DE1103423B

DE1103423B - Arrangement of one or more conductors to guide high-frequency electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1103423B
Application number: DES47437A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hermann Lintzel; Ernst Fischer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-02-09
Filing date: 1956-02-09
Publication date: 1961-03-30

Description

Anordnung von einem oder mehreren Leitern zur Führung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen Es ist eine Anordnung von einem oder mehreren Leitern zur Führung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen bekannt, die so ausgebildet ist, .daß sie als Bandfilter mit einem oder mehreren Durchlaßbereichen wirkt, also eine Wellenfortpflanzung nur in bestimmten, voneinander getrenntenFrequenzbereichen zuläßt. Bei dieser Anordnung besitzt mindestens ein Leiter der Wellenführungsanordnung eine anisotrope elektrische und/oder magnetische Leitfähigkeit solcher Art, daß die Leitfähigkeitskomponente in Fortpflanzungsrichtung der Wellen gegenüber derjenigen in hierzu senkrechter Richtung verhältnismäßig klein oder praktisch gleich Null ist. Man kann den Leiter zwecks Erzielung der charakteristischen Anisotropie in der Leitfähigkeit aus einzelnen in Fortpflanzungsrichtung der Wellen sich abwechselnden leitenden und nichtleitenden Schichten aufbauen. Die nichtleitenden Schichten bestehen dabei aus einem möglichst verlustarmen Dielektrikum und die leitenden Schichten aus einem gutleitenden Metall, z. B. Kupfer, oder aus einem magnetisierbaren Stoff, z. B. Ferritt, je nachdem, ob eine Anisotropie in der elektrischen oder magnetischen Leitfähigkeit erzielt werden soll.Arrangement of one or more conductors to guide high-frequency electromagnetic waves It is an arrangement of one or more conductors known for guiding high-frequency electromagnetic waves that are designed in this way is, .that it acts as a band filter with one or more passbands, so a wave propagation only in certain, separate frequency ranges allows. In this arrangement, at least one conductor has the wave guide arrangement an anisotropic electrical and / or magnetic conductivity such that the conductivity component in the direction of propagation of the waves compared to that relatively small or practically zero in the direction perpendicular to this is. To achieve the characteristic anisotropy, the conductor can be turned into the conductivity from individual waves alternating in the direction of propagation Build conductive and non-conductive layers. The non-conductive layers exist in this case from a low-loss dielectric and the conductive layers made of a highly conductive metal, e.g. B. copper, or made of a magnetizable material, z. B. ferrite, depending on whether there is anisotropy in the electrical or magnetic Conductivity is to be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem solchen Leiter mit anisotroper Leitfähigkeit einen stabilen Aufbau mit großer Festigkeit zu geben. Außerdem soll der Aufbau so getroffen sein, daß sich der Leiter möglichst einfach herstellen läßt, ganz gleich, ob dabei der Leiter einen vollen oder ringförinigen Querschnitt besitzt.The invention is based on the object of having such a conductor anisotropic conductivity to give a stable structure with great strength. In addition, the structure should be made so that the head is as simple as possible can be produced, regardless of whether the conductor is a full or ring-shaped one Has cross-section.

Die oben geschilderte Aufgabe ist dadurch gelöst, <laß erfindungsgemäß die leitenden Schichten des Leiters mit anisotroper Leitfähigkeit Flächenteile aufweisen, die schräg zur Leiterachse geneigt oder gekrümmt sind und über dazwischenliegende Isolierstoffeinlagen passend und selbstzentrierend ineinandergreifen.The object described above is achieved in accordance with the invention the conductive layers of the conductor with anisotropic conductivity have surface parts, which are inclined or curved at an angle to the conductor axis and over intervening Insulating material inserts fit into each other and are self-centering.

Die leitenden Schichten sind durch entsprechend geformte Scheiben aus dielektrischem Material getrennt, so daß der Zwischenraum zwischen den einzelnen leitenden Schichten entweder vollständig mit Isolierstoffmasse ausgefüllt ist, oder aber es werden Isolierstoffzwischenlagen geringerer Ausdehnung bzw. geringerer Oberfläche, insbesondere mit kleinerem Durchmesser und kleinem Isolierstoffvolumen, verwendet, so daß die leitenden Schichten zum Teil durch Lufträume voneinander isoliert sind. Dies bedeutet, daß die nichtleitenden Schichten zu einem Teil aus einer Isolierstoffmasse und zum anderen Teil aus einem Luftraum gebildet sind. Durch diese neue Ausbildung der Schichten wird der Vorteil erzielt, daß -die Schichten sich von selbst zueinander zentrieren. Außerdem werden bei einem Leiter mit lufthaltigem Zwischenraum zwischen den einzelnen leitenden Schichten die dielektrischen Verluste herabgesetzt und die Filtereigenschaften verbessert.The conductive layers are through appropriately shaped discs Separated from dielectric material so that the space between each conductive layers is either completely filled with insulating material, or but there are insulating material interlayers of smaller dimensions or smaller surface, especially with a smaller diameter and a small volume of insulating material, so that the conductive layers are partially isolated from one another by air spaces. This means that the non-conductive layers partly consist of an insulating material and on the other hand are formed from an air space. Through this new training The advantage of the layers is that the layers self-align with one another center. In addition, for a ladder with an aerated space between the individual conductive layers, the dielectric losses and the Filter properties improved.

An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with reference to the figures.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele für geschichtete Leiter in den für die Erfindung wesentlichen Teilen. Dabei sind in den Figuren Leiter mit kreiszylindrischem Aufbau zugrunde gelegt, wobei die Leiter gemäß den Fig. 1 bis 9 einen vollen Querschnitt und die Leiter gemäß den Fig. 10 bis 14 einen ringförmigen Querschnitt besitzen.The figures show exemplary embodiments for layered conductors in the essential parts for the invention. In the figures there are leaders with based on a circular cylindrical structure, the conductors according to FIGS. 1 to 9 shows a full cross-section and the conductors according to FIGS. 10 to 14 are annular Own cross-section.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 sind die leitenden und nichtleitenden Schichten des Leiters jeweils aus einer leitenden und nichtleitenden vollen Scheibe 1 und 2 gebildet. Diese Scheiben besitzen die Form einer Kegelkappe, deren Spitze in der Achse des Leiters liegt.In the embodiment according to FIG. 1, the conductive and non-conductive layers of the conductor each made up of a conductive and non-conductive layer full disk 1 and 2 formed. These discs have the shape of a cone cap, whose tip lies in the axis of the conductor.

Eine ähnliche Ausführung der Schichten zeigt die Fi:g. 2. Hier besteht die leitende Schicht ebenfalls wieder aus einer nach Art einer Kegelkappe geformten leitenden Scheibe 3. Zwischen der kegelförmigen leitenden Scheibe 3 ist eine Isolierstoffzwischenlage 4 angeordnet, die aber nicht wie die Scheibe 2 bei der Fig. 1 ebenfalls die Form einer Kegelkappe besitzt, sondern einen Kegelstumpf geringerer Höhe darstellt, so daß sie nur einen Teil des Zwischenraumes zwischen den leitenden Scheiben 3 ausfüllt.A similar embodiment of the layers is shown in FIG. 2. Here is the conductive layer also again consists of a conical cap shaped like a cone conductive disk 3. Between the conical conductive disk 3 is an insulating material layer 4 arranged, but not like the disk 2 in FIG. 1 likewise the shape a cone cap, but represents a truncated cone of lower height, so that it fills only part of the space between the conductive disks 3.

Bei .dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 sind wieder wie bei der Fig. 1 sowohl die leitenden als auch die nichtleitenden Schichten als vollwandige Scheigen 5 und 6 ausgeführt, nur besitzen die Scheiben hier nicht -die Form einer Kegelkappe, sondern die einer Kugelkappe. In diesem Fall ist ein Biegen des Leiters leicht möglich, ohne daß sich dabei die elektrischen Werte wesentlich ändern, da kein Abheben der leitenden und nichtleitenden Scheiben und damit keine Änderung der resultierenden Dielektrizitätskonstante oder der resultierenden Leitfähigkeit eintritt. Selbstverständlich ist es auch hier wieder möglich, den isolierenden Scheiben 6 eine kleinere Oberfläche zu geben als den leitenden Scheiben 5, also sie als Kugelkappen mit verkleinerter Oberfläche oder -als ringförmige Kugelzonen auszubilden.In .dem embodiment according to FIG. 3 are again as in 1 both the conductive and the non-conductive layers as full-walled Scheigen 5 and 6, only the disks don't have them here -the shape of a cone cap, but that of a spherical cap. In this case is a The conductor can easily be bent without affecting the electrical values significantly change, since there is no lifting of the conductive and non-conductive discs and thus no Change in the resulting dielectric constant or conductivity entry. Of course, it is also possible here again to use the insulating panes 6 to give a smaller surface than the conductive discs 5, so they are spherical caps with a reduced surface area or as annular spherical zones.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in perspektivischer Ansicht und im Radialschnitt eine Vollscheibe entsprechend einer weiteren Ausbildung nach der Erfindung. Die volle Scheibe setzt sich im wesentlichen aus einer äußeren Teilfläche 7, einer mittleren Teilfläche 8 und einer inneren Teilfläche 9 zusammen. Die äußeren und inneren Teilflächen 7 und 9 bilden jeweils eine ebene Scheibe, wobei die äußere Scheibe ringförmig ist und die innere Scheibe einen Vollkreis darstellt. Die mittlere Teilfläche 8, die den Innenrand der äußeren Ringscheibe 7 und den Rand der kreisflächigen ebenen Scheibe 9 verbindet, hat annähernd die Form eines Kegelstumpfes.4 and 5 show in perspective view and in radial section a full disk according to a further embodiment of the invention. the full disk is essentially composed of an outer partial surface 7, a central one Partial surface 8 and an inner partial surface 9 together. The outer and inner faces 7 and 9 each form a flat disk, the outer disk being annular and the inner disk is a full circle. The middle sub-area 8, the the inner edge of the outer ring disk 7 and the edge of the circular flat disk 9 connects, has approximately the shape of a truncated cone.

Eine in dieser Hinsicht verallgemeinerte Ausführung einer Vollscheibe zeigen die Fig. 6 und 7 in perspektivischer Ansicht und im Radialschnitt. Diese Scheibe setzt sich aus mehreren, z. B. drei, absatzweise aufeinanderfolgenden kegelförmigen Teilflächen 10, 11 und 12, aus drei ebenen kreisringförmigen Teilflächen 13. 14 und 15 und aus einer inneren ebenen kreisflächigen Teilfläche 16 zusammen.A generalized version of a full disk in this regard 6 and 7 show in perspective view and in radial section. These Disc is made up of several, e.g. B. three, intermittently successive conical Partial areas 10, 11 and 12, made up of three flat, circular ring-shaped partial areas 13. 14 and 15 and from an inner planar partial surface 16 with a circular surface.

Einen aus solchen Scheiben aufgebauten Leiter zeigt die Fig. 8 in der Ansicht. Die leitenden Scheiben sind mit 17 bezeichnet. Diese Scheiben sind durch Isolierstoffzwischenlagen 18 voneinander getrennt. Diese Isolierstoffzwischenlagen können den gesamten Zwischenraum zwischen den leitenden Scheiben 17 ausfüllen, also in ihrem Aufbau vollkommen mit den leitenden Scheiben übereinstimmen. Sie können aber auch aus weniger Teilflächen aufgebaut sein als die leitenden Scheiben und z. B. nur aus einer ebenen Kreisringscheibe oder einer Kegelstumpfscheibe, die der Teilfläche 13 bzw. 11 der Fig. 6 und 7 entspricht, bestehen.A conductor constructed from such disks is shown in FIG. 8 in the opinion. The conductive disks are denoted by 17. These disks are separated from one another by insulating material layers 18. These insulating material layers can fill the entire space between the conductive discs 17, so completely coincide in their structure with the conductive discs. You can but also be made up of fewer partial areas than the conductive disks and z. B. only from a flat circular ring disc or a truncated cone disc, which the Partial area 13 or 11 of FIGS. 6 and 7 corresponds to exist.

Bei dem in der Fig. 9 dargestellten Leiter bestehen sowohl die leitenden als auch die nichtleitenden Schichten aus vollwandigen Scheiben 19 und 20. Diese Scheiben sind in ihrem inneren Bereich eben und in ihrem äußeren Bereich kegelförmig ausgebildet. Mit den kegelförmig ausgebildeten Rändern greifen die Scheiben passend ineinander. Auch bei dieser Ausführung können die nichtleitenden Scheiben eine kleinere Oberfläche als die leitenden Scheiben besitzen und z. B. nur den Zwischenraum zwischen den kegelförmig abgebogenen Rändern der leitenden Scheiben ausfüllen.In the case of the conductor shown in FIG. 9, there are both the conductive ones as well as the non-conductive layers of solid-walled disks 19 and 20. These Discs are flat in their inner area and conical in their outer area educated. With the conical edges, the disks grip appropriately into each other. In this version, too, the non-conductive disks can have a smaller one Have surface than the conductive discs and e.g. B. only the space between fill in the conically bent edges of the conductive discs.

Die in den Fig. 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiele nach der Erfindung lassen sich ohne wesentliche Abänderungen auf rohrförmige Leiter übertragen. Die vollwandigen Scheiben brauchen dazu nur durch entsprechend geformte Scheiben mit einer 1littelöffnung ersetzt zu werden. Die Fig. 10 bis 14 zeigen hierfür einige Ausführungsbeispiele.The exemplary embodiments according to the invention shown in FIGS. 1 to 9 can be transferred to tubular conductors without significant changes. the full-walled panes only need with correspondingly shaped panes to be replaced with a 1-hole opening. FIGS. 10 to 14 show some of this Embodiments.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 10 bestehen die leitenden und nichtleitenden Schichten aus Scheiben 23 und 24 mit kegelstumpfförmiger Oberfläche, wobei die nichtleitenden Scheiben 24 in ihrem Aufbau mit demjenigen der leitenden Schichten 23 übereinstimmen.In the embodiment according to FIG. 10, there are conductive and non-conductive layers of disks 23 and 24 with a frustoconical surface, the construction of the non-conductive disks 24 is similar to that of the conductive Layers 23 match.

Eine ähnliche Ausführung zeigt die Fig. 11, nur füllen bei ihr zum Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 10 die nichtleitenden kegelstumpfartigen Scheiben 26 nicht den gesamten Zwischenraum zwischen den leitenden Scheiben 25 aus, sondern nur den äußeren Teil dieses Zwischenraumes, so daß der .dem Hohlraum .des Leiters zugekehrte Teil der Zwischenräume frei von Isolierstoffmasse ist.A similar embodiment is shown in FIG. 11, only fill it for The difference to the embodiment according to FIG. 10 is the non-conductive truncated cone Disks 26 do not take out all of the space between the conductive disks 25, but only the outer part of this space, so that the .dem cavity .des Conductor facing part of the spaces is free of insulating material.

Die Fig. 12 zeigt wieder einen Leiter, bei dem die leitenden und nichtleitendenScheiben27 und 28 kugelförmig gewölbt sind. Die Scheiben stellen hierbei ringförmige Kugelzonen dar. Diese Ausbildung der Scheiben bringt, wie bereits bei der Ausführung zu der Fig. 3 erwähnt, den besonderen Vorteil mit sich, daß der aus diesen Scheiben zusammengesetzte Leiter biegsam ist und daß bei Biegungen keine Abhebungen der einzelnen Scheiben auftreten, so daß auch bei Biegungen kein wesentlicher Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des Leiters ausgeübt wird.Figure 12 again shows a conductor in which the conductive and non-conductive disks 27 and 28 are domed spherically. The disks represent ring-shaped spherical zones This training of the discs brings, as already in the execution to the Fig. 3 mentions the particular advantage that the composite of these disks Head is flexible and that no lifting of the individual panes when bent occur, so that even with bends no significant influence on the electrical Properties of the conductor is exercised.

Die Fig. 13 und 14 zeigen in perspektivischer Ansicht und im Radialschnitt eine Scheibenausführung', die im wesentlichen mit derjenigen der Fig.4 und übereinstimmt. Diese besteht wiederuni aus einer ebenen kreisringförmigen Teilfläche 29 und aus einer kegelstumpfförmigen Teilfläche 30. Die kegelstumpfförmi,ge Teilfläche30 ist jedoch an ihrem dünneren Ende entsprechend dem vorausgesetzten rohrförmigen Aufbau des Leiters offen. Lediglich hierdurch unterscheidet sie sich von der Scheibenausführung gemäß den Fig.4 und 5, wo die kegelstumpfförmige Teilfläche 8 mit einer ebenen Kreisscheibe g abgeschlossen ist.13 and 14 show in perspective view and in radial section a disc design 'which essentially corresponds to that of FIGS. This again consists of a flat circular ring-shaped partial surface 29 and a frustoconical partial surface 30. The frustoconical partial surface30 is but at its thinner end according to the assumed tubular structure of the head open. Only in this way does it differ from the disc design according to FIGS. 4 and 5, where the frustoconical partial surface 8 with a flat circular disk g is completed.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind noch verschiedene Abweichungen von diesen Ausführungsbeispielen möglich. So können beispielsweise auch Scheibenausführungen Verwendung finden, die von der bevorzugt behandelten Kegel- oder Kugelform abweichen und z. B. eine parabolische Krümmung besitzen. Auch kann die Scheibenausführung nach der Erfindung bei Leitern angewendet werden, die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzen. Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Scheiben keine durchwegs ebene Oberfläche besitzen, sondern zumindest zum Teil gekrümmt sind. Dies bedeutet, daß die Scheiben Flächenelemente enthalten oder selbst aus solchen Flächen gebildet sind, deren Normale nicht mit der Leiterachse zusammenfällt, sondern vielmehr einen Winkel mit ihr bildet.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown in the figures limited. Various deviations from these are within the scope of the invention Embodiments possible. For example, disc designs Find use that deviate from the cone or spherical shape treated with preference and Z. B. have a parabolic curvature. The disc design can also be be used according to the invention in conductors that deviate from a circular shape Own cross-section. It is essential for the invention that the discs do not consistently have a flat surface, but are at least partially curved. This means, that the disks contain surface elements or are themselves formed from such surfaces are whose normal does not coincide with the axis of the ladder, but rather one Forms an angle with it.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement of one or more ladders for Conducting high-frequency electromagnetic waves with at least one conductor from individual ones alternating in the direction of propagation of the waves conductive and non-conductive layers, characterized in that the conductive layers of the conductor with anisotropic conductivity have surface parts, which are inclined or curved at an angle to the conductor axis and over intervening Insulating material inserts fit into each other and are self-centering.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the conductive layers are spaced apart holding insulating material inserts the space between the individual conductive Filling in part or all of the layers.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the discs have a full area with a circular Form a border.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Discs form an annular surface with a circular inner and outer edge.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the discs approximately have the shape of cone caps or of truncated cone surfaces.

6. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the discs are approximately in the form of spherical caps or have annular spherical zones.

7. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the disks consist of spherical or conical faces. B.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized characterized in that the discs consist essentially of two contiguous partial surfaces exist with a circular border, one of which is flat and the others have a conical or spherical shape.

9. Arrangement according to the claims 4 and 8, characterized in that the inner edge of the annular disc is conical or is spherical.

10. Arrangement according to claims 3 or 4 and 8, characterized in that the outer edge of the disc is spherical or conical. Considered publications: German Patent Specifications No. 662 528, 908 754, 910 069; British Patent No. 620,991; U.S. Patent Nos. 2,228,797, 2,217,162; Proceedings of the IRE, October 1954, pp. 1527-1529.