DE1158597B - Verlustarmer Hohlleiter zur UEbertragung der H-Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verlustarmen Hohlleiter mit rechteckähnlichem Querschnitt zur Übertragung der H₁₀-WeIIe, insbesondere für sehr große Leistungen.

Für die Übertragung von elektromagnetischen Wellen ist es bekannt, Hohlleiter mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt zu verwenden. Die Verluste dieser Hohlleiter sind jedoch noch so beträchtlich, daß eine Übertragung von sehr großen Leistungen über entsprechend weite Entfernungen einen zu geringen Wirkungsgrad hat. Außerdem tritt hierbei eine unerwünscht starke Erwärmung der Hohlleiter ein. Es ist zwar bekannt, daß bei Verwendung von Hohlleitern mit rundem Querschnitt bei Übertragung der H₀₁-WeIIe die Dämpfung, verglichen mit rechteckförmigen Hohlleitern, verhältnismäßig gering ist. Wenn jedoch extrem hohe Leistungen übertragen werden sollen, beispielsweise 10 MW oder mehr, ist _ die Verwendung der H₀₁-WeIIe ungeeignet, da sie eine Feldverteilung besitzt, die nur mit sehr komplizierten, wenig spannungsfesten und schmalbandigen ao Anordnungen in eine Freiraumwelle transformierbar ist. Verwendet man hingegen zur Übertragung der erforderlichen Energie die H₁₀-WeIIe, so ergeben sich wesentliche Vorteile. Dies beruht darauf, daß das Feldbild der H₁₀-WeIIe dem Feldbild einer Welle im freien Raum sehr ähnlich ist, so daß der Übergang vom Hohlleiter zum freien Raum in einfacher Weise vorgenommen werden kann, beispielsweise mit Hilfe von Trichterantennen. Dieser Übergang ist dabei sehr reflexionsarm und für ein breites Frequenzband brauchbar. Ebenso ist der Übergang von der die Leistung erzeugenden Hochleistungsröhre auf den Hohlleiter bei den heute bekannten Röhrenformen für eine H₁₀-WeIIe einfacher, spannungsfester und breitbandiger als für eine H₀₁-WeIIe, weil die Felder in der Verlustarmer Hohlleiter
zur Übertragung der H₁₀-WeIIe

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Dr. Hans Heinrich Meinke, München,
ist als Erfinder genannt worden

Elektronenröhre der H₁₀-WeIIe ähnlicher sind als der H₀₁-WeIIe.

Es ist bekannt, daß die Verluste eines Rechteckhohlleiters, der mit einer H₁₀-WeIIe betrieben wird, abnehmen, wenn man den Hohlleiter bezüglich seiner Höhe und/oder seiner Breite vergrößert. In einem Hohlleiter, dessen Querschnitt bei gegebener Frequenz wesentlich größer als der Normquerschnitt ist, sind jedoch mehrere Wellentypen existenzfähig, so daß an allen Inhomogenitäten Wellentypumwandlungen stattfinden können. Bei vergrößertem Querschnitt des Hohlleiters nimmt zwar die Dämpfung durch Stromwärme ab, aber es tritt gleichzeitig eine wachsende Dämpfung durch die in einem solchen Hohlleiter mögliche Wellentypumwandlung auf. Da es ferner sehr schwierig ist, einen Generator so an einen Hohlleiter anzukoppeln, daß nur die gewünschte H₁₀-WeIIe entsteht, sind somit zusätzliche Einrichtungen erforderlich, die das Entstehen dieser unerwünschten Wellentypen verhindern bzw. die bereits entstandenen unerwünschten Wellentypen unwirksam machen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hohlleiter mit rechteckförmigem Querschnitt zur dämpfungsarmen Übertragung der H₁₀-WeIIe, insbesondere für sehr große Leistungen, aufzuzeigen, welcher die obenerwähnten Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß dieser Hohlleiter mindestens auf einer Hohlleiterbreitseite mit zentralen Längsschlitzen und auf mindestens einer Hohlleiterschmalseite mit Querschlitzen versehen ist und daß gleichzeitig mindestens eine der beiden Breitseiten nach außen gewölbt ist.

Es ist zwar bereits bekannt, einen runden Hohlleiter an den von Zirkularströmen freien Stellen mit längs verlaufenden Schlitzen zu versehen, wobei an diesen Stellen gegebenenfalls eine vollständige isolierende Unterbrechung des Hohlleiters vorgenommen wird. Diese Schlitze dienen jedoch dazu, daß die bei runden Hohlleitern auftretende unerwünschte Drehung der Polarisationsebene der übertragenen Welle vermieden wird.

Ferner sind Rechteck-Hohlleiter bekannt, deren Breitseiten mit zentralen Längsschlitzen versehen sind und deren Schmalseiten aus in kurzen gegenseitigen Abständen angeordneten Metallstreifen bestehen, die voneinander getrennt sind. Jedoch wird dieser Aufbau lediglich mit Rücksicht auf eine leichte Pordierbarkeit des Hohlleiters um seine Längsachse vorgenommen und nicht im Hinblick auf die Unterdrückung unerwünschter Wellenmodi.

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Außerdem ist bereits ein Hohlleiter bekanntgeworden, bei welchem in Abweichung vom genau rechteckigen Querschnitt die Hohlleiterbreitseiten und/oder die Hohlleiterschmalseiten nach innen oder außen gewölbt sind. Diese Querschnittsform wurde gewählt, um ein unerwünschtes Durchbiegen der Hohlleiterwand zu vermeiden, da in manchen Fällen Hohlleiter im Freien verlegt werden müssen, so daß eine Deformation ihres Querschnittes infolge Erdaufschüttung oder Schneelast möglich ist.

Die Biegsamkeit eines Hohlleiters mit rundem Querschnitt ist in allen Richtungen die gleiche, bei Hohlleitern mit rechteckigem Querschnitt sind dagegen die breiten Rohrwände beim Biegen besonders

Wellentypen. Außerdem ist es möglich, die Schlitze mit Nebenhohlleitern zu koppeln, welche für die aus den Schlitzen austretende Frequenz so stark gedämpft sind, daß die unerwünschten Wellentypen in diesen

Hohlleitern vernichtet werden. Dies ist durch entsprechende Dimensionierung der Nebenhohlleiter möglich und durch Anbringen von dämpf enden Materialien in den Nebenhohlleitern. Diese Nebenhohlleiter werden vorzugsweise achsparallel mit dem Haupthohl-

o leiter angeordnet. Die auf der Breitseite a des Hohlleiters 1 angeordnete Schlitzreihe wird vorteilhaft so ausgebildet, daß die zentral angeordneten Schlitze kurz sind und in kleinen Abständen aufeinanderfolgen. Damit ist die genaue Lage der Schlitze nicht sehr

starken Verformungen ausgesetzt, so daß Einknickun- 15 kritisch bei gleichzeitig guter Bedämpfung der uner-

gen der Wände nach innen auftreten können. Zur Be- wünschten Wellentypen.

seitigung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, den Die Wahl der Kantenlängen des Haupthohlleiters 1

Hohlleiterquerschnitt so auszubilden, daß die breiten (a Breite, b Höhe) erfolgt zweckmäßig so, daß einer-

Rohrwände nach außen gewölbt sind. seits die Verluste durch Stromwärme möglichst klein

Die Erfindung und ihre wesentlichen Vorteile wer- 20 sind, was gleichbedeutend ist mit einem möglichst

den besser verständlich an Hand der nachfolgenden großen Querschnitt des Hohlleiters und daß anderer-

Einzelbeschreibung von bevorzugten Ausführungs- seits möglichst wenig unerwünschte Wellentypen

beispielen im Zusammenhang mit den Figuren. existenzfähig sind, da die Schwierigkeit, diese uner-

Hierbei zeigt die Fig. 1 eine mögliche Querschnitts- wünschten Wellentypen zu beseitigen, naturgemäß mit

form des nach der Erfindung aufgebauten Hohlleiters, 25 deren Anzahl größer wird.

bei welchem eine Breitseite nach außen gewölbt ist.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform

ist zusätzlich zu der einen nach außen gewölbten Breitseite des Hohlleiters eine Schmalseite nach innen

Bei einem mit Schlitzen versehenen, genau rechteckigen Hohlleiter hat sich durch umfangreiche Versuche ergeben, daß die Unterdrückung einiger unerwünschter Wellentypen trotzdem nicht ausreichend

gewölbt, während die verbleibenden Seiten gerade ₃₀ ist. Die Ursache hierfür ist folgende: Wegen der ausgeführt sind. Gleichheit der Grenzfrequenzen und der Phasenge-Ferner kann ein gemäß der Erfindung aufgebauter schwindigkeiten der E₁₁-WeIIe und der H₁₁-WeIIe Hohlleiter den in der Fig. 3 dargestellten Querschnitt gibt es im Rechteckhohlleiter eine sogenannte in der besitzen. Hierbei sind beide Breitseiten nach außen einschlägigen Fachliteratur definierte Längsschnitt- und beide Schmalseiten nach innen gewölbt, wobei ₃₅ welle. Diese Längsschnittwelle ist die Summe einer der rechte Winkel in den Ecken des rechteckähnlichen E₁₁-WeIIe und einer H₁₁-WeIIe und besitzt keine Hohlleiters erhalten bleibt. Längsströme auf der Schmalseite b des Hohlleiters. Das in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel Sie wird also durch die hier angebrachten Schlitze zeigt einen Hohlleiter 1, der ebenfalls einen rechteck- nicht gestört. Diese Kombination der beiden Wellen ähnlichen Querschnitt besitzt. Hierbei sind die beiden ₄₀ tritt in geschlitzten Hohlleitern deshalb häufiger auf, Breitseiten nach außen gewölbt, während die Schmal- weil sich sowohl E_n-Wellen wie auch H₁₁-WeIlCn an selten in an sich bekannter Weise durch ebene diesen Schlitzen teilweise in die sogenannten Längs-Flächen gebildet werden. Auf einer Breitseite ist dieser schnittwellen umwandeln. Um nun diese Längs-Hohlleiter mit Schlitzen 2 versehen, welche in Längs- schnittwellen auszuschalten, muß die Gleichheit ihrer richtung in der Mitte der Breitseite verlaufen. Gleich- ₄₅ Grenzfrequenzen beseitigt werden. Dies geschieht bei zeitig besitzt der Hohlleiter auf seiner Schmalseite dem neuen Hohlleiter durch das gleichzeitige Nach-Querschlitze, die senkrecht zu den Kanten des Hohl- außenwölben mindestens einer Breitseite des Querleiters angeordnet sind. Diese Schlitze haben zwei Schnitts, wie dies in den Figuren dargestellt wurde. Wirkungen: Sie erschweren einmal das Entstehen von Die Hohlleiterbreitseiten werden hierbei vorzugsweise Wandströmen quer zu den Schlitzen und somit die ₅₀ so nach außen gewölbt, daß der rechte Winkel zwi-Bildung von Wellentypen, welche solche Ströme be- sehen den Breit- und Schmalseiten des Hohlleiters ersitzen. Sofern diese unerwünschten Wellentypen in
dem Hohlleiter bereits vorhanden sind, müssen diese
Wandströme entweder auf einem längeren Weg um

diese Schlitze herumlaufen oder sich als Verschie- ₅₅ den Schmalseiten angebrachten Schlitze 3 voll wirksam,

bungsströme quer durch die Schlitze fortsetzen. In Die wesentlichen Merkmale eines nach der Erfin-

jedem Fall bilden sich hierbei elektrische Querspan- dung aufgebauten Hohlleiters sind geringere Verluste nungen in den Schlitzen, und es treten elektrische und
magnetische Felder aus den Schlitzen in den den

halten bleibt. Nachdem die E₁₁- und die H₁₁-WeIIe somit verschiedene Grenzfrequenzen und verschiedene Phasengeschwindigkeiten besitzen, sind die auf

und größere Abmessungen. Durch die geringeren Verluste des Hohlleiters ergibt sich eine in mehrfacher

Hohlleiter umgebenden Raum aus. Damit wird es 60 Hinsicht verbesserte Anwendungsmöglichkeit: möglich, die unerwünschten Wellentypen mit Hilfe
dieser austretenden Felder aus dem Hohlleiter weitgehend auszukoppeln, was auf verschiedene Weise geschehen kann. Befindet sich der mit Schlitzen versehene neue Hohlleiter in einem freien Raum, so wirken diese Schlitze als Antennen und strahlen die
Energie der unerwünschten Wellentypen ab,

was

g yp

gleichbedeutend ist mit einer starken Dämpfung dieser

a) Überbrückung größerer Entfernungen mit ausreichender Ausgangsspannung,

b) Übertragung größerer Leistungen bei gleicher Temperaturerhöhung,

c) Verwendung für Millimeterwellen, bei denen die Dämpfung der Standard-Hohlleiter schon eine unerwünschte Größe besitzt.

Durch die größeren Abmessungen eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Hohlleiters ergeben sich ferner folgende Vorteile:

a) Größere abkühlende Oberflächen und somit geringere Temperatur des Hohlleiters bei sehr großen Leistungen,

b) größerer Querschnitt bei Mülimeterwellen, was den allgemeinen Umgang mit diesen Wellen erleichtern wird.

Die an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläuterte Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Querschnittsformen beschränkt. Vielmehr können die gezeigten Formen variiert werden, wobei die in der Fig. 4 dargestellten Schlitze in gleicher Weise auf beiden Hohlleiterbreitseiten bzw. Hohlleiterschmalseiten vorgesehen werden könnnen.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: ao

1. Verlustarmer Hohlleiter mit rechteckähnlichem Querschnitt zur Übertragung der H₁₀-Welle, insbesondere für sehr große Leistungen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hohlleiterbreitseite mit zentralen Längsschlitzen und mindestens eine Hohlleiterschmalseite mit Querschlitzen versehen ist und gleichzeitig mindestens eine der Breitseiten des Hohlleiters nach außen gewölbt ist.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze kurz sind und in kleinen Abständen aufeinanderfolgen.

3. Hohlleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung der durch die Schlitze ausgekoppelten unerwünschten Wellentypen diese mit einem oder mehreren Nebenhohlleitern verbunden sind, die vorzugsweise parallel zum Haupthohlleiter verlaufen und gegebenenfalls mit dämpfendem Material versehen sind.

4. Hohlleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schmalseite nach innen gewölbt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 892 003, 892005;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 800276;
britische Patentschrift Nr. 580 377;
Zeitschrift ENT, Bd. 16, 1939, S. 73 bis 85.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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