DE3326830A1

DE3326830A1 - Anordnung zur temperaturkompensation von hohlleiterschaltungen

Info

Publication number: DE3326830A1
Application number: DE19833326830
Authority: DE
Inventors: Karl Ing.(grad.) 7900 Ulm Leger; Stefan Dipl.-Ing. 7913 Senden Rust
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1985-02-14
Also published as: FR2550018B1; FR2550018A1

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Bl/hä

Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/33

D-6OOO Frankfurt 70

Anordnung zur Temperaturkompensation von Hohlleiterschaltungen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Temperaturkompensationen für Hohlleiter-Schaltungen beeinflussen das elektrische Feld durch kapazitive Belastung, das magnetische Feld durch Feldverdrängung oder nehmen Einfluß auf die Hohlleitergrenzfrequenz.

Die Beeinflussung des Ε-Feldes geschieht durch Eintauchen eines metallischen oder dielektrischen Stiftes im Bereich maximaler elektrischer Feldstärke. Die Eintauchtiefe und damit kapazitive Belastung ist temperaturabhängig und wird aus der temperaturabhängigen Ausdehnung zweier im Temperaturkoeffizienten sich stark unterscheidender Materialien abgeleitet.

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FIG. 1 zeigt eine bekannte derartige Anordnung mit einem Stift 1, welcher in einem Turm 2 befestigt ist und in den Hohlleiter 3 hineinragt. Die Nachteile dieser Kompensationsmethode liegen in den sich daraus ergebenden konstruktiven Merkmalen, welche eine relativ große Baulänge der den Eintauchhub bestimmenden Materialien 1, 2 notwendig machen. Der im Turm 2 am Ende fixierte Stift 1 neigt zudem bei Vibration der Anordnung zu Pendelbewegungen und moduliert das HF-Signal (Mikrophonie).

Bei der Kompensation durch Feldverdrängung ist das Problem ähnlich. Auch hier neigt ein in das HF-Feld eintauchender Stift wegen seiner Länge zu Pendelbewegungen.

Die Beeinflussung der Grenzfrequenz durch Variation der Hohlleiterbreitseiten erfordert metallisierte Kunststoffteile oder Teile aus Bi-Metall, welche Alterungs- und Hysterese-Erscheinungen aufweisen.

Es ist ferner bekannt, einen dielektrischen Stift mit temperaturabhängiger Dielektrizitätskonstante als temperaturabhängige Kapazität in einen Hohlleiter einzutauchen.

Dabei ist nur eine kurze Stiftlänge notwendig, da die Eintauchtiefe konstant bleibt. Weil die Dielektrizitätskonstante aber groß sein muß, um ausreichende Verstimmungsgrößen zu erhalten, wird der Durchmesser solcher Stifte recht klein, wenn der Stift unterhalb seiner Leitungsgrenzfrequenz betrieben wird. Zumindest für Betriebsfrequenzen oberhalb 10 GHz ergeben sich unpraktikabel kleine Stiftdurchmesser.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die vorgenannten Nachteil-e

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vermeidet, den Anwendungsbereich wesentlich zu höheren Frequenzen hin erweitert und den Einsatz auch bei großen mechanischen Umweltbeanspruchungen ermöglicht. Der Anbringungsort der Kompensationsanordnung soll außerdem vielseitiger werden.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. FIG. 1 zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik, wie sie bereits oben erläutert wurde. FIG. 2 zeigt einen sogenannten "Leitungsresonator" in Koaxialtechnik nach dem Stand der Technik. FIG. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kompensationsanordnung.

Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet die aus der temperaturabhängigen Dielektrizitätskonstanten resultierende temperaturabhängige Phasengeschwindigkeit in Leitungen für Kompensationszwecke. Dieser Effekt wird bereits bei Leitungsoszillatoren in Koaxialtechnik nach dem Stand der Technik benutzt, vgl. FIG. 2. Sowohl der Leitungswellenwiderstand Z_r wird temperaturabhängig

Da

als auch die Resonanzfrequenz

„ v(T) c r_os

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Die Wellenlänge in einem mit dielektrischem Material gefüllten Hohlleiter beträgt

Da = Innendurchmesser des Außenleiters

Di = Außendurchmesser des Innenleiters

O6 Er(T) = temperaturabhängige Dielektrizitätskonstante

v(T) = Phasengeschwindigkeit

c = Lichtgeschwindigkeit

1 = Länge des Resonators

λ = Wellenlänge im freien Raum

λ = Hohlleitergrenzwellenlänge (ohne dielektrisches

Material)
λ τ. = Wellenlänge im Hohlleiter.

Die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante hat somit einen Einfluß auf die Hohlleiterwellenlänge und kann zur Frequenzkompensation eines freischwingenden Hohlraumoszillators verwendet werden.

Das temperaturabhängige dielektrische Material muß aber nicht wie beim Beispiel des Leitungsresonators nach PIG. diesen selbst ausfüllen, um einen temperaturabhängigen Einfluß auf das HF-Verhalten nehmen zu können, es kann auch erfindungsgemäß in einer dem Hohlleiter angekoppelten Leitung wirksam werden.

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FIG. 3 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung. Anders als bei einem dielektrischen Stift, welcher als Kapazität wirkt und in dem eine Wellenausbreitung aufgrund der höher liegenden Grenzfrequenz nicht möglich ist, haben wir es beim erfindungsgemäßen dielektrischen Körper 4 oder 5 mit einem dielektrischen Leiter zu tun. Die Grenzfrequenz des Körpers 4, 5 ist unterhalb der Betriebsfrequenz gewählt und je nach Durchmesser des Körpers 4 oder 5 sind verschiedene Ausbreitungsmoden darin möglich. Wie bei einem Hohlleiter-Koaxial-Übergang, bei dem ein Hohlleiterwellentyp in den TEM-Mode umgewandelt wird, geschieht das hier in den im dielektrischen Körper möglichen Ausbreitungstyp.

Wird vorteilhafterweise der in der Gehäusewand endende Körper kurzgeschlossen, so wird die im Körper 4, 5 sich ausbreitende Welle dort reflektiert, d. h. der Körper wirkt wie eine dem Hohlleiter parallelgeschaltete Stichleitung. Ändert man die Länge der Stichleitung, so ändert sich der aus der Stichleitung resultierende Blindwiderstand, und eine Beeinflussung der HF-Schaltung ist auf diese Weise möglich.

Wegen der Temperaturabhängigkeit des Dielektrikums ändert sich entsprechend Gleichung (3) die Wellenlänge im Leiter, woraus eine Änderung der elektrisch wirksamen Länge der Stichleitung resultiert. Mit dem somit gegebenen temperatürabhängigen Blindwiderstand kann z. B. der temperaturabhängige Frequenzgang eines Oszillators, Filters usw. kompensiert werden.

In einem zylinderförmigen dielektrischen Stift mit Durchmesser D sind die beiden Schwingtypen mit der niedrigsten Grenzfrequenz ι

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(λο_ε = γετ(ΤΓ · 1,71 * D)

^Eoi *^λοε ⁼ "V^£r(T) * ¹^⁷ * ^D)·

Da der e-Vektor der E -Welle axial im dielektrischen Stift verläuft, wird eine gute Ankopplung in einem zu kompensierenden H. .-Rechteckhohlleiter in der Mitte der Breitseite (vgl. FIG. 3) erreicht, da dort der £-Vektor in gleicher Richtung und maximaler Stärke vorhanden ist. Bei der H..-Welle ist dies analog an der Hohlleiter-Schmalseite der Fall, vgl. 4 in FIG. 3. Verwendet man statt eines zylinderförmigen Stiftes ein rechteckförmiges Material, so gilt für den Ort der Ankopplung das gleiche. Nimmt man vorteilhafterweise als Dielektrikum TiO mit einer Dielektrizitätskonstante von C-** = 8l, so sind die die Grenzfrequenz bestimmenden Maße nur 1/9 so groß wie die des zu kompensierenden Hohlleiters, wenn man den gleichen Wellentyp verwendet. Um bei loser Ankopplung des dielektrischen Körpers keine Resonanz zu bekommen, muß seine Länge 1 ψ η · -j*- sein ( E = Wellenlänge im Körper, η = ganzzahlig, und ungerade).

Der Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Anordnungen ist, daß bei Verwendung von Stiften auch bei hohen Frequenzen noch praktikable Durchmesser zulässig sind, der Ort der Ankopplung nicht auf den Ort großer elektrischer Feldstärke beschränkt ist, sondern auch der Ort großer magnetischer Feldstärke genutzt werden kann. Bei einem als Kapazität wirkenden Stift in bekannter Anordnung, bei dem der Blindstrom über das Gehäuse - und damit über die Stifthalterung - fließt, entstehen Verluste. Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung die im Dielektrikum existierende Welle am kurzgeschlossenen Ende in die zu

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kompensierende Schaltung zurückreflektiert. Die Temperaturkompensation ist deshalb verlustärmer. Die Dimensionierung der Temperaturkompensation läßt sich mit den bekannten Formeln der Leitungstheorie durchführen.

Der Platzbedarf für die Kompensation ist minimal. Wird der dielektrische Körper stirnseitig metallisiert, kann er direkt auf die Hohlleiterwand gelötet werden. Hierdurch wird ein guter, nahezu verzögerungsfreier Wärmeübergang erreicht.

Eine spezielle, massebehaftete Halterung entfällt. Die Folge ist eine extreme Stabilität bei Schock- und Vibrationsbeanspruchungen.

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Leerseite -

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Bl/hä

Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/33

D-6000 Frankfurt 70

Patentansprüche

IJ Anordnung zur Temperaturkompensation von Hohlleiterschaltungen mit einem dielektrischen Körper mit temperaturabhängiger Dielektrizitätskonstante, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper (4, 5) nach Art einer Stichleitung, in welcher eine elektromagnetische Welle ausbreitungsfähig ist, in den Hohlleiter eingefügt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper an einem Ende kurzgeschlossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper ein zylinderförmiger Stift ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper von rechteckigem Querschnitt ist.

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5· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Körper aus Titanoxid hergestellt ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge 1 des dielektrischen Körpers ungleich η * λρ /k ist, mit \c = Wellenlänge im Körper und η = ganzzahlig, und ungerade.