergangs stücke's sowohl für die eintretenden H₁₀-Wellen als auch für die austretenden H_f1-Wellen eine Antisymmetrieebene darstellt.

Zur Beschreibung des zweiten Übergangs teil Stückes wird abwechselnd auf die sich ergänzenden Fig. 3 und 4 verwiesen.

Das gleicharmige Kreuz, dessen Ecken mit 33 bis 44 bezeichnet sind, bildet den Ausgang dieses zweiten Teilstückes. Zu seiner Herstellung bedient man sich der folgenden geometrischen Konstruktion:

Auf der zur Mitte der Schmalseite 28-29 gezogenen Senkrechten y-y' wird nicht weit entfernt von diesen Punkten ein Punkt 45 gewählt. Ein ebensolcher Punkt

schiedenen Querschnitten des ersten Teiles des Über- 40 46 wird in der Nähe der Schmalseite 27-30 gewählt.

gangsgliedes nach Fig. 2, wobei das Bild nach Fig. 9 Die Gerade 45-35 stellt die Schnittgerade der beiden

zueinander senkrechten Ebenen 45-35-34 und 45-35-36 dar. Ebenso entsteht die Gerade46-41 aus der Schnitt

für die Verbindungsebene zwischen dem ersten und zweiten Teil gilt,

Fig. 10 und 11 elektrische Feldbilder in Querschnitgeraden der beiden zueinander senkrechten. Ebenen

ten des zweiten Teiles nach Fig. 3, wobei das Bild 45 46-41-42 und 46-41-40. Das letztere Gebilde ist

nach Fig. 11 für die Verbindungsebene zwischen, dem zweiten und dritten Teil gilt,

Fig. 12 und 13 elektrische Feldbilder in verschiedenen Querschnitten des dritten Teiles des Übergangsgliedes nach Fig. 5 und

Fig. 14 und 15 elektrische Feldbilder für Schwingungszustände, die in dem Übergangsglied auftreten könnten, wenn nicht gewisse Vorsichtsmaßregeln getroffen würden.

In Fig. 1 sind die drei Teile 1, 2 und 3, die in Fig. 2, 3 und 5 im einzelnen dargestellt sind, deutlich zu unterscheiden.

Nach Fig. 2 tritt die H₁₀-WeHe durch den Quersymmetrisch zu dem ersten bezüglich der Symmetrieebene, deren Spur in Fig. 4 mit x-x' bezeichnet ist.

Das Übergangsstück weist außerdem drei ebene Flächen 27-43-44, 27-44-28 und 28-44-33 auf. Diese Ebenen schneiden sich zu je zwei und haben einen gemeinsamen Punkt 44. Entsprechendes gilt für drei weitere Ebenen 30-39-38, 30-38-29 und 38-29-37, die zu den ersteren bezüglich der Symmetrieebene, deren Spur mit y-y' bezeichnet ist, symmetrisch sind.

Die H₂₀-WeIIe ist antisymmetrisch in bezug auf beide Symmetrieebenen x-x' und y-y'. Hieraus folgt, daß die den Hohlleiter von kreuzförmigem Querschnitt verlassenden Wellen ebenfalls zu denselben Ebenen antisymmetrisah sein muss:::. Es ergeben sich

schnitt 21, 22, 23 und 24, der in der Ebene 6 enthalten ist, in das Übergangsstück ein. Die Punkte 25 60 infolgedessen die in Fig. 9, 10 und 11 dargestellten und 26 dieses Querschnittes bezeichnen die Mitten der elektrischen Feldbilder, die für die Querschnitte in Langseiten des Hohlleiters. Die H_?o-Welle tritt aus den Ebenen 9, 10 und 11 (Fig. 3) gelten, dem Übergangsteilstück durch den Querschnitt 27, 28, Die Richtung der Feldlinien in Fig. 11 zeigt, daß 29, 30 in der Ebene 9 aus. es durch allmählichen Übergang aus einem kreuz-Die Punkte 21, 24, 29 und 30 liegen in einer zu den 65 förmigen in einen kreisförmigen Querschnitt mög-Ebenen 6 und 9 senkrechten Ebene. Ebenso' liegen die lieh sein muß, einen Wellentyp zu erhalten, dessen Punkte25, 26, 27 und 28 in einer hierzu parallelen Feldlinien konzentrische Kreise darstellen, d.h. also Ebene. Dieses ganze Übergangsstück weist eine eine H₀₁-WeIIe.

Symmetrieebene auf, die durch die Mitten der Seiten Dieser Übergang geschieht in dem dritten Über-

21-24, 22-23, 27-28 und 29-30 hindurchgeht. 70 gangsteilstück, das in Fig. 5 dargestellt ist. Hierbei

ist der zylindrische Hohlleiter durch vier Dieder geschnitten, von denen einer z. B. durch die Ebenen 35-34-47 und 36-35-47 gebildet wird. Diese Ebenen schneiden die Ebene des Kreuzes nach den zueinander rechtwinkeligen Langseiten desselben.

Fig. 11, 12 und 13, die sich auf die Querschnitte in den Ebenen 11, 12 und 13 (Fig. 5) beziehen, zeigen, wie durch die erwähnten Einschnitte die Kreuzesarme allmählich verbreitert werden, wobei der Umkreis 48 erhalten bleibt, in dem das Kreuz eingeschlossen ist.

Nun sei auf die unerwünschten Wellentypen eingegangen, die in dem erfindungsgemäßen, Übergangsstück auftreten können. Der H₀₁-WeIIe können sich Wellen vom H₁₂-Typ überlagern. Die betreffenden Feldlinien sind in Fig. 14 dargestellt. Die H₁₂-Wellen sind ebenfalls zu x-x' und y-y' antisymmetrisch. Praktisch können sie nur durch Wellen angeregt werden, die im Kreuzquerschnitt den Feldverlauf nach Fig. 15 aufweisen. Um sie zu vermeiden, braucht nur die Breite der Kreuzesarme auf einen Wert beschränkt zu werden, der kleiner als eine halbe Wellenlänge im freien Raum der in dem Kreuz fortgepflanzten Wellen ist. Bei Beachtung dieser Vorsichtsmaßregel gibt das erfindungsgemäße Übergangsstück H₀₁-Wellen von großer Reinheit.

Schließlich seien einige Hinweise auf die Ausführungsmöglichkeiten des neuen Übergangsstückes gegeben. Es ist möglich, mit Hilfe von Fräsarbeiten, in gerader Richtung aus einer Stange von quadratischem Querschnitt oder einem Kegelstumpf aus Aluminium ein Formstück herzustellen, das die Gestalt des Übergangsstückes hat. Dieses Werkstück wird dann mit einer genügend dicken Kupferschicht auf elektrolytischem Wege überzogen. Um das Übergangsstück fertigzustellen, braucht man nur noch das Aluminium mit geeigneten Säuren aufzulösen. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die einspringenden Ecken des FormiStückes ohne weiteres abgerundet werden können. Hierdurch wird der elektrolytische Niederschlag der Wände erleichtert, ohne daß die elektrische Feldverteilung wesentlich geändert wird. Diese Abrundungen können selbsttätig mit Hilfe von Fräsern vorgenommen werden, deren Winkel entsprechend abgerundet sind (Fräser mit Hohlkehle).

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Übergangsstück zur Verbindung eines rechteckigen Hohlleiters, in dem sich eine H₁₀-WeIIe fortpflanzt, mit einem zylindrischen Hohlleiter von kreisförmigem Querschnitt, in dem sich eine H₀₁-Welle fortpflanzt, bestehend aus einem ersten Teil, der die H₁₀-WeIIe im rechteckigen Leiter in eine H₂₀-WeIIe in einem rechteckigen Leiter umformt, einem zweiten Teil, der die H₂₀-WeIIe in eine Wellenform überführt, welche; eine vierzählige Symmetrieachse aufweist, und der sich in einen Hohlleiter fortsetzt, dessen Querschnitt ein gleicharmiges Kreuz darstellt, sowie aus einem dritten Teil, welcher die Wellen in dem Hohlleiter mit Kreuzquerschnitt in eine H₀₁-WeIIe im Leiter mit Kreisquerschnitt umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil aus zwei rechteckigen Hohlleiterabschnitten mit parallelen Achsen besteht, die durch eine zu diesen Achsen geneigte, ebene Wand verbunden sind, während der zweite Teil aus einem Stück besteht, das den Ausgang des zweiten rechteckigen Hohlleiterabschnittes mittels ebener Wände von im wesentlichen dreieckiger Gestalt und von vier Wänden, die auf einem Kegelmantel liegen, mit dem Ausgang des zweiten Hohlleiterteiles von kreuzförmigem Querschnitt verbindet, sowie daß der Ausgang des zweiten Hohlleiterteiles von kreuzförmigem Querschnitt mit dem runden Hohlleiter durch ein Stück verbunden wird, das von einem Teil der Seitenwand eines Zylinders von gleichem Durchmesser wie der runde Hohlleiter und von acht im wesentlichen dreieckigen ebenen Wänden begrenzt wird, die einerseits an dem kreuzförmigen Querschnitt angesetzt sind und andererseits in vier Punkten enden, die gleichmäßig auf dem Umfang eines Querschnittes des Zylinders verteilt sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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