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Elektrische Wellenführungsanordnung Zusatz zum Patent 935 677 Im Patent
935 677 ist eine elektrische Wellenführungsanordnung zur leitungsgebundenen Fortleitung
elektromagnetischer Wellen beschrieben, deren wesentliches Merkmal darin zu sehen
ist, daß innerhalb eines metallischen rohrförmigen Leiters wenigstens ein zum metallischen
Leiter koaxial verlaufender, aus dielektrischem Material bestehender Voll- oder
Hohlkörper angeordnet ist. Derartige aus mindestes einem dielektrischen Voll-oder
Hohlkörper und einem metallischen Hohlleiter bestehende Wellenführungsanordnungen
zeigen bezüglich der Gruppenlaufzeit und der Stabilität der angeregten Wellen besonders
günstige Eigenschaften. Sind insbesondere bei einer solchen Wellenführungsanordnung
mehrere dielektrische Rohre innerhalb des metallischen Hohlleiters vorgesehen, so
besteht die Möglichkeit, die Abmessungen jedes einzelnen dielektrischen Rohres so
zu wählen, daß die günstigen Übertragungseigenschaften auch in einem sehr breiten
Frequenzband erzielt werden.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Wellenführungsanordnung zur
leitungsgebundenen Fortleitung elektromagnetischer Wellen, bei welcher
innerhalb
eines metallischen rohrförmigen Leiters zwei zueinander und zum metallischen Leiter
koaxial verlaufende dielektrische Rohre angeordnet sind, und bezweckt, für eine
derartige Wellenführungsanordnung Konstruktionen anzugeben, die auf der einen Seite
die hohen Anforderungen an die elektrische Gleichmäßigkeit erfüllen,, die an die
Einhaltung sehr kleiner Toleranzen der Bauteile gebunden ist, und die auf der anderen
Seite eine einfache Herstellungstechnik ermöglichen und außerdem eine ausreichende
mechanische Stabilität aufweisen.
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Die Erfindung besteht darin, daß mindestens das äußere dielektrische
Rohr aus einzelnen dicht aneinandergereihten und mit ihren benachbarten Rändern
kugelgelenkartig ineinandergreifenden in sich starren oder annähernd starren Rohrelementen
aufgebaut ist, wobei die Rohrelemente des äußeren dielektrischen Rohres in ihrem
Innern ein oder mehrere axial oder mit großer Schlaglänge verlaufende membranartige
Stege aus Isolierstoff zur Zentrierung des inneren diaelektrischen Rohres besitzen.
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Das innere dielektrische Rohr kann unter Einhaltung der erforderlichen
Abmessungsgenauigkeit als ein durchgehendes Rohr aus einem Isolierstoff von vorzugsweise
hoher Elastizität, z. B. Polyäthylen, ausgebildet sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig,
die Rohrelemente des äußeren dielektrischen Rohres an ihrem Umfang zu schlitzen,
um sie von der Seite her über das durchgehende innere dielektrische Rohr schieben
zu können.
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Das innere dielektrische Rohr kann aber auch ebenso wie das äußere
dielektrische Rohr aus einzelnen Rohrelementen aufgebaut sein, die jeweils mit den
membranartigen Stegen der äußeren dielektrischen Rohrelemente fest verbunden sind.
Das äußere dielektrische Rohrelement mit den in seinem Innern angebrachten membranartigen
Stegen bilden dann zusammen mit dem inneren dielektrischen Rohrelement ein einheitliches
konstruktives Einzelelement einer koaxialen dielektrischen Leitung. Die äußeren
dielektrischen Rohrelemente solcher Einzelelemente werden zweckmäßig auf ihrem Umfang
mit wendelförmig verlaufenden Rillen versehen, in die während der Fertigung zugfeste
Organe zum Zusammenhalten der konstruktiven Einzelelemente eingelegt werden können.
Später kann diese Zugfestigkeit von einem aufgebrachten Mantel oder der Armierung
übernommen werden. Diese Funktion kann aber auch bei den eingelegten Zugorganen
verbleiben. Eine andere Möglichkeit zum Zusammenhalten der konstruktiven
Einzelelemente kann darin bestehen, daß im Zentrum dieser Einzelelemente, ein zusätzliches
Röhrchen zur Durchführung eines zentralen Zugorgans angeordnet und beispielsweise
über Stege mit dem -inneren dielektrischen Rohrelement des Einzelelements fest verbunden
wird. Diese Einzelelemente können dann mit ihrem Röhrchen auf das zentrale Zugorgan
gegebenenfalls mit Reibung aufgezogen werden. Das Zugorgan kann dabei aus Isolierstoff
oder Metall bestehen. Es empfiehlt sich fernerhin, die einheitlichen konstruktiven
Einzelelemente der koaxialen-dielektrischen Leitung oder auch die äußeren dielektrischen
Rohrelemente mit den in ihrem Innern angebrachten membranartigen Stegen im Spritzgußverfahi-en
aus dielektrisch hochwertigen, vorzugsweise thermoplastischen Isolierstoffen, wie
Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylcarbazol, herzustellen. Hierdurch wird nicht nur
eine äußerst einfache Fertigung der Einzelelemente erzielt, sondern auch die Einhaltung
sehr kleiner Toleranzen gewährleistet.
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Dabei den der Erfindung zugrunde gelegten elektrischen Wellenführungsanordnungen
die zur Übertragung benutzten Wellen im allgemeinen vom Hol Typ sind, also ein zirkulares
elektrisches Feld besitzen, ist es für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung,
daß die das innere dielektrische Rohr zentrierenden und haltenden Stege membranartig,
d. h. sehr dünn, ausgebildet sind und sich in axialer Richtung eng aneinander schließen.
Auf diese Weise wird nämlich erreicht, daß die Stege eine nur unbedeutende Wirkung
auf die in der Zirkularrichtung verlaufenden elektrischen Felder ausüben und in
axialer Richtung keine Unstetigkeiten darstellen.
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Da außerdem bei einem solchen Wellentyp die im metallischen Nohlleiter
fließenden Ströme Zirkularströme sind, wird der metallische Hohlleiter zweckmäßig
aus einem in besonderer Art überlappt gewickelten dünnen gutleitenden Metallband
hergestellt, das von dem äußeren dielektrischen Rohr getragen wird.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figuren zeigen. in beispielweiser Ausführung die für die Erfindung wesentlichen
Teile einer elektrischen Wellenübertragungsanordnung mit zwei im Innern eines metallischen
Hohlrohres koaxial verlaufenden dielektrischen Rohren.
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Die Fig. i bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele für den konstruktiven
Aufbau eines vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellten Einzelelements, bestehend
aus einem äußeren und einem inneren dielektrischen Rohrelement und mehreren diese
Rohrelemente miteinander verbindenden membranartigen Stegen.
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Die Fig. g und io zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Einzelelement,
bei welchem im Zentrum der Rohrelemente ein zusätzliches Röhrchen zur Durchführung
eines zentrL:Ln Zugorgans angeordnet ist.
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Die Fig. i i und 1z zeigen ein Ausführungsbeispiel für den konstruktiven
-Aufbau eines vorzugsweise im Spritzgußverfahren hergestellten Einzelelements, bestehend
aus einem äußeren dielektrischen Rohrelement mit mehreren, im Innern des Rohrelements
angebrachten membranartigen Stegen.
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Die Fig. 13 zeigt schematisch eine zweckmäßige Ausführung eines metallischen
Hohlleiters.
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In der Fig. i ist ein Einzelelement in Stirnansicht dargestellt, welches
im wesentlichen aus einem äußeren dielektrischen Rohrelement i und aus einem inneren
dielektrischen Rohrelement a besteht. Die
Verbindung dieser beiden
Rohrelemente erfolgt mittels beispielsweise vier in axialer Richtung verlaufender
membranarti.ger Stege 3.
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Besondere Ausführungsformen eines solchen Einzelelements zeigen die
Fig. 2 bis 6 im Schnitt, wobei der Schnitt durch die in der Fig. i angedeutete Schnittebene
a bis b festgelegt ist.
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Zur Erzielung einer kugelgelenkartigen Verbindung bilden bei allen
dargestellten Ausführungsbeispielen die Ränder der Rohrelemente jeweils die Zone
einer Kugelfläche mit auf der Rohrachse liegendem Zentrum. In der Fig. 2 sind die
den Rändern der Rohrelemente zugeordneten Kugelflächen durch die gestrichelt eingezeichneten
Kreisbögen angedeutet. Die den beiden Rändern des äußeren Rohrelements i zugeordneten
Kugelflächen habenden gleichen Radius Ra, und ihre Zentren sind um eine der Länge
des Rohrelements entsprechende Strecke gegeneinander verschoben. Das Zentrum der
dem linken Rand zugeordneten Kugelflächen ist durch einen kleinen Kreis angedeutet,
während das Zentrum der dem rechten Rand zugeordneten Kugelfläche durch ein Kreuz
dargestellt ist. Die den beiden Rändern des inneren Rohrelements 2 zugeordneten
Kugelflächen besitzen ebenfalls den gleichen Radius Ri, der jedoch -bei dem in der
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel von dem Radius der den Rändern des äußeren
Rohrelements zugeordneten Kugelflächen verschieden ist. Damit das im wesentlichen
aus dem inneren und dem äußeren Rohrelement zusamengesetzte Einzelelement als Ganzes
gegenüber den benachbarten Einzelelementen schwenkbar ist, ist es jedoch notwendig,
daß die Zentren der den linken Rändern des äußeren und des inneren Rohrelements
zugeordneten Kugelflächen bzw. der den rechten Rändern zugeärdneten Kugelflächen
zusammenfallen. Dies bedeutet, daß der Radius der den beiden Rändern des inneren
Rohrelements zugeordneten Kugelfflächen stets nach den jeweilig vorliegenden Verhältnissen
geeignet festgelegt werden muß. Hierfür ist im wesentlichen neben der angenommenen
Lage der Zentren die gegenseitige axiale Lage des inneren und des äußeren Rohrelements
maßgebend.
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In der Fig. 2 sind z. B. die beiden Rohrelemente i und 2 so zueinander
angeordnet, daß ihre seitlichen Begrenzungsflächen in annähernd gleichen Ebenen
liegen. Die diese beiden Rohrelemente miteinander verbindenden membranartigen Stege
3 stellen eine trapezähnliche Fläche dar, deren Breitseite etwas kleiner ist als
die Länge der Rohrelemente, um dadurch den benachbarten Rohrelementen für die gegenseitige
Verschwenkung genügend Spielraum zu lassen.
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Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das innere
Rohrelement 2 gegenüber dem äußeren Rohrelement i soweit in axialer Richtung verschoben,
daß der Radius, der den Rändern des inneren Rohrelements 2 zugeordneten Kugelflächen
gleich dem Radius der den Rändern des äußeren Rohrelements i ,zugeordneten Kugelflächen
ist. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, wenn, wie in der Figur dargestellt, die
Ränder der membranartigen Stege 3 einen Kreisbogen bilden, dessen Radius mit dem
Radius der den Rändern sowohl des inneren Rohrelements als auch des. äußeren Rohrelements
zugeordneten Kugelflächen übereinstimmt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 unterscheidet sich von den
in den Fig. 2 und 3 dargestellten lediglich dadurch, daß bei ihm das innere Rohrelement
2 gegenüber den geometrisch ausgezeichneten Lagen des inneren Rohrelements 2 bei
der Fig. 2 und des inneren Rohrelements :2 bei der Fig. 3 in axialer Richtung eine
Zwischenlage einnimmt.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.2, 3 und 4 das durch den
kleinen Kreis angedeutete gemeinsame Zentrum der den linken Rändern der Rohrelemente
zugeordneten. Kugelflächen in der Mitte des äußeren Rohrelements liegt, nimmt das
entsprechende Zentrum bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 5 und 6 in axialer
Richtung eine hiervon verschiedene Lage ein. Auch sind bei ihnen zum Unterschied
gegenüber den,Fig. 3 und 4 die inneren Rohrelemente 2 in bezug auf die äußeren Rohrelemente
i nach der Konkavseite der die Zone einer Kugelfläche bildenden Ränder versetzt.
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Die gegenseitige Lage der inneren und äußeren Rohrelemente i und :2
zusammen mit der frei wählbaren Lage der Zentren und der Länge der Rohrelemente
bilden ein Maß für die geringe Versetzung des inneren und äußeren Rohrelements in
radialer Richtung; die bei der Biegung der dielektrischen Rohre auftritt. Diese
frei wählbaren Parameter können so bestimmt werden, daß die Versetzungen in radialer
Richtung zulässig klein oder optimal .klein werden. Bei dem in der Fig. 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist z. B. die radiale Versetzung proportional dem Innendurchmesser
der Rohrelemente i und 2, da die Ränder der inneren zylindrischen Wände der Rohrelemente
auf einem gemeinsamen Kegelmantel liegen, dessen Scheitelspitze mit dem Zentrum
der den Rändern zugeordneten Kugelflächen zusammenfällt. In der Figur ist dieser
Kegelmantel durch die beiden von dem gemeinsamen Zentrum ausgehenden gestrichelten
Linien angedeutet.
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.Die Fig. 7 zeigt wiederum die Stirnansicht eines im wesentlichen
aus einem äußeren dielektrischen Rohrelement i und einem inneren dielektrischen
Rohrelement 2 zusammengesetzten Einzelelements, bei welchem die Rohrelemente i und
2 wieder durch vier membranartige Stege 3 verbunden sind. Die Fig. 8 stellt eine
Seitenansicht des Einzelelements dar. Gemäß diesen Figuren ist das äußere Rohrelement
i an den mit 4 bezeichneten Stellen auf seinem äußeren Umfang mit wendelförmig verlaufenden
Rillen 5 versehen, in die zugfeste Organe eingelegt werden können, und an diesen
Stellen in seinem Innern in axialer Richtung verstärkt.
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Eine andere Möglichkeit zum Zusammenhalt der im wesentlichen aus einem
äußeren und einem inneren dielektrischen Rohrelement aufgebauten Einzelelemente
während oder nach der Fertigung lassen die Fig. 9 und io erkennen. Diese Figuren
zeigen in der Stirnansicht und im Schnitt ein Einzelelement,
welches
beispielsweise ungefähr wie das in der Fig. 2 dargestellte Einzelelement .aufgebaut
ist. Zum Unterschied ist jedoch bei diesem Einzelelement im Zentrum des äußeren
Rohrelements i und des inneren Rohrelements :2 zusätzlich ein Röhrchen 6 angeordnet,
welches beispielsweise über vier axial membranartige .Stege 7 mit dem inneren Rohrelement
2 verbunden ist. Die aus dem koaxialen Einzelelement mit dem äußeren und inneren
Rohrelement und dem in seinem Zentrum angeordneten Röhrchen gebildete Einheit kann
ebenfalls wie die vorhergehenden Ausführungsbeispiele aus thermoplastischem Material
bestehen und im Spritzgußverfahren hergestellt sein.. Zum Zusammenhalt der einzelnen
Einheiten während oder auch nach der Fertigung werden diese Einheiten mit ihren
Röhrchen auf ein Zügorgän, welches aus Isolierstoff oder Metall bestehen kann, aufgezogen,
wobei das Aufziehen gegebenenfalls mit Reibung erfolgt.
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Wird für das innere dielektrische Rohrein kontinuierliches Rohr aus
einem Isolierstoff von vorzugsweise hoher Elastizität verwendet, so können die das
äußere dielektrische Rohr bildenden und mittels der in ihrem Innern angebrachten
membranartigen Stege das innere dielektrische Rohr zentrierenden Einzelelemente
die in denrFig. ii und 12 einmal in Stirnansicht und zum anderen Mal im Schnitt
längs der Schnittebene c-d gezeigte Form haben. Gemäß diesen Figuren ist das Rohrelement
8 eines solchen Einzelelements mit einem Schlitz io versehen, um es von der Seite
her über das durchgehende dielektrische Rohr aufschieben zu können. Die Schlitze
benachbarter Einzelelemente werden zweckmäßig in. Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt, z. B. um einen der Stegteilung entsprechenden Winkel. Die membranartigen
Stege 9, deren Anzahl in der Figur fünf beträgt, besitzen im wesentlichen die Form
einer rechteckigen Fläche. Um dem zu einer Seite benachbarten Einzelelement, gemäß
der Fig. 12 soll es beispielsweise das zur rechten Seite benachbarte Einzelelement
sein, genügend Spielraum bei der Biegung zu lassen, ist der rechte Rand der membranartigen
Stege an seinen Verbindungsstellen mit der Innenwand des Rohrelements 8 mit einer
Einkerbung i i versehen. Zu demselben Zweck genügt es aber auch, die membranartigen
Stege in Umfangsrichtung zu versetzen, jedoch höchstens um etwas mehr als die Stegdicke.
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Die Fig. 13 zeigt eine für die Übertragung des bei den elektrischen
Wellenführungsanordnungen gemäß der Erfindung bevorzugten Wellentyps mit zirkularen
elektrischen Wellen besonders vorteilhafte Ausführung des metallischen Hohlleiters.
Gemäß der Figur besteht der Außenleiter aus einem dünnen gutleitenden Band 12, welches
um das äußere dielektrische Rohr der Wellenführungsanordnung überlappt gewickelt
ist. Das äußere dielektrische Rohr ist beispielsweise au- den äußeren Rohrelementen
i des in der Fig. 7 bzw. 8 dargestellten Einzelelements zusammengesetzt. An den
Überlappungsstellen ist das gutleitende Band i2 durch ein dünnes dielektrisch hochwertiges
Isolierstoffband 13 isoliert, wobei die überlappung so gewählt ist, daß die
elektrische Länge des entsprechenden offenen Schlitzes i¢ in Richtung senkrecht
zur Bandkante A/q. oder annähernd A/q. beträgt. Hierdurch wird erreicht, daß die
in zirkularer Richtung fließenden Ströme an den Überlappungsstellen einen Kurzschluß
bzw. einen im Vergleich zu dem Widerstand des Hohlleiters in zirkularer Richtung
sehr kleinen Widerstand vorfinden.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So kann es beispielsweise in manchen Fällen zweckmäßig sein, das innere
dielektrische Rohr aus zwei in radialer Richtung unmittelbar übereinandergeschichteten
dielektrischen Rohren zusammenzusetzen, von denen das innere ein durchgehendes Rohr
aus hochelastischen Isolierstoffen darstellt, während das unmittelbar über dieses
Rohr geschichtete zweite Rohr aus einzelnen Rohrelementen aufgebaut ist, die wiederum
über membranartige Stege mit den äußeren Rohrelementen fest verbunden sind.
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Auch ist es denkbar, daß die erfindungsgemäße Konstruktion der dielektrischen
Rohre und deren Zusammensetzung auch bei Wellenführungsanordnungen Verwendung finden
können, bei denen, wie bereits vorgeschlagen, die Wellenführung lediglich durch
die beiden koaxial zueinander verlaufenden dielektrischen Rohre übernommen wird,
während der metallische Hohlleiter die Funktion eines elektrischen Schirmes hat.
Fernerhin ist es möglich, die Erfindung sinngemäß auch auf elektrische Wellenführungsanordnungen
zu übertragen, bei denen innerhalb des metallischen Hohlleiters mehr als zwei zueinander
koaxial verlaufende dielektrische Rohre angeordnet sind.