DE912235C - Elektrisches Wellenleitersystem zum Erzeugen eines Phasenunterschieds zwischen zwei Ausgangswellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Wellenleitersystem zum Erzeugen eines Phasenunterschieds zwischen zwei Ausgangswellen und auf eine Einrichtung mit einem solchen Wellenleitersystem.

Die Erfindung geht aus von einer aus zwei Wellenleitern rechteckigen Querschnittes bestehenden Anordnung, von denen der erste eine Länge k, eine Breite a und eine Höhe b, und der zweite eine von k abweichende Länge /, eine Breite c und eine Höhe d besitzt. Diesen Wellenleitern werden eingangsseitig gleichphasige Wellen zugeführt.

Das Wellenleitersystem nach der Erfindung weist das Merkmal auf, daß der Wert von α und c sowohl beim Eingang als auch beim Ausgang des betreffenden Wellenleiters gleich a₀ ist und α bzw. c für mindestens einen der beiden Wellenleiter sich über dessen Länge hinweg laufend ändert und zwischen dem Eingang und dem Ausgang einen extremen Wert aufweist, daß (a — a₀) bzw. (c — a₀) für diesen extremen Wert klein gegenüber a₀ ist und daß (O₁—O₂) < 3«₀ (k — /), so worin

O₁ = f [a — a₀) ds und O₂ = Γ(c — a₀) ds.

t — 0 S=O

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeich- as nung näher erläutert.

Fig. ι zeigt ein bekanntes Wellenleitersystem;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zum Vergleich der Wirkungsweisen der Wellenleitersysteme nach Fig. ι und nach Fig. 3;

Fig. 3 stellt ein Wellenleitersystem nach einer Ausführungsform der Erfindung dar.

In der Wellenleitertechnik soll zuweilen ein Phasenunterschied zwischen zwei Wellen erzeugt werden. Bei einem Gegentaktkristallmodulator z. B. muß dieser Phasenunterschied 180° sein und bei einem Gegentakt-Sende-Empfangs-Schalter 90⁰. Es ist bekannt, daß ein beliebiger Phasenunterschied durch das Wellenleitersystem nach Fig. 1 erzeugt werden kann.

Dieses System besteht aus den Wellenleitern 1 und 2. Der Wellenleiter 1 hat eine Länge k und einen rechteckigen Querschnitt mit der Breite a₀ und der Höhe b. Der Wellenleiter 2 hat eine Länge I und einen rechteckigen Querschnitt mit der Breite a₀ und der Höhe d.

Beide Wellenleiter haben in ihrer ganzen Länge einen konstanten Querschnitt. Solche rechteckigen Wellenleiter werden im allgemeinen für Wellen mit einer Wellenlänge A verwendet, deren Frequenz ziemlich knapp oberhalb der niedrigsten kritischen Frequenz liegt. Das sind Wellen der Type If₁₀, bei denen eine sogenannte TE-Schwingungsart auftritt. Insbesondere wird A derart gewählt, daß Wellen mit anderen Schwingungsarten noch nicht auftreten. Dies ist der Fall, wenn a_Q < A < 2 a_a. Im Wellenleiter tritt eine Welle mit einer Wellenlänge A₃ auf, die bekanntlich nicht gleich A ist, sondern größer, und zwar

\^2ao)

Ist a₀ < A < 2 a₀, so ist stets A₃ > ²/₃ a₀ J/3 . Werden den Eingangsseiten 3 und 4 der Wellenleiter ι und 2 Wellen mit gleicher Phase zugeführt, so können auf den Ausgangsseiten 5 und 6 dieser Wellenleiter Wellen entnommen werden, die einen gewissen Phasenunterschied φ aufweisen. Hierbei ist, wie leicht ersichtlich, die Phasenverschiebung

h—l

360⁰.

(2)

Durch richtige Wahl von k und I kann also jede erwünschte Phasenverschiebung bewerkstelligt werden. Die Phasenverschiebung soll oft nicht von der Frequenz oder von der Wellenlänge abhängig sein. Bei dem Gegentaktkristallmodulator z.B. wird in einem gewissen Frequenzgebiet eine konstante Phasenverschiebung von i8o^c verlangt. Offenbar erfüllt das System nach Fig. 1 diese Anforderung nicht. Aus (1) und (2) folgt, daß bei einer Änderung von A auch A₃ und somit φ sich ändern. Dieses Verhalten wird durch die Linie A der Fig. 2 dargestellt. Es wurde hier als Beispiel ein System gewählt, für das a_Q gleich 2,29 cm und k—I gleich i, 19 cm ist. Für eine Wellenlänge A = 3,32 cm (A₃ = 4,76 cm) tritt also eine Phasendrehung φ von 90⁰ auf. Für größere Werte von A und A_s ist φ kleiner und umgekehrt, wie es auch die Linie A zeigt.

Bei dem Wellenleitersystem nach der Erfindung, das in einer Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt ist, ist dieser Nachteil vermieden. Entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Beide Wellenleiter haben hier nahe den Enden eine Breite a₀. Die Breite α des Wellenleiters 1 weist als Funktion der Länge s ein Maximum zwischen den Enden auf, während die Breite c des Wellenleiters 2 als Funktion von s ein Minimum aufweist.

Es zeigt sich nun, daß die Phasenverschiebung ψ zwischen den an den Ausgangsseiten 5 und 6 entnehmbaren Wellen, wenn den Eingangsseiten 3 und 4 gleichphasige Wellen zugeführt werden, in einem gewissen Wellenlängengebiet praktisch nicht mehr von der Wellenlänge abhängig ist. Dieses Wellenlängengebiet wird in dem vorstehend angegebenen Gebiet liegen, wo

«o < A < 2 a₀ ,

und also in diesem System brauchbar sein, wenn

(O₁-O₂X ₃a₀(k—1),

(3)

worm

O₁ = J (a — a_Q) d s und O₂ = f (c — a₀) d s.

«=o

Es zeigt sich, daß O₁ und O₂ eine einfache geometrische Bedeutung haben. Sie stellen die Vergrößerung der Oberfläche des Wellenleiters dar, die durch die nicht konstante Breite bedingt ist. Für den Wellenleiter 1 z.B. ist O₁ gleich der Summe der schraffierten Oberflächen 7 und 8. Für den Wellenleiter 2 ist die Summe der schraffierten Oberflächen 9 und 10 gleich —O₂. Das Minuszeichen ist dadurch bedingt, daß hier die Oberfläche kleiner geworden ist als bei konstanter Breite a₀.

Es zeigt sich, daß die Mitte des Wellenlängengebiets, in dem φ praktisch nicht von der Wellenlänge abhängt, liegt bei

TI TV

— 0,

Die dabei auftretende Phasendrehung ist gleich

!/(O₁. -O₂)(A -i)

φ = 36o°

(5)

Ist also eine Phasendrehung von η ■ go^c erwünscht, wobei η eiiie ganze Zahl bedeutet, was oft vorkommen wird, so muß dazu der Ausdruck

O₂) (k-1)

praktisch eine ganze Zahl sein.

Aus den Formeln (4) und (5) ergibt sich für die Wahl von k — I die Bedingung

k — l

720°

(6)

Bei einem Wellenleitersystem nach der Erfindung kann also die Hälfte der Phasendrehung als durch den Längsunterschied (k ·— I) und die andere Hälfte als durch die Wirkung der Breitenänderungen entstanden gedacht werden.

In Fig. 2 ist, wieder für den Fall a₀ = 2,29 cm, der Verlauf von φ als Funktion von A und X₉ für das Wellenleitersystem nach der betrachteten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist die Mitte des Gebiets, in dem φ praktisch unverändert bleibt, bei λ_β — 4,76 cm gelegt. Dieser durch die

Linie B angegebene Verlauf ist im wesentlichen waagerecht, d. h. daß φ hier also praktisch unabhängig von λ und Xg gleich 90⁰ bleibt.

Einer der Oberflächenteile O₁ und O₂ kann ohne Bedenken den Wert Null annehmen, d. h. daß einer der beiden Wellenleiter 1 und 2 eine konstante Breite a₀ haben kann.

Es sei bemerkt, daß die Abmessungen b und d nur die normalerweise bei Wellenleitern zu stellenden Anforderungen zu erfüllen brauchen.

In Fig. 3 sind die Breitenänderungen zwecks größerer Deutlichkeit übertrieben dargestellt.

Es ist ersichtlich, daß, wo vorstehend von Breite die

Rede war, die wirksame Breite verstanden sein soll.

Alle bekannten Maßnahmen für die Beeinflussung der Breite sind im Rahmen der Erfindung zum Erzielen der Breitenänderungen anwendbar.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ao i. Elektrisches Wellenleitersystem zum Erzeugen

   eines Phasenunterschieds zwischen zwei Ausgangswellen, das aus zwei Wellenleitern rechteckigen Querschnitts besteht, von denen der erste eine Länge k, eine Breite α und eine Höhe b und der zweite eine von k abweichende Länge I, eine Breite c und eine Höhe d besitzt, wobei den Eingangsseiten der Wellenleiter gleichphasige Wellen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von α und der von c sowohl beim Eingang als auch beim Ausgang des betreffenden Wellenleiters gleich a₀ ist und α bzw. c für mindestens einen der Wellenleiter sich über dessen Länge hinweg laufend ändert und zwischen dem Eingang und dem Ausgang einen extremen Wert aufweist, daß (a — a₀) bzw. (c — a₀) für diesen extremen Wert klein ist gegenüber a₀ und daß (O₁ — O₂) < 3«₀ [k — l), worin

   O₁ = f (a — a₀) ds und O₂ = J (c — a_o)ds.

   S=O »=0
2. 2. Wellenleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Phasenunterschieds von 90⁰ oder einem Vielfachen davon die Bemessung derart gewählt ist, daß der Wert von

   h — Qj) {k — i)

   al
   eine ganze Zahl ist.
3. 3. Elektrische Vorrichtung mit einem Wellenleitersystem nach Anspruch 1 oder 2 und einem mit beiden Eingangsseiten der Wellenleiter verbundenen Generator elektrischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator Wellen mit einer Wellenlänge λ erzeugt, die zumindest im wesentlichen die Bedingung:

   -i)

   -Oo

   erfüllt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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