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Abstrahlende Hochfrequenzleitung
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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 mindestens
einem in Richtung einer Wendel verlaufenden, auf das Dielektrikum aufgebrachten
Band aus elektrisch leitendem Material besteht, dessen Windungen 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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Diese Leitungen werden beispielsweise im Bereich von Schienenanlagen
von Fahrzeugen verlegt, und zwar auf den Schwellen der Schienenanlage oder neben
dem Gleis auf Stützen oder bei Tunnelstrecken an der Tunnelwandung0 Es ist bereits
bekannt, zu diesem Zweck 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, 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.
Die Abstrahlung erfolgt also durch den im Außenleiter 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. Ein
weiterer Nachteil der bekannten Hochfrequenzleitung besteht darin, daß ihr Feld
zwar zur induktiven bzw. kapazitiven Auskopplung auf den Eingang eines Empfängers
geeignet ist, doch ist dieses Felil stark streuend und dementsprechend mit dielektrischen
Verlusten behaftet, so daß eine große Dampfung der zu übertragenden Energie stattfindet.
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, bei der der Außenleiter aus um das Dielektrikum herumgewickeltem
Band- oder Drahtmaterial besteht. 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 kann0 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 kann0 Die Richtung
der schräg
zur Leitungsachse verlaufenden Schlitze ändert sich dauernd, so daß sich eine unterbrochene
Zick-Zack-Linie ergibt.
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Durch diesen Verlauf der Schlitze wird die axiale Komponente des elektromagnetischen
Feldes bezüglich der Abstrahlung unterdrückt und es tritt nur die radiale Komponente
aus0 Durch die offenen Schlitze im Außenleiter kann Wasser oder Wasserdampf in die
Seele der Leitung eindringen und dann hohe dielektrische Verluste der Leitung hervorrufen0
Außerdem besteht die Gefahr, daß das Wasser sich in der Seele in axialer Richtung
ausbreitet und in Verbindungsstellen Kurzschlüsse erzeugt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abstrahlende Hochfrequenzleitung
(AHF-Leitung) anzugeben, die einfach und mit herkömmlichen Maschinen herstellbar
ist, im Nahbereich der Leitung ein starkes, längsleichmäßiges Hochfrequenzfeld aufweist
und gegen das Eindringen von Wasser bzw. Wasserdampf geschützt ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer AHF-Leitung der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wickel sinn des die Umfangsfläche
des Dielektrikums schlitzfrei abdeckenden Bandes in periodischen Abständen gegenläufig
ist, mit Umkehrbereichen, in denen das Band annähernd achsparallel verläuft, und
daß der Abstand A zwischen zwei Umkehrbereichen in Abhängigkeit von der mittleren
Wellenlänge N der zu übertragenden Hochfrequenzenergie der Gleichung A = n . #/2
genügt, worin n eine ganze Zahl ist.
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Durch den speziell gestalteten Außenleiter der AHF-Leitung ergibt
sich für diese im Nahbereich, in welchem die Empfangsantenne des jeweiligen Fahrzeugs
bewegt wird, ein induktives
Feld, das durch Umgebungseinflüsse nicht
geschwächt wird, da keine dielektrischen Verluste auftreten. Durch die Änderung
des Wickelsinns des für den Außenleiter verwendeten Bandes in bestimmten Abständen
wird bereichsweise die Axialkomponente des Feldes der Leitung unterdrückt und es
verbleibt nur die entsprechend verstärkte Radialkomponente. Auf diese Weise ist
eineAHF-Leitung gegeben, die ein für die Auskopplung geeignetes Feld maximaler Feldstärke
hat. Da das Band des Außenleiters das Dielektrikum schlitzfrei umgibt, ist die Seele
der Leitung außerdem gegen Wasser oder Wasserdampf abgeschirmt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
darstellt.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer AHF-Leitung und in Fig. 2 ist
ein Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie II - II darstellt. Figo 3 gibt das in einer
Ebene liegende Band des Außenleiters in verkleinertem Maßstab wieder.
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Die im Bereich einer Schienenanlage zu verlegende AHF-Leitung weist
einen Innenleiter 1 auf, der beispielsweise aus einem massiven Kupferdraht oder
aus einem Kupferrohr besteht. Über dem Innenleiter 1 befindet sich das Dielektrikum
2, über welchem der konzentrische Außenleiter 3 angebracht ist. Über dem Außenleiter
ist ein äußerer Kunststoffmantel 5 angeordnet.
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Der Außenleiter 3 besteht beispielsweise aus einem zumindest einseitig
isolierten Band 4, das auf das Dilektrikum 3 mit abschnittsweise wechselndem Wickel
sinn in Richtung einer Wendel aufgebracht ist. Die Kanten des Bandes 4 überlappen
sich geringfügig oder liegen zumindest vollkommen dicht aneinander.
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Es ergibt sich dadurch für den Außenleiter ein Bild entsprechend der
Darstellung in den Fig. 1 und 2, bei der das Band in gleichbleibenden Abständen
A seinen Wickelsinn ändert. Dieser Abstand A wird beim Aufbau der AHF-Leitung rechnerisch
ermittelt
und ergibt sich aus dem Mittelwert der Wellenlänge der
zu übertragenden HF-Energie unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten
innerhalb und außerhalb der Leitung.
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Als günstig hat es sich herausgestellt, wenn der Abstand A gleich
der halben Wellenlänge 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 des Bandes 4 geändert
wird, nach der Gleichung A = n . #/2, worin n eine ganze Zahl ist. Die Stellen der
Umkehr des Wickelsinns sind als Umkehrbereiche anzusehen, in denen das Band 4 über
eine bestimmte Strecke annähernd parallel zur Achse der Leitung verläuft.
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In Fig. 3 ist eine mögliche Gestaltung des für den Außenleiter 3 zu
verwendenden Bandes gezeigt, welches vorzugsweise aus Kupfer besteht. Dieses Band
kann mit handelsüblichen Maschinen im Längsbedeckungsverfahren um die Seele der
Leitung herumgelegt werden, wodurch sich für den Außenleiter 3 eine Form ergibt,
die einer Wicklung ähnelt und zumindest einen: Teil einer Wicklung darstellt. Der
Außenleiter 3 kann auch aus zwei oder mehr Bändern aufgebaut werden, die einander
an den Kanten überlappend auf das Dielektrikum 2 aufgebracht werden.