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Anordnung zur Dämpfung von hohen Frequenzen, insbesondere im dm- und
cm-Wellenbereich Dämpfungsanordnungen, die von den einfallenden Frequenzen die niedrigen
Frequenzen durchlassen und nur die hohen Frequenzen, insbesondere nur Dezimeter-
oder Zentimeterwellen, dämpfen und bei denen ein aus einem ferromagnetischen Werkstoff
im wesentlichen homogen aufgebautes Dämpfungsmittel mit hohem Verlustwinkel zur
Dämpfung der hohen Frequenzen dient, sind bereits bekannt. Dabei bestehen diese
homogen aufgebauten Dämpfungsmittel insbesondere aus einem in der Hochfrequenztechnik
üblichen magnetisierbaren Werkstoff, bei dem z. B. Karbonyleisenpulver in einem
Isolator eingebettet ist. Für koaxiale hochfrequenzführende Leitungen ist es auch
schon bekannt, auf den Innenleiter aus Ferrit bestehende Röhrchen aufzubringen,
die infolge ihrer ferromagnetischen Eigenschaften und ihres verhältnismäßig hohen
Verlustwinkels für hohe Frequenzen, insbesondere für Dezimeter- oder Zentimeterwellen,
dämpfend wirken, die niedrigen Frequenzen jedoch nur schwach oder gar nicht dämpfen.
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Überdies sind bereits Dämpfungsvierpole mit einem mit ferromagnetischem
Material ummantelten Innenleiter bekannt, bei dem das ferromagnetische Material
in Gestalt zweier Ringe ausgebildet ist. Die Ringe sind an ihren gegenüberliegenden
Stirnseiten und auf der Mantelfläche mit elektrisch leitfähigen Schichten versehen,
die als Belegungen, bzw. Zuleitungen zu den Belegungen für einen keramischen Querzweigkondensator
dienen. Das keramische Dielekrikurn ist über die elektrisch leitfähige Metallschicht
der Röhrchen geschoben. Ersatzschaltbildmäßig kann dieser Vierpol als ein T-Glied
mit homogen verteilten Längszweiginduktivitäten dargestellt werden. Bei Fehlen der
Mantelbeschichtung durchsetzen die elektrischen Felder sowohl das Ferromagnetikum
als auch das Dielektrikum. Ein aus einem glasurschichtbelegten Ferritröhrchen bestehender
Dämpfungsvierpol mit Innenleiter und äußerer elektrisch leitfähiger Mantelschicht
auf der Glasur ist ebenfalls bekannt.
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Eine Aufgabe derartiger Dämpfungsanordnungen besteht darin, sowohl
die niedrigen als auch die hohen Frequenzen nicht oder möglichst wenig zu reflektieren.
Es empfiehlt sich daher, die Dämpfungsanordnung möglichst homogen auszubilden, um
sprunghafte Änderungen des Wellenwiderstandes der zu bedämpfenden Leitung möglichst
zu vermeiden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der Einhaltung dieser Homogenität
nicht allen Wünschen entsprochen werden kann. Für eine optimale Dämpfungwirkung
ist nämlich eine bestimmte Größe bzw. ein bestimmtes Verhältnis zwischen den spezifischen
Leitungskonstanten, also zwischen der Querleitfähigkeit G, der Querkapazität C,
dem Längswiderstand R und der Längsinduktivität L notwendig. Auf das homogene Dämpfungsmaterial
bezogen, bedeutet das ein richtiges Abwägen der komplexen Materialkonstanten und
7,. Die Eindringtiefe der zu bedämpfenden Hochfrequenzen steht dabei in einem bestimmten
Verhältnis zum Leitungsquerschnitt. Auch muß bei spannungsführenden Anordnungen
eine nicht querleitfähige Isolierschicht vorgesehen sein, die bei dem obenerwähnten
Abwägen entsprechend zu berücksichtigen ist, weil sie von Einfluß auf das optimale
.E und ;u ist. Eine diesen Erfordernissen stets genau Rechnung tragende Herstellung
des Dämpfungsstoffes ist jedoch nicht immer möglich. Die optimalen Eigenschaften
des Dämpfungsstoffes variieren insbesondere auch mit dem Leitungsquerschnitt, so
daß für jeden Anwendungsfall andere Bedingungen gelten. Dieser in der Praxis auftretenden
Vielfalt der Anforderungen kann in der Fertigung nicht Rechnung getragen werden,
wenn Wert darauf gelegt wird, daß in größeren Mengen gefertigt und die Lagerhaltung
vereinfacht wird.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es in vielen Fällen
schon zu einer wesentlichen Verbesserung der Dämpfungskurve führt, wenn zusätzlich
zu den im wesentlichen homogen aufgebauten Dämpfungsmitteln, die aus einem Material
mit relativ hohem Verlustwinkel für die hohen Frequenzen bestehen, in der Dämpfungsanordnung
noch Mittel vorgesehen sind, die in der Dämpfungsanordnung
deren
spezifische Längs-Mbder@Querkapazität und/oder deren spezifische Längs- der Querleitfähigkeit
inhomogen machen: Insbesondere hat es sich vielfach als vorteilhaft erwiesen, die
spezifische Leitfähigkeit auf der Obä4e 4es homogenen'ferromagnetischen Dämpfungfrnittejs,
2: B. -durch -aufgebrachte Metallschichten, zu erhö4e"n Die Erfindung bei einer
Anordnung zur Dämpfung hoher Frequenzen; insbesondere im Dezimeter- und Zentimeterwellenbereich,
mit einem ferromagnetischen Dämpfungsmittel hohen Verlustwinkels in der Form von
Ringen, Röhrchen,,, Scheiben od. dgl. sowie einer dielektrischen isolierenden :
, Trennschicht zwischen dem Dämpfungsmittel und einem umhüllenden Außenleiter ohne
eine mit einem Leitungszug der Dämpfungsanardnung, kontaktierte elektrischleitfähige
Schicht zwischen Dämpfungsmittel und Trennschicht, besteht darin, daß die Dämpfungsmittel
durch elektrischleitfähige,, Schichten derart getrennt sind, daß die' spezifische
Längs- oder Querkapazität und/ oder Längs- oder Querleitfähigkeit inhomogen ausgebildet
ist.
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Die spezifische Kapazität zwischen dem ferromagnetischen Dämpfungsmttel
und einem Leiter der zu bedämpfenden hochfrequenzführenden Leitung wird also dadurch
erhö'h't, daß der Zwischenraum zwischen diesem Dämpfungsmittel und dem Leiter durch
kapazitätserhöhende Isoliermittel ausgefüllt ist. Anderenfalls, d. h. wenn sich
nur Luft zwischen dem Dämpfungsmaterial und dem Außenleiter befinden würde, würde
die geringe Luftkapazität für die Querkapazität im wesentlichen maßgebend sein.
Es empfiehlt sich jedoch, die Kapazität dieses Zwischenraumes durch nur geringe
Dicke dieses Zwischenraumes und/ oder insbesondore durch kapazitätserhöhende Dielektrika
etwa gleich, vorzugsweise aber größer als die Querkapazität des Dämpfungsmaterials
zu machen. Vor allem Kunststoffe mit eingelagerten leitenden Teilchena.insbesondere
Karbonyleisenpulver, haben sich hierfür gut geeignet erwiesen.
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Die Dämpfungsanordnung wird z. B. nach Art eines aus mehreren Gliedern
bestehenden Kettenleiters aufgebaut. Dadurch wird ein steiler Anstieg der Dämpfung
mit der Frequenz erzielt: Schließlich empfiehlt es sich auch noch, in, der Anordnung
mehrere homo- , gen aufgebaute, untereinander jedoch in ihren elektrischen Eigenschaften,
insbesondere in ihrer Permeabilität verschiedene. einzelne Dämpfungsglieder zu verwenden.
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weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den als Ausführungsbeispiele
gezeigten Figuren und der Beschreibung dieser'Ausführungsbeispiele hervor.
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In der Fig. 1 ist ein koaxialer Leiter 2, 3 durch eine erfindungsgemäße
Dämpfungsanordnung bedämpft; bei der mehrere Dämpfungsglieder 21 in axialer Richtung
hintereinander auf dem Innenleiter 2 aufgebracht sind. Der. Innenleiter besitzt
einen Durchmesser von etwa 6 mm; der Außenleiter einen Innendurchmesser von, etwa
16 mm. Diese Einzelglieder 21 bilden zusammen die Dämpfungsanordnung, deren gesamte
Länge etwa 10 cm beträgt. Jedes einzelne Dämpfungsglied 21 ,1s( nur etwa 1 cm lang.
Der äußere Durchmesser, dieser einzelnen Dämpfungsglieder 21 füllt nicht-' ,den
gesamten Innenraum mit einer Dicke von etwa 0;5 cm aus. Die Manteldicke ist geringer
als der Abstand `zwischen dem Innenleiter 2 und. dem Außenleiter,3, so daß zwischen
den Dämpfungsgliedern g,1. .,und @ dem, Außenleiter 3 ein kleiner Raum 5 frei bleibt,
der mit einem DK-erhöhenden Isoliermittel, z. B. einem Isolierstoff, ausgefüllt
ist. Hierdurch ist die DK in dem Raum zwischen den Dämpfungsgliedern 21 und dem
Außenmantel 3 gegenüber der Luft erhöht und zugleich auch die Homogenität der aus
dem Teil 21 und der Isolierschicht 5 gebildeten Anordnung gestört.
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Als Isoliermittel zum Ausfüllen dieses Raumes empfehlen sich insbesondere
Kunststoffe, wie sie auf der Basis der Polyäthylen terephthalate unter verschiedenen
Handelsnamen auf dem Markt bekanntgeworden sind. Die Dämpfungsglieder 21 bestehen
z. B. aus Ferrit mit einem relativ hohen Verlustwinkel, insbesondere bei den Frequenzen,
die bedämpft werden sollen. Es ist zweckmäßig einen derartigen Ferritstoff zu wählen,
dessen gyromagnetische Resonanz in dem Frequenzgebiet liegt, bei dem die Dämpfung
von einem niedrigen zu einem hohen Wert ansteigen soll, da in diesem Gebiet der
Verlustfaktor tg 8 über 1 steigt. Hohe Verlustfaktoren können z. B. durch eine geringe
Anreduktion des Ferrits erzielt werden. Bei großen niederfrequenten Betriebsströmen,
die über Leitungen 2 und 3 fließen, empfiehlt es sich jedoch, wegen ihrer höheren
Sättigungsinduktion Karbonyleisenkerne an Stelle von Ferrit zu verwenden, bei denen
Karbonyleisenpulver nach Art der Hochfrequenzeisenkerne in Isolierstoff eingebettet
ist.
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Um eine einwandfreie metallische Berührung zwischen dem Innenleiter
2 und den Dämpfungsgliedern 21 der Anordnungen zu gewährleisten, ist die Innenseite
der Dämpfungsglieder 21 mit einer durch einen verdickten Strich gezeichneten leitenden
Belegung 4, insbesondere aus Leitsilber, versehen, die, vorzugsweise am Anfang und
Ende der Dämpfungsglieder 21,
allseitig in einem einwandfreien metallischen
Kontakt mit dem Innenleiter 2 steht, gegebenenfalls allseitig angelötet ist.
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Zur inhomogenen Erhöhung der Leitfähigkeit dieser Dämpfungsanordnung
besitzen die einzelnen Dämpfungsglieder außerdem noch auf ihren Stirnseiten erfindungsgemäß
leitfähige Beläge, z. B. Metallschichten 22. Auch die Stirnseiten der gesamten Dämpfungsanordnung
der Fig. 1 sind mit diesen leitfähigen Belägen 22 auf der Oberfläche der Anfangs-und
Enddämpfungsglieder versehen.
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In Fig. 5 ist der Dämpfungsverlauf einer Anordnung nach Fig. 1 angegeben,
und zwar unter verschiedenen Variationen dieser Anordnung. Die Frequenz, bei der
die Dämpfung stark zu steigen beginnt, entspricht etwa der Wellenlänge im Dämpfungsmaterial,
die in der Größenordnung der Länge der Dämpfungsanordnung liegt. Umgekehrt ist bei
gewünschter maximaler Durchlaßfrequenz die Länge der Dämpfungsanordnung derart zu
bemessen, daß sie etwa ein Viertel der Wellenlänge im Dämpfungsmaterial bei dieser
maximalen Durchlaßfrequenz beträgt.
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Bei der Kurve a) besitzen die Stirnseiten der einzelnen Dämpfungsglieder
keine leitfähigen Schichten 22. Bei der Kurve b) sind diese Stirnseiten, wie in
Fig. 1 gezeigt, mit solchen Schichten versehen, z. B. mit Leitsilber bestrichen,
und bei der Kurve c) sind die einzelnen Dämpfungsglieder 21 gegeneinander
isoliert, z. B. dadurch, daß zwischen den einzelnen Dämpfungsgliedern 21 ein kleiner
Luftspalt besteht. Wie ersichtlich, ist die günstigste Ausführung (Kurve b), d.
h. der steilsteAnstieg derDümpfung mit der Frequenz dann erzielt, wenn die Stirnseiten
der
einzelnen Dämpfungsglieder 21 mit den leitfähigen Schichten
22 versehen sind und die einzelnen Dämpfungsglieder 21 mit ihren stirnseitigen leitfähigen
Schichten 22 in metallischem Kontakt miteinander stehen. Die nächstgünstige Ausführung
ist die Ausführung gemäß der Kurve a), bei der zwar keine leitfähigen Kontaktschichten
22 vorgesehen sind, die einzelnen Glieder 21 jedoch berührend aneinanderliegen.
Eine weitere Verflachung des Anstiegs entsteht dann, wenn, wie die Kurve c) zeigt,
die Stirnseiten der einzelnen Glieder 21 gegeneinander isoliert sind, d. h. die
einzelnen Glieder 21 sich in der Anordnung nicht unmittelbar berühren, sondern z.
B. durch einen kleinen Luftspalt voneinander getrennt sind.
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Eine der Ausführung der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende, jedoch
für Hohlleiter vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 2 und
3 gezeigt. Die Fig. 2 stellt einen Längsschnitt durch den Hohlleiter dar. Bei dieser
Ausführung sind die einzelnen Glieder 21 wie bei Fig. 1 nebeneinander angeordnet;
sie besitzen aber keine Bohrung für den Innenleiter 2, sondern bestehen durchgehend
aus ferromagnetischem Material. Die Stirnseiten dieser einzelnen Glieder 21 sind
mit Leitschichten 22 versehen, wodurch ein steiler Anstieg der Dämpfungskurve mit
steigender Frequenz erzielt wird. Einen Querschnitt durch den z. B in Rechteckform
ausgebildeten Hohlleiter zeigt Fig. 3. Auch in ihr sind die ferromagnetischen Einzelglieder
mit 21 bezeichnet. Die die Dielektrizitätskonstante erhöhende Isolierstoffumhüllung
5 umgibt die in diesem Falle rechteckförmig ausgebildeten Einzelglieder 21 allseitig
und füllt den Raum zwischen den Gliedern 21 und dem Hohlleiter 3 aus.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung für koaxiale Leiter, die
in entsprechender Form jedoch auch für Hohlleiter anwendbar ist, ist in Fig. 4 gezeigt.
Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Dämpfungsanordnung aus mehreren
Einzelgliedern 51, 52 besteht, die koaxial aufeinandergeschoben sind. Die Innenseiten
der koaxial aufeinandergeschobenen Einzelglieder 51, 52 sind mit metallischen Schichten
53, 54 versehen, von denen die metallische Schicht 54 im wesentlichen der metallischen
Schicht 4 der Fig. 1 entspricht und für einwandfreie Berührung zwischen dem Innenleiter
2 und dem Glied 51 sorgt. Die metallische Schicht 53 dagegen erhöht in irrhomogener
Weise die Längsleitfähigkeit des Raumes zwischen dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter
3. Zwischen dem Außenleiter 3 und dem Einzelteil 52 ist der Raum in gleicher
Weise wie in den Fig. 1, 2 und 3 durch den Isolierstoff 5 ausgefüllt, so d,aß auch
hier die DK in diesem Raum gegenüber Luft zusätzlich erhöht ist.
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In allen Fällen, in denen die Dämpfungsanordnung aus mehreren Einzelgliedern
21, 51, 52 besteht, kann gemäß der weiteren Erfindung eine Anpassung des Dämpfungsverlaufs
an die gestellten Forderungen auch noch dadurch unterstützt werden, daß die einzelnen
Glieder 21, 51, 52 zwar in sich homogen ausgebildet sind, untereinander jedoch z.
B. eine verschiedene Permeabilität besitzen. Insbesondere ist es dadurch möglich,
bei einer Ausführung gemäß der Fig. 1 den Reflexionsfaktor der Dämpfungsanordnung
kleiner zu halten als in einer Ausführung, bei der alle Glieder 21 aus dem gleichen
Material bestehen.