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Geradliniger Präzisionsschlitzleiter ====================================
Die Erfindung bezieht sich auf einen geradlinigen Präzisionsschlitzleiter für hohe
Mikrowellenfrequenzen und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Derartige Präzisionsschlitzleiter
werden insbesondere zur Impedanzmessung benutzt. Dabei ragt eine Sonde durch den
Schlitz in den Hohlraum des Schlitzleiters zur Messung der Intensität des hochfrequenten
elektrischen Feldes an der Spitze der von einem längs einer kalibrierten Bahn verschiebbaren
Schieber getragenen Sonde. Der Abstand zwischen einem Maximum und benachbarten Minimum
der Feldstärke ist dann ein genaues Maß für die Wellenlänge der Hochfrequenzenergie
im Wellenleiter, wobei das Verhältnis von Maximum zu Minimum der VSWR-Größe der
Schaltung entspricht, mit welcher der Schlitzleiter gekoppelt wird. Zur Durchführung
von genauen Messungen sollte der VSWR-Wert des Schlitzleiters selbst der Einheitsgröße
so nahe wie möglich kommen.
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Bei hohen Frequenzen, wo die Abmessungen des Schlitzleiterquerschnittes
klein sind, ist es schwierig, die gewünschten Genauigkeiten zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geradlinigen Präzisionsschlitzleiter
und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, womit sich die gewünschte Genauigkeit
auf verhältnismäßig einfache Weise und ohne großen Zeitaufwand verwirklichen läßt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß der Präzisionsschlitzleiter
aus zwei, mit Abstand voneinander angeordneten, im wesentlichen zueinander parallelen
Teilen besteht, nämlich einem eigentlichen Schlitzleiterteil und einem Trägerteil,
deren Abstand voneinander durch über die Länge des Leiters verteilte Justier-Abstandsstücke
zur möglichst geradlinigen Ausrichtung des Schlitzleiterhohlraumes bestimmbar ist,
Auf diese Weise ist es möglich, bestehende Abweichungen von der Geradlinigkeit schnell
und sicher auszugleichen.
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Dieser Lösung des Problems liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es nicht
erforderlich ist, die Geradlinigkeit in allen Ebenen herzustellen, sondern daß es
im allgemeinen genügt, die Geradlinigkeit in der durch den Schlitz des Schlitzleiters
hindurchgehenden Mittel ebene zu verwirklichen, da im wesentlichen nur Abweichungen
von der Geradlinigkeit in dieser Ebene sich als Fehler in der Messung auswirken.
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Als Justier-Abstandsstücke können ausgleichende Keile oder Klemm-
stücke,
vorzugsweise in Gestalt von dünnen Metallfolien, verwendet werden.
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Vorzugsweise ist ein Wagen bzw. Schlitten mit einer durch den Schlitz
in den Hohlraum des Schlitzleiters ragenden Sonde vorgesehen, der so auf einer Schiene
geführt ist, daß seine Spitze nach der Justierung bei der Verschiebung über die
Länge des Schlitzleiters nahezu exakt im gleichen Abstand zur Achse des Schlitzleiterhohlraumes
bleibt, so daß der Schlitzleiter über einen großen Mikrowellen-Frequenzbereich eine
Abweichung von kaum mehr als einer Einheit ergibt. Dabei ist für den Schlitten eine
Führung parallel zur Achse des Schlitzleiterhohlraumes vorzusehen derart, daß die
Spitze der Sonde bei ihrer Verschiebung etwa in gleichem Abstand von einem axial
verlaufenden Innenleiter verbleibt.
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Die Erfindung ist vorwiegend für Schlitzleiter mit kreisförmigem Querschnitt
anwendbar, läßt sich aber auch für Schlitzleiter anderer Art, insbesondere für Schlitzleiter
mit einem Hohlraum von rechteckigem Querschnitt anwenden.
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Zur Herstellung von Präzisionsschlitzleiter nach der Erfindung wird
erfindungsgemäß zunächst in einem Leiterkörper zur Bildung des eigentlichen Schlitzleiterteiles
der Schlitzleiterhohlraum durch Ausbohren gebildet. Anschließend wird die Abweichung
von der
Geradlinigkeit nach Aufsetzen des so hergestellten Schlitzleiterteiles
auf eine exakt ebene Platte durch Messung des Bohrungsverlaufes festgestellt. Sodann
wird der Schlitzleiterteil mit einem über seine Länge sich erstreckenden starren
Trägerteil verbunden, wobei die gemessenen Abweichungen des Bohrungsverlaufes von
der Geradlinigkeit durch punktweise Abstandshalterungen des Schlitzleiterteiles
von dem Trägerteil ausgeglichen werden. Dabei werden durch wiederholte Messungen
des Bohrungsverlaufes und Nachjustierungen die Abweichungen von der Geradlinigkeit
unter einen vorgegebenen Grenzwert in der Größenordnung von etwa 2500 p In der Zeichnung
ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 die
Darstellung eines Präzisionsschlitzleiters nach der Erfindung in auseinandergezogener
Anordnung, Fig. 2A die Ansicht eines Sirnendes eines Präzisionsschlitzleiters nach
Fig. 1, in zusammengebautem Zustand, Fig. 2B eine Seitenansicht zu Fig. 2A, Fig.
2C eine Stirnansicht des eigentlichen Schlitzleiterteiles des Präzisionsschlitzleiters
nach Fig. 2A, mit einer Meßsonde, und Fig. 2D Querschnitt durch den eigentlichen
Schlitzleiterteil eines Präzisionsschlitzleiters nach der Erfindung in einer anderen
Ausführungsform.
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Der in Fig. 1 dargestellte Präzisionsschlitzleiter kann als geschlitzter
Koaxialleiter ausgebildet sein. Er besteht aus zwei, im wesentlichen zueinander
parallelen Teilen: dem eigentlichen Schlitzleiterteil 1 in Form eines Metallblockes,
der den Außenleiter von vorgegebenem Innendurchmesser bildet. Der Hohlraum 2 dieses
Schlitzleiterteiles 1 wird durch eine Längsbohrung durch den Metallblock gebildet.
Der Innenleiter 5 des Koaxialschlitzleiters wird durch einen metallischen Stab gebildet,
der sich über die ganze Länge des Außenleiters erstreckt.
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Der Innenleiter 5 kann von dielektrischen Haltern getragen werden
(nicht dargestellt), z.B. von dielektrischen Stiften nach der amerikanischen Patentschrift
2 796 589.
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Im Block des Schlitzleiterteiles 1 ist ein enger gleichmäßiger Längsschlitz
3 angebracht, dessen Mittelebene durch die Achse des Hohlraumes 2 und des Innenleiters
5 geht und zur Einführung einer isolierten Sonde 11 dient, die isoliert von einem
ölgefüllten Pulvermetallschieber 12 (Fig. 2C) getragen wird, der auf einer Bahn
4 läuft und dazu dient, das hochfrequente elektrische Feld zwischen dem Innenleiter
5 und dem blockförmigen Schlitzleiterteil 1 zu messen, das gebildet wird, wenn eine
Hochfrequenzenergiequelle mit dem Außenleiter 1 und Innenleiter 5 sowie eine Belastung
mit dem Außen- und Innleiter am anderen Ende verbunden wird.
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Es hat sich gezeigt, daß bei Anwendung üblicher Herstellungsverfahren
für niedere Frequenzen die gebildeten Schlitzleiter nicht die gewünschte niedrige
Rest-VSWR aufweisen. Es wurde festgestellt, daß die Genauigkeit, mit welcher das
Feld gemessen werden kann, vor allem von zwei wichtigen Faktoren abhängt, nämlich
von der Geradlinigkeit des Hohlraumes 2 im Außenleiter 1 und von der Ebenheit der
Bahn 4 für den die Sonde 11 tragenden Schieber 12. Die Ebene der Bahn 4 sollte parallel
zur Achse des Hohlraumes 2 verlaufen.
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Der Grad der gewünschten Geradlinigkeit wächst in absolutem Maßstab
mit Abnahme des Außendurchmessers der aus dem Außenleiter 1 und Innenleiter 5 bestehenden
Koaxialleitung. Wenn beispielsweise der Durchmesser des Außenleiters 1 nur 3,5 mm
beträgt, so sollte die Genauigkeit bei Geradlinigkeit, in der durch den Schlitz
3 gehenden Längsebene, welche norsalerweise auch senkrecht zur Bahn 4 liegt, größtenordnungsmäßig
etwa 2500 µ auf eine Länge von z.B. 20 cm betragen. Ein solcher Grad von Genauigkeit
ist aber mit den üblichen Herstellungsverfahren nicht zu erreichen.
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Nun wurde festgestellt, daß dieser hohe Genauigkeitsgrad nur in einer
Ebene eingehalten werden nuß, nämlich in der Ebene, die senkrecht auf der Bahn 4
steht. Die Abweichungen der Geradlinigkeit in der zur Bahn 4 parallelen Ebene können
größenordnungs-
mäßig zehn ach stärker sein. Dieser Umstand gibt
die vorteilhafte Möglichkeit, die gewünschte hohe Genauigkeit der Herstellung mit
verhältnismäßig einfachen Mitteln und mit geringem Zeitaufwand zu verwirklichen.
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Um den gewünschten Genauigkeitsgrad nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
zu erzielen, ist es zunächst nur erforderlich, den blockförmigen Außenleiter durch
übliche Herstellungsverfahren mit der gewünschten Ebenheit der Bahn 4 herzustellen.
Anschließend wird die Geradlinigkeit des Hohlraumes 2 auf einer Meßplatte hochgradiger
Ebenheit, vorzugsweise einer Granitplatte, geprüft, wobei die Abweichungen von der
Geradlinigkeit in Form einer Profilkurve festgehalten. In Abhängigkeit von der Gestalt
dieser Profilkurve wird eine Gruppe von. Löchern 8 in einem blockförmigen Trägerteil
6 sehr hoher Steifigkeit hergestellt derart, daß die Tiefpunkte der gemessenen Profilkurve
zwischen benachbarten Löchern 8 liegen. Die dem Schlitzleiterteil 1 zugewandte Oberseite
10 des Trägerteils 6 ist vorzugsweise auf einer Präzisionsschleifmaschine eben geschliffen;
auch eine Herstellung im Walzverfahren kann aber ausreichend sein.
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Der Schlitzleiterteil 1 wird sodann mit dem Trägerteil 6 durch Schrauben
7 verbunden. Danach wird die Geradlinigkeit des Hohl-
raumes 2 erneut
gemessen. Normalerweise ist der Hohlraum alsdann noch nicht genügend gerade. Durch
Einführung von sehr dünnen metallischen Abstandsstücken 9, vorzugsweise in Form
von sehr dünnen Metallfolien, zwischen Schlitzleiterteil 1 und Trägerteil 6, läßt
sich die Abweichung des Hohlraumes 2 von der Geradlinigkeit bis auf wenige Mikrozentimeter
herabsetzen.
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Es können auch entsprechend geringfügige Materialfortnahmen im Bereich
der hohen Stellen der gemessenen Profilkurve am Schlitzleiterteil und/oder Trägerteil
vorgenommen werden. Bei diesem Ausgleich findet zweckmäßig eine genaue Messung des
Abstandes zwischen einer in den Hohlraum 2 eingeführten Kugel sonde und einer Platte
hochgradiger Ebenheit, beispielsweise einer Granitplatte, auf welcher der Trägerteil
6 ruht, statt. Der Indikator für diese Messung kann zwischen dem oberen Ende der
Kugel sonde und einem mit ihr verbundenen, auf der ebenen Tragplatte laufenden Reiter
angeordnet sein, um Abweichungen von der Geradlinigkeit unmittelbar anzuzeigen.
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Die Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß der die Sonde
11 tragende Schieber 12 auf einem geradlinigen starren Führungsblock läuft, der
fest mit dem Trägerteil 6 oder dem Schlitzleiterteil 1 verbindbar ist.
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Die Geradlinigkeit des Hohlraumes 2 ist nicht nur bei Koaxial-
leitern
mit kreisförmiger Bohrung erwünscht, sie hat eine ähnliche Bedeutung auch für kleine
Schlitzhohlleiter nach Fig. 2B.