DE3207769A1

DE3207769A1 - Wave-type converter for the transition of an electromagnetic wave from a waveguide to a micro-stripline and vice versa

Info

Publication number: DE3207769A1
Application number: DE19823207769
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7900 Ulm Solbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3207769C2

Abstract

Wave-type converter for the transition of an electromagnetic wave from a waveguide to a micro-stripline and vice versa. A wave-type converter of the directional-coupler type is described. The micro-stripline (1) is fitted on a wall (3) of the waveguide (2) in the direction of the waveguide axis and has discontinuities (4) with a period lambda m = 2 pi /( beta 2- beta 1), beta 1/2 being the phase constants of the waves which are to be coupled. <IMAGE>

Description

Wellentypwandler für den Übergang einer elektromagneti-Wave type converter for the transition of an electromagnetic

schen Welle von einem Hohlleiter auf eine Mikrostreifenleitung und umgekehrt Die Erfindung betrifft einen Wellentypwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Wellentypwandler ist aus IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-16, March 1968, Seiten 192 bis 194 bekannt.rule wave from a waveguide to a microstrip line and vice versa The invention relates to a mode converter according to the preamble of Claim 1. Such a mode converter is from IEEE Trans. MTT, Vol. MTT-16, March 1968, pages 192 to 194 known.

Übergänge von Hohlleiter auf Mikrostreifenleitung (Wellentypwandler) sind in der Technik bisher nur in der Form von Zweitoren bekannt, d. h. der Hohlleiter endet am Übergang zur Mikrostreifenleitung ("In-line-0bergang"), vgl. IRE Trans. MTT, Vol. MTT-3, March 1955, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, Seite 45, bzw. ist mit einem Kurzschlußschieber zwr Kompensation von Blindleistungskomponenten ausgestattet (Sondenkopplung), vgl.Transitions from waveguide to microstrip line (wave type converter) are so far only known in the art in the form of two-ports, i. H. the waveguide ends at the transition to the microstrip line ("in-line transition"), see IRE Trans. MTT, Vol.MTT-3, March 1955, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, Page 45, or is equipped with a short-circuit slide for compensation of reactive power components equipped (probe coupling), cf.

die eingangs genannte Druckschrift.the publication mentioned at the beginning.

Übergänge vom Richtkopplertyp (Vier-Tor) sind bisher nicht bekannt geworden. Solche Wellentypwandler eröffnen neue Möglichkeiten in der Mikrowellen-Schaltungstechnik, da mit ihnen ein neues Bauelement eingeführt wird.Transitions of the directional coupler type (four-port) are not yet known become. Such wave type converters open up new possibilities in microwave circuit technology, because with them a new component is introduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wellentypwandler der eingangs genannten Art als Vier-Tor auszubilden, Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The object of the invention is to provide a mode converter of the initially The invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous developments of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Wegen der ungleichen Struktur der Mikrostreifenleitung (Quasi-TEM-Welle) und des Hohlleiters (Hohlleiter-Wellen) besitzen die von ihnen geführten Wellentypen im allgemeinen unterschiedliche Wellenlängen . Richtkoppler, die Energie von einem Wellentyp in einen anderen koppeln, also in diesem Fall von der Mikrostreifenleitungswelle in die Hohlleiterwelle oder umgekehrt, werden auch als Wellentypwandler bezeichnet. Wellentypwandler, die Wellen mit verschiedenen Phasenkonstanten benutzen, werden von Miller in The Bell System Technical Journal, Oct, 1968, Seiten 1801 bis 1822 analysiert. In dieser Veröffentlichung wird gezeigt, daß der Aufbau von Richtkopplern mit der Fähigkeit, die von den Wellen geführten Leistungen vollkommen aufeinander zu übertragen, möglich ist, wenn die Kopplung der Wellen mit der Periode Am = 2w /(P, p1) Gl. 10 variiert wird; dabei ist P1 die Phasenkonstante der einen und 02 die der anderen Welle. Der Zusammenhang zwischen Phasenkonstante und Wellenlänge ist p1/2 = 2x/ k1/2 Wird die in der Veröffentlichung von Miller benutzte kontinuierliche Koppelfunktion diskretisiert, ergeben sich z. B. Koppelstellen im Abstand Xm (bei gleichphasigen Koppelkonstanten der einzelnen Koppelstellen) oder aber Koppel stellen im Abstand Xm/2 (bei gegenphasigen Koppelkonstanten). Die Kopplung von Wellen, für die Gleichung 1 nicht erfüllt ist, wird in einer solchen Anordnung unterdrückt (Modenselektion).Because of the uneven structure of the microstrip line (quasi-TEM wave) and the waveguide (waveguide waves) have the wave types they carry generally different wavelengths. Directional coupler, the energy of one Coupling the wave type to another, in this case from the microstrip line wave into the waveguide shaft or vice versa, are also referred to as wave type converters. Wave type converters that use waves with different phase constants will be by Miller in The Bell System Technical Journal, Oct, 1968, pages 1801-1822 analyzed. In this publication it is shown that the construction of directional couplers with the ability to perfectly match the services carried by the waves is possible if the coupling of the waves with the period Am = 2w / (P, p1) Eq. 10 is varied; where P1 is the phase constant of one and 02 those of the other wave. The relationship between phase constant and wavelength is p1 / 2 = 2x / k1 / 2 Used in the publication by Miller used continuous coupling function discretized, result z. B. coupling points at a distance of Xm (with in-phase coupling constants of the individual coupling points) or coupling places at a distance of Xm / 2 (with coupling constants in opposite phase). the Coupling of waves for which equation 1 is not satisfied is used in such a Arrangement suppressed (mode selection).

Dieses Richtkoppler- bzw. Wellentypwandler-Prinzip wurde bei dem erfindungsgemäßen Übergang von Hohlleiter auf Mikrostreifenleitung angewendet. FIG. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.This directional coupler or wave type converter principle was used in the inventive Transition from waveguide to microstrip line applied. FIG. 1 shows an embodiment the invention.

Ein dielektrisches Substrat 5 mit einer Mikrostreifen-Struktur 1 liegt auf einer Innenwand 3 des Hohlleiters 2.A dielectric substrate 5 with a microstrip structure 1 lies on an inner wall 3 of the waveguide 2.

Die Kopplung zwischen der Mikrostreifenleitung 1 und dem Hohlleiter 2 findet an den Koppelstellen darstellenden Diskontinuitäten 4 der Mikrostreifenleitung statt. Der Abstand Xm dieser Stellen 4 muß Gleichung (1) erfüllen.The coupling between the microstrip line 1 and the waveguide 2 finds discontinuities 4 of the microstrip line representing the coupling points instead of. The distance Xm between these points 4 must satisfy equation (1).

Die in FIG. 1 benutzte Mikrostreifenleitungsstruktur ist eine als "Mikrostrip-Franklin-Antenna" bekannte Antennenform, vgl. z. B. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-3, March 1955, No. 2, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, Seiten 149 bis 156.The in FIG. 1 is a microstrip line structure used as "Microstrip Franklin antenna" known antenna form, see e.g. B. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-3, March 1955, No. 2, Special Issue Symposium on Microwave Strip Circuits, pages 149 to 156.

Es ist jedoch möglich, auch andere aus der Technik der Mikrostreifenleitungs-Antennen bekannte Antennenelemente (sprich: Leitungsdiskontinuitäten) zur Verkopplung von Hohlleiter und Streifenleitung zu verwenden, vgl. z. B.However, others from the technology of microstrip line antennas are also possible known antenna elements (read: line discontinuities) for coupling of To use waveguide and stripline, see z. B.

I. J. Bahl, P. Bhartia: Microstrip Antennas Artech House, Inc., Standard Book Number 0-89006-098-3.Bahl I. J., Bhartia P.: Microstrip Antennas Artech House, Inc., Standard Book Number 0-89006-098-3.

Die Wirkungsweise der Kopplung der Wellen auf der Streifenleitung t mit den Hohlleiterwellen ist in FIG. 2 für das in FIG. 1 benutzte Antennenelement skizziert. FIG.The mode of operation of the coupling of the waves on the stripline t with the waveguide waves is shown in FIG. 2 for the in FIG. 1 used Antenna element outlined. FIG.

2 zeigt in A) einen Ausschnitt der Mikrostreifenleitung in Draufsicht mit eingezeichneten Schnittlinien L-L' und Q-Q'. In FIG. 2B) und C) sind Hohlleiterquerschnitte entlang dieser Linien dargestellt, mit elektrischen Feldlinien 7 und 6 im Hohlleiter bzw. in der Streifenleitungsstruktur. Aus den Verläufen der elektrischen Felder in den beiden angegebenen Schnittebenen geht hervor, daß in diesem Fall Hohlleiterwellen mit senkrecht zur Ebene der Streifenleitung gerichtetem elektrischen Feld angeregt werden.2 shows in A) a detail of the microstrip line in plan view with drawn cutting lines L-L 'and Q-Q'. In FIG. 2B) and C) are waveguide cross-sections shown along these lines, with electric field lines 7 and 6 in the waveguide or in the stripline structure. From the courses of the electric fields in the two sectional planes indicated it can be seen that in this case waveguide waves excited with an electric field directed perpendicular to the plane of the stripline will.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem anderen Antennenelement ist in FIG. 3 gezeigt. Die Verkopplung der Wellen der Streifenleitung 1 und des Hohlleiters 2 geschieht hier an dem leerlaufenden Ende 4 der Streifenleitungs-Stichleitung. FIG. 3 zeigt, daß elektrische Streufelder am Ende der Stichleitung so gerichtet sind, daß Hohlleiterwellen angeregt werden, deren elektrisches Feld parallel zur Ebene der Streifenleitung verläuft.Another embodiment with a different antenna element is in FIG. 3 shown. The coupling of the waves of the stripline 1 and the Waveguide 2 happens here at the idling end 4 of the stripline stub line. FIG. 3 shows that stray electrical fields are directed at the end of the stub line are that waveguide waves are excited whose electric field is parallel to Level of the stripline runs.

Durch die Wahl genügend großer Hohlleiter-Querschnitte können die angeregten Hohlleiterwellen außer vom Grund-Typ auch höhere Moden sein.By choosing sufficiently large waveguide cross-sections, the Excited waveguide waves can also be higher modes in addition to the basic type.

Durch die Ausbildung der Diskontinuitäten 4 (Antennenelemente) wird die Koppelkonstante nach Betrag und Phase bestimmt. Durch den Abstand #m der Diskontinuitäten wird der Hohlleiter-Wellentyp festgelegt, für den Gleichung (1) gültig ist und für den damit die Struktur als Richtkoppler und Wellentypwandler wirkt. Die Anzahl der Koppelstellen bestimmt die Koppeldämpfung des Richtkopplers.The formation of the discontinuities 4 (antenna elements) is the coupling constant is determined by magnitude and phase. By the distance #m of the discontinuities defines the waveguide wave type for which equation (1) is valid and for the structure thus acts as a directional coupler and wave type converter. The number of Coupling points determines the coupling attenuation of the directional coupler.

Abhängig von der Wahl des Abstandes X der Koppelstellen m kann die Struktur als Vorwärtskoppler. bei dem die Welle auf der Mikrostreifenleitung und die Hohlleiterwelle in derselben Richtung fortschreiten (Phasenkonstanten mit selbem Vorzeichen), oder als Rückwärtskoppler betrieben werden. bei dem die beiden Wellen in unterschiedlichen Richtungen fortschreiten (Phasenkonstanten mit ungleichen Vorzeichen). Der Vorwärtskoppler kann als sehr breitbandiger Richtkoppler ausgelegt werden, während der Rückwärtskoppler nur sehr schmalbandig arbeitet.Depending on the choice of the distance X of the coupling points m can Structure as a forward coupler. where the wave on the microstrip line and the waveguide wave advance in the same direction (phase constants with same Sign), or operated as a backward coupler. in which the two waves advance in different directions (phase constants with unequal signs). The forward coupler can be designed as a very broadband directional coupler while the backward coupler only works in a very narrow band.

Der erfindungsgemäße Wellentypwandler erlaubt die Integration von aktiven oder passiven Mikrowellen- und mm-Wellenkomponenten, wobei die unterschiedlichsten Hohlleitermoden angekoppelt werden können. Mit der bekannten Flossenleiterstruktur ist es z. B. nur möglich, den Hohlleiter-Grundmode anzukoppeln.The wave type converter according to the invention allows the integration of active or passive microwave and mm-wave components, with the most diverse Waveguide modes can be coupled. With the well-known fin ladder structure is it z. B. only possible to couple the waveguide basic mode.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können verschiedene Moden. oder Wellen verschiedener Frequenzen gleichzeitig angekoppelt werden, indem Wellentypwandler mit Diskontinuitäten von unterschiedlicher Periode m hintereinander oder nebeneinander, z. B. auf verschiedenen Wänden. im Hohlleiter angebracht werden.In an advantageous development of the invention, different modes. or waves of different frequencies are coupled at the same time by using the mode converter with discontinuities of different periods m one after the other or next to one another, z. B. on different walls. be attached in the waveguide.

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Claims

Claims (¼ mode converter for the transition from an electromagnetic Wave from a waveguide to a microstrip line and vice versa, with the Microstrip line has discontinuities, characterized in that the Microstrip line (1) on a wall (3) of the waveguide (2) in the direction of the Waveguide axis is attached, and that the discontinuities (4) have a period with h, m = 2pl) .- p1)> where ß2 or. ßl the phase constants of each to be coupled Waves are.

2. wave type converter according to claim 1, characterized in that for coupling several wave types that can propagate in the waveguide (2) several Microstrip lines with discontinuities of different periods in a row are attached in the waveguide.

3. wave type converter according to claim 1, characterized in that for Coupling of several wave types that can propagate in the waveguide, several microstrip lines with discontinuities of different periods next to each other or at different Walls of the waveguide are attached.

4. mode converter according to one of the preceding claims, characterized characterized in that waveguide waves through two different microstrip lines be coupled in different directions of propagation.

5. mode converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that that waveguide waves of different frequencies are coupled.