DE3234699A1

DE3234699A1 - Flexible waveguide for millimetric waves and a method for producing said waveguide

Info

Publication number: DE3234699A1
Application number: DE19823234699
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7918 Illertissen Holpp; Rainer Schmieg; Karl-Heinz Dr.rer.nat. 7900 Ulm Wichmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: SCHMIEG, RAINER, 7900 ULM, DE
Priority date: 1982-09-18
Filing date: 1982-09-18
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3234699C2

Abstract

A flexible waveguide for the millimetric waveband is produced as a thin-walled tube having any desired cross-section which has reinforcing beads running around its circumference, in that a multi-layer jacket of the desired shape is formed on a core piece having a profile corresponding to the inner cavity of the waveguide by the deposition of metal layers, preferably galvanically, the core piece being released therefrom subsequently.

Description

Flexibler Hohlleiter für Millimeterwellen sowie VerfahrenFlexible waveguide for millimeter waves and processes

zur Herstellung eines solchen Die Erfindung betrifft einen flexiblen Hohlleiter für Millimeterwellen sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen.for the manufacture of such. The invention relates to a flexible one Waveguides for millimeter waves and a method for producing such.

Flexible Hohlleiterverbindungen werden für Frequenzen unterhalb etwa 40 GHz realisiert als aus einzelnen Blechen oder Formteilen in Fügetechnik zusammengesetzte Rohre. Im Millimeterwellenbereich scheidet diese Art von Herstellung infolge der geringen Querabmessungen des Hohlleiters aus.Flexible waveguide connections are used for frequencies below about 40 GHz realized as a combination of individual sheets or molded parts using joining technology Tube. In the millimeter wave range, this type of production differs due to the small transverse dimensions of the waveguide.

Als flexible Verbindungen zweier Hohlleiter im Millimeterwellenbereich mit beliebiger Querschnittsgeometrie der zu verbindenden Hohlleiter ist beispielsweise aus der DE-OS 30 39 357 die Verwendung flexibler Wellenleiter aus dielektrischen Materialien mit vorzugsweise niedriger Dielektrizitätskonstante bekannt. Derartige dielektrische Wellenleiter weisen jedoch gegenüber metallischen Hohlleitern höhere Verluste durch Abstrahlung sowie durch Dämpfung im Dielektrikum auf.As a flexible connection between two waveguides in the millimeter wave range with any cross-sectional geometry of the waveguide to be connected is for example from DE-OS 30 39 357 the use of flexible waveguides made of dielectric Materials with preferably low dielectric constant are known. Such dielectric However, waveguides have opposite metallic ones Waveguides have higher losses due to radiation and damping in the dielectric on.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen flexiblen, verlustarmen Hohlleiter beliebiger Querschnittsgeometrie sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlleiters anzugeben.The object of the present invention is therefore to provide a flexible, low-loss waveguide of any cross-sectional geometry and a method for Specify the manufacture of such a waveguide.

Der erfindungsgemäße, flexible Hohlleiter ist im Patentanspruch 1, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Hohlleiters im Patentanspruch 4 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung.The inventive, flexible waveguide is in claim 1, the inventive method for producing this waveguide in claim 4 described. The subclaims contain advantageous designs and developments the invention.

Durch die nahtlose Ausführung des Rohres werden ohmsche Verluste und Streuungen von Wellen an derartigen Nahtstellen vermieden. Zudem ist durch nahtlose Ausführung eine einwandfreie Abschirmung der geführten Wellen gewährleistet. Die Rohrwand weist in Hohlleiterlängsrichtung einen welligen Verlauf auf, ähnlich wie die für größere Wellenlängen verwendeten,in Fügetechnik zusammengesetzten flexiblen Hohlleiter. Durch den welligen Wandverlauf ergibt sich in Verbindung mit der geforderten Dünnwandigkeit des Rohres eine hohe Flexibilität des Hohlleiters gegen seitliche Auslenkungen. Der wellige Verlauf der Wandung erstreckt sich um den gesamten Rohrumfang in Form von quer zur Hohlleiterlängsachse verlaufenden Sicken. Die Rohrwand ist aus mehreren radial aufeinanderfolgenden Schichten verschiedener Metalle aufgebaut. Dies ermöglicht die Berücksichtigung der verschiedenen an den Hohlleiter gestellten Forderungen wie Stabilität gegen wechselnde mechanische Beanspruchung oder hohe Leitfähigkeit der Hohlleiterinnenwand.Due to the seamless design of the tube, ohmic losses and Scattering of waves at such seams avoided. In addition, seamless Execution ensures perfect shielding of the guided waves. the The pipe wall has a wavy course in the longitudinal direction of the waveguide, similar to the flexible ones used for longer wavelengths and assembled using joining technology Waveguide. The wavy course of the wall results in connection with the required The thin walls of the tube mean that the waveguide is highly flexible towards the side Deflections. The undulating course of the wall extends around the entire circumference of the pipe in the form of beads running transversely to the longitudinal axis of the waveguide. The pipe wall is made up of several radially successive layers of different metals. This makes it possible to take into account the various points placed on the waveguide Requirements such as stability against changing mechanical stress or high Conductivity of the inner wall of the waveguide.

Der flexible Hohlleiter wird hergestellt, indem ein Kernstück mit einem der Form des Innenraums des Hohlleiters entsprechenden Profil auf seinem Außenmantel nacheinander mit verschiedenen Metallen beschichtet wird. Nach dem Aufbringen der Metallschichten wird das Kernstück chemisch herausgelöst. Besonders vorteilhaft ist die galvanische Abscheidung der Metallschichten aus einer Metallsalzlösung, wobei das Kernstück aus Metall besteht. Ein solches Herstellungsverfahren ist an sich als Galvanoformung bekannt und findet beispielsweise Anwendung zur Herstellung sehr kleiner Federbälge zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei Innenleitern von koaxialen Steckverbindungen.The flexible waveguide is made by using a core piece one of the shape of the interior of the waveguide corresponding profile on its outer jacket is coated with different metals one after the other. After applying the Metal layers are chemically removed from the core. Particularly beneficial is the galvanic deposition of the metal layers from a metal salt solution, the core being made of metal. Such a manufacturing process is on known as electroforming and is used, for example, in manufacturing very small spring bellows to compensate for manufacturing tolerances in inner conductors of coaxial connectors.

Mit der vorliegenden Erfindung sind vorteilhafterweise Hohlleiter beliebigen Querschnitts, insbesondere mit rechteckigem, kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt herstellbar. Die Formung eines entsprechenden Kernstücks ist mit geringem Aufwand möglich, so daß die Herstellung vergleichsweise kostengünstig erfolgen kann.With the present invention, waveguides are advantageous any cross-section, in particular with a rectangular, circular or elliptical Cross-section can be produced. The molding of a corresponding core piece is with little Expenditure possible, so that the production can be carried out comparatively inexpensively.

Die erste abgeschiedene Metallschicht, die die innere Oberfläche des Hohlleiters bildet, ist vorteilhafterweise eine Goldschicht, da Gold eine hohe Leitfähigkeit besitzt und gleichzeitig widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen für die Heraus lösung des Kernstücks sowie gegen Oxydation ist. Günstigerweise folgt auf die Goldschicht eine Schicht aus Kupfer.The first deposited metal layer that forms the inner surface of the Waveguide forms, is advantageously a gold layer, since gold has a high conductivity and at the same time resistant to acids and alkalis for the out solution of the core as well as against oxidation. Conveniently follows the gold layer a layer of copper.

Als weitere Materialien für die Metallschichten können z. B. Kupfer oder Nickel Verwendung finden, wobei gemäß einer vorteilhaften Ausführung sich Schichten aus Kupfer und Nickel aufeinanderfolgend abwechseln. Mechanisch besonders günstig ist es, zwischen den Kupfer- und Nickelschichten jeweils eine dünne Schicht aus Silber abzuscheiden. Die Silberschicht kann dabei dünn sein im Vergleich zu den Dicken der Kupfer- und Nickelschichten.As further materials for the metal layers, for. B. Copper or nickel are used, with layers being formed according to an advantageous embodiment made of copper and alternate nickel successively. Mechanically it is particularly favorable to have one between the copper and nickel layers to deposit a thin layer of silver. The silver layer can be thin Compared to the thicknesses of the copper and nickel layers.

Vorteilhafterweise wird in einem weiteren Verfahrensschritt nach dem Abscheiden der Metallschichten und dem Herauslösen des Kernstücks der Hohlleiter einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher die Schichten an den Schichtgrenzen miteinander legieren. Die Temperatur der Wärmebehandlung hängt dabei ab von den abgeschiedenen Metallen. Durch die Legierungsbildung werden die Eigenschaften der verschiedenen Metallschichten einander angeglichen. Die Wärmebehandlung erstreckt sich in erster Linie auf den flexiblen Bereich des Hohlleiters und erfolgt vorzugsweise in einer Schutzgasatmosphäre.Advantageously, in a further process step after Deposition of the metal layers and the removal of the core of the waveguide subjected to a heat treatment in which the layers at the layer boundaries alloy with each other. The temperature of the heat treatment depends on the deposited metals. The properties of the different metal layers matched to each other. The heat treatment extends primarily on the flexible area of the waveguide and is preferably done in a protective gas atmosphere.

Die Hohlleiterenden können in fertige Flansche eingelötet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch auch vorgesehen, die Hohlleiterflansche gleichfalls durch Metallabscheidung in einer vorgegebenen Form direkt an die Hohlleiterenden anzuschließen. Hierdurch kann auf besonders einfache und elegante Weise die Goldschicht in den Bereich der Hohlleiterflansche erweitert werden. Die Form der Flansche ist nahezu beliebig. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse und zur Verbesserung der mechanischen Stabilität kann der metallische Hohlleiter mit einem Elastomer-Mantel umgossen werden.The waveguide ends can be soldered into finished flanges. According to an advantageous development of the invention, however, it is also provided the waveguide flanges also by metal deposition in a predetermined Form to be connected directly to the waveguide ends. This allows a particularly simple and elegant way the gold layer extends into the area of the waveguide flanges will. The shape of the flanges is almost arbitrary. For protection against environmental influences and to improve the mechanical stability, the metallic waveguide be encased with an elastomer jacket.

Die Sicken in der Hohlleiterwand bzw. auf dem Kernstück können gemäß einer ersten einfachen Ausführung als in sich geschlossene Einstiche auf dem Umfang des Kernstücks in der Ebene senkrecht zur Längsachse verlaufen. Für den gesamten Hohlleiter sind dann eine Vielzahl parallel verlaufender Sicken in engem Abstand in Achsrichtung nacheinander vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführung, bei welcher die Sicken in Achsrichtung mit einer geringen Steigung versehen sind und damit die Form eines durchgehenden Schraubengewindes aufweisen. Das Kernstück für eine solche Ausführung ist besonders einfach in nahezu beliebiger Länge herzustellen.The beads in the waveguide wall or on the core piece can according to a first simple design as self-contained grooves on the circumference of the core in the plane perpendicular to the longitudinal axis. There are then a large number of parallel beads for the entire waveguide provided in close spacing in the axial direction one after the other. Particularly beneficial is, however, a design in which the beads in the axial direction with a small Incline are provided and thus the shape of a continuous screw thread exhibit. The core of such a design is particularly simple in almost of any length.

Der Querschnitt der Sicken richtet sich im allgemeinen nach den geforderten mechanischen Eigenschaften des flexiblen Hohlleiters, also z. B., ob der Hohlleiter in Längsrichtung stauchbar sein soll/darf oder nicht. Der erfindungsgemäße Hohlleiter zeigt beim Verbiegen günsti gerweise keine elektrisch oder mechanisch meßbare Änderung der Querschnittsform wie z. B. von kreisrund nach elliptisch.The cross-section of the beads is generally based on the requirements mechanical properties of the flexible waveguide, so z. B. whether the waveguide Should / may or not be compressible in the longitudinal direction. The waveguide according to the invention shows when bending favorably no electrically or mechanically measurable change the cross-sectional shape such. B. from circular to elliptical.

Die Erfindung ist nachfolgend noch anhand der Abbildung veranschaulicht. Dabei zeigt FIG. 1 einen erfindungsgemäßen Hohlleiter mit Kernstück im Längsschnitt FIG. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus diesem Hohlleiter FIG. 3 ein elektrisch besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die Form der Sicken.The invention is illustrated below with reference to the figure. FIG. 1 shows a waveguide according to the invention with a core piece in longitudinal section FIG. 2 shows an enlarged section of this waveguide FIG. 3 one electric particularly advantageous embodiment for the shape of the beads.

Das durchgehende Kernstück 2 weist ebenso wie die Wand 3 des Hohlleiters im flexiblen Teil des Hohlleiters Sicken 1 auf. Das Kernstück besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Molybdän. Es kann nach dem Beschichtungsvorgang mittels geeigneter Laugen oder Säuren, wie z. B. Natronlauge oder Salzsäure, rückstandslos entfernt werden. Im Bereich der Flansche 4 ist der Hohlleiter nicht mehr flexibel ausgeführt und weist daher in diesem Bereich keine Sicken mehr auf. Form, Anzahl und Material der einzelnen Schichten der Hohleiterwand 3 richten sich nach den elektrischen und mechanischen Anforderungen, Der Überzug 5 aus elastischem Kunststoff verleiht dem Hohlleiter eine höhere mechanische Stabilität und schützt ihn vor Umwelteinflüssen. FIG. 3 zeigt in starker Vergrößerung einen Querschnitt durch eine elektrisch besonders vorteilhafte Ausführung der Sicken im Hohlleiterlängsschnitt. Die Breite a der Sicken ist gemäß dieser Ausführung klein gegenüber der Tiefe b der Sicken. Das Verhältnis a/b ist günstigerweise kleiner als 1/5. Die Hohlleiterwandströme verlaufen bei dieser Ausführungsform im wesentlichen nur noch in dem Oberflächenbereich I der Hohlleiterwand zwischen den Sicken als galvanische Ströme, während zwischen diesen Oberflächenstücken im Bereich II der Sicken sich mit abnehmendem Verhältnis a/b vermehrt Verschiebungsströme ausbilden. Dadurch verringert sich die Hohlleiterdämpfung, welche sich in erster Linie aus den galvanischen Wandströmen ergibt. Sie erreicht Werte, die denen glatter Hohlleiter entsprechen. Der Querschnitt zeigt wieder die Aufeinanderfolge verschiedener Schichten von innen nach außen beginnend mit einer Goldschicht 3A und weiteren, im gezeigten Fall zwei verschiedenen Schichten 3B und 3C aus beispielsweise Kupfer und Nickel sowie den Elastomer-Mantel 5 LeerseiteThe continuous core piece 2, like the wall 3 of the waveguide beads 1 in the flexible part of the waveguide. The core is preferably made made of aluminum or Molybdenum. It can after the coating process by means of suitable alkalis or acids, such as. B. caustic soda or hydrochloric acid, residue-free removed. In the area of the flanges 4, the waveguide is no longer flexible executed and therefore no longer has any beads in this area. Shape, number and material of the individual layers of the waveguide wall 3 depend on the electrical and mechanical requirements, which gives the coating 5 made of elastic plastic the waveguide a higher mechanical stability and protects it from environmental influences. FIG. 3 shows a greatly enlarged cross section through an electrically special advantageous design of the beads in the waveguide longitudinal section. The width a of the beads is small according to this embodiment compared to the depth b of the beads. The relationship a / b is favorably less than 1/5. The waveguide wall currents run in this Embodiment essentially only in the surface area I of the waveguide wall between the beads as galvanic currents, while between these surface pieces in area II of the beads, the displacement currents increase with a decreasing ratio a / b form. This reduces the waveguide attenuation, which is the first Line results from the galvanic wall currents. She reaches values that are smoother Waveguide correspond. The cross-section again shows the sequence of different Layers from the inside out starting with a gold layer 3A and more, in the case shown, two different layers 3B and 3C made of, for example, copper and nickel and the elastomer jacket 5 Blank page

Claims

Claims fm Flexible waveguide for millimeter waves, characterized by a seamless tube that is thin-walled in relation to its diameter, the has a wavy course of the pipe wall in the waveguide longitudinal section and its Wall made up of several radially successive layers of different metals and with beads running around the entire circumference of the tube at right angles to the longitudinal axis of the waveguide is provided.

2. Waveguide according to claim 1, characterized in that the beads have the shape of a continuous screw thread with a low thread pitch.

3. Waveguide according to claim 1 or 2, characterized in that in the waveguide longitudinal section, the beads have a rectangular course with a compared to the bead depth, the bead width is small.

4. Process for the production of a flexible waveguide for millimeter waves according to claim 1, characterized in that on the outer jacket of a core piece one after the other with a profile corresponding to the shape of the interior of the waveguide multiple layers of different metals are deposited and after deposition The core is removed from the metal layers by means of chemical processes.

5. The method according to claim 4, characterized in that the core piece consists of metal and the deposition takes place galvanically.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the first deposited metal layer is a gold layer.

7. The method according to claim 4 to 6, characterized in that on the deposition of the gold layer, the deposition of a further metal layer, preferably Copper follows.

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that that alternating layers of copper and nickel follow one another.

9. The method according to claim 8, characterized in that between the copper and nickel layers each a thin compared to their thickness Layer of silver is deposited.

10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in, that after deposition of all layers and Removing the core the waveguide of a heat treatment in which the layers at the layer boundaries alloy with each other, is subjected.

il. Method according to one of Claims 4 to 10, characterized in that that the waveguide flanges by shaping metal deposition on the waveguide ends getting produced.

12. The method according to any one of claims 4 to il, characterized in that that the waveguide is encased with an elastomer jacket on the outside.