DE845543C

DE845543C - Ohmic resistance for very short electrical waves

Info

Publication number: DE845543C
Application number: DES17218A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Phil Kaden
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-07-02
Filing date: 1950-07-02
Publication date: 1952-08-04

Description

Ohmscher Widerstand für sehr kurze elektrische Wellen Bei sehr hohen Frequenzen, insbesondere bei Dezimeter- und Zentimeterwellen, benötigt man frequenzunabhängige, phasenreine Wirkwiderstände, die beispielsweise für den reflexionsarmen breitbandigen Abschluß von Hochfrequenzleitungen erforderlich sind. Im allgemeinen werden für diese Widerstandsanordnungen als Wirkwiderstände zylindrische Isolierstäbe verwendet, die eine gleichmäßige Widerstandsschicht tragen, deren Schichtdicke wesentlich kleiner ist als die äquivalente Leitschichtdicke. Als äquivalente Leitschichtdicke wird die Dicke eines ebenen Leiters definiert, der von einem gleichmäßig verteilten Strom durchflossen wird und denselben Widerstand besitzt wie der Leiter mit Skineffekt. Somit ist bereits erreicht, daß der Gleichstromwiderstand dieses Widerstandes dem bei sehr hohen Frequenzen entspricht, da sich der Skineffekt nicht mehr bemerkbar machen kann. Die räumliche Ausdehnung dieses Widerstandes bedingt jedoch eine Eigeninduktivität und Eigenkapazität, die man durch entsprechende Formgebung der äußeren Abschirmung um diesen Widerstand gegenseitig kompensieren kann.Ohmic resistance for very short electrical waves at very high waves Frequencies, especially with decimeter and centimeter waves, are required that are frequency-independent, Pure phase resistances, for example for the low-reflection broadband Termination of high frequency lines are required. Generally for these resistor arrangements used cylindrical insulating rods as effective resistances, which carry a uniform resistance layer, the layer thickness of which is much smaller is than the equivalent conductive layer thickness. The equivalent conductive layer thickness is the thickness of a flat conductor defined by an evenly distributed current is traversed and has the same resistance as the conductor with skin effect. Thus it is already achieved that the direct current resistance of this resistor at very high frequencies, since the skin effect is no longer noticeable can make. However, the spatial expansion of this resistor results in a self-inductance and self-capacitance, which can be obtained by shaping the outer shield accordingly to compensate each other for this resistance.

Es sind bereits einige Ausführungsformen von annähernd frequenzunabhängigen Ohmschen Widerständen für sehr kurze elektrische Wellen bekannt. Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist der Wirkwiderstand R koaxial in einen Außenleiter eingebaut, dessen Durchmesser- exponentiell zum Innenleiter abnimmt. Diese Ausführungsform besitzt zwar in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband gute elektrische Eigenschaften, bedingt jedoch einen großen Aufwand für die Fertigung des Exponentialtrichters. Auch wurde der Wirkwiderstand R nach Fig. 2 in einem einfacher herzustellenden Kegeltrichter angeordnet. Bei dieser Bauweise ist die Größe des Kegelwinkels 8 meist nach der Beziehung festgelegt, wobei a der Abstand zwischen Innen- und Außenleiter und l die Länge des Kegeltrichters ist. In dem Leitungsquerschnitt i-2 findet der Übergang von der koaxialen Leitung auf die Kegelleitung statt, in dem der Wellenwiderstand Z der Leitung und der durch den Aufbau bedingte frequenzabhängige Eingangswiderstand Re der Kegelleitung aneinandertreffen. Infolge des sprunghaften Überganges zwischen Anschlußleitung und Abschl.ußwiderstand entsteht hier eine elektrische Stoßstelle, die zu nicht vernachlässigbaren Reflexionen Anlaß gibt. Insbesondere diese Ausführungtsform und in geringerem Maße auch die Anordnung nach Fig. i sind bei sehr kurzen Wellen verhältnismäßig stark frequenzabhängig. Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, die Übergangsstörungen zwischen ankommender Leitung und Abschlußwiderstand weitestgehend zu beseitigen.Some embodiments of approximately frequency-independent ohmic resistances for very short electrical waves are already known. In the embodiment according to FIG. I, the effective resistance R is installed coaxially in an outer conductor, the diameter of which decreases exponentially to the inner conductor. Although this embodiment has good electrical properties in a relatively wide frequency band, it requires a great deal of effort to manufacture the exponential funnel. The effective resistance R according to FIG. 2 was also arranged in a cone funnel which is easier to manufacture. In this design, the size of the cone angle θ is usually according to the relationship where a is the distance between the inner and outer conductors and l is the length of the cone funnel. In the line cross-section i-2, the transition from the coaxial line to the conical line takes place, in which the characteristic impedance Z of the line and the frequency-dependent input resistance Re of the conical line due to the structure meet. As a result of the sudden transition between the connection line and the terminating resistor, an electrical junction occurs here, which gives rise to non-negligible reflections. In particular, this embodiment and, to a lesser extent, the arrangement according to FIG. 1, are relatively strongly frequency-dependent in the case of very short waves. The invention therefore makes it its task to largely eliminate the transition interference between the incoming line and the terminating resistor.

Bei einem Ohmschen Widerstand für sehr kurze elektrische Wellen, bestehend aus einem Körper, der eine in ein am Ende kurzgeschlossenes und zu diesem Ende hin abnehmenden Leiterabstand aufweisendes Doppelleituugsstück eingeschalteteWiderstandsschicht trägt, ist gemäß der Erfindung die Länge der Widerstandsschicht in Leitungsrichtung größer als das einen abnehmenden . Leiterabstand aufweisende Leitungsstück.With an ohmic resistance for very short electrical waves, consisting from one body, one into one short-circuited at the end and towards this end with decreasing conductor spacing, a double conductor piece with switched-on resistance layer carries, according to the invention is the length of the resistance layer in the conduction direction greater than the one decreasing. Line piece having conductor spacing.

Besonderen Vorteil.bringt die Erfindung bei koaxialen Widerstandsanordnungen. Während bisher ein genügend frequenzunabhängiger Ohmscher Leitungsabschluß nur mit Hilfe einer Widerstandsanordnung mit annähernd exponentiell verlaufendem Außenleiter nach Fig. i möglich war und die Anordnung nach Fig. 2 wegen zu großer Frequenzabhängigkeit nur bedingt verwendet werden konnte, bringt die Erfindung ohne mechanischen Mehraufwand den wesentlichen Vorteil größerer Frequenz-Unabhängigkeit bzw. die Möglichkeit, auch in einer in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängigen Widerstandsanordnung den sich verjüngenden Außenleiter kegelförmig auszubilden und damit die einfache Kegelform anzuwenden.The invention brings particular advantages in the case of coaxial resistor arrangements. While so far a sufficiently frequency-independent ohmic line termination only with Using a resistor arrangement with an almost exponential outer conductor i was possible and the arrangement according to FIG. 2 because of too great a frequency dependence could only be used to a limited extent, brings the invention without additional mechanical effort the essential advantage of greater frequency independence or the possibility of also in a resistor arrangement that is frequency-independent in a wide frequency band to design the tapered outer conductor conically and thus the simple To apply cone shape.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer Anordnung nach der Erfindung die Widerstandsschicht zweckmäßigerweise auf einem zyldnderförm,igen Körper angeordnet, im Zuge des Innenleiters eingeschaltet und der Außenleiter kegelförmig zum kurzgeschlossenen Ende verlaufend ausgebildet wird, wobei nach der Erfindung die Widerstandsschicht eine solche Längenabmessung aufweist, daß sie noch um ein Stück in die einen konstanten Leiterabstand aufweisende koaxiale Leitung ragt. Die Länge, um die sich diese Widerstandsschicht in die koaxiale Leitung erstreckt, beträgt angenähert wobei l die Länge der Widerstandsschicht und a der Abstand des Innenleiters vom Außenleiter der koaxialen Leitung ist. Die Dimensionierung des Kegelwinkels 8 ist im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen Abschlußwiderständen mit kegel-..förmigen Außenleiter nach der Funktion angenähert festgelegt. Diese Dimensionierung des Kegelwinkels isst bedingt durch die Länge der Widerstandsschicht, die größer ist als die Länge des sich verjüngenden Außenleiterstückes.It has been shown that in an arrangement according to the invention the resistance layer is expediently arranged on a cylindrical body, switched on in the course of the inner conductor and the outer conductor is designed to run conically to the short-circuited end, the resistance layer according to the invention having such a length dimension, that it still protrudes a little into the coaxial line, which has a constant conductor spacing. The length by which this resistive layer extends into the coaxial line is approximate where l is the length of the resistance layer and a is the distance between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial line. The dimensioning of the cone angle 8 is in contrast to the previously common terminating resistors with a cone - .. shaped outer conductor according to the function approximately set. This dimensioning of the cone angle depends on the length of the resistance layer, which is greater than the length of the tapering outer conductor section.

Die Erfindung berücksichtigt durch die Dimensionierung der Längenabmessung der Ohmschen Widerstandsschicht in - Widerstandsanordnungen insbesondere den Übergang von Hochfrequenzleitung auf die Widerstandsanordnung und erreicht dadurch, daß der Eingangswiderstand der . Ohmschen Widerstandsanordnung in einem sehr breiten Frequenzband, insbesondere noch bei sehr kurzen Wellen frequenzunabhängig gleich dem Wellenwiderstand der Anschlußleitung ist. Diese Forderung der Gleichheit dieser Widerstände läßt sich weitgehend berücksichtigen, wenn rnan von der Betrachtung der Wellenflächen in der Hochfrequenzleitung und in der Widerstandsanordnung ausgeht. Bekanntlich sind Wellenflächen solche Flächen, durch die weder Verschiebungsströme noch magnetische Kraftflüsse hindurchtreten.The invention takes into account the dimensioning of the length dimension the ohmic resistance layer in - resistor arrangements in particular the transition of high-frequency line on the resistor arrangement and thereby achieved that the Input resistance of the. Ohmic resistor arrangement in a very broad frequency band, especially in the case of very short waves, the same as the wave resistance regardless of frequency the connecting line is. This requirement of the equality of these resistances leaves largely take into account when looking at the wave surfaces goes out in the high-frequency line and in the resistor arrangement. As is well known wave surfaces are surfaces through which neither displacement currents nor magnetic Power flows pass through.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und weitere Erläuterungen werden im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles nach Fig.3 gegeben. Die Figur stellt einen die Widerstandsschicht R tragenden Körper dar, der in einen kegelförmigen Außenleiter koaxial eingebaut ist und um die Länge h über den sich verjüngenden Außenleiter hinaus in die anschließende koaxiale Leitung ragt. In der Figur ist eine Wellenfläche durch eine gestrichelte Linie W eingezeichnet. Man sieht, daß sie auf der als sehr gut leitend angenommenen Kegelfläche senkrecht steht. Es hat sich gezeigt, daß der Eingangswiderstand der Kegelleitung auf der Wellenfläche, also an den Punkten a-b, für alle Frequenzen bei Dimensionierung des Kegels nach obiger Beziehung konstant gleich demWiderstandRe ist, der identisch ist mit dem Gleichstromwiderstand R des Widerstandskörpers. Diesen Widerstand Re bemißt man so; daß er gleich dem Wellenwiderstand Z der Anschlußleitung ist, wodurch die beste Anpassung für alle Frequenzen erzielt wird. Würde man den Kegelwinkel 8 nach der Beziehung bemessen, d. h: den Winkel, wie bisher üblich kleiner bemessen als bei der Anordnung gemäß der Erfindung, dann würde bei hohen Frequenzen der Eingangswiderstand der Kegelleitung von Z abweichen und somit eine starke Reflexionsstelle entstehen.Further details of the invention and further explanations are given below using an exemplary embodiment according to FIG. The figure shows a body carrying the resistance layer R, which is installed coaxially in a conical outer conductor and protrudes by the length h beyond the tapering outer conductor into the adjacent coaxial line. In the figure, a wave surface is shown by a dashed line W. You can see that it is perpendicular to the conical surface, which is assumed to be very conductive. It has been shown that the input resistance of the cone line on the wave surface, i.e. at points ab, is constant for all frequencies when dimensioning the cone according to the above relationship, equal to the resistance Re, which is identical to the direct current resistance R of the resistor body. This resistance Re is measured like this; that it is equal to the characteristic impedance Z of the connecting line, whereby the best match is achieved for all frequencies. One would get the cone angle 8 according to the relationship dimensioned, d. h: the angle, as previously customary, dimensioned smaller than in the case of the arrangement according to the invention, then the input resistance of the conical line would deviate from Z at high frequencies and thus a strong reflection point would arise.

Infolge der verschiedenen Neigung der Wellenflächen in der Kegelleitung und in der Anschbußleitung bleibt jedoch noch eine schwache Übergangsstörung bestehen. Der restliche Reflexionsfaktor aü dieser Stelle ist proportional zurr Frequenz, wie sich durch eine genauere Untersuchung zeigen läßt. Die Übergangsstörung wirkt sich drabei so aus, als ob an der Übergangsstelle eine Induktivität L, wie in Fng. 4 gezeigt, in Reihe zu dem Widerstand! R ge- schaltet wäre. Diese Ersatzinduktivität I_ läßt sich hereclinen nach der Formel Dabei bedeutet: Z = Wellenwiderstand der ankommenden koaxialen Leitung und c = Lichtgeschwindigkeit.As a result of the different inclinations of the wave surfaces in the cone line and in the connection line, however, a slight transition disturbance still remains. The remaining reflection factor at this point is proportional to the frequency, as can be shown by a closer examination. The transition disturbance has the same effect as if an inductance L at the transition point, as in Fig. 4 shown in series with the resistor! R would be switched through. This equivalent inductance I_ can be clinched in using the formula The following means: Z = wave resistance of the incoming coaxial line and c = speed of light.

Bei kleinem Kegelwinkel ö wird der Reflexionsfaktor außerordentlich klein. Infolgedessen ist auch die Ersatzinduktivität L an der Übergangsstelle sehr klein, wie sich aus der obigen Gleichung unmittelbar ablesen läßt, und es sind in diesem Fall keine besonderen Maßnahmen zur Kompensation der störenden Induktivität L notwendig. Erst bei steileren Kegeln ist es nötig, den Reflexionsfaktor durch eine parallel zum Leitungszug liegende Kapazität C zu verringern; das in diesem Fall zutreffende Ersatzschaltbild gibt Fig. 5 wieder. Diese bei gegebenem Kegelwinkel 8 erforderliche Parallelkapazität C von der Größe kann sehr einfach in Form einer meist an sich vorhandenen, entsprechend bemessenen Stützscheibe verwirklicht werden.With a small cone angle δ, the reflection factor becomes extremely small. As a result, the equivalent inductance L at the transition point is also very small, as can be seen directly from the above equation, and in this case no special measures to compensate for the interfering inductance L are necessary. Only with steeper cones is it necessary to reduce the reflection factor by means of a capacitance C parallel to the cable run; the equivalent circuit diagram applicable in this case is shown in FIG. This parallel capacitance C required for a given cone angle 8 is of the magnitude can be implemented very easily in the form of a correspondingly dimensioned supporting disk which is usually present per se.

Die Erfindung gibt somit die Möglichkeit, Olimsche Widerstände herzustellen, die bis zu sehr hohen Frequenzen in einem breiten Frequenzband verwendbar sind. Der Vorteil, den z. B. eine Anordnung mit verhältnismäßig langem kegelförmigem Außenleiter bringen würde, bleibt bei der Anordnung nach der Erfindung auch bei kurzer Ausbildung dieses Außenleiters erhalten, insbesondere dadurch, daß der Widerstandskörper über die Länge des Kegelmantels hinaus in die Anschlußleitung ragt und' die bei steilerem Kegelwinkel 8 auftretende restliche Übergangsstörung durch entsprechend beinessene Stützscheiben kompensiert wird. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Widerstandsanordnungen, bei denen das sich verjüngende Außenleiterstück wenigstens zum Teil als Widerstandsschichtträger dient.The invention thus makes it possible to produce Olim resistances, which can be used up to very high frequencies in a wide frequency band. The advantage that z. B. an arrangement with a relatively long conical outer conductor would bring remains with the arrangement according to the invention even with a short training this outer conductor obtained, in particular by the fact that the resistance body over the length of the cone jacket protrudes into the connecting line and 'the steeper Cone angle 8 occurring residual transitional disturbance due to corresponding beinessene Support disks is compensated. The invention also extends to resistor assemblies, in which the tapering outer conductor piece is at least partially used as a resistance layer carrier serves.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ohmic resistance for very short electrical waves, in particular for the termination of high-frequency conductors, consisting of a body which carries a resistance layer, in particular a coaxial line, connected to a double conductor section short-circuited at the end and decreasing conductor spacing towards this end, characterized in that the length of the Resistance layer in the line direction is larger than the line piece having the decreasing conductor spacing.

2. Ohmic resistor according to claim i, characterized in that the conductor spacing decreases linearly at the end of the line.

3. Ohmic resistance according to claim i or 2, characterized in that the resistance layer in the course of the inner conductor so is switched on so that it is still a little way in the a constant conductor spacing having coaxial line protrudes.

4. Ohmic resistor according to claim 3, characterized in that the resistance layer is arranged on a cylindrical body in the course of the inner conductor so that it is turned on by the length protrudes into the coaxial line having a constant conductor spacing, where L is the length of the resistance layer and a is the distance between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial line.

5. Ohmic resistor according to claim 4, characterized by a parallel capacitance of the size where Z is the wave resistance of the coaxial line, c is the speed of light and 8 is the angle between the surface of the cone and the resistance layer.