DE853017C

DE853017C - UEbergang zwischen einem wendelfoermigen Wellenleiter und einer Lecherleitung

Info

Publication number: DE853017C
Application number: DEW5454A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr-Ing Habil Schnitger; Dieter Dipl-Phys Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-03-30
Filing date: 1951-03-30
Publication date: 1952-10-20

Description

Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung In der Dezimeter- und Zentimetertechnik werden in zunehmendem Maße wendelförmige Wellenleiter zur Fortleitung der Hochfrequenzenergie verwendet. Das ist z. B. der Fall bei Wanderfeldwendelröhren, bei Wendelantennen und bei konzentrischen Kabeln mit wendelförmigem Innenleiter. Dabei tritt das Problem auf, diese Wellenleiter derart mit den herkömmlichen, zu Fortleitung der Hochfrequenzenergie verwendeten Lecherleitungen zu verbinden, daß in einen möglichst großen Frequenzbereich die Wellen ohne merkliche oder störende Reflexion von der Lecherleitung auf den wendelförmigen Wellenleiter übergehen.
Man hat versucht, diesen Übergang dadurch zu bewerkstelligen, daß man das Ende des wendelförmigen Wellenleiters mit einer Art Antennenstutzen versieht, der in geeigneter Weise in einen Hohlleiter hineinragt und in diesem Hohlrohrwellen eines der bekannten Typen anregt. Diese werden dann in bekannter Weise aus dem Hohlrohr in eine Koaxialleitung eingekoppelt. Die dann noch verbleibenden zum Teil erheblichen Anpassungsfehler werden mit den auch in der Hohlrohrtechnik bekannten Korrekturschrauben und Kurzschlußschiebern kompensiert. Der entscheidende Nachteil aller derartigen Lösungen besteht darin, daß eine derartige Kompensation im allgemeinen sehr selektiv ist, so daß ein derartiger Übergangsvierpol nicht die erforderliche Breitbandigkeit besitzt.
Eine andere Methode besteht darin, ein Übergangsstück zu konstruieren, das nach Art einer Exponentialleitung einen allmählichen Übergang von einer konzentrischen Leitung zu dem betreffenden wendelförmigen Wellenleiter darstellt. Es ist z. B. vorgeschlagen worden, den hohlen Innenleiter einer koaxialen Leitung, dessen Durchmesser gleich dem gewünschten ;Durchmesser der Wendel gewählt wird, mit einem Schlitz zu versehen, der parallel zur Achse des Innenleiters verlaufend beginnt und dann in immer enger werdenden Windungen auf der Mantelfläche des Innenleiters entlang läuft und dadurch diesen zu einer Wendel zerschneidet, deren Steigung sich allmählich dem gewünschten Wert annähert.
Abgesehen von . der großen technologischen Schwierigkeit der präzisen Herstellung derartiger Übergangsstücke haben diese den Nachteil, daß sie nur dann eine genügend fehlerfreie Anpassung des wendelförmigen Wellenleiters an die konzentrische Lecherleitung gewährleisten, wenn ihre Länge mehrere Wellenlängen der betreffenden Welle beträgt. Das führt in der Praxis vor allem bei längeren Wellen häufig zu nidht mehr vertretbaren Baulängen.
Die Erfindung betrifft nun derartige Übergänge zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung. Erfindungsgemäß wird ein Pol der Lecherleitung mit einem metallischen Leiter verbunden, der sich in der Nähe des Endes der Wendel größenordnungsmäßig längs einer Windung der Wendel in einer Entfernung von der Wendel befindet, die kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel.
Dieser metallische Leiter verändert vermöge seiner Formgebung das elektrische Feld in seiner Umgebung derart, daß es von der Wendel her gesehen so erscheint, als setze sich die Wendel ungestört oder nahezu ungestört fort. Nach der Seite der Lecherleitung hin geht .das derart veränderte Feld mehr oder weniger schnell in das normale Feld der verwendeten Lecherleitung über. Auf diese Weise wird ein Übergang von der Feldkonfiguration des wendelförmigen Wellenleiters auf die Feldkonfiguration der verwendeten Lecherleitung erzielt.
Um jedoch einen stoßfreien Übergang von dem wendelförmigen Wellenleiter auf die Lecherleitung zu erhalten, müssen' noch .bestimmte Beziehungen zwischen Strom und Feldstärke am Eingang und am Ausgang des Übergangsstückes bestehen. Dazu sind nach der Vierpol- und Leitungstheorie mindestens zwei Blindwiderstände oder allgemeiner zwei unabhängig voneinander einstellbare Parameter erforderlich. Diese beiden Parameter sind bei dem erfindungsgemäßen Übergang der kleinste Abstand des metallischen Leiters von der Wendel und der axiale Abstand des metallischen Leiters vom Ende der Wendel.
Die praktische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Übergangs zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung hängt wesentlich von der Art der verwendeten Lecherleitung ab. Ist diese eine Paralleldrahtleitung, dann wird man den einen Draht der Paralleldrahtleitung galvanisch oder über eine hinreichend große Kapazität, die bei der vorgesehenen Frequenz keinen wesentlichen Widerstand darstellt, mit dem Ende der Wendel elektrisch verbinden. Der zweite Draht der Paralleldrahtleitung wird zu etwa einer Windung umgebogen, welche die Wendel in der Nähe ihres Endes konzentrisch oder nahezu konzentrisch umschließt und deren kleinster Abstand von der Wendel kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel.
,Man kann aber auch die von dem einen Draht der Paralleldrahtleitung gebildete Windung zu einem Ring schließen, oder man kann, falls erforderlich, einen derartigen Ring sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung erweitern, so daß ein Metallzylinder bzw. eine Lochblende daraus wird, ohne daß dabei an dem der Erfindung zugrunde liegenden Prinzip etwas geändert wird.
Ist die verwendete Lecherleitung eine Bandleitung, dann ergeben sich ganz analoge Möglichkeiten.
Von besonderer technischer Wichtigkeit ist der Fall, daß die verwendete Lecherleitung eine koaxiale Leitung ist. Hier kann man den Innenleiter der konzentrischen Leitung galvanisch oder über eine hinreichend große Kapazität, die bei der vorgesehenen Frequenz keinen großen Widerstand darstellt, mit dem Ende der Wendel elektrisch verbinden. Den Außenleiter der koaxialen Leitung führt man zu einer metallischen Blende, welche die Wendel in der Nähe ihres Endes konzentrisch oder nahezu konzentrisch umschließt und deren kleinster Abstand von der Wendel kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel.
Zur optimalen Einstellung des erfindungsgemäßen Überganges zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einqr Lecherleitung auf eine vorgegebene Wellenlänge ist es zweckmäßig, wenn man die beiden für die Anpassung entscheidenden Parameter, nämlich den Durchmesser der Blende und ihren Abstand von dem Ende der Wendel, veränderbar macht, so daß der Übergang in einem sehr großen Wellenlängenbereich brauchbar ist.
In manchen Fällen erweist es sich als günstig, die Blende sich nach der Seite des wendelförmigen Wellenleiters hin trichterförmig erweitern zu lassen, wobei häufig eine vom einfachen geraden Kegel abweichende Trichterform, z. B. ein Exponentialtrichter, besonders vorteilhaft ist.
Da der kleinste Abstand der Blende von der Wendel die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Überganges zwischen dem wendelförmigen Wellenleiter und der koaxialen Leitung wesentlich beeinflußt, ist es- sehr vorteilhaft, wenn man die Zentrierung der Wendel gleich innerhalb des Übergangsstückes selbst vornimmt. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß man die Blende mit mindestens drei radial nach innen gerichteten und gleichmäßig oder nahezu gleichmäßig auf dem Umfang der Blenden-Öffnung verteilten Nocken versieht, die so bemessen sind, daß sie die Wendel in dem vorgesehenen Abstand von der Blende haltern.
Es ist auch möglich, den Außenleiter der koaxialen Leitung galvanisch oder über eine hinreichend große Kapazität, die für die vorgesehene Frequenz keinen wesentlichen Widerstand darstellt, mit dem Ende des wendelförmigen Wellenleiters zu verbinden. In diesem Falle wird dann der Innenleiter der koaxialen Leitung an seinem Ende zu einer Windung gebogen, welche den wendelförmigen Wellenleiter in der Nähe seines Endes koaxial oder nahezu koaxial umschließt und deren kleinster Abstand von der Wendel kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel. Auch in diesem Falle ist es natürlich möglich, die von dem Innenleiter der koaxialen Leitung gebildete Windung zu einem Ring zu schließen oder, falls erforderlich, einen derartigen Ring sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung zu erweitern, so daß ein Metallzylinder bzw. eine Lochblende daraus wird.
Bei den insbesondere bei Wanderfeldwendelröhren verwendeten Wendelabmessungen und bei höheren Frequenzen führt die Forderung, daß der Abstand des Ringes bzw. der Blende von der Wendel und dem Wendelende kleiner sein soll als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel, leicht zu sehr kleinen Abständen und sehr engen Toleranzen und damit zu technologischen Schwierigkeiten.
Es erweist sich deshalb als sehr zweckmäßig, die axiale Wellenlänge im Bereich des Übergangsstückes künstlich zu vergrößern, indem man dort die Steigung bzw. die Ganghöhe der Wendel vergrößert. Da eine sprungartige Änderung der Wendelabmessungen zu unter Umständen erheblichen Reflexionen der Wellen führen würde, muß der Übergang von der großen Steigung am Ende der Wendel zu der normalen Steigung der Wendel hin allmählich verlaufend erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überganges zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung für den Fall, daß die Lecherleitung eine koaxiale Leitung ist, ist in der Abbildung dargestellt. i ist der wendelförmige Wellenleiter, der zur Halterung von einer Glashülle 2 umgeben ist. Das Wendelende 3 soll mÖglichst reflexionsfrei an die aus einem Innenleiter 4 und einem Außenleiter 5 bestehende konzentrische Zuführung angepaßt werden. Die Achse der konzentrischen Zuführung stellt senkrecht zur Achse des wendelförmigen Wellenleiters. Der Innenleiter 4 der koaxialen Leitung ist mittels des federnden Kontaktes 6 über den Ein.schmelzstift 7 mit dem Ende der Wendel 3 galvanisch verbunden. Der Außenleiter 5 der koaxialen Leitung ist fest mit dem metallischen Rohr 8 verbunden, das den wendelförmigen Wellenleiter i konzentrisch umschließt. In dem Rohr 8 ist der außen zylindrische Metallkörper 9 auswechselbar und in axialer Richtung verschieblich angeordnet. Dieser Metallkörper 9 hat auf der dem Wendelende 3 zugewandten Seite eine zylindrische Bohrung io, welche so bemessen ist, daß der kleinste Abstand i i der Wendel von der Innenfläche der Bohrung to kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel. Auf der Innenfläche der Bohrung io sind gleichmäßig über den Umfang verteilt drei oder mehr metallische oder dielektrische, radial nach innen gerichtete Nocken 12 angebracht, welche das die Wendel i halternde Glasrohr 2 zentrieren. Näch der Seite des wendelförmigen Wellenleiters hin erweitert sich die zylindrische Bohrung io zu einem Trichter 13, der in diesem Ausführungsbeispiel die Form eines geraden Kegels hat.
Der mittlere Abstand 14 der durch die Bohrung io gebildeten Blende von dem Ende der Wendel 3 ist durch Verschieben des Metallkörpers 9 einstellbar, bleibt aber immer kleiner als ein Viertel der Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel.
Der wendelförmige Wellenleiter ist nach der Seite der koaxialen Leitung hin auseinandergezogen, derart, daß die Ganghöhe zwischen der letzten Windung 3 und der vorletzten Windung erheblich größer ist als der normale Abstand zweier aufeinanderfolgender Windungen, wie z. B. der Abstand zwischen der Windung i und der darauffolgenden. Die Ganghöhe wird, vom Ende 3 der Wendel anfangend, von Windung zu Windung allmählich immer kleiner und erreicht nach etwa sechs Windungen den für den wendelförmigen Wellenleiter in seinem gleichmäßigen Teil vorgesehenen Wert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol der Lecherleitung mit einem metallischen Leiter verbunden ist, der sich in der Nähe des Endes der Wendel größenordnungsmäßig längs einer Windung der Wendel in einer Entfernung von der Wendel befindet, die 'kleiner ist als ein Viertel der axialen Wellenlänge an dieser Stelle der Wendel.
2. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung eine Paralleldrahtleitung ist und der eine Leiter dieser Paralleldrahtleitung hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit dem Wendelende verbunden ist, während das Ende des anderen Leiters der Paralleldrahtleitung größenordnungsmäßig zu einer Windung gebogen ist, ,die zur Wendel koaxial oder nahezu koaxial verläuft.
3. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung eine Paralleldrahtleitung ist und der eine Leiter dieser Paralleldrahtleitung hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit dem Wendelende verbunden ist, während der andere Leiter der Paralleldrahtleitung hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit einem Ring verbunden ist, der zur Wendel koaxial oder nahezu koaxial ist.
4. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung eine koaxiale Leitung ist, deren Innenleiter hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit dem Wendelende verbunden ist und deren Außenleiter hochfreqenzmäßi.g nahezu widerstandslos mit einer metallischen Blende verbunden ist, deren Öffnung zur Wendel koaxial oder nahezu koaxial ist.
5. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch 4, dadurch ;gekennzeichnet, daß die koaxiale Blende in-axialer Richtung verschiebbar ist und/oder die kleinste Entfernung zwischen dem inneren Blendenrand und der Wendel einstellbar ist.
6. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blende nach der dem Wendelende abgewendeten Seite zu trichterförmig erweitert. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung eine koaxiale Leitung ist, deren Außenleiter hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit dem Wendelende verbunden ist und deren Innenleiter zu größenordnungsmäßig einer Windung gebogen ist, die zur Wendel koaxial oder nahezu koaxial verläuft. B. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung. nach An-Spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende mit mindestens drei radial nach innen gerichteten Nocken versehen ist, die so bemessen sind, daß sie den wendelförmiger Wellenleiter in dem vorgesehenen Abstand von der Blende haltern. g. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lecherleitung eine koaxiale Leitung ist, deren Außenleiter hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit dem Wendelende verbunden ist und deren Innenleiter hochfrequenzmäßig nahezu widerstandslos mit einem Ring verbunden ist, der zur Wendel koaxial oder nahezu koaxial ist. io. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der konzentrischen Leitung am Übergang senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Achse des wendelförmigen Wellenleiters steht. i i. Übergang zwischen einem wendelförmigen Wellenleiter und einer Lecherleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelsteigung in der Nähe des Endes der Wendel mit kleiner werdendem Abstand vom Wendelende stetig größer wird.