DE914992C

DE914992C - Loesbare Verbindung fuer Hochfrequenzleitungen

Info

Publication number: DE914992C
Application number: DES3181D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Wild
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1942-12-23
Filing date: 1942-12-24
Publication date: 1954-07-12

Description

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, lösbare Verbindungen, z.B. Steckverbindungen, für Hochfrequenzleitungen zu schaffen, die auch für kurze und ultrakurze Wellen, insbesondere Dezimeterwellen, keine ,Sitoßstellen im Wellenwiderstand ergeben.

Betrachtet man sich die bekannten Steckverbindungen, z. B. Bananenstecker oder auch Steckverbindungen für koaxiale Leitungen, so ist festzustellen, daß man bislang zwar darauf geachtet hat, daß keine kapazitiven Stoßstellen des Wellenwiderstandes entstehen, daß aber auf induktive Stoßstellen der Steckverbindung keine Rücksicht genommen wurde. Man hat z. B. bei koaxialen Leitungen das Durchmesserverhältnis von Innen- zu Außenleiter unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstante am jeweiligen Ort aufeinander richtig abgestimmt und hat Anlaufstrecken für den Übergang von kleinem zu größerem Leiterdurchmesser geschaffen. Durch derartige Maßnahmen läßt es sich aber nicht vermeiden, daß infolge einer Erhöhung der Induktivität Stoßstellen auftreten, die unter Umständen sogar zu Sperrtopfwirkungen Anlaß geben können. Dies wurde bisher nicht voll erkannt und daher auch vernachlässigt.

Auf Grund dieser Erkenntnis werden gemäß der Erfindung lösbare Verbindungen für Hochfrequenzleitungen derart konstruktiv durchgebildet, daß die Stromübergangsstelle örtlich genau definiert ist und der Stromübergang möglichst linienmäßig auf dem

ganzen Leiterumfang erfolgt und daß ferner der Strompfad eine möglichst geringe Verlängerung erfährt und/oder eine Erhöhung der Induktivität infolge Strompfad Verlängerung durch entsprechende Kapazitätserhöhung am Anfang und Ende des Leitungsteiles kompensiert ist. Wird dies bei den zu verwendenden lösbaren Verbindungen, z. B. Steckverbindungen;, berücksichtigt, so ergeben sich auch für kurze und ultrakurze Wellen keine Stoßstellen

ίο im Wellenwiderstand.

In den Fig. ι und 2 sind als Beispiel bekannte Steckverbindungen dargestellt, und zwar zeigt
Fig. ι einen Bananenstecker und
Fig. 2 einen bekannten koaxialen Stecker.

Der Bananenstecker der Fig. 1 besteht aus dem Steckerteil i, der auf einem verjüngten Schaft 2 einen Kontaktfedersatz 3 trägt, mit dem er in die Buchse 4 des Buchsenteils 5 hineinragt. Bei einer derartigen Konstruktion ergibt sich bei der her-

ao gestellten Verbindung eine Strompfad Verlängerung. Der Stromweg ist gestrichelt angedeutet. Dabei ist angenommen, daß die Kontaktfedern 3 an ihren Enden bei 2⁰ mit dem verjüngten Schaft 2 keinen Kontakt geben oder nur Verbindung über große Übergangswiderstände besitzen, wie das praktisch meist der Fall ist. Dagegen sind an der Stelle 2' die Kontaktfedern durch Vernietung und meist auch durch zusätzliche Verlötung mit dem Schaft auch elektrisch gut verbunden. Infolge der Strompfadverlängerung wird die Induktivität erhöht. Zusammen mit der Kapazität, die der Schaft 2 zur Steckerbuchse 5 besitzt und die durch die bis zur Stelle 2° verlaufenden Federenden noch wesentlich erhöht wird, kann sich dabei die Wirkung eines Sperrtopfes ergeben. So werden beispielsweise Steckverbindungen mit den üblichen Bananensteckern, die eine Länge des Steckerschaftes von z.B. 20mm aufweisen, für Wellenlängen von etwa 10 cm eine Sperrtopfwirkung zeigen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten bekannten koaxialen Stecker ragt ein verjüngter Schaft 2 des Innenleiters 1 in eine Buchse 4 des Innenleiters 5 hinein. Die Buchse 4 erweitert sich bei dieser

' Konstruktion nach innen derart, daß ein Hohlraum in der Form eines Kegelstumpfes entsteht.

Durch einen Sprengring 6 od. dgl. wird eine gute Kontaktgabe mit dem Schaft 2 sichergestellt. Für den Innenleiter ergibt sich damit bereits eine Verbindung, die auch auf Grund der neueren Erkenntnisse als gut angesprochen werden kann. Jedoch hat man eine derartige Verbindung bisher lediglich beim Innenleiter von koaxialen Steckverbindungen angewandt. Bei der äußeren Verbindung dieses koaxialen Steckers zeigt sich aber eine äußerst ungünstige Ausbildung. Der äußere Leiter 7 zeigt am Ende eine Aussparung 7' und läßt sich damit über eine Verjüngung 8' des Außenleiters 8 hinwegschieben. Die Kontaktfläche ist dabei nach außen gelegt und befindet sich bei A. Die Strompfade für Außen- und Innenleiter sind gestrichelt eingezeichnet. Es ist zu ersehen, daß sich für den Außenleiter eine außerordentliche Strompfadverlängerung ergibt. Infolge der Besonderheit der Ausbildung tritt eine Zusatzinduktivität bei 9 und in dem induktiven Raum 10 auf und ebenso eine Kapazität bei 11. Der Außenleiter wird also durch zusätzliche Induktivitäten belastet und wirkt zusammen mit der Kapazität des Teiles 8' gegen 7 als Sperrkreis oder Sperrtopf. Nimmt man beispielsweise eine Länge des verjüngten Teiles 8' von etwa 30 mm an, so zeigt sich, daß bei Wellenlängen von etwa 20 bis 50 cm der in der Fig. 2 dargestellte Stecker als Sperrtopf wirken kann.

Wendet man auf den bekannten Stecker nach Fig. 2 die Lehre der Erfindung an, so ist es lediglieh erforderlich, die Kontaktstelle des Außenleiters nicht mehr an den Punkt A, also außen, sondern an die Stelle B, d. h. nach innen hin zu legen, wie es die Fig. 3 zeigt. Es wird also notwendig, den verjüngten Teil 8' des Außenleiters 8 langer zu machen als die Aussparung 7' des Außenleiters 7. Die innere Verbindung kann dabei ebenso ausgebildet sein wie bei dem bekannten Stecker nach Fig. 2. Um eine Verbindung ohne merkliche Stoßstelle zu schaffen, genügt es also beispielsweise bei Steckverbindungen für koaxiale Leitungen, die Kontaktfläche der äußeren Verbindung möglichst nach innen und die Kontaktfläche der inneren Verbindung nach außen zu legen. Entsprechend ist bei Verbindungen für symmetrische oder mehradrige Leitungen die Kontaktfläche der Adern nach außen und die eines etwa vorhandenen Schirmes nach innen zu legen.

Besonders vorteilhaft werden gemäß der weiteren Erfindung für Innen- und/oder Außenleiter Kegel-Kugel-Kontakte verwendet. Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt Fig. 4. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl für die Innen- als auch für die Außenverbindung Kegel-Kugel-Kontakte benutzt. Der Innenleiter 1 trägt auf seinem verjüngten Ende 2 einen Kugelkontakt 12 und der Innenleiter 5 den entsprechenden kegelförmigen Gegenkontakt 13. Entsprechend weist der Außenleiter 7 einen Kugelkontakt 14 und der Außenleiter 8 einen Kegelkontakt 15 auf. Bei einer derartigen Konstruktion wird nicht mehr wie bei den Konstruktionen nach Fig. 2 und 3 durch die Führung der Außenleiter ineinander bzw. der Innenleiter ineinander der mechanische Halt der Verbindung gesichert. Es ist daher erforderlich, diesen in anderer Weise zu gewährleisten. Beispielsweise kann dies durch eine Überwurf muffe 16 erreicht werden¹, die z. B. mit dem Außenleiter 8 bei 17 verschraubt sein kann und sich gegen Stahlkugeln 18, die in einer Rinne 19 des Außenleiters 7 laufen, anlegt. Die Kugeln werden durch eine mit Schraube verschließbare öffnung 20 eingelegt.

Gemäß weiterer Erfindung erhält eine der Verbindungen, vorzugsweise die innere Verbindung, einen in Achsrichtung federnden Kontakt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise im Beispiel der Fig. 4 der Kontakt 12 verschiebbar auf dem verjüngten Schaft 2 des Innenleiters 1 angeordnet sein und durch eine Druckfeder 21 wider den Kegelkontakt 13 gepreßt werden. Der Innenleiter 5 enthält dabei zweckmäßig eine Aussparung 4, in die der

verjüngte Schaft 2 hineinragen kann. Um auch an der Federstelle eine Induktivitätserhöhung des Innenleiters zu vermeiden, umgibt man den die Druckfeder tragenden Schaft zweckmäßig noch mit einem Wellrohr 22 od. dgl., das auf der einen Seite mit dem Inmenleiter 1 und auf der anderen Seite mit dem Kontaktstück 12 verbunden ist und das Federspiel verarbeitet. Verwendet man für das Wellrohr 22 federndes Material, so kann das WeIlrohr selbst die Federung übernehmen und die Druckfeder 21 ersetzen.

Statt eines Kegel-Kugel-Kontaktes kann mit Vorteil auch ein Kegel-Hülse-Kontakt verwendet werden. So zeigt beispielsweise die Fig. 4 a die Anwendung eines Kegel-Hülse-Kontaktes für die innere Verbindung. Der Innenleiter 1 ragt bei dieser Ausführungsform mit seinem kegelförmigen Ende 2' in die Hülse 4 des Innenleiters 5 hinein. Die Kontaktstelle selbst liegt dabei ganz weit nach außen gekehrt an der Stelle 4', dem offenen Rand der Hülse.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer lösbaren Verbindung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Erhöhung der Induktivität infolge einer Strompfadverlängerung durch entsprechende Kapazitätserhöhung am Anfang und Ende des Leitungsstückes kompensiert ist. Es sei angenommen, daß bei einem koaxialen Stecker nach Fig. 3, bei dem also bei der äußeren Verbindung die Kontaktfläche nach innen gelegt ist, für die innere Verbindung ein Bananenstecker benutzt ist. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ergibt sich bei Anwendung eines Bananensteckers eine Strompfadverlängerung. Die auftretende zusätzliche Induktivität wird hierbei nun durch eine zusätzliche Kapazität, beispielsweise durch Isolierscheiben 23, 24, deren Dielektrizitätskonstante größer ist als die Dielektrizitätskonstante des im Stecker zwischen Innen- und Außenleiter benutzten Dielektrikums (meist Luft), kompensiert. Man erhält damit das elektrische Ersatzbild der Fig. 5 a A L ist hierbei die zusätzliche Induktivität infolge der Strompfadverlängerung und AC j 2 die beiden zusätzlichen Kapazitäten, die sich dufch die Anwendung der Isolierscheiben ergeben. Die Isolierscheiben sind dabei derart zu bemessen und anzuordnen, daß sich für A C der Wert

ZlC =

Ä^L

ergibt, wobei Z der Wellenwiderstand der Leitung ist. Die Erhöhung der Kapazität kann statt durch die in dem Beispiel der Fig. 5 dargestellten Isolierscheiben beispielsweise auch durch Metallwülste im Innen- und/oder Außenleiter erreicht werden. Es ist dabei wichtig, daß die auftretende Zusatzinduktivität' AL bei jeder Herstellung der Verbindung einen möglichst konstanten Wert beibehält. Bei Verwendung eines Bananensteckers ist es daher vorteilhaft, zwischen dem Schaft 2 und dem Ende der Kontaktfedern 3 noch eine Isolierhülse 25 vor- · zusehen, um zu vermeiden, daß der Stromweg gegebenenfalls über die Federenden verlaufen kann.

Die Kompensation der Zusatzinduktivität durch Kapazitätserhöhung an den Enden des Leiterstückes ergibt eine Anordnung, die gemäß Fig. 5 a ein Glied einer Spulenleitung darstellt, also einen Tiefpaß, dessen Grenzfrequenz

AL-AC

ist. Dieses Mittel ist deshalb nur anwendbar, wenn die höchste zu übertragende Nutzfrequeniz /„ <Ξ 0,7 f_g ist. Will man noch höhere Frequenzen übertragen, so muß man bestrebt sein, AL möglichst klein zu halten, um f_g höher zu rücken. Beim Bananenstecker kann durch einen konstruktiven Aufbau nach Fig. 6 AL noch wesentlich verkleinert werden, wie an dem gestrichelt eingezeichneten Strompfad zu ersehen ist. Die Kontaktfedern 3 sind an der Stelle 26 z. B. durch Lötung mit dem Steckerteil 1 elektrisch gut leitend verbunden. Ihre freien Enden gleiten zur Verarbeitung des Federspiels unter einer Kappe 27, die am Steckerende am Schaft 2 befestigt ist. Um einen parallelen Stromweg über den Schaft 2 auf die Federn zu unterbinden, kann wieder eine Isolierung vorgesehen werden, z. B. können 2 und 27 aus einem Isolierkörper bestehen und in den Teil 1 eingeschraubt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lösbare Verbindung für Hochfrequenzleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromübergangsstelle örtlich genau definiert ist und der Stromübergang möglichst linienmäßig auf dem ganzen Leiterumfang erfolgt, daß ferner der Strompfad eine möglichst geringe Verlängerung erfährt und/oder eine Erhöhung der Induktivität infolge Strompfadverlängerung durch entsprechende Kapazitätserhöhung am Anfang und Ende des Leitungsteiles kompensiert ist.

2. Verbindung für eine koaxiale Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche der Verbindung des Außenleiters nach innen und die Kontaktfläche der Verbindung des Innenleiters nach außen gelegt ist.

3. Verbindung für eine symmetrische oder »o mehradrige Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche der Adern nach außen, die eines etwa vorhandenen Schirmes nach innen gelegt wird.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kegel-Kugel-Kontaktes für Innen- und/oder Außenverbindung.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1

bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kegel-Hülse-Kontaktes für Innen- und/oder Außenverbindung.

6. Verbindung nach einem der Ansprüche 4 und 5, gekennzeichnet durch eine z. B. verschraubbare Überwurfmuffe über dem äußeren Leiter bzw. dem Schirm.

7- Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Verbindung, insbesondere die innere Verbindung bei koaxialer Leitung bzw. die Aderverbindungen bei zwei- oder mehradriger Leitung, einen in Achsrichtung federnden Kontakt aufweist.

8. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Kompensation einer gegebenenfalls vorhandenen Zusatzinduktivität am Anfang und Ende des Leitungsstückes Isolierscheiben angeordnet sind.

9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Kompensation einer gegebenenfalls vorhandenen Zusatzinduktivität am Anfang und Ende des Leitungsstückes Metallwülste vorgesehen sind.

10. Verbindung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, damit die infolge Strompfadverlängerung auftretende Zusatzinduktivität bei jeder hergestellten Verbindung einen möglichst konstanten Wert beibehält.

11. Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Bananensteckers eine Isolierhülse zwischen Steckerschaft und Kontaktfederende angeordnet ist.

12. Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Bananensteckers der Kontaktfedersatz mit der Basis des Steckerschaftes elektrisch gut leitend verbunden ist.

13. Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktfedersatz von der Schaftspitze elektrisch getrennt gehalten ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen