DE2636523A1

DE2636523A1 - Abstrahlende hochfrequenz-leitung

Info

Publication number: DE2636523A1
Application number: DE19762636523
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Dunker; Helmut Ing Grad Hildebrand
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1978-02-16
Also published as: US4129841A

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

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12. Aug. 1976

Abstrahlende Hochfrequenz-Leitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine abstrahlende Hochfrequenz-Leitung, bestehend aus einem Innenleiter und einem konzentrischen Außenleiter mit zwischen beiden Leitern liegendem Dielektrikum, bei welcher der Außenleiter so gestaltet ist, daß von der Leitung Hochfrequenz-Energie abgestrahlt wird.

Zur Übertragung von Hochfrequenz (HF)-Signalen von ortsfesten Sendeeinrichtungen zu beweglichen Empfängern oder umgekehrt, insbesondere zur Funkübertragung in Tunnels zwischen Stationen und Empfangsgeräten in Schienenfahrzeugen, werden Leitungen benutzt, welche die HF-Energie sowohl verlustarm fortleiten als auch abstrahlen. Diese Leitungen werden beispielsweise im Bereich von Schienenanlagen von Fahrzeugen verlegt, und zwar auf den Schwellen der Schienenanlage oder neben dem Gleis auf Stützen oder bei Tunnelstrecken an der Tunnelwandung. Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck symmetrische, ungeschirmte HF-Leitungen zu verwenden. Derartige Leitungen haben von Umgebungseinflüssen und Witterungsverhältnissen stark abhängige Verluste und Abstrahlungseigenschaften, insbesondere dann, wenn sie auf irgendeinem Untergrund flach befestigt werden.

Durch die DT-AS 10 kk 199 ist eine abstrahlende, angenähert koaxiale HF-Leitung bekanntgeworden, bei welcher der Außenleiter einen achsparallel durchgehenden Schlitz aufweist

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und so die Isolierung des Innenleiters nur über einen Teil des Umfangs umgibt. Die Abstrahlung erfolgt also durch den im Außenleiter verbleibenden Schlitz. Des weiteren zeigt die DT-OS 20 22 990 eine HF-Leitung, bei der der Außenleiter aus um das Dielektrikum herumgewickeltem Band- oder Drahtmaterial besteht und somit HF-Energie abstrahlen kann. Ein wesentlicher Nachteil derartiger abstrahlender HF-Leitungen mit kontinuierlicher Anregung besteht darin, daß Mantelwellen angeregt werden, deren Ausbreitung starke Feldstärkeschwankungen des Außenfeldes in Längsrichtung der Leitung zur Folge hat, die häufig keinen störungsfreien Empfang der Signale erlauben.

Ein anderer Typ einer abstrahlenden HF-Leitung, bei der die Anregung über die Leitungslänge gesehen diskontinuierlich erfolgt, geht aus der DT-AS l6 90 138 hervor. Diese bekannte Leitung hat einen rohrförmigen Außenleiter, der mit einem Schlitz versehen ist, durch welchen das elektromagnetische Feld austreten kann. Die Richtung des schräg zur Leitungsachse verlaufenden Schlitzes ändert sich dauernd, so daß sich eine Zick-Zack-Linie ergibt. In den Umkehrpunkten ist der Schlitz durch über dem Außenleiter angeordnete Metallringe kurzgeschlossen. Durch diesen Verlauf des Schlitzes soll die axiale Komponente des elektromagnetischen Feldes bezüglich der Abstrahlung unterdrückt werden und eine Vergleichsmäßigung des Feldes eintreten, ein Effekt, der in der Praxis noch nicht erwiesen ist. Die Herstellung einer solchen Leitung ist aufwendig, da für unterschiedlich dimensionierte Leitungen für jede Schlitzform ein spezielles Stanzwerkzeug erforderlich ist. Die Anbringung der Metallringe läßt außerdem keine kontinuierliche Fertigung zu.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abstrahlende Hochfrequenz-Leitung (AHF-Leitun-g) anzugeben, die einfach und mit herkömmlichen Maschinen herstellbar ist, bei der Mantelwellen weitgehend vermieden sind und deren Außenfeld über die gesamte Leitungslänge einen gleichmäßigen Verlauf hat.

Diese Aufgabe wird mit einer AHF-Leitung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß über dem Außenleiter eine Schicht aus Isoliermaterial angeordnet ist, über der über die ganze Leitungslänge verteilt in axialer Richtung voneinander getrennte Strahler aus elektrisch leitfähigem Material angebracht sind, die die Leitung zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgeben, deren axiale Länge etwa gleich der halben Wellenlänge Λ der mittleren sich außerhalb der Leitung ausbreitenden Hochfrequenz ist und deren Mittenabstand gleich der Wellenlänge der mittleren sich innerhalb der Leitung ausbreitenden Hochfrequenz ist.

Der Vorteil einer derartigen AHF-Leitung, die in üblichem Aufbau lediglich mit den Strahlern versehen werden muß, besteht darin, daß das von diesen Strahlern abgestrahlte Feld eine große Gleichmäßigkeit über die gesamte Leitungslänge aufweist. Der Aufbau der darunter befindlichen Leitung ist beliebig. So kann der Außenleiter mit einem durchgehenden oder unterbrochenen Schlitz in bekannter Ausführung versehen sein, er kann jedoch auch aus Windungen eines Drahtes oder eines Bandes, die gegeneinander isoliert sind, oder als Geflecht aufgebaut sein. Über dem Außenleiter braucht dann lediglich eine dünne Isolierschicht angebracht zu werden, die als Unterlage für die Strahler dient, deren Mittenabstand einer Phasenverschiebung von 36Ο⁰ entsprechen soll

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und an Hand der zu übertragenden Hochfrequenz sowie der Ausbreitungsgeschwindigkeit innerhalb der Leitung berechnet werden kann. Die Länge der Strahler läßt sich in Abhängigkeit von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Hochfrequenz außerhalb der Leitung berechnen, wobei diese Länge nicht größer als die halbe Wellenlänge sein soll.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine AHF-Leitung nach der Erfindung und in Fig. 2 ist eine Seitenansicht derselben mit teilweise entfernten Schichten wiedergegeben.

Mit 1 ist der Innenleiter einer AHF-Leitung bezeichnet, deren Auße-nleiter 2 konzentrisch zu dem Innenleiter 1 unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums 3 geführt ist. Wie bereits erwähnt, ist der Aufbau dieser drei Teile an sich völlig beliebig. Es muß nur sichergestellt sein, daß die HF-Energie von der Leitung abgestahlt wird. Für den Innenleiter 1 wird vorzugsweise ein Kupferdraht oder ein Kupferrohr verwendet und die Isolierung kann massiv, geschäumt oder auch in Scheiben- oder Wendelform aufgebaut sein. Über dem Außenleiter 2 befindet sich eine Schicht aus einem üblichen Isolierstoff, wie beispielsweise Polyäthylen, die als Isolierung des Außenleiters 2 und gleichzeitig als Auflagefläche für die Strahler 5 dient, die über die gesamte Leitungslänge verteilt mit axialem Abstand zueinander außen auf der Leitung angebracht sind. Die Form der Strahler 5 hängt von den Abmessungen der AHF-Leitung und von der Breite des zu übertragenden Frequenzbandes ab. Sie sollen die Leitung in Umfangsrichtung mindestens teilweise umgeben und sind vorzugsweise als rundum geschlossene Rohrstücke ausgeführt.

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Die Strahler 5 können aus leitendem oder halbleitendem Material bestehen und sind dementsprechend beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bzw. aus einem durch Zusatz von Ruß oder Graphit leitend gemachten Kunststoff hergestellt. Die axiale Länge der Strahler 5 soll vorzugsweise gleich der halben Wellenlänge ?\ der mittleren Hochfrequenz sein, die sich außerhalb der Leitung ausbreitet. Diese halbe Wellenlänge ist ein Maximalwert, und bei der Berechnung dieser Länge werden sich in Abhängigkeit von der Frequenz und den Ausbreitungsgeschwindigkeiten innerhalb und außerhalb der Leitung Werte ergeben, die von dem exakten Wert der halben Wellenlänge nach unten abweichen. Sichergestellt sein muß, daß die Strahler 5 sich gegenseitig nicht berühren, sondern daß immer ein, wenn auch schmaler, Zwischenraum in axialer Richtung zwischen denselben verbleibt.

Der Mittenabstand M der Strahler 5 soll zur Erzielung einer phasengleichen Anregung der einzelnen Strahler einer Phasenverschiebung von 36O entsprechen, bezogen auf die sich innerhalb der Leitung ausbreitende, anregende Hochfrequenz. Bei einem derartigen Aufbau der Leitung ergibt sich eine AHF-Leitung, die durch die dichte Anordnung der Strahler axial hintereinander wie eine Dipollinie wirkt und somit einen einwandfreien gleichmäßigen Feldverlauf ergibt.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffmmgshütte Aktiengesellschaft 1 1477 12. Aug. 1976 Patentansprüche

1. Abstrahlende Hochfrequenz-Leitung, bestehend aus einem

Innenleiter und einem konzentrischen Außenleiter mit zwischen beiden Leitern liegendem Dielektrikum, bei welcher der Außenleiter so gestaltet ist, daß von der Leitung Hochfrequenz-Energie abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Außenleiter (2) eine Schicht (4) aus Isoliermaterial angeordnet ist, über der über die ganze Leitungslänge verteilt in axialer Richtung voneinander getrennte Strahler (5) aus elektrisch leitfähigem Material angebracht sind, die die Leitung zumindest teilweise in Umfangsrichtung umgeben, deren axiale Länge etwa gleich der halben Wellenlänge der mittleren sich außerhalb der Leitung ausbreitenden Hochfrequenz ist und deren Mittenabstand (M) gleich der Wellenlänge der mittleren sich innerhalb der Leitung ausbreitenden Hochfrequenz ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (5) aus gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer, bestehen.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (5) aus halbleitendem Material bestehen.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (5) als rundum geschlossene Rohrstücke ausgebildet sind.

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