DE3019247C2

DE3019247C2 - Flexibler Hohlleiter zum Übertragen von Mikrowellensignalen

Info

Publication number: DE3019247C2
Application number: DE19803019247
Authority: DE
Inventors: Bela Budapest Ladanyi-Turoczi; Istvan Mosoni; Pal Dr. Szalai
Original assignee: FINOMMECHANIKAI VALLALAT BUDAPEST HU
Current assignee: FINOMMECHANIKAI VALLALAT BUDAPEST HU
Priority date: 1979-05-21
Filing date: 1980-05-20
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3019247A1; DD150970A1; BG43009A3; HU177317B

Description

bestimmt ist, wobei

je und y die rechtwinkligen Koordinaten der Punkte

der Hyperellipse sind,

α die Länge der Halbachse in Richtung χ ist,

b die Länge der Halbachse in Richtung y ist.

2. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbachse b in Richtung .y eine kürzere Länge hat als die Halbachse a in Richtung je und die Hochzahlen m und π größer als 2, aber kleiner als 22 sind.

3. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbachsen a und b einerseits und die beiden Hochzahlen m und «andererseits gleich groß sind.

4. Flexibler Hohlleiter nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umrißlinie durch eine Vielzahl von Kreisbögen (3) angenähert ist.

5. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der von Kreisbögen (3) gebildeten inneren Umrißlinie (1) von der Hyperellipse kleiner ist als das 10--'-fache der längeren Halbachse a (Fig. 4 und 5).

6. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umrißlinie (2) des Querschnittes als eine Hyperellipse (5) ausgebildet ist.

7. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochzahlen der äußeren Umrißlinie (2) größer sind als die entsprechenden Hochzahlen der inneren Umrißlinie (1).

8. Flexibler Hohlleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umrißlinie (2) des Querschnittes durch die Gleichung

2?

bestimmt ist, wobei

A²

B²

X und Y die rechtwinkligen Koordinaten der Kurve

sind,
A die Länge der Halbachse in Richtung X isl

und
B die Länge der Halbachse in Richtung Y ist

(Fig. 6).

Die Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen Hohlleiter zum Übertragen von Mikrowellensignalen ent

sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger flexibler Hohlleiter wird bevorzugt in Fällen angewendet, in denen zwischen einem Mikrowellengerät und einer Antenne bzw. zwischen Mikron

wellengeräten untereinander eine relativ große Entfernung zu überbrücken ist. Solche Anwendungsfälle sind z. B. ein mit einem Mikrowsllen-Senderempfänger ausgerüstetes Verkehrsmittel oder die Verbindungen zwischen Antennen und Einrichtungen einer Mikrowellenkette. Die Entfernung ist in der Regel kleiner als 150 m, im Durchschnitt etwa 70 bis 80 m.

Im Zusammenhang mit diesem Anwendungsgebiet unterliegen diese Hohlleiter zur Übertragung von Mikrcwellensignalen mehreren Anforderungen. Ein Erfordernis ist eine geringe Dämpfung in bezug aufdie zu übertragende Mikrowellenfrequenz. Da die Übertragung der Mikrowellensignale nicht bei einer bestimmten Frequenz, sondern in einem weiten Frequenzgebiet erfolgt, ist eine weitere Anforderung eine große Bandbreite. Bei Mikrowellen-Hohlleitern ist die Bandbreite praktisch durch die Frequenzabstände zwischen den auftretenden Störmoden bestimmt. Für solche Zwecke werden schon lange quadratische, rechteckige, kreisförmige und neuerdings auch elliptische Hohlleiter eingesetzt. Schließlich besteht das Erfordernis, längere Hohlleiterstrecken aus einem Stück herzustellen, die wie ein Kabel auf eine Kabeltrommel gewickelt werden können.
Es sind flexible, auf Kabeltrommel aufwickelbare ,Wellenleiter oder Hohlleiter bekannt, mit denen die Größe der zusätzlichen Reflexionen und folglich der Echogeräusche der ganzen Hohlleiterstrecke gegenüber den früher angewandten, aus mehreren kurzen Abschnitten zusammengebauten Hohlieitern vermindert werden konnte. Diese Hohlleiter haben einen elliptischen Querschnitt oder nahezu elliptischen Querschnitt (DE-OS 22 26559 und DE-OS 1690288).

Dieser Querschnitt der flexiblen Hohlleiter ist in der Regel so gewählt, daß dieser über die Länge des Hohllei-

ters konstant ist und zugleich einen Übergang zwischen einem viereckigen und einem kreisförmigen Querschnitt bildet. Diese ist wesentlich im Hinblick auf das Optimum zwischen dem guten Bandbreiteverhalten eines quadratischen Hohlleiters und dem guten Dämpfungsverhalten eines kreisförmigen Hohlleiters, was einen Kompromiß zwischen diesen beiden elektrischen Eigenschaften bedeutet. Der Querschnitt der Hohlleiter ist also aus geometrischer Sicht weder viereckig, noch kreisförmig, sondern irgendein geometrisches Gebilde.

Es wurde bevorzugt ein elliptischer Querschnitt oder ein ellipseähnliches Oval (Viereck mit abgerundeten Ecken) - z. B. eine Cassinoide - angewendet (DE-OS 1690288 und DE-OS 1801536). Dies hat zwei Begründungen. Mit einer geeigneten elliptischen Umrißlinie kann man einerseits erreichen, daß die Momente zweiter Ordnung um beide Halbachsen des Querschnittes etwa gleich sind und demzufolge der Wellenleiter in beiden Ebenen zufriedenstellende Biegungseigenschaften aufweist. Andererseits kann man bei der Herstellung solcher Hohlleiter die mathematische Tatsache ausnutzen, daß die Ellipse aus einer gleichmäßigen Kompression des Kreises in einer bestimmten Richtung abgeleitet werden kann, wobei der Kompressionsbeiwert gerade dem Verhältnis der Halbachsen der Ellipse gleich ist. Dementsprechend besteht das Wesen mehrerer bekannter Produktionsverfahren darin, daß die in einer ersten Stufe zylindrisch ausgebildeten Leiter in einer zweiten Stufe mit Hilfe eines geeignet ausgewähl-

ten Werkzeuges elliptisch geformt werden. Hierfür r'/eist der Einlrittsquerschnitt des Werkzeuges eine zylindrische, der Austrittsquerschnitt eine elliptische Form auf, wobei zwischen diesen Querschnitten ein Übergang mit ständig wechselndem Querschnitt ausgebildet ist.

Bei den bekannten Herstellungsverfahren ist es als nachteilig anzusehen, daß die Abmessungen des Eintrittsquerschnittes, die zu einem gewünschten Au-trittsquerschiiiit gehören, nicht ohne weiteres, sondern nur nach einigen Versuchen ermittelt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Hohlleiters mit möglichst geringer spezifischer Dämpfung, bei einer bestimmten vorgegebenen Bandbreite.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hohlleiter entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der flexible Hohlleiter vereinigt in sich die Vorteile der Hohlleiter mit kreisförmigem und rechtwinkligem Querschnitt. Er hat eine besonders kleine spezifische Dämpfung bei einer geforderten Bandbreite. Dies verdeutlicht die nachstehende Tabelle.

Frequenz (GHz)
Querschnittsform

5,9 6,2 6,4
Dämpfung (db/100 m)

Elliptisch
Cassinisch
Rechteckig
Erfindungsgemäß

5,9
5,7
5,4
4,3

5,5
5,4
5,3
4,1

5,3
5,25
5,2
4,1

Bei der erfindungsgemäßen hyperelliptischen Form gibt es einen freien Parameter, d. h. die Hochzahl der die Form bestimmenden Gleichung. Durch die Änderung der Hochzahl können verschiedene hyperelliptische Formen mit verschiedenen, aber vorhersehbaren elektrischen Eigenschaften gewählt werden.

Um die zur Fertigung des erfindungsgemäßen Hohlleiters benötigten Preßwerkzeuge verhältnismäßig einfach und dazu mit genügender Genauigkeit herstellen zu können, kann die Umrißlinie des inneren Querschnittes des Hohlleiters aus Kreisbögen gebildet sein. Die Abweichung der von Kreisbögen gebildeten Umrißlinie von der Hyperellipse kann dabei kleiner sein als das l(H-fache der längeren Halbachse a.

Im Interesse guter Biegeeigenschaften des erfindungsgemäßen Hohlleiters kann in einer zweckmäßigen Ausführungsform die äußere Umrißlinie als eine Hyperellipse ausgeführt sein deren Hochzahlen größer sind als die entsprechenden Hochzahlen der inneren Umrißiinie. Dadurch wird bewirkt, daß die Wandstärke in Richtung auf die Eckbereiche fortlaufend derart erhöht wird, daß beim Biegen des Hohlleiters die Deformierung des inneren Querschnitts auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Nach einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung, die zusätzliche Vorteile mit sich bringt, ist die äußere Umrißlinie des Querschnittes durch die Gleichung

Λ⁴

B*

A¹

B²

X und Y die rechtwinkligen Koordinaten der Umrißlinie sind,

A die Länge der Halbachse in Richtung X und

B die Länge der Halbachse in Richtung Y ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt einer ersten Ausführungsform eines Hohlleiters;

F i g. 2 einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform des Hohlleiters;

Fig. 3 einen Schnitt einer dritten Ausführungsform des Hohlleiters;

Fig. 4 bzw. 5 Teile der Ausführungsform von Fig. 3, und

Fig. 6 die äußere Umrißlinie des Hohlleiters gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Hohlleiter hat eine innere Umrißlinie 1 und eine äußere Umrißlinie 2. Bei dieser Ausführungsform ist die innere Umrißlinie 1 als eine Hyperellipse ausgebildet, die mit der Gleichung

0)"

bestimmt ist, wobei

χ und y die rechtwinkligen Koordinaten der Punkte der Hyperellipse, und

aund b die Längen der Halbachsen in Richtungxbzvi.y sind.

Bei dieser Ausführungsform haben die Halbachsen unterschiedliche Längen, da die Halbachse α nämlich länger ist als die Halbachse b. Die Hochzahlen m und η in der obigen Gleichung sind größer als 2, aber kleiner als 22.

Um die Hohlleiter mit der oben beschriebenen Hyperellipse als innere Umrißiinie 1 mit gar keiner oder geringer Verzerrung der Form der Umrißlinie 1 biegen zu können, ist auch die äußere Umrißlinie 2 des Querschnittes des Hohlleiters durch die obige Gleichung bestimmt. Die Länge der Halbachsen aund b sind aber um die am Ort der Achsen χ und y gemessenen Wandstärke vergrößert. Auch die Hochzahlen m und η sind größer als die Hochzahlen m und η der inneren Umrißlinie 1. Infolgedessen wird die Wandstärke in den Ecken des Querschnittes des Hohlleiters größer als in den übrigen Bereichen und der Hohlleiter kann gebogen werden, ohne die die Übertragungsparameter bestimmende innere Umrißlinie 1 beim Biegen zu verzerren. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, kann die äußere Umrißlinie 2 des Querschnittes des Hohlleiters als eine Kurve ausgebildet werden, die durch die Gleichung

— + —=— + —
A⁴ ß⁴ A² B²

bestimmt ist, wobei

hestimmt. wobei

X und Kdie rechtwinkligen Koordinaten der Kurve, und A und B die Längen der Halbachsen in Richtung xbzw.y sind.

Das Moment zweiter Ordnung dieses Querschnittes ist vorteilhaft im Hinblick auf die Biegung.

!η F i g. 2 ist der Querschnitt einer anderen möglichen Ausfuhrungsform des Hohlleiters im Schnitt dargestellt, wobei die Halbachsen gleiche Längen haben, d. h. die Halbachsen α und b in der obigen Gleichung die gleiche Länge haben. Aufgrund dessen sind in Fig. 2 s die Halbachsen sowohl in Richtung χ als auch in Richtungymitabezeichnet. Die Hochzahlen der Gleichung sind ebenfalls gleich. Demgemäß ist die obige Gleichung vereinfacht zu:

IO

x^m + y _ .

Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls das Kriterium gültig, wonach die Hochzahl m größer ist ais 2, aber kleiner als 22. Auch in diesem Fall ist die äußere Umrißlinie 2 des Hohlleiters durch eine Hyperellipse beschrieben, deren Hochzahl m größer ist als die Hochzahl der inneren Umrißlinie 1, so daß die Wandstärken in den Ecken größer sind als in den übrigen Bereichen.

Der Hohlleiter wird vorzugsweise aus Aluminium durch Pressen hergestellt. Die inneren und äußeren Umrißlinien I, 2 des Hohlleiters werden dabei durch das Profil eines Preßwerkzeuges ausgebildet. Um die Herstellungstechnologie für das Preßwerkzeug vereinfachen zu können, ist das Werkzeugprofil zum Erzeugen der inneren Umrißlinie 1 des erfindungsgemäßen Hohlleiters aus Kreisbögen 3 gebildet (F i g. 3). Infolgedessen ist im wesentlichen die innere Umrißlinie 1 des Hohlleiters als eine aus Kreisbögen 3 gebildete Hyperellipse 5 ausgebildet. Die Genauigkeit der Annäherung ist, wie in Fig. 4 und 5 stark vergrößert zu sehen ist, mit einer Abweichung c definiert.

In F i g. 4 ist die Hüllkurve 4 der inneren Umrißlinie 1 des Querschnittes des Hohlleiters selbst eine Hyperellipse. Aufgrund dessen ist die Größe der Abweichung c von der idealen Hyperellipse 5 in diesem Falle mit dem in Richtung des Krümmungsradius gemessenen Abstand der Hyperellipse 5 von den Schnittpunkten der Kreisbogen 3 mit der Hüllkurve 4 gleich.

Die Größe der Abweichung c in F i g. 4 hängt von der Größe der zulässigen Dämpfung bzw. von dem Verhältnis zwischen der Bandbreite und der zulässigen Dämpfung ab. In der Praxis ist es zweckmäßig, die Größe der Abweichung c unter dem 10-³-fachen der Länge der langeren Halbachse α zu halten.

In Fig. 5 ist die Definition einer zulässigen Abweichung d dargestellt, wobei die Hyperellipse 5 sowohl von außen als auch von innen durch die dem Kreisbogen 3 angenäherte innere Umrißlinie 1 angenähert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Η

Claims

Patentansprüche:

1. Flexibler Hohlleiter zum Übertragen von Mikrowellensignalen, mit einem Querschnitt, der zwischen einem viereckigen und einem kreisförmigen Querschnitt liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umrißlinie (1) des Querschnittes als eine Hyperellipse ausgebildet ist, die durch die Gleichung