DE600011C

DE600011C - Stabfoermige Leitung fuer hochfrequente Stroeme, insbesondere Antenne

Info

Publication number: DE600011C
Application number: DET41195D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Otto Roosenstein
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1932-08-13
Filing date: 1932-08-13
Publication date: 1934-07-16

Description

Deutsches reich

AUSGEGEBEN AM
16. JULI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 46os

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. August 1932 ab

Es ist für verschiedene Zwecke der Hochfrequenztechnik nützlich, über Leiter verfügen zu können, die im Aussehen eine angenähert zylindrische Gestalt .besitzen, jedoch die elektrischen Eigenschaften weit komplizierterer elektrischer Gebilde haben. Die Stromverteilung auf derartigen Leitern kann von den Stromverteilungen längs einer normalen, glatten Leitung völlig verschieden gemacht werden. Es ist hierdurch möglich, die Strahlungseigenschaften auf besondere, für den praktischen Betrieb vorteilhafte Formen zu bringen. Gleichzeitig aber stellen derartige Leitungen Siebketten für hochfrequente Wechselströme der einfachsten Form dar.

Gemäß der Erfindung werden zur Erzielung solcher Strahlungseigenschaften in dem leitenden Material Aussparungen vorgesehen,

ao deren Kanten geschlossene Figuren bilden, die die Achse umschließen.

Abb. ι zeigt eine solche Leitung als Beispiel im Schnitt. Die Aussparungen sind an den Punkten A, B usw. ersichtlich. Ihre Ränder sind in diesem Falle Kreise, die die Achse konzentrisch umschließen. Derartige Leitungen können zur Aussiebung von sehr kurzen, z. B. Dezimeterwellen Verwendung finden.

Eine entscheidende Beeinflussung der Stromverteilung auf den Leiter tritt auf, wenn die elektrische Länge der Aussparungen in Richtung der Achse unterhalb der Oberfläche des Leiters von der Größenordnung einer halben Wellenlänge der Nutzfrequenz ist. Dieses läßt sich unter Beibehaltung von relativ kleinen Aussparungen dadurch erreichen, daß dieselben ganz oder teilweise mit einem Isoliermaterial ausgefüllt werden. Die Wirksamkeit dieser Anordnung wird noch erhöht, wenn in diesem Isoliermaterial eine fein verteilte, Tnagnetisierbarie Substanz, ζ. Β. Eisenpulver, enthalten ist.

Abb. 2 zeigt schematisch eine konstruktive Ausbildung dieser Anordnung. Sie besteht aus einem Zentralstab Z, der in der Abbildung im Schnitt gezeichnet ist. Auf diesen Stab sind aus Rohren aufgebaute Gebilde P, Q usw. geschoben unter Verwendung von Zwischenstücken/ aus einem Isoliermaterial, die die entstandenen Aussparungen ganz oder teilweise ausfüllen. Eine solche, aus vielen zusammensetzbaren Unterteilen bestehende Leitung hat den Vorteil, technisch leicht ausführbar zu sein. Die Eigenschaften solcher Leitungen für hochfrequente Wechselströme lassen sich in einfacher Weise kontinuierlich ändern mittels eines Gleichstromes, der in den

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Otto Roosenstein in Berlin.

K, )

Isolierstäben / ein magnetisches Feld erzeugt, wenn diese Isolierstäbe eine magnetische Substanz enthalten, deren Permeabilität eine Funktion des vom Gleichstrom erzeugten magnetischen Feldes ist. Insbesondere bei der Verwendung als Antenne kann diese !Eigenschaft mit Vorteil dazu benutzt werden, um das Strahlungsdiagramm der Antenne bei gleichbleibender Welle zu variieren bzw. dasselbe Strahlungsdiagramm bei verschiedener Wellenlänge zu erhalten. Dies hat gegenüber den bekannten Richtstrahlern den Vorteil, daß die linearen Abmessungen des Systems innerhalb eines viel größeren Gebietes der Wellenlänge unverändert bleiben können, ohne daß sich das Richtungsdiagramm wesentlich verschlechtert. Zur Verwendung der beschriebenen Leitungen als Antennen für gerichtetes drahtloses Senden bzw. Empfangen sei im folgenden noch erläutert, welche Form die Stromverteilung bzw. das Richtungsdiagramm für verschiedene elektrische Daten der Einsparungen annimmt.

Es ist bekannt, eine über die ganze Länge eines Leiters nahezu gleichphasige Stromverteilung zu erreichen durch die Einschaltung von Selbstinduktionsspulen in geeigneten Abständen. Eine solche Anordnung ist schematisch in der Abb. 3a dargestellt. Die Antenne 1, 3' ist in einer Entfernung vom freien Ende 3', die etwas größer als die halbe Wellenlänge ist, unterbrochen, und es ist an dieser Stelle eine Selbstinduktionsspule eingeschaltet, an die sich dann ein weiteres Antennenstück anschließt. Weil ■ das freie Ende der Antenne sich in einer Entfernung zwischen A/₂ und ³/₄ λ vom freien Ende wie eine Kapazität verhält, bewirkt das Einschalten einer Induktivität geeignerer,Größe an dieser Stelle die Umänderung des kapazitiven Blindwiderstandes in einen gleich großen induktiven Blindwiderstand. Da die Stromstärke an beiden Enden der Induktivität denselben Wert haben muß, kehrt sich infolge des Zeichenwechsels des Blindwiderstandes die Phase der Spannung um. Es ist also deutlich, daß von der Strecke 2' bis 2 der gestrichelte- Spannungsverlauf vorherrschen muß.

Die oben beschriebene Erfindung ist nun im wesentlichen nichts anderes als eine konstruktiv leicht ausführbare und besonders für die Verwendung von kurzen Wellen nützliche Ausführung der zwischen den Punkten 1' und 2 bzw. 2' und 3 eingeschalteten Induktivitäten. Abb. 3 b zeigt für den Fall einer gleichen Wellenlänge wie in Abb. 3a die Konstruktion der Aussparungen gemäß der Erfindung.

Zur Klärung der Wirkung der zwischen den Punkten^ und C eingeschalteten Aussparung im Material des Leiters bemerkt man, daß z. B. der Linienzug BDC aufzufassen ist als eine am freien Ende D kurzgeschlossene konzentrische Rohrleitung. Wenn die Strecke C, D, wie angenommen, kleiner ist als ^Wellenlänge, verhält sich dieseRohrleitung zu den Punkten B und C wie eine Induktivität. Das gleiche ist natürlich der Fall für die StreckeAEB zwischen den Punkten yi und B. Der zwischen A und C eingeschaltete Scheinwiderstand läßt sich deshalb auffassen als die Summe von zwei in Reihe geschalteten Induktivitäten zwischen den Punkten^ und B bzw. B und C und ist infolgedessen induktiv. Da diese Induktivität, wie leicht einzusehen ist, durch Variation der Länge der Strecken A E bzw. C D jeden beliebigen Wert zwischen ο und 00 annehmen kann, ist es ohne weiteres möglich, mit einer Leitung gemäß Abb. 3b einen Stromverlauf, wie in Abb. 3a gezeichnet, darzustellen.

Eine Leitung, wie in Abb. 3 b dargestellt, hat bezüglich der Aussparung besonders günstige Eigenschaften. Da die Stromstärke infolge der Anwesenheit stehender Wellen auf der ganzen Leitungslänge, abgesehen von kleinen Strecken (3, 3" usw.), nahezu gleichphasig ist, weist die Strahlung in einer Ebene senkrecht zur Leitung ein stark ausgeprägtes Maximum auf. Zu bemerken ist hierbei, daß sämtliche Ströme, die im Innern der Aussparung AEBDC fließen, zum Strahlungsfeld nicht beitragen, da die magnetischen Felder sich gegenseitig aufheben. Wäre dies nicht der Fall, würden im Material des Leiters Wirbelströme entstehen, die das magnetische Feld nach außen hin zum Verschwinden bringen.

Die in Abb. 3 b dargestellte Ausführungsform hat für die Strahlung die unter Umständen unerwünschtenEigenschaften, daß die kleinen Strecken 3, 3" usw. die Strahlung vermindern. Dieser Nachteil wird vermieden bei einer Ausführung gemäß der Abb. 3d, für die Abb. 3 c den Strom- und Spannungsverlauf zeigt. Die Länge 7, 7' der Endstrecke des Leiters ist in diesem Falle so gewählt, daß diese Strecke, gemessen im Punkte 7, eine Induktivität darstellt, im Gegensatz zu dem obenerwähnten Beispiel, wo die Endstrecke, gemessen im Punkte 3, als Kapazität wirkt. Durch die Einschaltung von Kondensatoren geeigneter Größe zwischen den Punkten 6', 7 bzw. 5', 6, 4', 5 usw. ist dafür. gesorgt, daß der im Punkte 6' bzw. 5', 4' usw. gemessene Scheinwiderstand das umgekehrte Vorzeichen besitzt wie an den freien Enden der Kondensatoren, so daß der gezeichnete Strom- und Spannungsverlauf herrscht. Die technische Ausführung dieser Kapazität ist, wie in Abb. 3 d dargestellt, zu erreichen durch

Aussparungen im Leitungsmäterial, deren elektrische Länge größer ist als ¹Z₄ Wellenlänge. Das kann entweder dadurch erreicht werden, daß man auch die geometrische Länge größer als Xj_t macht (s. Abb. 3d) oder dadurch, daß die geometrische Länge kleiner als λ I₄, gewählt wird und man dieAussparung, wie schon oben beschrieben, mit Isoliermaterial ausfüllt.

Die in den Abb. 3b bis 3d dargestellten Spannungskurven zeigen, daß sich an der Mitte jedes Leitungsgliedes ein Spannungsknoten befindet. Zur Vermeidung von Verlusten in der Isolation der Leitung werden die Isolatoren, z. B. die Abstützungen, zweckmäßiigerweise in diesen Punkten angebracht.

Claims

Patentansprüche:

i. Stabförmige Leitung für hochfrequente Ströme, insbesondere Antenne, gekennzeichnet durch Aussparungen, die sich im Material des Leiters befinden und deren Kanten geschlossene Figuren bilden, die die Achse umschließen.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Aussparungen in Achsenrichtung unterhalb der Oberfläche des Leiters angenähert eine halbe Wellenlänge der Nutzfrequenz beträgt.
3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungspunkte bzw. die Abspannungen vorwiegend in den Spannungsknoten liegen.
4. Antenne nach Anspruch 1, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, gekennzeichnet durch einen Aufbau aus zusammensetzbaren Rohren (Stäben) aus leitendem und isolierendem Material.
5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen ganz oder teilweise mit einem Isoliermaterial ausgefüllt sind.
6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Isoliermaterial eine fein verteilte, magnetisierbare Substanz enthält.
7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permeabilität der magnetisierbaren Substanz variabel und dadurch das Strahlungsdiagramm der Antenne bzw. die Impedanz der Leitung für die Hochfrequenzströme veränderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen