DE1100743B

DE1100743B - Coaxial line

Info

Publication number: DE1100743B
Application number: DES53200A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl-Hans Wallenfels; Armi Dipl-Phys Georg V Dall
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-04-18
Filing date: 1957-04-18
Publication date: 1961-03-02

Description

Koaxialleitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Koaxialleitung für elektromagnetische Wellenbestehend aus einem Außenleiter und einem gewendelteri Innenleiter, in dessen Innerem ein metallischer Kern vorgesehen ist.Coaxial line The invention relates to a coaxial line for electromagnetic waves consisting of an outer conductor and a coiled wire Inner conductor, inside of which a metallic core is provided.

Beispielsweise im, Gebiet der Meterwellen tritt häufig .das Problem auf., zur Anpassung von Hochfrequenzgeräten Stichleitungen u.,dgl. an Hochfrequenzleitungen anzuschalten:, -Die. geometrischen Abmessungen werden- jedoch relativ unhandlich, sofern -nicht der Innenleiter der Koaxialleitung.:gewendelt wird. Hierbei wird von der an sich bekannten Tatsache ausL gegangen,. daß man beL-einer Koaxialleitung durch Wendelurig @des.@ Innenleiters hohe Wellenwiderstände und eine erhebliche Vergrößerrtrig der elektri$chen Länge erzielen kann. .Die Änderung von Wellenwiderstand und. elektrischer Länge läßt sich dann durch, Verändern -von Durchmesser und Steigung der Wen, del und/oder durch Urrändern des Außenleiterdurchmessers erreichen. Die Theorie einer solchen Leitung ist an sich bekannt, wobei- sich für -die Berechnung für. den Außenraum Besselfunktionen-ergeben.-.Eine Verkleinerung des Auß,#rileterdurclimessers wirkt im-Sinne einer Verringerung ödes Wellenwiderstandes der Leitung, wobei -bei - sehr -kurzen elektromagnetischen Wellen,die elelztrische,Länge,der Leitung bis zu einem Grenzwert hin zunimmt.For example, in the area of meter waves, the problem often occurs on., for the adaptation of high-frequency devices stub lines u., the like. on high-frequency lines to turn on :, -The. geometric dimensions are - however, relatively unwieldy, unless the inner conductor of the coaxial line is coiled. This is done by the per se known fact gone out. that one beL-a coaxial line high wave resistances and a considerable Enlargement of the electrical length can be achieved. The change in wave resistance and. electrical length can then be changed by changing the diameter and pitch the Wen, del and / or through the primary margins of the outer conductor diameter. the Theory of such a line is known per se, whereby-for -the calculation for. the outer space Bessel functions-result .-. A reduction of the outer, # rileterdurclimessers acts in the sense of a reduction in the dull wave resistance of the line, where-bei - very short electromagnetic waves, the elelztrische, length, the conduction up increases towards a limit value.

Mit der Wendelung@.des.-Tunenleiters der-Koaxial leiturig lassen sich jedoch nicht-alle-,der ,der üblicherweise zu- fordernden Wellenwiderstandsverhältnisse und Übertragungseigenschaften realisieren, weil unter gewissen Voraussetzurrgeg unbrauchbare Abstandsverhältnisse zwischen dem- gewendelten Innenleiter und. dem Außenleiter auftreten. Dies gilt vor allem dann, wenn. die Koaxialleititirg@ 66irieri-"iriedriäen Wellenwiderstand aufweisen soll. Hier kann durch die Einfügung eines metallischen Kerns -in--das Innere fder Wendel Abhilfe. geschaffen werden. Es zeigt sich nämlich, daß der Einbau eines solchen metallischen Kerns etwa wie eine Verkleinerung des-Durch#mes.sers des Außenrohres wirkt, somit der Wellenwiderstand der Leitung abnimmt. -Außerdem wird -die Welle mit zunehmendem Kerndurchmesser immer mehr gezwungen, den Windungen der Wendel zu folgen: Die elektrische Länge des Koaxialleitungsabschnitts- mit gewendeltem Innenleiter wird also, mit zunehmendem Kerndurchmesser immer größer Lund nähert sich schließlich dem Grenzwert der mechanischen Länge des Wendeldrahtes. Es ist somit zur -Erzielung bestimmter Wellenwiderstandsverhältnisse und Übertragungseigenschaften bei einer aderartigen Leitung keinesfalls erforderlich, -dem Außenleiter komplizierte Formen zu geben, sondern man 'kann dies in wesentlich einfacherer Weise durch Einbringen eines Metallkerns in das Innere des gewendelten Innenleiters erreichen. : -. Die-fertigungstechnischen Schwieri.gketen-bei der Herstellung _ solche. Koaxialleitungen , sind beträchtlich,-weil unter and-rem.- einerseits, der.. als- Wendel anisgebildete Innenleiter und -andererseits. der- metallischeKern jeweils konzentrisch irr Innern.desÄußen-Leiters anzuordnen ist und an :die hierfür erforderlichen verschiedenen-Halterungen- hohe .,elektrische Anforderungen gestellt werden müssen. Auch, ist es -sehr unwirtschaftlich, daß für Jede. Anwendung ein eigener, Typ gefertigt werden muß und .daher jeweils nur geringe Stückzahlen-anfallen.With the twisting @ .des.-Tunenleiter der-Koaxial leiturig but not all of the wave resistance ratios that are usually required and realize transmission properties, because under certain prerequisites unusable distance between the coiled inner conductor and. to the Outer conductors occur. This is especially true when. die Koaxialleititirg @ 66irieri- "iriedriänen Should have wave resistance. This can be done by inserting a metallic Kerns -in - the inside for the helix remedy. be created. It turns out that that the installation of such a metallic core is something like a reduction in the diameter of the outer pipe acts, thus reducing the wave resistance of the line. -Aside from that -the shaft is forced more and more to the windings with increasing core diameter to follow the helix: The electrical length of the coaxial line section - with coiled As the core diameter increases, the inner conductor becomes larger and closer to Lund finally the limit value of the mechanical length of the helical wire. It is thus to achieve certain wave resistance ratios and transmission properties In the case of a wire-like line, this is by no means necessary, the outer conductor is complicated To give forms, but one can do this in a much simpler way by introducing them a metal core into the interior of the coiled inner conductor. : -. The manufacturing technology Difficulties in the production _ such. Coaxial lines are considerable, -because among others-rem.- on the one hand, the inner conductor formed as an aniseed helix and on the other hand. the metallic core is to be arranged concentrically inside the outer conductor is and on: the various brackets required for this - high., electrical Requirements must be made. Also, it's very uneconomical for that Every. Application a separate type has to be manufactured and therefore only small in each case Number of pieces incurred.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, '- eine Koaxialleitung der einleitend beschriebenen- Art hinsichtlich der geschilderten Schwierigkeiten wesentlichzu verbessern., Für eine Koaxialleitung,, bestehend aus, einem Außenheiter und einem gewendelten Innenleiter, in dessen Innerem ein metallischer Kern vorgesehen ist; wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß-- erfindungsgemäß der vorzugsweise auswechselbare- metallisch Kern wenigstens an einem seiner beiden Enden mit dem Außenleiter leitend verbunden- ist. Es sind an sich Verzögerungsleitungen bekannt, die ebenfalls aus einem Koaxialleitungsabschnitt mit, gewendeltem Innenleiter bestehen und bei denen im Innern der Wendel noch zusätzlich ein metallischer Kern vorgesehen ist.- Der Kern dient hierbei der Kompensation der dispergiererden Eigenschaften der Verzögerungsleitung. Dabei ist zwischen den -Enden -des. metallischen Kerns und dem Außenleiter -des Koaxi alleitungsabschnitts jeweils eine bestimmte Impedanz angeschaltet. Bei der' neuen- Koäxi:alleitung wird dahingegen das technische Ziel auf wesentlich;einfacherem Wege erreicht, weil die wenigstens einseitige leitende Verbindung des metallischen Kerns mit dem Außenleiter eine -zu: Störungen Anlaß gebende besondere Halterung unnötig macht und sich darüber hinaus die auswechselbare Anordnung des Kerns konstruktiv ;in vorteilhafter Weise besonders einfach gestaltet.The invention is based on the problem of substantially improving a coaxial line of the type described in the introduction with regard to the difficulties outlined. This object is achieved in that - according to the invention, the preferably exchangeable metallic core is conductively connected to the outer conductor at least at one of its two ends. Delay lines are known which also consist of a coaxial line section with a coiled inner conductor and in which a metallic core is also provided inside the helix. The core serves to compensate for the dispersing properties of the delay line. . -Des of the metallic core and the outer conductor Koaxi alleitungsabschnitts each turned a certain impedance - this case, between the tails is. With the 'new Koaxi: Alleitung, the technical goal is achieved in a much simpler way, because the at least one-sided conductive connection of the metallic core with the outer conductor makes a special bracket that gives rise to disruptions unnecessary and also makes the exchangeable arrangement unnecessary of the core constructively; advantageously designed in a particularly simple manner.

Die auswechselbare Anordnung des metallischen Kerns ist sehr zweckmäßig, weil dadurch mit ein und demselben Koaxialleitungsabschnitt die verschiedensten Übertragungseigenschaften und Wellenwiderstände realisiert werden können. Dabei ist der Wellenwiderstand des Koaxialleitungsabschnitts in einfacher Weise durch :die Wahl des Kerndurchmessers bestimmt. Um einen bestimmten Verlauf des Wellenwilderstandes zu erreichen und um bestimmte Transformationswirkungen zu erzielen, kann der Kern einen über seine Länge unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, beispielsweise konisch oder abgestuft.The exchangeable arrangement of the metallic core is very useful, because as a result, the most varied of them with one and the same coaxial line section Transmission properties and wave resistances can be realized. Included is the characteristic impedance of the coaxial line section in a simple manner : determines the choice of the core diameter. About a certain course of the wave wilderness to achieve and to achieve certain transformation effects, the core can have a different diameter over its length, for example conical or graduated.

Eine Koaxialleitung, die nach der Lehre der Erfindung ausgebildet ist, läßt sich beispielsweise auch als Laufzeitglied dm Sinne eines Phasenschiebers oder einer Verzögerungsleitung oder auch als Filterbauelement, beispielsweise als A/4- oder :l/2-Resonator (A=elektnische Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz) verwenden.A coaxial line formed according to the teaching of the invention can also be used, for example, as a delay element in the sense of a phase shifter or a delay line or as a filter component, for example as Use A / 4 or: 1/2 resonator (A = electrical wavelength at the operating frequency).

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Koaxialleitung, die nach der Lehre der Erfindung ausgebildet ist. Im Innern des rohrförmigen metallischer Außenleiters 1 ist auf einem Tragkörper 2 aus dielektrischem Material, beispielsweise Polystrol, der gewendelte Innenleiter 3 zentrisch umgeordnet. Der gewendelte Innenleiter 3 ist dabei in den Tragkörper geringfügig eingelassen und gegebenenfalls eingeklebt, um eine hinreichende Stabilität sicherzustellen. An den Enden ist :der Koaxialleitungsabschnittdurch Metallplatten 4 und 5 hochfrequenzdicht abgeschlossen. Der Ansohluß erfolgt über zwei radial von der Koaxialleitung wegführende weitere Koaxialleitungen 6 und 7; deren Außenleiter in den Außenleiter 1 übergehen und deren Innenleiter 6' bzw. 7' mit den jeweiligen Enden des gewendelten Innenleiters 3 leitend verbunden sind. Im Innern des gewendelten Innenleiters 3 ist ein stabförmiger Metallkern 8 beispielsweise zentrisch zur Achse der Koaxialleitung angeordnet.Fig. 1 shows a longitudinal section through a coaxial line which is formed according to the teaching of the invention. Inside the tubular metallic outer conductor 1, the coiled inner conductor 3 is rearranged centrally on a support body 2 made of dielectric material, for example polystyrene. The coiled inner conductor 3 is slightly embedded in the support body and, if necessary, glued in to ensure adequate stability. At the ends: the coaxial line section is terminated in a high-frequency- tight manner by metal plates 4 and 5. The connection takes place via two further coaxial lines 6 and 7 leading radially away from the coaxial line; whose outer conductors merge into the outer conductor 1 and whose inner conductors 6 ' and 7' are conductively connected to the respective ends of the coiled inner conductor 3. In the interior of the coiled inner conductor 3, a rod-shaped metal core 8 is arranged, for example, centrally to the axis of the coaxial line.

Dieser Metallkern 8 beeinflußt den Wellenwiderstand in der Weise, daß mit zunehmendem Kerndurchmesser der Wellenwiderstand abnimmt. Für ein spezielles Ausführungsbeispiel sind die hierbei erreichbaren Werte in Fig. 2 gezeigt. Es handelt sich hierbei um eine Koaxialleitung mit gewendeltem Innenleiter, die ohne Kern einen Wellenwiderstand von etwa 217 Ohm besitzt. Der Innendurchmesser des Tragkörpers 2 liegt bei etwa 12 mm. Wird der Innenraum des Tragkörpers 2 vollständig durch Metall ausgefüllt, so ergibt sich ein Wellenwiderstand, der etwa in oder Größenordnung von 150 Ohm liegt. Die dazwischenliegenden Wellenwiderstandswerte lassen -sich durch entsprechende Wahl des Kerndurchmessers einstellen. Die bei Änderung der Frequenz auftretenden Änderungen der Beziehung zwischen dem Wellenwiderstand Z und dem Kerndurchmesser d sind in der Fig. 2 für Frequenzen zwischen 30 und. 300 MHz parameterartig miteingezeichnet.This metal core 8 influences the wave resistance in such a way that that with increasing core diameter the wave resistance decreases. For a special one In the exemplary embodiment, the values that can be achieved here are shown in FIG. It deals is a coaxial line with a coiled inner conductor, which has no core Characteristic impedance of about 217 ohms. The inside diameter of the support body 2 is about 12 mm. If the interior of the support body 2 is completely made of metal when filled in, the result is a wave resistance that is roughly in the order of magnitude of 150 ohms. The wave resistance values in between allow themselves through set the appropriate choice of core diameter. The when changing the frequency occurring changes in the relationship between the characteristic impedance Z and the core diameter d are in FIG. 2 for frequencies between 30 and. 300 MHz is also drawn in as a parameter.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie sich die elektrische Länge (in Zentimetern) in Abhängigkeit vom Kerndurchmesser verändert, während die Fig. 4 die Frequenzabhängigkeit des Wellenwiderstandes in Abhängigkeit vom Kerndurchmesser als Parameter und der Frequenz f als variable Größe wiedergibt. Die Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der elektrischen Länge von der der Frequenz in Abhängigkeit von dem Kerndurchmessen als Parameter. In dieser Figur ist außerdem noch das Verhältnis lel/l."h als weitere Skala mit aufgetragen (lel=elektrische Länge, l."h=geometrische Länge .des gewendelten Innenleiters 3 in Achsrichtung). Den .in den Fig. 2, 3, 4 und 5 wiedergegebenen Meßwerten ist eine Koaxialleitung mit gewendeltem Innenleiter zugrunde gelegt, die entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ausgebildet ist und bei der die Wendel eine Steigung von etwa 6 mm besitzt. Die geometrische Länge der Wendelleitung beträgt etwa 200 mm, und der Metallkern 8 ist über die Endplatten 4, 5 leitend mit dem Außenleiter 1 verbunden. Aus der Fig. 5 ist auch ersichtlich, daß mit zunehmendem Kerndurchmesser die Dispersion (Änderung von 1el/lra"h in Abhängigkeit von der Frequenz) immer geringer wird.In Fig. 3 it is shown how the electrical length (in centimeters) changed as a function of the core diameter, while FIG. 4 shows the frequency dependency the wave resistance as a function of the core diameter as a parameter and the Frequency f reproduces as a variable quantity. 5 shows the dependency of the electrical length of the frequency as a function of the core diameter as a parameter. In this figure, there is also the ratio lel / l. "H as another Scale also plotted (lel = electrical length, l. "H = geometric length of the coiled Inner conductor 3 in the axial direction). The. In Figs. 2, 3, 4 and 5 reproduced Measured values are based on a coaxial line with a coiled inner conductor, the is designed according to the embodiment shown in Fig. 1 and in the the helix has a pitch of about 6 mm. The geometric length of the helical cable is about 200 mm, and the metal core 8 is conductive via the end plates 4, 5 connected to the outer conductor 1. From Fig. 5 it can also be seen that with increasing Core diameter the dispersion (change of 1el / lra "h depending on the frequency) is getting smaller.

Der Metallkern muß keinesfalls mit dem Außenleiter an beiden Enden leitend verbunden werden, sondern er kann auch einseitig oder beidseitig gegenüber diesem isoliert sein.The metal core does not have to have the outer conductor at both ends be conductively connected, but it can also be one-sided or two-sided opposite be isolated from this.

Bei beidseitiger Isolierung oder Verbindung treten bei einer Kernlänge von 2/2 Resonanzeffekte auf, die sich bei einseitiger Isolierung des Metallkerns gegen den Außenleiter sonst schon bei einer Kernlänge von A/4 bemerkbar machen (.l=elektrische Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz). Diese Resonanzeffekte lassen sich für Filterzwecke verwenden ebenso wie Resonanzeffekte, die darauf beruhen - bei wesentlich längeren Wellen -, daß --die durch den gewendelten Innenleiter und den Außenleiter gebildete Köaxialleitung reflektierend abgeschlossen .ist.In the case of double-sided insulation or connection, one core length occurs of 2/2 resonance effects, which result from one-sided insulation of the metal core otherwise noticeable against the outer conductor at a core length of A / 4 (.l = electrical Wavelength at the operating frequency). These resonance effects can be used for filtering purposes use as well as resonance effects that are based on it - for much longer periods Waves - that - those formed by the coiled inner conductor and the outer conductor Coaxial line is reflective terminated.

Zur Vermeidung störender Einflüsse empfiehlt es sich, die Übergänge von den Anschlußleitungen 6 bzw. 7 auf die Koaxialleitung 1, 3 so reflexionsfrei wie nur möglich auszubilden. Es treten sonst Resonanzen auf, die den Eingangswiderstand der jeweiligen Leitung unerwünscht in Abhängigkeit von der Frequenz verändern. An Stelle einer radialen Anordnung der Anschlußleitungen 6 unifader 7 kann auch eine axiale vorgesehen werden, indem beispielsweise bei einer durchgehenden Koaxialleitung mit gewendeltem Innenleiter in einem bestimmten Abschnitt im Innern des gewendelten Innenleiters ein metallischer Kern vorgesehen ist, der an den Enden kontinuierlich oder in vorgegebener Weise abgestuft ausläuft.To avoid disruptive influences, it is advisable to design the transitions from the connection lines 6 and 7 to the coaxial line 1, 3 as free of reflection as possible. Otherwise resonances will occur which undesirably change the input resistance of the respective line as a function of the frequency. Instead of a radial arrangement of the connecting lines 6 unifader 7, an axial arrangement can also be provided by, for example, in the case of a continuous coaxial line with a coiled inner conductor, a metallic core is provided in a certain section inside the coiled inner conductor, which is continuous at the ends or in a predetermined manner phased out.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Koaxial.leitung for electromagnetic waves, consisting of an outer conductor and a coiled inner conductor, inside .whose a metallic core is provided, characterized; that the preferably exchangeable metallic core is conductively connected at least at one of its two ends to the outer conductor.

2. Coaxial line according to claim 1, characterized by its use as a filter component, for. B.: as A / 4 or V2 resonator (Z, = electrical wavelength at the operating frequency). Considered publications: German Patent Specifications No. 874 475, 938 074; , German Auslegeschrift No. 1 002 417; U.S. Patent Nos. 2,387,782, 2,461,061, 2638502.