DE2145696A1

DE2145696A1 - TUNED COAXIAL LINE RESONATOR

Info

Publication number: DE2145696A1
Application number: DE19712145696
Authority: DE
Inventors: Guenter Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-13
Filing date: 1971-09-13
Publication date: 1973-03-22

Description

Abstimmbarer Koaxialleitungsresonator Die Erfindung betrifft einen abstimmbaren Koaxialleitungsresonator, der nach Art eines einseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitungaabschnittes ausgebildet ist, dessen Außenleiter mit dem Innenleiter über einen aus elektrisch leitendem Material bestehende Kurzschlußplatte verbunden ist.Coaxial Line Tunable Resonator The invention relates to one tunable coaxial line resonator, which is short-circuited at one end Koaxialleitungaabschnittes is formed, the outer conductor with the inner conductor connected via a short-circuit plate made of electrically conductive material is.

Koaxialleitungsresonatoren der vorbezeichneten Art werden bekanntlich im Frequenzbereich der Mikrowellen als abstimmbare Resonanzlrreise verwendet und bestehen aus einem Koaxialleitungsabschnitt, dessen Innenleiter mit dem Außenleiter über eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Kurzschlußplatte miteinander verbunden sind. Zur Abstimmung solcher Koaxialleitungsresonatoren ist es bereits bekannt geworden, im Bereich des freistehenden Innenleiterendes kapazitiv wirkende Abstimmelemente vorzusehen. Hier tritt bei metallischen Abstimmelementen die Schwierigkeit der einwandfreien Kontaktgabe bzw. bei aus dielektrischem Material bestehenden Abstimmelementen die Schwierigkeit einer starken Temperaturabhängigkeit oder des Kaltfließens auf. Auch ist es bereits bekannt, die elektrische Länge des Innenleiters zu verändern, was beispielsweise durch sogenannte Kurzschlußkolben oder durch Auftrennen des Innenleiters in einen feststehenden und einen beweglichen Teil erfolgen kann, Zwar läßt sich mit den vorgenannten Abstimmethoden die Resonanzfrequenz des Resonators in einem verhältnismäßig großen Frequenzbereich durchstimmen, jedoch erfordert der Antrieb eine verhält nismäßig aufwendige Kenstruktive Ausgestaltung, wenn eine einwandfrei reproduzierbare Einstellung der Resonanzfrequenz erreicht werden soll. Beispielsweise bei Eisenhabnwagen-Nummcrnlesesystemen tritt nun die Aufgabe auf, einen derartigen Koaxialleitungsresonator in einem nur verhältnismäßig kleinen Frequenzbereich durchzustimmen, so daß hierfür die bekannten Abstimmvorrichtungen an sich zu aufwendig sind.Coaxial line resonators of the aforementioned type are known used as a tunable resonance circuit in the frequency range of microwaves and consist of a coaxial line section, its inner conductor with the outer conductor via a short-circuit plate made of electrically conductive material are connected. It is already there to tune such coaxial line resonators has become known, in the area of the free-standing inner conductor end, acting capacitively Provide tuning elements. This is where the difficulty arises with metallic tuning elements the perfect contact or with tuning elements made of dielectric material the difficulty of a strong temperature dependence or cold flow. It is also already known to change the electrical length of the inner conductor, what for example by so-called short-circuit piston or by severing the inner conductor can be done in a fixed and a movable part, although it can With the aforementioned tuning methods, the resonance frequency of the resonator in one Tune through a relatively large frequency range, but the drive requires a relatively complex characteristic design if one is flawless reproducible setting of the resonance frequency is to be achieved. For example in the case of iron truck numbering systems, the task now occurs a such coaxial line resonator in only a relatively small frequency range to vote, so that this the known tuning devices per se too expensive are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten abzuhelfen und den Aufbau eines abstimmbaren Koaxialleitungsresonators anzugeben, bei dem einerseits gut reproduzierbare Verhältnisse hinsichtlich der Abstimmgenauigkeit erreichbar sind und bei dem andererseits bei einem möglichst geringen konstruktiven Aufwand auch harte Umweltbedingungen mit großen Temperaturänderungen, wie beispielsweise der mobile Einsatz im Eisenbahnbetrieb, beherrscht werden können.The invention is based on the problem of the aforementioned difficulties remedy and specify the structure of a tunable coaxial line resonator, in which on the one hand good reproducible conditions with regard to the tuning accuracy are achievable and on the other hand with the lowest possible constructive Effort also harsh environmental conditions with large temperature changes, such as mobile use in railway operations, can be mastered.

Ausgehend von einem abstimmbaren Koaxialleitungsresonator, der nach Art eines einseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitungsabschnittes ausgebildet ist, dessen Außenleiter mit dem Innenleiter über eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Kurzschlußplatte verbunden ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Kurzschlußplatte bzw. in dem der Kurzschlußplatte benachbarten Bereich des Außenleiters eine in sich kurzgeschlossene, aus elektrisch leitendem Material bestehende Koppelschleife drehbar angeordnet ist.Starting from a tunable coaxial line resonator, which according to Type of a coaxial line section short-circuited at one end is formed, its outer conductor with the inner conductor via an electrically conductive material Existing short-circuit plate is connected, this object is achieved according to the invention solved in that in the short-circuit plate or in the adjacent to the short-circuit plate Area of the outer conductor a short-circuited, electrically conductive Material existing coupling loop is rotatably arranged.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausf2hrungsbeispielen noch näher erläutert.The invention is explained below with the aid of exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigen in der Zeichnung: Fig.1 eine Ausführungsform, be der die Kop@@lschleife in der Kurzschlußplatte angeordnet ist; Fig.2 eine Ausführungsform, bei der die Koppelsch@eife im Wert --cs Strombauches im Außenleiter angeordnet ist; Fig.3 und 4 mögliche Ausgestaltungen der Koppelschleife.In the drawing: FIG. 1 shows an embodiment in which the Kop @@ lschleife is arranged in the short-circuit plate; 2 shows an embodiment, in which the coupling loop with the value --cs current bump is arranged in the outer conductor; Fig. 3 and 4 possible configurations of the coupling loop.

Der in Fig.1 dargestellte Koaxialleitungsresonator 2 besteht aus einem Koaxialleitungsabschnitt mit dem Außenleiter 5 und dem feststehenden Innenleiter 4, die über eine aus elektrisch leitendem Material bestehende Kurzschlußplatte einseitig kurzgeschlossen, d.h. also elek--trisch leitend miteinander verbunden sind. Die Länge des Innenleiters 4 ist so bemessen, daß er bei einer mittleren Betriebsfrequenz fo die Länge # hat, wenn # die zur Frequenz fo gehörige Wellenlänge bedeutet. Zur Ändcrung der Resonanzfrequenz ist mm im Abstand-r von der mittleren Längsachse des Innenleiters 4 eine in sich kurzgeschlossene Koppelschleife 1, die im Ausführungsbeispiel rechteckförmigen Querschnitt hat, angeordnet. Dabei wird der Abstand r durch eine zur mittleren Längsachse des Innenleiters 4 parallele Gerade bestimmt, die gleichzeitig die Fläche der Koppelschleife 1 halbiert. Der Strom I ist bekanntlich in der von der Kurzschlußplatte 6 erzeugten Kurzschlußebene am größen und fällt von dort aus längs der Leitung cosinusförmig auf den Wert Null ab.The coaxial line resonator 2 shown in Figure 1 consists of a Coaxial line section with the outer conductor 5 and the fixed inner conductor 4, the one-sided via a short-circuit plate made of electrically conductive material short-circuited, i.e. they are connected to one another in an electrically conductive manner. the The length of the inner conductor 4 is dimensioned so that it is at a medium operating frequency fo has the length #, if # means the wavelength associated with the frequency fo. To the The change in the resonance frequency is at a distance -r from the central longitudinal axis of the mm Inner conductor 4 has a short-circuited coupling loop 1, which in the exemplary embodiment Has rectangular cross-section, arranged. The distance r is given by a to the central longitudinal axis of the inner conductor 4 parallel straight lines determined at the same time the area of the coupling loop 1 halved. The current I is known to be in that of the short-circuit plate 6 generated short-circuit level on the size and falls from there along the line cosine-shaped to the value zero.

Die größte Verstimmung Af der Resonanzfrequenz erzielt man, wenn die Schleife 1 sich im Bereich der maximalen Stromstärke der entlang der Leitung auftretenden Stromverteilung befindet, da in diesem Bereich auch die magnetische Feldstärke am größten ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 ist die in sich kurzgeschlossene Koppelschleife 1 an einem metallischen Drehteil 7 befestigt, das mit einem Bund 8 versehen ist. Das Drehteil 7 wird durch eine in der Kurzschlußplatte 6 vorgesehene Bohrung geführt und über den Bund 8 durch eine federnde Haltevorrichtung an die Kurzschlußplatte 6 angedrückt. Die Haltevorrichtung selbst besteht aus einer Blattfeder 3, die über einen kurzen Pfosten 10 an der Außenseite der Kurzschlußplatte 6 gehalten wird, so daß durch die auf diese Weise entstehende Reibhalterung die Koppelschleife 1 gegen ungewolltes Vehen geschützt ist.The greatest detuning Af of the resonance frequency is achieved when the Loop 1 is in the range of the maximum amperage occurring along the line Electricity distribution is located, as the magnetic field strength is also in this area greatest is. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the coupling loop is short-circuited in itself 1 attached to a metallic rotating part 7 which is provided with a collar 8. The rotating part 7 is guided through a bore provided in the short-circuit plate 6 and via the collar 8 by a resilient holding device to the short-circuit plate 6 pressed. The holding device itself consists of a leaf spring 3, which over a short post 10 is held on the outside of the shorting plate 6, so that through the arising in this way Friction mount the Coupling loop 1 is protected against unintentional deer.

Durch Drehen der Koppelschleife 1 läßt sich die Gegeninduktivität M zwischen der Schleife 1 und dem Resonator 2 verändern, wodurch gleichzeitig auch die Resonanzfrequenz fo um den Betrag #f verändert werden kann.By turning the coupling loop 1, the mutual inductance M between the loop 1 and the resonator 2 change, thereby also at the same time the resonance frequency fo can be changed by the amount #f.

Für sehr kleine Schleifen und A/4-Resonatoren gilt: Dabei bedeuten F die Schleifenfläche, r den Achsmittenabstand von Schleife zur Leitung, L die Schleifeninduktivität, Zo den Wellenwiderstand des Resonators und a ist derjenige Winkel, den die von der Koppelschleife gebildete Ebene gegenüber einer Geraden einnimmt, die gleichzeitig eine Tangente an einen zum Innenleiter 4 konzentrischen Kreis ist. Mit anderen Worten heißt das, der Winkel a hat dann den Wert Null, wenn die von der Schleife gebildete Ebene eine Tangentialebene an eine sich um den Innenleiter 4 ausbildende magnetische Peldlinie darstellt.The following applies to very small loops and A / 4 resonators: F is the loop area, r is the center-to-center distance from the loop to the line, L is the loop inductance, Zo is the wave resistance of the resonator and a is the angle that the plane formed by the coupling loop assumes with respect to a straight line that is also a tangent to an inner conductor 4 concentric circle is. In other words, this means that the angle a has the value zero when the plane formed by the loop represents a tangential plane to a magnetic field line forming around the inner conductor 4.

Bei dem in der Fig.2 gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die in sich kurzgeschlossene Koppelschleife 1 nicht in der Kurzschlußplatte 6, sondern im Außenleiter 5 angeordnet.In the embodiment shown in FIG. 2, this is in itself short-circuited coupling loop 1 not in the short-circuit plate 6, but in the outer conductor 5 arranged.

Es sind deshalb wirkungsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig.1 bezeichnet, so daß die dort gegebene Beschreibung unmittelbar auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 Gültigkeit hat. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß die Koppelschleife 1 im Bereich des Strombauches der Stromverteilung I bleibt, d.h.They are therefore functionally equivalent elements with the same reference numerals as indicated in Fig.1, so that the description given there also directly for the embodiment of Figure 2 is valid. It's just on it make sure that the coupling loop 1 is in the area of the current socket of the current distribution I remains, i.e.

sie soll wegen der maximalen Wirkung möglichst in dem der Kurzschlußplatte 6 benachbarten Bereich angeordnet werden.it should, because of the maximum effect, be as close as possible to that of the short-circuit plate 6 adjacent area can be arranged.

Die Schleifenform und der Schleifendrahquerschnitt sind für die angestrebte Wirkung nicht sehr kritisch und in weiten Grenzen frei wählbar, z.B. rund, quadratisch oder rechteckig. Die Schleife selbst kann gegebenenfalls zusammen mit dem Drehteil 7 aus einem einzigen Metallteil bestehen, wobei insbesondere wegen der verhältnismäßig einfachen Herstellbarkeit an ein Aluminiumspritzteil gedacht ist.The loop shape and the loop wire cross-section are intended for the Effect not very critical and freely selectable within wide limits, e.g. round, square or rectangular. The loop itself can optionally be used together with the rotating part 7 consist of a single metal part, in particular because of the relatively simple manufacturability of an aluminum injection molded part is intended.

Auch kann die Schleife aus einem ebenen Blech bestehen, wie dies in den Fig.3 und 4 erkennbar ist, wobei die Fig.4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A von Fig.3 zeigt. Es ist wiederum das mit dem Bund 8 versehene Drehteil 7 erkennbar, mit dem unmittelbar ein ebenes, quadratisch oder rechteckig ausgebildetes Blech 11 verbunden ist. Wird im Blech 11 noch die gestrichelt eingezeichnete Bohrung 12 vorgesehen, dann wird unmittelbar die in den Fig.1 und 2 dargestellte Koppelschleife nachgebildet und es läßt sich damit gegenüber einem ebenen durchgehenden Blechstück eine größere Verstimmung der Resonanzfrequenz erreichen.The loop can also consist of a flat sheet metal, as shown in FIG FIGS. 3 and 4 can be seen, FIG. 4 being a view in the direction of the arrow A of Figure 3 shows. The rotating part 7 provided with the collar 8 can again be seen, with the directly a flat, square or rectangular sheet metal 11 is connected. If the hole 12, shown in dashed lines, is still in the sheet metal 11 provided, then the coupling loop shown in Figures 1 and 2 is immediately simulated and it can thus be compared to a flat, continuous piece of sheet metal achieve a greater detuning of the resonance frequency.

Abgesehen von der bereits erwähnten geringen Temperaturabhängigkeit und der wegen des verhältnismäßig geringen konstruktiven Aufwandes erzielten Wirtschaftlichkeit hat die beschriebene Koppelschleife noch den Vorteil, daß der Abstimmvorgang praktisch kontaktlos erfolgt und somit keine besonderen Maßnahmen zur Kontaktierung der Schleife mit dem Resonator erforderlich sind.Apart from the already mentioned slight temperature dependence and the profitability achieved because of the relatively low construction effort the coupling loop described has the advantage that the tuning process is practical takes place contactless and therefore no special measures for contacting the loop with the resonator are required.

5 Patentansprüche 4 Figuren5 claims 4 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Tunable coaxial line resonator, which is designed in the manner of a coaxial line section short-circuited at one end whose outer conductor is connected to the inner conductor via an electrically conductive material existing short-circuit plate is connected, d a -d u r c h e k e n n z e i c h n e t that in the short-circuit plate (6) or in the one adjacent to the short-circuit plate (6) Area of the outer conductor (5) a short-circuited, electrically conductive Material existing coupling loop (1) is rotatably arranged.

2. coaxial line resonator according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 5 that the coupling loop is provided with a collar (8) Rotary part (7) is attached, which via a resilient holding device (3,10) to the Short-circuit plate (6) or the outer conductor (5) is pressed.

3. coaxial line resonator according to claim 1 or 2, d a -d u r c h it is noted that the coupling loop (1) consists of a single metal part, in particular an aluminum injection-molded part.

4. coaxial line resonator according to one of the preceding claims, d u r zu c h e k e n n z e i zu 0 h n e t that the coupling loop consists of one flat, in particular square or rectangular sheet metal (11).

5. coaxial line resonator according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the sheet metal (11) forming the coupling loop has a bore (12) is provided.