DE3234699C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Hohlleiter für Millimeterwellen wie er aus der US-PS 29 86 713 bekannt ist. Dieser Hohlleiter weist eine axial verlaufende Naht auf.

Flexible Hohlleiterverbindungen werden für Frequenzen unterhalb von 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. Als flexible Verbindungen zweier Hohlleiter im Millimeter­ wellenbereich mit beliebiger Querschnittsgeometrie der zu verbindenden Hohlleiter ist beispielsweise aus der DE 30 39 357 A1 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.

Aus DE-OS 15 90 675 ist ein Hohlleiter bekannt, der ein im Ver­ hältnis zu seinem Durchmesser dünnwandiges, nahtloses Rohr hat, das einen welligen Verlauf aufweist. Der Hohlleiter weist zusätz­ lich quer zur Hohlleiterlängsachse verlaufende Sicken auf.

Aus DE-OS 14 65 663 ist ein Verfahren zum Herstellen von Hohl­ leitern bei dem auf einem verlorenen Kern mehrere Metallschichten aufgebracht werden bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen flexiblen verlustarmen Hohlleiter beliebiger Querschnittsgeometrie anzu­ geben.

Der erfindungsgemäße, flexible Hohlleiter ist im Patentanspruch 1 beschrieben.

Das Verfahren zur Herstellung dieses Hohl­ leiters ist im Patentanspruch 3 beschrieben.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung bzw. des Herstellungsverfahrens.

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 Hohl­ leiterlängsrichtung einen welligen Verlauf auf, ähnlich wie die für größere Wellenlängen verwendeten, in Fügetechnik zusammenge­ setzten 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 aufein­ anderfolgenden Schichten verschiedener Metalle aufgebaut. Dies ermöglicht die Berücksichtigung der verschieden an den Hohlleiter gestellten Forderungen wie Stabilität gegen wechselnde mechanische Beanspruchung oder hohe Leitfähigkeit der Hohlleiter­ innenwand.

Der flexible Hohlleiter wird hergestellt, indem ein Kern­ stück 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 Metallsalz­ lösung, wobei das Kernstück aus Metall besteht. Ein solches Herstellungsverfahren ist an sich als Galvano­ formung bekannt und findet beispielsweise Anwendung zur Herstellung sehr kleiner Federbälge zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei Innenleitern von koaxialen Steck­ verbindungen.

Auf diese Weise 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.

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 Herauslösung des Kernstücks sowie gegen Oxydation ist. Günstigerweise folgt auf die Goldschicht eine Schicht aus Kupfer.

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 Nickel­ schichten jeweils eine dünne Schicht aus Silber abzuschei­ den. Die Silberschicht kann dabei dünn sein im Vergleich zu den Dicken der Kupfer- und Nickelschichten.

Vorteilhafterweise wird in einem weiteren Verfahrens­ schritt nach dem Abscheiden der Metallschichten und dem Herauslösen des Kernstücks der Hohlleiter einer Wärme­ behandlung 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 Eigen­ schaften der verschiedenen Metallschichten einander ange­ glichen. Die Wärmebehandlung erstreckt sich in erster Linie auf den flexiblen Bereich des Hohlleiters und erfolgt vorzugsweise in einer Schutzgasatmosphäre.

Die Hohlleiterenden können in fertige Flansche eingelötet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch auch vorgesehen, die Hohlleiter­ flansche gleichfalls durch Metallabscheidung in einer vorgegebenen Form direkt an die Hohlleiterenden anzu­ schließen. Hierdurch kann auf besonders einfache und elegante Weise die Goldschicht in den Bereich der Hohl­ leiterflansche 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.

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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend noch anhand der Abbildung veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Hohlleiter mit Kernstück im Längsschnitt,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus diesem Hohl­ leiter,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Sicken.

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 aus­ geführt und weist daher in diesem Bereich keine Sicken mehr auf. Form, Anzahl und Material der einzelnen Schichten der Hohlleiterwand 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 Umwelt­ einflüssen. 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.

Claims (8)

1. Flexibler Hohlleiter für Millimeterwellen, bestehend aus einem im Verhältnis zu seinem Durchmesser dünnwandigen, nahtlosen Rohr, das einen welligen Verlauf aufweist und mit quer zur Hohlleiter­ längsachse verlaufenden Sicken versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Hohlleiter einen äußeren Elastomer-Mantel (5) aufweist, der in seinem Inneren mit der gewellten Leitschicht beschichtet ist;
• - die Sicken (1) einen rechteckigen Verlauf aufweisen und mit ei­ ner gegenüber der Sickentiefe geringen Sickenbreite ausgebildet sind;
• - das Rohr aus mehreren radial aufeinanderfolgenden Schichten verschiedener Metalle aufgebaut ist;
• - an den Enden des Hohlleiters Hohlleiter-Flansche (4) ausgebil­ det sind.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sic­ ken (1) die Form eines durchgehenden Schraubengewindes mit geringer Gewindesteigung aufweisen.

3. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Hohlleiters nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf dem Außenmantel eines Kernstücks (2) in einem der Form des Innenraumes des Hohlleiters entsprechenden Profil nacheinander mehrere Schichten verschiedener Metalle abgeschieden werden und nach Abscheidung der Metallschichten das Kernstück (2) mittels chemischer Verfahren herausgelöst wird;
• - das Kernstück (2) aus Metall besteht und die Abscheidung galva­ nisch erfolgt;
• - der Hohlleiter außen mit einem Elastomer-Mantel (5) umgossen wird;
• - Hohlleiterflansche (4) durch formgebende Metallabscheidung an den Hohlleiterenden hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste abgeschiedene Metallschicht eine Goldschicht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Abscheidung der Goldschicht die Abscheidung einer weiteren Me­ tallschicht, vorzugsweise Kupfer, folgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß abwechselnd Schichten aus Kupfer und Nickel aufeinander­ folgen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kupfer- und Nickelschichten jeweils eine im Vergleich zu deren Dicke dünne Schicht aus Silber abgeschieden wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß nach Abscheiden aller Schichten und Entfernen des Kernstüc­ kes der Hohlleiter einer Wärmebehandlung, bei welcher die Schichten an den Schichtgrenzen miteinander legieren, unterzogen wird.