DE1465929A1

DE1465929A1 - UEbertragungsleitung mit dielektrischem Rohr fuer Hoechstfrequenzwellen

Info

Publication number: DE1465929A1
Application number: DE19641465929
Authority: DE
Inventors: Prache Marie Pierre
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1963-08-06
Filing date: 1964-08-05
Publication date: 1969-05-08
Also published as: GB1076565A; FR1372610A; US3275956A

Description

LIuITES TELEGRAPHIQUES ST TELBPHOHIQGES 89» rue de la Faisanderie, Paria (16)

Übertragungsleitung mit dielektrisohem Bohr für Höchstfrequen»wellen

Die Erfindung bezieht sich auf Leitungen für die Übertragung elektromagnetischer Wellen sehr hoher Frequenz , welche im wesentlichen ein kreiszylindrisohes lohraue einem dielektrischen Material mit sehr geringen Verlusten enthalten*

Derartige Übertragungsleitungen können in folgender Form aufgebaut seins

a) Als rohrförmig Gebilde , die aussehliesslieh aus dielektrischen Materialien bestehen}

b) als Gebilde gemäae Punkt a), welche durch ein auaeerhalb 909Ö19/0421

des dielektrischen rohrförmigen Gebildes angeordnetes leitendes Metallrohr vervollständigt sind?

e) als Gebilde gemäss Funkt b), welchejduroh einen im

Innern des dielektrischen rohrförmigen Gebildes angeordneten

metallischen Leiter vervollständigt sind.

Bekanntlich können in einem Gebilde nach einer der zuvor angeführten Arten a, b oder c bei ausreichend hohen Frequenzen Wellen des Typs TS oder des Typs TN übertragen werden.

Bei derartigen Leitungen ist es ferner bekanntlich erwünscht, dass die übertragung in einerGrundschwingung dea Typs TM oder des Typs TS erfolgt, welche rotationssymmetrisch zu der Rohrachse ist, und dass die Ausbreitung in einer einzigen Wellenform erfolgen muss. Das unbeabsichtigte Auftreten von anderen Wellenformen muss daher vermieden werden. Auf dem Gebiet der Nachrichtenübertragung mittels Trägerströmen ist es nämlich erforderlich, dass alle Wellen gleicher Frequenz sich mit

gleicher Geschwindigkeit ausbreiten. Wenn somit eine bestimmte Wellenform für die Ausbreitung gewählt ist,

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auss deren Übertragung gegenüber allen übrigen Wellenforaen begünstigt werden, welche sich in· der gleichen Richtung alt

anderen Geschwindigkeiten- ausbreiten könnten. Die rotationesymmetrisehen Wellenformen höherer Ordnung sind nicht störend, weil ihre Grenzfrequenz sehr viel höher als

die Grenzfrequenz der rotat ionssymiaetri sehen Grundwellenform ist, aber es bestehen Wellenformen, die keine Rotationssymmetrie aufweisen, und deren Grenzfrequenz in der gleichen Grössenordnung wie die Grenzfrequenz einer rotationssymmetrisehenGtundwellenform liegt, oder sogar kleiner als diese Grenzfrequenz ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Kürze wegen die rotationssymmetrische ^ürundweilenform des Typs TM als ^Mrotationssymmetrischer TM-Typ" und die rotationssymmetrische Grundwellenfore des Typs TE als "rotationssymmetrischer TE-Typ" bezeichnet.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung von Anordnungen, welche die Ausbreitung eines gewählten rotationssymmetrischen TE-Typs oder TM-Typs begünstigen und zugleich alle anderen rotationssymmetrisohen Wellenformen sowie die nicht rotationssymmetrischen Wellenformen benaehteilitgen.

Bei der nachfolgenden Beschreibung werden Zylinderkoordinaten angewendet« Die Koordinate ζ entspricht der Längsachse

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• A -

des Rohres, deren Richtung der Ausbreitungerichtung der

Wellen entspricht, die Koordinate r ist der Abstand eines Punktes von dieser Achse, und die Koordinate <p ist der Winkel, der eine radiale Richtung um diese Achse definiert.

Die Komponenten des elektrischen Feldes in der Längsrichtung, der radialen Richtung bzw. der Umfangeriehtung werden mit

E-» E„ bzw. Sj bezeichnet, ζ r γ

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordnungen beruht auf der Tatsache, dass die rotationssyinmetrieehen TM-oder TE-Typeη im gesamten Au₈breitungsraum wenigstens eine elektrische Feldkomponente des Wertes Null aufweisen (Sg beim TE-Typ, und E f beim TM-Typ), während diese Komponente bei den übrigen Wellenformen von Hull verschieden ist. Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Ausbreitung der Wellen, welche diese Komponente enthalten, schwieriger zu gestalten, damit die Ausbreitung der Wellenform begünstigt

wird, bei der sie den Wert Hull haben soll.

Eine Übertragungsleitung für die Übertragung einer Grundwellenform des Typs H oder des TypβTM, die rotationssymmetrisch zur Achse der Leitung liegt, enthält,nach der Erfindung ein kreiszylindrisches dielektrisches Rohr aus

Materialien.

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Materialion, welohe abwechselnd· Zonen mit gröseerer und mit kleinerer Dielektrizitätskonstante aufweisen, wobei die Trennfläohen zwischen diesen Zonen mit gröseerer und mit kleinerer Dielektrizitätskonstante senkrecht zu einer Richtung stehen, in welcher die elektrische Feldkomponente für die betreffende Wellenform normalerweise den Wert lull hat, während die elektrlsohe Feldkomponente in der gleichen Riohtung tffty die anderen Wellenformen tob Hull verschieden 1st.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der die gewählte Wellenform der rotationssymmetrisehe TM-Typ ist, bei welohem die Umfangekomponente Ttφ des elektrischen Feldes den Wert Wall hat, sind die Zonen mit kleinerer Dielektrizitätskonstante in dem dielektrisohen Rohr von den Zonen mit grosserer Dielektrizit.ätkonstante duroh Ebenen getrennt, welohe duroh die Längsachse des Rohres gehen, das aus Längsgliedern in Form von Zylinderabschnitten aus' einem dielektrischen Material mit verhältnismässig grosser Dielektrizitätskonstante gebildet ist, deren Querschnitt durch zwei Umfangskreisbögeffmit dem gleiohcnMittelpunkt und durch zwei durch diesen gemeinsamen Mittelpunkt

gehende fterade begrenzt ist, wobei diese Längeglieder

duroh

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durch Streifen eines Materials mit kleinerer Dielektrizitätskonstante voneinander getrennt sind. Die scheinbare

•Dielektrizitätskonstante i_St dann in der Umfangs- /

richtung kleiner als in der Längsrichtung, was die

Ausbreitung des unerwünschten TBJtTyρs zu verhindern sucht.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die gewählte Wellenform der rotationssymmetrische !B-Typ ist, für den die Längskomponente Ε_χ und die radiale Komponente E des elektrischen Feldes beide den Wert Mull haben, sind die Zonen mit kleinerer Dielektrizitätskonstante in dem dielektrischen Rohr yon den Zonen mit grösserer Dielektrizitätskonstante entweder durch senkrecht zur Längsachse des Rohres stehende Ebenen oder durch koaxial zur Längsachse angeordnete zylindrische Flächen oder durch beide Maasnahmen gleichzeitig voneinander getrennt. Im •raten Fall besteht das dielektrische Rohr aus Ringen eines dielektrischen Materials mit ziemlich grosser

dielektrizitätskonstante, welche abwechselnd mit Ringen aus einem dielektrischen Material kleinerer Dielektrizitätskonstante angeordnet sind, wobei die Länge dieser zweiten

Ringe

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Ringe in der Sichtung der Längeaohee kleiner ala diejenige der ersten Ringe ist. Im zweiten Pail besteht das dielektrische Rohr aus koaxialen zylindrischen Rohren, die so zusammengefugt sind, dass sie abwechselnd aus einem Material mit grösserer Dielektrizitätskonstante und aus einem Material mit kleinerer Dielektrizitätskonstante bestehen·

Der Vorteil dieser Anordnungen ist leicht zu verstehen, wenn berücksichtigt wird, dass die Absenkung der mittleren

Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Rohres, welche auf Grund des anisotropen Charaktere, welche der dielektrizitätskonstante duroh den nicht homogenen Aufbau des Rohres erteilt wird, nur für die unerwünschten Wellenformen wirksam 1st, die Folge hat, dass die Grenzfrequenz dieser Wellenfornwjangehoben wird und dementsprechend das ^Auftreten und die Ausbreitung dieser Wellenformen erschwert werden.

Bei den zuvor erwähnten ^Aus führ ungs forme η ist es nicht notwendig, dass die Zonen mit geringerer Dielektrizitätskonstante mit einem homogenen Material gefüllt sind. Sie können beispielsweise mit Luft gefüllt sein, wobei dann Massnähmeη für den mechanischen Zusammenhalt der Elemente

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a»· dem dielektrischen Material ait grusserer BL elektrizität» konstante Torgesehen sind.

Bestimmte AuBführungefomen der Erfindung eignen eich auch für den Fall» dass die Übertragungsleitung noch ein ausserhalb des dielektrischen Bohres liegendes «ylindriechee Metallrohr aufweist, und für den Fall, dass sie gleich- | zeitig ein leitendes zylindrisches Metallrohr ausserhalb

und einen Metallischen Leiter innerhalb des dielektrischen ftohres beeitst.

Ausfuhrungebeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sarin seigern

Fig.1 die geoeetrieehe age der Komponenten des aagnetiaohen Felds und des elektrischen Felds bei dem rotationssymmetrisehen TM-typ,

Fig.2 die geoaetrische Lage der Komponenten des aagnetischen Felds und des elektrisehen Felds beim rotationssysaietrisehen SE±Typ,

Fig.3 eine übertragungsleitung nach der Erfindung für den «•tationasysaetrieoaefi IK-Typ,

Fig.4 und 5 tbertragungsleitungen nach der Erfindung für den rotationssysMetrisehen SB-Typ,

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Pig.6 «in· Übertragungeleitung der in Vig«3 geaeigten Art ■it eines Metallrohr ausserhalb dee dielektrischen Böhreβ und

Fig.7 eine übertragungsleitung der in 'ig.3 gezeigten Art ■it leitenden Bohren ausserhalb und innerhalb dee dielektrischen Bohres·

Für den TM-Typ sind die von Hull verschiedenen Komponenten des elektrischen Felds und des magnetischen IbIde die in Fig.1 dargestellten Komponenten E₁, S_x, und H ^ · Die Komponente Bf hat den Wert Hull«

Beim TE-Tyρ sind die von lull verschiedenen Komponenten des magnetischen Felds and des elektrischen Fell· die in Fig.2 dargestellten Komponenten H₁, H_x, und S^ «Die Komponenten E. und E_ haben den Wert Hull.

Bei den Wellenformen, die nicht rotationssymmetrisch sind, hat keine der sechs Komponenten E_|t B_r, E ψ , H₂, H_r, He den Wert Null.

Fig.3 zeigt im Querschnitt eine nach der Erfindung ausgeführte Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Bohr, dae so ausgeführt ist, dass die Ausbreitung des TM-Type begünstigt wird* Dieses Rohr besteht aus einer gewissen

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BAD

- ίο -

Anzahl τοπ Längegliedertl in Form von Zylinderabschnitten 1, «•lohe voneinander durch Streifen 2 getrennt sind, deren Syaaaetrieebene durch die Achse des Rohres geht. Die Glieder 1 bestehen aus einem dielektrischen Material mit ziemlich grosser Dielektrizitätskonstante, während die Streifen aus einem dielektrischen Material mit kleinerer Dielektriseitätskonstante bestehen, beispielsweise aus Schaumstoff.

^ie Zahl der Längsglieder 1 kann natürlich von der in Fig.3 dargestellten Anzahl verschieden sein, und es ist nicht erforderlich, dass die Glieder alle einander gleich sind.

Dae orhandensein der Streifen 2 mit geringerer Dielektrizitätskonstante erschwert die Ausbreitung der Wellen, welche die Komponente B A enthalten, während die Ausbreitang des TM-Typs, für den die Komponente Έφ den Wert Hull hat, begünstigt wird.

Fig.4 zeigt in einer durch die LängsSymmetrieachse gehenden Ebene einen Schnitt durch eine Übertragungsleitung mit einem dielektrischen Rohr, das so ausgeführt ist, dass die Ausbreitung der Wellen erschwert wird, welche eine elektrische Feldkomponente E„ enthalten, während die Ausbreitung des TE-Typs begünstigt wird, für den diese Komponente den Wert Null hat. Das Rohr

setzt

909819/(K2t _BAD original

«11··

setzt eioh aua Hingen 3 eines dielektrischen Materials Mit ziemlich grosser Dielektrizitätskonstante und aus Hingen zusammen, deren Länge in der Achsrichtung kleiner als diejenige der Hinge 3 ist, und die aus einem dielektrischen Material (z.B.Schaumstoff) bestehen, dessen Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige des Materials der

Ringe 3 ist.

Fig.5 zeigt einen Querschnitt durch die Hälfte eines dielektrischen Rohres, das aus koaxialenZylindern 5 eines dielektrischen Materials mitjziemlioh grosser Dielektrizitätskonstante gebildet ist, welche toneinander durch dünnere Zylinder 6 aus einem Material mit kleinerer Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Schaumstoff, getrennt sind. Sine solche Anordnung erschwert die -Ausbreitung der Wellen, welche eine radiale elektrische Feldkomponente 15 haben, während andrerseits die Ausbreitung des TE-Tyρs begünstigt wird, bei welchem diese Komponente S₃. den Vert Hull hat.

Die Maesnahmen von Fig.4· und 5 können natürlich kombiniert werden.

Fig·6 zeigt einen Querschnitt durch eine Übertragungsleitung nach der Erfindung, bei welcher ein metallischer Zylinder ausserhälb eines dielektrischen Rohres angeordnet ist, das

demjenigen 909819/0Α2Ϊ

. 12 -

denjenigen τοη Pig.3 entspricht. Die Übertragungsleitung ist dann ein Wellenleiter, der durch ein leitendes zylindrisches Bohr gebildet 1st, in dessen Innerem einfach der Erfindung ausgebildetes dielektrisches zylindrisches Bohr., angeordnet ist.

Pig· 7 seigt im Querschnitt eine übertragungsleitung naoh der Erfindung, bei der ein leitendes zylindrisches Bohr ausserhalb eines dielektrischen Bohres der in Pig.3 gezeigten Art angeordnet ist, und bei der ferner ein metallischer zylindrischer Leiter 9 im Innern dieses dielektrischen Böhreβ angeordnet ist. Die übertragungsleitung ist dann eine Koaxialleitung, welche zwischen ihrem Innenleiter und ihrem Aussenleiter ein nach der Erfindung ausgebildetes dielektrisches Bohr enthält.

Die Mittel, welche die metallischen und dielektrischen feile im Abstand voneinander halten, sind in Pig.6 und zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.

Die Erfindung eignet sich auch für den fall, dass bei Leitungen gemäss Pig.6 und 7 das dielektrische Bohr von Jig.3 durch ein dielektrisches Bohr der in Hg.4- oder in *ig.5 gezeigten Art ersetzt wird.

Pa t e ntan sprüohe 909819/042t

Claims

U65929 Fat· Dta nspruohe

1. Übertragungsleitung für elektromagnetische Wellen sehr hoher Frequen», welehe dl· Ausbreitung einer bestimmten ^Grundwellenfor« des rotatienseymmetrisohen TM-Typs oder TE-Tyρs begünstigtt »it einem kreiseylindrisohen dielektrischen Rohr, das aus einem dielektrischen Material mit sehr kleinen Verlusten besteht, daduroh gekenn«eichnet, dass das Bohr aus abwechselnden Abschnitten mit grusserer und mit kleinerer Dielektrizitätskonstante gebildet ist, welche voneinander durch Flächen getrennt sind, die senkrecht au einer Richtung stehen, in der dl· Komponente des elektrischen Feldes bei der gewünschten Auebreitungsform den Wert WuIl hat.

2. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, ι für die Übertragung der rotationssymmetTischen urundwellen form des Typs TM, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Rohr Längsglieder in Form von Zylinderabschnitten enthält, deren Querschnitt durch zwei Kreisbogen mit dem gleichen, auf der Längsachse des Rohres liegenden Hittelpunkt und durch mwei duroh diesen gemeinsamen Mittelpunkt gehende Geraden begrenzt 1st, und dass diese Längsglieder voneinander duroh Streifen aus einem dielektrischen Material getrennt sind, deren Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige des die Längsglieder bildenden Materials iet. 909819/0421 BAD i

3. übertragungsleitung nach Anspruch 1 für die Übertragung der rotationeeymmetrischen Grundwellenform des Typs TB, dadurch gekenneelehnet, dass das dielektrische Bohr aus Ringen von grösserer Dielektrizitätskonstante und aus Ringen von kleinerer Dielektrizitätskonstante zusammengesetzt ist, die abwechselnd in der Richtung

der Längsachse des Rohres angeordnet ist, wobei die Ringe alt kleinerer Dielektrizitätskonstante eine geringere Ausdehnung in der Längsrichtung haben als die Ringe mit grösserer Dielektrizitätskonstante.

4. Übertragungeleitung nach Anspruch 1 für die Übertragung der rotationssymmetrisehen Grundwellenform des Typs TE, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Rohr aus konzentrischen zylindrischen Bohren zusammengesetzt ist, die abwechselnd aus einem Material mit grösserer dielektrizitätskonstante und aus einem Material mit kleinerer Dielektrizitätskonstante bestehen.

5· Übertragungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein leitendes zylindrisches Rohr ausserhalb des dielektrischen Rohres koaxial zu diesem angeordnet ist.

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6· Übertragungsleitung nach Anspruch 5» dadurch getenne«lehnet, dass ein zyllndriaher Leiter im Innern des dielektrischen Rohres koaxial zu diesem angeordnet ist.

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