专利名称：同轴导体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于HF信号波的TEM基模的无干扰传输的同轴导体结构。
背景技术：
HF信号波的TEM基模的同轴导体的传输质量随着信号频率升高而降低，尤其是因为在较高频率下，沿着同轴线的模转换过程导致不期望的高阶可传播模，例如TEn、TE21模等，所述闻阶可传播1 变得与TEM基|吴重置。例如，DouglasΕ· Mode 的标题为 “Spurious Modes in Coaxial TransmissionLine Filters” 的论文(Proceedings ofthe I. R. E. , Vol. 38,1950, pp.176-180, DOI10. 11090/JRPR0C. 1950. 230399)考察了沿同轴线产生干扰的最低TE模的频率下限，沿着所述同轴线，以所述同轴线的内部导体和外部导体的形式固定所谓的分流电感。为了解析 地确定频率下限，做出简化的假设，或者以表示同轴线的修改的矩形波导作为依据。不针对TEM模和TE11模计算色散关系。尤其是对于将来把德意志联邦共和国的频率利用规划中所规定的用于HF信号的现有传输范围扩展或修改至更高频率，必须要找到措施来经由具有最大可能直径的同轴线尽可能地实现HF信号的TEM基模的无干扰高频信号传输。如权利要求I和4中所述那样，解决了设定目标。在从属权利要求中指定了根据所述解决方案的同轴结构的有利构造和进一步发展，并参考示例性实施例在进一步的说明书、附图
中对其进行了描述。根据所述解决方案的同轴导体结构从以下认识开始如果在沿着同轴线在各个周期性等距离间隔处的外部导体与内部导体之间引入导电连接结构，则对于HF信号波而言同轴线的传输行为会显著变化。如由沿常规同轴线(即，由散布的电介质将外部导体与内部导体电绝缘)的TEM基模的传播行为的考察所揭示的，在色散图的框架内，在具有形式为ef(wc-0c)的HF信号波的频率或电路频率ω与传播常数β之间存在着线性相关，即ωκβ。这种线性相关在色散图ω (β)中显示为所谓的光速线。从频率下限(所谓的TE11模的截止频率(f。。))开始，升高的频率伴随着沿常规同轴线的不期望的高阶传播模TEn、TE21, TE31 >TE41, TM01, TM11等的形成，使得TEM基模总是与在超过f。。的频率处具有高阶激励的模重叠。相比之下，以上述方式在同轴线的外部导体与内部导体之间提供导电结构导致形成TEM基模能够传播的频带以及位于所述频带之间的带隙,在所述带隙中TEM基模是消逝的，即不能传播。尽管这种结果乍看起来似乎不利，尤其是因为与常规同轴导体相比，缩减了 TEM基模的频率特异性传输范围，但可以根据所述解决方案来利用这种不利。此外，如上所述，已经发现在同轴线的外部导体与内部导体之间增加导电连接结构导致TEM基模的频率窗口分别进入到特定可传播频带中，即使在高阶激励模处，即，即使更高的激励模TEn、TE21等也伴随有模可传播的频率范围以及它们消逝的其它频率范围的形成。本发明的创意基于如下考虑通过选择正确的结构设计参数来设立在外部导体与内部导体之间具有导电连接结构的同轴线，可以特异性地并且可控地影响上述频带的频率相关层，使得可以将至少一个TEM基模可传播的频带覆盖或重叠所有高阶激励模都消逝的频带或频率范围。为了进一步确立术语，假设在根据所要描述的发明的同轴导体结构中形成数量为“η”的、TEM基模可在其中传播的特定频带。在这里，计数参数“η”从I开始，并且表示正自然数。以类似方式，形成“m”个TE11模可在其中传播的特定频带，其中“m”作为计数参数，也代表正自然数。虽然我们将避免与高阶激励模的出现有关的任何进一步论述，尤其是因为后者出现于技术适用性被认为相关性较低的频率，至少在目前，也可以在本发明创意的等同应用中考虑这些激励模。根据用于在形成在色散关系的框架之内的η个频带中的至少一个频带中无干扰地传输HF信号波的单模TEM基模的解决方案所设计的同轴导体结构呈现出以下部件a)内部导体，优选具有圆形截面和内部导体直径Di,尽管可想到大致为圆形的截面形式，例如，具有η边形圆周轮廓， b)外部导体，径向地包封内部导体且具有外部导体内径Da，优选地以径向等距离的方式，尽管可想到大致为圆形的截面形式，例如，具有η边形圆周轮廓，以及c)内部导体和外部导体的轴向延伸的共用导体部分(section),沿着所述共用导体部分以等距离间隔P或s提供具有杆直径Ds的杆形结构，所述杆形结构将内部导体与外部导体电连接。虽然具有圆形截面的杆优选地是适当的，但是杆截面也可以是η边形等。为了使TEM基模能够沿着同轴导体结构传播而不受在m个频带之内至少以TE11模的形式出现的更高激励模阻碍，必须选择以上参数Di、Da、Ds、p、s，以满足以下两个条件i)在第η彡2个频带之内传播的TEM模的频率下限fu(TEM)等于在第m个频带中形成的TE11模的频率上限L(TE11)，以及ii)在第η彡2个频带之内传播的TEM模的频率上限f。(TEM)等于在第m+1个频带中形成的TE11模的频率下限fu(TE11)。根据所述解决方案，以上所需的数学关系必须视为有所放宽，S卩，如果以下条件成立，也可以使用TEM模的技术上可接受的单模传播i)\UTFMji)~f,,(TFA iM\<U/S^Mj^-fH(TFMji))l
3以及已经证明了，在可传播TEM模略微与TE11模重叠的区域中，有可能在技术上利用TEM模而在质量上没有任何显著损耗。这个公差范围Af估量至多为第η个TEM带宽的1/3。进一步表明，也可以将根据用于产生能够沿同轴导体结构无干扰地传播TEM模的频率窗口的解决方案的所述估量成功地应用于同轴线的内部导体和/或外部导体截面偏离圆形但呈现出与圆形同轴线相同波阻的同轴导体结构。例如，外部导体和内部导体截面在这里可以是η边形。不过，其它考虑分别涉及圆形截面形状。进一步的论述将会证明，适当选择结构设计参数Dp Da、Ds、p、s可以建立起实现TEM基模在超过TE11模截止频率f。。的频率范围内完全无干扰地传播而没有任何高阶激励模的同轴导体结构，并且在如此高以至于在常规同轴导体中将不可避免高阶激励模的频率下这样做。以类似方式，给出根据所述解决方案的同轴导体结构，适当的结构设计可以将截止频率f。。移动至更高的频率值，这样做以向更高的频率扩展TEM基模可单模传播的第一频带。根据所述解决方案的这种同轴导体结构的特征在于上述结构设计参数Dp Da、Ds、P、S，其中，必须选择这些参数，以使得在第一(即n=l)频带之内传播的TEM模的频率上限fO(TEM)小于或等于在第一频带(即m=l)中形成的TE11模的频率下限fu(TE11),其中以下条件成立
权利要求
1.一种同轴导体结构，用于在色散关系的框架之内形成的η个频带中的至少一个频带之内无干扰地传输HF信号波的单个可传播TEM模，η为正自然数，所述同轴导体结构具有 a)呈现为圆形截面的内部导体，其具有内部导体直径Di， b)以径向等距离的方式包封所述内部导体的外部导体，其具有外部导体内径Da， c)所述内部导体和所述外部导体的轴向延伸的共用导体部分，沿着所述共用导体部分以等距离间隔P或s提供具有杆直径Ds的杆形结构，所述杆形结构将所述内部导体与所述外部导体电连接，其中，为了使所述单个TEM模能够沿着所述同轴导体结构传播而不受在m个频带之内至少以TE11模的形式出现的更高激励模阻碍，能够选择所述参数Di、Da、Ds、p、s，使得 i)在第η≥2个频带之内传播的所述单个TEM模的频率下限fu(TEM)等于在第m个频带中形成的TE11模的频率上限L(TE11) 土公差范围Af，以及 ii)在第η≥2个频带之内传播的所述单个TEM模的频率上限f。(TEM)等于在第m+1个频带中形成的TE11模的频率下限fu(TE11) 土公差范围Λ f。
2.根据权利要求I所述的同轴导体结构，其特征在于s等于3或4。
3.根据权利要求I或2所述的同轴导体结构，其特征在于对于i)而言以下条件成立 fu(TEM) =f；(TEll) 土 Af |，其中
4.一种同轴导体结构，用于在色散关系的框架之内形成的η个频带中的至少一个频带之内无干扰地传输HF信号波的单个TEM模，η为正的自然数，其中 a)呈现为圆形截面的内部导体，其具有内部导体直径Di， b)以径向等距离的方式包封所述内部导体的外部导体，其具有外部导体内径Da， c)所述内部导体和所述外部导体的轴向延伸的共用导体部分，沿着所述共用导体部分以等距离间隔P或s提供具有杆直径Ds的杆形结构，所述杆形结构将所述内部导体与所述外部导体电连接，其中，为了使所述单个TEM模能够沿着所述同轴导体结构传播而不受在m个频带之内至少以TE11模的形式出现的更高激励模阻碍，能够选择所述参数Di、Da、Ds、p、s，使得 在第一，即n=l,频带之内传播的所述单个TEM模的频率上限f。(TEM)小于或等于在第一频带，即m=l,中形成的TE11模的频率下限fu(TE11),其中以下条件成立
5.根据权利要求I至4中任一项所述的同轴导体结构，其特征在于布置所述杆形结构，以使得每个所述杆形结构均在所述轴向延伸的共用导体部分的轴向投影上一个接一个地全等地设置，或者所述杆形结构在分别在所述内部导体和所述外部导体的圆周方向上取向的相同的角度失准△ α处的轴向序列中偏移，其中所述杆形结构分别位于相对于所述内部导体和所述外部导体的所述圆周方向的等距离间隔P处。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的同轴导体结构，其特征在于s至少等于I。
7.根据权利要求5或6所述的同轴导体结构，其特征在于90°等于Λα。
8.根据权利要求I至6中任一项所述的同轴导体结构，其特征在于所述杆形结构由金属材料制成，优选为与构成所述内部导体和/或所述外部导体的材料相同的材料。
9.根据权利要求I至6中任一项所述的同轴导体结构，其特征在于公差范围Af1/3测量第η个TEM模的带宽的1/3,即
10.根据权利要求I至9中任一项所述的同轴结构的用途，所述同轴结构用于在更高激励模不可传播的频率范围之内无干扰地进行HF信号波的TEM模的信号传输，同时通过在所述内部导体与所述外部导体之间提供导热且导电的杆形结构来利用所述内部导体的局部冷却。
11.根据权利要求I至9所述的同轴导体结构，其特征在于所述同轴线的所述内部导体和/或所述外部导体截面偏离圆形，但与圆形同轴线呈现出相同的波阻。
全文摘要
描述了一种同轴导体结构，用于在色散关系的框架之内形成的n个频带中的至少一个频带之内无干扰地传输HF信号波的单个可传播TEM模，n为正自然数，所述同轴导体结构具有a)呈现为圆形截面的内部导体，其具有内部导体直径Di，b)以径向等距离的方式包封所述内部导体的外部导体，其具有外部导体内径Da，c)所述内部导体和所述外部导体的轴向延伸的共用导体部分，沿着所述共用导体部分以等距离间隔p或s提供具有杆直径Ds的杆形结构，所述杆形结构将所述内部导体与所述外部导体电连接，其中，为了使所述单个TEM模能够沿着所述同轴导体结构传播而不受在m个频带之内至少以TE11模的形式出现的更高激励模阻碍，能够选择所述参数Di、Da、Ds、p、s，使得i)在第n≥2个频带之内传播的所述单个TEM模的频率下限fu(TEM)等于在第m个频带中形成的TE11模的频率上限fo(TE11)±公差范围Δf，以及ii)在第n≥2个频带之内传播的所述单个TEM模的频率上限fo(TEM)等于在第m+1个频带中形成的TE11模的频率下限fu(TE11)±公差范围Δf。
文档编号H01P3/06GK102823056SQ201180016706
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年3月30日
发明者C·诺伊迈尔, M·洛伦茨, N·施佩特, K·努姆森, J·克罗伊茨曼尔 申请人:斯宾纳机床制造有限公司