DE969507C - Hohlrohrspannungsteiler - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 12. JUNI 1958

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Hohlrohrspannungsteiler

Kapazitive Hohlrohrteiler baute man bisher in der Form der Abb. i. Die Eigenschaften derartiger Teiler sind in dem Buch: Meinke, »Felder und Wellen in Hohlleitern«, München, 1949, näher erläutert. Dort ist auch das Hauptgesetz abgeleitet, das für nicht zu kleine Plattenabstände χ ein Zuwachs A χ des Plattenabstandes einen Dämpfungszuwachs von

4,8 — Neper (D = Durchmesser des Hohlrohrs)

ergibt. Auf logarithmischem Papier ist die Dämpfungskurve für größere χ eine Gerade (Abb. 2, Kurve I). Für kleinere χ gibt es Abweichungen von der Geraden wegen der Wirksamkeit sogenannter Hohlrohrfelder höherer Ordnung. Dies hat den Nachteil, daß man in diesem Bereich eine gesonderte Eichung durchführen muß, die im geradlinigen Teil nicht nötig ist. Für sehr kleine χ wird die Dämpfungskurve sehr steil, so daß keine ao genaue Einstellung mehr möglich und der Teiler dort nicht verwendbar ist.

Es entstand daher das Problem, kleine einstellbare Dämpfungen zu erzeugen. Dies löste man allgemein durch Konstruktion andersartiger Spannungsteiler, die ihrerseits wieder keine großen

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Dämpfungen einzustellen gestatten. Es waren z. B. sogenannte ohmsche Teiler üblich. Die Eichung dieser Teiler ist stark frequenzabhängig, ihre Anpassung nicht gut. Die Erfindung erweitert den linearen Bereich des ursprünglichen kapazitiven Teilers bis zu sehr kleinen Dämpfungen, ersetzt also auch den ohmschen Teiler. Die Kurve II der Abb. 2, die diesen Effekt zeigt, ist an einem Muster gemessen worden, ίο Es ist zwar ein Spannungsteiler bekannt, der eine Topfelektrode mit einer kolbenförmigen Gegenelektrode aufweist. Hierbei ergibt sich eine annähernd logarithmische Ausgangsspannung des Teilers, jedoch kann der Verlauf der Kurve nur durch Probieren ermittelt werden, und ein solcher Teiler muß stets besonders geeicht werden. Demgegenüber weist die Anordnung nach der Erfindung einen bis zum Anschlag berechenbaren Verlauf auf, was im wesentlichen durch die Anregung nur eines Feldtyps bewirkt wird.

Die Fehler der früheren Teiler entstehen dadurch, daß die zur Anregung benutzte Platte oder ähnlich geformte Gegenstände neben der gewollten aperiodischen £₀₁-Welle auch £₀„-Felder höherer Ordnung anregen, die zwar schnell absinken, aber bei starker Annäherung der Platten doch wirksam werden. Wenn man nun anregende Körperformen verwendet, die Äquipotentialflächen des £₀₁-Feldes sind, so entsteht ein reines E₀₁-FeId. Derartig geformte Anregungskörper sind z. B. aus dem Aufsatz von Harnett und Case »The Design and Testing of Multirange Receivers« in Proc. IRE, Vol. 23, Nr. 6 (1935) bekannt. Bei den bekannten Anordnungen besteht jedoch die Gegenelektrode aus einer ebenen bzw. ringförmigen Fläche, so daß die gegenüber den älteren Anordnungen mit kolbenförmigen Anregungselektroden größere Linearität bei starker Annäherung der Elektroden endet.

Bei einem einstellbaren kapazitiven oder induktiven Hohlrohr-Spannungsteiler für Hochfrequenz aus einem Rohr mit leitenden Wanden und mit einem einkoppelnden und einem auskoppelnden Gebilde, bei dem das anregende Koppelorgan eine so gekrümmte Oberfläche aufweist, daß im Rohr nur ein einziger Feldtyp angeregt wird, erhält erfindungsgemäß die dem gekrümmten Koppelorgan zugewandte Gegenfläche eine solche Gegenkrümmung, daß beide Flächen genau ineinanderpassen. Mit dieser Elektrodenform nach der Erfindung ist es möglich, praktisch bis zur Berührung der beiden Elektroden einen voll linearen Verlauf der Dämpfungskurve zu erhalten, wobei als weiterer Vorteil hinzukommt, daß bei Berührung der ein- und auskoppelnden Gebilde eine große maximale Übertragung erreicht wird.

Die vorteilhafte Wirkung des Erfindungsgegenstandes beruht darauf, daß das E₀₁-FeId auch bei kleinsten Elektrodenabständen erhalten bleibt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 3 dargestellt.

Die Sehnittkurve der Flächen läßt sich verhältnismäßig einfach berechnen. Abb. 4 zeigt das Ersatzbild des Teilers. Die wichtige Kapazität C₂ ist durch den variablen Abstand regelbar, die feste Kapazität C₃ durch Formgebung des Körpers auf einen geeigneten Wert zu bringen. Ein Beispiel für Formgebung des beweglichen Körpers mit größerem C₃ gibt Abb. 3.

Als induktiven Teiler verwendet man bisher vielfach die Form der Abb. 5 (Ersatzbild in Abb. 6), zwei Schleifen mit variablem Abstand. Diese ergeben die gleichen Mangel der Kurven wie in Abb. 2, Kurve I. Man kann sie vermeiden, wenn man den koppelnden Leitern die entsprechenden Formen gibt, die nur einen einzigen Feldtyp anregen. Mit Leitern, wie sie in Abb. 7 dargestellt sind, kann man z. B. in Rechteckrohren das i?₁₀-Feld anregen. Dabei bildet, wie aus dem Querschnitt (Abb. 7„) ersichtlich ist, die obere Fläche α der Leiter die Zuleitung. In Abb. 7 ist der Verlauf der Stromlinien durch Pfeile angedeutet. Der Verlauf der magnetischen Feldlinien von oben gesehen ist in Abb. 7₀ dargestellt. Formeln zur Berechnung derartiger Äquipotentialflächen sind in dem eingangs erwähnten Buch von Meinke angegeben. In einem Rohr von Kreisquerschnitt läßt sich durch Flächen, die denen der Abb. 7 ähnlich, aber etwas anders gewölbt sind, ein Ti₁₁-FeId anregen. Diese Flächen lassen sich nur graphisch konstruieren.

Bei sehr hohen Frequenzen muß der Ausgangswiderstand einen gewünschten ohmschen Widerstand Z besitzen, um über ein beliebig langes Anschlußkabel messen zu können. Dies kann so durchgeführt werden, daß die gezeichneten Oberflächen nicht aus Metall zu sein brauchen, sondern auch aus einer Widerstandsschicht W auf isolierendem Träger bestehen können, und zwar sowohl beim kapazitiven wie beim induktiven Teiler. Diese Widerstandsschicht muß jedoch beim kapazitiven Teiler eine vollständige Verbindung zwischen Innenleiter und Außenleiter bilden (Abb. 8). Wenn man eine extrem lineare Teilung haben will, muß man hier die Wölbung der Flächen etwas kleiner machen als in Abb. 3, weil längs der Widerstandsschicht ein Spannungsabfall entsteht und die betreffenden Teile der Fläche jeweils den zu dieser niedrigen Spannung gehörenden Äquipotentiallinien entsprechen müssen. Durch zweckmäßige Verteilung des Oberflächenwiderstandes der Schicht kann ein praktisch reflexionsfreier Abschluß beider Teilerseiten erreicht werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Einstellbarer kapazitiver oder induktiver Hohlrohr-Spannungsteiler für Hochfrequenz aus einem Rohr mit leitenden Wänden und mit einem einkoppelnden und einem auskoppelnden Gebilde, bei dem das anregende Koppelorgan eine so gekrümmte Oberfläche aufweist, daß im Rohr nur ein einziger Feldtyp angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem gekrümm- i_ag ten Koppelorgan zugewandte Gegenfläche eine

   solche Gegenkrümmung erhält, daß beide Flächen genau ineinanderpassen.
2. 2. Hohlrohrspannungsteiler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des anregenden Koppelorgans in an sich bekannter Weise annähernd eine Äquipotentialfläche des anzuregenden Feldes darstellt.
3. 3. Hohlrohrspannungsteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Fläche des anregenden Koppelorgans annähernd dem Verlauf der magnetischen Feldlinien des anzuregenden Feldes entspricht.
4. 4. Spannungsteiler nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehr hohen Frequenzen ein ohmscher Widerstand mit dem Spannungsteiler derart zusammengebaut wird, daß der Äusgangswiderstand einen gewünschten Wert besitzt.
5. 5. Spannungsteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen aus einer Widerstandsschicht auf isolierendem Träger bestehen.
6. 6. Spannungsteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht eine vollständige Verbindung zwischen Innen- und Außenleiter bildet (Abb. 8).
7. 7. Spannungsteiler nach Anspruch 4 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Flächen etwas kleiner gewählt wird, als es den theoretischen Werten entspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Otto Li mann, Prüffeldmeßtechnik, 1947,

   Funkschauverlag, S. 79;

   »Proceedings of the IRE«, 1935, Number 6,

   S. 578 bis 593;

   »Wheeler Monographs«, Number 8, 1949, S. 9,

   13, 14 und 50.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   ® 509 699/365 3.56 (809 541/9 6.58)