DE949577C

DE949577C - Leitung zur UEbertragung elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE949577C
Application number: DEW8725A
Authority: DE
Inventors: Harold Stephen Black; Albert Mccavour Clogston; John George Kreer Jun
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1951-06-29
Filing date: 1952-06-04
Publication date: 1956-09-20
Also published as: BE512391A; JPS301787B1; NL94988C; NL170675B; GB750692A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Leitungen zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, insbesondere auf zusammengesetzte Leitungen, die aus einer Mehrzahl voneinander isolierter leitender Teile bestehen. Solche Leitungen sind in der Ausführung bekannt, daß sie einen inneren, konzentrisch zu einem inneren Kern Hegenden Leiter und einen dazu konzentrischen äußeren, von einem äußeren Mantel umschlossenen Leiter aufweisen und bei denen wenigstens einer der genannten Leiter aus einer Vielzähl von in Abstand voneinander gehaltenen und im wesentlichen parallel zu dem inneren Kern und dem äußeren Mantel angeordneten leitenden Elementen besteht und jedes

leitende Element quer zur Richtung der Wellenfortpflanzung im Vergleich zu seiner Hauttiefe bei der höchsten fortzupflanzenden Frequenz dünn ist. Die Hauttiefe -wird als Faktor δ bezeichnet, für den die Beziehung

-Virr.

μ ·σ

(ι)

in Metern ausgedrückt wird, f die in Perioden/Sek., μ die Permeabilität

gilt, wobei δ

Frequenz

des Metalls in Henry/m und σ die Leitfähigkeit in Siemens/m bezeichnen.

Der Faktor δ mißt die Distanz, innerhalb derer ein Strom bzw. ein Feld, das in eine mehrere δ dicke Platte eindringt, gerade um ein Neper abnimmt, d. h.

wo deren Amplitude nur noch den Bruchteil — = e .

0,3679 des Amplitudenwertes an der Oberfläche der Platte beträgt.

Wenn ein Leiter eine geschichtete Struktur hat, dringt eine Welle, die sich längs des Leiters mit einer in der Nähe eines bestimmten kritischen Wertes liegenden Geschwindigkeit fortpflanzt, ganz bzw. tiefer in den Leiter ein, als in einen festen Leiter aus gleichem Material. Hierdurch ergibt sich eine gleichförmigere Stromverteilung in dem geschichteten Leiter und demzufolge auch geringere Verluste." Bei unmagnetisehem Material wird die kritische Geschwindigkeit für die erläuterte Bauart durch die Dicke der Metall- und Isolierschichten und die Dielektrizitätskonstante der Isolation zwischen den Schichten des zusammengesetzten Leiters bestimmt. Bei Abwesenheit magnetischer Stoffe kann die kritische Geschwindigkeit aufrechterhalten werden, indem man die Dielektrizitätskonstante des Hauptdielektrikums, d. h. des dielektrischen Materials, zwischen den zwei zusammengesetzten Leitern auf den Wert

S₁ =.

(2)

bringt, wobei ε_χ die Dielektrizitätskonstante des Hauptdielektrikums zwischen den beiden zusammengesetzten Leitern in Farad/m, ε₂ die Dielektrizitätskonstante des Isolationsmaterials zairischen den leitenden Schichten in Farad/m, W die Dicke einer Metalllage in Metern und t die Dicke einer Isolierschicht in Metern ist. Die Isolierschichten werden auch sehr dünn gemacht, und bei ausreichend dünnen Schichten ergibt sich als optimale relative Dicke für bestimmte Strukturen dieses allgemeinen Typs, daß die Isolierschicht die halbe Dicke der Metallschicht haben soll.

Die Erfindung hat zum Ziel,- die Stromverteilung in zusammengesetzten Leitungen zu verbessern und bedient sich zur Verwirklichung dieses Ziels der magnetischen Belastung.

Die Besonderheit der Erfindung besteht nun darin, daß bei einer Leitung der angegebenen Art der bzw. jeder aus einer Vielzahl leitender Elemente bestehende Leiter magnetisches Material enthält. Der besondere Vorzug des Einschließens magnetischen Materials besteht darin, daß die Eigenimpedanz des Stapels erhöht wird. Wenn somit der Stapel den gesamten Bereich oder einen wesentlichen Teil des Bereichs ausfüllt, durch welchen die Welle wandert, wird die Impedanz des Systems erhöht, und die Verluste werden verringert. Bei einer ersten speziellen Ausführungsform der Erfindung besteht ein zusammengesetzter Leiter aus zwei geschichteten konzentrischen Leitern, die durch ein Hauptdielektrikum getrennt sind, das magnetisch oder unmagnetisch sein kann, wobei jeder der zusammengesetzten Leiter aus einer VielzahlvonBlättern oder Schichten aus elektrisch leitendem, magnetischem Material, getrennt durch Schichten aus elektrisch isolierendem, magnetischem Material, besteht. In einer Abwandlung der ersten Ausführungsform wird der gesamte Raum zwischen einem koaxial angeordneten, äußeren Mantel und einem inneren Kern mit Lagen aus elektrisch leitendem, magnetischem Material angefüllt, die voneinander durch Lagen aus elektrisch isolierendem, magnetischem Material getrennt sind, bei einer anderen Abwandlung der ersten Ausführungsform wird der Raum zwischen einem zentralen Kern und einer Außenschicht mit einer Vielzahl von Fäden aus elektrisch leitendem, magnetischem Material gefüllt, die voneinander durch elektrisch isolierendes magnetisches Material getrennt sind.

In einer zweiten speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der zusammengesetzte Leiter aus zwei geschichteten konzentrischen Leitern, die durch ein Hauptdielektrikum getrennt sind, wobei die zusammengesetzten Leiter aus einer Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitendem, magnetischem Material bestehen, die durch Schichten aus Isoliermaterial getrennt sind. In einer Abwandlung wird der gesamte Raum zwischen einer koaxial angeordneten äußeren Hülle und einem inneren Kern mit Schichten aus elektrisch leitendem Material, die durch Schichten aus Isoherstoff voneinander isoliert sind, gefüllt. In einer weiteren Abwandlung wird der Raum zwischen einem zentralen Kern und einem Außenmantel mit einer Vielzahl von Fäden aus elektrisch leitendem, magnetischem Material angefüllt, - die mittels Isolierstoff getrennt sind.

In einer dritten speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der zusammengesetzte Leiter aus zwei geschichteten konzentrischen Leitern, die durch eine magnetische oder unmagnetische Hauptisolation getrennt sind. Jeder der Leiter besteht aus einer Vielzahl von Schichten aus leitendem Material, die durch Schichten aus elektrisch isolierendem, magnetischem Material getrennt sind. In einer Abwandlung wird der gesamte Raum zwischen einem koaxialen äußeren Mantel und einem inneren Kern mit Schichten aus leitendem Material angefüllt, die voneinander durch Schichten aus elektrisch isolierendem, magnetischem Material getrennt sind. In einer weiteren Abwandlung wird der Raum zwischen einem zentralen Kern und einem Außenmantel mit einer Vielzahl von Fäden aus leitendem Material, die voneinander durch elektrisch isolierendes, magnetisches Material getrennt sind, angefüllt.

In einer vierten speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der zusammengesetzte Leiter zwei geschichtete konzentrische Leiter, die durch ein Hauptdielektrikum getrennt sind, wobei jeder der beider! Leiter aus einer Vielzahl von Schichten leitenden Materials besteht, die durch Schichten von isolierendem Material und Schichten von magnetischem Material getrennt sind. In einer Abwandlung wird der gesamte Raum zwischen einem koaxial angeordneten Außenmantel und einem inneren Kern mit Schichten aus leitendem Material angefüllt, die voneinander durch Schichten aus isolierendem und Schichten aus magnetischem Material getrennt sind. In einer weiteren Abwandlung wird der Raum zwischen dem Außenmantel und dem zentralen Kern mit einer Vielzahl von Fäden aus leitendem Material und einer Vielzahl von Fäden aus magnetischem Material an-

gefüllt, die voneinander durch isolierendes Material getrennt sind.

Zur Verdeutlichung der Erfindung sei auf die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnungen verwiesen. Fig. ι ist eine.Stirnansicht eines koaxialen Kabels, welches den Ausführungsformen der Erfindung entspricht, bei welchen der äußere Leiter aus einer Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitendem Material besteht, die durch Schichten aus elektrisch isolierendem ίο Material getrennt sind. Der innere Leiter gleicht dem äußeren Leiter, wobei der innere Leiter dem äußeren Leiter ähnlich ist und der Raum zwischen den beiden Leitern mit Isoliermaterial angefüllt ist. .

Fig. 2 ist eine Längsansicht des koaxialen Kabels nach Fig. ι mit teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 3 ist eine Stirnansicht, eines koaxialen Leiters nach der Erfindung, wobei der gesamte Räum zwischen einem Außenmantel und einem inneren Kerrr *nrit Schichten aus elektrisch leitendem Material angefüllt ao ist, die voneinander durch Schichten aus elektrisch isolierendem Material getrennt sind.

Fig. 4 ist eine Längsansicht des Leiters nach Fig. 3 mit teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 5 ist eine Stirnansicht einer weiteren Abas Wandlung des koaxialen Leiters nach Fig. 3, wobei der gesamte Raum zwischen einem Außenmantel und einem inneren Kern mit einer Vielzahl von Fäden aus elektrisch leitendem Material angefüllt ist, die voneinander durch Fäden aus elektrisch isolierendem Material getrennt sind.

Fig. 6 ist eine Längsansicht des Leiters nach Fig. 5 in teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 7 ist eine Stirnansicht eines koaxialen Kabels gemäß der vierten, obenerwähnten Ausführungsform, in der die elektrisch leitenden Schichten des inneren und äußeren Leiters durch Schichten aus elektrisch isolierendem Material und Schichten aus magnetischem Material voneinander getrennt sind.

Fig. 8 ist eine Längsansicht des koaxialen Kabels nach Fig. 7 in teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 9 ist eine Stirnansicht eines koaxialen Leiters, wobei ähnlich wie bei Fig. 7 und 8 jede elektrisch leitende Schicht von den benachbarten leitenden Schichten sowohl durch eine Schicht aus elektrisch ,isolierendem Material als auch eine solche aus magnetischem Material getrennt ist.

Fig. 10 ist eine Längsansicht des koaxialen Leiters nach Fig. 9 in teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. 11 ist eine Stirnansicht einer weiteren Ab-Wandlung eines koaxialen Leiters, wobei der gesamte Raum zwischen einem Außenmantel und einem inneren Kern mit einer Vielzahl elektrisch leitender Fäden angefüllt ist, die voneinander durch jeweils zwei Fäden getrennt sind, deren einer aus elektrisch isolierendem und der andere aus magnetischem Material hergestellt ist.

Fig. 12 ist eine Längsansicht des koaxialen Leiters der Fig. 11 in teilweiser Schnittdarstellung.

Fig. ι bis 6 einschließlich sind Darstellungen der ersten, zweiten und dritten Aüsführungsform der Erfindung, wobei die Grundform jeder dieser drei Ausführungen in Fig. 1 und 2, eine Modifikation beider in Fig. 3 und 4 und eine weitere Modifikation beider in Fig. 5 und 6 gezeigt sind. Es sollen zunächst die Elemente dieser Figuren festgelegt werden, indem die erste der obenerwähnten kennzeichnenden Ausführungsformen beschrieben wird und danach die beiden anderen Ausführungsformen an Hand der Änderungen gegenüber der ersten.

Wie die Zeichnungen im besonderen zeigen, besteht das koaxiale Kabel nach Fig. 1 und 2 aus einem zentralen Kern 11, der entweder aus Metall oder aus dielektrischem Material hergestellt sein kann, einem inneren Leiter 12, der aus vielen Schichten elektrisch leitenden,' magnetischen Materials 13 besteht, die durch Schichten aus elektrisch isolierendem, magnetischem Material 14 getrennt sind, ferner einem äußeren Leiter 15, der aus einer Vielzahl von Schichten 16 aus elektrisch leitendem, magnetischem Material, die durch Schichten 17 aus elektrisch isolierendem, magnetischem' Material getrennt sind, besteht und von dem inneren Leiter 12 durch eine Isolation 18 getrennt sind, die magnetisch oder unmagnetisch sein kann, und schließlich einem äußeren Mantel 19 aus Metall oder anderem geeigneten Schutzmaterial. Jede der leitenden Schichten 13 und 16 ist sehr dünn im Vergleich zur klassischen Hautdicke δ des Leiters [gemäß Gleichung (1)], der z. B. aus Nickel, Eisen oder Permendur sein kann. Die Schichten aus Isolationsmaterial 14 und 17 sind gleicherweise sehr dünn go und können aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus einem Ferrit. Je nach Umfang des Kabels und Hautdicke des Materials hat der innere Leiter 12 zehn oder hundert oder sogar viele tausend Schichten 13. Der äußere Leiter hat eine etwa gleiche Anzahl leitender Schichten 16, obgleich dieser auch" nicht einmal annähernd die gleiche Anzahl Schichten haben muß wie der innere Leiter 12. Da die Zahl der isolierenden oder leitenden Schichten groß ist, macht es keinen Unterschied, ob die erste oder die letzte Lage in jedem Leiter (12 oder 15) aus leitendem oder isoherendem Material besteht.

Der besondere Vorteil der Verwendung magnetischer Schichten ist der, daß sie die Eigenimpedanz der Leiter verbessern. So wird die Impedanz des Systems erhöht und der Verlust verringert, wenn die Leiter wenigstens einen wesentlichen Anteil des Bereichs ausfüllen, durch den die Welle wandert. Es sei angenommen, daß die Struktur geschichtet sei wie in Fig. ι und 2 und daß die Dicke der elektrisch isolierenden magnetischen Schichten t Meter, ihre Dielektrizitätskonstante £₂ Farad/m und ihre Permeabilität μ₂ Henry/m sei; ferner sei die Dicke der elektrisch leitenden, magnetischen Schichten h Meter, ihre Permeabilität μ Henry/m und ihre Leitfähigkeit σ Siemens/m.

Da die Schichten in den Kabeln der Fig. 1 und 2 den Übertragungsraum nicht ganz ausfüllen, wird der restliche Raum mit dem Isolator 18 mit der in radialer Richtung durchschnittlichen Dielektrizitätskonstante ₁ undder durchschnittlichen Permeabilität μ₁ Henry/m ausgefüllt, so daß die Gleichung

^ει /*ι — ^ε2 I Α*2 H τ μ ) (3)

gilt. Es sei /^₀ die- Permeabilität des freien Raums in

Henry/m. Werden in Gleichung (3) μ_χ, μ_ζ und μ durch μ₀ ersetzt, so wird diese Gleichung zu der obigen Gleichung (2). - Wenn die Schichten für die Stärke des fraglichen Kabels und für die höchsten zu übermittelnden Frequenzen dünn genug sind, dann wird bei leitenden magnetischen und isolierenden magnetischen Schichten das optimale Dickenverhältnis beider durch folgende Gleichung wiedergegeben:

3 —

ν-

3 —

2μ₂

μ- .

μ (4)

t 2

Durch geeignete Auswahl, d. h. in Übereinstimmung mit Gleichung (3) erfolgter Wahl des Isolators 18, der magnetisch oder unmagnetisch sein kann, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs des Leiters der durchschnittlichen transversalen Dielektrizitätskonstante der zusammengesetzten Leiter, multipliziert mit der durchschnittlichen Permeabilität, angepaßt.

Unter diesen Bedingungen dringen die Ströme der elektromagnetischen Welle tief in den zusammengesetzten Leiter ein, wodurch die Verluste durch den 'Hauteffekt stark verringert und eine günstige Stromverteilung hervorgerufen wird. In den Kabeln nach Fig. ι und 2 ist die Permeabilität weit größer als in den entsprechenden vorbekannten Kabeln, und da die durch das System fortgeleitete Energie dem Quadrat des gesamten magnetischen Flusses proportional ist, der seinerseits der Permeabilität mal der Stromdichte proportional ist (die Proportionalitätsfaktoren sind ihrer Natur nach geometrisch), so verringert ein Zuwachs in der Permeabilität die Stromdichte, die zur Fortleitung einer gegebenen Energie erforderlich ist, vorausgesetzt, daß die geometrischen Faktoren nicht geändert werden.

In den Kabeln nach Fig. 1 und 2 sind spezielle Maßnahmen, wie oben beschrieben, vorgesehen, um die geeignete Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektrischen Welle längs des Systems zu sichern. Innerhalb des Leiters hat die Welle eine Eigenausbreitungsgeschwindigkeit, die dem Produkt aus der durchschnittHchen transversalen Dielektrizitätskonstante und der Durchschnittspermeabilität angepaßt ist. Wenn der Raum, innerhalb dessen die elektromagnetische Welle sich ausbreitet, völlig von dem zusammengesetzten Leiter ausgefüllt ist, so wird daher die Bedingung bezüglich der Geschwindigkeit selbsttätig erfüllt. Fig. 3 und 4 veranschauüchen eine koaxiale Übertragungsleitung, die nach diesem Prinzip aufgebaut ist. In der Leitung ist der gesamte Raum zwischen dem Außenmantel 21 und dem Kern 22 (der entweder aus einem festen Metallrohr, magnetisch oder unmagnetisch, oder aus dielektrischem Material bestehen kann) mit abwechselnden Schichten aus elektrisch leitendem, magnetischem Material 23 und elektrisch isolierendem, magnetischem Material 24 angefüllt. .Jede leitende Schicht wird, wie in dem Kabel nach Fig. 1 und 2, so dünn wie möglich gemacht im Vergleich zur klassischen Hautdicke δ, wie sie durch Gleichung (1) gegeben ist. Die elektrisch isolierenden, magnetischen Schichten werden gleichfalls sehr dünn gemacht; es ist beispielsweise in vielen Fällen vorteilhaft, sie dünner als die elektrisch leitenden Schichten zu machen. Überdies gilt auch in dieser Ausführungsform die optimale Beziehung, die durch Gleichung (4) gegeben wird. Das Material der Schichten 23 und 24 kann dem der entsprechenden Schichten in den. Leitern 12 und 15 des Kabels nach Fig. ι ähnlich sein.

Fig. 5 und 6 erläutern eine weitere Abwandlung der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 und 3, in der der zusammengesetzte Leiter aus einem äußeren Mantel 31 eines geeigneten Materials, einem inneren Kern 32 aus leitendem Material, magnetisch oder unmagnetisch, oder aus dielektrischem Material besteht, deren Zwischenraum mit einer Vielzahl von Fäden 33 aus elektrisch leitendem, magnetischem So-Material, getrennt durch elektrisch isolierendes, magnetisches Material 34, erfüllt ist. Jeder der magnetisch leitenden Fäden 33 hat einen Querschnitt, der, wie in den oben beschriebenen geschichteten Strukturen, klein ist im Vergleich zu der durch Gleichung (1) gegebenen klassischen Hauttiefe δ. Das magnetisch leitende Material 33 kann beispielsweise Nickel, Eisen oder Permendur sein, während das isolierende Material^ zum Beispiel ein Ferrit sein kann. Die Fäden 33 behalten ihre relative Querschnitts- oder go radiale Lage längs des zusammengesetzten Leiters; d. h., es ist nicht notwendig, sie zu verlagern, um die gewünschte Strom- oder Feldverteilung zu bewirken. Wie in den vorhergehenden Kabeln soll dadurch, daß man die leitenden und die isolierenden Elemente magnetisch macht, die Permeabilität der zusammengesetzten Konstruktion gesteigert werden und damit die Impedanz erhöht und die Dämpfung verringert werden.

In der zweiten speziellen Ausführungsform nach der Erfindung ist jedes der Elemente des koaxialen Kabels und def koaxialen Leitung dasselbe wie in den entsprechenden Elementen der ersten speziellen Ausiührungsform, mit Ausnahme der isolierenden Materialien 14, 17, 24 und 34. In dieser zweiten Ausführungsform sind die besagten isolierenden Materialien nicht magnetisch und bestehen aus Polystyrol oder anderem geeignetem Material. Bei dieser zweiten Ausführungsform sei angenommen, daß die Dicke der isolierenden Schichten der Fig. 1 und 2 gleich t Meter sei, ihre Dielektrizitätskonstante ε₂ Farad/m, die Dicke der magnetischen leitenden Schichten k Meter, ihre Permeabilität μ Henry/m und ihre I-eitfähigkeit σ Siemens/m. Da die Schichten der Bauart nach Fig. 1 und 2 den Übertragungsraum nicht vollständig erfüllen, wird der restliche Raum mit dem Isolator 18 von der Dielektrizitätskonstante B₁ erfüllt, entsprechend der Gleichung

Farad/m,

wobei μ₀ die Permeabilität des freien Raums in Henry/m ist. Wenn μ = μ₀ wird, geht diese Gleichung in die obige Gleichung (2) über. Wenn die Schichten dünn genug sind, ist die optimale Abmessung für die

magnetischen leitenden Schichten die dreifache Dicke der Isolierschicht, vorausgesetzt, daß -*—■ ausreichend

größer als ι ist. Durch geeignete Materialauswahl wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs des Leiters der durchschnittlichen transversalen Dielektrizitätskonstante und durchschnittlichen transversalen Permeabilität deF zusammengesetzten Leiter angepaßt. Unter

ίο diesen Bedingungen dringen die Ströme und elektromagnetischen Wellen tief in den zusammengesetzten Leiter ein, wodurch die Hauteffektverluste, stark verringert werden und eine gleichförmige Stromverteilung bewirkt wird.

In der dritten kennzeichnenden Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente des koaxialen Kabels und der koaxialen Leitung dieselben wie die entsprechenden Elemente der ersten- Ausführungsform, mit Ausnahme des leitenden Materials 13, 16, 23 und

33. In dieser dritten Ausführungsform sind die leitenden Materialien nichtmagnetisch und bestehen z. B. aus Kupfer, Silber oder Aluminium. Im Fall dieser dritten Ausführungsform sei angenommen, daß die Dicke der elektrisch isolierenden, magnetischen Schichten t Meter sei, ihre Dielektrizitätskonstante ε₂ Farad/m und ihre Permeabilität μ Henry/m, die Dicke der leitenden Schichten W Meter und ihre Leitfähigkeit σ Siemens/m. Da die Schichten in der Konstruktion· nach Fig. 1 und 2 den Übeftragungsraum nicht vollständig erfüllen, wird der restliche Raum mit einem Isolator der durchschnittlichen Dielektrizitätskonstante S₁ und der durchschnittlichen Permeabilität μ_χ erfüllt, gemäß der Gleichung

ßi ■ «1 = S₂ [μ +'

w_ t

(6)

wobei μ₀ die Permeabilität des freien Raums in Henry/m ist. Durch geeignete Auswahl, d. h. in Übereinstimmung mit Gleichung (6) getroffenen Wahl des Isolators 18, der magnetisch oder unmagnetisch sein kann, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs des Leiters der durchschnittlichen transversalen Dielektrizitätskonstante des zusammengesetzten Leiters, multipliziert mit seiner durchschnittlichen Permeabilität, angepaßt. Unter diesen Bedingungen dringen die Ströme der elektromagnetischen Welle tief in- den zusammengesetzten Leiter ein, wodurch die Verluste durch den Hauteffekt stark verringert und eine günstige Stromverteilung bewirkt wird.

In Fig. 7 bis 12, die die vierte Ausführungsform veranschaulichen, bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauelemente wie in Fig. 1 bis 6. Bei dem koaxialen Kabel der Fig. 7 und 8 sind alle Elemente der Kabel nach Fig. 1 und 2 vertreten, zuzüglich der Schichten 13^ aus magnetischem Material, welche zusammen mit den Schichten aus Isolierstoff 14 jede der leitenden Schichten 13 des inneren Leiters 12 voneinander trennen. In ähnlicher Weise sind im Schichtenleiter 16 des äußeren Stromleiters 15 die einzelnen Schichten voneinander durch eine Lage eines magnetischen Materials 16^ und eines Isoliermaterials 17 voneinander getrennt. Es sei angenommen, daß in den Kabeln der Fig. 7 und 8 die Dicke der isolierenden Schichten t Meter sei und ihre Dielektrizitätskonstante ε₂ Farad/m, daß weiter dieDicke jeder magnetischen leitenden Schicht h Meter ist, ihre Permeabilität μ Henry/m, ihre Leitfähigkeit σ Siemens/m und daß die Dicke jeder leitenden Schicht W Meter ist. Da die Schichten im Aufbau nach Fig. ι und 2 den Übertragungsraum nicht vollständig erfüllen, wird der restliche Raum mit dem Isolator 18 von der Dielektrizitätskonstante S₁ gefüllt, gemäß der Gleichung

W + t , μ

ι = ε₂ I-

ε-, —

τ)

Farad/m, (7)

wobei μ₀ die Permeabilität des freien Raums in Henry/m ist. Für μ = μ₀. geht diese Gleichung in die obenerwähnte Gleichung (2) über. · Wenn die Schichten dünn genug sind, bestehen die· optimalen Verhältnisse für die dielektrischen und magnetischen Materialien, wenn dieselben gleiche Schichtdicke haben und halb so dick sind wie die leitenden Schichten,

vorausgesetzt, daß -^- ausreichend größer als 1 ist. "*

Bei geeigneter Materialauswahl ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs des Leiters der durchschnittlichen transversalen Dielektrizitätskonstante und durchschnittlichen transversalen Permeabilität der zusammengesetzten Leiter angepaßt. Unter diesen Bedingungen dringt der Strom und die elektromagnetische Welle tief in den zusammengesetzten Leiter ein, wodurch die Hauteffektverluste stark verringert und eine gleichförmigere Stromverteilung bewirkt wird.

Wie in den koaxialen Leitungen nach Fig. 3 und 4, so ist auch in den koaxialen Leitungen nach Fig. 9 und 10 der gesamte Raum zwischen Außenmantel 21 und dem Kern 22 mit abwechselnd geschichteten Lagen aus leitendem 'Material 23 und isolierendem Material 24 erfüllt und einer zusätzlichen Lage aus magnetischem Material 23^. zwischen jeder leitenden Schicht 23 und isolierenden Schicht 24. Die magnetischen Schichten 23^. sind gleichfalls dünn im Vergleich zur klassischen Hauttiefe der leitenden Schichteil 23.

In gleicher Weise unterscheidet sich die koaxiale Leitung nach Fig. 11 und 12 von derjenigen nach Fig. 5 und 6 lediglich durch die zusätzliche Einlagerung der Fäden aus magnetischem Material 33^ zwischen jedem leitenden Faden 33 und dem Isoliermaterial 34, wobei der Querschnitt der magnetischen Fäden 334 klein im Vergleich zur klassischen Hauttiefe des leitenden Fadens 33 ist. Das Material der magnetischen Fäden kann Eisen, Permendur oder ein Ferritmaterial sein, während der Isolierstoff 34 Polystyrol oder ein anderes geeignetes Material sein kann. In der koaxialen Leitung nach Fig. 11 und 12 können die Fäden.33 und 334 von gleichem Durchmesser sein,, doch ist es in manchen Fällen vorteilhaft, den leitenden Fäden 33 ungefähr den doppelten Durchmesser der magnetischen Fäden 334 zu geben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Leitung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen, die einen inneren, konzentrisch zu einem

inneren Kern liegenden Leiter und einen dazu konzentrischen äußeren, von einem äußeren Mantel umschlossenen Leiter aufweist, und bei der wenigstens einer der genannten Leiter aus einer Vielzahl von in Abstand voneinander gehaltenen und im wesentlichen parallel zu dem inneren Kern und dem äußeren Mantel angeordneten leitenden Elementen besteht, und jedes leitende Element quer zur Richtung der Wellenfortpflanzung im Vergleich zu seiner Hauttiefe bei der höchsten fortzupflanzenden Frequenz dünn ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder aus einer Vielzahl leitender Elemente bestehende Leiter magnetisches Material enthält.
2. Leitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der leitenden Elemente magnetisch ist.
3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der leitenden Elemente von den angrenzenden leitenden Elementen durch eine aus magnetischem Isoliermaterial bestehende Schicht getrennt ist.
4. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der leitenden Elemente von den angrenzenden leitenden Elementen durch eine Schicht Isoliermaterial und eine Schicht magnetischen Materials getrennt ist.
5. Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der leitenden Elemente von den angrenzenden leitenden Elementen durch eine Schicht dielektrischen Materials, z. B. Polystyrol, getrennt ist.
6. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material, z. B. ein Ferrit, im Isoliermaterial in Form eines Pulvers verteilt ist.
7. Leitung nach Anspruch 3 oder 4,. dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente und die isolierenden Elemente bzw. die leitenden Elemente, die isolierenden Elemente und die Schichten aus magnetischem Material zwecks Bildung eines äußeren und eines inneren Leiters eines koaxialen Kabels gruppenweise zusammengefaßt sind, wobei der innere und der äußere Leiter durch ein dielektrisches Material voneinander getrennt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 508 479.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 509 699/374 3.56 (609 615 9. 56)