DE1591262C - Koaxialwendelband Langsamwellenvornch tung - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einer Koxialwendel- Fig. 1 eine Schnittansicht einer bekannten Ko-

band-Langsamwellenvorrichtung mit einem Wendel- axialwendelband-Langsamwellenvorrichtung,
bandleiter, der an seinen Enden einen verminderten F i g. 2 eine Schnittansicht einer Koaxialwendel-

Außendurchmesser aufweist und dort mit Eingangs- 'band-Langsamwellenvorrichtung nach der Erfindung, und Ausgangssignal-Koxialleitungen verbunden ist, 5 F i g. 3 a und 3 b jeweils eine Draufsicht und eine die jeweils nur mit den Enden des Wendelbandleiters Seitenansicht eines bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2 in Berührung stehen. verwendeten Kontaktstiftes,

Es ist schon eine wendeiförmige Strahlatftenne für F i g. 4 ein Diagramm der in einer bekannten und

Breitbandanwendungen bekannt (»Proceedings of the in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erscheinen-I.R.E.«, Oktober 1948, S. 1236). Die Dimensionen 10 den Reflexionswellenformen,

dieser bekannten wendeiförmigen Antenne sind so F i g. 5 a und 5 b eine Ansicht des nichtreflektieren-

ausgelegt, daß man möglichst gleichmäßige Abstrah- den Breitbandabschlusses einer anderen Ausführungslungs- und Impedanzkennlinien für einen möglichst form der Erfindung,
großen Frequenzbereich bei extrem gerichteter Ab- F i g. 6 einen bekannten Abschluß,

strahlung erzielt. 15 F i g. 7 a und 7 b Oszillogramme der Wellenformen

Weiter ist eine Wanderwellenverstärkerröhre be- der vom erfindungsgemäßen bzw. vom bekannten kannt (französische Patentschrift 975 289), bei der ein Abschluß kommenden Reflexionswellen bei Anlegen allmählicher Übergang von einer Wendel zu einer einer Stufenspannung mit einer Anstiegszeit von Koaxialleitung vorgesehen ist. Dabei sind mehrere 0,1 ns und

Wicklungen mit vermindertem Durchmesser vor- 20 Fig. 8 das Spannungs-Stehwellen-Verhältnis in gesehen. Eine derartige Vorrichtung ist deshalb prak- Bezug zur an der Eingangsseite gemessenen Fretisch schwer verwendbar. quenz.

Schließlich ist auch noch eine Überleitung von Fig. 1 zeigt eine bekannte Koaxialwendelbandeiner Wendel auf eine Koxialleitung bekannt (fran- Langsamwellenvorrichtung. In einem zylindrischen zösische Patentschrift 1111098). Kontaktstifte sind 95 Abschirmaußenleiter 1 ist ein Wendelbandleiter 2 andabei nicht vorgesehen. geordnet. Am Ende des zylindrischen Abschirm-

Bisher war es schwierig, eine gute Impedanzanpas- außenleiters 1 ist eine Signaleingangs- und -ausgangssung für ein breites Frequenzband von Gleichstrom Koaxialleitung 3 derart angeordnet, daß ein Innenbis zu einigen GHz an den Berührungspunkten eines leiter 4 der Verbindung mit dem Endabschnitt des Wendelleiters mit einem als Signalein- und -ausgang 30 Wendelbandleiters 2 oder jeder anderen für die Imdienenden Koxialleiter zu erzielen. Grund ciafür pedanzanpassung geeigneten Stelle so in Berührung waren die Übergänge an diesen Berührungspunkten, kommt oder eingeschraubt ist, daß der Außenleiter 1 d. h. die Übergänge von dem Wenaeneuei um eiiicin mit der Koaxialleitung 3 verbunden wird. Der Innenbestimmten Außendurchmesser auf die Koaxial- leiter 4 wird von einem Träger 5 gehalten, dem ein leitungen mit einem kleineren Außendurchmesser. 35 Einstellschraubblock 6 zugeordnet ist.
Für den Übergang muß der Außendurchmesser des Bei einer solchen Langsamwellenvorrichtung sind

Wendelleiters auf den der Koaxialleitungen gebracht Störungen in der Verteilung des elektromagnetischen werden. Feldes auf Grund des Aufbaus der Verbindung zwi-

Aufgabe der Erfindung ist es, die Impedanzanpas- sehen dem Innenleiter 4 und dem Wendelbandleiter 2 sung des Endabschnitts des Wendelleiters mit verrin- 40 unvermeidlich, weshalb es an der Verbindung zwigertem Durchmesser zu ermöglichen. sehen dem Innenleiter 4 und dem Wendelbandleiter 2

Bei einer Vorrichtung der einleitend angeführten örtlich zu Impedanzveränderungen kommt.
Ausbildung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da- F i g. 4 zeigt bei B, daß zwar bei der vorstehend

durch gelöst, daß der Wendelbandleiter in radialer beschriebenen Vorrichtung ein Eingangssignal über Richtung eine erhebliche Dicke und einen gleich- 45 die Verbindung zwischen dem Innenleiter 4 und dem mäßigen Innendurchmesser aufweist, daß an den Wendelbandleiter 2 bis zu 4000 MHz richtig über-Endabschnitten der Koaxialleitungen vorgesehene tragen wird, die Reflexion jedoch in höheren Fre-Kontaktstifte fest in eine Windung des Wendelband- quenzbereichen anwächst. Demnach kann ein Signal leiters einsetzbar sind, wobei der Kontaktstift nicht mit gutem Wirkungsgrad übertragen werden, höchstens mit einer Windung des Wendelbandleiters 50 Selbst wenn die Übertragung bei einer solchen Langin Berührung steht, und daß der Wendelbandleiter an samwellenvorrichtung im Bereich von Null bis zu jedem seiner beiden Enden nur mit der mit dem Kon- 7000 bis 8000 MHz möglich wäre, ist es daher taktstift in Berührung stehenden Windung ge- schwer, diese Möglichkeit voll auszunützen,
haltert ist. Durch die Erfindung sollen die obengenannten

Die Kontaktstifte sind also in die beiden End- 55 Mangel beseitigt werden. Im folgenden wird eine abschnitte des starren Wendelstreifens eingesetzt und Ausführungsform der Erfindung an Hand der Fig. 2 berühren nur eine einzige Windung der Wendel. Die und 3 näher erläutert. Fig. 2 zeigt in einem zylin-Endabschnitte haben einen verminderten Außen- drischen Abschirmaußenleiter 7 mit dem Innendurchmesser, und die Kontaktstifte dienen so nicht durchmesser r_z einen Wendelbandleiter 8.
nur als die einzige Halterung für den Wendelband- 60 In die letzte Windung des Wendelbandleiters 8 ist leiter, sondern zusätzlich auch als Kontakte für die ein Kontaktstift 10 eingesetzt. Ein L-förmiger Innenelektromagnetische Kopplung zwischen den End- leiter 11, der an seinem Endabschnitt mit einem Konteilen des Wendelbandleiters und den Koaxialinnen- taktstift 10 versehen ist, der vier vorspringende leitern. Dadurch ist für den Signalübergang eine Im- Teile 9 aufweist, wie in F i g. 3 a dargestellt, wird von pedanzanpassung des Endabschnitts des Wendel- 65 einem dielektrischen Träger 12 gehalten und ist in leiters mit verringertem Durchmesser erzielt. den Abschirmaußenleiter 7 eingesetzt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise Ein Innenleiter 14 einer Signaleingangs- bzw.

veranschaulicht, und zwar zeigt -ausgangs-Koaxialleitung 13 ist mit dem L-förmigen

Innenleiter 11 verbunden. Man erkennt weiter einen Einstellschraubblock 15.

Die in F i g. 2 dargestellten Werte α und b sind so gewählt, daß die Kennlinienimpedanz 50 Ω beträgt, d. h., daß sie der Gleichung

S)=^J--log *

entspricht, worin ε die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums bedeutet. Dementsprechend ist der Teil des L-förmigen Innenleiters 11, der durch den dielektrischen Träger 12 gehalten wird, so ausgebildet, daß der Durchmesser c des Innenleiters 11 klein sein kann, und zwar umgekehrt proportional zu ]/ε~.

Um ferner eine Fehlanpassung der Impedanz an der Verbindung zwischen dem wendeiförmigen Endteil des Bandleiters 8 und dem Innenleiter 11 so weit wie möglich zu vermeiden und dadurch eine gute Anpassung zu schaffen, ist das Ende des Innenleiters 11 in das Mittelloch des Wendelbandleiters 8 eingesetzt. Wenn in diesem Fall der Teil 9 des Kontaktstiftes 10 säulenförmig ist und das Mittelloch derart ausfüllt, daß das Teil mit mehreren Windungen des wendelförmigen Leiters in Berührung steht, bildet dieses Teil eine koaxiale Wendelleitung und zeigt einen außerordentlich geringen Wellenwiderstand. Um diesen Impedanzabfall zu verhindern, wird die Länge des am Ende des Kontaktstiftes 10 angeordneten Teils 9 so gewählt, daß es höchstens eine Windung des Wendelbandleiters 8 berührt. Um ferner die durch den eingesetzten Innenleiter eingeführte Kapazität zu verringern und dadurch eine Impedanzanpassung zu schaffen, werden vier in Kreisbogenform angeordnete vorspringende Teile 9, deren Größe dem Mittelloch des Wendelbandleiters angepaßt ist, wie in F i g. 3 a dargestellt, und die eine Breite von 1,5 mm und eine Dicke von ebenfalls etwa 1,5 mm aufweisen, in das Mittelloch eingesetzt und in ihm derart befestigt, daß die Endfläche des Kontaktstiftes mit den Endflächen des Wendelbandleiters 8 in Berührung steht.

Da ferner die Induktivität pro Windung durch Einsetzen der vier vorspringenden Teile verringert wird, wird der Außendurchmesser der Kontaktwindung des Wendelbandleiters 8 auf T₁ + r₂ verringert, um eine Anpassung des Wellenwiderstands an der Kontaktstelle zu erzielen, wobei r_t und r₂ die Radien des Mittellochs bzw. der äußeren Begrenzung einer gewohnlichen Windung des Wendelbandleiters 8 sind. Andererseits kann das Mittellochteil 16 zum Einsetzen in den Wendelbandleiter 8 zur Erzielung einer Impedanzanpassung am eingesetzten Teil aus Steatit bestehen, und der Kontakt wird durch Verbinden der Endflächen unter Druckanwendung hergestellt.

Fig. 4 zeigt bei A eine Reflexionswellenform dieser Ausführungsform. Es wird demnach die Veränderung der zugehörigen konzentrierten Impedanz an der Verbindung zwischen dem Innenleiter 11 und dem Wendelbandleiter 8 so klein wie möglich und damit eine gleichmäßige Signalübertragung von der äußeren Koaxialleitung auf eine Koaxialwendelband-Langsamwellenvorrichtung im Frequenzbereich bis zu 7000 MHz ermöglicht. F i g. 4 zeigt bei B eine Reflexionswellenform, wie sie in einer bekannten Vorrichtung beobachtet wird.

Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der auf den Abschluß der Vorrichtung gerichteten Erfindung beschrieben.

Bei einer in einer Wanderwellen-Kathodenstrahlröhre verwendeten bekannten Wendelbandablenkleitung wird eine Ausgangsverbindung gewöhnlich mit einer künstlichen Belastung abgeschlossen, um das Signal vollständig zu absorbieren. Eine solche Vorrichtung weist jedoch die folgenden Nachteile auf. Da nämlich das Arbeitsfrequenzband einer Wanderwellen-Breitbandkathodenstrahlröhre sich in einen höheren Frequenzbereich erstreckt, wird die zugehörige konzentrierte Impedanz an der Verbindung der Signaleingangs- und -ausgangs-Koaxialleitung auf Grund der strukturellen Fehlanpassung an dieser Verbindung merklich spürbar, und in einem Frequenzbereich oberhalb 4000 MHz tritt eine Resonanz mit den Eingangs- und Ausgangsteilen als Knotenpunkt auf, und das Spannungs-Stehwellen-Verhältnis wird zeitweise höher als sechs und stört die Ablenkeigenschaften.

Demnach kann das Arbeitsfrequenzband, selbst wenn das Frequenzband der Ablenklangsamwellenvorrichtung im Bereich bis zu 7 bis 8 GHz liegt, durch das Resonanzphänomen an der Eingangs- und Ausgangskoaxialverbindung begrenzt werden. Gemäß der Erfindung kann dieser Mangel behoben werden, das Arbeitsfrequenzband kann bis zu einem sehr hohen Frequenzbereich ausgedehnt werden, und daher kann die Breitbandanpassung bei einem Spannungs-Stehwellen-Verhältnis von weniger als 2,5 über einen Frequenzbereich bis zu wenigstens 6 GHz erzielt werden. Dadurch wurde die Herstellung einer Breitbandkathodenstrahlröhre ermöglicht. Da, wie oben beschrieben, eine der größten Impedanzfehlanpassungen, die den Hauptteil der Reflexionswelle erzeugt, am Verbindungspunkt zwischen dem Wendelband und dem Innenleiter der Ausgangskoaxialleitung für den Anschluß eines koaxialen nichtreflektierenden Abschlußwiderstands außerhalb der Röhre erscheint, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung diese Leitung weggelassen, und statt dessen wird ein Abschlußwiderstand mit dem Ende des Wendelbandes über eine Koaxialleitung durch einen nichtreflektierenden Breitbandabschluß verbunden.

Im folgenden wird diese Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben. Diese Ausführungsform (F i g. 5 a) ist so ausgebildet, daß sich eine elektromagnetische Welle über eine Koaxialleitung als TEM-Welle fortpflanzt, während die Störung der Fortpflanzung der elektromagnetischen Welle über die Koaxialwendelbandleitung so klein wie möglich gehalten wird. Mit anderen Worten, das Koaxialübertragungssystem setzt sich aus einem verlängerten Teil eines zylindrischen Außenleiters 22' einer Wendelband-Langsamwellenvorrichtung und einem Innenleiter eines Kontaktstiftes 24 zusammen, und der Wellenwiderstand wird auf 50 Ω eingestellt.

Am Abschluß der Koaxialleitung ist eine zylindrische Breitbandattrappe, die aus einem Hochfrequenz-Kohlewiderstand besteht, am Innenleiter der Koaxialleitung befestigt, um einen nichtreflektierenden Breitbandabschluß zu bilden. Dieser Breitbandabschlußwiderstand 28 soll so ausgebildet sein, daß sich seine Eigenschaften beim Brennen oder einem anderen Röhrenherstellungsverfahren im Vakuum nicht verändern.

Um die Eigenschaften des nichtreflektierenden

Breitbandabschlusses zu verbessern, ist ein abgeschrägter Impedanzkompensator 29 rund um den Kohlewiderstand angeordnet und mit dem zylindrischen Außenleiter der Langsamwellenvorrichtung verbunden. Die Form der Abschrägung des abgeschrägten !Compensators 29 ergibt sich wie folgt:

In

d ~

k =

(1)

2π

wobei, wie in F i g. 5 b dargestellt,

D (x) = Innendurchmesser an einem Punkt χ, ίο d = Außendurchmesser des inneren Widerstands,

a = Längs des inneren Widerstands,
R = Widerstand des 50-Ω-Widerstands,
ω = 2 π j — Winkelfrequenz

der elektromagnetischen Welle,
λ = Wellenlänge,
μ = Permeabilität,
ε = Dielektrizitätskonstante.

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Gemäß dieser neuen Anordnung wird die Reflexionswelle B, am Abschluß, wie in F i g. 7 a dargestellt, im Vergleich zu dem bekannten Beispiel B in F i g. 7 b verbessert, da die Impedanzfehlanpassung auf weniger als die Hälfte verringert werden kann, und, wie aus F i g. 8 ersichtlich, kann eine gleichmäßige Anpassung mit einem Spannungs-Stehwellen-Verhältnis von weniger als 2,5 über einen Frequenzbereich bis zu 6 GHz erzielt werden. In F i g. 8 zeigt die ausgezogene Linie ein Ergebnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die gestrichelte Linie ein Ergebnis einer bekannten Vorrichtung. Bei Anwendung der Erfindung in der Praxis bei einer Breitband-Kathodenstrahlröhre können bis zu 6 GHz Gleichstrom gute Arbeitseigenschaften der Elektronenstrahlablenkung erzielt werden. Demnach ist die Erfindung von großer Bedeutung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Koaxialwendelband-Langsamwellenvorrichtung mit einem Wendelbandleiter, der an seinen Enden einen verminderten Außendurchmesser aufweist und dort mit Eingangs- und Ausgangssignal-Koaxialleitungen verbunden ist, die jeweils nur mit den Enden des Wendelbandleiters in Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelbandleiter (8) in radialer Richtung eine erhebliche Dicke und einen gleichmäßigen Innendurchmesser aufweist, daß an den Endabschnitten der Koaxialleitungen (13) vorgesehene Kontaktstifte (10) fest in eine Windung des Wendelbandleiters einsetzbar sind, wobei der Kontaktstift höchstens mit einer Windung des Wendelbandleiters in Berührung steht, und daß der Wendelbandleiter (8) in jedem seiner beiden Enden nur mit der mit dem Kontaktstift in Berührung stehenden Windung gehaltert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktstift (10) mit einer Vielzahl von in Kreisringform angeordneten vorspringenden Teilen (9) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktstift (10) einen vorspringenden Teil aufweist, der aus einem zylindrischen dielektrischen Körper (16) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtreflektierender Breitbandabschlußwiderstand (28) mit Impedanzkompensator (29) direkt konzentrisch mit dem Ende des Kontaktstiftes an der Ausgangsseite verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in eine Vakuumröhre eingeschlossen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen