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Anordnung zur Anregung von Oberflächenwellen Es besteht dieAufgabe,
Mikrowellenenergie längs Leitungen ohne wesentliche Dämpfung zu übertragen. Die
üblichen Koaxialkabel bekommen bei steigender Frequenz so hohe Dämpfung, daß eine
Mikrowellenübertragung über längere Strecken damit unmöglich wird. Das gleiche gilt
für Hohlleiter, die auch nur für kurze Verbindungen innerhalb von Geräten in Betracht
kommen. Der einzige Hohlwellentyp, dessen Dämpfung mit steigender Frequenz sinkt
(HO-Welle im Zylinder), ist technisch nur schwer nutzbar zu machen, außerdem macht
die Starrheit der Hohlleiter ihre Handhabung unbequem.
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Ein idealer Mikrowellenleiter, sowohl vom Standpunkt der Dämpfung
als der Biegsamkeit, wäre der sogenannte dielektrische Draht aus einem flexiblen
Dielektrikum, der keinerlei Verluste durch Ohmsche Widerstände besitzt, die bei
Kabeln und Hohlleitern den Dämpfungsanstieg bei hohen Frequenzen bewirken. Leider
hat der dielektrische Draht den Nachteil, daß er nicht dicht ist. Das heißt, in
seiner Umgebung befinden sich Felder, die zwar keineswegs nach außen Energie abstrahlen,
die aber auch durch keine Hindernisse gestört werden dürfen, weil sonst die - im
Mittel rein längs gerichtete Energieübertragung gestört wird und der Leiter zu strahlen
beginnt. Zur Zeit ist noch kein flexibles Dielektrikum bekannt, das eine genügend
hohe Dielektrizitätskonstante besitzt, um die außen verlaufenden Felder schon nahe
der Oberfläche zum Verschwinden zu bringen.
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Es ist bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden, daß man
in das Innere des dielektrischen Drahtes noch einen metallischen Leiter einbettet
oder, anders ausgedrückt, einen Draht mit isolierender zylindrischer Hülle verwendet.
Insbesondere
ist bekannt, zu diesem Zweck einen metallischen Draht
mit einer dielektrischen Lackschicht zu überziehen. Eine große Schwierigkeit besteht
in der Anregung von Oberflächenwellen längs derartiger Wellenleiter.
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Die Erfindung betrifft eine neuartige Anordnung zur Anregung von Oberflächenwellen
längs Wellenleitern, die durch Modifikation eines metallischen Drahtes gebildet
werden und die insbesondere für starke Feldkonzentration des Oberflächenwellenfeldes
geeignet ist.
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Es ist bisher eine Anordnung zur Anregung von Oberflächenwellen längs
Wellenleitern bekannt, die darin besteht, daß man den Wellenleiter von einem Koaxialkabel
aus erregt, indem man den Mantel eines Koaxialkabels in einen Trichter auslaufen
läßt und den Innenleiter des Kabels beim Ausgang in den Trichter mit einem geeigneten
Lacküberzug versieht, der das Zustandekommen einer Oberflächenwelle ermöglicht.
Der mit Lack überzogene Leiter dient dann als Wellenleiter. Diese bekannte Anordnung
ist in Abb. i der Zeichnung dargestellt. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, däß
sie nur in den Fällen geeignet ist, in denen eine relativ schwache Konzentration
des Außenfeldes -um den Wellenleiter, also eine geringe Verzögerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit,
vorgenommen wird. Die Anregung der Oberflächenwelle mit einem derartigen Trichter
funktioniert nur dann einwandfrei, wenn die Öffnungsebene des Trichters in Feldbereichen
liegt, in denen die Felder in den Querschnittsebenen noch angenähert der Potentialgleichung
gehorchen. Dies ist bei starken Feldkonzentrationen außerhalb des Wellenleiters
nicht mehr der Fall.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Anregung von Oberflächenwellen
ist dadurch gekennzeichnet, daß ein langsamer Übergang vom leicht anzuregenden Lechertyp
eines Koaxialkabels zum Oberflächenwellentyp des elektromagnetischen Feldes innerhalb
des Koaxialkabels erfolgt.
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Die Erfindung benutzt den Umstand, daß die Ausbildung einer Oberflächenwelle
längs des Innenleiters unabhängig davon erfolgen kann, ob ein Außenleiter vorhanden
ist oder nicht. Der Einfluß des Außenleiters isf auf die Feldverteilung um so geringer,
je stärker die Feldkonzentration um den Innenleiter ist. Diese starke Feldkonzentration
wird erfindungsgemäß durch Modifikation des Innenleiters vorgenommen, und zwar allmählich
derart, daß die gewünschte Feldkonzentration dann vorhanden ist, wenn das eigentliche
Koaxialkabel aufhört. Es entsteht dann keine wesentliche Störung des Feldes mehr,
und der modifizierte Innenleiter kann als Wellenleiter von Oberflächenwellen weitergeführt
werden. Die Länge der Übergangsstelle zwischen dem unmodifizierten Innenleiter und
der endgültigen Modifikation ist nicht an die verwendete Wellenlänge gebunden, sondern
es besteht lediglich die Forderung; daß dieser Übergang allmählich erfolgt und sich
mindestens über eine Arbeitswellenlänge= hinzieht. Es ist jedoch zweckmäßig, den
Außenleiter des Koaxialkabels erst dann aufhören zu lassen, wenn die Modifikation
des Innenleiters etwa eine Wellenlänge der Betriebswellenlänge lang bereits innerhalb
des Kabelmantels ihren endgültigen Wert erreicht hat.
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Die Modifikation des Innenleiters kann auf verschiedene Weise vorgenommen
werden. Ausführungsbeispiele dafür zeigen die Abb. 2 bis 4 der Zeichnung, die gleichzeitig
die erfindungsgemäße Anregungsanordnung zeigen.
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In Abb. 2 ist r der Außenleiter und 2 der Innenleiter eines Koaxialkabels.
Die Modifikation des Innenleiters erfolgt durch eine auf den Innenleiter 2 aufgebrachte,
sich allmählich verstärkende dielektrische Schicht 3. Bei Erreichen der gewünschten
Feldkonzentration auf dem Innenleiter 2 hört der Außenleiter i auf, und der modifizierte
Innenleiter wird als Wellenleiter allein `weitergeführt. 4 ist ein ?/4 Sperrtopf
zur Verhinderung eventueller Mantelwellen auf dem Außenleiter i.
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Es ist auch möglich, wie dies auch in Abb. 2 zum Teil dargestellt
ist, die allmähliche Verstärkung der Schicht 3 ganz oder teilweise durch eine Verjüngung
des Innenleiters zu bewirken. Bei einer Innenleiterverjüngung wird die Wirkung der
dielektrischen Schicht erhöht, denn bei gleichem Außendurchmesser der Gesamtanordnung
von Draht und Schicht ergibt sich eine Erhöhung der Feldkonzentration um den Wellenleiter,
je dünner der Draht wird, vorausgesetzt, daß dessen Ohmscher Widerstand klein bleibt,
d. h. sein Radius noch größer als die Eindringtiefe des Stromes bei der Betriebsfrequenz
der Leitung ist.
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Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Modifikation des Innenleiters
2 durch Sickenbildung des Drahtes bewirkt wird. Die Sickentiefe wird beim Übergang
vom Lechertyp zum Oberflächenwellentyp allmählich gesteigert. Bei endgültiger Sickentiefe
hört der Kabelmantel i auf. Zur Verhinderung von Mantelwellen ist bei dem Ausführungsbeispiel
der Abb. 3 eine Reflektorplatte 4 vorgesehen, die zweckmäßigerweise verschiebbar
angeordnet werden kann.
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Abb.4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Modifikation des Innenleiters
2 innerhalb des Koaxialkabels durch wendelförmige Ausbildung des Drahtes bewirkt
wird. Auch hier erfolgt die Wendelung des Innenleiters 2 allmählich mit immer größer
werdendem Wendeldurchmesser. Die Steigung der Wendel kann dabei zweckmäßig konstant
gehalten werden. Bei Erreichung des gewünschten Wendeldurchmessers hört der Außenmantel
i des Koaxialkabels auf. Zweckmäßigerweise sollte jedoch der Außenmantel erst aufhören,
nachdem dieWendel bereits über eine Wellenlänge hinweg ihren gewünschten Durchmesser
erhalten hat. 4 ist wiederum eine Reflektorplatte.
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Selbstverständlich sind auch andere Modifikationen des Innenleiters
möglich. Zum Beispiel können in Abb.3 und 4 die Innenleiter außerdem noch mit einer
dielektrischen Schicht überzogen werden, deren Stärke zweckmäßigerweise allmählich
zunimmt, oder es kann in Abb.2 die dielektrische Schicht Sicken aufweisen, wobei
die Sickenabstände lediglich klein zur Wellenlänge der Betriebsfrequenz
sein
müssen. An Stelle einer dielektrischen Schicht können auch dielektrische Perlen
mit sich allmählich veränderndem Durchmesser auf den Innenleiter aufgereiht werden.