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Funkfrequenz - oder Nochfrequenzdurchführung Die Erfindung betrifft
Funkfrequenz- oder Hochfrequenzdurchführungen, insbesondere auf dem Gebiet von Richtfunknennen
und Einer im besonderen Antennen einer bauart, bei welcher eine Anordnung einzelner
gesteuerter Strahlerelemente uazu verwendet wird, zumindest einen funkfrequenten
oder hochfrequenten Energiestrahl zu erzeugen. Bekanntermaßen kann ein gebündelter
Hochfrequenz- oder Funkfrequenz-Energlestrahl dadurch gebildet und gesteuert ausgesandt
werden, daß man die phasenlage der energie steuert, welche von Jedem aus einer Vielzahl
von Strahlerelementen einer Anordnung solcher Strahlerelemente abgegeben wird. Ein
bedeutsames und empfindliches bauteil eines solchen S-trahlerelementes in einer
unordnung stellt der veränderliche Thasenschieber dar, welcher zur Bündelung und
Steuerung erforderlich ist. Für eine zufriedenstellende Wirkungsweise ist es von
ausschlaggebender bedeutung, daß Schwankungen zwisciien den einzelnen Bauteilen
dieser Art so gering wie möglich gehalten werden.
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Die Winschrankung ungewollter Schwankungen zwischen den Phasenschiebern
einer Antennenanordnung stellt ein umso größeres Problem dar, je schmaler ein verhaltnismäßig
stark gebündelter Funkfrequenzstrahl oder lIochfrequenzstrahl, gehalten werden soll.
Beispielsweise sind in einer Antennenanordnung für eine Strahlbreite von 1 Grad
annähernd 10.000 Strahlerelemente und Phasenschieber erforderlich. Bei einer derartig
großen Zahl von Phasenschiebern ist es notwendig, daß jeder einzelne, ahgesehen
von' der erwunechten xhasenverschiebungswirkung keinen merklichen Einfluß auf die
Strahlungsenergie hat, welche ausgesandt oder s. fangen wird Nebenwirkungen, wie
beispielsweise eine Ableitung von Funkfrequenzenergie oder Hochfrequenzenergie an
den Phasenschiebern, müssen daher ausgeschaltet oder zumindest möglicnst klein gehalten
werden.
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wird ein Ferrit-Phasenschieber verwendet, so treten, wenn nicht außerordentlich
große sorgfalt aufgewendet wird, kleine Luftzwischenräume zwischen der Oberfläche
des Ferrit und den wandungen der wellenleitung auf, in welcher das ferrit angeordnet
ist. Diese Zwischenräume können zur Arregung von Hochfrequenzsignalen höherer Ordnung
inne riial b der Wellenleitung führen. solche Signale können sich auf die Steuerleitungen
oder den Phasenschieber übertragen und von hier abgestrahlt werden. ba die betragsmäßige
Größe der ;ichwingungsanregung höherer Ordnung und die Kopplung mit der Steuerleitung
von der Große der Luftspalte zwischen dem Ferrit und den wandungen der wiellenleitung
abhängen, hat man bisher im allgemeinen die ferrite nach dem Zusammenbau abgeschliffen
oder abgefräst und einen besonderen Wellenleiterabschnitt vorgesehen, in welchem
eine Art vorgespannter Deckel zum Vermeiden unerwünschter Luftspalte eingesetzt
wird. Eine solche Lösung ist aber zeitraubend und teuer.
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Selbst dann, wenn man die zuvor erwähnten Vorsichtsmaßnahmen ergriffen
hat, zeigte es sichr daß funkfrequente
Energie oder Hochfrequenzenergie
zu den Steuerleitungen für die einzelnen Phasenschieber ausgekoppelt wurde, so daß
unvorhersehbare Anderungen bezüglich der Einfügungs-Schein-Umschaltresonanz und
der Einfügungsverluste auf traten. Zur Verminderung der Größe solcher Veränderungen
und der zugehörigen Verluste hat man im allgemeinen einen Hochfrequenz-oder Funkfrequenz-)rnfer
in Enorm e liner knapp übergeschouenen Hülse aus dielektrischem Werkstoff für jeden
der Steuerdrähte jedes Phasenschiebers in einer Antennenanordnung vorgesehen. Die
Dämpfung durch eine solche Hülse vermag zwar unerwünschte 1?esonanzen bis zu einem
gewissen Grade abzudämpfen, doch werden die Sinfügungsverluste noch vergrößert.
Es werden also die funkfrequenten Signales welche sich in der Wellenleitung ausbreiten,
zwar abgedämpft, doch müssen verhältnismäig große Strahlungsverluste in Kaui genommen
werden, was einer guten Wirkungsweise der Antennenanordnung abträglich ist.
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Durch die Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, die Durchiührung
einer Steuerleitung durch die Wandung eines Wellenleiters so zu verbessern, daß
weder unerwünschte Resonanzerscheinungen, noch eine Vergrößerung der Verluste auftritt.
Insbesondere sollen diese Forderungen bei der Steuerleitung eines Phasenschiebers
in einer Mikrowellen-Wellenleitung erfüllt werden.
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Die Erfindung umfaßt daher auch den Aufbau eines verbesserten Phasenschiebers,
mit welchem es möglich ist, die Mikrowellenenergie in einer Mikrowellen-Wellenleitung
isoliert zu halten.
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Eine verbesserte Durchführung nach der Erfindung für einen Phasenschieber
in einer Wellenleitung soll die Sinfügungs-Verlustspitzen vermindern, ohne daß die
funkfrequenten oder hochfrequenten Signale in der Wellenleitung gedämpft werden.
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sie Bedingungen einer leichten und wirtschaftlichen Herstellung
sollen
dabei eingehalten werden können.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einer I"unkfrequenz-oder Hochfrequenz-i)urchführung
für einen drahtartigen, durch die Wandung einer abgeschirmten Funkfrequenz- oder
i1ochfrequenz-Jbertragungsleitung führenden, mit dem Feld innerhalb der übertragungsleitung
gekoppelten Leiter gelöst durch einen im Bereich der Durchführung vorgesehenen Koaxial-iellenleiterabschnitt,
in welchem sich die abgeschirmte, innerhalb der bbertragungsleitung anzutreffende
Hochfrequenz- oder Funkfrequenz-Energie auszubreiten vermag und welcher einen i'eil
des genannten, drahtartigen Leiters als Innenleiter sowie einen zugehörigen Außenleiter
enthalt, der zur Abschirmung der öffnung der u'bertragungsleitung dient und dessen
Länge ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der Wellenlänge derabzuschirmenden
i(unkfrequenz oder Hochfrequenz innerhalb der Übertragungsleitung beträgt.
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Die Durchführung ist insbesondere für einen Phasenschieber in einer
Wellenleitung vorgesehen und so gestaltet und ausgebildet, daß sie einen Isolator
für jede Steuerleitung bildet, welche durch die Wand der Wellenleitung geführt ist,
wobei gleichzeitig ein Xesonanzraum von niedriger Güte Q für die betreffenden Frequenz
gebildet ist, welche von der Wellenleitung an die Steuerleitung gekoppelt wird.
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im Folgenden wird die erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar: Figur
1 eine schematische Ansicht eines Radar-Systems, in welchem eine Anordnung von Strahlerelementen,
die jeweils an einen }'errit-Phasenschieber nach der Erfindung angeschlossen sind,
über einen bestimmten Raum hinweg so erregt werden, daß ein gebündelter Strahhyvon
Ilochfrequenzenergie
abgestrahlt wird und empfangene Echosignale
von Zielobjekten aufgenommen werden können, welche von de-7 abgestrahlten Energie
erfasst werden und Figur 2 einen Teil-Querschnitt durch einen Ferrit-Phasenschieber
gemäß Figur 1, wobei der Schnitt so angelegt ist, daß Einzelheiten des Aufbaus und
der Gestalt der Durchführung nach der Erfindung zu erkennen sind.
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Aus figur 1 ist zu ersehen, daß eine Antenne 10 pach der erfindung
eine Anzahl von Phasenschiebern 11 einer digital schaltbaren Bauart enthält, welche
jeweils einem Treiber 13 zugeordnet sind. Die Phasenschieber und die Treiber können
in einer nicht im einzelnen dargestellten Weise so aufgebaut sein, daß sich eine
aus einem Abstand erregbare, planare Anordnung von Strahlern ergibt. Wie ersichtlich,
führen Verbindungen von jedem Treiber 13 zu der Leistung für jedes Ferrit-Toroid
(Figur 2) jedes Phasenschiebers 11, um diesen entsprechend den Steuersignalen eines
Strahlsteuerungs-Rechenwerkes 15 einzuschalten oder rückzustellen. ;iie an sich
bekannt, kann Hochfrequenzenergie von einem Hornstrahler 17 in dieser Weise gebündelt
und als Strahlungsstrahl in der gewünschten Weise ausgesendet werden, während die
zu den einzelnen Phasenschiebern der Antennenanordnung zurückkehrenden Echo signale
auf den Hornstrahler 17 fokussiert werden können. Der Hornstrahler 17 ist in üblicher
Weise über eine nicht näher bezeichnete Wellenleitung an eine Sender-3mpfängereinheit
19 angeschlossen.
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Der Betrieb dieses bauteils und des Strahlsteuerungs-Rechenwerkes
1') wird mittels einer an sich bekannten Synchronisierungsschaltung 21 gesteuert.
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Jeder der Phasenschieber 11 enthält einen Abschnitt einer Wellenleitung
23, seren nden über an sich bekannte Anpassungsglieder 25 bzw. 25' an die freie
Umgebung angepasst
sind. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
weist jeder der Phasenschieber 11 drei in Reihe angeordnete Ferrit-Ringkörper 26a,
26b und 26c ( siehe Figur 2), auf, so daß sich ein dreizifferiges Steuersignal verwirklichen
läßt. Für jeden der Ferrit-Ringe 2G"a, 26b und 26c sind jeweils zwei Steuerdrahte
27t und 27r (siehe Figur 2) vorgesehen, von denen einer während des Sendezeitraumes
und der andere während des Empfangszeitraumes jeder Radartastung erregt wird, wie
dies erforderlich ist, wenn ein nicht reziproker schaltbarer Phasenschieber verwendet
wird. Aus Figur 2 ist deutlich zu erkennen, daß jeder der Steuerdrahte 26t und 2Gr
f-ür jeden der errit-Ringkörper 26a bzw. 26b bzw. 26c durch eine Durchführung 30
verläuft, die in der tliandung der Wellenleitung 23 befestigt ist.
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Der betreffende Steuerdraht ist von dort durch den zugehörigen Ferrit-Ringkörper
26a bzw. 26b bzw. kbC gefadelt.
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Aus Figur 2 ist nun der Aufbau jeder der Durchführungen 30 und die
Befestigungsweise dieser Durchführungen im einzelnen zu entnehmen. Jede Durchf'ührung
30 ist also ein kappenartiger Gußkörper oder Formkörper 31 oder ein stopfenartiges
Teil aus einem dielektrischen Werkstoff etwa in der Art des mit Eisenpulver versetzten
Epoxidharzes, welches von der Firma Emerson-Cummings, Canton, Massachusetts, Vereinigte
Staaten von Amerika, bezogen werden kann. Dieses bauteil ist beispielsweise durch
Sinkitten an der Wandung der Wellenleitung 23 befestigt. Ein Steuerdraht 27t oder
27r wird zentrisch durch den die Durchführung 30 bildenden Fromkörper geführt, wie
aus Figur 2 zu erkennen ist. Die freiliegende Oberflacile des Bauteiles 31 der Durchführung
30 ist beispielsweise durch Plattieren mit einem ltuletallbelag 32 versehen, wobei
der jeweilige Steuerdraht 27 t bzw. 27r etwa durch Lötung in der dargestellten eise
mit dem Metallbelag in Verbindung gebracht ist . din diekektrisches Abstandsstück
33, beispielsweise aus Magnesiumtitanat, welches an den nden so geformt ist, dal3
es die Steuerdrähte in der dargestellten reise auS'zunetunen vermag, kann in der
dargestellten Weise zur Vervollständigung des
lhasenschiebers 11
zwischen den Ferrit-Ringkörpern vorgesehen sein. Die gesamte Anordnung kann beispielsweise
durch Sinkitten in der Wellenleitung 23 befestigt werden, was nicht im einzelnen
dargestellt ist.
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Die Abmessungen der Durchführung 30 hangen von der Frequenz der Hochfrequenzenergie
ab, die über die Welenleitung 23 übertragen wird, wobei diese Abmessungen so gewählt
werden, daß die Durchführung als radiale Hesonanz-@bertragungsleitung für diese
Hochfrequenzenergie wirksam ist. Der Metallbelag 32 und der darunter befindliche
Teil des kappenartigen Gußkörpers oder Formteiles 31 haben solche Durchmesser, daß
im Bereich der ebene, in welcher der betreffende Steuerdraht durch die Innenfläche
der Wellenleitung 23 hindurchtritt, eine niedrige Impedanz erscheint. Dies bedeutet,
daß der Durchmesser entsprechend einem Viertel der ellenlänge der Hochfrequenzenergie
gewählt ist, die über die Wellenleitung übertragen wird.
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Gleichzeitig wird der Abstand zwischen der Außenfläche der Wellenleitung
23 und dem Metallbelag 32 so klein gemacht, daß die impedanz der radialen Übertragungsleitung,
welche von den erwähnten Teilen gebildet wird, am offenen Ende dieser Leitung groß
ist, ohne daß die mechanische Festigkeit der konstruktion zu stark geschwächt wird.
Dadurch, daß die Impedanz am offenen Ende der soeben definierte Radialleitunggroß
gemacht wird, existiert zwischen der Durchführung und der freien Umgebung eine Fehlanpassung,
wodurch die Isolation zwischen der Radialleitung und dem freien Raum erhöht wird.
Je größer nun die Isolationswirkung ist, desto weniger Hochfrequenzenergie wird
abgestrahlt. selbst dann, wenn ellen höherer Ordnung in der Wellenleitung 23 erregt
werden, so werden diese Signale höherer Ordnung in der Durchführung 30 abgedämpft,
wenn der Verlustwinkel des Gußteils oder kappenartigen kormkörpers 31 grol3 ist.
In diesem Falle werden die Durchführung 30 und die Ferrit-Ringkörper 26a, 26b und
26c die
vorherrschenden, verlustbehafteten Teile des liesonanzkreises
mit hohem Verlust, wodurch der Gütefaktor der Durchführung zur Ausschaltung von
Spitzen der Sinfügungsverluste verringert wird. bei einem praktischen Ausführungsbeispiel,
bei welchem die Wellenlänge der Hochfrequenzenergie in der Wellenleitung 23 etwa
4,4 cm beträgt, ist der Abstand zwischen dem Metallbelag 32 und der Außenseite der
Wellenleitung 23 etwa in der Größenordnung von 0,25 mm und der Durchmesser des lvletallbelages
32 beträgt größenordnungsmäßig etwa ,9 mm bis 17,8 mm. ist dann der Verlustwinkel
des dielektrischen Materials, aus welchem der kappenartige körper 31 hergestellt
ist, etwa in der Größe von 0,, so ergibt sich ein Es erst zwischen 500 und 1.000.
Die zugehörigen lsolationswerte für eine solche Konstruktion liegen zwischen 46
und 49 db.
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Im rahmen der Erfindung bietet sich nocn eine eihe von Abänderungsmöglichkeiten
des beschriebenen Ausführungsbeispieles, welche aber von dem der erfindung zugrunde
liegenden Gedanken mit erfaßt werden. Beispielsweise kann ein anderes dielektrisches
Material in der Durchführung verwendet werden, vorausgesetzt, daß dieses jedenfalls
einen verhältnismäßig großen Verlustwinkel für die zu übertragenden Hochfrequenzsignale
besitzt. Auch kann die beschriebene Durchführung in Verbindung mit anderen rten
von P'unkfrequenz- oder Hochfrequenz-Übertragungsleitungen anstelle von Wellenleitungen
verwendet werden, wobei andere Bauteile anstelle digital einstellbarer Ferrit-Phasenschieber
vorgesehen sein können. Auch versteht es sich, daß die Abmessungen und die Gestalt
der beschriebenen Durchführung je nach Gestalt und Bauart der Übertragungsleitung
und der jeweils verschiedenen Frequenzen geändert werden können. Der Grundgedanke
ist es lediglich, daß eine Lombination erreicht wird, welche einen elektrischen
Isolator für einen Steuerdraht und zugleich eine Resonanz-Konstruktion geringer
Güte für die betreffenden Hochfrequenzsignale erfaßt, um sowohl die Abstrahlung
als auch liesonanzverluste
zu vermeiden, indem eine niedrige Impedanz
an der verbindung der Übertragungsleitung einerseits und der Durchführung andererseits
zur Vermeidung der Strahlungsverluste eschaffen wird und indem ein Dämpfungsweg
innerhalb der Durchführung vorgesehen ist, um Resonanzspitzen abzudämpfen.
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Demgemäß ist zwar die oben beschriebene Anordnung mit einer sogenannten
Radialleitung besonders vorteilhaft, da eine solche Ausführungsform am wenigsten
von der ivand der Wellenleitung absteht, doch kann auch eine gerade Hulse entsprechender
Lange mit einem elektrisch leitenden Belar verwendet werden.