DE972039C - Konzentrisches Leitersystem zur UEbertragung von Dezimeter- und Zentimeterwellen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. Mai 1959

A 12381 VIIId 121C

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Es ist allgemein bekannt, zur Übertragung von Hochfrequenz konzentrische Leitungen oder Kabel zu verwenden, bei denen als Abstandshalterung in bestimmten Abständen Scheiben aus dielektrischem Material angeordnet sind. Die Abstände der Scheiben sind dabei gegenüber der Betriebswellenlänge so klein, daß die Verteilung des Dielektrikums als homogen angesehen werden kann.

Es ist nun erkannt worden, daß die Scheiben mit ihrer gegenüber dem Dielektrikum Luft größeren Dielektrizitätskonstante als kleine konzentrierte Kapazitäten wirken, wenn man die Betriebsfrequenz derart erhöht, daß die Wellenlänge in die Größenordnung der Scheibenabstände kommt. Diese konzentrierten Kapazitäten werden für die maximale Spannungsamplitude einer fortschreitenden Welle besonders wirksam, während die zwischen den Scheiben liegende verteilte Kapazität der konzentrischen Leitung weniger zur Wirkung kommt, da sich auf diesem Teilstück zu gleicher Zeit ein Spannungsknoten befindet und dieses Stück sich daher stärker induktiv auswirkt. Ein gemäß Abb. ι aufgebautes Kabel mit längsgeschichtetem Dielektrikum kann daher durch das in Abb. 2 gezeigte Ersatzbild der Leitung dargestellt werden. Eine solche Anordnung besitzt jedoch Filtereigenschaften, d. h., sie weist Durchlaß- und Sperrbereiche auf.

Es sind zwar bereits Anordnungen bekannt, bei denen über konzentrische Leitungen Ultrakurzwellen übertragen werden sollen. Bei der einen dieser An-

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Ordnungen, bei der die Übertragung von Wellen von iooo m bis herab zu einer Länge von ι m als möglich angegeben wird, sind jedoch nur die dielektrischen Verluste der Leitung berücksichtigt, wobei angegeben ist, daß diese Verluste im Gebiet der genannten kurzen Wellen bereits erhebliche Schwierigkeiten bereiten Der Einfluß der Längsschichtung des Dielektrikums, der mit den dielektrischen Verlusten nicht das geringste zu tun hat, ist überhaupt nicht erkannt ίο worden. Die bekannte Anordnung ist daher nicht ohne weiteres zur Übertragung von Dezimeter- oder Zentimeterwellen geeignet, weil die Lage der in einem solchen Gebiet auf Grund der Filterwirkung auftretenden Grenzfrequenzen nicht im voraus bekannt ist.

Bei der anderen bekannten Anordnung erfolgt die Kurzwellenübertragung über die konzentrische Leitung nicht in der üblichen Weise, vielmehr wird das konzentrische Leitungssystem als solches nur zur Hochfrequenzübertragung in den bisher gebräuchlichen Wellenbereichen verwendet, in denen die eingangs genannten Schwierigkeiten nicht auftreten. Die Ultrakurzwellenübertragung erfolgt dagegen in 'Gestalt einer dielektrischen Übertragung, wobei das zwischen Innen- und Außenleiter befindliche Dielektrikum als Ubertragungsmedium dient.

Auf Grund der obengenannten Erkenntnis ist es möglich geworden, die Lage der Sperr- und Durchlaßbereiche eines konzentrischen Leitersystems zu erfassen, und es hat sich ergeben, daß die Filtereigenschaften eines solchen konzentrischen Leitersystems in erster Linie von der axialen Dimensionierung des Dielektrikums sowie von den Dielektrizitätskonstanten der verwendeten dielektrischen Medien abhängig sind.

Bei einem konzentrischen Leitersystem, dessen Dielektrikum aus Luft und in regelmäßigen Abständen (Teilstücke genannt) aus abstandhaltenden Scheiben aus festem Isolierstoff besteht, zur Übertragung von Dezimeter- und Zentimeterwellen, sind erfindungsgemäß bei vorgeschriebener Wellenlänge der zu übertragenden Wellen die Dielektrizitätskonstante und der Abstand der Isolierscheiben so gewählt, daß die effektive Länge eines Teilstückes, welche sich aus den wirklichen Längen der dielektrischen Schichten des Teilstückes multipliziert mit der Wurzel aus der jeweiligen Dielektrizitätskonstante ergibt, kleiner ist als die halbe Wellenlänge der zu übertragenden Welle. Da die Filtereigenschaften des verwendeten konzentrischen Leitersystems als die eines Tiefpasses anzusehen sind, muß dafür gesorgt werden, daß die höchste zu übertragende Frequenz kleiner ist als die untere Grenzfrequenz des Sperrbereiches. Die Grenzfrequenzen der Sperrbereiche sind jedoch aus folgenden Funktionen zu errechnen:

^tg kl-tg JiIa^

In diesen Formeln bedeutet, wie aus Abb. 1 ersichtlich, 21 die Länge des Luftdielektrikums zwischen

zwei Scheiben, k das Phasenmaß —p- und α das Verhältnis y]/^, wobei 2d die axiale Länge der dielektrischen Scheibe und S₁ deren relative Dielektrizitätskonstante ist. Soll daher ein in dieser Weise aufgebautes Kabel auch für die Übertragung von Dezimeterwellen Verwendung finden, so sind der Abstand der Scheiben, deren Stärke und Dielektrizitätskonstante so zu wählen, daß

2 [I -J- d ]/_Sl) <6

ist, wobei %_min die niedrigste zu übertragende Wellenlänge und 2 I + 2cL ]/ζ die »effektive Länge« eines Teilstückes der konzentrischen Leitung ist. In einem Zahlenbeispiel ausgedrückt, würde dies also bedeuten, daß bei einer zu übertragenden Wellenlänge von λ = 20 cm die effektive Teillänge viel kleiner als

— = 10 cm sein muß. Eine solche Leitung würde

beispielsweise bei einer Dielektrizitätskonstante der Scheiben von S₁ = 4. folgende Höchstgrenzen in der axialen Dimensionierung aufweisen: Länge des Luftdielektrikums 2 I = 6 cm, Dicke der Scheiben zä = 2 cm. In der praktischen Auswertung heißt dies, daß für eine sehr kurze Wellenlänge die Abstände der Scheiben und deren Stärke sehr klein sein müssen. Die Dielektrizitätskonstante spielt dabei keine so große Rolle, da sie nur mit der Wurzel eingeht.

Es ist nun allgemein üblich, ein Kabel mit einem konstanten Widerstand abzuschließen. Die Rechnung und Messung zeigt jedoch, daß bei einem konzentrischen Kabel mit längsgeschichtetem Dielektrikum der Eingangswiderstand bei Annäherung an die kritische Frequenz stark abfällt. Ist der Abschluß des Kabels nun ein konstanter Widerstand, so treten hier zusätzliche Reflexionen auf, die die Übertragungseigenschaften des Kabels stark beeinträchtigen. Gemäß der weiteren Erfindung verwendet man daher einen frequenzabhängigen Widerstand als Abschlußwiderstand, der den gleichen Frequenzgang wie der Wellenwiderstand des Kabels besitzt und dieses also reflektionsfrei abschließt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Konzentrisches Leitersystem, dessen Dielektrikum aus Luft und in regelmäßigen Abständen (Teilstücke genannt) aus abstandhaltenden Scheiben aus festem Isolierstoff besteht, zur Übertragung von Dezimeter- und Zentimeterwellen, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgeschriebener Wellenlänge der zu übertragenden Wellen die Dielektrizitätskonstante und der Abstand der Isolierscheiben so gewählt sind, daß die effektive Länge eines Teüstückes, welche sich aus den wirklichen Längen der dielektrischen Schichten des Teüstückes multipliziert mit der Wurzel aus

   der jeweiligen Dielektrizitätskonstante ergibt, kleiner ist als die halbe Wellenlänge der zu übertragenden Welle.
2. 2. Übertragungssystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das konzentrische Leitersystem durch einen frequenzabhängigen Widerstand abgeschlossen ist, der den gleichen Frequenzgang aufweist wie der Wellenwiderstand des Leitersystems.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 464 825; USA.-Patentschrift Nr. 2 129 711; L'onde electrique, 1938, S. 413.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©909512/22 5.59