DE914992C

DE914992C - Detachable connection for high frequency lines

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.The invention has the task of providing releasable connections, e.g. plug connections, for To create high-frequency lines that are also suitable for short and ultra-short waves, especially decimeter waves, none, resulting in impact points in the wave resistance.

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.If you look at the known connectors, e.g. B. banana plugs or plug connections for coaxial lines, it should be noted that, until now, care has been taken to ensure that there are no capacitive joints of the wave resistance, but inductive joints the plug connection was not taken into account. One has z. B. with coaxial lines Diameter ratio of inner to outer conductor taking into account the dielectric constant Correctly coordinated at the respective location and has run-up routes for the transition from the small created to larger conductor diameter. But it cannot be done by such measures avoid that, as a result of an increase in inductance, butt joints occur, which under certain circumstances can even give rise to blocking effects. This has not yet been fully recognized and therefore also neglected.

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 demOn the basis of this knowledge, detachable connections for high-frequency lines are made according to the invention constructed in such a way that the current transition point is precisely defined in terms of location and the current transition as linear as possible on the

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 Stoßstellenthe entire circumference of the conductor takes place and that furthermore the current path has the smallest possible extension experiences and / or an increase in inductance as a result Current path extension through appropriate Increase in capacity at the beginning and end of the line section is compensated. Will this be the case too using releasable connections, e.g. B. plug-in connections ;, taken into account, also result no joints for short and ultrashort waves

ίο im Wellenwiderstand.ίο in wave resistance.

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.In Figs. Ι and 2 known plug connections are shown as an example, namely shows
Fig. Ι a banana plug and
Fig. 2 shows a known coaxial connector.

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-The banana plug of FIG. 1 consists of the plug part i, which is mounted on a tapered shaft 2 carries a contact spring set 3 with which it protrudes into the socket 4 of the socket part 5. At a such a construction results from the

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.ao provided connection a current path extension. The current path is indicated by dashed lines. It is assumed here that the contact springs 3 at their ends at 2 ⁰ do not make any contact with the tapered shaft 2 or only have a connection via large contact resistances, as is usually the case in practice. In contrast, at point 2 'the contact springs are also well connected electrically to the shaft by riveting and usually also by additional soldering. As a result of the lengthening of the current path, the inductance is increased. Together with the capacity that the shaft 2 has for the socket 5 and which is still significantly increased by the spring ends extending up to the point 2 °, the effect of a locking pot can result. For example, plug connections with the usual banana plugs, which have a length of the plug shaft of, for example, 20 mm, exhibit a blocking pot effect for wavelengths of about 10 cm.

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 dieserIn the known shown in FIG With the coaxial plug, a tapered shaft 2 of the inner conductor 1 protrudes into a socket 4 of the inner conductor 5 into it. The socket 4 expands in this case

' Konstruktion nach innen derart, daß ein Hohlraum in der Form eines Kegelstumpfes entsteht.'Inward construction in such a way that a cavity in the shape of a truncated cone is created.

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.A snap ring 6 or the like ensures good contact with the shaft 2. For the inner conductor, this already results in a connection that can also be considered good on the basis of the more recent findings. However, such a connection has hitherto only been used in the inner conductor of coaxial plug connections. In the external connection of this coaxial connector, however, an extremely unfavorable design is found. The outer conductor 7 has a recess 7 'at the end and can thus be pushed over a taper 8' of the outer conductor 8. The contact surface is placed on the outside and is located at A. The current paths for the outer and inner conductors are shown in dashed lines. It can be seen that there is an extraordinary lengthening of the current path for the outer conductor. Due to the peculiarity of the training, an additional inductance occurs at 9 and in the inductive space 10 and also a capacitance at 11. The outer conductor is thus loaded by additional inductances and acts together with the capacitance of the part 8 'against 7 as a blocking circuit or blocking pot. If one assumes, for example, a length of the tapered part 8 'of about 30 mm, it can be seen that at wavelengths of about 20 to 50 cm the plug shown in FIG. 2 can act as a blocking pot.

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.If the teaching of the invention is applied to the known connector according to FIG. 2, it is only necessary to no longer place the contact point of the outer conductor at point A, ie outside, but at point B, ie inwards, as it is shown in FIG. 3. It is therefore necessary to make the tapered part 8 'of the outer conductor 8 longer than the recess 7' of the outer conductor 7. The inner connection can be designed in the same way as with the known connector according to FIG create, it is sufficient, for example, in the case of plug-in connections for coaxial lines, to place the contact surface of the outer connection inward as possible and the contact surface of the inner connection outward. Correspondingly, in connections for symmetrical or multi-core lines, the contact surface of the cores must be placed on the outside and that of any existing screen on the inside.

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.According to the further invention, cone-ball contacts are particularly advantageously used for inner and / or outer conductors. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 4. In this exemplary embodiment, cone-ball contacts are used both for the internal and for the external connection. The inner conductor 1 has a spherical contact 12 on its tapered end 2 and the inner conductor 5 has the corresponding conical mating contact 13. Correspondingly, the outer conductor 7 has a spherical contact 14 and the outer conductor 8 has a conical contact 15. With such a construction, as in the constructions according to FIGS. 2 and 3, the mechanical retention of the connection is no longer ensured by guiding the outer conductors into one another or the inner conductors into one another. It is therefore necessary to guarantee this in another way. For example, this can be achieved by a union sleeve 16 ¹ , the z. B. can be screwed to the outer conductor 8 at 17 and against steel balls 18, which run in a groove 19 of the outer conductor 7, applies. The balls are inserted through an opening 20 that can be closed with a screw.

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 derAccording to a further invention, one of the compounds, preferably the inner connection, a spring contact in the axial direction. For this purpose, for example, in the example of the 4, the contact 12 can be arranged displaceably on the tapered shaft 2 of the inner conductor 1 and pressed against the cone contact 13 by a compression spring 21. The inner conductor 5 contains expediently a recess 4 into which the

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.tapered shaft 2 can protrude. In order to increase the inductance of the To avoid the inner conductor, the shaft carrying the compression spring is expediently also surrounded a corrugated pipe 22 or the like. On one side with the internal conductor 1 and on the other side is connected to the contact piece 12 and processed the spring play. If you use for that Corrugated tube 22 resilient material, so the corrugated tube itself can take over the suspension and the Replace compression spring 21.

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.Instead of a cone-ball contact, a cone-sleeve contact can also be used with advantage will. For example, FIG. 4 a shows the use of a cone-sleeve contact for the inner connection. In this embodiment, the inner conductor 1 protrudes with its conical shape End 2 'into the sleeve 4 of the inner conductor 5. The contact point itself is a long way behind turned on the outside at point 4 ', the open edge of the sleeve.

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 WertIn Fig. 5 an embodiment of a releasable connection according to the invention is shown, in which the increase in inductance due to a current path lengthening is compensated by a corresponding increase in capacitance at the beginning and end of the line section. It is assumed that in the case of a coaxial plug according to FIG. 3, in which the contact surface is placed inwards for the external connection, a banana plug is used for the internal connection. As can be seen from FIG. 1, the use of a banana plug results in an extension of the current path. The additional inductance that occurs is compensated for by an additional capacitance, for example by insulating washers 23, 24, the dielectric constant of which is greater than the dielectric constant of the dielectric (mostly air) used in the connector between the inner and outer conductors. The equivalent electrical image of FIG. 5 is thus obtained. AL is the additional inductance due to the lengthening of the current path and AC j 2 is the two additional capacitances that result from the use of the insulating washers. The insulating washers are to be dimensioned and arranged in such a way that the value for AC

ZlC =ZIC =

Ä^L 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.where Z is the wave impedance of the line. The increase in capacitance can also be achieved, for example, by means of metal beads in the inner and / or outer conductor instead of the insulating washers shown in the example in FIG. 5. It is important that the additional inductance ' AL that occurs is maintained as constant as possible each time the connection is made. When using a banana plug, it is therefore advantageous to provide an insulating sleeve 25 between the shaft 2 and the end of the contact springs 3 in order to prevent the current path from possibly running over the spring ends.

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 GrenzfrequenzCompensation of the additional inductance by increasing the capacitance at the ends of the conductor section results in an arrangement which, according to FIG. 5 a, represents a member of a coil line, i.e. a low-pass filter, its cutoff frequency

AL-ACAL-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.is. This means can therefore only be used if the highest usable frequency to be transmitted is / "<Ξ 0.7 f _g . If one wants to transmit even higher frequencies, one must strive to keep AL as small as possible in order to move f _{g higher.} In the case of the banana plug, a structural design according to FIG. 6 AL can still be significantly reduced in size, as can be seen from the current path shown in dashed lines. The contact springs 3 are at the point 26 z. B. connected by soldering to the connector part 1 with good electrical conductivity. To process the spring play, their free ends slide under a cap 27 which is attached to the plug end on the shaft 2. In order to prevent a parallel current path through the shaft 2 to the springs, insulation can again be provided, e.g. B. 2 and 27 can consist of an insulating body and be screwed into part 1.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Detachable connection for high-frequency lines, characterized in that the The current transition point is precisely defined in terms of location and the current transition is as linear as possible takes place on the entire circumference of the conductor that furthermore the current path is as little as possible elongation experiences and / or an increase in inductance due to the lengthening of the current path due to a corresponding increase in capacitance on The beginning and end of the line part is compensated.

2. Connection for a coaxial line according to claim 1, characterized in that the Contact surface of the connection of the outer conductor to the inside and the contact surface of the connection of the inner conductor is laid to the outside.

3. Connection for a symmetrical or »o multi-core line according to claim 1, characterized characterized in that the contact surface of the veins to the outside, that of any existing Screen is placed inside.

4. A compound according to any one of claims 1 to 3, characterized by the use a cone-ball contact for internal and / or external connection.

5. A compound according to any one of claims 1

up to 3, characterized by the use of a cone-sleeve contact for internal and / or outside connection.

6. A compound according to any one of claims 4 and 5, characterized by a z. B. screwable Union sleeve over the outer conductor or the screen.

7- connection according to any of the preceding Claims, characterized in that at least one connection, in particular the inner connection in the case of a coaxial cable or the wire connections in the case of two-core or multi-core cables Line, has a resilient contact in the axial direction.

8. A compound according to any one of the preceding claims, characterized in that for capacitive compensation of any additional inductance that may be present at the beginning and the end of the line piece insulating washers are arranged.

9. A compound according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the capacitive Compensation for any additional inductance that may be present at the beginning and end of the line section, metal beads are provided are.

10. A compound according to claim 8 or 9, characterized in that means are provided are, so that the additional inductance occurring as a result of the extension of the current path for each manufactured Connection maintains a value that is as constant as possible.

11. A compound according to claim 10, characterized characterized in that when using a banana plug, an insulating sleeve between Connector shank and contact spring end is arranged.

12. A compound according to claim 10, characterized in that when using a banana plug, the contact spring set is connected to the base of the plug shank in an electrically conductive manner.

13. A compound according to claim 12, characterized characterized in that the contact spring set is kept electrically separated from the shaft tip.

1 sheet of drawings