DE893811C

DE893811C - Mikrowellenuebertragungsanlage

Info

Publication number: DE893811C
Application number: DEI4169A
Authority: DE
Inventors: Andre G Clavier; David L Thomas
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1950-05-23
Filing date: 1951-05-20
Publication date: 1953-10-19
Also published as: FR1044627A; GB676947A; CH309730A; BE503409A; US2770783A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenübertragungsanlage und insbesondere einen Oberfläehenwellenleiter und Mittel für idie Kopplung solch eines Oberflächenwellenleiters mit anderen Mikrowellenübertragungsleitungen .

Zusätzlich zu der Übertragung von Mikrowellenenergie über Radiorichtverbindiungen, koaxiale Kabel und dielektrische Wellenleiter besteht eine weitere sehr breitbandige Übertragungsmöglichkeit für Mikrowellenenergie in dem sogenannten Oberflächenwellenleiter, das ist ein metallischer Draht mit einer Isolationsschicht. Durch die Isolationsbedeckuing des Drahtes wird das elektromagnetische Feld in seiner Ausdehnung um den Draht stark begrenzt und dicht um den Draht konzentriert. Zum Beispiel hat ein gewöhnlicher, Nr. 12, emaillierter Kupferdraht eine elektromagnetische Feldkonzentration, die sich innerhalb 75 bis 100 mm Radius um den Draht erstreckt und wobei sich die gesamte Hochfrequenzenergie in diesem Feld fortpflanzt. Diese Oberflächenwellenleitung hat sehr kleine Verluste und ist praktisch frei von elektrischen und anderen Störungen, solange das konzentrierte elektrische Feld um den Leiter nicht gestört wird.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines speziellen Oberflächenwellenleiters für die Mikrowellenübertragung und die Schaffung einer Kopplungsvorrichtung zwischen dem Oberflächenwellenleiter und anderen Mikrowellenübertragungsleitungen.

Eines der Merkmale der Erfindung besteht in der Variation der Verteilung der Isolation längs der Oberflächenwellenleitung. Es ist bekannt, daß einmit Isolation bedeckter Leiter als ein Wellenleiter

für Mikrowellenenergie dienen kann. Ein Merkmal

893'Si 1

der Erfindung besteht nun in einer besonderen Verteilung der Isolationsbedeckung des Oberflächenwellenleiters. Die Verteilung besteht in der Anordnung und Befestigung einer Anzahl Perlen-oder Scheiben aus Isoliermaterial mit Zwischenräumen ■längs einem Drahtleiter. Eine andere Art der Verteilung· besteht in einer kontinuierlichen Bedeckung des Drahtleiters mit Isoliermaterial, auf die zusätzlich mit Zwischenraum Perlen oder Scheiben ίο in der Form vergrößerter Teile des Isoliermaterials aufgebracht sind. Eine ähnliche Wellenfortpflanzung wie mittels eines Leiters mit verteilter Isolation kann auch durch einen blanken Draht erzielt werden, der einen endlichen spezifischen Widerstand gegenüber einem gewöhnlichen Kupferdraht aufweist. Solch ein Draht mit einer Isolationsbedeckung bewirkt eine stärkere Feldkonzentration um die Drahtoberfläche.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in einer Kopplungsanordnung für die Kopplung eines Oberflächenwellenleiters mit dem Außenleiter von Koaxialleitungen oder der Wand von dielektrischen Wellenleitern. Der Endteil eines hohlen Leiters, der aus einem Teil oder einer Fortsetzung der Wand eines dielektrischen -Wellenleiters oder dem Außenleiter einer Koaxialleitung bestehen kann, wird in der Leitfähigkeit allmählich nach dem Ende zu verringert. Der Zweck dieses Endwiderstandes ist, in erster Linie Abschlußverluste zu absorbieren und so eine verbesserte Übertragungsanpassung· zu erzeugen. Diese Leitfähigkeitsabnahme kann durch verschiedene Anordnungen bewirkt werden. Zum Beispiel durch Verjüngung der Dicke des Endteiles des hohlen Leiters unter die wirksame Dicke der Skin-Leitung und zweitens bei konstanter Dicke des hohlen Leiters durch Verringerung der Leitfähigkeit desselben, bis die Leitfähigkeit am Abschlußende praktisch bis auf Null verringert ist. Ein drittes Beispiel besteht in der Aufspritzung von Widerstandsmaterial sowohl auf die Innenoder Außenfläche des Endteiles des hohlen Leiters, wobei die Widerstandsschieht allmählich vom Ende des Leiters nach innen zu verringert wird.

Das Isoliermaterial am Endteil des hohlen Leiters ist vorzugsweise in der Qantität und/oder Qualität vergrößert bzw. verbessert, um das Feld auf einen Radius zu beschränken, der gleich oder geringer als der Radius des hohlen Leiters ist, und zwar unabhängig davon, ob der Leiter einen Abschlußwiderstand aufweist oder nicht. Dieses Isoliermaterial wird vom Abschlußende desselben über eine Strecke nach außen längs der Leitung im Betrag verringert und kanm ,z. B. aus einem festen Körper aus dielektrischem Material oder einer Anzahl Perlen oder Scheiben aus Isoliermaterial ausgewählter Größe und bestimmten Abstandes voneinander bestehen, um die gewünschte Veränderung in der dielektrischen Eigenschaft zu erzeugen. Die Perlen oder Scheiben können in ihren Querschnittsabmessungen oder in ihrer Breitenabmessung oder ■in beiden variieren. Das Abschlußisoliermaterial kann auch in seiner Isoiationsqualität eine gewisse Strecke längs der Leitung innerhalb des äußeren hohlen Leiters abnehmen. Alle diese Anordnungen dienen zur Konzentration des elektromagnetischen Feldes dicht um den Wellenleiter für die Über- ■ ragung· von Mikrowellenenergie mit einem Minimum von Störungen längs der Leitung und zwischen der Leitung und den Wänden von Mikrowelienübertragungsvorrichtungen.

Auisfü'hrungsbeispiele der, Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι ist ein Längsschnitt einer Kopplungsvorrichtung für die Kopplung eines Oberflächenwellenleiters mit einer Koaxialleitung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. ι;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer anderen Kopplungsvorrichtung, welche Perlen oder Scheiben aus Isoliermaterial· verwendet, die mit Abstand längs der (Leitung am angekoppelten Ende derselben aufgebracht sind;

Fig. 3 a ist ein vergrößerter Querschnitt einer der in Fig. 3 gezeigten Scheiben;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches die Verteilung von Isoliermaterial auf der Leitung in, Form von Perlen oder Scheiben zeigt, und bei dem die Leitung mit einem dielektrischen Wellenleiter gekoppelt ist;

Fig. 5 und 6 zeigen andere Ausführungsbeispiek von Kopplungsvorrichtungen im Längsschnitt.

In den Fig. 1 und 2 ist ein einziger Leiter 1 gezeigt, der eine kontinuierliche Bedeckung aus Isoliermaterial 2 aufweist, die aus Emaille, Polystyrol, Polyäthylen oder anderem Isoliermaterial besteht. Die Bedeckung 2 kann jedoch weggelassen werden, wenn der Leiter den erforderlichen 'spezifischen elektrischen Widerstand hat, um das 'elektromagnetische Feld innerhalb eines genügenden Radius um den Leiter zu konzentrieren. Der Leiter 1 erstreckt sich in einen hohlen Leiter 3 einer Kopplungsvorrichtung, die aus dem Abschlußende einer Koaxialleitung 4 mit festem Dielektrikum bestehen kann. Der Leiter 1 ist als eine Fortsetzung des Mittelleiters 5 der Koaxialleitung weitergeführt. Der hohle Leiter 3 kann natürlich auch der Wandteil eines dielektrischen Wellenleiters sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die isolierende Bedeckung2 geht vorzugsweise in einem Isolierkörper 6, 7 über oder tritt in denselben ein, und der Isolierkörper 6,7 ist innerhalb des Endteiles des hohlen Leiters 3 angeordnet. Der Isolierkörper kann aus einem Stück oder aus zwei oder mehreren Teilen bestehen, die in Längsrichtung getrennt sind und die durch ein Lösungs- oder Bindemittel und/oder durch die Umhüllung des hohlen Leiters 3 zusammengehalten werden. In den Fig. 1 und 2 z. B. besteht der Körper aus den beiden jHälften 6 und 7, die Nuten aufweisen, um den Leiter 1 aufzunehmen. Wo die Leiter 1 und 5 von verschiedener Größe sind, ist der Verbindungsteil vorzugsweise verjüngt ausgeführt. Der hohle Leiter 3 weist eine Verlängerung 8 ,auf, die vorzugsweise den Körperö überlappt ■und die in ihrer Leitfähigkeit allmählich bis zum ■nde 9 auf Null abnimmt. Diese. Verlängerung 8

kann durch Verjüngung der Dicke des Leiters 3 gebildet werden, so daß die Leitfähigkeit desselben allmählich unter die normale Skin-Leitfähigkeit verringert wird, bis sie Null erreicht. Der Teil 8 S kann auch durch Auf spritzen von leitendem Material auf den Körper 6, 7 gebildet werden, wobei die Bedeckung- bis zum Punkt 9 allmählich dünner wird, an welchem nur noch getrennte Teilchen aus leitendem Material vorhanden sind. Der Teil des - 10 Körpers 6, 7, der sich von dem Endteil 9 weiter nach außen erstreckt, ist allmählich bis auf die Stärke der Bedeckung 2 verjüngt.

In Fig. 3 trägt die isolierende Bedeckung 2 eine Anzahl Perlen oder Scheiben 10, 11, 12, 13 aus Isoliermaterial, die mit Abstand voneinander längs des Leiters 1 angeordnet sind. Diese Scheiben 10, 11, 12 und 13 variieren, im Durchmesser, wobei die größte Scheibe 10 am Ende 9 des hohlen Leiters 3 angeordnet ist. Die Dicke oder Länge dieser Scheiben, ist vorzugsweise viel kleiner als die Wellenlänge der übertragenen Mikrowellenenergie. Die Scheibe 10 schließt das Ende vom Glied 3 ab und die Scheiben 11, 12 und 13 haben einen fortschreitenden kleineren Durchmesser, der sich bei der Scheibe 13 dem. Durchmesser der Bedeckung 2 nähert. Die Bedeckung 2 kann zwischen der ersten Scheibe 13 und der Endscheibe 10 und wenn gewünscht auch längs des Leiters unterbrochen sein, in Fig. 3 ist die Bedeckung jedoch über die ganze Leiterlänge vorhanden. Die Bedeckung 2, welche vorzugsweise in ihrer Dicke durch eine zusätzliche Emailleschicht verstärkt ist, dient zur Befestigung der Scheiben oder Perlen wie auch zur Konzentrierung des elektromagnetischen Feldes dicht um den Leiter i. Die Anzahl der Perlen oder Scheiben 10 bis 13 wie auch deren Abstand kann, wenn gewünscht, auch variiert werden. Der Mittelleiter 5 wird durch Abstandsscheiben 14 in der bei Koaxialleitungen üblichen Weise getragen.

In Fig. 4 ist ein dielektrischer Wellenleiter 15 dargestellt, der aus einem hohlen Leiter 16 besteht, in welchem sich der Leiter i^A erstreckt. Der Leiter i^A ist zur Abspannung über eine Spannvorrichtung 17 mit einem nicht gezeigten Träger verbunden. Der Leiter i^A ist durch einen Greifer 18 einer röhrenförmigen Hülse 19 elektrisch mit der Endkappe 20 an dem Hohlleiter 16 verbunden.

Die¹ Hülse 19 sichert eine genaue koaxiale Lage des Leiters. Mit dem Hohlleiter 16 ist ein dielekirischer Wellenleiter 21 für die Übertragung von Mikrowelleneneirgie nach dem Leiter i^A verbunden, welcher gegenüber dem Wellenleiter 21 von seiner Isolationsbedeckung frei sein kann oder nicht. Ferner ist eine Verbindung 22 für eine direkte Verbindung oder eventuell auch kapazitive Kopplung mit dem Leiter vorgesehen.

Der Leiter x^A ist als blanker Draht dargestellt, welcher eine verteilte Isolation in Form von Perlen oder Scheiben 23 aufweist, deren Abstand 6" vorzugsweise so ist, daß pro Wellenlänge zehn Scheiben untergebracht werden. An der Ankopplungsstelle haben die Scheiben unterschiedliche radiale Abmessungen, ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Die größte Scheibe 24 ist vorzugsweise am Ende des Hohlleiters angebracht und schließt denselben ab. Um eine Störung der Wellenfortpflanzung an der Übergangsstelle zu verringern, sind andere Scheiben 25 abnehmender Größe vorgesehen, die längs des Leiters innerhalb des hohlen Leiters 16 mit Abstand voneinander angebracht sind. Der Endteil 26 des Hohlleiters· 16 hat bei diesem Ausführungsbeispiel eine konstante Dicke unterschiedlich zu der verjüngten Dicke des Endteiles 8 in den Fig. ι und 2. Das Material vom Teil 26 ist jedoch so gewählt, daß es in seiner Leitfähigkeit über seine Länge variiert, bis die Leitfähigkeit des Teiles am. Ende praktisch Null ist. Dies kann durch Aufspritzen von Widerstandsmaterial auf der Innenseite und/oder Außenseite des Hohlleiters bewirkt werden, wobei die Widerstandsschicht am Abschlußende am stärksten ist.

In Fig. 5 ist der Leiter i^A gleich aufgebaut wie in Fig. 4. Das verteilte Isoliermaterial ist ebenfalls in Form von Scheiben 23 aufgebracht. Durch genauen Abstand dieser Scheiben wird derselbe Konzentrationseffekt des elektromagnetischen Feldes um den Leiter bewirkt, wie durch eine kontinuierliche Bedeckung 2 in den Fig. 1 und 2. Im Gebiet 27, wo der Leiter i^A sich dem Hohlleiter 16 nähert und in diesen eintritt, sind die Scheiben mit immer go dichterem Abstand aufgebracht, bis der kleinste Abstand am Ende des Hohlleiters erreicht ist. Um den Leiter in koaxialer Lage zum Hohlleiter zu halten, sind die gewöhnlichen Mittelleiterabstandsstücke 14 verwendet. Diese Konzentration des Isoliermaterials am Kopplungsende beschränkt das elektromagnetische Feld wirksam auf einen Querschnitt, der dem Querschnitt des Hohlleiters 16 entspricht.

In Fig. 6 ist das Isoliermaterial ebenfalls in Form von Scheiben oder Perlen 28, 29, 30 und 31 aufgebracht, die in der Nähe des Hohlleiters 32 sowohl im Durchmesser und der Stärke variieren und demzufolge auch im Abstand. Die größte Scheibe 28, welche in ihrer Stärke geringer ist als die Wellenlänge der übertragenen Mikrowellenenergie, ist im Endteil 33 ,angeordnet. Von da aus nehmen die Stärken, der Isolierscheiben 34 wieder bis auf die Stärke der gewöhnlichen Abstandsscheiben 14 ab.

Claims

Patentansprüche:

ι . Mikrowellenübertragungsanlage, gekennzeichnet durch einen Leiter für die Übertragung von Mikrowellen mittels eines um den Leiter gebildeten elektromagnetischen Feldes, einen Hohlleiter, in welchen sich der Oberflächenwellenleiter erstreckt, und dadurch gekennzeichnet, daß um den Oberflächenwellenleiter an der Übergangsstelle in den Hohlleiter Isoliermaterial zusätzlich angebracht ist, um das elektromagnetische Feld an dieser Stelle zu konzentrieren.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung allmählich in der Isoliereigenschaft für eine gegebene Ent-

fernung nach außen längs der Leitung verringert ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil des Hohlleitermantels in der Dicke verjüngt ist, um dadurch die Leitfähigkeit desselben allmählich zu verringern.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil des Hohlleiter mantels auf seiner Länge Widerstandsmaterial einschließt, welches nach dem Ende des Hohlleiters zu verstärkt ist, damit die wirksame Leitfähigkeit des Endteiles ,allmählich abnimmt.
S- Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter, den Außenleiter einer Koaxialleitung bildet, und daß der Oberflächenwellenleiter ©ine Fortsetzung des Mittelleiters der Koaxialleitung bildet.
6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Wellenleiter mit einer kontinuierlichen Isolierschicht bedeckt ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kopplungs stelle ein zylindrischer Körper aus Isoliermaterial im Ende des Hohlleiters angeordnet ist, dessen sich nach außen erstreckender Teil bis auf die Dicke der Isolationsbedeckung desOberflächenwellenleiters verjüngt.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Endteil des Hohlleiters eine Schicht aus leitendem Material einschließt, die sich über einen Teil des Isolierkörpers erstreckt und allmählich in der Dicke nach dem Ende zu abnimmt.
9. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter mit Teilen aus Isoliermaterial .bedeckt ist, die einen gegenseitigen Abstand aufweisen.
10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial in Form von Teilstücken verteilt ist, die mit Zwischenraum längs des Leiters am Kopplungsende mit dem Hohlleiter aufgebracht sind.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekenn-' zeichnet, daß die Teile unabhängige Scheiben oder Perlen aus Isoliermaterial sind.
12'. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verteilte Isoliermaterial eine kontinuierliche Beideckung .aus Isoliermaterial einschließt und daß die Teile Scheiben oder Perlen, aus Isoliermaterial einschließen.
13. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial am Kopplungsende Perlen oder Scheiben aus Isoliermaterial einschließt, die längs des Teiles der Leitung mit Zwischenraum angeordnet sind, die sich in den genannten Hohlleiter erstreckt.
14. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile in der Größe variieren.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile im Querschnitt variieren.
16. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teile in der Stärke variieren.
17. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile sowohl im Querschnitt wie in der Stärke variieren.
18. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der. Abstand zwischen den genannten Teilen variiert und daß der Abstand dort kleiner ist, wo die Isolationseigenschaft am größten ist.
19. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial längs der genannten Leitungen im Innern des hohlen Leiters allmählich in ■ der Isoliereigenschaft abnimmt.
20. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Leiter durch die Wand eines Wellenleiters gebildet ist.
21. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der höhle Leiter der Außenleiter einer Koaxialleitung'ist und daß der Mittelleiter der Koaxialleitung mit dem Oberflächenwellenleiter verbunden ist.
22. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der O,bernächenwellenleiter mit Isoliermaterial bedeckt ist und daß die Verteilung des Isoliermaterials über eine gegebene Leitungslänge allmählich verstärkt ist, um das elektromagnetische Feld längs der genannten Länge stärker zu konzentrieren, und daß die verstärkte Verteilung durch Isoliermaterialteile gebildet wird, die unter Zwischenräumen längs der genannten Länge auf den Leiter aufgebracht sind.
23. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in der Größe variieren.
24. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in den Querschnittsabmessungen variieren.
25. Anlage nach Anspruch.22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in der Breite variieren.
26. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile sowohl in der Querschnittsabmessung wie in der Breite variieren.
27. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß. der Abstand zwischen den genannten Teilen variiert, und daß der Abstand kleiner wird, wo die Isolationseigenschaft größer werden soll.
28. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,, daß das verteilte Isoliermaterial eine kontinuierliche Bedeckung aus Isoliermaterial ^1X5 einschließt und daß die genannten Teile aus Perlen oder Scheiben aus Isoliermaterial bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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