DET0007634MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
Tag der Anmeldung: 28. März 1953 Bekanntgemacht am 14, Juni 1956Registration date: March 28, 1953 Advertised on June 14, 1956
DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von in einer koaxialen Hochfrequenzleitung sich fortpflanzenden sehr kurzen elektromagnetischen Wellen, insbesondere Dezimeter- und Zentimeterwellen.The invention relates to a device for attenuating very short electromagnetic propagating in a coaxial high-frequency line 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 ίο die Einschaltung einer Dämpfung im Zuge einer Hochfrequenzleitung (Abschwächer) oder um den Abschluß einer Hochfrequenzleitung handelt (Absorber) . Um den Übergang von dem ungedämpften Leitungsabschnitt auf den gedämpften reflexionslos zu machen, ist es ferner bekannt, denDämpfungskörper, 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 Dämpfungsmaterial wird in den bekannten, Einrichtungen jedoch bisher vorzugsweise verlustbringendes Material verwendet, das eine vernachlässigbare Eindringtiefe für die zu schwächenden Wellen besitzt, bzw. der Dämpfungskörper entspre-Such devices are known to consist of a body of lossy material, which is arranged in the course or at the end of the high-frequency line, depending on whether it is ίο the activation of damping 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 consists in particular of a section of constant attenuation value per unit length - practically always corresponds to a damping body of constant cross-section -, to To achieve freedom from reflection to be provided with conically tapering approaches. When In the known devices, however, damping material has so far preferably been loss-making Material used that has a negligible depth of penetration for the weakened Has waves, or the damping body corresponds
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chend 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.appropriately trained. In order to obtain a reflection-free transition with this material, one chooses The shape of the approaches is such that their increase in resistance per unit length is equal to the increase in wave resistance per unit of length.
Da die elektromagnetischen Wellen bei den bekannten Einrichtungen in das Dämpfungsmaterial nur wenig eindringen bzw. das Dämpfungsmaterial als sehr dünne Schicht vorhanden ist, ergeben sichSince the electromagnetic waves in the known devices in the damping material Penetrate only a little or the damping material is present as a very thin layer
ίο hierbei für den Dämpfungskörper zum Teil sehr erhebliche Baulängen, die an sich unerwünscht sind. ■Verringert man bei den bekannten Einrichtungen 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.ίο in part very much for the damping body considerable overall lengths, which are undesirable in themselves. ■ Is reduced in the case of the known facilities on the other hand, if the overall length exceeds that given by the resistance relationships mentioned, then step on the damping bodies, in particular on the approaches, unwanted reflections on the one result in disruptive mismatching in the line to be attenuated.
Zweck der Erfindung ist, eine derartige Dämpfungseinrichtung für elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeter- und Zenti-' meterwellenbereiches, 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 in the decimeter and centimeter wave range, with a considerably shortened overall length to make practically reflection-free compared to the known facilities, without a Change of the line dimensions itself is necessary.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Einrichtung zur Dämpfung von in einer Koaxialleitung fortschreitenden sehr kurzen elektromagnetischen 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 damping in a Coaxial line progressing very short electromagnetic waves, consisting of an im . Train or at the end of the line, having a section of constant attenuation value, provided at least at one end with a conically tapering shoulder Damping body made of material with no longer negligible penetration depth for the damping Waves, for example from high-frequency iron, to form the shape of the conical extension in such a way that that the increase in resistance per unit length is equal to the increase in wave resistance per unit of length Unit of length is. "
Es ist an sich «in 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 in the Coaxial line construction known, in the case of the material with a penetration depth that is no longer negligible is provided as a damping means for the waves to be absorbed. With this well-known Arrangement, however, the shape of the conical approach is chosen so that, geometrically considered, a linear transition from the undamped to the damped transition results. At this known arrangement is therefore not applied to the teaching of the invention. That makes an extreme large overall length, if an unbearably high level of reflections is not accepted target.
An Hand der nachstehend beschriebenen Abbildungen, die Ausführungsbeispiele erfmdungsgemäß ausgebildeter Einrichtungen wiedergeben, wird die Erfindung näher erläutert.Using the illustrations described below, the exemplary embodiments according to the invention reproduce trained facilities, the invention is explained in more detail.
Abb. ι zeigt einen in einer koaxialen Leitung 1 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 Abschnitts. Die zu dämpfenden Wellen treten von links in den gedämpften Leitungsabschnitt 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. Ι shows one in a coaxial line 1 arranged damping body made of high-frequency iron. The body consists of one after the other Inner conductor 2 tapering towards the section 3 and a section 3 between the inner conductor 2 and the outer conductor 4 with a constant diameter, the entire cross-section filling section. the Waves to be damped enter the damped line section from the left. The high frequency iron has the property of a no longer negligible penetration depth for the to be damped To exhibit waves. In this way the waves are contrary to the known arrangements considerably more subdued ..
Zur Erzielung einer Renexionslosigkeit wird er-' fmdungsgemäß der Verlauf des konusförmigen Ansatzes 3 derart gewählt, daß die Dämpfungswiderstandszunahme gleich der Wellenwiderstandszunahme ist, was durch die GleichungIn order to achieve a lack of renewal, ' According to the invention, the course of the conical projection 3 is selected in such a way that the damping resistance increases is equal to the increase in impedance, which is indicated by the equation
Rdx = dZ (τ) Rdx = dZ (τ)
zum Ausdruck gebracht wird, wobei R der Dämpfungswiderstand je Längeneinheit, x~ die 8s 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 darunterliegendem 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 9Sis expressed, where R is the damping resistance per unit length, x ~ the 8s 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 a 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 per unit length for a certain material thickness is 9 S
R =R =
(2)(2)
wobei d gleich Eindringtiefe, R' gleich Stirnwiderstand des Dämpfungsmaterials, r gleich Außenradius des Materials, r0 gleich Innenradius des Materials ist.where d is the penetration depth, R ' is the frontal resistance of the damping material, r is the outer radius of the material, r 0 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 2 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. llg The front resistance is the resistance that is calculated from the measured mismatch when a body made of the lossy material with a flat front surface and which fills the entire interior space between 2 and 4 is inserted into the coaxial line with the wave resistance Z, and which is electrically selected its total attenuation simulates an infinitely long line. llg
Für den dämpfungskörperfreien Raum beträgt der Wellenwiderstand bekanntlichThe wave resistance is known to be for the space free from the damping body
Z = 60 In Z = 60 in
Somit errechnet sich ——zu This results in —— to
(3)(3)
dxdx
-r—. Führt man dx -r-. If you run dx
diese Beziehung zusammen mit der Gleichung (2) in die Gleichung (1) ein, so wirdincorporates this relationship into equation (1) together with equation (2), so becomes
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T 7634 Villa/21 a1 T 7634 Villa / 21 a 1
6ο6ο
T0)T 0 )
Durch Integration der Gleichung (4) erhält man dann eine Beziehung zwischen der Längenkoordinate χ und dem laufenden Durchmesser bzw. Radius r des konusförmigen Ansatzes am Dämpfungskörper. Diese Funktion lautetBy integrating equation (4), a relationship is then obtained between the length coordinate χ and the current diameter or radius r of the conical attachment on the damping body. This function is
r = r, — r = r, -
x-R' d
6ο 2 x-R ' d
6ο 2
Eine Diskussion der Gleichung (6) zeigt, daß bei fehlender Eindringtiefe, was bei den bekannten An-A discussion of equation (6) shows that if there is no depth of penetration, which is the case with the known
!5 Ordnungen 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 konusför-! 5 orders is the case, the conical extension in passes over a cone, which requires considerable overall lengths. By-according to the invention proposed use of material with finite penetration depth takes the conical
ao mige Ansatz eine mehr und mehr sich verjüngende, spitz auslaufende Form an.ao mige approach a more and more tapering, tapering shape.
An sich müßte der konusförmige Ansatz unendlich lang auslaufend gemacht werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß man den Ansatz schon nachIn itself, the conical approach would have to be made to taper infinitely long. It has however, shown that one can already follow the approach
einer verhältnismäßig kurzen Strecke χ abbrechen kann, da der weiter auslaufende Teil nur mehr einen unter der Meßgenauigkeit liegenden Beitrag liefert.can break off a relatively short distance χ , since the part that continues to run out only provides a contribution that is below the measurement accuracy.
In der Praxis genügt es daher, wenn man die , Länge des Ansatzes derart bemißt, daß die mecha-In practice it is therefore sufficient if the length of the attachment is dimensioned in such a way that the mechanical
r = r0 + r = r 0 +
x-R'x-R '
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d
2 d
2
InIn
Auch bei dieser Ausführungsform wird infolge der endlichen Eindringtiefe der Wellen in das Dämpfungsmaterial
eine erhebliche Reduzierung der gesamten Baulänge des Dämpfungskörpers erzielt.
Während die an Hand der Abb. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele Abschlußwiderstände
darstellen, soll an Hand der nachfolgenden Aus-, führungsbeispiele gezeigt werden, wie die erfindungsgemäß
vorgeschlagene Einrichtung vorteilhaft hauptsächlich für den Gebrauch als Abschwächer in
den Zug einer koaxialen Hochfrequenzleitung eingeschaltet werden kann. An sich wären als Abschwächer
auch bereits die Anordnungen nach Abb. ι und 2 bei entsprechender Bemessung ihrer
Gesamtdämpfung verwendbar, doch ist es zweck-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.
While the exemplary embodiments described with reference to FIGS. 1 and 2 represent terminating resistors, the following exemplary embodiments show how the device proposed according to the invention can advantageously be switched on mainly for use as an attenuator in the train of a coaxial high-frequency line. The arrangements according to Fig. 1 and 2 could also be used as attenuators if their overall attenuation was dimensioned accordingly, but it is useful
50. mäßig, auch an dem anderen Ende des konstanten Querschnitt aufweisenden Abschnitts eine gemäß den oben angegebenen Verlaufen 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. 1 ausgebildeter konusförmiger Ansatz 8 bzw. 9 angesetzt. Es ist allerdings zweckmäßig, den gesamten Dämpfungskörper aus einem Stück herzustellen. Der Dämp- fungswert der gesamten Einrichtung wird durch die Art (Eindringtiefe und Verluste) des verwendeten Dämpfungsmaterials und dabei im wesentlichen durch die Länge des Abschnitts konstanten 60 50. moderate to provide a shape corresponding to the course indicated above 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. 1 is attached on both sides. However, it is advisable to manufacture the entire damping body from one piece. The attenuation value of the entire device is constant by the type (depth of penetration and loss) of the used damping material while substantially through the length of the section 60
— r) - r )
60 —60 -
—-ri'l —»Ό)—-Ri'l - »Ό)
InIn
i — ei - e
(5)(5)
(6)(6)
(7)(7)
Die Gleichung (5) ergibt auf die übliche Form r = f (x) umgeformtEquation (5) is converted to the usual form r = f (x)
nische Festigkeit im Auslauf der Verjüngung noch gewährleistet ist. Die hieraus resultierenden. Gesamtlängen erfindungsgemäßer Einrichtungen liegen jedoch bedeutend unter denen der bekannten Dämpfungseinrichtungen. Durch Wahl von Material bestimmter Eindringtiefe hat man es also in der Hand, die Baulänge des Dämpfungskörpers zu beeinflussen. niche strength is still guaranteed in the run-out of the taper. The resulting. Overall lengths devices according to the invention are, however, significantly below those of the known damping 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 Außenleiter 4 hin verjüngt, so wie dies in Abb. 2 dargestellt ist. Die einzelnen Größen sind dabei ebenso bezeichnet wie an Hand des Ausführungsbeispiels der Abb. 1. Der Ansatz ist mit 6 bezeichnet. Für die Größe 7 im Abhängigkeit von der Längenkoordinate χ ergibt sich die FunktionThe shape of the conical extension is determined analogously to the previous calculation process when it tapers towards the outer conductor 4, as shown in FIG. 2. The individual sizes are designated in the same way as on the basis of the exemplary embodiment in FIG. 1. The approach is designated with 6. The function results for size 7 as a function of the length coordinate χ
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.Diameter determined. For the conical transitions it is recommended to set the damping value empirically to be determined, since this due to the given shape of the transitions practically only from depends on the damping material used.
In Abb. 4 ist ein Abschwächer 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. 4 an attenuator is shown, in which the conical approaches according to the on the basis of Fig. 2 explained embodiment are formed. One more elaboration on training is therefore unnecessary.
Für eine besonders geringe Gesamtdämpfung eines Abschwächers dagegen empfiehlt es sich, so wie in Abb. 5 gezeigt, den einen Ansatz gemäß Abb. ι 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 10 bzw. 11 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 Be-For a particularly low total attenuation of an attenuator, on the other hand, it is recommended as follows As shown in Fig. 5, one approach according to Fig. ι and the other paragraph according to Fig. 2 to form. In this case it is possible to keep the two conical approaches in the section constant Diameter to push in, which practically, as can be seen from the figure, the The overall length of this section is further reduced. The mode of operation of this facility is that, regardless of whether a wave enters the left section or the right section, in in each case a transition zone 10 or 11 is present in which the increase in damping resistance is equal to the increase in characteristic impedance. In either case, the waves pass through the overlapped area 12 of the damping material and experience the essential damping there. Through the formation of this overlapped
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reiches 12 kann also die Gesamtdämpfung des Abschwächens bemessen werden.rich 12 can therefore reduce the overall attenuation of the attenuation be measured.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung wird es ermöglicht, den Dämpfungskörper nachträglich in eine übliche koaxiale Hochfrequenzleitung 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 Äbschlußwiderstand verschoben wird.The design proposed according to the invention enables the damping body to be subsequently inserted into a standard coaxial high-frequency line and, if necessary, along it to be arranged displaceably. This is sometimes necessary, for example to carry out Reflection measurements in lines, with the scanner remains unchanged in its position along the line, while the terminating resistance is moved.
Claims (2)
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