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Leitungsresonator für hochfrequente elektrische Schwingungen Es ist
bekannt, Leitungsresonatoren aus einem Stück einer Doppelleitung aufzubauen, das
an einem oder an beiden Enden mit Blindwiderständen abgeschlossen ist. In vielen
Fällen wird die Leitung an ihren Enden kurzgeschlossen oder im Leerlauf betrieben.
Je nach den verwendeten Leitungsarten unterscheidet man dabei, sofern von den bei
Hohlleitern verwendeten Hohlraumresonatoren abgesehen wird, zwei verschiedene Gruppen,
von denen die eine den Paralleldrahtleitungen (Lecherleitung) entspricht, während
die zweite aus einem Innen- und einem Außenleiter besteht und den koaxialen Leitungen
verwandt ist. Diese Leitungen, bei denen stets zwei Leiter verwendet sind und die
deshalb auch als Doppelleitungsresonatoren bezeichnet werden, können im Bereich
sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mit Vorteil an Stelle konzentrierter Schaltelemente
für den Aufbau von Resonanzkreisen verwendet werden. Beide Arten haben jedoch verschiedene
Nachteile, wobei für die Lecherleitung sich relativ große Außenabmessungen ergeben
und so leitende Teile in unmittelbarer Nähe dieser Leitungen nicht angeordnet werden
dürfen, weil das elektromagnetische Feld einer derartigen Leitung weit nach außen
reicht und deshalb durch die Umgebung in starkem Maße beeinfiußt wird. Demgegenüber
sind die aus koaxialen Leitungskreisen aufgebauten Resonatoren durch den Außenleiter
praktisch völlig nach außen abgeschirmt, so daß in diesem Außenbereich die Anordnung
beliebiger leitender Teile an beliebigen Stellen möglich ist. Die koaxialen Leitungskreise
bedingen jedoch einen sehr sorgfältigen Aufbau, weil bei ihnen meist innerhalb einer
Kammer ein als Drehteil ausgebildetes Leitungsstück angeordnet ist, wobei zur Erzielung
entsprechender Wellenwiderstände relativ große Außenkammern notwendig werden. Auch
die Herstellung der äußeren Kammern ist mit einer Anzahl von Schwierigkeiten verbunden,
weil die Zwischenwände nachträglich eingelötet werden müssen.
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Es ist auch bekannt, Leitungen für Dezimeterwellen in der Weise aufzubauen,
daß über einer metallischen Grundplatte ein einzelner streifenförmiger Leiter angeordnet
wird, der durch eine dazwischenliegende Isolierschicht in einem bestimmten Abstand
von der Grundplatte gehalten ist. Bei derartigen Anordnungen, die vielfach auch
in der Art gedruckter Schaltungen mit folienartigen Leiterstreifen ausgebildet werden,
ist die Grundplatte in ihrem elektrischen Verhalten dem Außenleiter einer koaxialen
Leiteranordnung vergleichbar, während der streifenförmige Einzelleiter dem Innenleiter
einer koaxialen Leitung entspricht. Für den Aufbau von Leitungskreisen, bei denen
hohe Güten erforderlich sind, zeigen sich diese bekannten Leiteranordnungen jedoch
wenig geeignet, weil durch das zwischen Grundplatte und Einzelleiter liegende Isoliermaterial
eine zusätzliche Bedämpfung eintritt. Dieses Verhalten kann zwar durch die Verwendung
besonders verlustarmer Dielektrika in bestimmten Grenzen verbessert werden, wodurch
jedoch ein zusätzlicher und nicht unbedeutender Aufwand für die Isoliermaterialien
erforderlich wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es vor allem, einen Leitungsresonator zu
schaffen, dessen mechanischer Aufbau bei möglichst guten elektrischen Eigenschaften
wesentlich einfacher ist als bei den bekannten Resonatoren. Bei einem Leitungsresonator
für hochfrequente elektrische Schwingungen, insbesondere zum Aufbau von Leitungskreisen
in Verstärkern des Dezimeterwellenbereiches, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß in einer leitenden metallischen Platte eine oder mehrere Aussparungen vorgesehen
sind, in denen jeweils ein schmaler Leiterstreifen angeordnet ist, dessen Längsseiten
beiderseitig gegen die Platte durch längliche Schlitze isoliert sind. Ein derartiger
Leitungsresonator steht hinsichtlich der Art seines Aufbaues zwischen der Doppelleitung
und der koaxialen Leitung, wobei durch die Feldkonzentration im Bereich der Schlitze
nur ein geringer Teil des elektromagnetischen Feldes außerhalb der metallischen
Platte in Erscheinung tritt. Eine Abschirmung ist deshalb in vielen Fällen kaum
notwendig und beeinflußt dort, wo sie trotzdem angebracht wird, kaum das elektrische
Verhalten der Leiteranordnung. Ein besonderer Vorteil des gemäß der Erfindung aufgebauten
Leitungsresonators besteht darin, daß der Raumbedarf sehr gering ist und die Herstellung
mit äußerst einfachen Mitteln auch für große Stückzahlen rationell erfolgen kann.
Die Leiterstreifen können
vorteilhaft durch Fräsen von Längsschlitzen
hergestellt werden. Für große Stückzahlen lassen sich die Schlitze in besonders
wirtschaftlicher Weise durch Stanzen erzeugen. Bei kurzgeschlossenen Leitungsresonatoren
können die Leiterstreifen einseitig an ihrer Schmalseite mit der Platte verbunden
bleiben, so daß sie zungenförmig in die Aussparung hineinragen. Bei mehreren Leitungskreisen
ist es zweckmäßig, in verschiedenen nebeneinanderliegenden Aussparungen jeweils
parallel zueinander verlaufende Leiterstreifen anzuordnen, die induktiv und' oder
kapazitiv gekoppelt sind.
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Es ist vorteilhaft, die Breite der Schlitze zwischen den Leiterstreifen
und der sie umgebenden metallischen Platte kleiner zu wählen als die Breite des
zwischen zwei Aussparungen liegenden Teiles der Platte. Dadurch werden weitgehend
definierte Kopplungsverhältnisse geschaffen. Die zwischen zwei Aussparungen liegenden
Teile der metallischen Platte sind zweckmäßig so ausgebildet, daß deren Breite größer
ist als die Breite des Leiterstreifens. Für die Halterung der streifenförmigen Leiterbahn
werden vorteilhaft schmale, quer zu den Leiterbahnen verlaufende isolierende Leisten
od. dgl. vorgesehen, die an der metallischen Platte anliegen und die Streifenleitung
an der Platte befestigen.
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Infolge seines flachen und gedrängten Aufbaues ermöglicht der gemäß
der Erfindung aufgebaute Doppelleitungsresonator besonders dann eine raumsparende
Bauweise, wenn elektronische Halbleiter, insbesondere Transistoren, verwendet werden,
die dann in einfacher Weise in die metallische Platte eingelassen und mit ihrer
Abschirmung leitend mit dieser verbunden sind.
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An ihren äußeren Rändern kann die leitende Platte zweckmäßig ganz
oder zum Teil derart umgebogen werden, daß sich, im Querschnitt gesehen, ein einem
Chassis vergleichbarer Aufbau ergibt.
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Zur Verbesserung der Güte der Resonanzkreise wird als Dielektrikum
für die Schlitze vorteilhaft Luft verwendet, wobei eine Anhebung des Gütefaktors
zusätzlich auch dadurch erreicht werden kann, daß die Leitungsbahnen und die ihnen
benachbarten Teile der metallischen Platte in der Richtung verstärkt sind, in der
sich beim Betrieb des Leitungsresonators ein größer werdender Strom ergibt. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß an diesen Stellen mehrere Bleche schichtartig
aufeinandergelegt werden. Es ist zweckmäßig für den Aufbau der Leitungskreise Bleche
von mindestens 2 mm Stärke zu verwenden, wodurch neben einer ausreichenden Güte
auch eine so weitreichende mechanisch stabile Konstruktion erzielbar ist, daß der
Leitungsresonator die nötige mechanische Stabilität erhält. Die leitende Platte
wird zumindest an den durch die Schlitze gebildeten Stirnflächen zur Verringerung
der Verluste zweckmäßig versilbert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt den mechanischen Aufbau eines Leitungsresonators, F
i g. 2 die Feldverteilung in einem Schnitt quer zur Längsachse des Leitungskreises;
F i g. 3 zeigt die zugehörige Stromverteilung; in F i g. 4 ist die Anwendung der
Erfindung als Bandfilter bei einem zweistufigen Verstärker dargestellt; F i g. 5
zeigt den Aufbau einer Abstimmeinrichtung; F i g. 6 einen Leitungsresonator im Querschnitt
mit verbreiterten Stirnflächen und F i g. 7 eine Möglichkeit für die räumliche Anordnung
der Leitungsresonatoren.
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In F i g. 1 ist in Schrägansicht eine metallische Platte l von einigen
Millimetern Stärke dargestellt, in der eine senkrecht zu ihrer Außenkante verlaufende
U-förmige Aussparung 2 angebracht ist, durch die ein zungenförmig in die Aussparung
hineinragender Leiterstreifen 3 gebildet wird. Bei der Herstellung der Aussparung
2 durch Stanzen oder Fräsen läßt sich der Leiterstreifen 3 unmittelbar aus der Platte
1 herauslösen. Es ist jedoch auch möglich, den Leiterstreifen 3 nachträglich in
eine rechteckig ausgebildete Aussparung einzusetzen, wobei allerdings der Leiterstreifen
3 an seiner Schmalseite 4 mit der Platte 1 z. B. durch Löten zu verbinden ist. Die
dargestellte Literanordnung bildet bei Wahl einer entsprechenden Leitungslänge einen
Leitungsresonator, wobei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein einseitig kurzgeschlossener
und am anderen Ende offener Leitungskreis gebildet wird, der einem i/4-Resonator
entspricht. An der mit der Platte 1 verbundenen Schmalseite 4 des Leiterstreifens
3 wäre der Kurzschlußpunkt. während die in der Aussparung liegende Schmalseite des
Leiterstreifens 3 das Ende der leerlaufenden Leitung bilden würde. Die metallische
Platte 1 sowie der Leiterstreifen 3 sind zweckmäßig zumindest an den einander gegenüberliegenden
Stirnflächen versilbert. wodurch geringe Verluste und damit Resonanzkreise hoher
Güten erzielbar sind.
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In F i g. 2 ist die Leiteranordnung im Schnitt quer zur Längsachse
des Leiterstreifens 3 dargestellt. Das elektrische Feld der Leiteranordnung ist
in ausgezogenen Linien eingezeichnet, während die magnetischen Feldlinien gestrichelt
dargestellt sind. Es zeigt sich, daß die höchste Feldkonzentration zwischen den
gegenüberliegenden Stirnflächen 1 a und 1 b der Platte 1 und den Stirnflächen 3
a und 3 b des stabförmigen Leiterstreifens 3 liegen. Durch diese erhöhte Feldkonzentration
in diesem Bereich ist der Wellenwiderstand der Leiteranordnung und deren elektrisches
Verhalten im wesentlichen durch die Dicke der Platte 1 sowie durch die Breite der
Längsschlitze zwischen dem Leiterstreifen 3 und der Platte 1 festgelegt. Außerhalb
dieser Leiteranordnung liegende Teile beeinflussen das elektrische Feld nur in geringem
Maße.
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In F i g. 3 ist die Stromverteilung des Leitungsresonators nach F
i g. 2 dargestellt. Entsprechend der dort erläuterten Feldverteilung ergeben sich
besonders an den Stirnflächen 1 a und 3 a sowie 1 b und 3 b und in deren unmittelbarer
Umgebung hohe Stromdichten. An den scharfen Kanten der Leiteranordnung treten Stromspitzen
auf, die sich jedoch durch entsprechende Abrundungen oder Abschrägungen in gewissem
Umfang ausgleichen lassen.
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F i g. 4 zeigt die Anwendung der vorstehend beschriebenen Leitungsresonatoren
bei einem zweistufigen Antennenverstärker für das Fernsehband IV/V, wobei als Verstärkerelemente
Transistoren vorgesehen sind, die infolge ihrer geringen äußeren Abmessungen sich
besonders vorteilhaft in der metallischen Platte mit den darin angebrachten Leitungskreisen
anordnen lassen. Die äußeren Abmessungen des dargestellten Antennenverstärkers sind
etwa in natürlicher Größe dargestellt, wobei die Ausdehnung
senkrecht
zur Zeicher@ebene kaum mehr als 1 cm beträgt. In der metallischen Platte 10 sind
die Aussparungen 11, 12, 13 und 14 angebracht, in denen die Leiterstreifen 11
a, 12 a 13 a und 14 a liegen. Der Anschluß an den zweistufigen Antennenverstärker
erfolgt über ein koaxiales Kabel 15, dessen Außenleitergeflecht 16 freigelegt und
über die Klemmschelle 17 mit der metallischen Platte 10 verbunden ist. Der Innenleiter
18 des koaxialen Kabels 15 ist zu einer isoliert angebrachten Klemmstelle 19 geführt,
die mit dem Emitter eines Transistors 20 verbunden ist, dessen Basis über einen
Kondensator auf Massepotential liegt und dessen Kollektor über die Schraubklemme
21 mit dem Leiterstreifen 1.1 a verbunden ist. Bei diesem Aufbau der Leitungsresonatoren
kann somit auf Lötstellen zwischen den Transistoranschlüssen und den Leitungskreisen
verzichtet werden, weil der Transistor 20 mit seiner Abschirmung unmittelbar in
der metallischen Platte 10 angeordnet werden kann und die leitenden Verbindungen
über Klemmkontakte herstellbar sind. Der durch den Leiterstreifen 11a und den ihn
umgebenden Teil der Platte 10 gebildete Leitungsresonator ist einseitig an der Stelle
22 in der in F i g. 1 beschriebenen Weise kurzgeschlossen und am anderen Ende ähnlich
wie die übrigen Leitungskreise mit einer kapazitiven Abstimmeinrichtung versehen.
Diese besteht aus einem in einer Klemmplatte 23 geführten metallischen Gewindestift
24, der durch Drehen in Längsrichtung des Leiterstreifens 11 a verschoben werden
kann. Am Ende des Gewindestiftes 24 ist ein kolbenartiger Ansatz 25 angebracht,
der in der Art eines Tauchkondensators in eine leitend mit dem Leiterstreifen 11
a verbundene Hülse 26 eintaucht, in welcher er isoliert geführt ist. Durch diese
Abstimmeinrichtung läßt sich der dargestellte Leitungskreis in einem weiten Frequenzbereich
verändern. Der durch den Leiterstreifen 11 a und der durch den Leiterstreifen 12
a gebildete Leitungsresonator ergeben zusammen ein Bandfilter, welches über eine
kapazitive Koppeleinrichtung 27 gekoppelt ist. Diese besteht aus einem im Punkt
28 drehbar gehaltenen, gegen die Platte 10 und die Leiterstreifen 11a und 12a isolierten
Blechteil, welches bezogen auf die Leiterstreifen 11 a und 12 a so angeordnet ist,
daß es diese zu einem mehr oder weniger großen Teil bedeckt und dadurch die kapazitive
Kopplung zwischen den beiden Kreisen einstellen läßt. Dem ersten Bandfilter ist
ein zweiter Transistor 30 nachgeschaltet, dessen Emitter mit dem Ausgangskreis des
ersten Bandfilters über eine Schleife 30 a magnetisch gekoppelt ist und dessen Schaltung
im übrigen der beim Transistor 20 beschriebenen Anordnung entspricht. Der
Aufbau und die Kopplung des zweiten Bandfilters, welches durch die Leiterstreifen
13 a und 14 a und die sie umgebenden Teile der Platte 10 gebildet
wird, erfolgt ähnlich wie beim ersten Bandfilter. Am Ausgangskreis des zweiten Bandfilters
ist eine durch isolierende Stege 31 und 32 geführte Isolierplatte 33 vorgesehen,
auf der in der Art gedruckter Schaltungen ein streifenförmiger Leiter 34 angebracht
ist. Dieser steht über federnde Kontaktbügel 35 und 36 mit den Anschlußklemmen 37
und 38 in leitender Verbindung.
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Durch Verschieben der Platte 33 läßt sich der Abstand zwischen dem
streifenförmigen Leiter 34 und dem Leiterstreifen 14 a verändern und damit die Kopplung
einstellen. Auf der Platte 33 kann in hier nicht näher dargestellter Weise eine
gegen den streifenförmigen Leiter 34 isolierte Leiterfolie angebracht werden, die
zusammen mit diesem eine Leiteranordnung mit definiertem Wellenwiderstand ergibt.
Dadurch kann der Ausgang des dargestellten Verstärkers mit anderen Verstärkern nach
dem Durchschleifverfahren verbunden werden, wobei die von den anderen Verstärkern
gelieferten Frequenzbereiche mit über den streifenförmigen Leiter 34 geführt werden
können. Beim Aufbau mehrkreisiger Leiteranordnungen im Sinne der Erfindung ist darauf
zu achten, daß die Breite der Leiterstreifen, z. B. 11a, kleiner gewählt ist als
die Breite des zwischen zwei Leitungsresonatoren liegenden Teiles der metallischen
Platte 10. Der Leiterstreifen selbst weist zweckmäßig die gleiche Stärke auf wie
die metallische Platte und liegt in der gleichen Ebene. Die entstehenden Leitungskreise
sind erdunsymmetrisch aufgebaut, wobei die metallische Platte 10 dem Außenleiter
z. B. eines koaxialen Leitungskreises entspricht, während die Leiterstreifen 11a
bis 14a den Innenleitern solcher Anordnungen zuzuordnen sind. Normalerweise
ist die Stärke des Plattenmaterials ausreichend, damit auch die zungenförmig abragenden
Leiterstreifen Il a bis 14a sich selbst tragen und unabhängig von der räumlichen
Anordnung der Platte 10 ihre Lage zu dieser nicht verändern. Eine zusätzliche Lagesicherung
kann z. B. durch quer zur Längsachse der Leiterstreifen angebrachte Isolierstäbe
erreicht werden, die beiderseitig auf der Platte 10 aufliegen und an denen der Leiterstreifen
befestigt ist. Ein derartiger Isolierstab ist bei dem Leiterstreifen 11a gestrichelt
angedeutet und mit 39 bezeichnet. Der äußere Rand der Platte 10 kann L-förmig nach
oben oder unten abgewinkelt werden, wodurch ein Chassis entsteht, auf deren Deckfläche
die Leitungskreise angeordnet sind, so daß sie entsprechend den abgewinkelten Seitenschenkeln
in einem definierten Abstand von der Auflagefläche gehalten sind.
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In F i g. 5 ist eine im Schnitt dargestellte Platte 40 gezeichnet,
in deren Aussparungen Leiterstreifen 41 a, 41 b und 42 angebracht
sind. Die Leitungsresonatoren sind mit Abschirmblechen 43 und 44 versehen. Infolge
der Feldkonzentration im Bereich der Längsschlitze (F i g. 2) bringt eine derartige
Abschirmung keine wesentlichen Veränderungen des elektrischen Verhaltens der Leitungsresonatoren
mit sich. Es ist jedoch zweckmäßig, die Abschirmbleche 43 und 44 parallel zur Platte
40 anzuordnen und den Abstand dieser Abschirmungen von der Platte 40 wesentlich
größer zu wählen als die Schlitzbreite zwischen den Leiterstreifen 41 a, 41 b sowie
42 und der Platte 40. Falls erforderlich, kann zwischen den einzelnen Leitungskreisen
durch leitende Stege 45 und 46 eine zusätzliche Entkopplung geschaffen werden.
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F i g. 6 zeigt im Schnitt einen in einer metallischen Platte 50 angeordneten
Leiterstreifen 51, wobei zur Verbesserung der Güte und in bestimmtem Umfange zur
Erzielung einer günstigeren Feldverteilung die Stirnflächen der dem Leiterstreifen
51 zugekehrten Teile der Platte 50 durch quergestellte Bleche 52 und 53 verbreitert
sind. Ähnliche Bleche können auch an den Leiterstreifen 51 angebracht werden. Es
ist auch möglich, die metallische Platte und/oder den in einer Aussparung angeordneten
Leiterstreifen einfach durch Uförmiges Abwinkeln mit vergrößerten Stirnflächen auszubilden.
F
i g. 7 zeigt in Schrägansicht eine Anordnung von zwei Leitungskreisen, die senkrecht
zu einer tragenden Grundplatte 55 in Form von Platten 56 und 57 angeordnet sind,
in deren Aussparungen 58 und 59 Leiterstreifen 60 und 61 angebracht werden.
Die Kopplung sowie die Abstimmung und die Abschirmung einer derartigen Anordnung
lassen sich ähnlich wie bei dem in F i g. 4 beschriebenen Verstärker ausgestalten.