DE1047889B - Anordnung zur Absorption groesserer elektromagnetischer Energiemengen in Leitungen der Hoechstfrequenztechnik - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Absorption größerer elektromagnetischer Energiemengen in Leitungen der Höchstfrequenztechnik und bezieht sich insbesondere auf den Frequenzbereich der Dezimeter- und Zentimeterwellen.

Bei Anordnungen dieser Art wurden bisher hauptsächlich absorbierende Massen verwendet, die den Querschnitt der betreffenden Höchstfrequenzleitung in einem gewissen Bereich ganz oder teilweise ausfüllen. Dabei werden die absorbierenden Massen entweder in einem Leitungsendstück als reflexionsarmer Leitungsabschluß oder im Zuge der Leitung als Dämpfungspfropfen verwendet. Hierbei ist es jedoch von Nachteil, daß die absorbierenden Massen zur Vermeidung von störenden Reflexionen in der Höchstfrequenzleitung auf eine Länge, die im allgemeinen einigen Betriebswellenlängen entspricht, angespitzt sein müssen, da hierdurch die Baulänge derartiger Leitungsabschnitte relativ groß wird. Die Herstellung gut brauchbarer absorbierender Massen ist außerdem sehr schwierig und kostspielig und ihre Bearbeitbarkeit äußerst gering.

Weiter wurden bisher bei derartigen Anordnungen Schichtwiderstände verwendet, die auf Widerstandsträgern (Glas- oder geeignete Kunststoffplatten) aufgebracht sind und in einem Querschnitt oder in Längsschnitten der Höchstfrequenzleitung derart angeordnet sind, daß sie die in der Leitung fließende Hochfrequenzenergie absorbieren können. Zur Absorption größerer Energiemengen wurden ganze Gruppen von derartigen Schichtwiderständen vorgesehen, die beispielsweise auf einem gemeinsamen Trägergestell aufgebracht sind. Derartige Anordnungen wurden sowohl als reflexionsarme Leitungsabschlüsse als auch als Durchgangs-Dämpfungsglieder verwendet. Sie haben jedoch die wesentlichen Nachteile, daß die Herstellung homogener Widerstandsschichten äußerst schwierig ist und daß die Widerstandsträger im allgemeinen hygroskopisch sind und daher die ganze Anordnung feuchtigkeitsempfindlich ist. Feuchtigkeitsunempfindliche Widerstandsträger, wie z. B. Glasplatten, sind andererseits teuer und schwierig in der Bearbeitung. Ein weiterer bedeutender Nachteil derartiger Schichtwiderstände ist es auch, daß sie sich bei örtlicher Überlastung verbiegen und ihre Lage in der Höchstfrequenzleitung verändern, was die Konstanz der gesamten Anordnung stark beeinträchtigt und meist zur vollständigen Zerstörung der betreffenden Widerstandsschichten führt.

Außerdem sind bei diesen Anordnungen mit Schichtwiderständen zur Absorption größerer Energiemengen große Baulängen erforderlich. Die bei größeren Energiemengen notwendige Wärmeabfuhr Anordnung zur Absorption
größerer elektromagnetischer
Energiemengen in Leitungen

der Höchstfrequenztechnik

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Ulrich v. Kienlin, München,

und Dipl.-Ing. Albert Kürzl, München-Lochhausen,

sind als Erfinder genannt worden

ist ungünstig durchzuführen und zwingt zu aufwandsreichen konstruktiven Maßnahmen.

Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der der Innenraum einer Rechteckhohlleitung senkrecht zu ihren Breitseiten von einer Reihe von Kühlrohren durchdrungen wird, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden, so daß ein Teil der elektromagnetischen Energie zur Erwärmung dieser Kühlflüssigkeit abgezogen wird. Da in jedem einzelnen dieser Kühlrohre die gleiche Energiemenge absorbiert werden soll, sind sie in mehreren Dämpfungsquerschnitten der Hohlleitung hintereinander angeordnet und liegen mit ihren Querschnitten auf einer Parabel, wie sie Fig. 1 zeigt. Eine derartige Anordnung erfordert jedoch einen großen Aufwand, da außer den Kühlrohren und den sie verbindenden Dichtungsteilen auch Wasserpumpen und Kühler vorgesehen werden müssen. Außerdem ist hierbei eine Variationsmöglichkeit der Hohlleiterdämpfung, wie sie bei Durchgangsdämpfungsgliedern interessant ist, nicht vorgesehen.

Die Mängel und Nachteile der Anordnungen zur Absorption größerer elektromagnetischer Energiemengen in Leitungen der Höchstfrequenztechnik, bei denen in mehreren aufeinanderfolgenden Dämpfungsquerschnitten stabförmige, energieabsorbierende Elemente in Richtung der elektrischen Feldlinien derart angeordnet sind, daß sie sich innerhalb der einzelnen Dämpfungsquerschnitte an jenen Stellen befinden, an denen sie einen bestimmten vorgegebenen Teil der elektromagnetischen Energie absorbieren, werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die stab-

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iörmigen, energieabsorbierenden Elemente aus Festwiderständen (z. B. Kohlewiderstände) bestehen, welche derart angeordnet sind, daß sie im Betriebszustand sowohl einzeln als auch gemeinsam in Richtung der elektrischen Feldlinien bewegbar und insbesondere aus der Höchstfrequenzleitung gänzlich herausnehmbar sind.

Besondere Vorteile der Anordnung nach der Erfindung sind die einfache und billige Herstellung, der kompakte Aufbau, welcher einen geringen Platzbedarf und kleinere Baulängen erreichen läßt, die zeitliche und örtliche Konstanz der verwendeten stabförmigen Festwiderstände (z. B. Kohlewiderstände) und die einfache Variationsmöglichkeit der Durchgangsdämpfung innerhalb eines engen oder eines weiten Bereidies.

Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele ersichtlich, wobei die Fig. 2 und 3 den Aufriß und den Grundriß eines Konstruktionsbeispieles zeigen, während die Fig. 4 einen Schnitt nach I-I in Fig. 2 darstellt.

Die Erfindung geht von dem an sich bekannten Prinzip aus, eine Absorption größerer elektromagnetischer Energiemengen in einem Leitungsstück einer Höchstfrequenzleitung dadurch zu bewirken, daß in einem oder in mehreren aufeinanderfolgenden Leitungsquerschnitten jeweils ein oder mehrere stabförmige Widerstände in Richtung der elektrischen Feldlinien angeordnet sind. Die Lage der in einem Leitungsquerschnitt angeordneten stabförmigen Widerstände wird dabei durch deren Belastbarkeit bestimmt.

In Fig. 1 ist eine solche bekannte Anordnung bei Rechteckhohlleitern schematisch dargestellt, wobei gleiche Belastbarkeit aller verwendeten stabförmigen Widerstände vorausgesetzt ist. Der Rechteckhohlleiter 1, der parallel zur Hohlleiterbreitseite geschnitten dargestellt ist, ist mittels eines Flansches 2 an die Hohlleitung bzw. an die Energiequelle angeschlossen. Unter Voraussetzung der H₁₀-WeIIe ergibt sich über der ganzen Hohlleiterbreitseite eine sinusförmige Feldstärkeverteilung mit dem Maximum in der Mitte des Hohlleiters und den Nullstellen an den beiden Seitenwänden, wobei die elektrischen Feldlinien senkrecht zur breiten Hohlleiterwand und damit senkrecht zur Zeichenebene stehen. Dementsprechend sind auch die stabförmigen Widerstände 3 bis 8 in dieser Richtung angeordnet, so daß in der Fig. 1 nur ihre Stirnflächen sichtbar sind.

Die in der Pfeilrichtung einströmende Hochfrequenzenergie wird nun zu einem gewissen Teil im ersten Dämpfungsquerschnitt, in welchem die stabförmigen Widerstände 3 angeordnet sind, absorbiert. Die durch einen dieser stabförmigen Widerstände aufgenommene Hochfrequenzleistung N wird durch die an seinen Enden auftretende Spannung U und seinen Widerstands wert R nach der Formel

U*

60

bestimmt.

Wird der stabförmige Widerstand innerhalb des betreffenden Dämpfungsquerschnittes von der schmalen Seitenwand, gegen die Hohlleitermitte zu verschoben, so gelangt er an Stellen mit stetig wachsender elektrischer Feldstärke. Dadurch werden die an seinen Enden entstehende Spannung und die von ihm aufgenommene Hochfrequenzleistung ebenfalls vergrößert. Es ist möglich, den stabförmigen Widerstand in dem betreffenden Dämpfungsquerschiiitt in Richtung der elektrischen Feldlinien innerhalb jener Feldstärkebereiche anzuordnen, in denen die Feldstärke unter jenem Wert bleibt, bei welchem die aufgenommene Hochfrequenzleistung N der vorgegebenen Belastbarkeit des stabförmigen Widerstandes entspricht. Zweckmäßigerweise wird man den stabförmigen Widerstand an jenen Stellen anordnen, an denen seine vorgegebene Belastbarkeit bei Einspeisung der Nennleistung in die Höchstfrequenzleitung durch die aufgenommene Hochfrequenzleistung N voll ausgenutzt ist.

Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Rechteckhohlleiters, unter A'erwendung der H₁₀-WeIIe und der sich daraus ergebenden symmetrischen Feldstärkeverteilung über der ganzen Hohlleiterbreite können zwei stabförmige Widerstände 3 so weit von beiden schmalen Seitenwänden gegen die Hohlleitermitte zu versetzt angeordnet werden, daß sie sich an jenen Stellen befinden, an denen die elektrische Feldstärke bei Einspeisung der Nennleistung in die Leitung so groß ist, daß ihre vorgegebene Belastbarkeit durch die aufgenommene Hochfrequenzleistung voll ausgenutzt ist. Bei gleicher vorgegebener Belastbarkeit beider Widerstände 3. ist ihr Abstand von den entsprechenden Seitenwänden gleich groß.

Nach der Absorption eines bestimmten Teiles der in den Hohlleiter 1 eingespeisten Energie, die im Dämpfungsquerschnitt 1 durch die stabförmigen Widerstände3 erfolgt, gelangt die um diesen Betrag gedämpfte H₁₀-WeIIe zum zweiten Dämpfungsquerschnitt mit den stabförmigen Widerständen 4. Da sich infolge der Absorption eines Teiles der Hochfrequenzenergie im ersten Dämpfungsquerschnitt die Maximalamplitude der elektrischen Feldstärke im zweiten Querschnitt bereits um einen gewissen Betrag verringert hat, wird die Lage der stabförmigen Widerstände 4 innerhalb des zweiten Dämpfungsquerschnittes, unter Berücksichtigung der hier herrschenden Feldstärkeverteilung, festgelegt. Unter der Voraussetzung, daß die stabförmigen Widerstände 4 die gleiche vorgegebene Belastbarkeit aufweisen wie die Widerstände 3, können sie daher bei gleich großer, an ihren Enden auftretender Spannung U um einen entsprechenden Betrag weiter gegen die Hohlleitermitte zu verschoben werden.

Die durch die ersten beiden Dämpfungsquerschnitte mit den Widerständen 3 und 4 gedämpfte H₁₀-WeIIe gelangt dann zum nächsten Dämpfungsquerschnitt mit den stabförmigen Widerständen 5, die bei gleicher vorgegebener Belastbarkeit um ein weiteres Stück gegen die Hohlleitermitte zu versetzt angeordnet sind. Auch die weiteren Dämpfungsquerschnitte werden nach dem gleichen Prinzip mit den stabförmigen Widerständen 6, 7, 8 bestückt.

Die Anordnung von Festwiderständen (z. B. Kohlewiderstände) 11 (Fig. 2 und 4) im Sinne der Erfindung bringt nun wesentliche Vorteile mit sich, die sich mit den bisher verwendeten Flüssigkeitswiderständen (Kühlrohre) nicht erreichen ließen.

So kann man beispielsweise erreichen, daß bei entsprechender Abstufung der Belastbarkeit der Festwiderstände 11 gegeneinander die auf einer Seite der Hohlleitung angeordneten Festwiderstände 11 unter voller Ausnutzung ihrer Belastbarkeit geometrisch jeweils auf einer bestimmten, vorgegebenen Kurve und insbesondere auch auf einer Geraden liegen.

Weiterhin ist es prinzipiell möglich, jeden einzelnen der Festwiderstände 11 gegen einen solchen mit höherer Belastbarkeit auszutauschen. Dies ist insbesondere

bei Anordnungen mit Widerständen verschiedener Belastbarkeit vorteilhaft, um die einzelnen Festwiderstände aus Gründen der Einheitlichkeit einander anzugleichen.

Es ist außerdem möglich, einzelne Festwiderstände aus einer dieser Anordnungen wegzulassen und entsprechend mehr Dämpfungsquerschnitte vorzusehen oder die Verminderung der Dämpfung durch Veränderung der Lage der restlichen Widerstände bei erhöhter Belastbarkeit auszugleichen.

Da die Anbringung der Festwiderstände 11 (z. B. Kohlewiderstände) in der Weise erfolgt, daß sie im Betriebszustand sowohl einzeln als auch gemeinsam in Richtung der elektrischen Feldlinie bewegbar und insbesondere aus der Höchstfrequenzleitung gänzlich herausnehmbar sind, kann die Anordnung nach der Erfindung vorzugsweise auch als Durchgangsdämpfungsglied im Zuge einer Höchstfrequenzleitung verwendet werden.

Es können dabei in einfacher Weise durch vollständige Entfernung einzelner Festwiderstände 11 verschiedene Dämpfungsstufen eingestellt werden. Daneben ist jedoch auch eine kontinuierliche Dämpfungsregelung möglich, die bei gleichzeitiger Bewegung aller Festwiderstände 11 in Richtung der elektrischen Feldlinien eine äußerst wirksame Dämpfungsgrobregelung innerhalb eines großen Dämpfungsbereiches darstellt. Die Durchgangsdämpfung verkleinert sich dabei in dem Maße, wie die Festwiderstände 11 aus dem Innenraum der Höchstfrequenzleitung herausgezogen werden. Wird jedoch nur einer der Festwiderstände 11 in Richtung der elektrischen Feldlinien bewegt, so entsteht eine wesentlich genauere Dämpfungsfeinregelung innerhalb eines entsprechend kleineren Dämpfungsbereiches.

Die Befestigung der in diesen Anordnungen verwendeten Festwiderstände 11 (z. B. Kohlewiderstände) in der Höchstfrequenzleitung erfolgt vorzugsweise derart, daß sie zumindest an einem Ende mit der Wandung der Leitung galvanisch verbunden sind. Es wird dadurch eine äußerst günstige Wärmeabfuhr erreicht, die auch bei größeren Leistungen ausreicht und zusätzliche Kühlvorrichtungen erspart.

Zur Kompensation der durch die Festwiderstände 11 hervorgerufenen Reflexionen werden zweckmäßig in der Höchstfrequenzleitung geeignete Mittel (z. B. Blenden oder kapazitive Abstimmschrauben) vorgesehen.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Konstruktionsbeispiel eines erfindungsgemäßen reflexionsarmen Abschlusses für Rechteckhohlleitungen dargestellt. Im Aufriß (Fig. 2) ist der Hohlleiter 9 teilweise parallel zu den Schmalseiten aufgeschnitten dargestellt. Der Abschluß wird mit einem Flansch 10 an die Hohlleitung bzw. an die Energiequelle angeschlossen. Die stabförmigen Festwiderstände 11 sind dabei mit den beiden Hohlleiterbreitseiten derart verbunden, daß ihre Metallkappen 12 mit ihnen guten Kontakt haben. Die Befestigung dieser Festwiderstände ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt, welche einen Schnitt nach I-I der Fig. 2 zeigt. Dabei ist die Lage der Festwiderstände 11 durch Niete 13 festgelegt, welche in Bohrungen der einen Hohlleiterbreitseite eingeschlagen sind und in den Innenraum der Hohlleitung hineinragen. Die stabförmigen Festwiderstände 11, deren Metallkappen mit entsprechenden stirnseitigen Öffnungen versehen sind, werden über diese Niete gestülpt und ragen mit ihrer anderen Metallkappe in entsprechend angeordnete Bohrungen der gegenüberliegenden Hohlleiterbreitseite. Mit besonderem Vorteil werden diese Festwiderstände unter \^rerwendung von Spiralfedern 14 an die Hohlleiterbreitseiten angefedert. Zu diesem Zweck ist auf einem mit der Hohlleitungswandung fest verbundenen Zwischenstück 15, welches die gleichen Bohrungen enthält wie die Hohlleiterwandung, eine Deckplatte 16 angeordnet. Diese Deckplatte 16 drückt die in den Bohrungen des Zwischenstückes 15 befindlichen Spiralfedern 14, welche im Ruhezustand aus den Bohrungen herausragen, zusammen und preßt sie gegen die Stirnflächen der stabförmigen Festwiderstände 11. Die Befestigung der Deckplatte 16 auf dem Zwischenstück 15 erfolgt mittels Schrauben 18. In Fig. 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle stabförmigen Festwiderstände dargestellt, sondern außer denen, die im dargestellten Querschnitt liegen, nur die Festwiderstände des letzten Dämpfungsquerschnittes. Der reflexionsarme Hohlleiterabschluß ist dabei hinter dem letzten Dämpfungsquerschnitt mit einem Kurzschluß 19 abgeschlossen.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, die stabförmigen Festwiderstände 11 in beliebiger Weise, unter Weglassung der Spiralfedern 14, mit der Deckplatte 16 fest zu verbinden und die Deckplatte 16 derart bewegbar anzuordnen, daß die stabförmigen Festwiderstände 11 durch Bewegung der gemeinsamen Platte in Richtung der elektrischen Feldlinien verschoben werden können. Auf diese Weise ist es möglich, ein leicht einstellbares, variables Durchgangsdämpfungsglied herzustellen. Dabei ist dieDämpfung bei voll eingefahrenen Widerständen 11 am größten und nimmt mit der Eindringtiefe der Widerstände stetig ab.

In dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines reflexionsarmen Hohlleiterabschlusses wird die Kompensation der durch die stabförmigen Festwiderstände 11 hervorgerufenen Reflexionen durch kapazitive Abstimmschrauben 20 bewirkt. Diese Abstimmschrauben sind dabei in einem an einer Hohlleiterbreitseite angeschraubten Aufsatz 21 gelagert, der zur Sicherung gegen versehentliches Nachstellen der Abstimmschrauben 20 mit einer Deckplatte 22 versehen ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Absorption größerer elektromagnetischer Energiemengen in Leitungen der Höchstfrequenztechnik, bei der in mehreren aufeinanderfolgenden Dämpfungsquerschnitten stabförmige, energieabsorbierende Elemente in Richtung der elektrischen Feldlinien derart angeordnet sind, daß sie sich innerhalb der einzelnen Dämpfungsquerschnitte an jenen Stellen befinden, an denen sie einen bestimmten vorgegebenen Teil der elektromagnetischen Energie absorbieren, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen, energieabsorbierenden Elemente aus Festwiderständen (z. B. Kohlewiderstände) bestehen, welche derart angeordnet sind, daß sie im Betriebszustand sowohl einzeln als auch gemeinsam in Richtung der elektrischen Feldlinien bewegbar und insbesondere aus der Höchstfrequenzleitung gänzlich herausnehmbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwiderstände (11) durch in einer Begrenzungswand eines Rechteckhohlleiters (9) vorgesehene Löcher geführt sind und die herausstehenden Enden der Festwiderstände mit einer gemeinsamen Platte (16), vorzugsweise galvanisch, verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (16) derart bewegbar angeordnet ist, daß die mit ihr verbundenen Festwiderstände (11) durch die Bewegung der Platte in Richtung der elektrischen Feldlinien verschoben werden.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festwiderstände (3, 4, 5 usw. bzw. 11) mindestens an einem Ende mit der Wandung der Höchstfrequenzleitung galvanisch verbunden sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mit den Festwiderständen (3, 4, 5 usw.) bestückten Dämpfungsquerschnitte so groß ist, daß im letzten Dämpfungsquerschnitt die in die Höchstfrequenzleitung eingespeiste elektromagnetische Energie fast vollständig absorbiert wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mit den Festwiderständen (3, 4, 5 usw.) bestückten Dämpfungsquerschnitte so groß ist, daß hinter dem letzten Dämpfungsquerschnitt ein bestimmter Teil der in die Höehstfrequenzleitung eingespeisten elektromagnetischen Energie wieder austritt.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastbarkeit aller Festwiderstände (3, 4., 5 usw. bzw. 11) gleich groß gewählt ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung Mittel zur Kompensation der durch die Widerstände hervorgerufenen Reflexionen vorgesehen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationsmittel ein oder mehrere kapazitiv wirkende Abstimmschrauben (20) vor den Widerständen (11) angeordnet sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung hinter dem letzten Widerstand kurzgeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift R 8450 VIII a/ 21 a⁴

kanntgemacht am 1.9. 1955);

USA.-Patentschrift Nr. 2 669 696;

G. Megla, »Dezimeterwellentechnik«, Leipzig,

1952, S. 235 bis 236.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 727/366 12.58