DE2106607A1

DE2106607A1 - Mikrowellenschaltungselement aus einem dielektrischen Trägermaterial und einem leitfähigen Überzug

Info

Publication number: DE2106607A1
Application number: DE19712106607
Authority: DE
Inventors: Kazuo Toyota Sato (Japan). P
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-12
Publication date: 1971-09-16
Also published as: FR2080992B3; AU2501671A; FR2080992A3

Description

Mikrowellenschaltungselement aus einem dielektrischen Trägermaterial und einem leitfähigen Überzug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellenschaltungselementj zum Beispiel ein Wellenleiter, ein Oscillator oder eine Antenne, das aus einem dielektrischen Trägermaterial und einem leitfähigen Überzug besteht.

Zur Portpflanzung elektromagnetischer Wellen, insbesondere elektromagnetischer Wellen mit hoher Frequenz, wurde bisher ein aus einem hohlen Metallrohr bestehender Wellenleiter in weitem Umfang verwendet, da nicht nur elektromagnetische Wellen bei der Fortpflanzung in einem solchen Rohr weniger ei-

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ner Dämpfung ausgesetzt sind sondern aucli eine R">hrenkonstruktion einer hohen elektrischen Leistung standhalten kann. E^r. ist jedoch bekannt, daß elektromagnetische Wellen in dem Wellenleiter nicht gerade sondern im Zick-zack fortgepflanzt v/erden und auf beide Seiten ^Ter Innenv/and den Wellenleiters auftreffen, v/ährerid sich das in dem Wellenleiter hervorgerufene elektromagnetische Feld längs dessen Achse fortbewegt. Der Grad der Dflnpfung in den Wellenleiter hängt: von den dielektrischen Verlusten aufgrund der Luft innerhalb der; Wellenleiters und von dem Verlust aufgrund des Stroms ab, der durch das elektromagnetische Feld in der Hand des Wellenleiters hervorgerufen wird. Um diese Verluste minimal zu machen, werden übIieher*..'eise als Material für den Wellenleiter ein Metall nit hoher elektrischer Leitfähigkeit gewählt und die Innenabmessungen des Wellenleiters auf der Basis der elektrischen Eigenschaften des Wellenleiters bestimmt, so daß' eine elektromagnetische tzelle einer gewünschten Frequenz erfolgreich übertragen werden kann.

Anhand Fig. 1 der Zeichnungen wird eine !E^fprsi^e Zweigleitung für einen bekannten Wellenleiter erläutert» Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Hohlrohr aus einem leitenden Metall bezeichnet. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet die Innenv/and und die Bezugsziffer 3 einen Flansch. In dieser Konstruktion bildet die Luft innerhalb des Rohrs ein Dielektrikum. Der durch die Luft herbeigeführte Verlust ist im Vergleich zu dem Widerstandsverlust aufgrund des durch die Innenwand 2 des Rohrs^ i^:

geführten Skin-Effektes vernachlässigbar. Daher wird für das Rohr 1 ein Metall, wie Messing, Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer hauptsächlich verwendet, da diese Metalle geringere Widerstandsverluste aufgrund des Skin-Effektes auf dem Rohr 1 verursachen urid^weniger einer Korrosion unterliegen und damit zu "stabilen elektrischen Eigenschaften führen. Einige der konventitonellen Röhre verwenden auf ihre Innenwand aufgebrachte Legierungen dieser Metalle.

Die Höhe und die Breite des rechteckförmigen Hohlrc "irs werden durch seine elektrischen Eigenschaften einschließlich der zur Fortpflanzung einer elektromagnetischen !Teile einer vorbestimmten Frequenz erforderlichen Grenzf r ruienz besännt. Die Oborflitehe der Innenwand 2 ist sehr glatt bearbeitet, so daR keine unerwünschte Reflek tion darauf noch eine Fehlanpassung stattfindet.

den "vorstehend erwähnten Gründen erfordert die Kon struktion des konventionellen Wellenleiters ein kompliziertes Herstellungsverfahren; nach der Rohformung durch Ziehen oder Verkitten " (Zementieren) wird die Innenwand durch Auskleiden auf ein erforderliches Maß bearbeitet, woraufhin eine Enctplattierung folgt. Der IJachteil der konventionellen Ueilenleiter liegt deshalb in hohen Herstellungskosten wie in der Schwierigkeit bei der Innenbearheitung und der dafür erforderlichen groSen Fertigkeit. Wird ein Rohr nit einen großen HoibrX querschnitt zur Fortpflanzung einer elektromagnetischen V?ell&- nit niedriger Frequenz benötigt, wird der Wellenleiter

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sehr schwer und unwirtschaftlich. Ein flexibler Wellenleiter erfordert noch eine kompliziertere Konstruktion als ein kombinierter oder Gliederhohlleiter.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile der konventionellen Wellenleiter eine billige und leichte Mikrowellenschaltungsanordnung zu schaffen, bei der im Innern anstelle von Luft ein dielektrisches Material mit niedrigem Dämpfungsfaktor verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird ein isolierendes Material, wie Teflon, auf ein gewünschtes Maß und Form geformt und dann mit einem Metallleiter zur Bildung einer Mikrowellenschaltungsanordnung bedeckt. Die Erfindung ist derart vorteilhaft, daß das gleiche Ergebnis wie bei der konventionellen Innenbehandlung durch ein sehr einfaches Verfahren der Außenformung eines isolierenden Materials erhalten v/erden kann durch beispielsweise Aufblasen eines Kunststoffs bei der Herstellung nicht nur einer T-förraigen Zweigleitung sondern ebenfalls eines magischen T, eines Richtkopplers, eines Oscillators oder verschiedener Antennenarten. Weiterhin ist ein leitendes Material leicht auf der Oberfläche des isolierenden Materials aufzubringen. Daher kann selbst ein großer Wellenleiter leichter und weniger teuer gemacht werden, da das Metallmaterial in geringerer Menge den Zweck erfüllt. Wird ein flexibles Isolationsmaterial als

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Dielektrikum verwendet, kann ein Wellenleiter mit niedrigen Kosten gebildet v/erden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer T-förmigen Zweigleitung, die bei einem konventionellen Wellenleiter verwendet wird;

Fig. 2 zeigt ein Schaubild einer T-förmigen Zweigleitung für einen Wellenleiter in einer Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wellenleiters; und

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer Parabolantenne nach der Erfindung.

Anhand der Fig. 2 wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen T-förmigen Zweigleitung im folgenden erläutert. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Isolationsmaterial, wie Teflon, das geringe Hochfrequenz-Verluste bewirkt und zu einem gewünschten Maß mit Rechteckquerschnitt geformt ist, wobei seine Außenoberfläche ausreichend glatt bearbeitet wurde. Anstelle von Teflon kann ein anderes Isolationsmaterial, wie Polystyrol, mit einem niedrigen Dämpfungsfaktor als dielektrisches Material

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verwendet werden, das nur einen niedrigen Ilochfrequenzverlust bewirkt. Ist ein flexibler Wellenleiter erwünscht, ist ein elastisches Material, wie Polyäthylen, empfehlenswert. Weiterhin erfüllt statt des in Fig. 2 gezeigten massiven Dielektrikums ein hohles Elektrikum ebenfalls den Zweck. Da die Eigenschaften des hohlen Dielektrikums, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, gleich denen von Luft sind, kann die Abmessung des Wellenleiters in gleicher Weise wie bei einem konventionellen Hohlleiter bestimmt werden, und sein Gewicht kann ebenfalls geringer gemacht werden. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Metallfolie, die an der Außenfläche des dielektrischen Materials 4 befestigt ist. Die Stärke der Metallfolie ist größer als die Skin-Tiefe, die durch die fortzupflanzende elektromagnetische Welle und durch die Leitfähigkeit der erwähnten Metallfolie bestimmt ist. Für eine elektromagnetische Weile einer höheren Frequenz reicht eine dünnere Metallfolie aus; eine Folienstärke in Mikron-Größenordnung dient gewöhnlich den Zwecken. Für das Befestigen eines Hetalleiters, der stärker als die Skin-Tiefe ist, auf der Oberfläche des Isolationsmaterials, beispielsweise des vorstehend erwähnten Teflons, werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, beispielsv/eise Aufschichten der Folie, Aufbringen einer leitenden Farbe, Aufschichten eines Metallbandes und Plattieren der Oberfläche des Isolationsmaterials, das zuvor mit einem dünnen leitenden Material bedeckt wurde!. Eine andere Alternative besteht darin,

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das Isolationsmaterial nit einem Metallnetz zu bedecken, das eine geeignete Haschengröße zur Fortpflanzung der elektromagnetischen Welle einer vorbestimmten Frequenz besitzt. Die Bezugsziffer G bezeichnet eine Bedeckung, die verwendet v/ird, wenn der Metalleiter 5 einen Schutz benötigt; diese Bedeckung wirkt ebenfalls als Stütze für den gesamten VJellenleiter. Ist eine größere Stabilität des Aufbaus erwünscht, kann ein aus Metall oder blasenhaltigem Kunststoff gebildeter Rahmen verwendet werden.

In dem in vorstehend beschriebener Weise konstruierten Wellenleiter erleidet die fortzupflanzende elektromagnetische Welle keinen großen von dem gewählten Isolationsnaterial 4 abhängigen Fortpflanzungsverlust. Eine zu der Innenoberfläche der Metallfolie 5, die auf der Außenoberfläche des Isolationsmaterials 4 befestigt ist, senkrechte Linie elektrischer Feldstärke und eine parallele Linie magnetischer Feldstärke werden mit einer periodischen Änderung fortgepflanzt. Hebenbeibemerkt ist die Innenoberfläche der Metallfolie glatt gemacht und in die erforderlichen Abmessungen a und b, wie in den Zeichnungen dargestellt, geformt. Der Weg der elektromagnetischen Welle ist in diesem V?e Ilen leiter der gleicliev/ie in dem üblichen VJe Ilen leiter.

Anhand von Fig. 4 wird die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Parabolantenne erläutert. Die in Fig. 4 dargestellte Parabolantenne ist eine Cutler-Einspeisungsantenne,

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die weitestgehend für kommerzielle Zwecke verwendet wird. Bezugsziffer 4a und 4b bezeichnen ein Isolationsmaterial, wie Teflon, wobei der Abschnitt 4a als isolator für einen abgeschrägten Wellenleiter wirkt. Die Bezugsziffer 5a bezeichnet einen Metalleiter, der auf der Oberfläche des Isolationsmaterials 4a für den abgeschrägten Wellenleiter festsitzt, während die Bezugsziffer 5b einen anderen einen Parabolreflektor bildenden Metalleiter bezeichnet. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Bedeckung, die in der gleichen Weise, wie anhand von Fig. 2 erläutert wurde, wirkt. Die Bezugsziffern 7 und 8 zeigen jeweils eine Schraube und einen Snalt zur Anpassung; der Spalt ist in dem Metalleiter 5a gegenüber der Reflektoroberfläche angeordnet. Die Schraube und der Spalt bilden Anpassungselemente für diese Antennenart. Die von dem Sender ausgesendete Energie wird über den abgeschrägten {konisch zulaufenden) Wellenleiter übertragen, während sie allmählich in Richtung der Anpassungselemente fokussiert wird, wo die Energie angepaßt und über den Spalt 8 gegen die Oberfläche des Reflektors ausgesendet wird. Ein Metalleiter kann statt auf der konvexen Seite des Isolationsmaterials 4b auf dessen konkaver Seite, nachdem es parabolisch geformt wurde, aufgebracht werden, wenn dies durch das Herstellungsverfahren erforderlich wird.

Obwohl im vorhergehenden Ausführungsformen besonders

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geformter Mikrowellenvorrichtungen beschrieben wurden, können andere Mikrowellenvorrichtungen, wie Mikrowellengeneratoren oder Hohlraumresonatoren ebenfalls leicht gebildet v/erden. Weiterhin kann ein Isolationsrnaterial, das bei der Bildung der Mikrowellenvorrichtungen zu verwenden ist, plastiziertes Polyvinylchlorid, Polyamid-11, Elastomeres, oder ein Gummi verwendet v/erden, der gleiche elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt.

Durch die Erfindung wird somit eine Mikrowellen-Schaltungsanordnung bzw. -Vorrichtung gebildet, in der ein elektrisch leitendes Material auf der Oberfläche eines Isolationsmaterials befestigt ist, das in die Abmessungen und die Form gebracht wurde, die durch die Eigenschaften der Mikrowellenerzeugung, -Übertragung und -ausstrahlung bestimmt sind.

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Claims

Patentansprüche

1.) Mikrowellen-Schaltungsanordnung, dadurch gekcnnzeichnet, daß ein elektrisch leitendes'Material (5, 5a, 5h) auf die Oberfläche eines Isolationsmaterials (4, 4a_r 4b) aufgebracht ist, das in die Abmessung und Forn gebracht ist, die durch die Eigenschaften einer fortzupflanzenden Mikrov/elle bestimmt sind, die die Erzeugung, Übertragung und Ausstrahlung der Mikrowelle festlegen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als Wellenleiter, wobei Abmessung und Form des Isolationsmaterials (5) durch die Übertragung der Mikrowelle definierenden Hikrowelleneigenschaften bestimmt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als T-förmige Zweigleitung, wobei Abmessung und Form des Isolationsmaterials (5) durch die die Übertragung der Mikrowelle definierenden Mikrowelleneigenschaften bestimmt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als Parabolantenne, wobei Abmessung und Form des Isolationsmaterials (5a, 5b) durch die die Ausstrahlung der Mikrowelle definierenden Mikrowelleneigenschaften

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bestimmt sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzdchnet, durch ihre Anwendung als Mikrowellengenerator, wobei Abmessung und Form des Isolationsmaterials (5) durch die die
Erzeugung der Mikrowolle definierenden Mikrowelleneigenschaften bestimmt sind.

6. Mikrowellenschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial (5, 5a, 5b) aus plastiziertem Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polyamid-11, Polytetrafluoräthylen, Elastomere™ oder Gummi besteht.

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