Titel

Wellenleiter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenleiter, der aus zwei Wellenleiterteilen besteht, die zusammengefügt werden. Jedes Wellenleiterteil weist einen Teil wenigstens eines Wellenleiterkanals (also einen Teil eines Wellenleiterkanals oder einen Teil mehrerer Wellenleiterkanäle) auf, insbesondere eine obere bzw. untere Hälfte des wenigstens einen Wellenleiterkanals. Die Wellenleiterteile werden beispielsweise verschweißt, verklebt, verschraubt oder Ähnliches. Nach dem Zusammenfügen der Wellenleiterteile bilden diese den zumindest einen Wellenleiterkanal. Gegenüberliegende Oberflächen der beiden Wellenleiterteile sind parallel ausgebildet.

Stand der Technik

Wellenleiter werden zum Beispiel hergestellt, indem zwei Wellenleiterteile geformt werden und diese dann zusammengefügt werden. Jedes Wellenleiterteil weist einen Wellenleiterkörper auf, in den jeweils ein Teil wenigstens eines Wellenleiterkanals, mittels an sich bekannter Methoden, wie beispielsweise Fräsen oder Spritzgießen, eingearbeitet wird. Die beiden Wellenleiterteile werden dann an ihren Wellenleiterkörpern zusammengefügt und es wird somit eine feste Verbindung hergestellt. Beim Zusammenfügen werden die Teile des wenigstens einen Wellenleiterkanals übereinander ausgerichtet und zu wenigstens einem Wellenleiterkanal kombiniert. Das Zusammenfügen erfolgt beispielsweise durch Schrauben, Kleben, Press-Fit, Schweißen oder Ähnliches.

An der Fügestelle kann eine Leckage von elektromagnetischen Wellen, die im Wellenleiter geführt werden, auftreten. Diese rührt von der Unterbrechung von Strompfaden an der Oberfläche aufgrund von nicht perfekten galvanischen Kontakten her. Aus der Publikation Montgomery et al.: Principles of Microwave Circuits. Stevenage: I ET, 1987 ist bekannt, den Wellenleiter in einer Region zu teilen, in der nur kleine oder idealerweise keine Ströme fließen. Diese Region ist beispielsweise bei einem rechteckigen Wellenleiter für die Grundmode in der Mitte der längeren Seite. Wird der Wellenleiter in dieser Region geteilt, so bleibt die Symmetrie weitgehend erhalten und es entsteht idealerweise keine Leckage, selbst wenn ein nicht perfekter galvanischer Kontakt zwischen den beiden Wellenleiterteilen vorhanden ist, beispielsweise aufgrund von Kleben oder Press- Fit.

Allerdings können auch damit Leckagen nicht gänzlich vermieden werden. Selbst, wenn das Design des Wellenleiters perfekt symmetrisch wäre, was normalerweise aufgrund von Biegungen und Bauteilen, wie z. B. Transistoren, nicht der Fall ist, führen kleine Fehlstellen und Herstellungstoleranzen zu einem leicht asymmetrischen Wellenleiter, was zu einer Leckage wenigstens einer kleinen Energiemenge zwischen den Wellenleiterteilen führt. Allerdings führen kleine Asymmetrien auch zu kleineren Leckagen, sodass, wenn die Asymmetrie nur klein genug ist, je nach Anwendung, die Leckage vernachlässigbar ist.

Zwischen den Wellenleiterkörpern bleibt typischerweise eine Lücke zurück. Die zueinander ausgerichteten Oberfläche der Wellenleiterkörper verlaufen parallel zueinander, sodass diese als Platten eines Plattenkondensators angesehen werden können. Auch kleinste Leckagen können eine Anregung einer Parallelplattenmode zwischen den parallelen Oberflächen der Wellenleiterkörper der Wellenleiterteile generieren. Soweit die Energiemenge gering genug ist, kann die Leckage vernachlässigt werden. Allerdings kann es durch die Anregung zu einer Resonanz innerhalb der Lücke zwischen den beiden Wellenleiterkörpern der Wellenleiterteile oder zwischen benachbarten Wellenleiterkanälen kommen. Durch Resonanz kann die Energiemenge der Parallelplattenmode drastisch erhöht werden, was zu einer Verminderung der in dem Wellenleiter propagierenden Mode führt. Im Ergebnis wird die Leckage erhöht und die Leistung des Wellenleiters (bzw. einer Wellenleiterantenne, welche den Wellenleiter verwendet) reduziert. Das Auftreten der Resonanzen hängt von der verwendeten Frequenz und geometrischen Randbedingungen des Wellenleiters und der Lücke zwischen den Wellenleiterteilen ab. Dies kann dazu führen, dass Designs für Wellenleiter nicht verwendet werden können oder beim Zusammenfügen Schweißen voraussetzen. Offenbarung der Erfindung

Der Wellenleiter weist einen Stift (pin) auf, der im Wellenleiterkörper eines ersten Wellenleiterteils ausgebildet ist. Der Stift steht in Richtung des zweiten Wellenleiterteils, vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des ersten Wellenleiterteils aus diesem hervor. Der Stift kann verschiedene Formen aufweisen, z. B. zylindrisch oder säulenförmig als Bolzen, konisch als Kegel, Kegelstumpf, Pyramide oder Pyramidenstumpf und mit einem kreisförmigen, elliptischen, quadratischen, rechteckigen, trapezförmigen oder sonstigen vieleckförmigen Querschnitt. Im zweiten Wellenleiterteil ist eine Vertiefung vorgesehen, die den Stift aufnimmt und vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des zweiten Wellenleiterteils in diesem ausgebildet ist. Dabei ist die Vertiefung an den Stift angepasst und vorzugsweise in Form des Gegenstücks zum Stift ausgebildet, kann aber auch jede beliebige andere Form aufweisen. Der Stift und die Vertiefung sind koaxial zueinander angeordnet. Zudem sind der Stift und die Vertiefung so ausgeformt, dass der Stift beim Zusammenfügen der Wellenleiterteile in die Vertiefung eindringen kann, ohne deren Wände zu berühren. Zwischen dem Stift und der Vertiefung bleibt also ein Spalt erhalten und es entsteht kein galvanischer Kontakt.

Der Stift, die Vertiefung und der dazwischenliegende Spalt können im zusammengefügten Zustand als kurze Koaxialleitung interpretiert werden. Der Stift dient dabei als Innenleiter, der Wellenleiterkörper um die Vertiefung herum dient als Außenleiter und der mit Luft gefüllte Spalt zwischen diesen dient als dielektrisches Medium. Im Ergebnis werden dadurch die geometrischen Randbedingungen der Parallelplattenmode zwischen den parallelen Oberflächen der Wellenleiterkörper geändert. Der Stift und die Vertiefung wirken als koaxiale Drossel (choke). Durch die Positionierung und Anzahl der Stifte und Vertiefungen können die Resonanzfrequenzen der Wellenleiterkörper kontrolliert werden und im relevanten Frequenzband entfernt werden. Als Resultat wird die Leckage der Energie aus dem Wellenleiter reduziert.

Vorteilhafterweise entspricht die Länge des Stifts einem Viertel der Wellenlänge (Ao/4) eines Signals, für das der wenigstens eine Wellenleiterkanal ausgelegt ist. Dadurch wirkt die koaxiale Drossel aus Stift und Vertiefung als ein Kurzschluss am ersten Wellenleiterteil, wodurch die Ausbreitung der Parallelplattenmode deutlich reduziert wird. Der koaxiale Drossel wirkt sich besonders vorteilhaft bei den nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen der Wellenleiterkanäle aus, kann aber auf beliebige Ausgestaltungen angewendet werden.

In einer Ausgestaltung weist der Wellenleiter einen abgebogenen oder abgeknickten Wellenleiterkanal auf, der einen Bereich umgibt, in dem sich in der Lücke zwischen den beiden Wellenleiterteilen ein Resonanzhohlraum bilden kann. Resonanz bildet sich, wenn eine Dimension des Resonanzhohlraums in etwa der halben Freiraumwellenlänge (oder eines Vielfachen davon) des durch den Wellenleiterkanal propagierenden Signals entspricht (I » Ao/2). Der Stift ist vorzugsweise in diesem vom abgebogenen oder abgeknickten Wellenleiterkanal umgebenen Bereich des Wellenleiterkörpers des ersten Wellenleiterteils angeordnet. Entsprechend ist die Vertiefung ebenfalls im vom abgebogenen oder abgeknickten Wellenleiterkanal umgebenen Bereich des Wellenleiterkörpers des zweiten Wellenleiterteils angeordnet. Hierdurch wird der Resonanzhohlraum zerstört und die Parallelplattenmode in der Lücke zwischen den Wellenleiterkörpern wird deutlich reduziert. Generell kann hierbei jede Form des Wellenleiters, der einen solchen Bereich umgibt, in dem sich ein Resonanzhohlraum bilden kann, relevant sein. Besonders relevant sind folgende Formen: Ein U-förmiger Wellenleiterkanal, bei dem der Wellenleiterkanal an den beiden Schenkeln parallel verläuft, ein V-förmiger Wellenleiterkanal oder ein L-förmiger Wellenleiterkanal, bei denen die Schenkel zueinander angewinkelt sind.

Es können auch mehrere Stifte im Wellenleiterkörper des ersten Wellenleiterteils ausgebildet sein und mehrere mit den Stiften korrespondierende Vertiefungen im Wellenleiterkörper des zweiten Wellenleiterteils ausgebildet sein. Dadurch können die Parallelplattenmoden selektiv und besonders wirksam unterdrückt werden. Gleichermaßen können auch ein oder mehrere Stifte sowie eine oder mehrere Vertiefungen im Wellenleiterkörper des ersten Wellenleiterteils ausgebildet sein und entsprechend eine oder mehrere Vertiefungen und ein oder mehrere Stifte im zweiten Wellenleiterteil ausgebildet sein.

Insbesondere sind die mehreren Stifte und mehreren Vertiefungen entlang einer Geraden angeordnet. Die koaxialen Drosseln bilden dann einen „Zaun“, der die Parallelplattenmode über einen Bereich hinweg wirksam unterdrückt. Wenn die Gerade, entlang der die mehreren Stifte und die mehreren Vertiefungen angeordnet sind, parallel zu einem Wellenleiterkanal verläuft, wird die senkrecht zur Parallelplattenmode ausgebildete Parallelplattenmode über die Länge des Wellenleiterkanals unterdrückt.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Wellenleiter zwei parallel verlaufende Wellenleiterkanäle auf. Im Bereich des Wellenleiterkörpers zwischen den beiden parallelen Wellenleiterkanälen kann sich in der Lücke zwischen den beiden Wellenleiterteilen ein Resonanzhohlraum bilden. Außerdem kann zwischen den beiden Wellenleiterkanälen zu einer ungewollten Energiekopplung kommen. Resonanz bildet sich, wenn der Abstand der beiden parallelen Wellenleiterkanäle in etwa der halben Freiraumwellenlänge (oder eines Vielfachen davon) des durch den Wellenleiterkanal propagierenden Signals entspricht (I » Ao/2). Für diese Ausgestaltung ist die vorstehend beschriebene Anordnung der Stifte und Vertiefungen entlang einer Geraden, sodass diese einen „Zaun“ bilden, besonders vorteilhaft. Die Gerade verläuft parallel zu den Wellenleiterkanälen und ist zwischen den Wellenleiterkanälen angeordnet. Der „Zaun“ aus koaxialen Drosseln ist somit entlang der parallelen Wellenleiterkanäle zwischen diesen ausgebildet. Hierdurch wird der Resonanzhohlraum zerstört und die Parallelplattenmode in der Lücke zwischen den Wellenleiterkörpern wird deutlich reduziert. Zudem wird dadurch eine Energiekopplung zwischen den Wellenleiterkanälen über die Lücke verhindert.

Um eine undurchdringliche Abgrenzung zu bilden, weisen die mehreren Stifte einen Abstand von höchstens der halben Wellenlänge (d < Ao/2) eines Signals, für das der Wellenleiterkanal ausgelegt ist, zueinander auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines aus zwei Wellenleiterteilen zusammengefügten Wellenleiter mit einem Wellenleiterkanal.

Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines Stifts und einer Vertiefung im Wellenleiter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figur 3 zeigt eine teildurchsichtige isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wellenleiters mit einer ersten Ausgestaltung eines Wellenleiterkanals.

Figur 4 zeigt eine teildurchsichtige isometrische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wellenleiters mit einer zweiten Ausgestaltung eines Wellenleiterkanals.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Figur 1 zeigt einen Wellenleiter 1, der aus zwei Wellenleiterteilen 11, 12 besteht. Das erste Wellenleiterteil 11 weist einen Wellenleiterkörper 111 auf, in dem eine Ausnehmung 110 ausgebildet ist, die in diesem Beispiel einen rechteckigen Querschnitt aufweist und sich in der Richtung senkrecht zum Querschnitt durch den Wellenleiterkörper 111 erstreckt. Gleichermaßen weist das zweite Wellenleiterteil 12 einen Wellenleiterkörper 121 auf, in dem eine Ausnehmung 120 ausgebildet ist, welche in diesem Beispiel die gleiche Form wie die obengenannte Ausnehmung 110 des ersten Wellenleiterteils 11 aufweist. Außerhalb der Ausnehmungen weisen die Wellenleiterkörper 111, 121 einander gegenüberliegende Oberflächen 112 und 122 auf, die parallel zueinander verlaufen. Zur Montage des Wellenleiters 1 werden die beiden Wellenleiterteile

II, 12 an diesen Oberflächen 112 und 122 zusammengefügt. Als Methoden für das Zusammenfügen können neben Schweißen auch Kleben oder Schrauben verwendet werden. Durch das Zusammenfügen ergeben die beiden Ausnehmungen 110 und 120 zusammen einen als rechteckiger Hohlleiter ausgebildeten Wellenleiterkanal 10, in dem hier nicht gezeigte elektromagnetische Signale geführt werden können. D.h. die Ausnehmungen 110, 120 sind Teile des Wellenleiterkanals 10, die im getrennten Zustand, beispielsweise durch Fräsen oder Spritzgießen, leicht in den Wellenleiterkörpern

III, 121 ausgebildet werden können und im zusammengefügten Zustand den Wellenleiterkanal 10 bilden. Durch entsprechend ausgebildete Ausnehmungen 110, 120 können unterschiedliche Formen von Wellenleiterkanälen und auch mehrere Wellenleiterkanäle in demselben Wellenleiter 1 ausgebildet werden. Es wird hierfür auf die Figuren 3 und 4 verwiesen. Beim Zusammenfügen kann eine Lücke 13 zwischen den Oberflächen 112 und 122 entstehen, die in den vorliegenden Figuren überproportional groß dargestellt ist. Da die beiden Oberflächen 112 und 122 parallel zueinander sind, kann es in der Lücke 13 zur Ausbildung einer Parallelplattenmode kommen. Dies führt zu einer Leckage, dargestellt durch die Pfeile 131, von elektromagnetischer Energie der im Wellenleiterkanal 10 geführten Signale, wodurch die Energie des Signals im Wellenleiterkanal 10 abnimmt.

In den weiteren Figuren sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und zu deren Erläuterung wird auf obige Beschreibung verwiesen.

In Figur 2 ist ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Wellenleiters 1 gezeigt, der wie in Figur 1 dargestellt aufgebaut ist. Der erfindungsgemäße Wellenleiter 1 weist einen Stift 2 auf, der sich senkrecht von der Oberfläche 112 des Wellenleiterkörpers 111 des ersten Wellenleiterteils 11 in Richtung des zweiten Wellenleiterteils 12 erstreckt und dabei die Lücke 13 durchdringt. Der Stift 2 weist in den hier gezeigten Beispielen eine zylindrische Form auf. Zudem kann der Stift

2 an seiner Spitze einen Kegel aufweisen (in Figur 2 nicht gezeigt; siehe Figur 3). In anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen kann der Stift 2 auch andere Formen annehmen, beispielsweise mit einer rechteckigen Grundfläche oder einer anderen runden oder vieleckigen Grundfläche. Koaxial zu diesem Stift 2 ist eine Vertiefung 3 im Wellenleiterkörper 121 des zweiten Wellenleiters 12 ausgebildet, die senkrecht zur Oberfläche 122 des Wellenleiterkörpers 121 des zweiten Wellenleiterteils 12 (und, da diese Oberfläche 122 parallel zur Oberfläche 112 des ersten Wellenleiterteils 11 ist, auch senkrecht zur dieser) in den Wellenleiterkörper 121 hineinragt. Die Vertiefung 3 weist in diesem Beispiel ebenfalls eine zylindrische Form auf, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Stifts 2 ist und deren Tiefe größer als die Höhe h des Stifts 2 ist (der Abstand der Lücke 13 kann typischerweise vernachlässigt werden). Somit bleibt nach dem Zusammenfügen ein Spalt zwischen dem Stift 2 und der Vertiefung 3 und es bildet sich kein galvanischer Kontakt zwischen beiden. Der Stift 2 ist möglichst mittig in der Vertiefung 3 ausgerichtet. Die Vertiefung 3 kann auch andere Formen annehmen, die sich auch von der Form des Stifts 2 unterscheiden können, solange ein Spalt zwischen dem Stift 2 und der Vertiefung

3 besteht. Die Höhe h des Stifts 2 beträgt ein Viertel der Wellenlänge (h = Ao/4) des Signals im Wellenleiterkanal 10, sodass an der Basis des Stifts 2 ein Kurzschluss entsteht. In den Figuren 3 und 4 sind jeweils Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wellenleiters 1 mit unterschiedlichen Ausgestaltungen des Wellenleiterkanals 10 gezeigt.

In Figur 3 ist der Wellenleiterkanal 10 U-förmig ausgebildet und weist einen Sockelabschnitt 101 und zwei parallel zueinander verlaufende Schenkelabschnitte 102, 103 auf. Der Sockelabschnitt 101 und die Schenkelabschnitte 102 und 103 umgeben von drei Seiten einen Bereich des Wellenleiterkörpers 111. Wenn die Länge I dieses Bereichs des Wellenleiterkörpers 111 zwischen den Schenkelabschnitten 102, 103, also der Abstand zwischen den Schenkelabschnitten 102, 103 nahe an der halben Wellenlänge des Signals im Wellenleiterkanal 10 liegt (I » Ao/2), kann sich in der Lücke 13 zwischen dem parallelen Wellenleiterkörpern 111 und 121 in dem umgebenen Bereich ein Resonanzhohlraum bilden, der die Leckage der elektromagnetischen Energie verstärkt. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Wellenleiterkanal V-förmig oder L-förmig ausgebildet sein und ebenfalls einen Bereich umgeben, in dem sich ein Resonanzhohlraum bilden kann. Erfindungsgemäß ist in dem umgebenen Bereich ein Stift 2 im Wellenleiterkörper 111 des ersten Wellenleiterteils 11 und eine Vertiefung 3 im Wellenleiterkörper 121 des zweiten Wellenleiterteils 12 vorgesehen, die durch einen hier nicht gezeigten Spalt 4 getrennt sind, wie in Bezug auf Figur 2 dargestellt. Der Stift 2 und die Vertiefung 3 ändern die geometrischen Randbedingungen, sodass die Parallelplattenmode unterdrückt wird und keine oder nur eine geringe Leckage stattfindet.

In Figur 4 sind zwei Wellenleiterkanäle 10 und 100 dargestellt, die parallel zueinander verlaufen. Die Wellenleiterkanäle umschließen von zwei gegenüberliegenden Seiten einen Bereiche des Wellenleiterkörpers 111. Wenn die Länge I dieses Bereichs des Wellenleiterkörpers 111 zwischen den Wellenleiterkanälen 10, 100, also der Abstand zwischen den Wellenleiterkanälen 10, 100 nahe an der halben Wellenlänge des Signals in einem der Wellenleiterkanäle 10, 100 liegt (I » Ao/2), kann sich in der Lücke 13 zwischen dem parallelen Wellenleiterkörpern 111 und 121 in dem umgebenen Bereich ein Resonanzhohlraum bilden, der die Leckage der elektromagnetischen Energie verstärkt. Erfindungsgemäß sind in dem umgebenen Bereiche mehrere Stifte (hier fünf) 21 bis 25 im Wellenleiterkörper 111 des ersten Wellenleiterteils 11 und entsprechend mehrere Vertiefungen (hier fünf) 31 bis 35 im Wellenleiterkörper 121 des zweiten Wellenleiterteils 12 vorgesehen, wie sie in Bezug auf Figur 2 dargestellt sind. Die mehreren Stifte 21 bis 25 sind entlang einer Geraden G angeordnet, die parallel zu den Wellenleiterkanälen 10, 100 im umgebenen Bereich verläuft. Die mehreren Stifte 21 bis 25 sind jeweils im gleichen Abstand d angeordnet, der der Hälfte der Wellenlänge des Signals in den

Wellenleiterkanälen 10, 100 entspricht (d = Ao/2). Entsprechend sind die Vertiefungen 31 bis 35 ebenfalls entlang dieser Geraden G angeordnet und im gleichen Abstand d angeordnet. Die Stifte 21 bis 25 und die Vertiefungen 31 bis 35 bilden somit einen „Zaun“ entlang der Wellenleiterkanäle 10, 100, welcher die Parallelplattenmode unterdrückt und somit keine oder nur eine geringe Leckage stattfindet.