DE2525495C2 - Flexibler schraubenlinienförmig gewellter, längsnahtgeschweißter Rechteckhohlleiter - Google Patents
Flexibler schraubenlinienförmig gewellter, längsnahtgeschweißter RechteckhohlleiterInfo
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- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/12—Hollow waveguides
- H01P3/14—Hollow waveguides flexible
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Description
35
Die Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen schraubenförmig gewellten, längsnahtgeschweißten Rechteckhohlleiter.
Diese Rechteckhohlleiter zeichnen sich gegenüber den durchweg verwandten Hohlleitern mit Kreis- oder
Ellipsenquerschnitt durch einen vergleichsweise größeren Grundfrequenzbereich und durch einen besseren
Dämpfungsfaktor aus. Ein weiterer Vorteil besteht in der leichteren Verlegbarkeit solcher Hohlleiter, da sie
sich infolge ihres Rechteckquerschnitts einfach und platzsparend in Leitungskanälen, die durchweg ebenfalls
rechteckige Querschnitte aufweisen und in Gehäusen unterbringen, befestigen und zu mehreren paketieren
lassen. Die Nachteile der gattungsgemäßen Hohlleiter bestehen einmal darin, daß die Wellung beim Biegen
insb. bei der Herstellung von Eckbiegungen auf dem äußeren Biegungsbogen des Hohlleiters außerordentlich
stark beansprucht wird und zu Verformungen führen kann, die die an sich guten elektrischen Eigenschaften
des Hohlleiters stark beeinträchtigen und zum anderen darin, daß ebenfalls beim Biegen oder beim Aufwikkeln
des Hohlleiters je nach dem Längenverhältnis der beiden Rechteckseiten mehr oder weniger starke Verwerfungen
um die Längsachse entstehen, die zu Ausbeulungen im Rechteckquerschnitt führen und dabei
ebenfalls die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen. Es ist bereits bei der Entwicklung von gewellten
Hohlleitern mit Kreis- bzw. Ellipsenquerschnitt bekanntgeworden, daß die Abmaße und der Verlauf der
Wellung das Verhalten solcher Hohlleiter bei der Verarbeitung und auch deren elektrische Eigenschaften entscheidend
beeinflussen. Für die Abmaße und den Verlauf der Wellung wurden deshalb bereits auf mathematischen
Formeln beruhende Herstellungsanweisungen gegeben (DE-OS 15 90 675). Die entwickelten Formeln
zur Ermittlung der richtigen Steigung der Rohrwellung gehen dabei von der Wellenlänge aus und berücksichtigen
die wirksamen beiden Achsen des elliptischen Querschnitts. Für die Ermittlung vorteilhafter Abmaße und
Wellungsformen für Hohlleiter mit RechtecLiraerschnitt
sind diese Formern praktisch nicht zu gebrauchen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Angaben zur Bestimmung der Abmaße und des Verlaufs der Wed-Jang
von Hohlleitern mit Rechteckquerschnitt zu mackan, die dazu führen, daß die anfangs erwähnten guten
elektrischen Eigenschaften eines großen Grundfrequenzbereiches und kleinen Dämpfungsfaktors bei der
Verarbeitung des Hohlleiters insb. bei dessen Verlegung und Biegung erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steigung der Weitung in dem Bereich größer als ein Zehntel der
Wellenlänge und kleiner als das doppelte Produkt eines vom Leiterwerkstoff bestimmten, etwa zwischen 1 und
1,5 liegenden Erfahrungswertes und der Quadratwurzel aus dem Produkt des Außendurchmessers des noch
nicht rechteckverformten Leiterrohres und dessen Wandstärke liegt und daß die Innenkanten des Querschnitts
einen Krümmungsradius aufweisen, der in einem Bereich größer oder gleich der Tiefe der Welluiig
und kleiner oder gleich 46 Hundertstel der kleinsten inneren Höhe des Querschnitts liegt
Diese Angaben, die anders als die für Hohlleiter mit
elliptischem Querschnitt bekanntgewordenen, den Rohraußendurchmesser, die Wandstärke des Rohres
und den zulässigen Krümmungsradius an den Innenkanten des Querschnitts berücksichtigen, können ihren Niederschlag
in folgenden Formeln Finden:
Die Steigung P der Rohrwellung Hegt in einem Bereich
In dieser bedeuten:
λ - Wellenlänge,
P — Steigung der Rohrwellung,
K - Konstante,
P — Steigung der Rohrwellung,
K - Konstante,
D - Außendurchmesser des Rohres (vor dem Aufbringen der Wellung),
t - Wandstärke des Rohres.
t - Wandstärke des Rohres.
Der Krümmungsradius R der Innenkanten des Rolirquerschnitts
liegt dabei in folgendem Bereich
h 3 R £ 0,46 b
Hier bedeuten
Hier bedeuten
h - Tiefe der Wellung des Rohres,
R — Krümmungsradius der Innenkante des Rohres, b - (kleinere) Höhe des Rohrquerschnitts.
Mit in diesem Bereich liegenden Rohrwellungssteigungen
und Krümmungsradien der Innenkanten des Rohres entsteht ein Rechteckhohlleiter, der die genannten
guten elektrischen Eigenschaften aufweist und beim Biegen nicht verliert
Wie die Erfindung weiter vorsieht, können bei einem
Rechteckhohlleiter, bei dem die Wellungen Abflachungen ihrer Kuppen und eine Beschichtung mit einem
Kunststoff aufweisen, diese Abflachungen im obersten Bereich der Kuppen auf zumindest einer Seite der großen
und der kleinen Symmetrieachse des Querschnitts angeordnet sein. Die Abflachungen bewirken dabei, daS
die Belastungen in diesem Bereich so verteilt werden,
daß innere Spannungen in der Beschichtung vermieden werden.
Wenn schließlich bei einem solchen Hohlleiter erfindungsgemäß
in der Beschichtung oberhalb mindestens einer der beiden Querschnittaußenseiten der Wellung
ein parallel zur Hohlleiterlängsachse verlaufender Bewehrungsstreifen eines zugfesten Werkstoffs eingelassen
ist, dann wird vermieden, daß der Hohlleiter sich beim Aufwickeln um seine Längsachse verdreht und
örtliche Verwerfungen mit Ausbeulungen entstehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 die Querschnittsformen zweier Hohlleiter,
F i g. 2 ein Kennliniendiagramm der Dämpfungsfaktoren beider Hohlleiter nach F i g. 1,
Fig.3 den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels
des Hohlleiters,
Fig.4 den Längsschnitt durch den Hohlleiter nach
Fig. 3,
Fig.5 ein Kennliniendiagramm der Krümmungsradien
der Innenkanten des Hohlleiters und des Spannungsstehwellenverhältnisses,
F i g. 6 ein Kennliniendiagramm der Grundfrequenzbreite und des Spanhungsstehwellenverhältnisses,
F i g. 7 ein Kennliniendiagramm der Krümmungsradien der Innenkanten und des Grundfrequenzbereiches,
F i g. 8 einen Schnitt durch die Wandung einer Hohlleiterausbildung
in vergrößertem Maßstab,
F i g. 9 einen Schnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Hohlleiters in vergrößertem Maßstab,
Fig. 10 einen Abschnitt des Hohlleiters in perspektivischer
Darstellung,
F i g. 11 einen Abschnitt eines Hohlleiters in perspektivischer
Darstellung und
F i g. 12 eine Ausbildung des Hohlleiters ebenfalls in perspektivischer Darstellung.
Der HohMter a nach F i g. 1 mit elliptischem Querschnitt
und der Hohlleiter b mit rechteckigem Querschnitt nach der gleichen F i g. 1 weisen hier angenommene
Abmaße 38,1/223 bzw. 40/20 auf, die, wie Fi g. 2 zeigt, bei gleichgesetzten Grundschwingungen (GHZ)
zu unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren (db/m) führen. Der Dämpfungsfaktor des Hohlleiters b mit Rechteckquerschnitt
ist geringer als der des Hohlleiters a mit Ellipsenquerschnitt
Wie aus Fig.4 hervorgeht, wird ein dünnwandiges
Metallrohr mit Kreisquerschnitt vom Durchmesser D und einer Rohrwandstärke f mit Hilfe eines Werkzeugs
W mit einer Wellung von der Tiefe h versehen. Dieses
gewellte Rohr wird dann auf nicht dargestellte Weise mittels einer das Rohr umschließenden ringförmigen
Halterung auf den Rechteckquerschnitt nach F i g. 3 gebracht Der Hohlleiter 1 weist, nachdem er in diese
Form gebracht worden ist, eine (kleinere) innere Höhe b und eine (größere) innere Breite a auf. Der Krümmungsradius
der Innenkanten 2 des gebildeten Querschnittes ist mit R bezeichnet Aus der inneren Begrenzung 3 und
der äußeren Begrenzung t der Wellung ergibt sich dabei
die Tiefe A dieser Wellung.
Der Verformungsbereich i/nach F i g. 4 der erzeugten
Wellung ist abhängig von deren Tiefe h; seine Größe ergibt sich aus der Formel
K
ίο D
ίο D
In dieser bedeuten:
Konstante,
Außendurchmesser des (ursprünglichen noch nicht verformten) Rohres,
Dicke der Rohrwandung.
Die Konstante K, die einen Wert von 1 bis 1,5 annehmen
kann, wird von den Werkstoffen bestimmt, aus denen das Rohr besteht
Wird unter diesen Bedingungen die Steigerung P(vgJ. Fig.4) der Wellung klein gewählt danu wird auch der
Außendurchmesser D des Rohres kleiner; dies führt zu einer Verfestigung der Kuppen der Wellung und wirkt
sich dahingehend aus, daß diese eine reformation der Kuppen verhindern, wenn der nachsiehtiid noch näher
erläuterte Formgebungsvorgang durchgeführt wird; die Obergrenze der Steigung P, bei der dieses Ergebnis erzielt
werden kann, liegt bei einem Wert von
An sich gilt, daß kleine Steigungen ein besseres Spannungsstehwellenverhältnis
(VSWR) mit sich bringen. Ist jedoch die Steigung P sehr klein, dann ist auch die Tiefe
h entsprechend klein. Dies führt dazu, daß sich die elektrischen
Eigenschaften beim Biegen verschlechtern. Unter Berücksichtigung eines für die Verlegearbeiten und
für den Transport im aufgewickelten Zustand notwendigen Biegeradius liegt deshalb die untere Grenze der
Steigung Pbei etwa Λ/10, wobei dieser Wert die Wellenlänge
bezeichnet
Eine Steigung P, die die Bedingungen
Eine Steigung P, die die Bedingungen
MiO<P<2K-]fTF~t
erfüllt, führt zu einer Verfestigung der Kuppen und bringt eine gute Biegbarkeit mit sich. Wird ein solches
Rohr mit einer Steigung P, die in den obengenannten Bereich fällt auf einen Rechteckquerschnitt gebracht,
dann kann wegen des vorangegangenen Kreisquerschnittes keine ideale Rechteckform erreicht werden,
und es muß die Größe der Krümmungsradien R der Innenkante 2 des zu bildenden Querschnitts nach F i g. 3
bestimmt werden. Zur Erzielung guter elektrischer Eigenschaften sollte dieser Krümmungsradius R einen
möglichst kleinen Wert annehmen. Ein kleiner Krümmungsradius erfordert aber eine größere Kraft für die
Formgebungsarbeit, und die Maßgenauigkeit des Endproduktes nimmt ab. Der kleinste vorteilhafte Wert für
den Krümmungsradius R soll deshalb gleich der Tiefe h der Wellung sein, die sich ergibt wenn die Steigung F
innerhalb des durch die Formel
MiO <P<2 K )flF~t
vorgegebenen Bereiches liegt. Bei größeren Werten des
Krümmungsradius im Verhältnis zur inneren Höhe b des Hohlleiters wird auch die Impedanz des Hohlleiters
größer. Das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) wird dann bei dessen Verbindung mit einem Hohlleiter
mit starrem Rechteckquerschnitt schlechter. Dies ergibt sich aus F i g. 5. Zur Anpassung der unterschiedlichen
Impedanzen muß deshalb zweckmäßig ein Transforma-
tor verwendet werden, bspw. ein Viertelwellenlängen-Einstufentransformator. Versuche haben dabei gezeigt,
daß das Verhältnis zwischen dem Frequenzband und dem Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) in dem
Fall der Anpassung mittels Viertelwellen-Einstufentransformator bei Veränderung der Werte der Krümmungsradien R sich die in den F i g. 6 und 7 dargestellten
Werte ergeben.
Es ergibt sich dabei, daß für den Fall, daß die Zuführungsleitung den Anforderungen genügen soll, das Frequenzband auf 20% eingestellt werden muß und das
Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) auf 1,02, damit diese Werte gleich den Werten des starren Hohlwellenleiters mit Reckteckquerschnit werden. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Wert, der dadurch ermittelt wird, daß
der Wert des Krümmungsradius R durch den Wert der (kleineren) inneren Höhe b geteilt wird, maximal die
Größe 0,46 dar. Der Maximalwert für den Krümmungsradius R wird deshalb durch Multiplikation des Wertes
b mit 0.46 festgelegt; er muß in den Bereich von
h < R < 0,46 B
λ | = 64 mm. |
K | = U. |
D | = 42 mm. |
t | = 05 mm. |
dung, insb. dann, wenn das Rohr im Freien Wind, Regen,
starker Hitze oder Kälte ausgesetzt ist; er verliert dabei seine Schutzfunktion. Bei der Ausbildung nach den
F i g. 9 und 10 weisen die oberen Bereiche der Kuppen
der Wellung des Bohres 5 Abflachungen 8 auf, die zur
Folge haben, daß beim Biegen die auf diese oberen Bereiche einwirkenden inneren Spannungen in der Beschichtung 6 vermieden werden.
Beim Biegen verformt sich ein Teil des Hohlleiters so,
ίο daß eine Verwerfung mit Ausbeulung entsteht, wie diese im Bereich des in unterbrochenen Linien angedeuteten Kreises in F i g. 11 wiedergegeben ist. Das Entstehen
solcher Verwerfungen wird wie aus F i g. 12 zu ersehen, dadurch vermieden, daß in die das Wellrohr 5 umgeben
de Schutzschicht 6 parallel zur Rohrlängsachse ein Be
wehrungsstreifen 9 eines Werkstoffs mit hoher Zugfestigkeit angeordnet ist.
fallen.
Anhand eines Beispiels werden die vorstehenden Festlegungen mit konkreten Zahlen erläutert Sind bei
einem aus Kupfer bestehenden Hohlleiter für 6 GHZ folgende Werte gegeben:
dann fällt die Steigung P der Wellung in einen Bereich von 6,4 P 11,9. Wird eine Steigung P = 8 mm gewählt,
dann ergibt sich eine Tiefe h der Weiiung von 2,5 bis
3,0 mm. Bei Festlegung der Abmessung des Querschnittes wird die (kleinere) Höhe auf b = 20 des Verhältnisses RJb = 0.46 festgelegt Der Krümmungsradius
R = 9.2 fällt somit in den Bereich
23 < R < 92.
Ist das betroffene Frequenzband, wie in F i g. 6 dargestellt, auf 20% eingestellt, dann hat das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) bei einem Hohlleiter a mit
Ellipsenquerschnitt einen Wert von 1,65 und bei einem Hohlleiter b mit Quadratquerschnitt den Wert von 1,02.
Da in der Praxis d>e Unregelmäßigkeiten, die sich aus so
der Well- und Formgebungsarbeit ergeben, diesem Wert hinzuzufügen sind, resultiert ein Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR), das immer noch sehr schlecht
ist Die Größe der Spannungsreflexion in dem erwähnten Transformator-Ubergangsteil muß deshalb stark re-
duziert werden.
Wie aus F i g. 7 zu erkennen, wird dann, wenn das
Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) einen Wert von 1,02 annimmt, das betreffende Frequenzband beim
Hohlleiter mit Ellipsenquerschnitt zu 6% und beim Hohlleiter mit Quadratquerschnitt mit dem Verhältnis
R/b- 0,46 zu 20%.
Die oberen Bereiche der Wellungen sind beim Biegen, wie bereits erwähnt, starken Kräften ausgesetzt;
dabei werden, wie aus Fi g. 8 hervorgeht, die Teile der
Beschichtung 6 in diesen oberen Bereichen der Kuppen inneren Zugspannungen unterworfen und verringern
dabei ihre Dicke. Dies führt zu einer frühzeitigen RiBbQ-
Claims (3)
1. Flexibler schraubenlinienförmig gewellter, längsnahtgeschweißter Rechteckhohlleiter, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigung P der Wellung in den Bereich größer als ein Zehntel
der Wellenlänge (/Q und kleiner als das doppelte Produkt
eines vom Leiterwerkstoff bestimmten, etwa zwischen 1 und 1,5 liegenden Erfahrungswertes (K)
und der Quadratwurzel aus dem Produkt des Außendurchmessers (D) des noch nicht rechteckverformten
Leiterrohres und dessen Wandstärke t liegt und daß die Innenkanten des Querschnitts einen
Krümmungsradius (R) aufweisen, der in einem Bereich,
größer oder gleich der Tiefe h der Wellung und kleiner oder gleich 46 Hundertstel der kleinsten
inneren Höhe b des Querschnitts liegt
2. Flexibler Rechteckhohlleiter nach Anspruch 1, bei dem die Wellung Abflachungen ihrer Kuppen
und eine Beschichtung mit einem Kunststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen
(8) im obersten Bereich der Kuppen auf zumindest einer Seite der großen und der kleinen Symmetrieachsen
des Querschnitts angeordnet sind.
3. Flexibler Rechteckhohlleitf.r nach Anspruch 1
oder 2, bei dem der Außenumfang der Wellung eine Beschichtung mit einem Kunststoff aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Beschichtung (6) oberhalb mindestens einer der beiden Querschnittaußenseiten
de/Wellung ein parallel zur Hohlleiterlängsachse
verlaufender Bewekrungsstreifen (9) eines zugfesten Werkstoffes eingelassen ist
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2525495A1 DE2525495A1 (de) | 1976-02-19 |
DE2525495C2 true DE2525495C2 (de) | 1986-09-11 |
Family
ID=26428643
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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1975
- 1975-05-29 US US05/581,901 patent/US3974467A/en not_active Expired - Lifetime
- 1975-06-07 DE DE2525495A patent/DE2525495C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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