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Kabel zur Leitung sehr kurzer Wellen, insbesondere Dezimeterwellen.
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Die Wirkungsweise der Erfindung soll an Hand der Fig. 3-5 besprochen werden. Fig. 3 zeigt schematisch eine Energieübertragung gemäss vorliegender Erfindung. In der Achse der Metallröhre L liegt am Sendeort der mit dem Sender S verbundene Dipol Damit dem Empfänger ist der ebenfalls koaxial angeordnete Dipol D4 verbunden.
Die koaxiale Anordnung der Strahler erscheint zunächst widersinnig, da ja, wie oben erörtert, eine Strahlung in der Dipolachse nicht stattfindet. Es tritt hiebei aber ein neuer Effekt auf.
Misst man nämlich die Energieverteilung im Innenraum der Röhre L, so findet man, dass die für eine bestimmte Schnittebene der Röhre gefundene Feldverteilung über die gesamte Länge des Rohres dem Betrage nach im wesentlichen gleich bleibt. Besonders krass tritt diese Erscheinung dann auf, wenn der Radius der Röhre und die benutzte Wellenlänge in einem bestimmten Verhältnis stehen.
In Fig. 4 und 5 sind Feldverteilungen dargestellt, wie sie für zwei verschiedene Radien der Röhre
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Zum besseren Verständnis sei hier ganz kurz auf die der Erfindung zugrunde liegende Theorie eingegangen (vgl. hiezu Ann. d. Physik, 5. Band, 21, Heft 2,1934, S. 113 ff. ). In der genannten Arbeit sind auch Messresultate wiedergegeben.
Die Verteilung der elektrischen Feldkomponente ist durch die Gleichung gegeben :
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Es interessiert hier nur die variable Grösse w. Alle andern in der Gleichung enthaltenen Grössen stellen im wesentlichen Konstante dar. Wird der Wert ## = 0, so ist ersichlich, dass E = oo wird, da ja, fp im Nenner steht. Die Grösse ew (z- Q stellt den Feldabfallin axialer Richtung dar und wird im Falle ##=0 zu eins, d. h. mit andern Worten, wenn ## nach Null Verschwindet, wird die elektrische Feldkomponente im Innern des zylindrischen Rohres überall unendlich gross. Dieser Zustand soll im folgenden mit ,,Raumresonanz" bezeichnet werden.
Die Grösse ## ist gegeben durch die Gleichung :
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worin R den Radius der Röhre, # die Wellenlänge und & v Zahlenwerte (Nullstellen der Besselschen Funktion) darstellen. kv kann die Werte 2-40 ; 5#52 ; 8#65 ; 11#79 annehmen. Da zur Erzielung der Raumresonanz ## = 0 werden soll und die Werte für kv festliegen, treten als variable Grössen nur noch der Radius R und die Wellenlänge X auf. Für eine gegebene Wellenlänge ist also R gegeben.
Es gilt folgende Gleichung :
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird also, wie aus dem vorstehenden hervorgeht, das Innere der Röhre L (Fig. 3) in Raumresonanz erregt. Es herrscht praktisch an allen Punkten des Innenraumes die gleiche Feldstärke, so dass die am Sendeort durch den Dipol D3 in das Rohr gesandte Energie im wesentlichen ohne Verluste durch den Dipol D4 am Empfangsort wieder entnommen werden kann.
Das erfindungsgemässe Kabel kann mannigfache Anwendung finden. Es eignet sich vor allem zur Überbrückung sehr grosser Strecken, wobei gegebenenfalls für andere Zwecke verlegte Rohrleitungen verwendet werden können. Es sei an Ferngas-, Öl-und Wasserleitungen erinnert. Es ergibt sich hiebei noch ein wesentlicher Vorteil. Bekanntlich verhalten sich die Wellenlängen einer Schwingung in zwei verschiedenen Medien umgekehrt proportional wie die Wurzeln aus den Dielektrizitätskonstanten.
Wird die zylindrische Röhre z. B. mit Wasser gefüllt, so ergbit sich im Wasser (Dielektrizitäts- konstante 81)# der Wellenlänge von Luft. Das bedeutet nun, dass der mit Wasser gefüllte Zylinder nur einen Durchmesser zu besitzen braucht, der gleich y dem einer mit Luft gefüllten Röhre ist.
Umgekehrt kann bei einem gegebenen Rohr die Wellenlänge neunmal länger sein, wenn das Kabel mit Wasser gefüllt ist.
Allgemein besteht folgende Beziehung :
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wobei E die Dielektrizitätskonstante des im Innern des Kabels vorhandenen Mediums bedeutet.
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Natürlich können auch alle Wellen gleichzeitig benutzt werden, so dass das Rohr als Kabel vierfach ausgenutzt würde.
Ist das Kabelrohr mit Wasser gefüllt, so können die angegebenen Wellen über ein Rohr von nur 4'44 cm Durchmesser gesandt werden, oder es können über ein Rohr von 40 cm Durchmesser Wellen gesandt werden, die neunmal länger als die angegebenen sind.
Soll in einem vorhandenen Rohre Hochfrequenz z. B. von der Mitte zu einem der beiden Enden übertragen werden, so ist es zweckmässig, nur den zur Übertragung notwendigen Teil des Kabels in Raumresonanz zu erregen. Der nicht verwendete Teil wird elektrisch abgetrennt ; das kann z. B. dadurch geschehen, dass in das Kabel eine Metallplatte eingefügt wird. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Der mit dem Generator G verbundene Strahler St soll in das durch M dargestellte Kabelrohr Energie senden. Der nicht eingezeichnete Empfänger befinde sich rechts von der Abbildung. In diesem Fallist es unnötig, das nach links weiter verlegte Rohr zu erregen ; es ist aus diesem Grunde die Metallplatte P vorgesehen, die das Kabel elektrisch schliesst.
Wird ein andern Zwecken dienendes Rohr zur Übertragung von Hochfrequenzenergie mit benutzt, so darf die Abdeckplatte 8 natürlich nicht aus massivem Metall bestehen, um nicht den Durchfluss z. B. von Wasser zu sperren.
In diesem Falle wird das Kabel erfindungsgemäss durch ein Drahtgitter oder ähnliches elektrisch abgeschlossen. Der Abstand der Abdeckplatten von den Strahlern wird zweckmässig derart gewählt, dass die im Resonanzraum auftretende Feldstärke ein Maximum ist. Der günstigste Abstand wird am besten von Fall zu Fall durch Versuche ermittelt.
Da die Polarisationsrichtung der übertragenen Wellen in der Kabelachse liegen soll, damit der Effekt der Raumresonanz auftritt, ist es bei Kabelbiegungen notwendig, dass die Energie um die Biegung umgeleitet wird. In Fig. 7 ist schematisch eine Ausführungsform einer solchen Umleitung gezeichnet. Die geraden Teile des Kabels sind vor der Biegung der Röhre durch die Platten P und Pa elektrisch abgeschlossen. Von dem einen zum andern geraden Rohrteil wird die Energie dadurch übertragen, dass die Energie durch den Empfangsdipol ED empfangen und von dem mit ED über eine normale Energieleitung verbundenen Sendedipol SD erneut ausgestrahlt wird. Im Zuge der beide Dipole verbindenden Energieleitung kann gegebenenfalls ein Verstärker V vorgesehen sein.
Es ist nun noch der Fall möglich, dass sich der Kabeldurchmesser an einer Stelle stark ändert, etwa dadurch, dass zwei verschiedene Rohrstücke miteinander verbunden sind. In diesem Falle ist es zur Erreichung der Resonanz notwendig, dass die in beiden Kabelabschnitten benutzte Wellenlänge gewechselt wird. Das kann nach dem in Fig. 7 gezeigten Schema geschehen. Es würde in diesem Falle die von ED aufgenommene Energie in V gleichgerichtet werden. Die Nutzmodulation wird jetzt
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nach der oben angegebenen Gleichung passend gewählt ist.
Als Anwendungsgebiet für das erfindungsgemässe Kabel sei nur ein Beispiel angeführt. Für das geplant Netz von Fernsehsendern ist ein über ganz Deutschland verteiltes Kabelsystem notwendig, das ohne wesentliche Verluste die einzelnen Sender mit einem Zentralsender verbindet. Ein Kabel nach Fig. 1 mit Styroflexisolation soll demnächst zwischen Berlin und dem Brocken verlegt werden (vgl. E. T.. Z. 1935, Heft 46, S. 1245ff.).
Bei Verwendung des erfindungsgemässen Kabels brauchen zwischen den einzelnen Orten nur einfache Rohre verlegt zu werden. Die zu übertragenden Nachrichten werden nun einer zum Durchmesser der Rohrleitung passenden Welle überlagert und mit der so modulierten Welle wird das Rohrkabel in Raumresonanz erregt. Magnetische und elektrische Störungen, die von aussen kommen, sind wegen der kurzen als Träger verwendeten Welle nicht zu befürchten. Auch treten Verluste, wie sie z. B. bei einer Energieübertragung nach Fig. 2 durch die Reflexionsverluste stets vorhanden sind, wegen der Raumresonanz nicht oder nur in sehr geringem Masse auf.
Erwähnt sei auch noch, dass es möglich ist, über ein derartiges Kabel beliebig viele Nachrichten gleichzeitig zu senden, da sich ja die Trägerwelle beliebig mit Zwischenträgerwellen modulieren lässt ; gegebenenfalls können, wie oben gezeigt, auch noch mehrere Träger gleichzeitig verwendet werden.
Es ist also ohne weiteres denkbar, dass die erfindungsgemässe Hoehfrequenzleitung vorhandene und bekannte Nachrichtenübertragungsanlagen ersetzt. Normale Kabel, seien es unter oder über der Erde verlegte, sind störanfällig. Das Gleiche gilt für drahtlose Verbindungen, die vor allem von atmo- sphärischen Einflüssen bedroht sind. Beim Kabel gemäss der Erfindung treten alle diese Nachteile. wie bereits oben auseinandergesetzt, nicht auf.
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