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Abstrahlende Hochfreuquenzleitung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine abstrahlende Hochfrequenzleitung,
bestehend aus einem Innenleiter und einem konzentrischen Außenleiter mit zwischen
beiden Leitern liegendem Dielektrikum, bei welcher der Außenleiter aus um das Dielektrikum
herumgewickelten Drähten aus elektrisch leitendem Material besteht, die gegeneinander
isoliert sind.
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Zur Übertragung von HF-Signalen von ortsfesten Sendeeinrichtungen
zu beweglichen Empfängern oder umgekehrt, insbesondere zur Funkübertragung in Tunnels
zwischen Stationen und Empfangsgeräten in Schienenfahrzeugen, werden Leitungen benutzt,
welche die HF-Energie sowohl verlustarm fortleiten als auch abstrahlen.
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Hierzu ist es bereits bekannt, symmetrische, ungeschirmte HF-Leitungen,
beispielsweise sogenannte Stegleitungen, zu verwenden. Derartige Leitungen haben
von Umgebungseinflüssen und Witterungsverhältnissen stark abhängige Verluste und
Abstrahlungseigenschaften, insbesondere dann, wenn sie auf irgendeinem Untergrund
flach befestigt werden.
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Durch die DT-AS 10 44 199 ist auch eine abstrahlende, angenähert koaxiale
Leitung bekanntgeworden, eine sogenannte Schlitzleitung, bei welcher der Außenleiter
die konzentrische Isolierung des Innenleiters nur über einen Teil des Umfangs umgibt.
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Die Abstrahlung erfolgt also durch den im Außeneleiter verbleibenden
Schlitz. Ein Nachteil einer solchen Anordnung ist darin zu sehen, daß die Feldstärke
mit zunehmendem Abstand von der Leitung rasch abnimmt. Zur Erzielung einer ausreichenden
Information
für den Empfänger müßte dementsprechend eine relativ hohe Energie in die Leitung
eingespeist werden, die jedoch durch die Abmessungen der Leiter begrenzt ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Hochfrequenzleitungen besteht
darin, daß ihr Feld zwar zur induktiven bzw. kapazitiven Auskopplung auf den Eingang
eines Empfängers geeignet ist, doch ist dieses Feld stark streuend und dementsprechend
mit dielektrischen Verlusten behaftet, so daß eine große Dämpfung der zu übertragenden
Energie stattfindet.
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Außerdem weisen diese Leitungen in ihrer Längsrichtung starke Feldstärkeschwankungen
infolge Reflexionen äußerer Felder auf, die keinen störungsfreien Empfang der Signale
erlauben.
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Durch die DT-OS 20 22 990 ist eine Leitung bekanntgeworden, wie sie
eingangs beschrieben ist. Der die HF-Energie abstrahlende Außenleiter ergibt eine
Leitung, die zur induktiven Auskopplung der HF-Energie an die Antenne eines Fahrzeugs
bestens geeignet ist. Eine solche Leitung hat neben der für die Auskopplung der
HF-Energie maßgebenden Radialkomponente auch eine Achsialkomponente, durch welche
das an sich gewünschte radiale Feld ungünstig beeinflußt werden kann.
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Aus der DT-AS 16 90 138 geht weiterhin eine abstrahlende Hochfrequenzleitung
mit einem rohrförmigen Außenleiter hervor, der in Abständen mit Schlitzen versehen
ist, durch welche das elektromagnetische Feld austreten kann. Die Richtung der schräg
zur Leitungsachse verlaufenden Schlitze ändert sich dauernd, so daß sich eine unterbrochene
Zick-Zack-Linie ergibt. Durch diesen Verlauf der Schlitze wird die axiale Komponente
des elektromagnetischen Feldes bezüglich der Abstrahlung unterdrückt und es tritt
nur die radiale Komponente aus. Aus Länge, Breite und Neigung der Schlitze ergibt
sich eine bestimmte Stärke des Strahlungsfeldes und aus den Schlitzabständen ein
bestimmter Frequenzbereich. Eine Anpassung der
Strahlungsfeldstärke
an unterschiedliche Erfordernisse bedingt Jeweils eine Veränderung der Form und
des Verlaufs der Schlitze. Hierzu werden dann jeweils neue Stanzwerkzeuge zur Herstellung
der Schlitze benötigt, so daß die Herstellung einer derartigen Leitung sehr aufwendig
g wird und eine wirtschaftliche Fertigung nicht gewährleistet ist.
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er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abstrahlende Hochfrequenzleitung
(AHF-Leitung) anzugeben, die einfach aufgebaut und mit handelsiiblichen Maschinen
variabel herstellbar ist und eine hohe schwankungsfreie Feldstärke aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit einer AHF-Leitung der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wickelsinn der die Umfangsfläche
des Dielektrikums schlitzfrei abdeckenden Drähte in periodischen Absatänden gegenläufig
ist, mit Umkehrbereichen, in denen die Drähte annähernd achsparallel verlaufen,
und daß der Abstand A zwischen zwei Umkehrbereichen in Abhängigkeit von der mittleren
iellenlänge \ der zu übertragenden Hochfreuquenzenergie der Gleichung A = n. #/2
genügt, worin eine ganze Zahl ist.
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Der Vorteil einer solchen AHF-Leitung besteht in der einfachen Herstellung
des Außenleiters, welcher mit üblichen iaschinen auf das Dielektrikum aufgebracht
werden kann. für die Umkehr des Wickelsinns eignen sich aus der habeltechnik bekannte
Maschinen mit reversierbarer Schlagrichtung. Durch die Verwendung von Einzeldrähten
besteht weiterhin die Möglichkeit, die Steigung und den Abstand A zwischen den Umkehr-bereichen
der Wicklung kontinuierlich zu verändern, d. h. also beispielsweise den Streigungswinkel
gegenüber der Leitungsachse
allmählich zu verkleinern. Hierdurch
kann die Abstrahlung der Energie über die gesamte Leitungslänge vergleichmäßigt
werden, indem in Sendernähe die Abstrahlung niedriger angesetzt wird und mit zunehmender
Entfernung bei zunehmenden inneren Leitungsverlusten erhöht wird. Durch die Umkehrbereiche
und den dadurch erreichten gegenläufigen Wickel sinn der Drähte strahlt die Leitung
eine starke Radialkomponente mit maximaler Feldstärke ab.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt.
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Die AHF-Leitung nach der Erfindung besteht aus einem draht-oder rohrförmigen
Innenleiter 1 aus Kupfer, über dem ein Dielektrikum 2 angebracht ist. Über dem Dielektrikum
liegt der konzentrische Außenleiter 3, über dem noch ein äußerer Kunststoffmantel
4 angeordnet ist. Der Außenleiter 3 besteht aus einer Anzahl von gegeneinander isolierten
Drähten 5, von denen der Einfachheit halber in der Zeichnung nur einer dargestellt
ist. Die anderen Drähte verlaufen parallel zu diesen Drähten 5 so, daß die gesamte
Umfangsfläche des Dielektrikums 2 schlitzfrei bedeckt ist.
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Die Drähte 5 werden entsprechend der zeichnerischen Darstellung so
angebracht, daß sie in Abständen ihren Wickelsinn ändern. An den Stellen, wo diese
Umkehr des Wickelsinns stattfindet, verlaufen die Drähte annähernd parallel zur
Achse der Leitung, und zwar über eine längere Strecke, so daß die Umkehrstellen
als Umkehrbereiche anzusehen sind. Der Abstand A dieser Umkehrbereiche wird beim
Aufbau der AHF-Leitung rechnerisch ermittelt und ergibt sich aus den Mittelwert
der Wellenlänge der zu übertragenden HF-Energie, unter Berücksichtigung der unterschiedlichen
Ausbreitungsgeschwindigkeiten innerhalb und außerhalb der Leitung.
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Als günstig nat es sich herausgestellt, wenn der Abstand A gleich
der halben Welenlänze gewählt wird. Es sind jedoch auch Abstände möglich, die ganzzahlige
vielfache der halben wellenlänge sind. Allgemein ausgedrückt berechnet sich der
Abstand A zwischen zwei Bereichen in denen der wickelsinn der Drähte geändert wird
nach der Gleichung A = n . # /2, worin n eine ganze Zahl ist.