DE953817C - Device for damping very short electromagnetic waves traveling in a coaxial line - Google Patents

Description

Einrichtung zur Dämpfung von in einer Koaxialleitung fortschreitenden sehr kurzen elektromagnetischen Wellen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von in einer koaxialen Hochfrequenzleitung sich fortpflanzenden sehr kurzen, elektromagnetischen Wellen, insbesondere Dezimeter- und Zentimeterwellen.Device for the attenuation of advancing in a coaxial line very short electromagnetic waves The invention relates to a device for Attenuation of very short, electromagnetic waves, especially decimeter and centimeter waves.

Derartige Einrichtungen bestehen bekanntlich aus einem Körper von verlustbringendem Material, der im Zuge oder am Ende der Hochfrequenzleitung angeordnet ist, je nachdem, ob es sich um die Einschaltung einer Dämpfung im Zuge einer Hochfrequenzleitung (Abschwächer) oder um den AbschluB einer Hochfrequenzleitung handelt (Absorber). Um den Übergang von dem ungedämpften Leitungsabschnitt auf den gedämpften reflexionslos zu machen, ist es ferner bekannt, den Dämpfungskörper, der insbesondere aus einem Abschnitt konstanten Dämpfungswertes je Längeneinheit besteht - entspricht praktisch immer einem Dämpfungskörper konstanten Querschnitts -, zur Erzielung von Reflexionsfreiheit mit konusförmig sich verjüngenden Ansätzen zu versehen. Als Dämpfungsmuterial wird in. den bekannten. Einrichtungen jedoch bisher vorzugsweise verlustbringendes Material verwendet, das eine vernachlässigbare Eindringtiefe für die zu schwächenden Wellen besitzt, bzw. der Dämpfungskörper entsprechend ausgebildet. Um bei diesem Material einen reflexionslosen Übergang zu erhalten, wählt man dabei die Form der Ansätze derart, daß ihre Widerstandszunahme je Längeneinheit gleich der Wellenwiderstandszunahme je Längeneinheit wird.Such devices are known to consist of a body of Loss-making material, which is arranged in the course or at the end of the high-frequency line is, depending on whether it is the activation of an attenuation in the course of a high-frequency line (Attenuator) or the termination of a high-frequency line (absorber). About the transition from the unattenuated line section to the attenuated anechoic to make, it is also known to use the damping body, which in particular consists of a Section consists of constant attenuation value per unit length - corresponds practically always a damping body of constant cross-section - to achieve freedom from reflection to be provided with conically tapering approaches. As a damping material in. the known. However, up to now facilities have preferably been lossy material used, which has a negligible penetration depth for the waves to be weakened owns, or the damping body accordingly educated. Around One chooses to obtain a reflection-free transition with this material the shape of the approaches such that their increase in resistance per unit length is the same the increase in wave resistance per unit length.

Da die elektromagnetischen Wellen bei den bekannten Einrichtungen in das Dämpfungsmateriäl nur wenig eindringen bzw. das Dämpfungsmaterial als sehr dünne Schicht vorhanden ist, ergeben sich hierbei für den Dämpfungskörper zum Teil sehr erhebliche Baulängen, die an sich unerwünscht sind. Verringert man bei den bekannten Ei@irichtungen dagegen die Baulänge über das durch die erwähnten Widerstandsbeziehungen gegebene hinaus, so treten an den Dämpfungskörpern, insbesondere an den Ansätzen, unerwünschte Reflexionen auf, die eine störende Fehlanpassung in der zu dämpfenden Leitung zur Folge haben.As the electromagnetic waves in the known devices penetrate only a little into the damping material or the damping material as very If a thin layer is present, this results in part for the damping body very considerable overall lengths, which are undesirable in themselves. If you reduce the known devices, on the other hand, the overall length via the resistance relationships mentioned given addition, occur on the damping bodies, in particular on the approaches, unwanted reflections that cause a disruptive mismatch in the to be attenuated Lead.

Zweck der Erfindung ist, eine derartige Dämpfungseinrichtung für elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeter- und Zentimeterwellenbereiches, bei erheblich verkürzter Baulänge gegenüber den bekannten Einrichtungen praktisch reflexionsfrei zu gestalten, ohne daß eine Änderung der Leitungsabmessungen selbst erforderlich ist.The purpose of the invention is such a damping device for electromagnetic Waves, especially of the decimeter and centimeter wave range, are considerable Shortened overall length compared to the known facilities, practically reflection-free to design without changing the cable dimensions itself required is.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Einrichtung zur Dämpfung von in einer Koaxialleitung fortschreitenden sehr kurzen r.lektromagnetischen Wellen, bestehend aus einem im Zuge oder am Ende der Leitung angeordneten, einen Abschnitt konstanten Dämpfungswertes aufweisenden, wenigstens an einem Ende mit einem konusförmig sich verjüngenden Ansatz versehenen ,Dämpfungskörper aus Material mit nicht mehr vernachlässigbarer Eindringtiefe für die zu dämpfenden Wellen, beispielsweise aus Hochfrequenzeisen, die Form des konusförmigen Ansatzes derart auszubilden, daß die Widerstandszunahme je Längeneinheit gleich der Wellenwiderstandszunahme je Längeneinheit ist.According to the invention it is proposed in a device for Attenuation of very short electromagnetic waves advancing in a coaxial line Waves, consisting of one arranged in the course or at the end of the line, one Section having constant attenuation value, at least at one end with a conically tapering approach provided, damping body made of material with no longer negligible penetration depth for the waves to be damped, for example from high-frequency iron to form the shape of the conical approach such that the increase in resistance per unit of length is equal to the increase in wave resistance per unit of length is.

Es ist an sich ein Abschlußwiderstand zur Aufnahme großer Hochfrequenzleistungen in der Koaxialleitungsbauweise bekannt, bei dem Material mit nicht mehr vernachlässigbarer Eindringtiefe für die zu absorbierenden Wellen als Dämpfungsmittel vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch die Form des konischen Ansatzes so gewählt, daß sich, geometrisch betrachtet, ein linearer Übergang vom unbedämpften auf den bedämpften Übergang ergibt. Bei dieser bekannten Anordnung ist daher nicht die Lehre der Erfindung angewendet. Das ergibt eine extrem große Baulänge, wenn nicht ein unerträglich hohes Maß an Reflexionen mit in Kauf genommen werden soll.It is in itself a terminating resistor for absorbing large high-frequency powers known in the coaxial line construction, in the case of the material with no longer negligible Penetration depth for the waves to be absorbed is provided as a damping means. In this known arrangement, however, the shape of the conical attachment is chosen so that, viewed geometrically, there is a linear transition from the undamped to the damped transition results. In this known arrangement, therefore, is not the teaching of the invention applied. This results in an extremely large overall length, if not one unbearably high levels of reflections should be accepted.

An Hand der nachstehend beschriebenen Abbildungen, die Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Einrichtungen wiedergeben, wird die Erfindung näher erläutert.Using the illustrations described below, the exemplary embodiments reproduce devices designed according to the invention, the invention becomes more detailed explained.

Abb. i zeigt einen in einer koaxialen Leitung i angeordneten Dämpfungskörper aus Hochfrequenzeisen. Der Körper besteht aus einem nach dem Innenleiter 2 hin sich verjüngenden Abschnitt 3 und einem zwischen Innenleiter 2 und Außenleiter 4 mit konstantem Durchmesser verlaufenden, den gesamten Querschnitt ausfüllenden Abschnitt 5. Die zu dämpfenden Wellen treten von links in den gedämpftenLeitungsabschnitt ein. Das Hochfrequenzeisen besitzt die Eigenschaft, eine nicht mehr vernachlässigbare Eindringtiefe für die zu dämpfenden Wellen aufzuweisen. Auf diese Weise werden die Wellen im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen erheblich mehr gedämpft.Fig. I shows a damping body arranged in a coaxial line i made of high frequency iron. The body consists of an inner conductor 2 towards itself tapering section 3 and one between the inner conductor 2 and outer conductor 4 with constant diameter, the entire cross-section filling section 5. The waves to be damped enter the damped line section from the left a. The high-frequency iron has the property that it is no longer negligible To have penetration depth for the waves to be damped. That way, the In contrast to the known arrangements, waves are considerably more attenuated.

Zur Erzielung einer Reflexionslosigkeit wird erfindungsgemäß der Verlauf des konusförmigen Ansatzes 3 derart gewählt, daß die Dämpfungswiderstandszunahme gleich der Wellenwiderstandszunahme ist, was durch die Gleichung Rdx = dZ (i) zum Ausdruck gebracht wird, wobei R der Dämpfungswiderstand je Längeneinheit, x die Längenkoordinate und Z der Wellenwiderstand der ungedämpften Leitung ist. Der Strom im Dämpfungskörper habe eine Verteilung nach dem Skin-Effekt, wobei angenommen wird, daß bei endlicher Dicke der Widerstandsschicht und Barunterliegendem gutem Leiter in letzterem ein Reststrom fließt, der bei seinem Ersatz durch das Widerstandsmaterial dort fließen würde. Dann ist der Dämpfungswiderstand je Längeneinheit bei bestimmter Materialdicke wobei d gleich Eindringtiefe, R' gleich Stirnwiderstand des Dämpfungsmaterials, r gleich Außenradius des Materials, ro gleich Innenradius des Materials ist.To achieve zero reflection, the course of the conical extension 3 is selected according to the invention in such a way that the increase in damping resistance is equal to the increase in wave resistance, which is expressed by the equation Rdx = dZ (i), where R is the damping resistance per unit of length, x is the length coordinate and Z is the wave resistance of the undamped line. The current in the damping body has a distribution according to the skin effect, whereby it is assumed that with a finite thickness of the resistance layer and the good conductor underneath it, a residual current flows in the latter, which would flow there if it were replaced by the resistance material. Then the damping resistance is per unit length for a certain material thickness where d is the penetration depth, R 'is the frontal resistance of the damping material, r is the outer radius of the material, ro is the inner radius of the material.

Mit Stirnwiderstand ist dabei der Widerstand bezeichnet, der sich aus der gemessenen Fehlanpassung- errechnet, wenn in die koaxiale Leitung mit dem Wellenwiderstand Z ein den gesamten Innenraum zwischen a und 4 ausfüllender Körper aus dem verlustbehafteten Material mit ebener Stirnfläche eingeschoben wird, und der elektrisch durch Wahl seiner Gesamtdämpfung eine unendlich lange Leitung nachbildet.With forehead resistance the resistance is referred to, which is from the measured mismatch - calculated if in the coaxial line with the Wave resistance Z is a body that fills the entire interior space between a and 4 is inserted from the lossy material with a flat face, and which electrically simulates an infinitely long line by choosing its overall attenuation.

Für den dämpfungskörperfreien Raum beträgt der Wellenwiderstand bekanntlich Somit errechnet sich Führt man diese Beziehung zusammen, mit der Gleichung (2) in die Gleichung (i) ein, so wird Durch Integration der Gleichung (q.) erhält man dann eine Beziehung zwischen der Längenkoordinate x und dem laufenden Durchmesser bzw. Radius r des konusförmigen Ansatzes am Dämpfungskörper. Diese Funktion lautet Eine Diskussion der Gleichung (6) zeigt, daß bei fehlender Eindringtiefe, was bei den bekannten Anordnungen der Fall ist, der konusförmige Ansatz in einen Kegel übergeht, wodurch erhebliche Baulängen erforderlich werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung von Material mit endlicher Eindringtiefe nimmt der konusförmige Ansatz eine mehr und mehr sich verjüngende, spitz auslaufende Form an.The wave resistance is known to be for the space free of the damping body Thus it is calculated If this relationship is brought together with equation (2) into equation (i), then becomes By integrating the equation (q.) One then obtains a relationship between the length coordinate x and the running diameter or radius r of the conical attachment on the damping body. This function is A discussion of equation (6) shows that if there is no depth of penetration, which is the case with the known arrangements, the conical projection merges into a cone, which requires considerable overall lengths. As a result of the use of material with a finite penetration depth proposed according to the invention, the conical projection assumes a more and more tapering, pointed shape.

An sich müßte der konusförmige Ansatz unendlich lang auslaufend gemacht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß man den Ansatz schon nach einer verhältnismäßig kurzen Strecke x abbrechen kann, da der weiter auslaufende Teil nur mehr einen unter der Meßgenauigkeit liegenden Beitrag liefert.In itself, the conical approach would have to be made tapering infinitely long will. It has been shown, however, that the approach is already proportionate short distance x can break off, since the part that continues to run out is only one below the measurement accuracy provides lying contribution.

In der Praxis genügt es daher, wenn -man die Länge des Ansatzes derart bemißt, daß die mecha- Auch bei dieser Ausführungsform wird infolge der endlichen Eindringtiefe der Wellen in das Därnpfungsmaterial eine erhebliche Reduzierung der gesamten Baulänge des Dämpfungskörpers erzielt.In practice it is therefore sufficient if the length of the attachment is dimensioned in such a way that the mechanical In this embodiment, too, as a result of the finite depth of penetration of the waves into the damping material, a considerable reduction in the overall length of the damping body is achieved.

Während die an Hand der Abb. i und z beschriebenen Ausführungsbeispiele Abschlußwiderstände darstellen, soll an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele gezeigt werden, wie die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einrichtung vorteilhaft hauptsächlich für den Gebrauch. als Abschwächen in den Zug einer koaxialen Hochfrequenzleitung eingeschaltet werden kann. An sich wären als Abschwächen auch bereits die Anordnungen nach Abb. i und z bei entsprechender Bemessung ihrer Gesamtdämpfung verwendbar, doch ist es zweckmäßig, auch an dem anderen Ende des konstanten Querschnitt aufweisenden Abschnitts eine gemäß den oben angegebenen Verläufen entsprechende Form vorzusehen. Abb. 3 zeigt die einfachste Ausführungsform eines solchen Abschwächers. An den Abschnitt 7 konstanten Durchmessers ist beiderseitig je ein entsprechend der Abb. i ausgebildeter konusförmiger Ansatz 8 bzw. 9 angesetzt. Es ist allerdings zweckmäßig, den gesamten Dämpfungskörper aus einem Stück herzustellen. Der Dämpfungswart dex gesamten, Einrichtung wird durch die Art (Eindringtiefe und Verluste) des verwendeten Dämpfungsmaterials und dabei im wesentlichen durch die Länge des Abschnitts konstanten Die Gleichung (5) ergibt auf die übliche Form r = f (x) umgeformt nische Festigkeit im Auslauf der Verjüngung noch gewährleistet ist. Die hieraus resultierenden. GesamtlängenerfindungsgemäßerEinrichtungen liegen jedoch bedeutend unter denen der bekannten Därnpfungseinrichtungen. Durch Wahl von Material bestimmter Eindringtiefe hat man es also in der Hand, die Baulänge des Dämpfungskörpers zu beeinflussen.While the exemplary embodiments described on the basis of FIGS. I and z represent terminating resistances, the following exemplary embodiments are intended to show how the device proposed according to the invention is advantageous mainly for use. can be switched on as a weakening in the train of a coaxial high-frequency line. The arrangements according to Fig. I and z could also be used as a weakening if their overall damping was dimensioned accordingly, but it is expedient to also provide a shape corresponding to the above-mentioned courses at the other end of the section having constant cross-section. Fig. 3 shows the simplest embodiment of such an attenuator. At the section 7 of constant diameter, a conical extension 8 or 9 designed according to Fig. I is attached on both sides. However, it is advisable to manufacture the entire damping body from one piece. The damping factor dex as a whole, the device is constant by the type (penetration depth and losses) of the damping material used and thereby essentially by the length of the section Equation (5) results in the usual form r = f (x) reshaped niche strength in the run-out of the taper is still guaranteed. The resulting. However, overall lengths of devices according to the invention are significantly less than those of the known attenuation devices. By choosing a material with a certain penetration depth, you have the option of influencing the overall length of the damping body.

Analog dem vorhergehenden Berechnungsgang erfolgt die Bestimmung der Form des konusförmigen Ansatzes, wenn sich dieser nach dem Außenleiten q. hin verjüngt, so wie dies in Abb. 2 dargestellt isst. Die einzelnen Größen sind dabei ebenso bezeichnet wie an Hand des Ausführungsbeispiels der Abb. i. Der Ansatz ist mit 6 bezeichnet. Für 'die Größe r in Abhängigkeit 'von der Längenkoordinate x ergibt sich die Funktion Durchmessers bestimmt. Für die konusförmigen Übergänge empfiehlt es sich, den Dämpfungswert empirisch zu bestimmen, da dieser infolge der vorgegebenen Form der Übergänge praktisch nur von dem verwendeten Dämpfungsmaterial abhängt.The determination of the Shape of the cone-shaped approach if this is after the external guide q. rejuvenated as shown in Fig. 2 eats. The individual sizes are also labeled as on the basis of the embodiment of Fig. i. The approach is denoted by 6. The function results for 'the size r as a function of' the length coordinate x Diameter determined. For the conical transitions it is recommended to set the damping value to be determined empirically, as this is practical due to the given shape of the transitions depends only on the damping material used.

In Abb. q. ist. ein Abschwächen abgebildet, bei dem die konusförmigen Ansätze entsprechend dem an Hand von Abb. 2 erläuterten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. Ein weiteres Eingehen auf die Ausbildung erübrigt sich daher.In Fig.q. is. a weakening shown in which the conical Approaches designed according to the embodiment explained with reference to Fig. 2 are. There is therefore no need to go into the training any further.

Für eine besonders geringe Gesamtdämpfung eines Abschwächers dagegen empfiehlt es sich, so wie in Abb. 5 gezeigt, den einen Ansatz gemäß Abb. i und den anderen. Absatz gemäß Abb. 2 auszubilden. Es ist in. diesem Fall möglich, die beiden konusförmigen Ansätze in den Abschnitt konstanten Durchmessers hineinzuschieben, womit praktisch, wie aus der Abbildung ersichtlich, die Baulänge dieses Abschnitts noch weiter verringert ist. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist so, daß, gleichgültig ob eine Welle in dem linken Abschnitt oder in dem rechten Abschnitt eintritt, in jedem Fall eine Übergangszone io bzw. i i vorhanden ist, in der die Dämpfungswiderstandszunahme gleich der Wellenwiderstandszunahme ist. In jedem Fall treten die Wellen durch den überlappten Bereich 12 des Dämpfungsmaterials hindurch und erfahren dort die wesentliche Dämpfung. Durch die Ausbildung dieses überlappten Bereiches 12 kann also die Gesamtdämpfung des Abschwächens bemessen werden.For a particularly low overall attenuation of an attenuator, on the other hand it is recommended, as shown in Fig. 5, the one approach according to Fig. i and the others. Form paragraph according to Fig. 2. In this case it is possible for both of them pushing conical lugs into the section of constant diameter, which practically, as can be seen from the figure, the length of this section is reduced even further. The mode of operation of this device is such that, indifferent whether a wave enters the left section or the right section, in in each case a transition zone io or i i is present in which the damping resistance increase is equal to the increase in wave resistance. In any case, the waves pass through the overlapped area 12 of the damping material and experience the essential there Damping. By forming this overlapped area 12th the total attenuation of the attenuation can thus be measured.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung wird es ermöglicht, den Dämpfungskörper nachträglich in eine übliche koaxialeHochfrequenzleitung einzusetzen und gegebenenfalls darin längs verschiebbar anzuordnen. Dies ist manchmal erforderlich, beispielsweise zur Durchführung von Reflexionsmessungen in Leitungen, wobei der Abtaster in seiner Stellung längs der Leitung unverändert bleibt, während der Abschlußwiderstand verschoben wird.The training proposed according to the invention makes it possible retrofitting the damping body in a standard coaxial high-frequency line and optionally to be arranged longitudinally displaceable therein. This is sometimes necessary for example, to carry out reflection measurements in lines, the The scanner remains unchanged in its position along the line while the terminating resistor is moved.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Dämpfung von in einer Koaxialleitung fortschreitenden sehr kurzen elektromagnetischen Wellen, bestehend aus einem im Zuge oder am Ende der Leitung am geordneten, einen Abschnitt konstanten Dämpfungswertes aufweisenden, wenigstens an einem Ende mit einem konusförmig sich verjüngenden Ansatz versehenen Dämpfungskörper aus Material mit nicht mehr vernachlässigbarer Eindringtiefe für die zu dämpfenden Wellen, beispielsweise aus Hochfrequenzeisen, dadurch gekennzeichnet, daß der konusförmige Ansatz in seiner Form derart ausgebildet ist, daß die Widerstandszunahme je Längeneinheit gleich der Wellenwiderstandszunahme je Längeneinheit ist. PATENT CLAIMS: i. Device for attenuating very short electromagnetic waves progressing in a coaxial line, consisting of a damping body made of material with a no longer negligible at least one end with a conically tapering extension in the course or at the end of the line at the ordered, a section having constant attenuation value, at least at one end Penetration depth for the waves to be damped, for example made of high-frequency iron, characterized in that the shape of the conical projection is designed in such a way that the increase in resistance per unit length is equal to the increase in wave resistance per unit length. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei nach dem Innenleiter hin sich konusförmig verjüngendem Ansatz dessen Form der Gleichung genügt wobei r der Radius des konusförmigen Ansatzes in Abhängigkeit von der Längenkoordinate x, r1 der Radius des Außenleiters der koaxialen Leitung, r. der Radius des Innenleiters der koaxialen Leitung, R' der Stirnwiderstand des Dämpfungsmaterials in Ohm, d die Eindringtiefe der zu dämpfenden Wellen in das Dämpfungsmaterial ist (Abb. i). 2. Arrangement according to claim i, characterized in that in the case of a conically tapering approach towards the inner conductor, the shape of which satisfies the equation where r is the radius of the conical extension depending on the length coordinate x, r1 the radius of the outer conductor of the coaxial line, r. the radius of the inner conductor of the coaxial line, R 'the front resistance of the damping material in ohms, d is the depth of penetration of the waves to be damped into the damping material (Fig. i). 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei nach dem Außenleiter hin sich konusförmig verjüngendem Ansatz dessen Form der Gleichung genügt wobei für die einzelnen Größen der Gleichung die Definitionen des Anspruchs 2 gelten (Abb. 2). 3. Arrangement according to claim i, characterized in that in the case of a conically tapering approach towards the outer conductor, the shape of which satisfies the equation the definitions of claim 2 apply to the individual quantities of the equation (Fig. 2). 4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der :eine konusförmige Ansatz sich nach dem Außenleiter hin und der andere konusförmige Ansatz nach dem Innenleiter hin verjüngt (Abb. 5). 4. Arrangement according to claim 2 and 3, characterized in that the: a conical approach towards the outer conductor and the other conical approach tapered towards the inner conductor (Fig. 5). 5. Anordnung nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper innerhalb der Hochfrequenzleitung längs verschiebbar angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: C. G. -M o n t g o m e r y, »Technique of Microwave Measurements«, New York, S. 725, 733 und 734; britische Patentschrift Nr. 628 g28.5. Arrangement according to claim i, 2, 3 or 4, characterized in that the damping body is within the high-frequency line Is arranged longitudinally displaceable. References considered: C. G. -M o n t g o m e r y, "Technique of Microwave Measurements", New York, pp. 725, 733 and 734; British Patent No. 628 g28.