DE1690288B2 - Trommelbarer Hohlleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem trommelbaren Hohlleiter zur Übertragung von linear polarisierten elektromagnetischen Wellen. Der Hohlleiter hat einen vom Kreis abweichenden Innenquerschnitt mit großer und kleiner Achse und mit stetigem Verlauf der Berandung. Er besteht aus einem nahtlosen Aluminiumrohr und ist gegebenenfalls mit einem dielektrischen Schutzmantel umgeben.

Bei der Verwendung von Energieleitungen, die aus starren, rechteckigen oder runden Hohlleiterabschnitten zusammengesetzt sind, benötigt man zahlreiche Flansche zum Verbinden der Einzelabschnitte, wodurch sowohl die Kosten als auch die an den Verbindungsstellen entstehenden Reflexionen eines derartigen Hohlleiterzuges in unerwünschter Weise erhöht werden.

Einen praktisch endlosen Hohlleiterzug ohne Zwischenschaltung von Hohlleiterflanschen kann man bekanntlich dadurch verwirklichen, daß man den Hohlleiter aus einem gewellten Metallrohr herstellt. Eine derartige Energieleitung ist bereits seit längerer Zeit auf dem Markt und hat sich beim Aufbau von Funkstationen im Dezimeter- und Zentimeterwellengebiet bewährt. Dieser trommelbare Hohlleiter besitzt einen ungefähr elliptischen Querschnitt und weist gegenüber dem vergleichbaren Rechteckquerschnitt eine kleinere Dämpfung auf. Er ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 193 125 oder in der Telefunkenzeitung, 35. Jahrgang, Heft 136, Seite 113, beschrieben. Die Herstellung dieses Hohlleiters ist jedoch relativ zeitraubend und teuer, da man das für den Hohlleiter verwendete Kupferrohr zuerst mit einer ganz bestimmten Wellung versieht und anschließend den zuvor runden Querschnitt zu einem ungefähr elliptischen Querschnitt verformt. Zum Schutz gegen

ίο mechanische Beschädigung wird dann der so geformte Metallhohlleiter zusätzlich mit einem geeigneten dielektrischen Schutzmantel versehen. Ein derart aufgebauter Hohlleiter ist nun aber nicht für alle Anwendungsgebiete optimal. Dies gilt insbesondere dann,

wenn er als Antennenspeiseleitung bei festen Stationen Verwendung findet, da seine durch die Wellung bewirkte Trommelbarkeit auf relativ kleine Kabeltrommeln hierbei praktisch nicht zur Wirkung kommt. Für lange Hohlleiterstücke, die höchstens zum Trans-

ao port auf geeignete Trommeln aufgespult werden müssen, jedoch nach ihrer Verlegung nicht mehr bewegt werden, ist der Aufwand, der für die Herstellung des oben beschriebenen elliptischen Wellrohrhohlleiters erforderiich ist, nicht gerechtfertigt. Außerdem kommt durch diesen Anwendungszweck der Vorteil, daß man den Wellrohrhohlleiter ohne nachteilige Beeinflussung seiner elektrischen Eigenschaften mehrere hundert Male umtrommeln kann, nicht zum Tragen, da ein derartiger Hohlleiter als Speiseleitung für eine ortsfeste Antennenanlage lediglich während der Montage gebogen und/oder tordiert wird.

Es ist ferner bekannt, Hohlleiter mit glatter Wand und elliptischem Querschnitt durch Verwendung von Aluminium als Hohlleitermetall biegsam auszubilden.

Hierbei ergibt sich jedoch beim Biegen eine unerwünschte Querschnittsdeformation, welche die Übertragung nachteilig beeinflußt.

Die Erfindung hat sich bei dem oben beschriebenen Hohlleiter die Aufgabe gestellt, einen Hohlleiter zu

^o finden, der in bezug auf seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften optimal für den Aufbau fester Antennenstationen ist.

Gelöst wird dies dadurch, daß die Gesamtwandstärke des Hohlleiters derart ungleich gewählt ist, daß diese bei unsymmetrisch zur großen Achse verlaufendem Innenquerschnitt im Bereich der kleinen Achse minimale Werte aufweist, die zu maximalen Werten gehen und bei symmetrisch zu beiden Achsen verlaufendem Innenquerschnitt von im Bereich der Hohlleiterachsen liegenden Minimalwerten auf zwischen den Hohlleiterachsen liegende Maximalwerte geht.

Hierzu gibt es mehrere Lösungen. Einmal kann der Hohlleiter auf seiner äußeren Oberfläche mit in Längsrichtung verlaufenden dielektrischen Streifen versehen werden. Diese aufgebrachten Streifen bewirken, daß sich beim Biegen oder Tordieren des Hohlleiters der Innenquerschnitt nicht in unerwünschter Weise ändert, so daß noch eine störungsfreie und eindeutige Übertragung der eingespeisten elektromagnetischen Wellen möglich ist.

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß man die äußere Oberfläche des Hohlleiters mit einem dielektrischen Mantel umgibt, der längs seiner Querschnittsberandung verschiedene Stärke aufweist. Die Mantelstärke wird an den Stellen dicker gewählt, die beim Biegen nicht deformiert werden sollen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die gewünschte Wirkung dadurch erzielt,

daß die metallische Hohlleiterwand selbst längs ihrer Querschnittsberandung verschiedene Wandstärke hat. Dies kann beispielsweise so erfolgen, daß man durch in Hohlleiterlängsrichtung verlaufende Metallstreifen auf der äußeren Oberfläche des Hohlleiters die gewünschte Steifigkeit erzwingt. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es hierbei zweckmäßig, die Berrndung der äußeren Oberfläche stetig verlaufen zu lassen.

Der wirksame Innenquerschnitt des erfindungsgemaß ausgebildeten Hohlleiters, der eine glatte Innenwand aufweist, kann in verschiedener Weise gewählt werden. So kann man z. B. seinen Innenquerschnitt symmetrisch zu den Hauptachsen des Hohlleiterq-.'erschnittes ausbilden. Ferner ist es möglich, daß der innenquerschnitt lediglich zu einer Hauptachse symmetrisch ist. Die Länge der beiden erwähnten Haup'.achsen ist immer verschieden, wobei das Verhältnis der kleinen zur großen Hauptachse vorzugsweise größer als 0,45 gewählt wird.

Die Querschnittsform des erfindungsgemäßen Hohlleiters sollte in erster Näherung rechteckförmig sein, um eine möglichst große Bandbreite zu erzielen. In Weiterbildung der Erfindung können dann die Hohlleiterwände je nach den Anforderungen kontcav as oder konvex gewölbt sein.

Für besonders große Bandbreiten wird man den Hohlleiter so ausbilden, daß er bei symmetrischem Querschnitt zwei parallel zur Längsachse verlaufende Einbuchtungen aufweist. Auf diese Art erhält man einen dem Steghohlleiter ähnlichen Hohlleiter, der trotz sehr großer möglicher Querschnittsänderung (Einschnürung) beim Biegen noch eine eindeutige Übertragung ermöglicht.

Die Herstellung eines gemäß der Erfindung aufgebauten Hohlleiters erfolgt zweckmäßig durch nahtloses Pressen eines Metallrohres in einer hierfür geeigneten Kabelmaschine.

Bei den bisher üblichen biegsamen Antennenspeiseleitungen hat man auch gewellte Metallrohre aus Kupfer benutzt. Die Wetlung bedeutet eine mechanische Verlängerung des Hohlleiters. Sie führt zu nachteiligen Reflexionen und geht außerdem auf die Dämpfung ein. Der erfindungsgemäß aufgebaute Hohlleiter mit glatter Wand besitzt demgegenüber höchstens die gleiche Dämpfung, wobei ein Aluminium-Hohlleiter die zusätzlichen Vorteile hat, daß er weicher und damit biegsamer ist als ein Kupfer-Hohlleiter und darüber hinaus eine größe'e Korrosionsbeständigkeit aufweist.

An Hand einiger in den Figuren dargestellter spezieller Ausführungsbeispiele soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Hohlleiter 1 gleiche Wandstärke aufweist. Die beiden Hauptachsen seines Querschnittes sind mit D und d bezeichnet. Die Querschnittsform entspricht, um die gewünschte große Bandbreite zu erzielen, etwa einem Rechteck mit stark abgerundeten und nach außen gewölbten Seiten. Um beim Biegen oder Tordieren dieses Hohlleiters eine nachteilige Änderung seines Innenquerschnittes zu vermeiden, ist seine äußere Oberfläche mit einem dielektrischen Mantel 2 umgeben, der längs seiner Querschnittsberandung keine konstante Dicke aufweist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wandstärke des Mantels im Bereich der Hauptachsen des Hohlleiters am geringsten. Die äußere Kontur der dielektrischen Ummantelung stellt ein Rechteck mit stark abgerundeten Ecken und nach innen gewölbten Seiten dar.

In einer weiteren in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Hohlleiter einen Querschnitt auf, der lediglich zu einer Hauptachse symmetrisch ist. Die Wandstärke des Hohlleiters 4 isi längs der Querschnittsberandung konstant. Ungefähr im Bereich der vier »Ecken« sind zusätzliche in Hohlleiterlängsrichtung verlaufende Metallstreifen 5, 6, 7 und 8 mit der Hohlleiterwand 4 verbunden, die auf Grund ihrer Formgebung und Lage eine unzulässige Änderung des wirksamen Innenquerschnittes beim Biegen und/oder Tordieren des Hohlleiters verhindern. Die erwähnten Streifen können beispielsweise aus dem gleichen Material bestehen wie der Hohlleiter 4 und auf dessen äußere Oberfläche aufgeschweißt sein. Die genaue Lage und Dicke der Längsstreifen sind vom jeweiligen Querschnitt und Material des Hohlleiters 4 abhängig.

Eine weitere Möglichkeit, die Erfindung zu verwirklichen, ist in der Fi g. 3 angedeutet. Der dort dargestellte Hohlleiter 10 hat eine äußere Berandung, die durch einen Halbkreis mit abgerundeten Ecken gebildet wird. Sein Innenquerschnitt ist so gewählt, daß durch verschiedene Wandstärken längs der Berandung des Hohlleiterquerschnittes dieser verschiedene Festigkeit aufweist, so daß beim Biegen und/ oder Tordieren sein Querschnitt nicht in unerwünschter Weise verformt wird.

Zur Erzielung der gewünschten Breitbandigkeit kann der erfindungsgemäße Hohlleiter außerdem mit mindestens einer in Hohlleiterlängsrichtung verlaufenden Einbuchtung versehen werden. In der Fig. 4 ist ein Hohlleiterquerschnitt dargestellt, der mit zwei symmetrischen, in Hohlleiterquerlängsrichtung verlaufenden Einbuchtungen ausgestattet ist. Man erhält damit einen einem Steghohlleiter ähnlichen Hohlleiter. Die große Hauptachse des Hohlleiters 9 der Fig. 4 ist mit D bezeichnet. Die kleine Achse, die gleichzeitig den Abstand der beiden Einschnürungen darstellt, trägt die Bezeichnung a, während der Abstand des nicht eingebuchteten Teiles des Hohlleiters mit d bezeichnet ist. Das Verhältnis der Hohlleiterbreite d zu dem Abstand α bstimmt im wesentlichen die ausnutzbare Bandbreite eines derartigen Hohlleiters. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Wandstärke des Hohlleiters im Bereich der Hauptachsen dünner gewählt als im übrigen Bereich. Der Verlauf der verschiedenen Wandstärken geht dabei stetig ineinander über. Als Berandungsfunktion des wirksamen Innenquerschnittes wird vorteilhafterweise eine Cassinsche Kurve benutzt, d.h. für die Querschnittsberandung gilt die Funktion

(A° + Y²)² - Ib₂(X² - y²) = k*- b⁴

mit den Festpunkten /\, F₂ (±b,Q) und der Konstanten k, wobei b< k<yl gewählt ist, damit man eine Einbuchtung des Querschnittes erhält.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wies der jeweilige Hohlleiterquerschnitt bezüglich der Biegsamkeit jeweils eine Vorzugsebene auf. Für manche Anwendungszwecke ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Hohlleiter sowohl über die große als auch über die kleine Querschnittsachse etwa in gleicher Weise gebogen werden kann. Die Erfindunggibt nun die Möglichkeit, dies dadurch zu verwirklichen, daß man die Wandstärke so wählt, daß die Biegsamkeit in beiden Ebenen nahezu gleich ist.

An Hand der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform soll dies kurz erläutert werden. Der wirksame Innenquerschnitt des dort dargestellten Hohlleiters 11 ist ungefähr rechteckförmig mit stark abgerundeten Ecken und nach außen gewölbten Seitenflächen. Das Verhältnis der mit d bezeichneten kleinen Hohlleiterachse zu der mit D bezeichneten großen Hohlleiterachse ist größer gewählt als 0,45. Die Wandstärke des Hohlleiters 11 ist im Bereich der Hauptachsen dünner als außerhalb dieses Bereiches. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der mit r bezeichnete innere Krümmungsradius des wirksamen Hohllciterquerschntttes ungefähr gleich V₄ der kleinen Hohlleiterachse d. Im Bereich der sogenannten Ecken des Hohlleiters beträgt die Wandstärke / ungefähr das zwei- bis vierfache der Wandstärke e im Bereich der großen Hauptachse des Hohlleiterquerschnittes. Um nun zu erreichen, daß dieser Hohlleiter sowohl in Richtung der Hauptachse D als auch in Richtung der hierzu senkrecht verlaufenden Achse d etwa gleiche Biegsamkeit aufweist, kann man die Wandstärke e und b im Bereich der Hauptachsen in geeigneter Weise verschieden wählen. Der Übergang der verschiedenen Wandstärken erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel stetig.

S Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Hohlleiterquerschnitt liegen die vier abgerundeten äußeren »Ecken« des Hohlleiters auf einem Kreis mit dem Radius R. Dies bringt den Vorteil, daß die erforderlichen Flansche zum Anschließen des Hohlleiters in an sich

ίο bekannter Weise durch einfache Überwurfmuttern verwirklicht werden können, die mit ihrem Innengewinde in ein entsprechendes Außengewinde des Hohlleiters im Bereich dieser äußeren Ecken eingreifen. In Weiterführung der Erfindung kann man bereits beim Herstellen des Hohlleiters dafür Sorge tragen, daß das Hohlleiterende bezüglich seiner Wanddicke so verstärkt wird, daß der Hohlleiter in diesem Bereich außen einen runden Querschnitt aufweist. Diese Ausführungsform mit verstärktem Hohlleiterende ermög-

ao licht ein besonders einfaches Anbringen von Armaturen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Trommelbarer Hohlleiter zur Übertragung von linear polarisierten elektromagnetischen Wellen, der einen vom Kreis abweichenden Innenquerschnitt mit großer und kleiner Achse und mit stetigem Verlauf der Berandung hat und aus einem nahtlosen Aluminiumrohr besteht, wobei dieser Hohlleiter gegebenenfalls mit einem dielektrischen Schutzmantel umgeben ist, d adurch gekennzeichnet, daß die Gesamtwandstärke des Hohlleiters derart ungleich gewählt ist, daß diese bei unsymmetrisch zur großen Achse verlaufendem Innenquerschnitt im Bereich der kleinen Achse minimale Werte aufweist, die zu maximalen Werten gehen und bei symmetrisch zu beiden Achsen verlaufendem Innenquerschnitt von im Bereich der Hohlleiterachsen liegenden Minimalwerten auf zwischen den Hohlleiterachsen liegende Maximalwerte geht.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei symmetrischem Querschnitt die Maxima (/) der Wandstärke etwa das Zweibis Vierfache der minimalen Wandstärken (e) im Bereich der großen Achse betragen (Fig. 5).

3. Hohlleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er bei symmetrischem Querschnitt zwei parallel zur Längsrichtung verlaufende Einbuchtungen besitzt.

4. Hohlleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandung des Innenquerschnitts nach einer Cassinschen Kurve verläuft (Fig. 4).

5. Hohlleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Querschnittsberandung stetig verläuft.