DE1441117A1

DE1441117A1 - Koaxialleitungsabschnitt mit Isolierstuetze

Info

Publication number: DE1441117A1
Application number: DE19621441117
Authority: DE
Inventors: Spinner Dr-Ing Georg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-10-12
Filing date: 1962-10-12
Publication date: 1969-10-23
Also published as: US3249901A; DE1441117B2

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH OR. TINO HAIBACH

I MUMCHEN 2, ⁸'

UNSER ZEICHEN: 6524 - K/VM Koaxialleitungsabechnitt mit Isolierstutze

Die Erfindung bezieht sioh auf einen Koaxialleltungsabschnitt mit Isolierstütze, deren Durohmesserverhältnls von Außen» zu Innenleiter so gewählt ist» daß der Wellenwiderstand in allen Stitzenquersohnitten Übereinstimmt mit dem Wellenwiderstand der anschließenden luftgefüllten Leitung.

Stützen, dl· dies« Bedingung

„ 60_l¥, D ^Z - ^ln

(Z * Wellenwiderstand in Ohm

£*f m relativ· Dielektrizitätskonstante D - wirksamer Innendurchmesser des Außenleiters d ■ wirksamer Außendurchmesser des Innenleiters)

,erfüllen, können in unterschiedlichen Grundformen hergestellt werden, die sich hinsichtlich des Binstichverhältnisses a = D₁ZD unterscheiden. (D, « Aufiendurchmesser der Isolierscheibe). Es kann lediglich der Innenleiter im Durchmesser vermindert werden, so daß der Innendurchmesser d^ der Isoliersttttze kleiner wird als der Innenleiterdurohmesser d. Stattdessen kann auch der Außenleiter eingeschnitten werden und als dritte Grundform können Innen- und Außenleiter mit Einstichen versehen sein.

Bs ist bekannt, daß Isolierstutzen, die der genannten Bedingung genau entsprechen, dennoch eine gewisse Reflexion ergeben und " ">nneidung dieser Restreflexion wurden verschiedene Kimpensationsraa&iuahrv-m angewandt, die darauf beruhen, daß ein dielektrischer

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Träger als Tiefpaßfilter seiner elektrisch kapazitiven Natur wegen wirkt.

Diese Kompensationsmaßnahmen erwiesen sich auch häufig nicht als ausreichend, wenn besonders hohe Forderungen inbezug auf die Reflexionsfreiheit gestellt wurden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Teil dieser Restreflexion von elektrischen Reaktanzen innerhalb der nützlichen Bandbreite der Koaxialleitung herriiir t , die als Polge davon auftreten, daß jede Isolierstütze als Resonator für die TE-Typ(H-Typ)- und die TM-Typ(E-Typ)-Ausbreitung Innerhalb der Stütze atxKdtx wirkt.

Gemäß der Erfindung wird daher die gestellte Aufgabe der Reflexionsfreiheit und die weitere Aufgabe der ausreichenden mechanischen Steifigkeit in mechanischer Hinsicht und der leichten Herstellbarkeit bei einem Koaxialleltungsabschnitt der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß der Stutzenkörper einen oder mehrere Schlitze aufweist, die in radialer Richtung eingeschnitten sind und in axialer Richtung ein schraubenförmiges Band ergeben, wobei die Steigung h in dem Intervall 0^h <_ °» liegt, wobei der Schlitz oder die Schlitze so bemessen sind, daß der Einfluß der in der Isolierstutze auftretenden Hohlrohrresonanzen vom E- und/oder H-Typ weitgehend vermindert wird.

Diese Formgebung macht es möglich, Isolierstützen herzustellen, bei denen die Störungen durch H- und Ε-Resonanzen nach so kurzen Wellen hin verschoben werden, daß ihre Wirkung im Betriebswellenbtreich genauestens kompensiert werden kann. Durch die Berücksichtigung der Eigenresonanzen der Isolierstutze in der Koaxialleitung und der Bigenresonanzen der Befestigungseinstiche wird es möglich, Isolierstüzen zu bauen, deren Breltbandigkelt bei kleinstem Reflexionefaktor den bisherigen Konstruktionen erheblich überlegen ist, ohne daß sich der mechanische Aufwand vergrößert.

Gemäß einer bevorzugten Aue führung der Erfindung sind die Enden der s*uf dl8 isiolierstütx© stoßenden Innenleiterteile so ausgebil-

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dad die axiala Komponente der elektrischen Feldstärke in der Welse beeinflußt wird, daß sich eine optimale Kompensation ergibt«· Zu diesem Zweck können die Enden der auf die Isolierstutze stoßenden Innenleiterabschnitte konisch ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die die Schlitzeinschnitte begrenzenden, tragenden Wände mäanderförmig oder zick-zaok-förmig ausgebildet sein. Bei sämtlichen Ausführungsformen kann die Rückwirkung der in der Isoliersttttze auftretenden Hohlrohrresonanzen unterdrückt werden.

ί sf'-irungsbeisplele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zelohnung zeigenχ

Flg. 1 im Schnitt ein gemäß der Erfindung ausgebildetes AusfUh-

rungsbeispiel eines Koaxialleitungsabschnittes mit schraubenförmig geschlitzter Isolierstütze« wobei ein Teil der Stütze weggebrochen 1st,

Flg. 2 und 3 im Querschnitt andere Formen der bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.1,4 und 5 verwendeten Schlitze oder Nuten, Flg. 4 ein weiteres Auiführungsbelspiel der Erfindung und zwar im

Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig.5, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig.4, Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar im

Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig.7, Fig. 7 und 8 Sohnitte längs der Linien VII-VII in Fig.6 bzw.

VIII-VIII in Fig.1,

Fig. 9 einen abgewickelten Schnitt längs der Linie IX in Fig.7, Flg.10 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Schnitt längs der Linie X-X in Fig.11,

Fig.11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig.10, Fig.12 einen abgewickelten Schnitt längs der Linie XII in Fig.11, Fig.IJ eine perspektivische Ansicht der Isoliersttitze gemäß den

Fig.10 bis 12, teilweise im Schnitt,

Fig.14 und 13 aufgebrochene Seitenansichten von zwei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei Fig.15 ein Schnitt der Linie XV-XV in Fig. 16 ist,

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Pig. 16 eins imlsissioht lings ö@r MM© XfI-IVI in Fig. 15«

In a&si %@±Qlmm&tg@n ist mit dem B@zag©seiete©a 2 der Außenleiter und mit dera Besngsieiefoen 3 der Ismesilelfe©!³ bezeichnet* Der zwischen Innen» nnä Au£@nleiter liegend© Hanns la kann gasgefüllt sein.

ά©Σ? iFfiaöimg ist die öi@lefetedseli@ Stütze mit einem oder mehreren ii©liFaiib@rrfÖFifflig©n Sehlitzen οοθγ fIiat©E ausgestattet, wobei die Steigung Ii in ü®m Intervall Q<af Sb. < ⁰^ ll©gt. Da die Reflexion in grober tonSaici^iasig mit #siris@nö©r fief© vm,ü Breite des Schlitzes bzw« der Sslilifcs© abnimmt _s wihlfe man den Behufes ©der die Solllitze im allgssBeiaoia so tief bzw. so bFgifc als a6lgli©li_fi und zwar entspredes-fiti³ ©lsi© gegeben,© ÄKBjeneteig ©^foMG^lieiion mechanisshen te©It vmß, Starrheit der Stl!fcse<. Ik allgemeinen ist für den öder al© Sefellfea® ein©- Tiefe"vorsusi©hea_a öl© aiotet weniger als 75^ der iälea Tiof© eSai⁹ Stütze beträgst wan si© kasm 3ich bis zur ObercsiiG äes liMQaloites-s innerhalb d©i^s Stüfes© erstrecken. Der Wert Ii isaaa ea"fe®ps^u©ste©K;d me@haaissii©a Bets^aelittBagen und gemSß dem

ß-r-iasiösafci Tarlios'fe wer-äesij, äal oln niedriger Wert für Ii in emtGP hlni® ü@n !»Typ bmlnflviBt_ΰ ö©^ a®m größeren Einfluß auf äen H©fl@3sl©sisEcoefflsl©at©n ausübt β gis ai adriger Wert für h beeinflußt In es³i3fegF Mnie öesi H-f^p«. Bios bsdontst^ daß der

ä©E"^j H-¹SfP liaupfcslslilioli beeiiaflMlfc wi-rd .-., was davon ab-QF ÜlKtls©! swisch@n ä©ia Sefelifes ©(ä@r der Mut und der keh&e dex⁵ Stilts© sr6ß©r odei³ kleiner als ^-5° isfc^

Die SefeiifeSQ ©ä©i³ llufeesi kSmi@a 1©@p - <siofe_o £s?gi i?oa festen Stoffen - seta ©dies³ sie lsimi@n, siife ©laefü ggisigr^feea Ferrit oder anderem Werkstoff aus^©fHilfe isein» Der QsJLer-iiehaifcfe dor Schlitze edei³ Nuten kann lrg©Eiöeiao gc-Qigiiefc©- Foth aufwei©®ai©©lspielswsi®e kSnnen die Schlitse eise eoleli© Poras beisifesea^ wie eii<ss In ü®& Fig«2 und 3 dargestellt ist.ß Ss ©.1© £>©M,its© !sBsiiüsiri ©b@£sfalls von rechteckiger ßestalt £s&$m_s wi© dl@s lsi äea FIg₀I waä 5 öa^g©st@llt ist« Der eingesefelosseae MiiMsel ä@® ¥=f8raiig©ii Soö.lltg©@ g@iniß Fig.2 oder derjenige am Boden des Selilifcse® g©ülß Figo3 kanss entspreöhend elekfepieelien issBä eoeliGaleeli@E Ütse^legiiagoa mii auch im Hinbliek auf eine eiiifa@fae !f

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Im folgenden werden zunächst die beiden in den Fig.l bis 5 gezeigten speziellen und beispielhaften Formen dieses AusfUhrungsbeispiels beschrieben. Die in Fig.l dargestellte Stutzenform besitzt ein h mit einem endlichen Wert größer als Null; die Stützenform der Fig. 4 und 5 weist ein h mit einem unendlichen Wert auf.

In Fig.l ist die einzelne dielektrische Stütze 4 mit mindestens einem schraubenförmigen Schlitz 6 versehen, dessen radiale Tiefe kleiner als die Tiefe bis zum Innenleiter 3 1st, wodurch in der Mitte ein den Innenleiter tragendes Nabenteil 5 verbleibt. In dem weggebrochenen Teil hat der Schlitz im Querschnitt eine rechteckige Form; der Schlitz könnte aber auch eine Form nach den Fig.2 oder 5 oder irgendeine andere Form aufweisen. Diejenige gemäß der Erfindung ausgebildete Form einer dielektrischen Stütze, bei der h einen endlichen Wert größer als Null aufweist und der Winkel zwisohen der Achse der Stütze und dem Schlitz nicht kleiner ist als 45°, let insbesondere bei der Verschiebung der Resonanz des Ε-Typs innerhalb der Stütze zu kürzeren Wellenlängen hin wirksam, wodurch infolge der niedrigen Reaktanzen die durch die Stütze hervorgerufene Reflexionsgröße über die gesamte nützliche Bandbreite der Koaxialleitung hinweg wesentlich vermindert wird.

Bei der Ausbildungsform nach den Flg.4 und 5 verlaufen die radialen Schlitze oder Nuten 8 der Isolierstutze 7 in Längsrichtung,da ,h den Orenzwert °^> annimmt. In der Zeichnung sind die Radialschlitze dargestellt, es kann jedoch - von einem Schlitz angefangen - jede Anzahl von Schlitzen, die wünschenswert erscheint, verwendet werden. Die Querschnittsform der Schlitze kann wiederum entsprechend den Fig.2 oder 3 oder entsprechend anderen Formen ausgebildet sein. Diese Form des Ausführungsbeispiels, bei welcher, wenn man diese Form ganz allgemein betrachtet, der Winkel zwischen dem Schlitz und der Spitzenachse nioht größer als 45° ist, bewirkt insbesondere ein Ansteigen der Resonanzfrequenz des H-Typs in der elektrischen Stütze, woduroh die sich ergebenden Reaktanzen inuerhalb der gebräuchlichen Bandbreite der Koaxialleitung und in-

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folgedessen die durch diese entstehende Reflexion, vermindert werden. Bei dieser Form des Ausführungsfoeisplels beeinflußt die Schlitzansahl den Grad, auf den die Reflexion i^rermindert ist, nicht mehr wesentlich weiters vielmehr verschiebt dieser zusätzliche Schlitz die Resonanz des H-T^ps In Richtung auf immer kürzere Wellenlängen.

Wie bereits bemerkt, können sich di© Schlitze oder Nuten bei jeder Form des Ausführungsbeispiels bis unmittelbar an die Oberfläche des Innenleiters innerhalb der Stütze erstrecken. Wenn in einem solchen Fall mehr als ©in Schlitz vorhanden ist, kann es erforderlieh sein, daß man irgendwelche geeignete Hilfsvorrichtungen zur Halterung der zwei oder mehrerenj sich ergebenden Abschnitte der Stütze in ihrer richtigen Lag® verwendet. Derartige Vorrichtungen könnten Mittel aufweisen, di© mit dem Außen- und/oder Innenleiter verbunden sind, um die Stelluag des zugehörigen Abschnitts der Stütze bezüglich der Leiter festzulegen. Es könnte aber auch jeder Schlitz längs seiner gesamten Radiallänge an seinem einen oder anderen Ende oder an beiden !säen oder in irgendeiner anderen Weise vorzugsweise nahe dem Innenleiter "eingekerbt" sein, so daß eine Verbindung geeigneter Festigkeit zwischen den Abschnitten der Stütze entsteht, di© sonst getrennt wären.

Die beiden Ausbildungsformen gemäß den Fig.6 bis 9 bzw. 10 bis 13 sind ein Äusführungsbeispiel der Erfindung, welches besonders vorteilhaft 1st, weil es die beiden Ausbildungsformen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verbindet. Die Resonanzen sowohl des H-Typs als auch des E~Typs innerhalb der Isolierstütze werden zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben, wodurch die resultierenden Reaktanzen innerhalb der verwendbaren Bandbreite der Koaxialleitung und infolgedessen die Reflexion vermindert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel, welches auch durch seine ungewöhnliche mechanische Starrheit vorteilhaft ist, kann die koaxiale Leitung auch unter einem positiven oder negativen Gasdruck betrieben werden; bei diesem AusfU>?ungsbeispiel ist eine Reihe offener Hohlräume vorgesehen* die längs der Achse der Stütze aufeinanderfolgend

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in iii'Ci«■ :geng€tiet2tö hichtvmgen weisen. Die so gebildete Wandung tl3. ·ί 3t in den zur FortpfXa^zungsrichtung dee TEM-Typs senkrechten Teilen «sine luft-dlelektrische Zwischenschicht von verminderter ^icke, wodurch als zusätzlicher Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ehe dort entstehende Reflexion verhindert wird.

Bei der Ausführungsform nach den Fx^.ό bis 9 weist die dielektrische Stütze 14 eine Reihe von vier offenen Hohlräumen auf, von de- nea zwei -nämlich 9 und 10- In die eine Richtung zeigen, während zwei -nämlich 9¹ und 10^!- in die entgegengesetzte Richtung ebenfalls längs der Aehse'der Stütze zeigen. Der in Fig.9 gezeigte abgewickelte Schnitt verläuft längs der Linie IX in Fig.7 und zeigt die ^äanderförmige Wandung, die durch die abwechselnd in entgegengesetzte Richtung weisenden Hohlräume Im Stützenkörpef^ebildet ist.

lü den Fig.10 bis 13 ist eine weitere Ausbildungsform dieses erfi''.dungsgemäßen Ausführungsbeispiels gezeigt, bei welcher insgesamt sechs Hohlräume -nämlich 11,12,13 und II¹,12*,13'- abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen längs der Achse der Stütze 15 blicken. Der in Fig.12 dargestellte abgewickelte Schnitt zeigt deutlich die Zick-Zaok ?orra der auf diese Welse ausgebildeten Wandung. Fig.13 ist ein; perspektivische Ansicht dieser Ausbildungsform, in der der Aufbau der laolierstUtze deutlich dargestellt ist. Diese Ausbildungsform besitzt einen besonders niedrigen Reflexions« koeffizlenten über die gesamte gebräuchliche Bandbreite der Koaxialleitung hinweg.

Bs sind natürlich weitere Formen dieses Ausführungsbeispiels möglioh, die eine unterschiedliche Zahl von Hohlräumen und/oder Hohlräume unterschiedlicher Gestalt verwenden. Es ist nicht erforderlich» daß alle Hohlräume die gleiche Grb'ße besitzen; es ist lediglich notwendig, daß in einem derartigen Fall für einen Hohlraum mit einer bestimmten Größe ein zweiter Hohlraum mit der gleichen Größe vorhanden ist, der symmetrisch zum ersten bezüglich der Achse der Isolierstutze angeordnet 1st.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig.6 bis Ij3 ist es möglich, den Teil der Wandung - in Pig.6 bis 9 - oder das Nabenteil - in Pig. 10 bis Ij5 - der Stütze wegzulassen, welche den Innenleiter umgeben und stützen. In diesem Fall wird die Radialwandung in Fig.6 bis 9 oder die Zick-Zack-Wandung in Pig.10 bis 13 bis zur Berührung mit dem Innenleiter verlängert, wodurch diese eine zum Stützen dienende Mittelöffnung bilden. Alternativ kann die Außenoberfläche der Wandung gemäß Fig.6 bis 13, welche den Außenleiter berührt, weggelassen werden, wodurch die Außenoberfläche der Vertikalwandung in direkte Berührung mit dem Außenleiter kommt. Es ist ferner möglich- abhängig von der geforderten mechanischen Festigkeitsowohl die Innen- als auch Außenwandungen zu entfernen, wobei die inneren und äußeren Kantenoberflächen der Vertikalwandung der Stütze in direkter Berührung mit den Oberflächen des Innenleiters bzw. Außenleiters sind.

In Fig.14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches die durch die Η-Typ- und E-Typ-Resonanzen hervorgerufenen Reaktanzen vermindertj dieses Ausführungsbeispiel weist eine Isolierstütze 16 auf, die gemäß einem Beispiel ein Nabenteil 17 mit Mittelöffnung besitzt, um den Innenleiter zu stützen; ferner ist eine Außenwandung 18 vorgesehen, deren Außenoberfläche die Innenfläche des Außenleiters berührt; eine radial verlaufende schraubenförmige Wandung 19 wird über ihre ganze Länge hinweg durch die Nabe und die Außenwandung gestützt und verläuft schraubenförmig um die Nabe herum, um mindestens eine vollständige Umdrehung durchzuführen .

Man kann auch das Nabenteil weglassen, so daß die schraubenförmige Wandung in direkter Berührung mit der Oberfläche des Innenleiters um diesen herum geführt ist. Alternativ kann die Nabe auch beibehalten werden und die Außenwandung 18 entfernt werden; in diesem Fall ist die äußere Kantenfläehe der Spiralwandung in direkter Berührung mit dem Außenleiter. Als letzte Alternative ist es möglich, sowohl die Nabe 17 als auch die Außenwandung 18 wegzulassen, vorausgesetzt, daß für das gegebene Anwendungsbeispiel eine aus-

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reichende mechanische Festigkeit verbleibt; in diesem Fall ist die schraubenförmige Wandung 19 längs ihrer gesamten Länge mit beiden Leitern in Berührung.

Zur Ausbildung einer gasdichten dielektrischen Stütze kann jede Ausbildungsform mit einer ebenen -in Flg.15 gezeigten- Wandung ausgestattet sein, welche an ihrem einen Ende mit dem Anfang der schraubenförmigen Wandung und mit ihrem anderen Ende mit dem Ende der schraubenförmigen Wandung verbunden ist.

Flg.16 ist eine Endansicht der Stütze gemäß Fig.15·

Da 1» allgemeinen die elektrische Arbeitsweise der Stütze umso besser ist je dünner die Wandung 19 (oder die Wandungen 19 und 20) 1st, wird die Wandungsstärke durch mechanische Überlegungen bestimmt. Es ist auch möglich, zwei um 18O° mit Abstand angeordnete Sohraubenwandungen vorzusehen; ferner 1st es möglich, drei oder

derartige Wandungen vorzusehen, die um die Mittelachse der Isolierstütze mit gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet sind.

Sämtliche Aueführungsbeispiele der Erfindung bieten für den TEM-Typ über die ganze Stützenlänge hinweg eine konstante Impedanz gleich den Wellenwiderstand der Koaxialleitung.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

1. Koaxialleitungsabschnitt mit Isolierstütze, deren Durchmesserverhältnis von Außen- zu Innenleiter so gewählt ist, daß der Wellenwiderstand in allen Stutzenquerschnitten übereinstimmt mit dem Wellenwiderstand der anschließenden luftgefüllten Leitung,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzenkörper einen oder mehrere Schlitze aufweist, die in radialer Richtung eingeschnitten sind und in axialer Richtung ein schraubenförmiges Band ergeben, wobei die Steigung (h) in dem Intervall 0^h <; oo liegt, wobei der Schlitz oder die Schlitze so bemessen sind, daß der Einfluß der in der Isolierstutze auftretenden Hohlrohrresonanzen vom E- und/oder Η-Typ weitgehend vermindert wird.

2. Koaxialleitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der auf die Isolierstutze stoßenden Innenleiterteile so ausgebildet sind, daß die axiale Komponente der elektrischen Feldstärke so beeinflußt wird, daß sich eine optimale Kompensation ergibt.

5. Koaxialleitungsabschnitt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der auf die Isolierstutze stoßenden Innenleiterabschnitte konisch ausgebildet sind.

J-. Koaxialleitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schlitzeinschnitte begrenzenden tragenden Wände mäanderförmig ausgebildet sind.

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5· KoaxlalleitungBabfichnltt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi die die Schlitzeinschnitte begrenzenden tragenden Wände ziclczaclcfSraig ausgebildet sind.

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