DE963162C - Hochfrequenzleitung fuer Antennenanordnungen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 2. MAI 1957

T 11103VIIIa/21 a*

Dr. Walter Berndt, Berlin

ist als Erfinder genannt worden

Telefunken G. rn.-b. H., Berlin

Patenterteilung bekanntgemacht am 18. April 1957

Bekanntlich wird der Wellenwiderstand Z einer verlustlosen Hochfrequenzleitung durch den Ausdruck 1/ ^- definiert, worin L und C die Induktivität und Kapazität je m Leitungslänge sind. Der Wellenwiderstand ist außer von der Dielektrizitätskonstante und der Permeabilität des die Leitung umgebenden Mediums demnach durch die geometrische Leiterabmessungen bestimmt. Bei einem Einzelleiter sind die Induktivität und Kapazität im freien Raum bestimmend für die Größe des Wellenwiderstandes, während bei einer Doppelleitung die Wechselwirkung zwischen beiden .Leitern und damit der Leiterabstand als Parameter hinzutritt.

Bei technischen Anwendungen von Hochfrequenzleitungen, beispielsweise bei Strahlerteilen oder Resonanzleituingsstücken in Antennenanordnungön, sind die Abmessungen der Leiterteile außer durch elektrische Bemessungsregeln häufig auch durch rein mechanisch-konstruktive Bedingungen festgelegt. Beispielsweise müssen frei tragend: ausgeführte Strahlerteile eine genügende Festigkeit besitzen, um dem Winddruck und der Eisbelastung standhalten zu können. Bei der üblichen Ausführung solcher Teile aus Metall ergibt sich daher oft ein durch die Konstruktionserfordernisse festgelegter Wert des Wellenwiderstandes gewisser Teile der Gesamtanordnung, der den' elektrischen Erfordernissen nicht entspricht.

Es ist bereits bekannt, den Wellenwiderstand von Aiitennenteilen dadurch einem vorbestimmten Wert anzugleichen, daß ein Einzelleiter oder auch beide Leiter einer Doppelleitung in je eine Mehrzahl von Leitern aufgeteilt werden. Solche Kon-

s.truktionen sind als reusenartige oder¹ käfigartige . Hochfrequenzleitu-ngen bekannt;- sie sind dem Nachteil unterworfen, daß der Winddruck durch die Aufteilung in eine Mehrzahl von Leitern erhöht, die mechanische Stabilität aber im allgemeinen herabgesetzt wird. Auch werden solche Leitungen in erheblich, stärkerem Maße von Vereisung bedroht als dicke Einzelleiter.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Hochfrequenzleitung zu schaffen, deren· Wellenwiderstand ohne Beeinträchtigung ihreir mechanischen Eigenschaften in weiten Grenzen beliebig gewählt werden kann. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Mehrzahl vorzugsweise dünner Einzelleiter in die Wandung eines Rohrkörpers aus Isolierstoff, vorzugsweise aus einem synthetisch hergestellten Kunststoff, derartig eingebettet, daß die Einzelleiter einander im wesentlichen parallel laufen. Die einzelnen Leiter können beliebige Querschnittsformen aufweisen; besonders können sie kreisförmige oder bandförmige Querschnitte haben. Durch die Anzahl und die Breite der einzelnen Leiter läßt sich der Wellenwiderstand der auf diese Weise hergestellten Leitung von demjenigen eines vollmanteligen Zylinders bis zu sehr viel höheren Werten variieren, die sich, ergeben, wenn die Leitung in wenige sehr dünne Einzelleiter aufgelöst ist. Dabei bleibt die mechanische Festigkeit infolge der günstigen Eigenschaften der zur Verfugung stehenden Isolierstoffe in hinreichendem Maße erhalten.

Innerhalb der Wandung des Rohrkörpers können die Einzeldrähte längs Mantellinien · geführt sein oder sie können — wenn eine Verkürzung der Leitungslänge bei gleichen elektrischen Eigenschaften erwünscht ist — schraubenlinienförmig· gewendelt oder in Form von Schlangenlinien geführt sein. Der die einzelnen Leiter tragende Rohrkörper braucht nicht unbedingt kreiszylindrisch geformt zu sein.

Jede Art von Zylinder über einer beliebigen Grundfläche kann verwendet werden. Auch kann der Rohrkörper leicht konisch oder tonnenförmig ausgebildet sein, wenn eine solche Form den elektrischen Erfordernissen entspricht.

Auch bei Hochfrequenzleitungen, die aus zwei Leitern bestehen, also· bei sogenannten Doppelleitungen, ist die Erfindung mit Vorteil anwendbar. Beispielsweise können bei einer Koaxialleitung der Innenleiter und der Außenleiter durch Isolierkörper mit eingebetteten Einzelleitern gebildet werden. In diesem Falle ist es möglich, durch Wahl der Anzahl und der Aufteilung der Einzelleiter im Außenleiter der Koaxialleitung den Wellenwiderstand gegenüber dem freien Räume zweckentsprechend zu bemessen und außerdem durch die Anordnung und Aufteilung der Einzelleiter des Innenleiters den Wellenwiderstand des Doppelleitungsstückes getrennt davon auf einen vorbestimmten. Wert einzustellen. Zum Abgleich des Widerstandes eines Leitungsstückes, kann auch ein auf oder in dem Isolierrohr verschiebbarer ringförmiger Leiter dienen, der beispielsweise die Form einer aus Blech gebildeten Schelle besitzt.

Zur Bemessung der Festigkeitseigenschaften und zur Festlegung der leitenden Drähte vor ihrer Vereinigung mit dem Kunststoffrohr können außer den Leitern auch nichtleitende Faserstoffe, vorzugsweise gesponnene oder gezogene Fäden, in die Wandung des Rohrkörpers eingebettet sein. Wenn die nichtleitenden Fäden bzw. Fasern den Leitern vorwiegend parallel angeordnet sind, können sie in der Form eines Hohlseiles mit diesen vereinigt sein. Beispielsweise kann ein vorbereiteter Stapel von ■nichtleitenden Fäden und leitenden Drähten um einen Dorn herumgewickelt und mit einem gießbaren, vorzugsweise selbstaushärtenden Kunststoff getränkt werden,. Eine besonders günstige Festlegung der Drähte durch die nichtleitenden Fäden kann erzielt werden, wenn die Fäden bzw. Fasern mit den Leitern zu einem Gewebeschlauch verklöppelt sind. Wenn es erwünscht ist, einen besonders hohen Wellenwiderstand zu erzielen oder die räumliche Lange eines Leitungsstückes wesentlich gegenüber seiner elektrischen Länge herabzusetzen, ist es zweckmäßig, die Leiter wendelförmig um einen oder mehrere nichtleitende Fäden als Träger dieser Leiter herumzuwickeln. Diese mit den Leitern bewickelten Träger können dann in der beschriebenen Weise miteinander verseilt oder zu einem. Gewebeschlauch vereinigt werden.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung der vorbeschriebenen Ausführung, in welchem der aus leitenden und nichtleitenden Fäden gebildete Stapel oder Gewebeschlauch: über einem eingeschobenen Dorn mit dem erwähnten gießbaren selbstaushärtenden Kunstharz getränkt wird, worauf nach dem Erhärten der Dorn herausgezogen wird.

Leitungsstücke nach der Erfindung eignen sich besonders aus dem Grunde zum Aufbau von Antennenanordnungen, weil Leitungsstücke sehr verschiedenen Wellenwiderstandes mit gleichen geometrischen Ausmaßen hergestellt und daher ohne Durchmessersprünge aneinandergefügt werden können. Beispielsweise kann eine Sperrtopfanordnung dadurch eine breitbandige Wirkung erhalten, daß man den Wellenwiderstand des Sperrtopfes sehr hoch festlegt. Bei Anwendung der Erfindung ist es jedoch nicht erforderlich, zu diesem Zweck dem Sperrtopf einen besonders großen Durchmesser zu geben. Die Vergrößerung des Wellenwiderstandes wird durch Aufteilung des \ußenleiters in dünne Einzelleiter bewirkt, ohne daß es notwendig ist, den Durchmesser der übrigen Teile der Antennenanordnung zu überschreiten.

Als Fasermaterial, welches neben den Leitern in die Wandung des Kunststoffrohres eingebettet werden kann, eignet sich besonders Glas oder bei höheren Festigkeitsansprüchen auch Kunststofffasern. Wenn das Fasermaterial und der verwendete Kunststoff genügend lichtdurchlässig sind, ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß derartige Hochfrequenzleitungen vor dem leuchtenden Himmel fast mit der gleichen Flächenhelligkeit wie dieser erscheinen, so daß bei einer Betrachtung der AntennenanordnunfT von unten solche Leiterteile

weniger auffallen als Leiter, welche aus Metall hergestellt sind. Man kann daher aus solchen Leitern Antennenanordnungen herstellen, welche wenig auffällig sind.
In der Zeichnung ist in

Fig. ι ein entsprechend der Erfindung ausgebildetes Leitungsstück dargestellt;

Fig. 2 zeigt eine Antennenanordnung, in der die beiden, Strahlerteile entsprechend der Erfindung

ίο ausgebildet sind;

Fig. 3 versinnbildlicht in einer elektrisch äquivalenten Darstellung die Antenmenanordnung der Fig. 2.

In Fig. ι ist mit ι ein zylindrischer topfförmiger Kunststoffkörper bezeichnet, in dessen Boden der leitende Ring 2 eingesetzt ist. Von dem Ring 2 gehen wie die Speichen eines Rades die Verbindungsleiter 3 aus, welche in den Boden des Kunststoffkörpers eingebettet sind. Die Verbindungsleiter 3

gehen in die Leiter 4 über, welche in den zylindrischen Teil des Kunststoffkörpers eingebettet sind und eine schraubenförmige Wendelung aufweisen. Diese Wendelung hat den Zweck, die räumliche Länge des in Fig. 1 dargestellten Leitungsstückes gegenüber seiner elektrischen Länge zu verkürzen. Soll beispielsweise das dargestellte Leitungsstück einen 2/4-Sperrtopf bilden, so würde man durch die Wirkung der Wendelung der Leiter 4 mit einer etwas geringeren räumlichen Länge als einer Viertelwellenlänge auskommen.

In Fig. 2 ist eine Antennenanordnung dargestellt, die im wesentlichen aus einem vertikal orientierten symmetrischen Strahler (Dipolstrahler) besteht, dessen unterer Strahlerteil in seinem Innenraum einen Sperrtopf bildet. In Fig. 3 ist zur" Erleichte^· rung des Verständnisses das Speisungsschema der Anordnung nach Fig. 2 vereinfacht dargestellt. Ein oberer Strahler von der Länge λ/4 ist mit dem Innenleiter der koaxialen Speiseleitung 10 verbunden, während ein unterer Strahler von der Länge 2/4 mit dem Mantel der gleichen Speiseleitung in Verbindung steht. Der Innenraum des unteren rohrförmigen und im Vergleich zum oberen Strahler in Fig. 3 wesentlich dickeren unteren Strahlers wirkt als Sperrtopf und verhindert das Abfließen von Hochfrequenzströmen über dien Kabelmantel nach Erde.

Die in Fig. 2 dargestellte Konstruktion hat elektrisch die gleiche Wirkung, zeichnet sich aber besonders dadurch aus, daß eine Verschiedenheit des Durchmessers des oberen und unteren Strahlerteiles vermieden ist. In einem als durchsichtig angenommenen Kunststoffrohr 5 sind die leitenden Ringe 6, 6₀, 65 und 6_C eingebettet. Zwischen diesen Ringen sind die dünnen Einzelleiter 7 bzw. J_a angebracht, welche wendelförmig auf einer nichtleitenden Mittelseele aufgewickelt sind. Über dem unteren Ende des Kunststoffrohres, in dar Nähe des Ringes 6_C ist der Blechring 8 verschiebbar angeordnet, durch den eine Abstimmung der Sperrtopfwirkung des unteren Strahlerteiles erreicht werden kann. Das Kunststoffrohr 5 ist auf ein Tragrohr 9 aufgesteckt, in weichem die Speiseleitung 10 verläuft. Der Innenleiter dieser Speiseleitung ist beim Punkt 11 mit der oberen Strahlerhälfte verbunden, während der Leitungsmantel beim Punkt 12 mit der unteren Strahlerhälfte in Verbindung steht. Wie es bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 besprochen wurde, dient der Innenraum des unteren Strahlerteiles, also der von den Einzelleitern "J_a eingeschlossene Raum, in Verbindung mit dem Kabelmantel als Sperrtopf. Dabei ist der Wellenwiderstand des als Sperrtopf dienenden Leitungsstückes durch die Aufteilung seines Außenleiters in die Einzelleiter j_a und zusätzlich durch ihre wendelförmige Ausbildung wesentlich erhöht, so; daß es nicht erforderlich ist, den Durchmesser des unteren Strahlerteiles größer zu machen als denjenigen des oberen Strahlerteiles. Hieraus ergibt sich der wesentliche konstruktive Vorteil, daß ein durchgehendes Kunststoffrohr mit gleichbleibendem Durchmesser in seiner Wandung sämtliche elektrischen Leiter der Strahlerteile aufnehmen kann. Eine darartig ausgebildete Antenne ist daher in besonders wirkungsvoller Weise gegen sämtliche störenden Witterungseinflüsse geschützt.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzleitung für Antennenanord- _go nungen zur Verwendung als Stahlerteil oder Resonanzleitungsstück, beispielsweise Sperrtopf, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl vorzugsweise dünner Einzelleiter (4) in die Wandung eines Rohrkörpers (1) aus Isolierstoff, vorzugsweise aus einem synthetisch hergestellten Kunststoff, derartig eingebettet ist, daß die Einzelleiter einander im wesentlichen parallel laufen.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte längs Mantellinien des Isolierrohres geführt sind.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (4) schraubenlinienförmig gewendelt sind.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper leicht komisch oder tonnenförmig ist

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- und Außenleiter einer Koaxialleitung durch Isolierkörper mit eingebetteten Einzelleitern gebildet werden.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich des Widerstandes eines Leitungsstückes auf oder in dem Isolierrohr ein ringförmiger Leiter (8) verschiebbar angeordnet ist.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Leitern nichtleitende Faserstoffe, vorzugsweise gesponnene oder gezogene Fäden, in die Wandung des Rohrkörpers (5) eingebettet sind.

8. Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitenden Fäden bzw. Fasern, den Leitern vorwiegend parallel angeordnet und vorzugsweise mit diesen verseilt sind.

9· Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtleitenden Fäden bzw. Fasern mit den Leitern zu einem Gewebeschlauch verklöppelt sind.

10. Leitung nach Anspruch/, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (7) wendelförmig um einen oder mehrere nichtleitende Fäden, bzw. Fasern herumgewickelt sind.

11. Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch: gekennzeichnet, daß der aus leitenden und nichtleitenden Fäden gebildete Stapel oder Gewebeschlauch über einem eingeschobenen Dorn mit einem gießbaren, vorzugsweise selbstaushärtenden Kunstharz getränkt und nach dem Erhärten der Dorn herausgezogen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 707/253 11.56 (609 873 4. 57) '