DE914638C

DE914638C - Coupling element for the transmission of an electrical oscillation of very high frequency

Info

Publication number: DE914638C
Application number: DET5936A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Protze
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-03-19
Filing date: 1952-03-20
Publication date: 1954-07-05

Description

AUSGEGEBEN AM 5. JULI 1954ISSUE JULY 5, 1954

T 5936 VIII a/ 21 a*T 5936 VIII a / 21 a *

sehr hoher Frequenzvery high frequency

In der Funknachrichtentechnik ergibt sich oft die Aufgabe, eine elektrische Schwingung sehr hoher Frequenz auf einen Teil einer elektrischen Anlage zu übertragen, der ständig oder gelegentlich eine hohe Wechselspannung niedrigerer Frequenz oder eine hohe Gleichspannung gegenüber der Spannungs- bzw. Stromquelle sehr hoher Frequenz aufweist. Als Beispiel sei der Fall einer kombinierten Antenne herangezogen, welche einen als selbstschwingender Mast ausgebildeten Mittelwellenstrahler aufweist, der an seinem oberen Ende eine Anordnung zur Ausstrahlung von kurzen oder ultrakurzen Wellen, vorzugsweise im Dezimeter- oder Zentimeterbereich, trägt. Dabei muß die Hochfrequenzleistung für die Speisung der Höchstfrequenzantenne auf den Mast übertragen werden, der an seinem Fußpunkt im allgemeinen eine hohe Mittelwellenspannung gegenüber Erde aufweist.In radio communications technology, the task of producing an electrical oscillation often arises high frequency to a part of an electrical system, continuously or occasionally a high alternating voltage with a lower frequency or a high direct voltage the voltage or current source has a very high frequency. As an example, consider the case of one combined antenna used, which is designed as a self-oscillating mast medium wave radiator has, which at its upper end an arrangement for the emission of short or ultra-short waves, preferably in Decimeter or centimeter range, carries. The high-frequency power must be used for the supply the high frequency antenna can be transmitted to the mast at its base in general has a high mean wave voltage with respect to earth.

Es ist bekannt, in die Speiseleitung zu der auf der Mastspitze befindlichen Antenne für die höhere Frequenz einen Übertrager mit induktiv miteinander gekoppelten Spulen einzuschalten. Mit Rücksicht auf die erforderliche hohe Spannungsfestigkeit gegenüber der Mittelwellenspannung werden derartige Anordnungen aber sehr groß und kostspielig. Es ist auch bereits bekannt, das Speisekabel für die zusätzliche Antenne zu einer Spule aufzuwickeln, welche eine Drosselspule oder zusammen mit einer zwischen zwei Punkten des Kabelmantels eingeschalteten Kapazität einen abgestimmten Sperrkreis für die Mittelwellen-It is known in the feed line to the antenna located on the top of the mast for the higher Frequency to switch on a transformer with inductively coupled coils. With consideration to the required high dielectric strength compared to the medium wave voltage but such arrangements are very large and expensive. The feeder cable is also already known for the additional antenna to be wound into a coil, which is a choke coil or together with a capacitance switched on between two points of the cable jacket a matched one Trap circuit for the medium wave

spannung bildet. Diese Anordnung verursacht aber durch die notwendige Verlängerung des Kabels eine Erhöhung der Verluste und ergibt eine Sperrwirkung nur für einen verhältnismäßig schmalen Frequenzbereich. Außerdem geht der Scheinwiderstand des Sperrglieds als Querwiderstand in die Abstimmung der Kopplungselemente für die Speisung des Mittelwellenmastes mit ein.tension forms. However, this arrangement is caused by the necessary extension of the cable an increase in losses and results in a blocking effect only for a relatively narrow one Frequency range. In addition, the impedance of the blocking element goes into the transverse resistance Coordination of the coupling elements for the supply of the medium wave mast with one.

Durch die Erfindung werden in diesen und in ίο ahnlichen Fällen die Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden, indem das Kopplungselement für die Übertragung der elektrischen Schwingung sehr hoher Frequenz erfindungsgemäß als nichtmetallischer dielektrischer Wellenleiter ausgebildet ist, der für die niedrigeren Frequenzen eine Sperrwirkung zeigt. Auf diese Weise ist es möglich, bei mäßigen Gesamtabmessungen und Kosten eine hohe Spannungsfestigkeit des Kopplungselements mit fast ideal zu nennenden Sperreigenschaften für Schwingungen niederer Frequenz und mit guten Übertragungseigenschaften für die Schwingung sehr hoher Frequenz zu vereinen. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung sind innerhalb des elektrischen Wellenleiters und vorzugsweise in der Nähe seiner Enden Mittel zur Einführung der durch ihn zu übertragenden Hochfrequenzschwingung in den dielektrischen Leiter und Mittel zur Abnahme der Energie aus dem dielektrischen Leiter in einem derartig bemessenen Mindestabstand voneinander angeordnet, daß zwischen ihnen keine nennenswerte Entladung der genannten anderen Gleich- oder Wechselspannung, insbesondere keine Glimm- oder Funkenentladung, eintritt.The invention eliminates the disadvantages of the known arrangements in these and in similar cases avoided by the coupling element for the transmission of electrical oscillation very high frequency designed according to the invention as a non-metallic dielectric waveguide which shows a blocking effect for the lower frequencies. In this way it is possible with moderate overall dimensions and costs, a high dielectric strength of the coupling element with almost ideal blocking properties for low frequency vibrations and with to combine good transmission properties for the oscillation of very high frequency. In the Practices of the invention are within the electrical waveguide and preferably in the vicinity of its ends means for introducing the high-frequency oscillation to be transmitted through it in the dielectric conductor and means for removing the energy from the dielectric conductor arranged in such a dimensioned minimum distance from one another that no significant discharge of the other DC or AC voltage mentioned between them, in particular no glow or spark discharge occurs.

Der Ausdruck nichtmetallischer dielektrischer Wellenleiter ist hier gewählt worden, um die Tatsache hervorzuheben, daß dieser Wellenleiter keinen metallischen Leiter zwischen seinem Eingangs- und Ausgangsende enthält, und mit besonderer Berücksichtigung des Umstands, daß metallische Hohlrohrleitungen in der Fachliteratur ebenfalls als dielektrische Leitungen bezeichnet werden (F. Vilbig, Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, Bd. ι, 4. Aufl., S. 434 u. ff.). Im vorliegenden Fall ist jedoch an ein Kopplungselement gedacht, welches in seinem wellenführenden Teil lediglich aus dielektrisch wirksamem Material besteht und infolgedessen in besonders günstiger Weise eine derartige konstruktive Ausbildung erlaubt, daß eine hohe Spannungsfestigkeit erzielt wird.The term non-metallic dielectric waveguide has been chosen here to reflect the fact to emphasize that this waveguide does not have a metallic conductor between its input and exit ending, and with particular reference to the fact that metallic hollow pipelines are also referred to as dielectric lines in the technical literature (F. Vilbig, textbook of high frequency technology, vol. ι, 4th ed., p. 434 and ff.). In the present Case is thought of a coupling element, which in its shaft-guiding part only consists of dielectrically effective material and as a result in a particularly favorable manner Such a structural design allows a high dielectric strength to be achieved.

Es ist zweckmäßig, dem dielektrischen Leiter einen zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen oder rechteckigen Querschnitt zu geben und ihn entweder als Vollkörper oder als Rohr auszubilden. Im Fall der Verwendung eines nichtleitenden Rohrs kann dieses mit einer dielektrischen Flüssigkeit oder mit einem vorzugsweise unter höherem als Atmosphärendruck stehenden Gase gefüllt sein; zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit kann dieses Rohr aber auch evakuiert sein.It is expedient for the dielectric conductor to be cylindrical, preferably circular-cylindrical or rectangular cross-section and either as a solid body or as a tube to train. In the case of using a non-conductive pipe, this can be done with a dielectric Liquid or filled with a gas which is preferably under higher than atmospheric pressure be; however, this pipe can also be evacuated to increase the dielectric strength.

In der Zeichnung sind in Abb. 1 bis 3 bevorzugte Ausführungsbeispiele von Kopplungselementen nach der Erfindung dargestellt.In the drawing, FIGS. 1 to 3 show preferred exemplary embodiments of coupling elements shown according to the invention.

Tn Abb. ι ist 1 ein dielektrischer Wellenleiter von kreiszylindrischer Form aus einem geeigneten festen Dielektrikum, z. B. einem keramischen j Material. Zur Zuführung und Abnahme der zu j übertragenden Hochfrequenzschwingungen sind die konzentrischen Hochfrequenzleitungen 2, 4 und 3, 5 vorgesehen, deren Innenleiter mit je einem im Innern des dielektrischen Leiters angeordneten Strahler 4' bzw. 5' in Verbindung stehen, während ; die Leitungsmäntel 2 und 3 mit den Abschirmkappen 6 und 7 verbunden sind. Die Abdeckung der zur Längsachse des dielektrischen Leiters senkrechten Endflächen ist erforderlich, um ein Austreten von Strahlung an diesen Stellen zu verhindern. Zweckmäßigerweise werden auch die Außenflächen des prismatischen oder zylindrischen Wellenleiters in der Nähe der Enden mit leitenden Abdeckungen versehen, so daß an jedem Ende eine kappenförmige Abschirmung gebildet wird, wie diese in Abb. 1 dargestellt sind. Auf diese Weise lassen sich auch die konzentrischen Hochfrequenzleitungen in einfacher Weise anschließen, indem sie durch die Kappen hindurchgeführt werden. Die beiden Strahler 4' und 5' liegen dann in dem von den Abschirmkappen umgebenen Raum, so daß eine seitliche Ausstrahlung durch die zylindrische Fläche hindurch von den Punkten aus, wo die Form der Rohrwellenschwingung noch nicht rein ausgebildet ist, ebenfalls völlig vermieden wird. Die Strahler sind in Abb. 1 als lineare Leiterstücke, praktisch als einfache Verlängerungen des Kabelinnenleiters, dargestellt. Es können aber auch andere Strahlerformen, beispielsweise Leiterschleifen, angewendet werden. Grundsätzlich sind hier alle aus der Fachliteratur bekannten Anordnungen von Strahlern für die Anregung der verschiedenen möglichen Formen von Rohrwellenschwingungen anwendbar. In Abb. 1 kann es zur Vermeidung von Reflexionen an der Eintrittsstelle des Innenleiters in das Dielektrikum zweckmäßig sein, an dieser Stelle den Querschnitt des Innenleiters abzustufen, d. h. den Teil 4 bzw. 5 mit einem vom Teil 4' bzw. 5' abweichenden Querschnitt auszuführen. Tn Fig. 1 is a dielectric waveguide of circular cylindrical shape made of a suitable solid dielectric, e.g. B. a ceramic j material. To supply and remove the high-frequency vibrations to be transmitted are the concentric high-frequency lines 2, 4 and 3, 5 are provided, the inner conductors each with one im Inside the dielectric conductor arranged radiators 4 'and 5' are in connection, while ; the cable sheaths 2 and 3 are connected to the shielding caps 6 and 7. The cover of the end faces perpendicular to the longitudinal axis of the dielectric conductor is required in order to achieve a Prevent radiation leakage at these points. The Outer surfaces of the prismatic or cylindrical waveguide near the ends with conductive Provided covers so that a cap-shaped shield is formed at each end, such as these are shown in Fig. 1. In this way, the concentric high-frequency lines can also be used connect in a simple manner by passing them through the caps. the both radiators 4 'and 5' are then in the space surrounded by the shielding caps, so that a lateral radiation through the cylindrical surface from the points where the Shape of the tubular wave oscillation is not yet pure, is also completely avoided. The radiators are shown in Fig. 1 as linear conductor pieces, shown practically as simple extensions of the inner cable conductor. But it can also other radiator forms, for example conductor loops, can be used. Basically are here all arrangements of radiators known from the specialist literature for the excitation of the various possible forms of tubular wave vibrations applicable. In Fig. 1 it can be used to avoid of reflections at the point of entry of the inner conductor into the dielectric can be useful to graduate the cross-section of the inner conductor at this point, d. H. the part 4 or 5 with a dated Part 4 'or 5' to carry out a different cross-section.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform der Kopplungseinrichtung nach der Erfindung mit einem dielektrischen Rohrkörper 8, der die gleiche Aufgäbe erfüllt wie der Vollkörper 1 in Abb. 1. Die einander entsprechenden Teile in Abb. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Verwendung eines Rohrkörpers schafft die Möglichkeit, die elektrische Länge mittels der zur .115 Längsachse senkrecht stehenden Platten 9 und 10, welche mit den Abschirmkappen leitend verbunden und zwischen dem Ende des Rohrkörpers und dem zugehörigen Strahler parallel zu sich selbst verschiebbar sind, auf einen geeigneten Wert einzustellen. Fig. 2 shows an embodiment of the coupling device according to the invention with a dielectric tubular body 8, which fulfills the same task as the solid body 1 in Fig. 1. The Corresponding parts in Fig. 1 and 2 are provided with the same reference numerals. The use of a tubular body creates the possibility of increasing the electrical length by means of the zur .115 Plates 9 and 10 which are perpendicular to the longitudinal axis and which are conductively connected to the shielding caps and displaceable parallel to itself between the end of the tubular body and the associated radiator are to be set to a suitable value.

Die Kappen 6 und 7 können nach den in der Hochspannungstechnik bewährten und bei der Konstruktion von Isolatoren angewendeten Grundsätzen ausgebildet sein. Zur Vermeidung von Glimmentladungen an den einander zugekehrtenThe caps 6 and 7 can after the tried and tested in high voltage technology and in the Design of isolators should be trained using the principles applied. To avoid Glow discharges on those facing each other

Begrenzungen der Kappen können dort beispielsweise die in den Abb. ι und 2 dargestellten senkrecht zur Längsachse sich erstreckenden ringförmigen Ansätze vorgesehen sein, welche an ihren äußeren Rändern ein abgerundetes Profil aufweisen. Limitations of the caps can there, for example, those shown in Figs. Ι and 2 vertically to the longitudinal axis extending annular lugs may be provided, which at their outer edges have a rounded profile.

Mit Rücksicht auf die ungestörte Ausbreitung reiner Rohrwellenformen kann die Außenfläche der dielektrischen Leiter nicht ohne weiteres in der sonst bei Isolatoren üblichen Weise mit Rippen versehen werden. Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher der dielektrische Leiter 1 von einem rohrförmigen Isolator 11 umgeben bzw. in einen Hochspannungsisolator eingebaut ist. Die Zuführung der Leitungen 2, 4 und 3, 5 erfolgt hier durch die Endflächen hindurch. Die Strahler 4' und 5' sind hier als zu den Kappen 6 bzw. 7 führende Leiterschleifen ausgebildet. Die Keramikkappen 12 und 13 dienen zur Abdeckung des Kabeiao eintritts und zur mechanischen Befestigung. Es ergibt sich auf diese Weise eine Kopplungseinrichtung von verhältnismäßig geringer Größe bei großen elektrischen Leistungen. Für eine gute Sperrwirkung gegenüber allen Schwingungen niedrigerer Frequenz ist es zweckmäßig, den dielektrischen Wellenleiter so zu bemessen, daß die zu übertragende Frequenz bei der durch die Ausbildung der beiden Strahler bestimmten Wellenform ungefähr der übertragbaren Grenzfrequenz entspricht.In view of the undisturbed propagation of pure tubular waveforms, the outer surface of the dielectric conductor cannot easily be provided with ribs in the manner otherwise customary with insulators. FIG. 3 shows an arrangement in which the dielectric conductor 1 is surrounded by a tubular insulator 11 or is built into a high-voltage insulator. The lines 2, 4 and 3, 5 are fed in here through the end faces. The radiators 4 ' and 5' are designed here as conductor loops leading to the caps 6 and 7, respectively. The ceramic caps 12 and 13 are used to cover the Kabeiao inlet and for mechanical fastening. This results in a coupling device of relatively small size with high electrical powers. For a good blocking effect against all vibrations of lower frequency, it is advisable to dimension the dielectric waveguide so that the frequency to be transmitted corresponds approximately to the transmittable cut-off frequency for the waveform determined by the design of the two radiators.

Claims

Patent claims:

1. Coupling element for the transmission of an electrical oscillation of very high frequency on a part of an electrical system that constantly or occasionally carries a high alternating voltage lower frequency or a high DC voltage compared to the voltage or Having a very high frequency power source, characterized in that the coupling element is a non-metallic dielectric Waveguide (1 or 8) is formed, which has a blocking effect for the lower frequencies shows.

2. Coupling element according to claim 1, characterized in that within the electrical Waveguide (1, 8) and preferably means for introduction near its ends the high-frequency oscillation to be transmitted by it into the dielectric conductor and means for removing energy from the dielectric conductor in such a manner Minimum distance from each other are arranged that between them no significant Discharge of the named other direct or alternating voltage, in particular no glow or spark discharge, occurs.

3. Coupling element according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric conductor has a cylindrical or prismatic, preferably circular-cylindrical or rectangular cross-section and is designed either as a solid body (1) or a tube (8).

4. Coupling element according to one of claims ι to 3, characterized in that the dielectric conductor at its end faces perpendicular to the longitudinal axis and preferably also on the outer surfaces of the prismatic or cylindrical part nearby of the ends is provided with conductive covers (6,7), so that at each end of the dielectric Conductor a preferably cap-shaped shield is formed.

5. Coupling element according to claim 4, characterized in that the means for introduction and decrease of the high frequency vibrations to be transmitted connected to lines which are passed through the shielding caps (6, 7).

6. Coupling element according to claim 5, characterized in that the lines as concentric high-frequency lines (2, 4 or 3, 5) are formed, the jacket (2 or 3) is conductively connected to the caps (6 or 7).

7. Coupling element according to claims 5 and 6, characterized in that the inner conductor (4,5) of the high frequency lines with at least one each inside the dielectric Conductor and preferably arranged in the space surrounded by the shielding cap Radiators (4 ', 5') are connected.

8. Coupling element according to claims 1 to 7, characterized in that the radiator (4 ', 5') using linear pieces of conductor or conductor loops are formed.

9. Coupling element according to one of claims ι to 8, characterized in that when using a dielectric tubular body (8) at least one with at one end the shielding cap conductively connected to the longitudinal axis perpendicular conductive plate (9 or 10) is provided, which within the tube between the end and the associated Radiators parallel to themselves in the sense of changing the electrical pipe length is movable.

10. Coupling element according to one of the claims 1 to 9, in particular according to claim 4, characterized in that the Outer surface of the dielectric waveguide (1, 8) attached to its ends cap- or sleeve-shaped shields to avoid glow discharges on their one another facing boundaries have outwardly and preferably perpendicular to the longitudinal axis extending annular lugs.

11. Coupling element according to claim 10, characterized in that the annular lugs are rounded at their outer edges Have a profile.

12. Coupling element according to claims 1

to 11, characterized in that the dielectric Waveguide (1) from a tubular

Insulator (ι ι) is surrounded or in a high-voltage insulator is built in.

1.3. Coupling element according to one of the claims ι to 12, characterized in that the dielectric waveguide (i, 8) is dimensioned such that the frequency to be transmitted in the case of the waveform determined by the formation of the two radiators approximately the transmittable cut-off frequency.

14. Coupling element according to one of claims ι to 13, characterized in that the dielectric waveguide is a non-conductive one filled with dielectric liquid Tube is provided.

1 sheet of drawings