DE836517C - Hochfrequenzleiter - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. APRIL 1952

H 579

Hochfrequenzleiter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzleiter. insbesondere von der Art, bei denen die Leitung gegenläufig zurückgekrümmt und gefaltet wird und eine oder mehrere U-förmige Schleifen bildet, um so die räumlichen Abmessungen für eine gegebene elektrische Länge zu verringern.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft 1)oi einer Leitung, deren elektrische Länge einstellbar ist, und wird in diesem Zusammenhang beschrieben; die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendung l>eschrankt.

Hochfrequenzleituiigen von relativ großer elektrischer Länge sollen möglichst kurz und gedrungen sein. Dies läßt sich erreichen, indem jeder Leiter der Leitung gegenläufig zurückgekrümmt wird. Bei Leitungen von der Art der Rohrleiter oder Koaxialleitungen wird der äußere Mantel gewöhnlich einfach erweitert, und nur der innere Leiter wird gefaltet. Zwar ist der innere Leiter einer solchen U-förmig gelxigenen Leitung auf seiner ganzen Länge geschirmt, aber benachbarte Teile des gefalteten Teils sind elektrisch und magnetisch miteinander gekoppelt, so daß die effektive elektrische Länge sehr wesentlich unter den Wert verringert ist, den eine gestreckte Leitung gleicher Abmessung hätte. Diese Abnahme der effektiven Länge wird um so merkbarer, je enger der innere Leiter U-förmig gebogen ist, und im Grenzfall wird eine solche Leitung für ihren eigentlichen Zweck unbrauchbar. Es ist l>ereits vorgeschlagen worden, leitende und abschirmende Bleche zwischen die U-Schenkel des inneren Leiters zu setzen, um die elektrische und magnetische Kopplung zwischen ihnen zu vermindern. Zwar haben solche abschirmenden Bleche im allgemeinen die gewünschte Wirkung, sie verteuern aber die Konstruktion, erhöhen ihr Gewicht und machen sie verwickelt. Für Leitungen, die Mittel zur Einstellung der mechanischen und damit der

elektrischenLänge haben, ist die Anwendung solcher abschirmenden Bleche aber vollkommen unerwünscht, da sie feststehende und bewegliche Bleche mit Schleifkontakten notwendig machen, die die Kosten noch mehr erhöhen und die Leitung so verwickelt machen, daß leicht Fehler durch schlechte Kontakte u. dgl. entstehen können.

Die Erfindung befaßt sich daher mit einer Hochirequenzleitung von U-förmiger Gestalt und einstellbarer Länge, bei der die elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Abschnitten des inneren Leiters ohne die Anwendung von Abschirmblechen, Schleifkontakten u. dgl. weitgehend verringert ist.

Die erfindungsgemäße Leitung besteht aus einem elektrischen Leiter von U-förmiger Gestalt und Mitteln, die seitlich des Leiters neutrale Flächen annähernd parallel zur Mittelebene des Leiters bilden, wobei der Abstand zwischen den Schenkeln des Leiters größer als der Abstand zwischen "den neutralen Flächen ist.

Im folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und durch eine Zeichnung erläutert. In dieser bedeutet Fig. ι eine einstellbare Leitung,

Fig. 2 einen Querschnitt einer geschirmten Leitung längs der Ebene 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen ähnlichen Querschnitt durch eine geschirmte symmetrische Leitung, Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer einstellbaren Leitung,

Fig. 5 bis 8 Querschnitte durch die Fig. 4. Die Leitung nach Fig. 1 besitzt einen U-förmig gebogenen Leiter 10 mit teleskopartig ausziehbaren Schenkeln. Im einzelnen besteht der Leiter aus zwei geraden, zueinander parallelen Schenkeln 11, 12 und einem U-förmigen Teil 13 mit Schenkeln 14, 15, die so gehaltert sind, daß sie in die entsprechenden Schenkel 11, 12 eingeschoben werden können. Die Mittel zur Veränderung der Schenkellänge bestehen aus einer beweglichen, rechteckigen Platte 16, die mit dem U-förmigen Teil 13 über Isolatoren 17 und 18 verbunden ist und dicht schließend längs verschiebbar in einem Gehäuse 19 von rechteckigem Querschnitt angeordnet ist, das den Leiter 10 mit Abstand umgibt. Die Platte 16 hat längs ihres Umfanges eine Anzahl federnder Kontaktfinger 20, die an der Wand des Gehäuses 19 anliegen. Sie wird mittels einer Stange 21, die durch eine öffnung 22 an einer Seite des Gehäuses 19 herausführt, innerhalb desselben längs verstellt. Die Finger 20 müssen nicht notwendig die Innenwand des Gehäuses 19 l>erühren, sondern können auch einfach eine kapazitive Kopplung zwischen der Platte 16 und der Gehäusewand erzeugen. Die beiden festen Schenkelteile 11 und 12 sind mit den inneren Kontakten 23 zweier koaxialer Klinken 24 verbunden, deren mit Außengewinde versehene Kontakte 25 je durch eine öffnung an einer Seitenwand des Gehäuses 19 hindurchführen und elektrisch und mechanisch mit diesem durch Gegenmuttern 26 verbunden sind. Die Kontakte 25 werden durch Isolierhülsen 27 zu den inneren Kontakten 23 in koaxialer Lage gehalten.

Im Falle der Leitung nach Fig. 2 besitzt das Gehäuse 19 an entgegengesetzten Seiten des Leiters 10 zwei neutrale Flächen, die angenähert parallel zur mittleren Ebene des Leiters verlaufen. Unter neutralen Flächen wird hier und im folgenden eine Fläche verstanden, die eine Äquipotentialfläche des elektrischen Feldes ist und gleichzeitig nicht merklieh von den Kraftlinien des magnetischen Feldes durchsetzt wird. Bei der symmetrischen Leitung nach Fig. 3 sind die beiden Leiter 10 üblicherweise in dem gleichen elektrischen Kreis enthalten, so daß die Leiterströme an entsprechenden Punkten längs der Leitung von der gleichen Größe, aber entgegengesetzter Phase sind. Daher wirkt in diesem Fall jeder der Leiter 10 für den anderen Leiter wie eine neutrale Fläche in der Mittelebene zwischen den Leitern, die angenähert parallel zu den Mittelebenen der Leiter ist. Außerdem wirkt das Gehäuse 19 für jeden der Leiter 10 an seiner Außenseite wie eine neutrale Fläche ähnlich der Leitung in Fig. 2.

Die hier behandelten Leitungen besitzen einen oder zwei in der Länge gefaltete Leiter. Ohne besondere Vorkehrungen beeinflussen daher die 'elektrischen und magnetischen Felder jedes Schenkels den anderen und bewirken also eine Kopplung zwischen den Schenkeln und vermindern die effektive elektrische Länge der Leitung. Diese Kopplung wird nach der Erfindung dadurch vermindert, daß der Abstand zwischen den Schenkeln 11, 14 und 12, 15 größer gemacht wird als der Abstand zwischen den neutralen Flächen, die in der beschriebenen Weise an den entgegengesetzten Seiten des Leiters 10 gebildet werden. Ist der Abstand zwischen den Schenkeln das Mehrfache eines Durchmessers eines jeden von ihnen, so kann der Abstand S zwischen ihren Achsen gemessen werden wie in Fig. 2 und 3. Wenn jedoch die Durchmesser der Schenkel größer sind im Verhältnis zu ihrem Abstand, muß der Abstand zwischen benachbarten Punkten ihrer äußeren Oberfläche gemessen werden. Wird nun der Abstand zwischen den neutralen Flächen gemäß Fig. 2 und 3 mit D bezeichnet, so ist für ein Verhältnis S :D ~~ 2 die elektrische und magnetische Kopplung bereits so gering, wie es für die meisten Anwendungsfälle ausreichend ist. .9 : D ~ 1 verringert . die Kopplung¹ bereits wesentlich und stellt etwa das kleinste praktisch brauchbare Verhältnis dar. u₀

Es ist bekannt, daß das Verhältnis des Abstandes der inneren Fläche des Gehäuses iq zum 2 ⁷

Leiter 10 längs seiner Ausdehnung zum Durchmesser d des Leiters den Wellenwiderstand der Leitung bestimmt. Durch die in der erfindungsgemäßen Konstruktion vorgesehene Verstellung der Platte 16 zusammen mit dem U-förmigen Abschnitt 13 bleibt der Abstand dieses U-förmigen Abschnittes zu den drei benachbarten Wandflächen des Gehäuses bei der Einstellung der Länge der Leitung unverändert. Also bleibt auch der Wellenwiderstand praktisch konstant.

Die Wirkungsweise der Leitung soll an der Leitung nach Fig. 2 beschrieben werden. Das metallische Gehäuse 19 stellt, wie schon beschrieben,

die neutralen Flächen an jeder Seite des Leiters io tlar. Zur Erklärung ihrer Wirkungsweise in bezug auf die Kopplung^ verminderung wird an die SpiegelbildthiOrie erinnert. Nach dieser Darstellungsweise • 5 wird jenseits der neutralen Fläche ein zum Leiter io spiegelbildlicher Leiter gedacht, wobei Leiter und Spiegelbild gleichen Abstand von der neutralen Fläche haben. Das elektromagnetische Feld des gespiegelten Leiters wird von Strömen erzeugt gedächt, die gleiche Amplitude, aber entgegengesetzte Phase hal>en wie die im Leiter io. So wird jeder Schenkel nicht nur vom Feld des anderen Schenkels, sondern auch vom Feld des anderen Schenkels des gespiegelten Leiters beeinflußt, so daß die Felder jedes anderen reellen und gespiegelten Schenkels einander aufhel>en würden, wenn sie gleichen Abstand von dem betreffenden Schenkel hätten. Dies ist freilich nicht der Fall, da der gespiegelte Schenkel nach seiner Lage vor ihm weiter entfernt ao sein muß als der reelle Schenkel. Diese Ungleichmäßigkeit verringert sich aber mit wachsendem Abstand der Schenkel des Leiters 10 mit dem Ergebnis, daß für eine einzige neutrale Fläche die elektrische und magnetische Kopplung zwischen den Schenkeln angenähert mit der zweiten Potenz ihres Abstandes abnimmt.

Bestehen neutrale Flächen an verschiedenen Seiten des Leiters 10, wie in Fig. 1 und 3, so entstehen gespiegelte Leiter nicht nur durch den Leiter 10 selbst, sondern auch durch die gespiegelten Jx'iter und wiederum durch deren Spiegelbilder. Daher vermindert sich die Kopplung zwischen den Schenkeln des Leiters 10 für einen gegebenen Abstand I) der neutralen Flächen etwa exponentiell mit dem Abstand S zwischen den Schenkeln des Leiters. Obwohl die neutralen Flächen nicht äquidistant zum Leiter 10 angeordnet sein müssen, ist doch die optimale Wirkung, wie leicht einleuchtet, bei gleichen Abständengegeben, da nur dann dieSpiegelbilder optimale Abstände zu den Schenkeln haben. Das metallische Gehäuse 19 bildet nicht nur die beschriebenen neutralen Flächen, sondern schirmt den Leiter 10 zusätzlich gegen jedes äußere Strahlungsfeld und beschränkt das Strahlungsfeld des Leiters auf den vom Gehäuse umschlossenen ' Raum. Zusätzlich bildet das Gehäuse den Außenleiter der Leitung. Die elektrische und mechanische Länge der Leitung wird auf einen gewünschten Wert durch Betätigung der Stange 21 eingestellt. Bei einer Leitung nach Fig. 3 erzeugt das Gehäuse 19 eine neutrale Fläche für jeden der Ijeiter 10, während es gleichzeitig beide Leiter gegen äußere Strahlungsfelder abschirmt und die Strahlungsfelder der Leiter auf den Gehäuseraum beschränkt. Wie bereits erwähnt, wird die andere neutrale Fläche für jeden der Leiter 10 zwischen den Leitern durch die Ströme gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Phase im anderen Leiter erzeugt, sofern die Leitung als symmetrische Übertragungsleitung arbeitet. Fig. 4 zeigt eine einstellbare Leitung in einer abgewandelten Form. Sie ist im wesentlichen der nach Fig. ι ähnlich, und gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen und ähnliche Elemente mit einfach gestrichenen Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied besteht insofern, als die maximale mechanische Länge der Leitung für eine gegebene maximale elektrische Länge durch die Anwendung dielektrischen Materials 28 mit einer Dielektrizitätskonstanten größer als Eins stark verringert ist. Dieses Dielektrikum füllt den Raum zwischen dem U-förmigen Bügel 13' des Leiters 10 und den inneren Wandflächen des Gehäuses 19 aus. Fig. 5 bis 8 stellen Querschnitte durch die Konstruktion nach Fig. 4 entlang den Ebenen 5-5 bis 8-8 dar und zeigen Einzelheiten der Erfindung.

Da das Dielektrikum 28 die Kapazität des U-förmigen Bügels 13' pro Längeneinheit erhöht, muß notwendig die Induktivität pro Längeneinheit dieses Teiles in gleichem Maße erhöht werden, damit der Wellenwiderstand der Leitung auf ihrer ganzen Länge gleich bleibt. Zu diesem Zweck wird der U-förmige Bügel 13' aus einem flachen Streifen von verhältnismäßig geringem Querschnitt gebildet, wie aus den Fig. 5 bis 8 hervorgeht. Auf diese Weise wird das L : C-Verhältnis pro Längeneinheit des U-Bügels 13' gleich dem der beiden gerade gestreckten Schenkel 11', 12' gemacht. Die freien Enden der beiden Schenkel sind flach gedrückt, um mit den flachen Seiten des Bügels 13' Verbindung zu haben, wie Fig. 8 zeigt. Das Dielektrikum 28 enthält einen senkrechten Schlitz 29, der die Längsbewegung des U-Bügels 13' und der Einstellstange 21 gestattet, und ein Isolierstück 30, das den Bügel umgibt und mechanisch mit der Stange 21 verbindet, wie Fig. 7 zeigt.

Die Wirkungsweise dieser abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen der vorher beschriebenen ähnlich. Der U-Bügel 13' wird durch die Stange 21 zur Einstellung der elektrischen Länge der Leitung bewegt. Das Dielektrikum verringert die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Leitung. Die effektive elektrische Länge des in das Dielektrikum hineinragenden Teiles des U-Bügels ist daher wesentlich größer, als sie in Luft wäre. Die gleiche Änderung der elektrischen Länge wird also durch eine viel kleinere Bewegung des Bügels 13' bewirkt als im Fall der Konstruktion nach Fig. i. Auch hier sind die Abstände zwischen den Schenkeln 1i', 14', 12', 15' größer als der Abstand D zwischen den neutralen Flächen, die das Gehäuse 19 zu beiden Seiten des Leiters 10' erzeugt.

Die Kapazität zwischen den Seiten des U-Bügels 13' und dem Gehäuse ist so groß im Vergleich zur Kapazität zwischen der Kante seiner Basis und dem Ende des Gehäuses, daß die letztere im ganzen Abstimmljereich vollkommen zu vernachlässigen ist; daher ist in diesem Falle keine bewegliche Platte in festem Abstand zum Bügel 13' notwendig wie in Fig. i, um den Wellenwiderstand der Leitung bei der Einstellung der elektrischen Länge unverändert zu halten. Dies ist ein weiterer Vorteil der Anwendung des Dielektf ikums 28.

Der Querschnitt des U-Bügels 13' kann vergrößert werden, um ihm größere Festigkeit zu verleihen^ wenn eine gleichmäßig verteilte Suspension fein gepulverten magnetischen Materials dem Dielektri-

kum 28 zugesetzt wird. Dies kann geschehen durch eine kolloidale Suspension von Eisenteilchen in einem flüssigen Dielektrikum oder durch ein gleichmäßiges Gemenge magnetischer Teilchen in einem festen dielektrischen Werkstoff. Das Dielektrikum kann z. B. aus Titaniumdioxyd bestehen, dem das magnetische Material in einem plastischen Zustand lK'igemischt wurde, bevor die Mischung geformt und ausgehärtet wurde.

Während die Konstruktion nach Fig. 4 bis 8 an einer Leiterschleife l>esprochen wurde, sind selbstverständlich die gleichen Grundgedanken auch auf eine symmetrische Leitung von dem in Fig. 3 dargestellten Typ anwendbar. In diesem Falle sind zwei Leitungen nach Fig. 4 mit U-Bügeln 13' in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und die U-Bügel mechanisch miteinander verbunden, so daß sie durch eine einzige Stange 21 eingestellt werden können.

Ferner kann das Gehäuse 19 außer einem rechteckigen Querschnitt auch andere Querschnittsformeti haben, z. B. einen elliptischen Querschnitt. Die errindungsgemäßen Leiter stellen eine wesentlich vereinfachte und erprobte Konstruktion dar und benötigen ein Minimum an Volumen für eine gegebene elektrische Länge. Sie benötigt ferner keine schirmenden Bauelemente zwischen benachbarten Abschnitten der gefalteten Leiter und erspart damit Ihm der Bauart mit einstellbarer Länge Gleitkontakte zwischen ihnen. Der Wellenwiderstand bleibt bei der Einstellung der elektrischen Länge praktisch konstant. Diese Einstellung benötigt schließlich bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ein M inimtim an Änderung der mechanischen Länge.

Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf die , erläuterten Beispiele, sondern auf alle Anwendungs- j formen, die dem Fachmann nach der gegebenen Lehre möglich sind.

Claims (7)

P A T E N T A N S P Γ. C C H K :

1. llochfrequenzleiter mit einem U-förmigen Leiter von vorzugsweise einstellbarer Länge und abschirmenden Flächen im Abstand zu diesem, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schenkeln des Leiters größer ist als zwischen den Abschirmmitteln.

2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Schenkeln mindestens doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen den Abschirmflächen.

3. Leiter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmflächen ein vorzugsweise rechtwinkliges Gehäuse bilden, das den Leiter selbst mit räumlichem Abstand umschließt und eine bewegliche Seitenwand besitzt, die den beweglichen Teil des Leiters mit Abstand trägt.

4. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstanten größer als Eins, das den Raum zwischen dem Leiter und dem Gehäuse mindestens auf einem Teil seiner einstellbaren Länge ausfüllt.

5. Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum mit einem fein verteilten magnetischen Werkstoff gemischt ist.

6. Leiter nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus zwei geraden, parallelen, hohlen Schenkeln und einem U-Bügel, der einen schmaleren Querschnitt hat als die Schenkel und in diese einschiebbar ist, besteht und daß der dielektrische Werkstoff oder das Gemisch aus dielektrischem und magnetischem Werkstoff den Raum zwischen dem U-Bügel und dem Gehäuse ausfüllt.

7. Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei U-förmigen Leitern in zueinander paralleler Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Sehen- kein jedes der beiden Leiter größer, vorzugsweise doppelt so groß ist wie der Abstand der "Gehäuseflächen an entgegengesetzten Seiten jedes der Leiter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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