DE938855C

DE938855C - Mikrowellendoppelleitung mit veraenderbarer elektrischer Laenge

Info

Publication number: DE938855C
Application number: DEP12552A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl-Ing Casal
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1954-07-31
Filing date: 1954-08-22
Publication date: 1956-02-09
Also published as: FR1127273A

Description

Mikrowellendoppelleitungen von veränderbarer elektrischer Länge können beispielsweise verwendet werden, wenn ein Mikrowellenbündel mit im Raum schwenkbarer Achse durch eine Mehrzahl von feststehenden Antennen erzeugt werden soll. In einem Ausführungsbeispiel, welches noch näher beschrieben werden soll, dienen solche Leitungen zur Speisung von vier Antennen mit zyklisch in der Phase veränderlichen Spannungen, so daß die Antennen zusammen ein Mikrowellenbündel erzeugen, dessen Achse unter einem bestimmten Winkel zu einer sogenannten Leitgeraden steht und um diese rotiert. Das Bündel ist beispielsweise zur Führung von Flugkörpern längs dieser Leitgeraden verwendbar. Erwünscht sind dabei Rotationsfrequenzen von mehreren Hundert Hertz, welche sich mit mechanisch bewegten Antennen nur schwer realisieren lassen, insbesondere wenn die Polarisationsrichtung der Wellen konstant bleiben soll.

Es muß nun in bekannter Weise darauf geachtet werden, daß die Veränderungen der elektrischen Länge von solchen als Phasenschieber benutzten Mikrowellendoppelleitungen nicht auch eine Veränderung ihres Wellenwiderstandes bewirken. Es ist vielmehr ein möglichst konstanter Wellenwiderstand zu fordern, und zwar erstens mit Rücksicht auf einwandfreies Arbeiten des Mikrowellengenerators (z. B. eines Magnetrons) und zweitens mit Rücksicht auf die Konstanz der. übertragenen Leistung.

Der Erfindungsgedanke sieht nun vor, die elektrische Länge einer Mikrowellendoppelleitung da-

durch zu verändern, daß gleichzeitig der Abstand zwischen ihren beiden Leitern und die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Leitern liegenden Dielektrikums verändert werden in dem Sinne, daß der Wellenwiderstand- konstant bleibt.

Als konstruktiv besonders vorteilhaft hat sich eine Mikrowellendoppelleitung erwiesen, deren beide Leiter Teile von konzentrischen Kreiszylindern bilden, wobei die Leiter um die Zylinderachse ίο relativ zueinander bewegbar angeordnet sind und längs des Zylinderumfanges die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Leitern befindlichen Dielektrikums veränderlich sind.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Mikrowellendoppelleitung ist in den Fig. ι und 2 im Längsschnitt bzw. im Querschnitt gezeigt. Zu- und Wegführung der Hochfrequenzleistung erfolgen an den Klemmen E bzw. A, welche für den Anschluß von Koaxialleitungen ausgebildet sind. Mit den Innenleitern dieser Koaxialleitungen ist der Leiter 1 der erfindungsgemäßen Einrichtung verbunden, welcher, wie dies besonders gut in Fig. 2 zu sehen ist, zwei einander gegenüberliegende Teile eines Kreiszylinders vom Radius R₁ bildet. Mit den Außenleitern der Koaxialleitungen ist der Leiter 2 der erfindungsgemäßen Einrichtung verbunden, und zwar, damit er gegenüber dem Leiter 1 um die gemeinsame Achse α bewegt werden kann, über die Rotationskupplung 3, deren Bauart und Wirkung wohlbekannt sind. Lagerung und Antrieb des Leiters 2 sind, da für die Erläuterung des Erfindungsgedankens unwesentlich, in den Figuren nicht dargestellt. Längs des Zylinderumfanges sind die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Leitern 1 und 2 befindlichen Dielektrikums veränderlich, wie dies aus der Fig. 2 zu erkennen ist. Während nämlich links und rechts der Radius des Leiters 2. den Wert R₂ aufweist, besitzt er oben und unten den größeren Wert i?₃.' Die Dicke des Dielektrikums beträgt also (R₂-R₁) bzw. (R₃-R₁). Links und rechts besteht das Dielektrikum aus Luft mit der Dielektrizitätskonstante i, oben und unten dagegen im wesentlichen aus dem Isoliermaterial 4 mit ■ einer Dielektrizitätskonstante, welche größer ist als 1. Diese Dielektrizitätskonstante ist nach wohlbekannten Zusammenhängen unter Berücksichtigung der Abstandsänderung (R₃-R₂) so zu wählen, daß die gewünschte Veränderung der elektrischen Länge der Leitung 1, 2 bei konstant bleibendem Wellenwiderstand erzielt wird.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 durchläuft die Änderung der elektrischen Länge der Leitung bei jeder Umdrehung des Leiters -zwei Perioden. Es kann natürlich statt der gezeigten Zweiteilung ein Leiter 2 mit beliebig vielen Streifen aus Isoliermaterial verwendet werden, wobei eventuell die Teile des Leiters 1 schmaler zu halten sind, als die Fig. 2 es zeigt. Dann können bei jeder Umdrehung des Leiters 2 mehrmalige Änderungen der elektrischen Länge der Leitung erzielt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht also die Änderung der elektrischen Länge der Mikrowellendoppelleitung mit relativ hohen Frequenzen bei bescheidenen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Leiters 2. Die Kurvenform der zeitlichen Änderung kann durch die Wahl geeigneter Zentriwinkel für die zylindrischen Teile des Leiters r und für die Breite der Streifen 4 weitgehend besonderen Wünschen angepaßt werden. Die Änderung kann insbesondere sinusförmig, sägezahnförmig oder langenähert rechteckförmig in Abhängigkeit von der Zeit (genauer: vom Drehwinkel des Leiters 2) erfolgen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Anwendungsbeispiel für mehrere erfindungsgemäße Mikrowellendoppelleitungen. Es handelt sich um eine Einrichtung, welche besonders ausgebildet ist zur Speisung von vier festen Antennen mit Spannungen von solchen relativen Phasenlagen, daß die Antennen ein sich um eine Leitgerade drehendes Mikrowellenbündel erzeugen. Die Zuführung der Hochfrequenzleistung erfolgt über die Klemme E in der Achse der Einrichtung. Die Leistung wird über die Rotationskupplung 5 auf vier Leitungssysteme verteilt, welche aus je einem der Leiter i_a, Ij,, i_c, i</ und aus dem für alle gemeinsamen Leiter 2 bestehen. Dieser besitzt wiederum Teile mit zwei verschiedenen Radien, und es sind ebenfalls Streifen aus Isoliermaterial vorhanden, dessen Dielektrizitätskonstante größer ist als 1. Diese Streifen liegen, wie es schon weiter oben angegeben wurde, in den Teilen mit dem größeren Radius. Die Anzahl dieser Streifen ist aber im gezeigten Beispiel um 1 größer als die Anzahl der Leitungssysteme. Am Ende jedes Leitungssystems befindet sich je eine Anschlußklemme für die Zuleitung an je eine Antenne; in der Fig. 3 sind nur die Klemmen A₁ und A₃ sichtbar. Der bewegliche Teil 2 der Einrichtung ist wiederum über die "Rotationskupplung 3 mit den Klemmen verbunden.

Es ist aus Fig. 4 leicht zu ersehen, daß die elektrischen Längen der vier Leitungssysteme voneinander verschieden sind, und zwar verändern sich diese Längen zyklisch bei jeder Fünfteldrehung des Leiters 2. Entsprechende Veränderungen erfahren die gegenseitigen Phasenlagen der die Antennen speisenden Spannungen, so daß bei jeder vollen Umdrehung des Leiters 2 das von den Antennen erzeugte Mikrowellenbündel fünfmal um die Leitgerade rotiert. Es kann also eine Rotationsfrequenz des Bündels von beispielsweise 100 Hz, wie sie zur Führung von Flugkörpern zweckmäßig sein kann, mit einer Drehgeschwindigkeit von 20 U/sec des Leiters 2 realisiert werden. Der Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung gegenüber einem mit 100 Perioden, pro Sekunde bewegten Antennensystem ist offensichtlich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Mikrowellendoppelleitung mit veränderbarer elektrischer Länge, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Leitern und die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Leitern befindlichen Dielektrikums zwangläufig gleichzeitig veränderbar sind,

derart, daß der Wellenwiderstand der Leitung wenigstens angenähert konstant bleibt.
2. Mikrowellendoppelleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ihre beiden Leiter Teile von konzentrischen Kreiszylindern bilden, wobei die Leiter um die Zylinderachse relativ zueinander bewegbar angeordnet sind, und daß längs des Zylinderumfanges die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des zwischen den ίο Leitern befindlichen Dielektrikums veränderlich sind.
3. Mikrowellendoppelleitung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen feststehenden ersten Leiter (1), welcher mindestens einen Teil eines inneren Kreiszylinders (R₁) bildet, und durch einen drehbaren zweiten Leiter (2), dessen dem ersten Leiter zugewandte Seite Teile von Kreiszylindern mit verschiedenen Radien (R₂, R₃) bildet, wobei auf den Teilen mit größerem Radius (R_s) Isoliermaterial (4) mit einer Dielektrizitätskonstante größer als 1 angeordnet ist.
4. Mikrowellendoppelleitung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch motorischen Antrieb des drehbaren Leiters (2).
5. Einrichtung mit mehreren Mikrowellendoppelleitungen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere feststehende erste Leiter (i_a, Ij,...), welche Teile eines inneren Kreiszylinders (R₁) bilden, und durch einen für alle Leitungen gemeinsamen drehbaren zweiten Leiter (2), dessen dem ersten Leiter zugewandte Seite Teile von Kreiszylindern mit verschiedenen Radien (R₂, R₃) bildet, wobei auf den Teilen mit größerem Radius (R₃) Isolierstoff (4) mit einer Dielektrizitätskonstante größer als ι angeordnet ist und wobei die Anzahl der mit Isoliermaterial bedeckten Teile sich um 1 von der Anzahl der ersten Leiter unterscheidet.

Angezogene Druckschriften:
G. L. Ragan, »Microwave Transmission Circuits«, 1948, New York, S. 478 bis 481.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen