DE935677C

DE935677C - Elektrische Wellenfuehrungsanordnung

Info

Publication number: DE935677C
Application number: DES37372A
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl-Ing Unger; Otto Dr-Ing Habil Zinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-01-30
Filing date: 1954-01-30
Publication date: 1955-11-24

Description

Elektrische Wellenführungsanordnung Es ist bekannt, bei Hohlleitern den Innenraum ganz oder teilweise mit dielektrischem Material auszufüllen. Solche Leiter wurden gebraucht, wenn in Hohlleitern die Grenzfrequenz bei gleichzeitiger Kleinhaltung der Dämpfung herabgesetzt werden sollte. Metallische Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt wurden auch mit dielektrischem Stoff gefüllt, um deren Phasengeschwindigkeit herabzusetzen. Solche Leiter sind vorteilhafterweise zur Impedanzanpassung, zur Anregung von dielektrischen Antennen oder zur Umwandlung von einem Wellenmodus in einen anderen verwendet worden. Für die Anregung von dielektrischen Antennen wurden auch nur teilweise mit dielektrischen Stoffen ausgebildete Hohlleiter verwendet; man konnte auf diese Weise in bestimmten Frequenzbereichen bessere Anregungseigenschaften für die Antenne erzielen. Bei den bekannten Wellenleitern sollte durch Einführung von dielektrischem Material in den Hohlleitern lediglich ein anderes resultierendes Dielektrikum erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenleitung für sehr kurze Wellen zu schaffen. Es ist bekannt, daß insbesondere die Ho, -Wellen in metallischen runden Hohlleitern mit größer werdender Frequenz in geringer werdendem Maße gedämpft werden, und zwar proportional Diese idealen Eigenschaften besitzen aber nur ideal runde und gerade Hohlleiter, d. h. es sind Hohlleiter mit sehr hohen Anforderungen an die Exaktheit des geraden Leiterverlaufs und des runden Querschnitts des Wellenleiters erforderlich. Schon durch sehr schwache Krümmungen und kleine Ungleichmäßigkeiten im runden Hohlleiter werden nämlich andere Wellentypen, insbesondere die F11 Welle, hervorgerufen. Die E11 Welle hat die gleiche Phasengeschwindigkeit wie die Hol-Welle und ist gerade daher mit der Hol Welle sehr stark gekoppelt. Durch die entstehenden anderen Wellenformen wird der angeregten Hol Welle Energie entzogen, so daß auf Grund kleinster Unregelmäßigkeiten die Dämpfung der H"7 Welle stark ansteigt. Solche Unregelmäßigkeiten lassen sich aber nie vermeiden, insbesondere treten bei einer praktischen Leitungsverlegung immer Krümmungen auf.
Die elektrische Wellenführungsanordnung nach der Erfindung besteht aus einem metallischen rohrförmigen Leiter und wenigstens einem in diesem Leiter vorzugsweise koaxial verlaufenden, aus dielektrischem Material bestehenden Voll oder Hohlkörper. Die Abmessungen des dielektrischen Innenkörpers wählt man vorteilhafterweise so, daß bei möglichst kleiner Gesamtdämpfung die Frequenzabhängigkeit der Stromdämpfung in Metall und die Frequenzabhängigkeit der Ableitungsdämpfung im Dielektrikum, z. B. der Hol Welle, im metallischen runden Hohlleiter und im aus dielektrischem Stoff bestehenden Innenleiter einander entgegengesetzt sind. Vorteilhafterweise bildet man den Innenleiter dazu als aus dielektrischem Stoff bestehenden Hohlkörper aus.
Durch das Vorhandensein eines dielektrischen Rohres oder Vollkörpers bei der Anordnung nach der Erfindung kann ohne wesentliche Erhöhung der Dämpfung die Phasengeschwindigkeit der Hol Welle verschieden von derjenigen der unerwünschten Ell Welle gemacht und dadurch die nachteilige Kopplung zwischen den beiden Wellen beseitigt werden. Bei fehlender Kopplung zwischen diesen beiden Wellen können nämlich die unerwünschten Nebenwellen nicht entstehen, und es kann der Hauptwelle keine Energie entzogen werden. Diese Wirkung kann man erzielen, ohne da,ß eine wesentliche Dämpfungserhöhung durch die Anwesenheit von dielektrischem Material in Kauf genommen werden muß.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß man die Wandstärke des aus dielektrischem Material bestehenden rohrförmigen Innenleiters derart bemessen wählt, daß das geometrische Mittel aus Wandstärke und Außendurchmesser des dielektrischen Rohres ungefähr gleich der halben Materialwellenlänge ist.
Die Anordnung nach der Erfindung kann nun weiter so ausgebildet werden, daß bei sehr kleiner Dämpfung eine Dämpfungs- und Phasenentzerrung erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Tatsache ausgenutzt, da.B die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung und der Gruppengeschwindigkeit der Hol Welle im metallischen Rundhohlleiter und im dielektrischen Leiter einander entgegengesetzt sind und daher die Hol Welle im Rundhohlleiter mit dielektrischem Einsatz in Abhängigkeit von der Frequenz ein Minimum der Dämpfung und ein Maximum der Gruppengeschwindigkeit aufweisen kann. Beim Animum der Dämpfung wird die Welle ohne Dämpfungsverzerrung geführt und beim Maximum der Gruppen-;eschwindigkeit ohne Phasenverzerrung. Mit einem Rohr als dielektrischen Einsatz hat man die Möglichkeit, bei einem bestimmten, möglichst verlustarmen dielektrischen Material und bei geeigneter Dimensionierung Dämpfungsminimum und Gruppengeschwindigkeitsmaximum auf eine Frequenz zusammenrücken zu lassen und den Wert der Minimaldämpfung unter einer vorgegebenen Größe zu halten. Mit einem dielektrischen Vollzylinder als Einsatz könnten diese Bedingungen nicht ohne weiteres erfüllt werden. Nur bei einem dielektrischen Rohr hat man die genügende Anzahl von Dimensionierungsparametern. Man kann ferner die Abmessungen und Eigenschaften der dielektrischen Materialien so wählen, daß man einen genügend flachen Verlauf der Kurven von Dämpfung und Gruppengeschwindigkeit in ihrem Minimum bzw. Maximum erhält.
Um bei der Anordnung nach der Erfindung noch besondere Eigenschaften erzielen zu können, wird weiter vorgeschlagen, in dem metallischen runden Hohlleiter mehrere ineinandergeschachtelte Hohl-und/oder Vollkörper aus dielektrischem Material anzuordnen. Die gegenseitige Anordnung kann vorteilhafterweise koaxial gewählt werden. Durch das Vorhandensein von mehreren dielektrischen Wellenführungsanordnungen im metallischen Hohlleiter hat man die Möglichkeit, die Abmessungen jedes einzelnen Körpers aus dielektrischem Material so zu wählen, daß die gewünschten Übertragungseigenschaften in einem sehr breiten Frequenzband erzielt werden. Man kann nämlich mit mehreren ineinandergeschachtelten dielektrischen Rohren und Vollkörpern mit geeigneter Dimensionierung das Maximum in der Frequenzabhängigkeit der Gruppengeschwindigkeit und das Minimum in der Frequenzabhängigkeit der Dämpfung unter Einhaltung der übrigen Forderungen weitgehend abflachen. Andererseits ist es aber auch möglich, daß man auf diese Weise außer Leitungen mit sehr guten Übertragungseigenschaften auch Leitungen mit z. B. Filtereigenschaften aufbauen kann. Bei genügend großer Anzahl von Parametern, z. B. die Radien der ineinandergeschachtelten Körper aus dielektrischem Material, kann man praktisch beliebige Eigenschaften -erreichen.
Der Anwendungsbereich der nach der Erfindung aufgebauten Wellenführungsanordnung ist nicht nur auf die Verwendung als Übertragungsleitung beschränkt. Die Anordnung ist auch als Laufzeitglied mit nicht periodischen Laufzeiteigenschaften auszubilden. Sie ist beispielsweise dann auch zur Frequenzmodulation oder Frequenzdemodulation verwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: _. Elektrische Wellenführungsanordnung zur leitungsgebundenen Fortleitung elektromagnetischer Wellen, gekennzeichnet durch einen an der Fortleitung elektromagnetischer Wellen beteiligten metallischen rohrförmigen Leiter (Hohlleiter) und wenigstens einen in diesem Leiter vorzugsweise koaxial verlaufenden, aus dielektrischem Material bestehenden Voll- oder Hohlkörper.
2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete rohrförmige Körper aus dielektrischem Material.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper mit geringstem Durchmesser ein Vollstab aus dielektrischem Material ist. q..
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Wahl der Abmessungen des metallischen Leiters und des oder der dielektrischen Körper, daß die geringste Übertragungsdämpfung erzielt wird.
5. Anordnung nach einem dar vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Wahl der Abmessungen des metallischen Leiters und des oder der dielektrischen Körper, daß bei geringster Übertragungsdämpfung die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung und der Gruppengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle in einem möglichst breiten Frequenzband verschwindet.
6. Anordnung nach Anspruch z unter Verwendung einer aus dielektrischem Material bestehenden rohrförmigen Wellenführungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke dieser Wellenführungsanordnung derart bemessen ist, daß das geometrische Mittel aus Wandstärke und Außendurchmesser ungefähr gleich der halben Materialwellenlänge ist.