Hohlleiter Die Erfindung betrifft einen biegsamen Hohlleiter zur Übertragung einer insbesondere linear pdlarisierten elektromaignetischen Welie, bei dem die beiden aufein ander senkrecht ste'hend'en Durchmesser !der Quer schnittsebene verschiedene Grössen aufweisen.
Zur Übertragung von elektromagnetischen Wellen sehr hoher Frequenz ist es bekannt, HohEei'ter mit ver- schi'edenen Querschni'ttsformen zu benutzen. Diese wei- sen im allgemeinen runden oder rechteckförmigen auf.
In jüngster Zeit sind auch biegsame Hohlleiter <B>be-</B> kanntgeworden, deren Querschnitt ell liptisch ausge'bild'et ist.
Die Biegsamkeit wird hierbei durch eine vorzugs weise schraubenförmig verlaufende Wellung im Hohl- ieitermantel bewkkt. Bei biegsamen Hohlleitern bes'teh't grundsätzlich die Gefahr,
dass dulrch Krümmung uner wünschte Schwingungsformen en'tste'hen und sich längs des Hohlleiters ausbreiten. Hierdurch wird das Betriebs verhalten des HohQ@leiters empfindlich gestört.
Der be reits erwähnte, elliptische Wellenrohrhohilleiter weist zwar diesen Nachteil nicht auf, doch hat es sich gezeigt, dass die gewählte Querschnittsform nicht für alle Anwen dungszwecke ausreichend bzw. optimale ist. Dies ist dar auf zurückzuführen, dass man bisher einen Kompromiss schliessen musste zwischen den gewünschten ellektrischen und mechanischen Eigenschaften.
Auch, die seit langem bekannten Querschnttsformen der nicht biegsamen Hohlleiter sind, bezogen auf die heute vorliegenden ele'ktrisc'hen Bedingungen und me- chanischen Anforderungen (Festigkeit, Herstellung) nicht immer o@timall.
Das Ziel der Erfindung ist es deshalb, einen neuen biegsamen Hohlleiter aufzuzeigen, bei welchem unter Vermeidung der geschilderten Nachteile der be'kann'ten Hohlleiterformen die Möglichkeit gegeben wird,
diesen in elektrischer Hinsicht für eine bezüglich des Wellen typs eindeutige Übertragung von vorzugsweise linear polarisierten Wellen in bezug auf die relative Frequenz- bandbrente und/oder die Dämpfung optimal auszulegen, ohne dass in mechanischer Hinsicht Nachteile auftreten,
da er genau so einfach herzustellen ist wie ein runder oder rechteckArmiger Hohlleiter.
Ausgehend von einem biegsamen Hohkeiter zur Übertragung einer insbesondere lineare polarisierten elektromagne'tisc'hen Welle, bei dem die beiden aufein- alnder senkrecht stehenden Durchmesser der Quer- sehnittsebene verschiedene Grössen aufweisen,
wird hier zu erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass der Hohlleiter- querschnitt mindestens bezügl'ic'h eines Durchmessers un'symmetrisc'h is't und dass die Berandung des Quer- schnittes .stetig verläuft.
Beim Rechteckhohlleiter ist es bekannt, dass die rela tive Frequenzbandbreite, die man übertragen kann, durch das Verhältnis der HohTleiterachsen bestimmt wird.
Diesem Zusammenhang ist in der Fig. 1 schema tisch dargestellt, wobei das Verhältnis f,1/f,2 in Abhän gigkeit des Achs enverhältnisse's b/a aufgetragen wurde. Hierbei bed'eute't:
f,i die Grenzfrequenz der ersten auftretenden höheren Wellentype des entsprechenden Hohllleiierquerschni!t- tes (z.
B. beim Rechteckhohlleiter mit einem Seiten- verhältnis 2 : 1 die H2O-Wellle), f,2 d'e Grenzfrequenz der Nutzwelle, a der grosse Durchmesser des Querschnittes, b der kleine Durchmesser des Querschnktes..
Die ausgezogene Kurve in der Fig. 1 gibt den Zu- sammenhang der relativen Frequenzbandbreite in<B>Ab-</B> hängigkeit vom Durchmesserverhältnis für den Recht- eckhohlllei'ter wieder.
Für den Rundhohkeiter fällt die entsprechende Kurve mit der waagrechten Achse zu sammen, da bei ihm gleichzeitig zwei zueinander senk recht polarisierte Wellen ausbreitungsfähig sind und laut Definition mir eine Welle übertragen werden soll.
Der Verlauf der relativen Frequenzbandbreite für einen bekannten Hohlleiter mit efptischem Querschnitt ist 'n1 der Fig. 1 durch die punktierte Kurve dargestellt. Der erfindungsgemässe Hohlleiter ist also so auf gebaut,
dass sein Querschnitt mindestens bezüglich eines Durchmessers unsymmetrisch ist und dass die Bera@n dung des Querschnitts stetig verläuft. Die unsymme trische Ausbildung des Hohlleiterquerschnittes erfolgt vorzugsweise in bezug auf den grösseren Durchmesser als Symmetrieachse. Wichtig für die Berandung ist, dass sie stetig verläuft, das heisst keine Ecken aufweist.
So ist es beispiellsweise möglich, dass die Berandung im wesentlichen durch Kreisbogen oder kreisbogenähnliche Linien gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist es hier bei, die Berandung so auszubilden, dass die Mittelpunkte der beiden verschiedenen Kreisbogen bzw. kreisbogen- ähnliche Linien ausserhalb des Querschnittes :
Liegen. Die erwähnten Teile der Berandung müssen verschieden sein, um die gewünschte Unsymmetrie des Querschnittes bezüglich einer Achse zu erreichen.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
In der Fig. 2 ist ein Hohlleiter im Querschnitt dar gestellt. Seine beiden aufeinander senkrecht stehenden Durchmesser a und b sind verschieden lang. Bei der dargestellten Querschnitsform liegt eine Unsymmetrie bezüglich des grossen Durchmessers a vor.
Mit dieser Hohlleiterquerschnittsfdrm erreicht man eine erhebliche Dämpfungsverringerung bezüglich des Rechteckquer- sch!nittes, und es ist nur ein Wellentyp ausbreitungs fähig.
Man kann also durch geeignete Wähl der Krüm- mungsradien der einzelnen Berandiungsteile die elektri schen Eigenschaften bezüglich der Dämpfung der zu übertragenden Welle je nach: vorgegebener Bandbreite in weiten Grenzen ändern. In der Fig. l ist das Verhal ten eines solchen Hohlleiters durch die strichpunktierte Kurve dargestellt.
Ein gemäss Fig. 3 aufgebauter Hohlleiter wird zweck mässig so dimensioniert, d'ass folgende Bedingungen gelten:
EMI0002.0063
wobei r, der Radius des kreisbogen"a!hndich verl'aufend'en Tei les der Berandung, die etwa parallel zum grossen Durchmesser verläuft, r2 die Radien der kreisbogenähnlichen Berandungsteile,
die symmetrisch zum klti!nen Durchmesser liegen, d der kleine Durchmesser des Querschnittes, D der grosse Durchmesser des Querschnittes bedeutet. Anhand der Fig.4 wird dies im folgenden näher erläutert:
Der Querschnitt ist in der Fig. 4 stark ausgezeichnet. Seine Berand'ung setzt sich aus kreisbogeriähnlichen Teilstücken zusammen, wobei der Querschnitt sel'bs't im wesentlichen durch den kleinen Durchmesser d und den grossen Durchmesser D bestimmt wird.
Der Querschnitt ist einseitig abgeflacht, wobei die parallel zum grossen Durchmesser verlaufende Abflachung vorzugsweise linear ausgebildet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Berandung durch einen kreisbogen 'ahnlichen Teil gebildet, dessen Radius mit r1 bezeichnet ist.
Die symmetrisch zu dem kleinen Durchmesser d vorhandenen zwei kreisbogenähnlichen Berandungsteile haben einen Krümmungsradius, der mit r2 bezeichnet ist.
Die erfin dungsgemässe Dimensionierung wurde im Hinblick dar- auf vorgenommen, dass bei Beibehaltung der gewünsch ten elektrischen Eigenschaften ein derartiger Hohillleiter- querschnitt durch koritinuierliehe Verformung aus einem Rundhdhll'eiter einsfach herzustellen und dass gleichzeitig der Quersc'hni'tt eine 'derartige Form aufweist,
dass ein solcher Weienrohrhohlleiter leicht biegsam ist. Das er wähnte Verh@äl'tnis von r2 zu d beträgt vorzugsweise 0,22, und das Verhältnis von r1 zu D ungefähr 0,57.
Wird der in der Fig. 4 geradlinig d'argestell'te abge- flachte Teil .der Bcrandung durch einen kreisbogenför migen Verlauf ersetzt, so ist :
es zweckmässig, den Radius R dieses Teiles wesentl'ic'h grösser zu wählen als den doppelten Radius des ri gegenüberl'iegend'en Beran- dungste'iles. Im allgemeinen wird man den Mittelpunkt des Radius r, ausserhalb der Querschnittsberand'ung legen, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Das Verhältnis d'/I) der beiden Durchmesser des Querschnittes liegt ungefähr zwischen 0,3 und 0,9, je nach geforderter Frequenzbandbreite. Wird der Wert auf optimale Dämpfung gelegt, so muss das Verhältnis mög lichst nahe bei dem Wert 0,9 liegen.
Die Berandung des Hdhlleiiterquerschnittes kann auch, im wesentlichen durch elliptische oder eillipsen- ä hnliche Linien dargestellt werden oder durch beliebig gekrü'mm@te Linien.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Fig. 3 d'argestel'lt ist, wurde der Hohgleiter- querschnitt unsymmetrisch zu einem Durchmesser abge flacht, so<B>da</B> ss ein Teil der Berandung geradlinig verläuft.
Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Querschnitt ist dieser geradlinige Teil', der Berandung parallel zum grossen Durchmesser a des Quemsdhnilttes. Das Verhalten eines deramtigen Hohlleiters bezüglich der Übertragungsbreite wird durch. die gestrichelte Kurve in der Fig. 1 wieder gegeben.
Man erkennt, d'ass dieser Hohlleiter die grösste relative Freque'nzbandbreite ermöglicht.
Für viele Anwendungszwecke (z. B. bewegliche Sta tionen) werden Hohlleiter benötigt, die gut biegsam sind. Für :derartige Aufgaben ist ein biegsamer Hohlleiter von ganz besonderem Vorteil. Die gewünschte Biegsamkeit kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, d'ass der Ho!hllehermantel ein Wellenrohr ist,
welches vorzugs weise längsnahtgeschweisst ist und eine schraubenfnien- förmige Weihung aufweist. Ein derartig ausgebildeter Honelleiterzug ist bezüglich der Herstellungskosten we sentlich biNffiger als ein starrer Hohlleiter, da er konti nuierlich in bel'ieb'iger Länge herstellbar ist.
Ferner ergibt sich die Möglichkeit, den Hdhllleiter auf der Innenwand mindestens teilweise mit dielektri- RTI ID="0002.0216" WI="10" HE="3" LX="1149" LY="2035"> sc'hem Material zu versehen.
Bei einer Ausführungsform wird das dielektrische Material mindestens auf einem der beiden Hohlleiter wan dteile angebracht, die dem grossen Durchmesser gegenüberliegen. Das dielektrische Material, das als Be lastung des Hohlleiters wirkt, ähnlich wie bei einem so genannten Steghohlleiter,
kann als durchgehender Strei fen ausgebildet sein, welcher parallel zur Längsachse des Hohlleiters verläuft. Ausserdem ist es z. B. möglich, zwei diametral gegenüberliegende Streifen zu verwenden.
Gemäss einer anderen Ausführungsart kann .das di- elektrisc'he Materia' vorzugsweise in periodischen Ab ständen im Hohlheiter angebracht werden.
Da der Hohlleiter biegsam ausgebildet ist, wird die dielektrische Belastung so vorgenommen, dass keine nac'hteil'ige Beeinflussung der Biegsamkeit entsteht, was man beispielsweise dadurch erreichen kann, dass man ein. biegsames und vorzugsweise aufgeschäumtes Dielek- trikum verwendet.
Biegsame Hohlleiter sind meist als Wellenrohrhohllfeiter ausgebildet, so d'ass sich die Mög lichkeit ergibt, das didektrische Material mindestens teilweise in die Wellentäler eingreifen zu lassen.
Derartige Hoh:l'leiter werden meist dadurch herge stellt, dass man :ein einfaches Meta#llba#nd zum Rundrohr umbiegt, verschweisst und anschliessend mit der ge wünschten Wel!lung versieht.
Es empfiehlt sich deshalb, das dielektrische Material bereits auf das flache, der Herstellung dies späteren Hohlleiters dienende Metall band aufzubringen, so dass man eine kontinuierliche Fer tigung erhält.
Wird die didlektri'sche Belastung jedoch erst nach der Herstellung des Hohlleiters angebracht, so ist es am vorteilhaftesten, das dielektrisdhe Material in Form von einem oder mehreren parallel zur Hohlleiter- längsachse verlaufenden Streifen auf der Hdhllei'ter- innenwand zu befestigen.
Die Vorteile eines derart aufgebauten Hohlleiters bestehen unter anderem darin, d'ass man durch. Ärnde- rung der dielektrischen Belastung an den Enden einen vorteilhaften Anbau der erforderlichen Anschl'ussele- mente erreichen kann.
Ausserdem wirkt ein derart bela steter Hohlleiter wie ein sogenannter Steghdhll'eiter, das heisst man kann seine Abmessungen reduzieren oder man erhält bei gleichen Abmessungen eine grössere Bandbreite. Durch Wahl en'tsprec'hender diele'ktrischer Materi'a'lien hat man es in der Hand, die Verluste auf ein Minimum zu beschränken.
Ausserdem kann zur Uhterdrückung un'erwünsc'hter Wellentypen an bestimm ten Stellen des Hohlleiters ein diese Wellentypen dämp fendes dielektrisches Mäterial verwendet werden.
Die di- elektri'sche Belastung :erlaubt ferner bei entsprechender Wähl von Form und/oder Diesektrizitätskonstante, den Querschnitt dies Hohlleiters so zu wählen, dass man eine möglichst grosse Biegsamkeit erhält, da das Dielektri- kum in gleicher Weise wirkt, wie eine Abflachung eines Hohlleiters mit rundem Querschnitt.
Je mehr man sich jedoch dem runden Querschnitt nähert, umso grösser ist die Biegsamkeit.
In den Fig. 5 bis 7 sind drei Möglichkeiten einer di'elektrischen Belastung des Hdhll'eiters 1 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist ein dielektri- scher Streifen 4 vorgesehen, der auf der Innenseite des abgeflachten Teiles der Hohlleiterwänd angebracht ist.
Ferner ist es möglich, dien diel'ektrischen Belag 5 ent sprechend. der Fig. 6 so breit zu machen, d'ass er die ganze abgeflac'h'te Seite des Hohlleiters bedeckt.
In der Fig. 7 sind zwei symmetrisch zur kleinen Achse des Hohlleiters verlaufende Beläge 6 und 7 aus Diel'ektri- kum vorgesehen, wobei der auf .der abgeflachten Seite des Hohlleiters angebrachte Belag dicker ausgebildet ist.
Die Hers'te'llung eines Hohlleiters, welcher einen ge mäss der Erfindung gewählten Querschnitt aufweist, kann in wirtschaftlicher Weise so vorgenommen werden, dass man ein rundes längsnahtgeschweisstes Metallrohr mit einer entsprechenden Weflung versieht und dann durch kontinuierliches Verformen in den gewünschten Querschnitt überführt.
Oft liegt bei Funkanlagen die Aufgabe vor, einer Antennenanordnung gleichzeitig zwei Wellen unabhän gig voneinander zuzuführen. Das ist z. B. der Fall, wenn über eine Antenne zwei Polarisationen übertragen wer den sollen oder wenn von zwei Antennen die Energie unabhängig voneinander zu zwei Geräteeingänge geführt werden sohl. Es können auch zwei Hohlleiter, die un symmetrisch zum grossen Durchmesser a abgeflacht sind,
mit ihren ebenen Wandflächen achsparaKel zueinander angeordnet und vorzugsweise durch eine dielektri'sche Ummanltelung zu einer Einheit verbunden werden, so erhält man eine Leitung, die einfach zu montieren ist, optimale Bandbreite ergibt und gleichzeitig zwei Wellen zu übertragen gestattet.
In der Fig. 8 ist dargestellt, wie man aus zwei un- symmetrischen Hohlleitern 1 und 2 eine Hohfluleiteran- drd'nung aufbauen -kann-, welche der gileich,zeiti!gen über- tragung von zwei eekbromagnetischen Wellen dient,
ohne dass sie sieh gegenseitig beeinflussen. Die beiden HoNleiter liegen mit ihren ebenen WandTlächen achs- parallel zueinander und werden durch eine sie um gebende diel'ektrische Schutzhülle 3 zu einer Einheit zusammengefügt. Wird die in der Fig.8 dargestellte Hohlfeiteranardnüng aus biegsamen Wellenrdhrhohl-
leitern, aufgebaut, so erhält man eine leicht montierbare und ohne grossen Kostenaufwand herstelll'bare Leitung für d'i'e Übertragung von zwei elektromggnetischen Wel len, & ,
gleichzeitig aufgrund dies gewählten Querschnit tes des Teilhohll'eiters 1 und/oder 2 optimale Lrber'tra- gung bezüglich der relativen Frequenzbandbreite ergibt, wobei sowohl die relativen Mittenfrequenzen der ein zelnen Hohlleiter als auch ihre relativen Banidbreiten verschieden sein können.