DE1541616C2 - Reflexionsarmer AbschluBwlderstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen reflexionsarmen Abschlußwiderstand für Hohlleiteranordnungen, bestehend aus einem am abschlußseitigen Ende eines Rundhohlleiters zentrisch angeordneten kegelförmigen Hohlleiterabschluß aus Widerstandsmaterial, wobei 5 der Kegel mit der Spitze gegen die Ausbreitungsrichtung der Welle gerichtet ist oder das Abschlußwiderstandsmaterial eine kegelförmige Ausnehmung mit in Ausbreitungsrichtung der Welle liegender Spitze aufweist.

Als Widerstandsmaterial in Hohlleiterabsorbern verwendet man häufig bekohlte Pertinaxscheiben. Die einfachste Form besteht aus einer quer zum Hohlleiter, etwa im Abstand A///4 vom kurzgeschlossenen Hohlleiterende, angeordneten Widerstandsfolie. Die richtige Anpassung wird durch geeignete Schichtdicke des Kohlebelags erreicht. Wegen des Λπ/4-Abstandes ist die Anordnung frequenzabhängig. Weniger frequenzabhängig ist eine Folie in Längsrichtung des Hohlleiters. Eine günstigere Form als eine einfache rechteckige Folie ist die zum offenen Ende hin angeschrägte Folie. Eine andere Herstellungsart von Absorbern besteht in der Verwendung von stark dämpfender dielektrischer Substanz, etwa eines Bindemittels geringer Dielektrizitätskonstante vermischt mit HF-Eisenpulver, einer Mischung von Sand und Kohlepulver oder auch Ferriten. Günstig ist ein stetiger Übergang von Luft auf das Dielektrikum etwa durch eine keilförmige Ausbildung. Diese Dämpfungssubstanzen haben gegenüber den Widerstandsfolien auch den Vorteil, höhere Leistungen aufnehmen zu können.

Durch die britische Patentschrift 800 859 ist ein in einen Hohlleiter mit rechteckförmigem Querschnitt eingebauter kegelförmiger Abschlußwiderstand bekanntgeworden, dessen Spitze so gerichtet ist, daß Reflexionen im wesentlichen vermieden werden. Ein Abschlußwiderstand koaxialer Bauart wird in der deutschen Patentschrift 1066 251 beschrieben. Der den Abschlußwiderstand bildende kegelförmige Körper ist unter einem flachen Winkel schief angeschnitten, um die in der koaxialen Leitung auftretenden Reflexionen auf einen Bruchteil derjenigen zu vermindern, die bei einem nicht angeschnittenen kegelartigen Übergang entstehen würden. Der Dämpfungskörper kann auch hohlkegelig ausgebildet sein.

Aus der britischen Patentschrift 861 175 werden koaxial aufgebaute Dämpfungsglieder bekannt. Zur Dämpfung der elektromagnetischen Wellen dienen Schichten, die auf konusförmige Körper aus dämpfungsarmem dielektrischem Stoff aufgebracht sind und von den elektromagnetischen Wellen durchdrungen werden. Die Neigung der Oberfläche des konusförmigen Körpers zur Achse des Dämpfungsgliedes soll dabei so gewählt werden, daß die auf der Oberfläche der Dämpfungsschicht ankommende elektromagnetische Energie den konusförmigen Körper möglichst ohne Reflexionen durchdringt. Um hierbei insbesondere auch noch den Oberflächenwiderstand berücksichtigen zu können, wird eine empirische Ermittlung dieses Winkels empfohlen. Dieser hängt von der Beschaffenheit des dielektrischen Materials, aus dem der Körper besteht, und vom Material der Widerstandsschicht, mit dem der Körper überzogen ist, ab. Aus der Zeitschrift Archiv für technisches Messen, V 376-6, August 1950, T 89, ist ferner ein aus Holz bestehender Kegel zur Dämpfung elektromagnetischer Wellen bekannt.

In der USA.-Patentschrift 32 89 109 wird ein wassergekühlter Verlustwiderstand großer Leistungen für den Abschluß von Rechteckhohlleitungen beschrieben, dessen die Verlustleistung aufnehmende Flüssigkeit in einem nicht aus verlustbehaftetem Material hergestellten Kanal geführt wird. Die elektromagnetische Welle gelangt aus dem Hohlleiter über ein wellendurchlässiges Fenster in den Kühlmittelkanal dreieckförmigen Querschnitts und wird dort unmittelbar von dieser Flüssigkeit absorbiert. Der Kanal, durch den das Kühlmittel fließt, erstreckt sich quer zum Hohlleiter und besitzt keinerlei verlustbehaftete Wände. Vom Hohlleiter aus gesehen, laufen die Kanalwände keilförmig zusammen. Der an der Keilspitze entstehende Winkel im Absorberflüssigkeits-Kanal wird nun so dimensioniert, daß die elektromagnetischen Wellen einen möglichst langen Weg durch die Absorberflüssigkeit nehmen müssen und insbesondere keine Energiekonzentration in der Flüssigkeit auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber bekannten Anordnungen verbesserten reflexionsarmen Abschlußwiderstand für runde Hohlleitungen, insbesondere für Hohlleiteranordnungen weiten Querschnitts, zu schaffen. Der Abschlußwiderstand soll insbesondere so aufgebaut sein, daß er wellentypenrein ist.

Gemäß der Erfindung wird ein reflexionsarmer Abschlußwiderstand obengenannter Art dadurch wellentypenrein ausgebildet, daß der Winkel α der Kegelspitze der Bedingung a. =

180°

(m = 2, 3, 4 usw.)

genügt. Durch diese Maßnahmen erhält man für H₀ „- und E₀„-Wellen eine technisch einfache Ausführung nicht nur eines wellentypenreinen, sondern auch eines extrem breitbandigen Abschlußwiderstandes. Ferner weisen derartig ausgebildete Abschlußwiderstände trotz ihrer relativ kurzen Baulänge nur einen geringen und frequenzunabhängigen Reflexionsfaktor auf.

Von einem Abschlußwiderstand für Hohlleiter wird nicht nur ein geringer Reflexionsfaktor, sondern insbesondere auch Freiheit von Wellentypumwandlung verlangt. Legt man der Betrachtung einen Aufbau des Abschlußwiderstandes nach F i g. 1 a mit einem beliebigen Spitzenwinkel α zugrunde und nimmt man an, daß auf ihn elektromagnetische Energie vom H₀„-Wellentyp auftrifft, dann reflektiert der Widerstandskörper einen Anteil der Energie vom höheren Typ der H_07rWellen (« = 2,3 usw.). Ein Grund für die Entstehung von zurücklaufenden Störwellen kann die aus der Optik bekannte Polarisationsabhängigkeit des Reflexionsfaktors des Absorbermaterials sein. Man gibt daher dem H₀₁-Abschlußwiderstand eine Kegelform, die man als die dem Feldbild der H_o»- und E₀Ji-Wellen angemessene Form bezeichnen kann. Wie aus Fig. la ersichtlich, strahlt die reflektierte Welle schräg, aber achsensymmetrisch in den Hohlleiter zurück. Das bedeutet, daß störende H_on-Wellen in > 2) zurücklaufen. Die Wellentypenreinheit ist daher von ganz großer Bedeutung, weil die unerwünschten Wellen nicht mehr ohne besonderen Aufwand zu beseitigen sind.

Die schräg austretende elektromagnetische Strahlung und Reflexion läßt sich bei dem Abschlußwiderstand nach der Erfindung dadurch vermeiden, daß man den Kegelwinkel α derart geeignet wählt, daß die H₀₁-WeIIe phasengleich über den ganzen Querschnitt wieder in sich selbst zurückgespiegelt wird, eine Er-

scheinung, die nur mit ganz bestimmten Winkeln α zu erreichen ist. Der erste derartige Wert ist, wie in Fig. Ib gezeigt, α = 90°. Man hat es hier mit zwei Reflexionsstellen zu tun, nämlich die eine am Kegelmantel und die andere an der Rohrwand. Bei a = 60° (Fig. Ic) treten drei Reflexionsstellen auf. Bei der in F i g. 1 d dargestellten Ausführungsform besitzt der Kegelspitzenwinkel α den Wert 45°. Es entstehen hier vier Reflexionsstellen. Es werden also nur dann keine Störwellentypen von einem im Hohlleiter koaxial angeordneten Kegel reflektiert,

180°

wenn der Spitzenwinkel α der Beziehung für

m = 2, 3, 4 usw. genügt. Diese Dimensionierung ist von besonderer Bedeutung in der Weitverkehrs-Hohlleitertechrük, da hier die Hohlleitung weit über ihrer H₀₁-Grenzfrequenz betrieben werden muß (quasioptisch); bei diesem Betrieb können nämlich in den Abschlußwiderständen Wellentypumwandlungen und reflektierte Anteile in Form von unerwünschten störenden Wellentypen auftreten. Der bedeutende Vorteil des Abschlußwiderstandes nach der Erfindung liegt insbesondere darin, daß man einen sehr niedrigen Reflexionsfaktor und gute Wellentypenreinheit bereits bei sehr kurzen Baulängen erreicht.

Bei einer Ausbildung des Abschlußwiderstandes in der Weise, daß die Spitze des Kegels gegen die Ausbreitungsrichtung der Welle gerichtet ist (F i g. 1 und 3), entspricht m gleichzeitig der Anzahl der Reflexionsstellen an Kegelmantel und Hohlleiterwand.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht das Absorbermaterial aus Weichholz, welches bei einer kleinen Dielektrizitätskonstante und einer genügend geringen Leitfähigkeit noch eine derartige Dämpfung für die Mikrowelle besitzt, daß die eingedrungene Welle genügend abgedämpft wird und nicht wieder aus dem Kegel austritt.

Durch eine Ausbildung der Hohlleiterwand auf einer etwa der Höhe des Kegels entsprechenden Länge aus Holz ergibt sich eine weitere Verbesserung des Abschlußwiderstandes hinsichtlich seines Reflexionsfaktors. Bei dieser Ausbildung des Abschlußwiderstandes wird auch in der Hohlleiterwand ein Teil der Welle verschluckt, und nur ein ganz geringer Teil läuft zurück.

F i g. 2 zeigt einen Abschlußwiderstand, bei dem das Abschlußwiderstandsmaterial kegelförmig ausgenommen ist.

Neben der Wellentypenreinheit ist bei einem Abschlußwiderstand vor allem ein geringer Reflexions-

45 faktor von Bedeutung. Das wird dann erreicht, wenn bei jedem Auf treffen der Welle auf den Kegel ein möglichst großer Anteil der Welle in ihn eindringt bzw. eine ausreichende Anzahl von Reflexionsstellen auftritt. Da KjA-Anpassungsschichten aus Bandbreitengründen ungeeignet sind, verwendet man für den Abschlußwiderstand vorteilhafterweise ein Material mit kleiner Dielektrizitätskonstante und geringer Leitfähigkeit, wobei jedoch die Dämpfung für die Mikrowelle im Abschlußmaterial noch so groß sein muß, daß die eingedrungene Welle genügend abgedämpft wird und nicht wieder aus dem Kegel austritt. In F i g. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher das Absorbermaterial aus Weichholz und die Hohlleiterwand am abschlußseitigen Hohlleiterende etwa in einer der Kegelhöhe entsprechenden Länge aus Holz besteht. Auf Grund der Ausbildung der Hohlleiterwand aus Holz wird nunmehr ein Teil der Welle auch in der Wand verschluckt, und nur ein ganz geringer Teil läuft zurück. Dadurch ergibt sich bei gleichbleibendem Spitzenwinkel in vorteilhafter Weise eine Verringerung des Reflexionsfaktors, und man erhält Abschlußwiderstände geringer Baulänge.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reflexionsarmer Abschlußwiderstand für Hohlleiteranordnungen, bestehend aus einem am abschlußseitigen Ende eines Rundhohlleiters zentrisch angeordneten kegelförmigen Hohlleiterabschluß aus Widerstandsmaterial, wobei der Kegel mit der Spitze gegen die Ausbreitungsrichtung der Welle gerichtet ist oder das Abschlußwiderstandsmaterial eine kegelförmige Ausnehmung mit in Ausbreitungsrichtung der Welle liegender Spitze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußwiderstand dadurch wellentypenrein gemacht wird, daß der

180° Winkel α der Kegelspitze der Bedingung λ =

(m = 2, 3, 4 usw.) genügt.

2. Reflexionsarmer Abschlußwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorbermaterial aus Weichholz besteht.

3. Reflexionsarmer Abschlußwiderstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterwand etwa in der der Kegelhöhe entsprechenden Länge aus Holz besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen