DE29606368U1

DE29606368U1 - Strahlende Hochfrequenzleitung

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Filing date: 1996-04-04
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Also published as: US5705967A; BE1010528A5; FR2732820A1; FR2732820B1

Description

Strahlende Hochfrequenzleitung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine abstrahlende Hochfrequenzleitung, die besonders geeignet ist fur die Herstellung von funkelektrischer Verbindungen mit längs einer Achse fortbewegüohen Objekten und speziell in abgegrenzten Bereichen, wie Tunnel, Untertage-Stollen, U-Bahnen, sowie in Gebäuden. 5

Die Verwendung von strahlenden Hochfrequenzieitungen in diesen Bereichen stellt ein immer zunehmendes Interesse dar, in Hinblick auf die rasche Entwicklung von mobilen Kommunikations-Systemen (Funkverbindungen, Mobiltelefon, Schnurlostelefone,...).
* Andrerseits können solche strahlenden Hochfrequenzleitungen auch verwendet werden, um funkelektrische Wellen entlang einer oberirdischen Trasse - im allgemeinen ein Transportgleis, eine Straße oder eine Eisenbahnlinie - zu leiten.

5 Eine strahlende Hochfrequenzleitung besteht aus einem Kabel oder Hohlleiter, welche einen Teil der von ihr transportierten elektromagnetischen Energie an den sie umgebenden Außenraum abstrahlt. Im folgenden betrachten wir insbesondere die strahlenden Kabel.

Verschiedene Typen von strahlenden Kabeln sind bekannt; es handelt sich im allgemeinen um Koaxialkabel bestehend aus einem Innenleiter, umgeben von einem Dielektrikum und einem rohrförmigen Außenleiter (Schirmung), der Öffnungen zwecks elektromagnetischer Abstrahlung aufweist. Letztlich wird das Kabel von einem isolierenden Außenmantel umgeben.

Die Öffnungen im Außenleiter können verschiedene Formen annehmen: z.B. ein auf der ganzen Kabellänge angebrachter Längsschiitz, oder viele kleine, nah aneinander gereihte Öffnungen. Es gibt auch Kabel, wo der Außenleiter aus einem losen Geflecht, oder manchmal auch aus einer spiralförmigen Drahtumspinnung besteht, die über dem Dielektrikum angebracht ist. Die gemeinsame Eigenschaft dieser Kabel liegt darin, daß sie Öffnungen über die gesamte Länge des Außenleiters, oder Öffnungen in sehr kurzen Abständen, im Vergleich zur Wellenlänge des abgestrahlten Signals, besitzen.

Alle hier erwähnten Kabel arbeiten nach dem sogenannten "gekoppelten" Wellenausbreätungsmodus. Im Prinzip breitet sich die abgestrahlte Energie parallel zum Kabel aus und nimmt mit zunehmendem Abstand in senkrechter Richtung zum Kabel rasch ab. Außerdem entstehen große Signalschwankungen, wenn die

Empfangsantenne parallel zum Kabel gefuhrt wird. AO

Bekannt ist ebenfalls eine Ausführung (BE-A-834291), die aus einem nichtstrahlenden Koaxialkabel besteilt, bei welchem abstrahlende Kabelstücke eingefügt sind, deren Länge im Verhältnis zu ihren gegenseitigen Abständen sehr kurz sind. Diese Ausführung zählt ebenfalls zu den Kabeln der Kategorie des k 5 "gekoppelten" Wellenausbreitungsmodus, da die strahlenden Kabelabschnitte nach diesem Modus arbeiten.

Eine neuere Technik schlägt Kabel nach dem sogenannten "abgestrahlten" Wellenausbreitungsmodus vor, wobei der Außenleiter Öffnungen (oder Gruppen von Öffnungen) aufweist, die ein im regelmäßigen Abstand wiederkehrendes Motiv bilden. Der gegenseitige Abstand der Öffnungsmotive liegt in der Größenordnung der BetriebsweUenlänge des abgestrahlten Signals.

Für Wellenlängen oberhalb der größten Wellenlänge, wo das Kabel noch im "abgestrahlten" Wellenausbreitungsmodus arbeitet, wirkt das Kabel im "gekoppelten" Wellenausbreitungsmodus. Es ist also das Verhältnis zwischen Wellenlänge des transportierten Signals und Abstand der Motive voneinander, welche den Ausbreitungsmodus bestimmt.

Die abgestrahlte Energie dieser Kabel wird in radialer Richtung in einernf Winkel von 0° - 180° zur Kabelachse abgegeben.
15

Die wesentlichen Vorteile der Kabel im "abgestrahlten" Wellenausbreitungsmodus sind:

- Verringerung des Feldes mit zunehmendem Abstand in radialer Richtung zum Kabel (geringer als für Kabel im "gekoppelten" Modus).

- Geringe Feldschwankungen, wenn der Empfänger parallel zum Kabel bewegt wird.

Allerdings besteht der 2. hier erwähnte Vorteil (geringe Feldschwankungen) nur in 5 einem Frequenzband von f_mjn bis 2 &khgr; f_min, wo nur ein vorherrschender Strahlungsmodus besteht, auch "Grundmodus" oder "Hauptmodus" genannt. Dieser Grundmodus entspricht einem Strahlungsdiagramm, das aus einer einzigen vorherrschenden Strahlungskeule besteht.

Bei Frequenzen oberhalb 2 &khgr; f_min, werden Nebenkeulen in verschiedene Richtungen zur Hauptkeule abgestrahlt. Diese Nebenkeulen sind um so zahlreicher, je höher die Frequenz ist. Die Amplitude der Nebenkeulen ist vergleichbar der Amplitude der Hauptkeule. Diese unterschiedlichen Strahlungskeulen interferieren untereinander und erzeugen an einer parallel zum Kabel bewegten Empfangsantenne große Signalschwankungen. Folglich ist es unmöglich mit Genauigkeit die abgestrahlte Feldstärke in einem gewissen Abstand zum Kabel vorherzubestimmen. Das zwingt den Systemplaner dazu, die abgestrahlte Leistung zu erhöhen, um zu garantieren, daß das elektromagnetische Feld den erforderlichen Pegel erreicht. Ein solches Kabel ist also nur in dem Bereich interessant, wo es den Grundmodus abstrahlt. Deswegen wird das nutzbare Frequenzband auf eine Oktave begrenzt.

Aus wirtschaftlicher Sicht ist es notwendig, mehrere Signale über ein einziges Kabel zu übertragen. Die Frequenzen dieser Signale dehnen sich fast immer über ein Frequenzband aus, das größer als eine Oktave ist, was natürlich das Interesse an 5 diesen Kabeln einschränkt.

Die Erweiterung des nutzbaren Frequenzbandes ist mit einem einfachen, periodischen Öffnungsmotiv nicht möglich. Es muß ein komplexeres, periodisches Motiv verwendet werden, um eine gewisse Anzahl Oberwellen zu eliminieren, bzw.

&igr;&igr;· e* ·· ·

abzuschwächen. In diesem Sinne sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, die alle ihre Nachteile haben.

^ DE-A-2 812 523 beschreibt ein ÖfFnungsmotiv, das aus gleich großen, gleichförmigen Öffnungen besteht und deren Dichte sich periodisch entlang des Kabels ändert, mit dem Ziel einen periodischen Verlauf der Strahlungsintensität in Längsrichtung des Kabels zu erzeugen. Die Verteilung der Öffnungen ist so gewählt, daß in den Abschnitten mit der größten Abstrahlung die Anzahl der nebeneinander in Umfangs- und/oder axialer Richtung befindlichen Öffnungen pro Flächeneinheit höher 0 ist, als in Abschnitten mit geringerer Strahlungsintensität. Wie der Patentinhaber des beschriebenes Patentes andeutet, besteht das Ziel eines solchen Motivs darin, einen periodischen Verlauf der Strahlungsintensität in Achsrichtung der Leitung zu erzeugen. Andrerseits beschreibt dieses Dokument nicht die Ausdehnungen des Frequenzbandes in denen die Oberwellen gedämpft werden.

GB-A-I 481 485 beschreibt ein periodisches Öffnungsmotiv, das aus 2 Hauptschlitzen und 4 Nebenschiitzen besteht. Die Nebenschlitze sind beiderseits der Hauptschlitze angebracht. Bei dieser Anordnung sind die im Strahlungsdiagramm auftretenden Nebenkeulen bei Frequenzen zwischen f_min und 5 &khgr; f_min vernachlässigbar oder fast gleich Null. Außerdem würde das nächst größere Motiv 10 Schlitze beinhalten und wäre folglich schwer herzustellen, da die Gesamtlänge der Öffnungen so groß wäre, daß die mechanische Festigkeit des Außenleiters verringert würde.

FR-A-2 685 549 beschreibt ein Motiv bestehend aus N Öffnungen mit nutzbarem 5 Frequenzband von f^ bis N &khgr; f_min.

Die Öffnungsmotive in den beiden letzten Dokumenten haben den Nachteil, daß die Öffnungen über fast die gesamte Länge des Kabels verteilt sind und daher die mechanische Festigkeit reduziert wird. Es ist in der Tat bekannt, daß Deformationen des Kabels, oder der im Außenleiter angebrachten Öffnungen, die Kabeleigenschaften stark beeinflussen. Die im allgemeinen beobachten Einflüsse sind:

- Anstieg der Leitungsdämpfung des Kabels

- Veränderung des Strahlungsbildes durch verformte Öffnungen, das dem Prinzip der Aufhebung der Oberwellen (Nebenkeulen) entgegenwirkt.

- Entstehung eines "gekoppelten" Modus, der an einer parallel zur Kabelachse vorbeigeführten Antenne große Signalschwankungen erzeugt.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösungen ist die Schwierigkeit, schräge Schlitze (mit verschiedenen Neigungswinkeln) bei gewissen Kabelkonstruktionen herzustellen, vor allem wenn der Außenleiter gewellt ist.

5 DE-G-9 318 420 beschreibt eine Lösung, im Falle eines gewellten Außenleiters. Die Unterdrückung von Oberwellen wird nicht erwähnt.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel die Nachteile der bekannten strahlenden Kabel zu vermeiden. Zu diesem Zweck schlägt sie vor, ein periodisches Öffnungsmotiv zu

Neue Seite ·· ·* ,".4*

verwenden (bestehend aus einer Öffnung oder einer Gruppe nah aneinandergereihter Öffnungen), dessen Länge so gewählt ist, das eine gewisse Anzahl Oberwellen eliminiert bzw. abgeschwächt wird.

Dieses Ziel wird durch eine Hochfrequenzleitung erreicht, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben ist.

Die Erfindung wird nachstehend detailliert erläutert mit Hilfe beiliegender Zeichnungen.
&ogr; Bild 1 stellt einige Herstellungsformen gemäß der Erfindung dar.

Die Bilder 2 bis 4 beschreiben einige strahlende Kabeltypen nach früheren Techniken.

Die Bilder 5 und 6 zeigen die Diagramme des elektrischen Feldes der verschiedenen Ausführungsformen gemäß der Erfindung.

Das Bild 7 stellt das Strahlungsdiagramm einer strahlenden Leitung mit periodischem Öffnungsmotiv dar.

Bild 8 erläutert die verschiedenen Parameter, die notwendig sind für die Bestimmung der Länge des Öffnungsmotivs gemäß vorliegender Erfindung.

Die Bilder 9 und 10 stellen die Feldfunktionen dar, die durch Schlitze mit unterschiedlichen Längen erzeugt werden.
Die Bilder 11 bis 13 sind Diagramme, die an einem der Erfindung entsprechenden strahlenden Kabel gemessen wurden.

Bevor die Erfindung beschrieben wird, beziehen wir uns kurz auf die Bilder 2 bis 4 die den Stand der Technik veranschaulichen. Bild 2 zeigt vier strahlende Kabeltypen mit Öffnungen, die über die gesamte Kabelaußenleiterlänge verteilt sind, oder einen auf der ganzen Kabellänge angebrachten Längsschlitz aufweisen. Bild 3 stellt ein strahlendes Kabel dar, dessen periodisches Öffnungsmotiv aus zwei schrägen Hauptschlitzen (F und F¹) und vier schrägen Nebenschlitzen (Fa, Fb, Fa¹, Fb') besteht, wie es in dem oben erwähnten Dokument GB-A-1481485 erwähnt wurde. Bild .4 stellt ein strahlendes Kabel dar, wo der Außenleiter ein periodisches Öffnungsmotiv besitzt, das aus Schrägschlitzen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln besteht. Die Nachteile dieser bekannten strahlenden Kabel wurden oben angeführt.

Gemäß der Erfindung, enthält das Motiv einen einzigen abstrahlenden Abschnitt dessen Länge (L) gleich p/2 ist. Man kann zeigen, daß der gewünschte Effekt eintritt wenn die Länge L zwischen p/2 - 10% und p/2 + 10% liegt.

Der Außenleiter weist also ein periodisches Öffnungsmotiv mit der Periodenlänge &rgr; auf, welches durch die Gleichung

bestimmt wird, wobei

^start^: ^^ie größte Weilenlänge, von wo ab das Kabel im "abstrahlenden" Ausbreitungsmodus arbeitet.
45

&egr;_&Ggr;: relative Dielektrizitätskonstante des Kabels

Neue Seite · ·*.·,; !5* * *.··.·**·

Das Öffnungsmotiv enthalt einen einzigen strahlenden Abschnitt der Länge L = p/2 (± 10%) und einen nichtstrahlenden Abschnitt von gleicher Länge. Die Länge der strahlenden und nichtstrahlenden Abschnitte, sowie der Abstand zwischen den Öffnungen der abstrahlenden Abschnitte werden immer parallel zur Kabelachse gemessen.

Der strahlende Abschnitt der Länge L kann auf verschiedene Art und Weise ausgeführt werden (Bild 1). Er kann als Längsschlitz der Länge L ausgeführt werden (Bildla), oder auch schräg zur Kabelachse liegen (Bild Ib); in diesem Fall ist die Länge der Projektion des Schlitzes auf eine Ebene durch die Leitungsachse gleich p/2.

Mit einem solchen Öffnungsmotiv liegt das Frequenzband, in dem die Nebenkeulen (Oberwellen) gänzlich aufgehoben werden zwischen f_min und 3 &khgr; f_min. 15

Für Frequenzen oberhalb 3 &khgr; f_mjn sind die Oberwellen zwar stark gedämpft, erzeugen aber eine gewisse Verschlechterung der Strahlungseigenschaften. Allerdings sind die Feldschwankungen geringer, als bei Kabeln im "gekoppelten" Ausbreitungsmodus.

Andere Formen der strahlenden Abschnitte kann durch eine Gruppe von gleichen, in regelmäßigen Abständen voneinander und nahe beieinander liegenden Öffnungen erreicht werden, deren Projektionen auf eine Ebene durch die Längsachse der Leitung im gleichen Abständen auftreten.

Die Bilder Ic bis Ig zeigen solche Beispiele. Die Öffnungen müssen nicht unbedingt auf einer Linie in axialer Richtung der Leitung angeordnet sein und können eine beliebige Form haben (quadratisch, rechteckig, kreisförmig, elliptisch,...). Die Länge des strahlenden Abschnittes, sowie der Abstand zwischen den Öffnungen dieses Abschnittes werden immer parallel zur Kabelachse gemessen. Vorzugsweise sollte der strahlende Abschnitt mindestens 6 Öffnungen enthalten. Der Außenleiter kann jede mögliche Form haben (glatt, gewellt, gehämmert,...).

Dem Fachmann ist bekannt, daß der Schlitztyp und insbesondere der Neigungswinkel des Schlitzes die Polarisationsrichtung des abgestrahlten Signals bestimmt. Zum Beispiel erzeugt eine parallel zur Kabelachse angebrachte Öffnung (Bild la) ein elektrische Feld, dessen vorherrschende Feldkomponente ebenfalls parallel zur Kabelachse verläuft. Dies ist auch der Fall für Öffnungsmotive, die aus kleinen, nah aneinandergereihten Öffnungen (Bild Ic) oder Querschlitzen gebildet werden (Bild

Id.)·
AO

Im Gegensatz dazu, erzwingt ein schräg zur Kabelachse angebrachter Schlitz, wie in Bild^lb gezeigt, einen schrägen Verlauf der Stromlinien im Außenleiter. Diese Stromlinien erzeugen ein elektrische Feld, das sich aus einer axialen Komponente und einer azimutalen Komponente zusammensetzt (Bild 5). Aus dem gleichen Grund erzeugt das in Bild Ag gezeigte Öffiiungsmotiv, bestehend aus kleinen, nah aneinander gereihten Schrägschlitzen, ebenfalls ein aus einer axialen und einer azimutalen Komponente zusammengesetztes Feld.

«· ·· ·· · Aus praktischer Sicht betrachtet ist es interessant, daß die strahlende Leitung eine axiale Komponente und eine azimutale Komponente erzeugt. In der Tat, würde nur die axiale Komponente existieren, müßte die Empfangsantenne der mobilen Geräte parallel zur Kabelachse gerichtet sein. Aber in den meisten Fällen steht die Empfangsantenne der mobilen Geräte senkrecht; von daher ist die azimutale Komponente wichtig, die in diesem Fall die einzige ist, die einen Strom in der Empfangsantenne erzeugen kann, wie aus Bild 6 ersichtlich ist.

Die aus vielen Öffnungen bestehenden Abschnitte haben den Vorteil, daß die mechanische Festigkeit des Außenleiter nur geringfügig verringert wird.

Es sei hier bemerkt, daß das entwickelte Prinzip sowohl bei strahlenden Kabeln als auch bei strahlenden Hohlleitern Anwendung findet. Letztere sind ähnlich wie Kabel aufgebaut, besitzen aber keinen Innenleiter.
15

Die Länge der Schlitze und das nutzbare Frequenzband werden wie folgt bestimmt.

Betrachten wir ein abstrahlendes Kabel, dessen Außenleiter ein periodisches Öffnungsmotiv der Periodenlänge &rgr; aufweist und aus einer einzigen Öffnung besteht. Der Fachmann weiß, daß ein solches Kabel fur Frequenzen ab f_start ein Strahlungsfeld erzeugt, das sich in radialer Richtung ausbreitet - auch "abgestrahlter" Wellenmodus genannt. Die Frequenz f_SUrt ergibt sich aus:

f^S!art ⁼ Piji+i) W

wobei c die Geschwindigkeit des Lichtes in der Luft darstellt. Dieser Frequenz entspricht eine Wellenlänge von:

1) (3)

...

Die Ausbreitungsrichtung des Strahlungsfeldes bildet mit der Kabelachse einen Winkel &THgr;, der als positiv bezeichnet wird, ausgehend vom Generator in Richtung zum Kabelende.

Der Fachmann weiß ebenfalls, daß ein solches radiales Strahlungsfeld mehrere Strahlungskeulen erzeugt (auch "Strahlungsmodus" genannt), wie in Bild 7 gezeigt. Die Maxima dieser Strahlungskeulen bilden mit der Kabelachse einen Winkel 0_maxJc, der sich aus folgender Gleichung ergibt:

cos(9_max^) = jr-Je7 mit k = 1,2,3, ... (4)

entspricht dem Maximum des Modus der Ordnung k. Mit der Gleichung (1) erhalten wir:

cos(9_max, _k) = - yi7 mit k = 1,2,3, ... (5)

^" Stort

Für &lgr; größer als &lgr;_3(3[/2 gibt es für Gleichung (5) nur die Lösung k = 1.

Für &lgr; kleiner ais X_Start/2 gibt es für Gleichung (5) zwei Lösungen:

(6)

(7)

wobei:

9_maXil = Winkel des Maximums der Hauptkeule (k = 1). ⁼ Winkel des Maximums der Nebenkeule (k = 2).

&ogr; In der gleicher Weise ergibt sich fur &lgr; kleiner als A,_start/3 eine Hauptkeule (k = 1) und zwei Nebenkeulen (k = 2 und k = 3). Wenn &lgr; noch kleiner wird, erscheinen weitere Nebenkeulen, deren Strahlungsrichtung durch die Formeln (4) oder (5) gegeben ist.

Ein solches Kabel ist nur in dem Frequenzband [ f_stsrt>, 2 &khgr; f_S(art ] interessant. Für 5 Frequenzen oberhalb dieses Bandes interferieren die Nebenkeulen mit der Hauptkeule, was zu großen Feldschwankungen fuhrt, wenn man sich parallel zum Kabel bewegt.

Die nutzbare Bandbreite kann nur erweitert werden, wenn eine gewisse Anzahl Nebenkeulen eliminiert oder gedämpft wird (beginnend bei der Keule k = T).

Gemäß der Erfindung wird die Direktivität einer Öffnung oder einer Gruppe von nah aneinandergereihten Öffnungen ausgenutzt.

Bestimmen wir zunächst das Strahlungsdiagramm, in der axialen Ebene des Kabels, eines Schlitzes der Länge L, der auf einer Mantellinie im Außenleiter angebracht wurde (Bild 7a). Legen wir als Ursprungspunkt der Abszissenachse (übereinstimmend mit der Kabelachse) das dem Generator zugewandte Schlitzende fest und betrachten, wie in Bild 8 dargestellt, einen Schlitz der Länge L.

In der Richtung &thgr; weist das, durch einen unendlich kleinen Abschnitt dx auf der Abszissenachse bei x, erzeugte Strahlungsfeld, im Vergleich zu einem durch einen gleichen, unendlich kleinen Abschnitt bei &khgr; = 0 erzeugte Strahlungsfeld, eine Verzögerung &tgr; auf, die gegeben ist durch:

f ^ (8)

wobei &ngr; die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Kabelinnern darstellt: &ngr; = cNe_z.

AO Für einen sinusförmigen Strom, ergibt sich das durch einen Abschnitt dx erzeugte Feld aus:

[]äfc (9)

Das durch den ganzen Schlitz erzeugte Gesamtfeld erhalten wir durch Integration: 45

j = Jsin<D-[V-f -(Js7 + cosd)]-dx (10)

Wenn wir das Minuszeichen vernachlässigen und durch die Tatsache daß

erhalten wir:
5

s=

It(^ET+COS &thgr;)

Der letzte Faktor hängt von der Zeit ab und beeinflußt nicht die Amplitude des Signals.

Das Strahlungsdiagramm hängt folglich nur von den beiden ersten Faktoren ab, die

wie folgt geschrieben werden können: *

^JK ' (^+cosej-f ^v '

Um die Schreibweise zu vereinfachen, setzen wir:

&agr; = (y§7 +COsO)-Y (14)

und erhalten: J[Q)=L-*^ (15)

Durch die Symmetrie des Strahlungsdiagramm variiert &thgr; zwischen 0 und 180°.

Für &thgr; = 0° und &thgr; = 180°, ist &agr; gegeben durch:

)-f (16)

I)-? (17)

Wir stellen fest, daß &agr; immer positiv ist und mit zunehmendem Winkel &thgr; abnimmt. 30

Bestimmen wir die Nullstellen der Funktion f(9). Eine Funktion sincc/a hat Nullstellen für:

&agr; = /·&pgr; für/= 1,2,3, ... (18)

5 Der Wert / = 0 ist zu verwerfen, da &agr; immer strikt positiv ist und andrerseits ist das Intervall, wo &agr; existiert, relativ groß im Hinblick auf das Verhältnis:

Für Zell-Poiyäthylen beispielsweise ist &egr;_&Ggr; = 1.29 und das Verhältnis (19) beträgt ungefähr 15,7. Das bedeutet, daß das Existenzintervall für &agr; mehrere Nullstellen der Funktion f(9) umfaßt (Bild 9).

Wird L klein genug wählt, ist es möglich das Existenzintervall von &agr; so zu 5 reduzieren, daß die Funktion sina/a nur eine einzige Nullstelle hat (Bild 10).

Den Wert von &thgr; entsprechend der Nullstelle der Funktion sinaufo efiTält mSn durch ·· ·· lösen der Gleichung:

T = ^&pgr; (²°)

"5 Die Lösung ist: cos9 = r-7s7 (21)

Gehen wir zurück zu der Formel (7), die uns die Richtung des Maximums der 1. Nebenkeule k = 2 gibt. Wenn man die Nullstellen des Strahlungsdiagramms des Schlitzes mit dem Maximum der Diagrammkeule übereinstimmen läßt, gelingt es &ogr; diese zu eliminieren.

Um dies zu tun, müssen wir die Ausdrücke (21) und (7) gleich setzen. Wir sehen, daß es möglich ist, den ersten Nebenmodus zu annullieren, für gleich welchen Wert von &lgr;, wenn L = ^ (22)

Mit (2) können wir schreiben:

L = I (23)

Berechnen wir das Strahlungsdiagramm des Schlitzes für den Hauptmodus (k = 1) so erhält man, indem wir cos0_ma^, durch seinen Wert (6) in der Gleichung (13) ersetzen:

(24)

Genauso ergeben die Ausdrücke (5) und (13) für die Nebenmoden k = 3 und die folgenden Moden:

L-^¹ (25)

Dieser Ausdruck ist Null wenn k gerade ist und folglich werden alle Nebenmoden mit gerader Ordnungszahl vollständig annulliert. Die Nebenmoden mit ungerader Ordnungszahl werden stark gedämpft. Den Nebenmodus mit der größten Amplitude erhalten wir für k = 3:

^ (²⁶)

Die Amplitude dieses Modus beträgt also ein Drittel der Amplitude des Hauptmodus, und ist folglich 9.5 dB niedriger als der Hauptmodus, vergleicht man die Leistungspegel.

Die Amplitude des Modus k = 5 beträgt: X0_max,₅) = ^ (27)

Die Amplitude ist also 5 mal schwächer als die Amplitude des Hauptmodus oder 14 dB niedriger, vergleicht man die Leistungspegei.

Der Ausdruck (25) zeigt, daß die Nebenmoden um so mehr gedämpft werden, je höher ihre Ordnungszahl (k) ist.
45

Ein Öffnungsmotiv gemäß der Erfindung erlaubt uns folglich, ein Frequenzband ohne Nebenmodus zu erhalten, in einem Bereich von [ f_Start, 3 &khgr; f_S(art ]. Wenn wir eine

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gewisse VerschlechterungdeYßigenschaften durch die Interferenz des Gnindmodus mit den Nebenmoden (die nicht vollständig eliminiert sind) akzeptieren, kann das abstrahlende Kabel auch für Frequenzen oberhalb 3 &khgr; f_start benutzt werden, da die Signalschwankungen trotzdem schwächer sind, als für Kabel im "gekoppelten" Ausbreitungsmodus.

Es gibt eine große Vielfalt von Öffnungsmotiven, um den gewünschten Effekt zu erzielen. In der Tat haben wir das Strahlungsdiagramm eines parallel zur Leitungsachse gerichteten Schlitzes durch Integration der unendlich kleinen Abschnitte der Länge dx berechnet.

Man würde eine ähnliche Diagrammform erhalten (in der Ebene der Kabelachse), wenn der Schlitz schräg zur Kabelachse liegt und seine Projektion auf die Ebene durch die Kabelachse eine Länge von p/2 hat. Zu bemerken ist, daß in diesem Fall alle Schlitze parallel sein müssen, damit sich das Motiv vollkommen wiederholt.

Genauso kann der gesuchte Effekt, anstatt eines kontinuierlichen, parallel oder schräg zur Kabelachse verlaufenden Längsschlitzes, durch mehrere nah aneinandergereihte Öffnungen erzielt werden, die ein ähnliches Strahlungsdiagramm wie ein einziger kontinuierlicher Längsschlitz haben. In der Tat würde das bedeuten, das Integral (10) durch die Summe aller Beiträge jeder einzelnen Öffnung zu ersetzen. Man würde ein gleichwertiges Resultat erhalten, in sofern die Öffnungen identisch und zahlreich genug wären (wenigstens 6) und ihre Projektion auf die Ebene durch die Kabelachse gleiche Abstände hätte. Es ist nicht notwendig, daß die Öffnungen alle auf der selben Mantellinie liegen, da wir nur das Strahlungsdiagramm in der Ebene durch die Kabelachse betrachten.

Bild 1 zeigt mehrere Öffnungsmotive, die den gewünschten Effekt erzielen. Die Wahl des einen oder anderen Motivs erlaubt uns die vom Kabel abgestrahlte Strahlungsintensität zu beeinflussen.

Die Bilder 11,12 und 13 stellen die Meßergebnisse eines der Erfindung entsprechend konstruierten Kabels dar. Die Diagramme geben die Empfangsleistung am Ausgang einer Dipolantenne wieder, die in einem Abstand von 4 m parallel zum Kabel entlang 5 vorbeigeführt wurde. Die Abszissenachse entspricht der zurückgelegten Strecke (in Meter) und die Ordinatenachse stellt die Empfangsleistung der Antenne in dBm (logarithmische Einheit) dar. Das getestete Kabel wurde berechnet, um bei Frequenzen gleich an 350 MHz, oder höher, im "abgestrahlten" Ausbreitungsmodus zu arbeiten; es befindet sich zwischen den Abszissenpunkten 6 und 39 m. Nachdem, was vorher gesagt wurde, müßte oberhalb 700 MHz ein Nebenmodus auftreten, welcher große Schwankungen der Empfangsleistung am Ausgang der Antenne hervorruft. Bild 11 zeigt das Meßresultat bei einer Frequenz von 450 MHz, wo ein einziger Modus k = 1 existiert. Die Bilder 12 und 13 zeigen die Meßdiagramme bei 800 MHz und 900 MHz. Wir stellen fest, daß die Amplitude der Schwankungen 5 (Spitze-Spitze) in allen drei Fällen einige dB beträgt. Zur Erinnerung sei erwähnt, daß wenn ein Nebenmodus mit dem Hauptmodus interferiert Signalschwankungen (Spitze-Spitze) von 30 bis 40 dB auftreten können. Die Bilder 12 und 13 demonstrieren klar die Effizienz der vorliegenden Erfindung.

Claims

e ·

1. Strahlende Hochfrequenzleitung, die dazu dient, in einem bestimmten Frequenzband elektromagnetische Energie abzustrahlen und dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitung einen röhrenförmigen Außenleiter mit angebrachten Öffnungen beinhaltet, die ein periodisches ÖfTnungsmotiv (M) bilden, welches sich entlang des Außenleiters parallel zur axialen Richtung der Leitung mit einer vorherbestimmten Periodenlänge (p) wiederholt und wobei dieses sich periodisch wiederholende Motiv eine Länge (L) von p/2 + &Dgr; hat.

2. Leitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß &Dgr; etwa 10% beträgt.

3. Leitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Öffnungsmotiv (M) aus einem Schlitz besteht, der entlang einer Mantellinie des Außenleiters verläuft.

4. Leitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Öffnungsmotiv aus einem Schlitz besteht, der schräg zu einer Mantellinie des Außenleiters verläuft.

5. Leitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische

Öffnungsmotiv (M) aus mehreren, identischen, nah aneinandergereihten Öffnungen besteht, deren Projektionen auf eine Ebene durch die Leitungslängsachse gleichen Abstand haben.

6. Leitung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Offnungsmotiv (M) aus mindestens 6 Öffnungen besteht.