DE1465376C - Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlleiter mit kreisrundem Querschnitt, mit einer inneren Wand, die durch eine Wendel aus einem siolierten Metalldraht mit geringer Steigung gebildet ist, mit einer äußeren metallischen Abschirmung und mit einer zwischen der inneren Wand und der äußeren Abschirmung angebrachten Schicht eines dielektrischen Materials mit geringen dielektrischen Verlusten.

Derartige Hohlleiter ergeben eine bevorzugte übertragung der H₀₁-Wellen unter Dämpfung aller übrigen Wellenformen. Bei den meisten bekannten Hohlleitern (USA.-Patentschrift 2 950 454) besteht die dielektrische Schicht aus einem Material mit sehr hohem Verlustfaktor, das die Energie der unerwünschten elektromagnetischen Wellenform vernichtet. Da die Dämpfung ein Maximum hat, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht gleich einem Viertel der Wellenlänge ist, sind die Hohlleiter nur für ein schmales Frequenzband brauchbar, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden.

Zur Vergrößerung der Bandbreite ist es bekannt, in die dielektrische Schicht eine oder mehrere halbreflektierende Schichten einzubetten, doch bleibt auch dann die Bandbreite noch auf weniger als eine Oktave begrenzt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 068 722 ist es bekannt, für die Dämpfungsschicht ein Eisenpulver, insbesondere ein !Carbonyleisenpulver zu verwenden, das in einem Kunstharzbindemittel als Träger gehalten ist. Durch die Verwendung dieses stark verlustbehafteten ferromagnetischen Dämpfungsmaterials soll insbesondere eine bessere Dämpfung der störenden Wellenformen bei sehr hohen Frequenzen erreicht werden, die größer als 10 bis 20 GHz sind. Zur Erzielung einer größeren Bandbreite wird dabei die elektrische Dicke der Dämpfungsschicht periodisch derar geändert, daß ihr mittlerer Betrag mit einem Vierte der mittleren Betriebswellenlänge übereinstimmt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eine; Hohlleiters, bei welchem eine Dämpfung der unerwünschten Wellenformen von gleicher Größenordnung wie bei den bisher bekannten Hohlleitern erhalten wird, jedoch in einem sehr breiten Frequenzband, das mehrere Oktaven betragen kann.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in das dielektrische Material ein Isolierstoff mit ferroelektrischen Molekülen eingefügt ist, die eine Relaxationserscheinung in dem über den Hohlleiter übertragenen Frequenzband aufweisen.

Die gemäß der Erfindung verwendeten ferroelektrischen Stoffe haben die Eigenschaft, daß ihre Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der angelegten Spannung und von der Frequenz des hindurchgehenden Stroms veränderlich ist. Insbesondere ist die Dielektrizitätskonstante bei niedrigen Frequenzen sehr groß, und sie nimmt mit zunehmender Frequenz rasch ab. Dadurch wird die Wirkung erhalten, daß der von den Wellen zurückgelegte Weg, ausgedrückt in Wellenlängen, unabhängig von der Frequenz eine konstante Länge hat.

Die Erfindung wird nachstehend beispielshalber beschrieben.

Eine frequenzunabhängige Dämpfung der unerwünschten Wellenformen in einer dielektrischen Schicht, die zwischen einer die Innenwand eines Hohlleiters bildenden Drahtwendel mit geringer Steigung und einer äußeren Abschirmung eingefügt ist, kann nur dadurch erreicht werden, daß diese Schicht für alle in unerwünschten Wellenformen erregten elektromagnetischen Wellen stets einen elektrischen Weg ergibt, der gleich einem Viertel der radialen Wellenlänge X_r in dem betreffenden Material oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon ist, unabhängig von der verwendeten Frequenz. Dies wird dann erreicht, wenn die radiale Dielektrizitätskonstante e_r des Materials der Schicht die folgende Bedingung erfüllt:

4(2JCH-I) YT_r

= const. = d,

worin d die Dicke des Materials, K eine ganze Zahl und ^₀ die Wellenlänge im Vakuum bei der betreffenden Frequenz / sind.

Aus dieser Bedingung läßt sich folgendes ableiten:

^r 16(2K + I)² d²/²'

worin c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist:

= 3-10⁸m/s.

Um diese Bedingung zu erfüllen, enthält das dielektrische Material der Schicht Isolierstoffe mit polaren Molekülen, welche ferroelektrische Eigenschäften aufweisen und so gewählt sind, daß die Relaxationserscheinungen der Moleküle des Dielektrikums in dem Betriebsfrequenzband des Hohlleiters auftreten. Bekanntlich läßt sich die effektive Di-

elektrizitätskonstante ε' solcher Stoffe in folgender Form ausdrücken: ·

1 +

ω² τ²

Darin bezeichnet ε_χ die Dielektrizitätskonstante bei der Frequenz Unendlich (die beispielsweise dem sichtbaren Licht entspricht), e_s die statische Dielektrizitätskonstante (die bei sehr niedriger Frequenz gemessen wird), τ die Relaxationszeit des betreffenden Materials, e₀ die Dielektrizitätskonstante im Vakuum und ω = 2 π/ die Kreisfrequenz bei der betreffenden Frequenz.

Wenn die Frequenz ausreichend groß ist, so daß gilt:

/ ε, + 2ε₀ \ \ S₀₀ + IbJ

ω² τ²

und wenn das Material eine ausreichend hohe statische Dielektrizitätskonstante e_s hat, so ist festzustellen, daß sich die obige Gleichung im wesentlichen auf folgenden Ausdruck zurückführen läßt:

— «„

+ 2ε_ο

+ 2ε

ω² τ²

Es genügt dann, die Dicke d so zu wählen, daß die gesuchte Beziehung erfüllt ist, indem man setzt:
e. — s™ c² .

( ε, + 2ε₀ γ
\ε_χ + 2ε₀)

π² τ²

If

Das in das Dielektrikum eingefügte Material kann beispielsweise aus den Plombaten,Titanaten, Niobaten, Tantalaten, Wolframaten usw. der Erdalkalimetalle gewählt werden, da alle diese Stoffe sehr ausgeprägte ferroelektrische Eigenschaften haben und die Relaxationserscheinungen im allgemeinen im Bereich der Zentimeterwellen oder Millimeterwellen auftreten, die gerade für die übertragung durch kreisrunde Hohlleiter verwendet werden. Es können jedoch auch bestimmte organische Stoffe mit polaren Molekülen, wie das Sulfat von Aluminium-Guanidin, Dielektrika mit geeigneten Eigenschaften bilden, denn die Erscheinungen der Relaxation ist außerordentlich verbreitet.

Die betreffenden Stoffe können in das zur Füllung dienende Dielektrikum in beliebiger Weise eingefügt werden, beispielsweise durch Mischung mit einem wärmehärtbaren, flüssigen Harz, Bestreichen von Isolierbändern mittels einer Lösung oder Suspension des ferroelektrischen Stoffes oder nach irgendeinem anderen bekannten Verfahren.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hohlleiter mit kreisrundem Querschnitt, mit einer inneren Wand, die durch eine Wendel aus einem isolierten Metalldraht mit geringer Steigung gebildet ist, mit einer äußeren metallischen Abschirmung und mit einer zwischen der inneren Wand und der äußeren Abschirmung angebrachten Schicht eines dielektrischen Materials mit geringen dielektrischen Verlusten, dadurch gekennzeichnet, daß in das dielektrische Material ein Isolierstoff mit ferroelektrischen Molekülen eingefügt ist, die eine Relaxationserscheinung in dem über den Hohlleiter übertragenen Frequenzband aufweisen.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in das dielektrische Material eingefügte Isolierstoff ein mineralischer Stoff, wie die Plumbate, Titanate, Niobate, Wolframate oder Tantalate der Erdalkalimetalle ist.

3. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in das .dielektrische Material eingefügte Isolierstoff ein organischer Stoff, beispielsweise das hydratisierte Sulfat von Aluminium-Guanidin ist.