DE1156454B

DE1156454B - Verfahren und Vorrichtung zur UEbertragung von Hochfrequenz mittels eines im wesentlichen zylindrischen Buendels fortlaufend freier Wellen

Info

Publication number: DE1156454B
Application number: DEG28380A
Authority: DE
Inventors: Georg J E Goubau
Original assignee: GEORG J E GOUBAU
Current assignee: GEORG J E GOUBAU
Priority date: 1958-11-21
Filing date: 1959-11-17
Publication date: 1963-10-31
Also published as: BE584884A; GB923202A; NL144783B; CH381288A; SE321012B; FR1245072A; ES253117A1; NL244999A; US3101472A

Description

Anmelder:

Georg J. E. Goubau, Eatontown, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt, München 22, Steinsdorfstr. 22

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 21. November 1958 (Nr. 775 402)

Georg J. E. Goubau, Eatontown, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Übertragung von Hochfrequenzenergie in einem vorge- zur Übertragung von Hochfrequenz «ebenen Wellenbereich mittels eines im wesentlichen _{mittds eines im weseri}tlichen zylindrischen zylindrischen Bundeis fortlaufend freier Wellen,

welches an einem bestimmten Querschnitt längs seiner 5 Bündels fortlaufend freier Wellen

Durchlaufstrecke eine bestimmte Querschnittsamplituden- und -phasenverteilung hat, und ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung.

Bisher wurde die Übertragung von elektromagnetischer Energie zwischen zwei Orten entweder durch Abstrahlung der Energie in den Raum oder durch Führung der Energie längs einer sich zwischen den beiden Orten erstreckenden Wellenleitung durchgeführt.

Wenn die Übertragung durch Raumstrahlung ange- '5 wendet wird, verteilt sich die Energie über einen bestimmten Raumwinkelbereich, der durch die Richtcharakteristik bzw. den Antennengewinn der Sendeantenne definiert ist. Auf der Empfangsseite wird jedoch lediglich ein sehr kleiner Bruchteil der abgestrahlten Energie aufgenommen, nämlich im wesentlichen derjenige Teil, der von der Fläche der Empfangsantenne abgefangen wird. Auch wenn die Energie in Form eines zylindrischen Wellenbündels abgestrahlt wird, breitet sie sich nach einer geringen Entfernung bereits aus und nimmt nach und nach die Gestalt eines konischen Wellenbündels an. Diese Erweiterung des

Wellenbündels wird durch das als »Beugung« be- <%

zeichnete optische Phänomen verursacht. Im Falle

einer Übertragung längs eines Leiters wird die Energie 3° Wellenformen zum Umschlagen bringen, wodurch ein innerhalb eines im wesentlichen zylindrischen Raumes wesentlich größerer Verlust infolge der Umwandlung längs der gesamten Wegstrecke beschränkt. Dies wird der Wellenform auftritt.

bewirkt, indem entweder das Feld in einer Metallröhre Es ist bekannt, Linsen, insbesondere auch Stufen-

(geschlossene Wellenleiter) eingeschlossen wird oder linsen, zu verwenden, um die Divergenz eines Richtindem langgestreckte Gebilde (offene Wellenleiter) ver- 35 Strahls zu verringern. Durch diese Linsen kann auch wendet werden, die eine Oberflächenwelle führen, eine sphärische Wellenfront, wie sie beispielsweise aus d. h. also eine Welle, deren Feld auf die Nähe des lang- einem Horn austritt, in einen planaren Richtstrahl vergestreckten Gebildes innerhalb eines zylindrischen Um- wandelt werden oder umgekehrt. Der Durchmesser gebungsraumes beschränkt ist, welch letzterer einen dieser Stufenlinsen umfaßt viele Stufen, die einer Durchmesser in der Größenordnung von im allge- 40 großen Anzahl von Fresnelschen Zonen entsprechen, meinen weniger als eine Wellenlänge besitzt. Die Wirk- In jeder Stufe wird eine Phasendifferenz von einem samkeit der Übertragung längs eines Leiters wird durch
die Leitfähigkeit und durch die dielektrischen Verluste
in den für das langgestreckte Gebilde verwendeten
Materialien beschränkt. Die Wirksamkeit nimmt im 45
allgemeinen mit steigender Frequenz ab. Es gibt zwar
Ausnahmen von dieser Regel, wie beispielsweise bei
dem kreisförmigen »TE₀₁« (= H₀₁)-Wellenleiter, dessen
theoretische Übertragungsgüte mit der Frequenz zunimmt. Die in diesen Ausnahmefällen verwendeten 50 werden kann. Wellenformen sind jedoch instabil in der Hinsicht, daß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Über-

sehr kleine Deformationen des Wellenleiters die tragung von Hochfrequenzenergie durch den freien

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Vielfachen von 2 π beseitigt. Durch die Stufenlinse wird dementsprechend lediglich eine sehr dicke Linse ersetzt.

Es war jedoch mit diesen Stufenlinsen nicht möglich, die Querschnitts- und die Phasenverteilung eines freien Wellenbündels in oftmaliger Wiederholung so wiederherzustellen, daß das Wellenbündel mit geringen Beugungsverlusten über sehr weite Strecken übertragen

Raum mit dem Prinzip der Wellenleitung in einem neuen Übertragungssystem zu vereinigen. Dieses Übertragungssystem unterscheidet sich von sämtlichen anderen Wellenleitern in der Hinsicht, daß es keine langgestreckten Gebilde zur Wellenleitung benötigt. Die Erweiterung des Energiebündels, wie sie bei der Ausstrahlung in den Raum normalerweise in Erscheinung tritt, wird durch Phasenkorrekturmittel verhindert, die in das Wellenbündel eingesetzt werden, in in senkrecht aufeinanderstellenden Polarisationsrichtungen gleichzeitig übertragen werden. Wechselweise können zwei linear polarisierte Felder miteinander zu einem einzigen zirkulär polarisierten Feld vereinigt werden.

Zweckmäßig wird ein Feldverlauf ähnlich denjenigen der TE₀₁ - (= H₀₁) - oder TM₀₁ - (=E₀₁) - Betriebsarten in runden Wellenleitern vorgesehen.

Trichter vorzugsweise mit
der phasenkorrigierenden

einem oder mit mehreren Mittel, z. B. mit dielektrischen Linsen, kombiniert wird. Zweckmäßig wird eine Amegungs- oder Empfangseinrichtung für das Wellenbündel in Form eines parabolischen Reflektors mit üblicher Einspeisung vorgesehen, welch letztere etwas aus dem Brennpunkt des Parabols herausgerückt

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung können Abständen, die vorzugsweise groß sind im Vergleich zu 10 auch die Einstrahlung und der Empfang der vom Uberdem Radius des Wellenbündels und die vorzugsweise tragungssystem übertragenen Energie mittels eines sehr groß sind im Vergleich zu der Wellenlänge der zu elektromagnetischen Trichters erfolgen, wobei der übertragenden Energie. Das Übertragungssystem ist
besonders für den »Zentimeter«- und »Millimeter«-
Wellenlängenbereich geeignet.

Die Erfindung besteht darin, daß bei der einleitend genannten Vorrichtung die Erweiterung des freien Wellenbündels durch Beugung, zwischen diesem Querschnitt und einem weiteren Querschnitt längs der

Durchlaufstrecke, kompensiert wird durch ein an 20 ist, um ein konvergierendes Wellenbündel zu erzeugen, letzterem Querschnitt angeordnetes Element, welches Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vor

liegenden Erfindung werden Übertragungssysteme von verschiedenen Querschnitten aneinandergekuppelt, indem eine Vergrößerungslinse zwischengeschaltet wird, die ein vergrößertes »Bild« der letzten Linse des einen kleineren Durchmesser aufweisenden Übertragungssystems auf der Ebene der ersten Linse des einen größeren Durchmesser aufweisenden Übertragungssystems liefert.

Die Richtung des Ubertragungssystemes kann gemäß der Erfindung geändert werden, indem ein dielektrisches Prisma in das Übertragungssystem eingesetzt wird, um das Wellenbündel aus seiner ursprünglichen Richtung abzulenken und es in eine andere Richtung zu bringen. Die Richtung des Wellenbündels kann auch gemäß der Erfindung durch reflektierende Metallplatten geändert werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Wellenbündel in eine Röhre aus nichtin im allgemeinen regelmäßigen Iterationsintervallen. 40 leitendem Material, z. B. aus Beton, eingeschlossen Gemäß der Erfindung können phasenkorrigierende werden und unter die Erde verlegt werden.

Die Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung besonderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 die Wirkung der Beugung auf ein konvergierendes Wellenbündel,

Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit gewissen Merkmalen der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 A bis 3 G Beispiele von phasenkorrigierenden Elementen,

Fig. 4A und 4 B Beispiele von Sende- und Empfangseinrichtungen für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 die Kombination von Vorrichtungen mit unterschiedlich polarisierten Feldern,

Fig. 6 Einrichtungen zur Erzielung von Ablenkungen aus einem geradlinigen Verlauf in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine andere Einrichtung zur Erzielung einer derartigen Ablenkung,
Fig. 8 eine in eine Betonröhre eingeschlossene Vor-

die Phase quer über das Bündel so korrigiert, daß die Phasen im wesentlichen auf die an dem zuerst genannten Querschnitt bestehende Phasen verteilung zurückgebracht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das phasenkorrigierende Element so dimensioniert, daß die durch die Beugung verursachte Querschnittserweiterung des Wellenbündels durch die vom phasenkorrigierenden Element hervorgerufene Brechung kompensiert wird.

Unter »Hochfrequenzenergie« im Sinne der Erfindung soll im allgemeinen elektromagnetische Energie höchster Frequenzen verstanden werden.

Die Kompensation der Beugung erfolgt zweckmäßig in Intervallen, welche groß sind im Verhältnis zum Radius des Wellenbündels. Der Durchmesser des Wellenbündels ist dabei wiederum groß gegenüber der Wellenlänge. Die Kompensation der Beugung erfolgt

Platten aus dielektrischem Material verwendet werden, deren Dicken so bemessen sind, daß sie die erwünschte Phasenkorrektur oder Wellenbrechung unter minimalem Verlust liefern und deren Brechungsindex zweckmäßig von der Mitte nach der Peripherie etwa entsprechend einer quadratischen Funktion abnimmt. Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung werden dabei Phasenkorrekturelemente vorgeschlagen, die eine minimale Reflexion verursachen.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können die phasenkorrigierenden Mittel aus Paaren von identischen, dielektrischen Linsen mit entsprechenden Krümmungen bestehen, welche mit ihren stärker gekrümmten Flächen Rücken an Rücken angeordnet sind, um wechselseitig Reflexionen zu kompensieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden dielektrische Einzellinsen reflexionsfrei hergestellt, indem ihre Oberflächen mit einer Viertel-Wellenlängenschicht aus einem Material bedeckt werden, welches einen Brechungsindex gleich der Quadratwurzel des Brechungsindexes der Linsen hat.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die phasenkorrigierenden Elemente aus einer Anzahl von Dielektrikaschichten.

Weiterhin können gemäß der Erfindung ein linear polarisiertes Feld oder zwei linear polarisierte Felder richtung und ebenfalls das Anzapfen einer derartigen Vorrichtung,

Fig. 9 die Kupplung zwischen Vorrichtungen verschiedener Größe,

Fig. 10 die Befestigung eines phasenkorrigierenden Elementes in vergrößertem Maßstab;

5 6

Fig. 11. 12, 13 und 14 die Querschnittsfeldver- nicht wie die Well sntypen der üblichen Rohrleitungen

teilungen und die entsprechenden Feldrichtungen für durch eine einzige Fortpflanzungskonstante charakte-

Wellenbündel, welche verschiedenen Feldtypen an- risiert sind,

gehören. Setzt man kreisförmige Wellenbündel mit axialer

Fig. 15 bis 18 weitere Beispiele von phasenkorri- 5 Symmetrie voraus, welche in einer einzigen Richtung

gierenden Einrichtungen. polarisiert sind, dann gibt die Fresnel-Kirchhoffsche

Es ist bekannt, daß eine Antenne mit großer Rieht- Beugungstheorie folgende Integralgleichung für die

wirkung, beispielsweise eine parabolische Antenne, sich wiederholenden Feldgestaltungen:
innerhalb des Fresnelbereiches ein Wellenbündel ab-

strahlt, das im wesentlichen auf einen zylindrischen io ^ /· I k-r-n\

Raum mit den Querschnittsabmessungen der Antenne f(r) = P J /(ρ) -Z₀I - J' Q " do (I)

beschränkt ist. Außerhalb dieses Bereiches dehnt sich J \ ^D '

das Wellenbündel aus und nähert sich schließlich der .

konischen Strahlungsverteilung, die für das weiter ent- _

fernte Feld charakteristisch ist. Diese Erweiterung des 15 k =

Energiestromes kommt durch das als »Beugung« be- λ
zeichnete wellenoptische Phänomen zustande.

Wenn ein Wellenbündel betrachtet wird, das im Bei der Ableitung dieser Gleichung wurde die AnGegensatz zu dem Richtstrahl einer Antenne nicht nähme gemacht, daß der Radius R des Wellenbündels parallel, sondern konvergierend ist, würde sich die 20 sehr groß ist im Vergleich zu der Wellenlänge λ und Energie in einem Brennpunkt fokussieren. Infolge der gleichzeitig klein im Vergleich zu dem Abstand D Beugung geht jedoch der Querschnitt des Wellen- zwischen aufeinanderfolgenden Phasenplatten. J₀ ist bündeis lediglich durch ein Minimum, bevor es in ein die Besselfunktion der Ordnung Null. Die Eigendivergierendes Wellenbündel übergeht. funktionen /(/·) beschreiben die radiale Verteilung der

Dies ist in Fig. 1 dargestellt. 25 Feldintensität. Die Eigenwerte/? geben das Verhältnis

Die ausgezogenen Linien 1 deuten ein fokussiertes zwischen den Feldamplituden an aufeinanderfolgenden

Wellenbündel an, wie es auftreten würde, wenn die Phasenplatten an. Die zu dem kleinsten Eigenwert ρ

Beugung vernachlässigbar ist, also mit anderen Worten, gehörende Feldverteilung hat die geringste Dämpfung,

wenn die Wellenlänge unendlich kurz ist. Die ge- Die Gleichung (1) kann in eine Integralgleichung

strichelten Linien 2 zeigen die auf Grund der Beugung 3° mit symmetrischem Kern umgewandelt werden,
resultierende Umhüllung des Wellenbündels. In der

Praxis ist selbstverständlich die Energie nicht voll- i

ständig auf den umhüllten Raum beschränkt. Der /(χ)=/>· \ f(y) ■ \ίχy · J_a(xy) ■ dy, (2)

Energiebetrag außerhalb der Umhüllung ist jedoch so J

klein, daß er vernachlässigt werden kann. 35 °

In die Bahn des sich erweiternden Teils des Wellenbündels kann ein entsprechend gestaltetes Phasen- wobei die folgenden Substituenten verwendet wurden: korrekturmittel, vorzugsweise in Form einer phasenkorrigierenden Linse oder Platte, eingeschaltet werden, τ / k l [ic 1 I k
welches die Phasen an diesem Querschnitt des Wellen- 40 ^x = I/ ~~ '^r > y ~ I/ ~ 'Q > ^a ⁼ / ~~ '^ ■ bündeis wieder auf die Werte zurückbringt, die zu ' ' '
Beginn des konvergierenden Teiles des Wellenbündels (3) vorherrschten.

Nach Durchtritt durch eine solche Phasenplatte Bis jetzt wurde der niedrigste Eigenwert ρ berechnet pflanzt sich das Wellenbündel in derselben Weise, wie 45 für a = 1,4, 1,6, 1,8, 2,0. Die zugehörigen Werte von ρ in Fig. 1 dargestellt, fort, d. h., indem man es zuerst sind: ρ = 1,275, 1,118, 1,043, 1,013.
leicht zum Konvergieren bringt, wird die Ausdehnung Beispiele der Querschnittsfeldverteilung sind in den auf Grund der Beugung kompensiert. Dieses Ver- Fig. 11 bis 14 erläutert. Fig. 11 zeigt die relative fahren, die Form des Wellenbündels wiederherzu- radiale Verteilung der Feldstärke für die tiefste stellen, indem die ursprüngliche Verteilung der Phasen 50 Schwingungsart eines linear polarisierten Wellenerzwungen wird, kann in entsprechenden Abständen bündeis. Die zugeordneten Richtungen der elektrischen wiederholt werden. (E) und magnetischen (H) Feldvektoren sind in Fig. 12

Auf diese Weise erhält man ein Übertragungssystem, dargestellt. Die Fig. 13 und 14 erläutern die radiale

wie in Fig. 2 dargestellt. Verteilung der Feldintensität und die Richtungen der

Dieses Übertragungssystem verhält sich ähnlich wie 55 Feldvektoren für einen Wellentyp, der eine Feldein üblicher Wellenleiter, wobei jedoch seine Energie verteilung ähnlich dem TM₀₁-(=E₀₁)-Wellentyp in im wesentlichen auf einen vorbestimmten, zylindrischen runden Wellenleitern oder dem TE₀₁(=H₀₁)-Wellen-Raum 3 beschränkt ist, der im wesentlichen durch den typ hat, wenn E und H in Fig. 14 miteinander verDurchmesser der Phasenplatten 4 definiert wird. tauscht werden.

Es gibt dabei bestimmte Feldformen, die bei jeder 60 Es ist offensichtlich, daß entsprechend Fig. 11,

Phasenplatte exakt wiederholt werden. Diese können welche eine bevorzugte Ausführungsform betrifft, das

mathematisch durch Funktionen beschrieben werden, Feld am Rand der phasenkorrigierenden Platte im

welche ein vollständiges System von Orthogonal- wesentlichen Null ist, d. h. praktisch die gesamte

funktionen bilden. Energie geht durch die Linse hindurch. Entsprechend

Wenn im folgenden der Ausdruck »Wellentyp« unter 65 Fig. 13 ist das Feld im Mittelpunkt und ebenfalls an Bezugnahme auf diese sich wiederholenden Feldge- der Peripherie angenähert »Null«,

staltungen verwendet wird, sei klargestellt, daß die Wenn die den kleinsten Eigenwerten P₁ zugeordneten Wellentypen in Wirklichkeit Wellenbündel sind, die Feldverteilungen der Fig. 11 und 12 vorausgesetzt

7 8

werden, dann ist der durchschnittliche Übertragungs- Derartige kompensierende Linsen, wie sie in Fig. 3 G

verlust je Meter: in vergrößertem Maßstab dargestellt sind, haben vor-

j zugsweise eine leicht wellige Oberfläche an Stelle

ÜbertragungsverlustjeMeter = 201Og₁₀P₁ db/m, einer glatten Krümmung, um eine optimale Kompen-

D 5 sation der Reflexionen zu erzielen. Diese Abweichun-

(4) gen von einer glatten Oberfläche sind dabei klein

gegenüber der Wellenlänge in der Fortpflanzungsoder wenn D, welches in Meter gemessen ist, in den richtung und etwa in der Abmessung einer Wellen-Ausdrucken von a, k, und R mit Formel (3) aus- länge in senkrechter Richtung hierzu, gedruckt wird: io Ein bekanntes Verfahren, einzelne dielektrische

₂ Linsen frei von Reflexionen zu machen, ist, ihre

Verlust je Meter = 20 - 1Og₁ p_x db/m, Oberflächen mit einer Viertelwellenlängenschicht aus

k R² ' einem Material zu bedecken, welches einen Brechungs

index gleich der Quadratwurzel des Brechungsindex

,.„ ,, 23t.,,. jT-i· *5 des Linsenmaterials hat. Dies ist schematisch in Fig. 3B

wobei R und λ = _r in Metern gemessen sind. Dieser _{dargestellt>
gemäß welcher eine Linse 7 aus f}.f_stem

Verlust ist ein Beugungsverlust, der auf den Umstand Polyäthylen mit entsprechendem Brechungsindex bezurückzuführen ist, daß ein kleiner Teil der Energie steht und mit Schichten 8 versehen ist, die aus einem an den Phasenplatten vorbeigeht. Da a² -logρ mit weniger dichten oder schaumartigen Polyäthylen oder zunehmendem α abnimmt, wird der Beugungsverlust ao einem ähnlichen Material von entsprechend kleinerem vermindert, wenn α gesteigert wird, also der Abstand Brechungsindex versehen ist.

zwischen den Phasenplatten kleiner ist. Weiterhin Es können auch Anordnungen mit geschichteten

wächst der Verlust mit der Wellenlänge und nimmt Dielektrika verwendet werden, wie dies in Fig. 3 C

mit dem Quadrat des Radius R ab. dargestellt ist, wobei eine Linse in Form einer Scheibe 9

25 aus ringförmigen Schichten 10, 11 und 12 mit ver-

Beispiele fur a = 2: schiedenen Brechungsindizes besteht, die nach und

P= 1,013, Of²IOg^₁ = 0,022, nach von der Mitte der Scheibe 9 zu ihrer Peripherie

.,,,.,.,. τ η in a ^λ -ju/ abnehmen, vorzugsweise entsprechend etwa einer

Verlust je Meter = 7,0 · 10-* _w db/m. quadratischen Funktion.

Für λ = 1,3 · 10~"²m, R — 0,1 m: 30 Solche Schichten können aus Polyäthylen oder

Verlust je Meter = 9,1 · 10~²db/m D = 1,2 m. einem ähnlichen Material mit verschiedener Kon-

Für λ = 0 3 · 10~²m i? = 03nr sistenz bestehen, wobei beispielsweise die innere

Verlust je Meter = 0,23 · 10-²db/m D = 47 m ^{Schicht 10 aus relativ} dichtem Polyäthylen und die

äußere Schicht 12 aus relativ schaumförmigem PoIy-Die von den Phasenplatten verlangte Phasenkorrek- 35 äthylen bestehen, entsprechend den in diesen Schichten

tür ist durch die Näherungsformel ψ = *£ gegeben, f f™^c]?T ^Well^enb/^ngsindizes. Die Stärke der ⁶ ^r D ^{6 e} Scheibe 9 kann ebenfalls mit dem Radius zunehmen,

wobei ψ die Phasenvoreilung im Abstand r von der wie in Fig. 3 C dargestellt, so daß die erwünschten Achse relativ zu der Phase in der Achse ist. In Wirk- Brechungen mit minimalem Reflexionsverlust erzielt lichkeit sind in diesem vereinfachten Fall die Phasen- 40 werden. Die Stärke beträgt vorzugsweise eine Wellenplatten Linsen mit einer Brennweite von ξ-. Auf diese ^{länge oder ein} ™aches einer halben Wellenlänge,

2 gemessen innerhalb des dielektrischen Materials an

Weise bildet jede Phasenlinse die vorhergehende dem betreffenden Radius.

Phasenlinse auf die nachfolgende Phasenlinse ab. Ein anderes bekanntes Verfahren zur Unterdrückung

Dieses Abbildungsverfahren unterscheidet sich jedoch 45 von Reflexionen der Phasenkorrektur liegt darin, von einem optischen Abbildungsverfahren, da es nicht teilweise reflektierende Schichten in geeigneten Tiefen von strahlenoptischen Überlegungen beherrscht wird. unter den Oberflächen der phasenkorrigierenden Bei der Strahlenoptik wird jedes Muster in ein ahn- Linsen einzubetten. Dies ist schematisch in Fig. 3 D liches Muster abgebildet, wogegen in dem vorliegenden angedeutet, wobei eine Linse dargestellt ist, welche Fall lediglich bestimmte Feldformen getreu abge- 50 aus Polyäthylen od. dgl. besteht, und die mit teilweise bildet werden. Strahlenoptische Bedingungen herrschen reflektierenden Korrekturschichten 14 versehen ist, die

lediglich vor, wenn *g- sehr groß ist im Vergleich zu ^aus _t *?**. ^An°^rd*^ung ™ⁿ Metallteilchen oder einem

■D metallischen Gitter bestehen.

Eins, während in der vorliegenden Form diese Größe An Stelle von phasenkorrigierenden Mitteln aus di-

eine kleine Zahl ist. 55 elektrischem Material können gemäß besonderer Aus-

Die als Phasenkorrektureinrichtungen verwendeten bildung der Erfindung auch solche aus leitendem

Linsen können von üblicher Bauart sein. Sie sollen Material in Form von metallischen Röhrenabschnitten

jedoch im wesentlichen keine Reflexionen verursachen. von der Größenordnung einer Wellenlänge verwendet

Reflexionen an den Oberflächen verringern nicht nur werden, wie dies in Fig. 3 E bei 15 dargestellt ist,

den Wirkungsgrad des Systems, sondern erzeugen 60 wobei diese Anordnung eine Krümmung hat, die ent-

auch stehende Wellen zwischen den Phasenplatten. gegengesetzt ist zu der in Fig. 3 D dargestellten di-

Dielektrische Linsen mit keiner nennenswerten elektrischen Anordnung. Die Durchmesser der Metall-Reflexion erhält man, wenn man zwei identische rohrabschnitte nehmen mit dem Abstand von der dielektrische Linsen 5 und 6 mit geeigneten Krüm- Achse ab.

mungen Rücken an Rücken gegeneinander setzt, wie 65 Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung

in Fig. 3 A dargestellt. Die Linsen bestehen aus von Phasenplatten, die aus geschichtetem dielek-

Polyäthylen, Polystyrol oder anderen wellenbrechen- irischem Material bestehen, dessen Brechungsindex

den Materialien mit geringem Verlust. sich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung

ίο

ändert, wie in Fig. 3 F dargestellt. Bei solchen Phasenplatten können eine Anzahl von schalenförmig ineinanderliegenden Schichten 16. 16'. 16". 16'" usw. mit verschiedenen Brechungsindizis aufgebaut werden. so daß sie ein phasenkorrigierendes Element bilden, das sowohl in radialer als auch in axialer Richtung veränderlich ist.

Eins weitere Möglichkeit, um eine Phasenkorrektur ohne Reflexion zu erhalten, liegt in der Verwendung

einander kleiner als eine Wellenlänge haben und die senkrecht zu dem elektrischen Feld des ersten Wellenbündels und in einem Winkel von 45° relativ zu der Achse der Wellenbündel 22 und 23 orientiert sind. Der Reflektor 24 läßt das Wellenbündel 22 hindurch und reflektiert das Wellenbündel 23 in dieselbe Richtung wie der Strahl 22. Gleichzeitig kann ein gleichermaßen polarisiertes Wellenbündel, welches aus der Richtung 25 kommt, abgelenkt werden und in die

eines

., ■ , uj λ \i t.--i_t ^ε j υ. ίο Richtung 26 gebracht werden. !Materials, bei dem das Verhältnis „ denselben , „„*„";„„„ ,..■<„„„„ ,,;»,

Wert hat wie im freien Raum.

Bei einer einfachen Konstruktion der phasenkorrigie;^-e;i<Jen Mittel wird homogenes, jedoch stark

Im allgemeinen können dieselben oder verschiedene Schwingungstypen von Wellenbündeln in entgegengesetzten Richtungen auf derselben oder verschiedener Frequenz fortgeleitet werden, ohne daß sie sich geschäumtes dielektrisches Material, z. B. Polyäthylen- 15 gegenseitig wesentlich beeinflussen, schaumstoff, mit einer dielektrischen Konstante ver- Gleichzeitg können verschiedene Schwingungstypen

wendet, die sich nur wenig von derjenigen von Luft in derselben Richtung auf derselben oder auf verunterscheidet, z. B. von 1,1. Für Materialien mit schiedenen Frequenzen fortgeleitet werden, ohne daß derartig geringen f-Werten ist die Reflexion vernach- sie sich im wesentlichen gegenseitig beeinflussen. lässijbar klei 1. Zur Erzielung der erforderlichen 20 Weiterhin können die gleichen Schwingungstypen in Phasenkorrekturen müssen die Phasenplatten ent- denselben Richtungen auf verschiedenen Trägerfrequenzen weitergeleitet werden, ohne daß sie sich im wesentlichen gegenseitig beeinflussen.

In dieser Hinsicht werden beispielsweise zwei in ähnlicher Weise linear polarisierte Felder, wenn sie in derselben Richtung übertragen werden, als einziges kreisförmig oder elliptisch polarisiertes Feld sich fortpflanzen, ohne daß sich jedoch die Signale auf den verschiedenen und im entsprechenden Abstand liegen

sprechend dicker gemacht werden. Dies wiederum vermindert die erforderliche mechanische Genauigkeit in dem Herstellungsprozeß der Oberflächen der Phasenplatten.

Das Senden und der Empfang der von dem Übertragungssystem übertragenen Energie können mittels eines elektromagnetischen Trichters 17 (Fig. 4 A) bewerkstelligt werden. Um ein konvergierendes Wellen

bündel zu erzielen, wird der Trichter 17 mit einer oder 30 den Frequenzen der verschiedenen Felder beein-

mit mehreren Linsen 18 kombiniert, bevor die Abstrahlung in die phasenkorrigierenden Elemente 19 des Übertragungssystems 20 erfolgt.

Ein anderes Sende- oder Empfangsorgan ist in

flüssen.

Diese Kombination oder Vertauschung derselben oder verschiedener Polarisationen und derselben oder verschiedener Schwingungsarten derselben oder ver-

Fig. 4 B dargestellt. Es besteht aus einem para- 35 schiedener Fortpflanzungsrichtungen und derselben bolischen Reflektor 21 mit üblicher Speisung 21', die oder verschiedener Trägerfrequenzen ermöglicht eine

weitreichende Auswertung eines von derartigen Feldern eingenommenen, gemeinsamen zylindrischen Raumes und der zugeordneten, längs dieses Raumes

jedoch aus dem Brennpunkt des parabolischen Reflektors herausgerückt ist, um ein konvergierendes Wellenbündel zu erzielen.

Es kann allgemein gesprochen jede beliebige, ein 4° angeordneten Phasenkorrektureinrichtungen, während Wellenbündel erzeugende Einrichtung für das Senden es zur selben Zeit die Zufügung oder die Wegnahme, oder den Empfang von Radiowellen verwendet das Einblenden oder Ausblenden jedes erwünschten werden, wenn die Einrichtung so angepaßt werden Feldes aus diesem Raum und jeder in dem Feld entkann, daß sie ein Wellenbündel von angenähert haltener Information ermöglicht, welche Maßnahmen gleicher Feld verteilung liefert, wie sie dem von 45 sämtlich im Bereich der vorliegenden Erfindung liegen, dem Übertragungssystem übertragenen Wellenbündel Es können auch nichtzirkulare Querschnitte des eigen ist. Wellenbündels verwendet werden.

Wenn die Feldverteilung in dem Wellenbündel Die Phasenkorrekturmittel können in metallischen,

von der Feldverteilung des grundlegenden »Schwin- isolierenden oder wellenabsorbierenden Halterungen

gungstyps« des Übertragungssystems abweicht, werden 5° montiert sein, wie das schematisch in der Fig. 4 B

höhere Schwingungstypen gleichzeitig angeregt, die im allgemeinen innerhalb einer kurzen Strecke infolge der erhöhten Dämpfung verschwinden. Der durch die Fehlanpassung in der Feldverteilung erzeugte Verlust kann als Sendeverlust betrachtet werden. Es können jedoch Speisungswirkungsgiade von 8O°/o und besser leicht erzielt werden.

Es können zwei linear polarisierte Felder gleichzeitig und im wesentlichen unabhängig voneinander

bei 31 angedeutet ist. (Die letzteren können beispielsweise aus Pferdehaar oder anderen natürlichen oder künstlichen Fasern bestehen, welche mit Ruß od. dgl. imprägniert sind.)

Das gesamte Übertragungssystem kann in eine dielektrische oder wellenabsorbierende Röhre eingeschlossen sein, wie dies in Fig. 4 B bei 31' schematisch angedeutet ist.

Größere Richtungsänderungen aus einem gerad

übertragen werden, wenn die Polarisationsrichtungen 60 linigen Verlauf des Übertragungssystems können in

senkrecht zueinander sind. Dies ist in Fig. 5 dargestellt, an sich bekannter Weise mittels metallischer Reflek-

gemäß welcher ein linear polarisiertes Wellenbündel toren, wie in Fig. 6 bei 32 dargestellt, bewirkt werden,

an einem Ende in die Richtung 22 eingespeist wird welche in der Wegstrecke eines Wellenbündels 20

und ein anderes linear polarisiertes Wellenbündel, angeordnet sind. Kleine Ablenkungen werden an in

dessen Polarisationsrichtung senkrecht zu dem ersten 65 sich bekannter Weise mittels dielektrischer Keile, wie

Wellenbündel steht, aus der Strahlrichtung 23 mittels sie in Fig. 7 bei 33 dargestellt sind und welche in der

eines Reflektors 24 eingeblendet wird, welcher aus Durchlaufstrecke eines Wellenbündels 20 angeordnet

parallelen Drähten besteht, die einen Abstand von- werden, bewirkt.

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Fig. 8 zeigt eine Betonröhre 34 mit Einbau eines Übertragungssystems, bestehend aus schematisch bei 5, 6 angedeuteten Phasenkorrekturplatten. Durch eine reflektierende Platte 32 wird eine Richtungsänderung bewirkt. Die Leitung kann angezapft werden, indem eine dielektrische Platte 35 in die Durchlaufstrecke des Wellenbündels eingeschaltet wird, durch die ein bestimmter Teil der Energie desselben in eine bestimmte Richtung 36 abgebeugt wird.

Für kleine Richtungsänderungen können zwei derartige Spiegel verwendet werden, wie in Fig. 17 bei und 53 dargestellt, wobei wenigstens einer der Spiegel zum Zwecke der Phasenkorrektur gekrümmt ist, wie letztere normalerweise durch eine Phasenplatte oder durch Phasenplatten erzielt wird.

Derartige doppelte Ablenkmittel können weiterhin in der in Fig. 18 ersichtlichen Weise und an Stelle der dielektrischen Phasenkorrekturmittel oder anderer der-

Die Verteilungsfunktion des Feldes in einem Über- io artiger Mittel verwendet werden, so daß eine periotragungssystem und der Beugungsverlust je phasen- dische Richtungsänderung des Wellenbündels erzielt korrigierende Linse, wie sie durch den Eigenwert/? wird, wie an dem Beispiel der phasenkorrigierenden

, . , ^ . , ,, ., .. , . kR? Reflektoren 54 bis 61 dargestellt, wobei sämtliche

gekennzeichnet sind, bleiben unverändert, wenn —= , .. wot. <■ j· τ* c j γ «

^e ' D derartige Maßnahmen unter die Erfindung fallen

konstant gehalten wird. Wenn die Linsenradien ver- 15 sollen.

doppelt werden, wachsen die Abstände zwischen den Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist für die

Millimeterwellenübertragung nicht nur über kurze sondern auch über lange Entfernungen anwendbar, wie das zweite Beispiel oben für a = 2 zeigt. In diesem Fall kann das Wellenbündel unter dem Erdboden durch Betonröhren mit etwa 60 bis 120 cm Durchmesser und mit Phasenplatten in Abständen von etwa bis 45 m geleitet werden.

Theoretische Überlegungen zeigen, daß die für das Ausrichten der Phasenplatten erforderliche Genauigkeit unabhängig von der Wellenlänge ist und mit steigendem Durchmesser des Wellenbündels—gleichen Abstand vorausgesetzt — abnimmt.

Eine Möglichkeit zur Ausrichtung ist in Fig. 10

der Ebene des ersten Phasenkorrekturgliedes 39 des 30 erläutert, gemäß welcher ein Phasenkorrekturglied 5, 6 Übertragungssystems 20' abbildet. an einem Metallring 40 angeordnet ist, welcher von

Der Durchmesser der Linse 37 wird so groß gewählt, dem Schraubenbolzen 41 gehalten wird. Der Schraudaß keine Beugungseffekte durch Beschränkung des benbolzen 41 ist in der öffnung 42 des Betonrohres durchtretenden Wellenbündels auftreten. In anderen oder einer anderen Röhre 34 mittels einer Mutter 43 Worten wirkt die Linse 37 als optische Linse. Um die 35 einstellbar gehalten. Der Ring 40 wird am Boden korrekte Phasenverteilung in dem Übertragungs- durch einen weiteren Bolzen 44 in einer anderen system 20' zu erhalten, ist es erforderlich, die letzte öffnung 45 des Rohres 34 geführt.
Phasenkorrekturplatte 38 des Übertragungssystems 20 Im allgemeinen ist die Vorrichtung billiger und in

durch ein Phasenkorrekturglied desselben Durch- der Installation weniger kritisch als eine kreisförmige messers wie all die anderen Phasenkorrekturglieder 40 Wellenleitung, die mit dem TE₀₁-Wellentyp (= Hq₁-dieser Wellenleitung jedoch von verschiedener Brenn- Wellentyp) betrieben wird, wie sie gegenwärtig für

Linsen um den Faktor 4 und entsprechend die »Brennweiten« der Linsen. Da der Verlust je Linse unverändert bleibt, wird der durchschnittliche Übertragungsverlust je Meter auf ein Viertel vermindert.

Die Verbindung von Wellenbündel verschiedener Querschnitte, aber identischer Verteilungsfunktionen kann, wie in Fig. 9 dargestellt, bewerkstelligt werden, in der zwei Übertragungssysteme 20 und 20' aneinandergeschaltet sind.

In diesem Fall wird gemäß besonderer Ausbildung der Erfindung eine Vergrößerungslinse 37 verwendet, welche ein vergrößertes Bild des letzten Phasenkorrekturgliedes 38 des Übertragungssystems 20 in

weite zu ersetzen. Die Brennweite wird so gewählt, daß das Phasenkorrekturglied 38 — als optische Linse betrachtet — die Ebene des vorhergehenden Phasenkorrekturgliedes der Leitung in die Ebene der Vergrößerungslinse 37 abbildet. In ähnlicher Weise wird das erste Phasenkorrekturglied 39 des Übertragungssystems 20' durch ein solches ersetzt, das die Ebene des nachfolgenden Phasenkorrekturgliedes dieser Leitung in die Ebene der Vergrößerungslinse 37 abbildet.

Zur Reflexion des Wellenbündels kann nicht nur ein einziger Spiegel 35, wie aus Fig. 8 ersichtlich, dienen. Das Wellenbündel kann vielmehr durch einen oder mehrere zusätzliche Spiegel weiterhin reflektiert werden, wie dies in Fig. 15 bei 46 dargestellt ist.

Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß zur Reflexion des Wellenbündels ein flacher Spiegel oder mehrere solche Spiegel verwendet werden. Es können vielmehr auch ein Reflektor mit gekrümmter Fläche oder mehrere solche Reflektoren verwendet werden, wie dies in Fig. 16 bei 47 dargestellt ist, so daß auf diese Weise gleichzeitig die normalerweise von einer Phasenplatte oder von mehreren solcher Platten bewirkte Phasenkorrektur erzielt wird. Es kann also so wenigstens ein Paar der in Fig. 16 bei 48 bis 51 dargestellten Phasenplatten, beispielsweise die Phasenplatten 49 und 50, entfallen.

Millimeterwellenübertragung auf große Entfernungen in Betracht gezogen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung für die Übertragung von Hochfrequenzenergie in einem vorgegebenen Wellenbereich mittels eines im wesentlichen zylindrischen Bündels fortlaufend freier Wellen, welches an einem bestimmten Querschnitt längs seiner Durchlaufstrecke eine bestimmte Querschnittsamplituden- und -phasenverteilung hat, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erweiterung des freien Wellenbündels durch Beugung zwischen diesem Querschnitt und einem weiteren Querschnitt längs der DurchlaufstreckeJ kompensiert wird durch ein an letzterem Querschnitt angeordnetes Element, welches die Phase quer über das Bündel so korrigiert, daß die Phasen im wesentlichen auf die an dem zuerst genannten Querschnitt bestehende Phasenverteilung zurückgebracht werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das phasenkorrigierende Element so dimensioniert ist, daß die durch die Beugung verursachte Querschnittserweiterung des Wellenbündels durch die vom phasenkorrigierenden Element hervorgerufene Brechung kompensiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrektur nach Durchlaufen einer Iterationswegstrecke erfolgt, deren Länge von der besagten Verteilung und der Wellenlänge abhängt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Radius R des Wellenbündels am Ort eines phasenkorrigierenden Elementes, der Iterationswegstrecke D und der Wellenlänge λ die Beziehung besteht y% R² = α², wobei α eine die Feld verteilung

und die Beugungsverluste kennzeichnende Konstante ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Phasenkorrekturgliedern proportional dem Quadrat des Radius des Wellenbündels und umgekehrt proportional der Wellenlänge der verwendeten Strahlung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier benachbarter Phasenkorrekturglieder im Zentimeter- oder Millimeter-Betriebswellenlängenbereich mindestens etwa das Hundertfache der Wellenlänge beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder in der Form von wellenbrechenden Linsen ausgebildet sind, welche eine solche Brennweite haben, daß jede dieser Linsen die vorhergehende Linse auf die nachfolgende Linse abbildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder dielektrische Linsen enthalten, wobei je zwei dielektrische Linsen mit ihren stärker gekrümmten Flächen Rücken an Rücken angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder jeweils eine einzige dielektrische Linse enthalten, deren Oberfläche mit einer A/₄-Schicht aus einem Material bedeckt ist, welches einen Brechungsindex gleich der Quadratwurzel des Brechungsindex der Linsen besitzt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder eine Anzahl von schichtförmigen Dielektrika enthalten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder Linsen enthalten, in welchen teilweise reflektierende Schichten in entsprechender Tiefe unter der Oberfläche der Linsen eingebettet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel mittels eines elektromagnetischen Trichters hergestellt wird, in dem wenigstens ein Phasenkorrekturglied eingebaut ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel mittels eines parabolischen Reflektors hergestellt wird, mit einer üblichen Anspeisung, welche jedoch aus dem Brennpunkt des parabolischen Reflektors herausgerückt ist, um ein konvergierendes Wellenbündel zu erzielen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen ein linear polarisiertes Wellenbündel erzeugenden Richtstrahler.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtstrahl eine Feldverteilung besitzt, welche dem TE₀₁-Wellentyp in runden Wellenleitungen ähnlich ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel von einem Richtstrahler erzeugt wird und eine Feldverteilung besitzt, welche dem TM₀₁-Wellentyp in runden Wellenleitungen ähnlich ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel von einem Richtstrahler in Form von zwei linear polarisierten Feldern erzeugt wird, welche gleichzeitig mit senkrecht aufeinanderstehenden Polarisationseinrichtungen übertragen werden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel von einem Richtstrahler in Form eines zirkulär polarisierenden Feldes übertragen wird, welches durch zwei linear polarisierte Felder gebildet wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel einen rechteckigen oder anderen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Phasenkorrekturglied in einer wellenabsorbierenden Wand angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Übertragungssystem in eine Röhre aus dielektrischem Material eingeschlossen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Übertragungssystem in eine Betonröhre eingeschlossen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch in die Durchlaufstrecke des Wellenbündels eingeschaltete richtungsändernde Mittel, z. B. an sich bekannte metallische Ablenkplatten oder dielektrische Keile.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatten oder die dielektrischen Keile als Phasenkorrekturglieder ausgebildet sind, so daß zugleich mit der Phasenkorrektur eine Richtungsänderung des Wellenbündels erfolgt, wobei die Ablenkplatten ζ. Β. mit einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß für kleine Richtungsänderungen des Wellenbündels je zwei Metallplatten vorgesehen sind, von denen wenigstens eine zur Phasenkorrektur gekrümmt ist (Fig. 17).

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchlaufstrecke des Wellenbündels Metallplattenpaare vorgesehen sind, von denen jeweils mindestens eine Metallplatte zwecks periodischer Richtungsänderungen des Wellenbündels und gleichzeitiger Phasenkorrektur gekrümmt ist (Fig. 18).

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel über seine Durchlaufstrecke verschiedene Querschnitte aufweist, wobei in jedem der Ab-

schnitte der Durchlaufstrecke des Wellenbündels mit verschiedenen Querschnitten eine Mehrzahl von Phasenkorrekturgliedern und eine Vergrößerungslinse angeordnet ist, welche Vergrößerungslinse ein vergrößertes Bild des jeweils letzten, dem kleineren Wellenbündelquerschnitt zugeordneten Phasenkorrekturgliedes auf die Ebene des jeweils ersten, dem größeren Bündelquerschnitt zugeordneten Phasenkorrekturgliedes überträgt und wobei der Durchmesser der Vergrößerungslinse so ge- ίο wählt ist, daß Beugungseffekte durch eine Beschränkung des durchtretenden Wellenbündels vermieden werden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils letzte, dem größeren Bündelquerschnitt zugeordnete Phasenkorrekturglied denselben Durchmesser wie die dem kleineren Bündelquerschnitt zugeordneten Phasenkorrekturglieder aufweist, jedoch eine derartige Brennweite besitzt, daß dieses dem größeren Bündelquerschnitt zugeordnete Phasenkorrekturglied die Ebene des vorhergehenden Phasenkorrekturgliedes auf die Ebene der Vergrößerungslinse abbildet.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das erste dem größeren Bündelquerschnitt zugeordnete Phasenkorrekturglied aus mehreren phasenkorrigierenden Elementen zusammengesetzt ist, welche die Ebene des benachbarten Phasenkorrekturgliedes auf die Ebene der Vergrößerungslinse abbilden.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverteilung in einem bestimmten Punkt der Durchlaufstrecke des Wellenbündels im wesentlichen gleichförmig ist und in zumindest einem weiteren Punkt der Durchlaufstrecke des Wellenbündels durch Phasenkorrekturglieder wieder auf einen im wesentlichen gleichförmigen Wert korrigiert wird.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem bestimmten Punkt der Durchlaufstrecke des Wellenbündels im wesentlichen gleichförmige Phasenverteilung über den Querschnitt des Wellenbündels in der Nähe dieses Punktes durch Phasenkorrekturglieder geändert wird und daß quer zum Wellenbündel in einem weiteren Punkt der Durchlaufstrecke des Wellenbündels weitere Phasenkorrekturglieder vorgesehen sind, welche die geänderte Phasenverteilung wieder auf eine über den Querschnitt des Wellenbündels im wesentlichen gleichförmige Phasenverteilung zurückführen.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

31, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten der Durchlaufstrecke des Wellenbündels, in welchem eine Phasenkorrektur erfolgt, in der Größenordnung des Quadrats des Radius des Wellenbündels dividiert durch die Wellenlänge liegt.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

32, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturglieder zur Kompensation des durch die Beugung hervorgerufenen Divergierens eines im wesentlichen zylindrischen Wellenbündels quer zur Fortpflanzungsrichtung des Wellenbündels über den Querschnitt desselben angeordnet sind.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

33, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen

innerhalb desselben zylindrischen Raumes eine Anzahl von im wesentlichen zylindrischen Wellenbündel erzeugt werden, von denen sich jedes von bestimmten Punkten längs dieses Raumes auf Grund der Beugung nach und nach ausdehnt, wobei diese Wellen in der Richtung quer zur Bündelrichtung an weiteren Punkten längs dieses Raumes so gebrochen werden, daß diese Ausdehnung auf Grund der Beugung kompensiert wird.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Wellenbündel in derselben Richtung fortpflanzen.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Wellenbündel in einander entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis

36, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Wellenbündel in verschiedenen Wellentypen fortpflanzen, die sich durch die querschnittliche Feldverteilung und Feldrichtung voneinander unterscheiden.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis

37, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Wellenbündel in verschiedenen Polarisationsebenen fortpflanzen.

39. Verfahren zur Betätigung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im wesentlichen zylindrischen, elektromagnetischen Wellenbündel fortlaufend freier Wellen von bestimmter Querschnittsfeldverteilung die Ausdehnung des Wellenbündels auf Grund der Beugung wiederholt kompensiert wird, um das Wellenbündel auf einem im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt zu halten.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel in Intervallen längs seiner Durchlaufstrecke periodisch wieder zum Konvergieren gebracht wird.

41. Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel in konstanten Abständen längs seiner Durchlaufstrecke wieder zum Konvergieren gebracht wird.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis

41, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Wellenbündels längs seiner Durchlaufstrecke von einer bestimmten Größe in eine andere bestimmte Größe durch optische Abbildung einer der Querschnitte auf den anderen geändert wird und daß gleichzeitig die Feldverteilung in diesem Querschnitt phasenkorrigiert wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis

42, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenbündel wieder zum Konvergieren gebracht wird, indem die in dem Querschnitt des Wellenbündels längs der Durchlaufstrecke vorliegende Phasenverteilung in den nachfolgenden kleinsten Querschnitt des Wellenbündels längs der Durchlaufstrecke abgebildet wird.

44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis

43, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen einander benachbarten Kompensationspunkten, in der Größenordnung des Quadrates des Radius des Wellenbündels dividiert durch die Wellenlänge liegen.

45. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis

44, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im wesentlichen zylindrischen elektromagnetischen

Wellenbündel dieser wiederholt an Punkten, an denen er infolge der Beugung divergiert, wieder zum Konvergieren gebracht wird, um eine bestimmte Querschnittsamplitudenverteilung zu bilden.

46. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß in einem im wesentlichen zylindrischen, elektromagnetischen Wellenbündel eine bestimmte Querschnittsphasenverteilung, wiederholt in bestimmten Intervallen längs der Durchlaufstrecke des Wellenbündels, erzwungen wird.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsphasenverteilung erzwungen wird.

48. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb desselben zylindrischen Raumes eine Anzahl im wesentlichen zylindrischer elektromagnetischer Wellenbündel längs einer bestimmten Durchlaufstrecke von im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt gebildet werden, die sich nach und nach auf

Grund der Beugung ausdehnen und daß diese Ausdehnung auf Grund der Beugung wiederholt kompensiert wird, um die Wellenbündel auf einem im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt zu halten.

49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrischen Wellenbündel in derselben Richtung fortpflanzen.

50. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrischen Wellenbündel in entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen.

51. Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis

50, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellenbündel in verschiedenen Wellentypen fortpflanzen.

52. Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis

51, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellenbündel in verschiedenen Polarisationsebenen fortpflanzen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Das Elektron in Wissenschaft und Technik«, Bd. 3, 1949, Heft 4, S. 147 und 148.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen