Der Erwärmungsvorgang in kreisförmigen dielektrischen Scheiben im Hochfrequenzfeld von Hohlleitern mitH _or -Wellen

Übersicht

In der vorliegenden Arbeit wird der Erwärmungsvorgang im Inneren einer wärme- und stromleitenden kreisförmigen Scheibe in Form eines geraden Kreiszylinders berechnet, die in einem Hohlleiter angeordnet ist. Die sie beheizenden Wärmequellen mögen ihrer Größe und örtlichen Verteilung nach dem hochfrequenten, axialsymmetrischen, elecktrischen Feld einerH _0r -Welle entsprechen.

Die Aufgabe wird mit Hilfe derGreenschen Funktion der Wärmeleitung und unter Einsatz der Methoden der Laplace-Transformation gelöst. Es werden sowohl der Erwärmungsvorgang selbst als auch der stationäre Endzustand angegeben. Von der die Scheibe radial begrenzenden Zylinderfläche wird angenommen, daß sie stets auf Raumtemperatur gehalten wird. An den beiden ebenen, kreisförmigen Grund- und Deckflächen der Scheibe wird ein Wärmeausgleich mit dem Außenraum gemäß der dritten Randwertbedingung angenommen.

Bei den Angaben für die Endlösung wird noch besonders auf den Fall kleiner Erwärmungszeiten eingegangen. Dagegen werden alle Materialkonstanten, soweit sie benötigt werden, als temperaturunabhängig angesehen.

Kreisförmige Hohlleiter, die Richtfunkantennen speisen, müssen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Hohlleiters geschützt werden, da sie zumeist auf hochgelegenen Dächern von freistehenden Gebäuden aufgestellt werden und dort den Einflüssen der atmosphärischen Luft ausgesetzt sind. Der erforderliche Schutz gegen die Unbilden der Witterung wird in der Regel in der Weise vorgenommen, daß man in der Nähe des Endquerschnitts in den Hohlleiter eine durch einen dünnen Rahmen eingefaßte Scheibe von einigen Zentimetern Dicke einsetzt, die aus einem dielektrischen und zumcist porösen Material besteht. Bei dieser Konstruktion ist es in der Praxis häufig vorgekommen, daß schon kurze Zeit nach dem Einschalten die Einsätze in Brand gerieten. Die physikalische Erklärung dafür liegt schr nahe. Es wirken dabei die folgenden Ursachen zusammen: Die dielektrischen Verluste im Scheibenmaterial, die natürlich eine, wenn auch nur geringe Erwärmung hervorrufen, die sehr ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte über die Scheibenfläche und die gerade bei porösem Material äußerst schlechte Wärmeleitfähigkeit.

Da der Erwärmungsvorgang im Inneren verlustbehafteter Dielektrika im Felde hochfrequenter elektro magnetischer Wellen allgemeines Interessc hat, soll ein solcher Vorgang hier für den Fall derH _0r -Welle genaue durchgerechnet werden. Es wird dabei die Methode der Greenschen Funktion der Wärmeleitung angewendet