DE1591559C3 - Hochfrequenzleitungsverbindung - Google Patents

Description

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Eigenschaften, also der gleichstrommäßigen Isolierung, Innenleiter 1 und 2 über eine I₁ lange Stichleitung mit eine unerwartet hohe Bandbreite gegenüber den ein- dem Wellenwiderstand Z₁ in Verbindung stehen,

gangs genannten bekannten kontaktlosen Koaxial- Wird I₁ ]/<v = λ/4 gewählt, so ist der Fehler der

Steckverbindungen. Verbindung praktisch 0, während für I₁ |/i7 > A/4 die

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäß der 5 Verbindung kapazitiv ist und für I₁ ]'i^ < A/4 induk-Erfindung besteht darin, daß die zu verbindenden tiv. In diesen Formeln ist e_r die relative Dielektrizitäts-Innenleiterenden zweier Koaxialleitungen über ein konstante der dielektrischen Schicht 3. Der dabei aufbeidseits auf die gleiche Länge I₁ im Durchmesser ab- tretende Fehler ist um so kleiner, je kleiner das Vergesetztes neutrales Steckerstück verbunden sind, hältnis Z₁JZl ist. Hierin ist Zl der Wellenwiderstand dessen abgesetzte Enden unter Zwischenlage der di- io der zu verbindenden Leitungen. Es ist also stets elektrischen Schicht in die buchsenförmig gestalteten günstig, den Wellenwiderstand Z₁ so klein wie mög-Leiterenden eingesteckt sind, und daß bei dieser An- Hch zu wählen und so klein als es herstellungstechnisch Ordnung die Länge /₂ des nicht abgesetzten und mit möglich ist. Praktisch realisierte Werte lagen bei Innendem zu verbindenden Leiter wenigstens etwa durch- leiterdurchmessern von 3,5 mm in der Größenordmessergleichen Mittelteils des neutralen Steckerstücks 15 nung von Z₁IZl = 1/20. gleich oder kleiner 21₁ bemessen ist. In vieler Hinsicht günstiger sind jedoch neutrale

Besonders günstig ist ein Ausführungsbeispiel, bei Steckverbindungen der erfindungsgemäßen Art nach

dem die auf die Länge I₁ abgesetzten beiden Leiter- F i g. 2 und 3, für die das Ersatzschaltbild nach F i g. 4

enden der zu verbindenden Leiter in die ebenso langen gilt. Bei diesen Ausführungsbeispielen kontaktloser

buchsenförmig gestalteten Enden einer mit den Leitern 20 Innenleiterverbindungen läßt sich nämlich auf ein-

im übrigen wenigstens etwa durchmessergleichen fache Weise durch die Abmessungen des neutralen

Hülse unter Zwischenlage der dielektrischen Schicht, Zwischenstückes gleichzeitig eine gute Fehlerkompen-

die sich auch über die Ränder der Hülse erstreckt, ein- sation erreichen. Nach der F i g. 2 sind die Leirungs-

gesteckt sind. enden wie beim Innenleiter 1 nach der F i g. 1 hülsen-

Die Bandbreite einer so dimensionierten Verbindung 25 förmig ausgeführt. Das Verbindungselement 7 hat steigt noch, wenn der Wellenwiderstand des durch das beidseits Enden, die entsprechend dem Leitungsneutrale Zwischenstück und den Außenleiter gebildeten ende 2 bei der F i g. 1 ausgeführt sind. Die dielektrische Koaxialleitungsstücks um einige Prozent größer ge- Schicht ist wieder mit 3 bezeichnet, die Stichleitungswählt ist als der der miteinander zu verbindenden, an- längen sind mit Z₁ bezeichnet, während I₂ die Länge des grenzenden Koaxialleitungen. Andererseits wird der 30 nicht abgesetzten, mit den angrenzenden Innenleitern Reflexionsfaktor einer solchen Verbindung kleiner, durchmessergleichen Zwischenstücks 7 ist. Die Außenwenn der Wellenwiderstand des durch das neutrale leiterverbindung erfolgt über Flansch oder flansch-Zwischenstück und den Außenleiter gebildeten Ko- ähnlich gestaltete Leitungsenden, wofür Ausführungsaxialleitungsstücks um einige Prozent kleiner gewählt bdspiele bekannt sind.

ist als der der miteinander zu verbindenden angrenzen- 35 Bei der F i g. 3 sind die Leitungsenden 2 steckerden Koaxialleitungen. Beide Maßnahmen bedingen förmig ausgebildet und das Zwischenelement 5 benatürlich eine gewisse Verschlechterung des jeweils steht praktisch nur aus einer Hülse. Da mit I₂ bei der nicht berücksichtigten anderen Faktors, also entweder F i g. 2 praktisch der Stichleitungsabstand angegeben des Reflexionsfaktors im erstgenannten Fall, oder der ist, wurde auch bei der F i g. 3 hierfür I₂ gesetzt, denn Bandbreite im zweiten Fall. 40 die Hülsenlänge entspricht hierbei praktisch dem

Es zeigte sich hierbei, wie auch später an Hand von Stichleitungsabstand. Die Schichtdicke des Dielektri-Schaubildern näher dargestellt und erläutert, daß über kums beträgt nur einige Zehntel mm, und dement-Bandbreiten, die größer als die Betriebsbandbreite von sprechend dünn sind auch die Schichten an den Stirn-Hohlleitern (1,5/1) sind, Reflexionsfaktoren von sehen der Steckelemente.

weniger als 2°/₀₀ je Verbindung erzielt werden können. 45 Für beide Ausführungsbeispiele gilt das elektrische

Die Dämpfung beträgt hierbei nur einige Tausendstel Ersatzschaltbild nach der F i g. 4, bei dem der mittlere

dB. Abstand der beiden Stichleitungen, die jeweils wieder,

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von da sie gleichartig ausgeführt sind, den Wellenwider-Figuren näher erläutert. stand Z₁ haben, mit I₂ bezeichnet ist. Die Stich-

Die F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer 50 leitungslängen sind hingegen I₁, und der Wellenwiderkontaktlosen Innenleiterverbindung entsprechend dem stand, den das neutrale Zwischenelement mit dem Stand der Technik, deren Leitungsersatz-Schaltbild in Außenleiter bildet, ist mit Z₂ bezeichnet. Wird nun der F i g. 1 a gezeigt ist. Bei der vorliegenden Koaxial- ausgehend von diesem Ersatzschaltbild I₂ — I₁ geleitung sind mit 1 und 2 die zu verbindenden Innen- wählt, was natürlich nur im Ausführungsbeispiel nach leiterenden bezeichnet, während 3 eine Schicht aus gut 55 F i g. 2 möglich ist, so ergibt sich im Bereich der isolierendem Dielektrikum ist. Mittenfrequenz /₀ des Übertragungsbereiches ein sehr

Der Innenleiter 2 ist dabei steckerförmig ausgebildet, flacher Verlauf des Reflexionsfaktors. Das rührt offenwozu er an seinem Ende auf die Länge I₁ im Durch- bar daher, daß bei der Frequenz /₀ eine doppelte Nullmesser abgesetzt ist. Das Innenleiterende 1 ist ent- stelle des Reflexionsfaktors auftritt, denn einerseits sprechend auf mindestens die gleiche Länge I₁ büchsen- 60 geht bei Annäherung an die Frequenz /₀ der Blindförmig gestaltet und mit der dielektrischen Schicht 3 widerstand X der Stichleitung gegen 0, und andererausgekleidet, die allerdings auch am steckerförmigen seits kompensieren sich kleine Werte von X in der Teil aufgebracht sein könnte. Für die Außenleiter- Nähe der Frequenz /₀, da I₂ dann praktisch gleich Λ/4 enden 4 ist in der F i g. 1 kein besonderes Verbindungs- ist, worin λ die mittlere Betriebswellenlänge ist. In beispiel angegeben, sie kann jedoch in ähnlicher Form 65 größerem Abstand von der Mittenfrequenz tritt jedoch erfolgen wie am Innenleiter oder auf irgendeine be- keine Kompensation mehr auf, sondern sogar Addition kannte Art, z. B. mittels Flanschen. der beiden Blindwiderstände.

Das Ersatzschaltbild nach der F i g. 1 zeigt, daß die Es hat sich nun gezeigt, daß man zu wesentlich

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größeren Bandbreiten der Anordnung bei noch hat sich gezeigt, daß durch Verringerung des Wellengünstigeren Reflexionsfaktoren dadurch kommen kann, Widerstandes Z₂ des Leitungsstückes I₂ der Refiexionsdaß man I₂ ungleich I₁ wählt, und als ganz besonders faktor noch verkleinert werden kann, wobei dann die günstiger Fall hat sich herausgestellt, /₂ wenigstens Nulldurchgänge des Reflexionsfaktors näher bei /₀ etwa 21₁ zu bemessen. Wird die Länge I₂ kleiner als die 5 zu liegen kommen. Dadurch wird auch der Reflexions-Länge I₁ der Stichleitung bemessen, was natürlich wie- faktor zwischen den Nullstellen kleiner, was jedoch der nur im Fall der F i g. 2 möglich ist, so durchläuft mit einer gewissen Einbuße an Bandbreite verbunden die Impedanzkurve zweimal den Anpassungspunkt, ist. Man wird also diese Dimensionierung zweckmäßig nämlich einmal bei der Frequenz/₀ und ein zweites dann vornehmen, wenn, wie es bei Richtfunkverbin-MaI bei einer Frequenz, die höher liegt als f₀. Günsti- io düngen häufig erwünscht ist, der Reflexionsfaktor ger ist jedoch eine Dimensionierung, bei der I₂ größer möglichst gering bleiben soll, die Anforderungen an als ²I₃1₁ ist, da bei weiterer Verkürzung der Reflexions- die Bandbreite jedoch nicht so hoch sind. Beispiele für faktor in der Umgebung von /₀ sehr rasch ansteigt. eine derartige Dimensionierung sind in den F i g. 5 a Wird dagegen I₂ größer als I₁ bemessen und damit bis 5c dargestellt. Bei der F ig. 5 ist dabei das Impcdanz-. größer als A/4, so ergeben sich neben der Nullstelle des 15 verhältnis Z₀JZ₂ = 1. Bei der F i g. 5a ist dieses VerReflexionsfaktors bei der Frequenz /₀ nicht nur eine, hältnis 1,01, bei der F i g. 5b gleich 1,02 und bei der sondern zwei weitere Nullstellen, die unterhalb und Fig. 5c gleich 1,03. Bei all diesen Figuren war das oberhalb von /₀ liegen. Mit /_a ist im weiteren Text die Verhältnis Wellenwiderstand der Stichleitungen zu dem Frequenz des unterhalb von /₀ liegenden Nulldurch- der zu verbindenden Koaxialleitungen Z₁IZ₀ gleich gangs des Reflexionsfaktors bezeichnet, während mit 20 0,05. Solche Wellenwiderstandsverhältnisse sind bei /₂ die zum oberhalb /₀ stattfindenden Nulldurchgang 3,5/9,5 Koaxialleitungen noch ohne Schwierigkeiten des Reflexionsfaktors gehörende Frequenz benannt zu verwirklichen. Wie ersichtlich, können damit über ist. Die beiden Nulldurchgänge liegen jedoch nur dann ein ganzes Hohlleiterband mit einer Bandbreite von frequenzmäßig symmetrisch zu /₀ und ebenso ist der etwa 1,5/1 Reflexionsfaktoren r von wenigen Promill Impedanzverlauf, wie er später an Hand der Fig. 5, 25 erreicht werden. So zeigt die Fig. 5b, daß der Re-5a, 5b, 5c gezeigt ist, nur dann symmetrisch zur flexionsfaktor r im Bereich von 0,7 /„ und 1,3 /₀ kleiner Mittenfrequenz/₀, wenn I₂ = Il₁ bemessen wird. als 2⁰I₀₀ISt. Als Material für die isolierende Dielektri-Bei dieser Bemessung ist also der maximale Reflexions- kumschicht diente in allen Fällen ein Schlauch aus faktor zwischen den Nullstellen gleich groß. Dadurch einem unter dem Namen »Teflon« bekannten Material, ergibt sich eine sehr große Bandbreite bei relativ ge- 30 In der F i g. 6 ist schließlich an Hand eines Diaringem maximalen Reflexionsfaktor. grammes dargestellt, wie der Reflexionsfaktor r in

Der erreichte Erfolg bei dieser Dimensionierung ist Abhängigkeit vom gewählten Verhältnis ZJZ₀ aboffenbar physikalisch so zu erklären, daß bei der Fre- hängt, wenn eine bestimmte Bandbreite verlangt wird, quenz/₀ die Stichleitungen wegen ihrer λ/4 Dirnen- oder ein bestimmtes Wellenwiderstandsverhältnis ZJZ₂ sionierung an sich Kurzschlüsse an die Verbindungs- 35 angenommen wird. Die gestrichelten Linien sind dabei stellen der Leitung transformieren, so daß Reflexionen Parameter für gleiches Wellenwiderstandsverhältnis nicht auftreten, während bei der Frequenz /_x die a — ZJZ₂. Die ausgezogenen Linien sind Parameter Leitungslänge I₂ einer A/4-Leitung entspricht, wodurch für konstante Bandbreite, B = 3/1 bis 1,5/1. Die entdie Fehler der beiden Verbindungsstellen für An- sprechenden Werte sind bei den jeweiligen Kurven anordnungen nach den F i g. 2 oder 3 sich gegenseitig 40 getragen. Man kann also aus diesem Diagramm für kompensieren. Ebenso liegt der Fall bei f₂, da dann eine verlangte Bandbreite und einen vorausgesetzten das Leitungsstück 4 = 3 λ/4 Leitungslängen hat Da- Reflexionsfaktor r, die Verhältnisse ZJZ₀ bzw. ZJZ₂ bei ist λ die jeweilige Betriebswellenlänge". entnehmen.

In der F i g. 5 ist ein Beispiel für den Verlauf des Es ist auch möglich, die Bandbreite der Verbindung, ■Reflexionsfaktors, abhängig vom Frequenzverhält- 45 allerdings auf Kosten eines größeren Reflexionsnis fifo dargestellt. / ist dabei die laufende Betriebs- faktors, dadurch zu erhöhen, daß man das Verhältfrequenz. Es ist daraus ersichtlich, daß Nullstellen des nis ZJZ₂ kleiner wählt als 1. Dies kann in Fällen von Reflexionsfaktors bei den Frequenzen fifo = 0,5, 1 Bedeutung sein, wo eine äußerst große Bandbreite bei und 1,5 auftreten. Ferner läßt sich daraus ersehen, daß geringen Forderungen an die Reflexionseigenschaften die beiden Schleifen symmetrisch zur reellen Achse 50 der Verbindung erwünscht ist. Die hierzu notwendigen liegen. Man kann der Darstellung entnehmen, daß die Änderungen des Verhältnisses ZJZ₂ sind, wie im um-Bandbreite einer solchen Verbindung bei annehm- gekehrten, oben geschilderten Fall, ebenfalls wieder baren Reflexionsfaktoren größer als 3/1 sind. So ergab nur einige %„. Die in jeder Hinsicht elektrisch sehr sich für ein Wellenwiderstandsverhältnis ZJZ₀ = 0,1 günstige Ausführung nach der F i g. 3 hat zusätzlich eine Bandbreite von 3,5/1 bei einem maximalen Re- 55 den Vorteil, daß der Innendurchmesser des Röhrflexionsfaktor von nur 3 %. An sich könnte dieser chens 5 kleinere Fertigungstoleranzen erlaubt als der Reflexionsfaktor noch dadurch verringert werden, daß Innendurchmesser eines Sackloches, wie es bei den das Verhältnis Zi/Zo noch geringer gewählt wird. Dies Leitungsenden anderer Verbindungen notwendig \vird. ist jedoch in fertigungstechnischer Hinsicht schwierig, Die Verluste derartiger Leitungsverbindungen werda dann die schon erwähnte Dielektrikumschicht aus 60 den in erster Linie durch Stromverluste auf der Leitereinem unter dem Namen »Teflon« bekannten Material oberfläche hervorgerufen. Demgegenüber sind die für eine steckbare Verbindung untragbar dünn wird. dielektrischen Verluste vernachlässigbar klein. Diese

Überlegungen und Versuche im Rahmen der Er- waren z. B. bei praktischen Ausführungsbeispielen

• findung haben jedoch gezeigt, daß durch besondere von Steckverbindungen der erfindungsgemäßen Art,

Dimensionierung des Wellenwiderstandes des Trans- 65 bei denen als Dielektrikum ein Schlauch aus dem oben-

formationsleitungsstückes mit der Länge I₂ (s. F i g. 2 erwähnten Material »Teflon« von 0,1 mm Wand-

und 3) sich noch günstigere Verhältnisse hinsichtlich stärke verwendet wurde, im Frequenzbereich um

Reflexionsfaktor und Bandbreite erreichen lassen. Es 6 GHz kleiner als 10~³ dB pro Verbindung. Die Ge-

samtverluste einer solchen erfindungsgemäßen Verbindung sind kleiner als 0,01 dB.

Im Prinzip läßt sich die angegebene Verbindungsmethode schließlich auch ohne weiteres auf die Außenleiter von Koaxialleitungen, bzw. auf Hohlleiterverbindungen anwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Leitungsteile über eine beim Tnnen- und/oder Außen- Patentansprüche: leiter einer Koaxialleitung an dem der Leitungsverbin dung abgewandten Ende elektrisch offene und wenig-

1. Kontaktlose Hochfrequenzleitungsverbindung, stens etwa /1/4 lange, sich in axialer oder radialer bei der die beiden Leitungsteile über eine beim 5 Richtung der zu verbindenden Leitungen erstreckende Innen- und/oder Außenleiter einer Koaxialleitung Stichleitung im Betriebsfrequenzbereich dadurch hochan dem der Leitungsverbindung abgewandten Ende frequenzmäßig miteinander verbunden sind, daß die elektrisch offene und wenigstens etwa /1/4 lange, Stichleitung/en ein festes Dielektrikum enthält/entsich in axialer oder radialer Richtung der zu ver- halten, durch das die beiden Leitungsenden ohne galbindenden Leitungen erstreckende Stichleitung im io vanischen Kontakt steckbar miteinander verbunden Betriebsfrequenzbereich dadurch hochfrequenz- sind.

mäßig miteinander verbunden sind, daß die Stich- Steckverbindungen in der Hochfrequenztechnik

leitung/en ein festes Dielektrikum enthält/enthalten, zeigen im Laufe der Zeit meist Kontaktstörungen, die durch das die beiden Leitungsenden ohne galva- entweder durch Abnutzung der Kontaktelemente oder nischen Kontakt steckbar miteinander verbunden 15 durch Oxidation u. dgl. entstehen. Das Problem, eine sind, dadurch gekennzeichnet, daß gute Kontaktgabe zu erzielen, besteht vor allen Dingen zwei Stichleitungen in Längserstreckung der Lei- bei den Innenleitern von Koaxialleitungen, da an tung im Abstand größer als /1/4, vorzugsweise etwa diesen der Kontaktdruck nicht beliebig groß gemacht λβ, wobei λ die mittlere Betriebswellenlänge ist, werden kann, denn der hierzu erforderliche Axialschub hintereinander angeordnet sind, so daß sich eine 20 würde sehr umfangreiche Stützmaßnahmen des Innenneutrale elektrisch kompensierte Steckverbindung leiters im Außenleiter erfordern. Bei den Außenleiterergibt. verbindungen ist ein guter Kontakt eher möglich, da ^

2. Hochfrequenzleitungsverbindung nach An- dort wegen der leichten Zugänglichkeit, z. B. unter C spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu ver- Zuhilfenahme von Flanschverbindungen oder flanschbindenden Innenleiterenden (1) zweier Koaxial- 25 artigen Verbindungen ein beliebiger Kontaktdruck leitungen über ein beidseits auf die gleiche Länge I₁ und genügend große Kontaktflächen erreichbar sind, im Durchmesser abgesetztes neutrales Stecker- Unvollständige Kontakte bei Hochfrequenzleitunstück (7) verbunden sind, dessen abgesetzte Enden gen führen jedoch häufig zu erhöhten Reflexionen, zu unter Zwischenlage der dielektrischen Schicht (3) vergrößerter Dämpfung oder es bilden sich Halbleiterin die buchsenförmig gestalteten Leiterenden ein- 30 effekte, besonders wenn an den Kontaktstellen Oxidgesteckt sind, und daß bei dieser Anordnung die schichten vorhanden sind. Hierdurch wird die Güte des Länge /₂ des nicht abgesetzten und mit dem zu ver- Übertragungsweges häufig erheblich vermindert,
bindenden Leiter wenigstens etwa durchmesser- Es ist andererseits zur Umgehung dieser Kontaktgleichen Mittelteils des neutralen Steckerstücks Schwierigkeiten auch bekannt, steckbare Koaxialgleich oder kleiner 2I₁ bemessen ist. 35 leitungsverbindungen zu schaffen, bei denen die

3. Hochfrequenzleitungsverbindung nach einem Leitungsenden über ein Dielektrikum, das eine etwa der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, /1/4 lange Stichleitung ausfüllt, verbunden sind. Dies daß die auf die Länge I₁ abgesetzten beiden Leiter- kann beim Innen- und beim Außenleiter auch gleichenden der zu verbindenden Leiter (2) in die ebenso zeitig vorgenommen werden und entweder durch langen buchsenförmig gestalteten Enden einer mit 40 Stichleitungen, die sich in Längserstreckung oder in den Leitern im übrigen wenigstens etwa durch- Radialerstreckung der Koaxialleitung befinden. Solche messergleichen Hülse (5) unter Zwischenlage der Steckverbindungen zeigen jedoch besonders hinsichtdielektrischen Schicht (3), die sich auch über die lieh erzielbarer Bandbreite und des erzielbaren ReRänder der Hülse (S) erstreckt (6), eingesteckt sind. flexionsfaktors für breite zu übertragende Frequenz-

4. Hochfrequenzleitungsverbindung nach einem 45 bänder nicht die gewünschten Eigenschaften.

der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche daß der Wellenwiderstand des durch das neutrale Verbindungen insbesondere hinsichtlich der letzten Zwischenstück (5, 7) und den Außenleiter (4) ge- zwei Gesichtspunkte zu verbessern,
bildeten Koaxialleitungsstücks zur Erreichung Diese Aufgabe wird bei einer kontaktlosen Hochmöglichst großer Bandbreite der Verbindung um 50 frequenzleitungsverbindung, bei der die beiden Leieinige Prozent größer gewählt ist, als der der mit- tungsteile über eine beim Innen- und/oder Außenleiter einander zu verbindenden angrenzenden Koaxial- einer Koaxialleitung an dem der Leitungsverbindung leitungen. abgewandten Ende elektrisch offene und wenigstens

5. Hochfrequenzleitungsverbindung nach einem etwa 2/4 lange, sich in axialer oder radialer Richtung der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, 55 der zu verbindenden Leitungen erstreckende Stichdaß der Wellenwiderstand des durch das neutrale leitung im Betriebsfrequenzbereich dadurch hoch-Zwischenstück (5, 7) und den Außenleiter (4) ge- frequenzmäßig miteinander verbunden sind, daß die bildeten Koaxialleitungsstücks zur Erreichung Stichleitung/en ein festes Dielektrikum enthält/enteines möglichst geringen Reflexionsfaktors der Ver- halten, durch das die beiden Leitungsenden ohne galbindung um einige Prozent kleiner gewählt ist, als 60 vanischen Kontakt steckbar miteinander verbunden der der miteinander zu verbindenden angrenzenden sind, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei Koaxialleitungen. Stichleitungen in Längserstreckung der Leitung im

Abstand größer als λ/4, vorzugsweise etwa λ/2, wobei

' λ die mittlere Betriebswellenlänge ist, hintereinander

65 angeordnet sind, so daß sich eine neutrale elektrisch

kompensierte Steckverbindung ergibt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktlose Derartig ausgeführte Koaxialleitungsverbindungen

Hochfrequenzleitungsverbindung, bei der die beiden zeigen unter Beibehaltung der sonstigen praktischen