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Anordnung zur Anpassung einer Energieleitung bei breiten Frequenzbändern.
Die Erfindung betrifft Kurzwellensende-und Empfangsanordnungen. Bei solchen Anordnungen entsteht die Aufgabe, dass die Impedanz irgendeines Teiles der Anordnung der Impedanz irgendeines andern Teiles, mit welchem es verbunden ist, angepasst wird. Insbesondere ist es z. B. notwendig, eine Energieleitung an eine Antenne oder eine andere Energieleitung anzupassen oder einen Sender an eine Energieleitung.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft dann angewandt werden, wenn die Änderung der
Reaktanz in Abhängigkeit von der Frequenz im wesentlichen linear und die Änderung des Wider- standes parabolisch in der Umgebung einer mittleren Frequenz verläuft.
Im allgemeinen ist der Verlauf des Wirkwiderstandes einer Antenne über den Bereich der Seiten- bandfrequenzpn nicht symmetrisch zurTrägerfrequenz, laberes kann dann eine Energieleitung von solcher
Länge gewählt werden, dass, wenn sie durch die Antenne abgeschlossen wird, die Ohm'sehe Komponente des Eingangsscheinwiderstandes einen Extremwert bei der Trägerfrequenz zeigt und die Blindkomponente sich im wesentlichen linear mit der Frequenz ändert, wobei der Blindwiderstand bei der Trägerfrequenz nicht notwendig gleich Null ist. In gewissen Fällen wird der Verlauf des Wirkwiderstandes in der Umgebung der Trägerfrequenz durch eine Parabel dargestellt und ganz allgemein durch eine gekrümmte Kurve, welche über den geforderten Frequenzbereich einer Parabel sehr nahe kommt.
Im Falle, dass diese Bedingung zumindest annähernd schon direkt an der Antenne erfüllt ist, ist die Zwischenschaltung einer Energieleitung überflüssig.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden zur Anpassung einer Leitung an einen Verbraucher bei sehr breiten Frequenzbändern an einer solchen Stelle der Leitung kurz vor bzw. an dem Verbraucheranschluss, wo die Blindwiderstandsänderung mit der Frequenz linear verläuft und die Änderung des Wirkwiderstandes in der Umgebung einer mittleren Frequenz durch eine Parabel darstellbar ist, reaktive Elemente zugeschaltet, durch die der resultierende Wirkwiderstand frequenzunabhängig konstant gehalten wird, während die verbleibende Frequenzabhängigkeit des Blindwiderstandes durch weitere Zuschaltung von reaktiven Elementen kompensiert wird. Zur klareren Ausführung des Erfindungsgedankens sollen im folgenden Kompensationskreise, durch welche die Erfindung ausgeführt werden kann, an Hand der Fig. 1-5 näher beschrieben werden.
Es sei angenommen, dass auf einer Energieleitung, die mit einer Kurzwellenantenne verbunden ist, ein Punkt gefunden werden kann, an welchem die Änderung des Wirkwiderstandes des mit der Antenne abgeschlossenen Leitungsstückes mit der Frequenz durch eine parabolische Kurve dargestellt werden kann, wie es die Fig. 1 a zeigt, während die Änderung des Blindwiderstandes linear verläuft. Dieser Punkt ist in den folgenden Schaltskizzen mit L bezeichnet.
In Anwendung der vorliegenden Erfindung wird an dieser Stelle ein Reihenresonanzkreis hinzugefügt, dessen Induktivität und Kapazität so gewählt sind, dass der gesamte Blindwiderstand bei der Mittelfrequenz Q gleich Null ist und dass der Scheinwiderstand bei der Frequenz P einen solchen Wert hat, dass der Parallelwirkwiderstand an diesem Punkt, der in den Schaltskizzen mit M bezeichnet ist, und bei dieser Frequenz den gleichen Wert hat wie bei der Frequenz Q. Da der Gesamtblindwiderstand bei M sich linear mit der Frequenz ändert und bei Q durch Null geht, ist der Wert des Parallelwirkwiderstandes bei P'gleichfalls gleich dem bei Q. In dem besonderen Fall einer parabolischen Reihenwirkwiderstandskurve bei L sind die Parallelwirkwiderstände bei M auch für die dazwischen liegenden Frequenzen konstant.
Es bleibt noch ein
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Parallelblindleitwert mit linearem, durch Null gehenden Verlauf, welcher durch einen auf die Fre- quenz Q abgestimmten Parallelkreis mit dem richtigen Verhältnis von Induktivität zu Kapazität auf- gehoben wird. Dieser Punkt ist in den Schaltskizzen mit N bezeichnet.
Eine entsprechend umgekehrte Methode kann zur Kompensation eines Wirkwiderstandes angewandt werden, welcher sich nach Art der in Fig. 1 b gezeigten Kurve ändert.
Fig. 2 a zeigt eine Schaltung, bei der die Erfindung angewandt ist. Hiebei stellt Z den Scheinwiderstand der Antenne an der Stelle L dar, deren Reihenwirkwiderstand eine parabolische Frequenzabhängigkeit zeigt, wie es in der Fig. 2 b durch die Kurve PQP'dargestellt ist. Der Blindwiderstand an der Stelle L ändert sich linear mit der Frequenz und ist durch die Gerade L in dieser Figur dargestellt.
Der Reihenkreis in Fig. 2 a, der aus der Induktivität 1 und der Kapazität 2 besteht, ist in Serie zur Antenne geschaltet. Der Reihenscheinwiderstand an der Stelle M besitzt dieselbe Wirkwiderstandsfrequenzkurve wie vorher, jedoch ist die Blindwiderstandsfrequenzkurve geändert, wie die Gerade 11 in Fig. 2 b zeigt.
Der Parallelwirkwiderstand bei M ist nun konstant, wie in Fig. 2 c gezeigt ist, und der Parallelblindleitwert bei M ist durch die Kurve M in Fig. 2 d dargestellt. Die Vorzeichen sind so gewählt, dass der Blindleitwert einer Kapazität positiv ist. Dieser Blindleitwert wird gemäss der Erfindung kompensiert durch den gleichen Blindleitwert mit entgegengesetztem Vorzeichen, welcher durch den abgestimmten Schwingungskreis dargestellt wird, der aus der Induktivität 3 und der Kapazität 4 (Fig. 2 a) besteht. Die Kompensation geschieht so, dass der Scheinwiderstand bei N einen reinen Wirkwider- stand darstellt, gleich dem ursprünglichen Wirkwiderstand bei der Frequenz Q.
Die Schaltung zur Kompensation bei einem Wirkwiderstandverlauf entsprechend Fig. 1 b ist in Fig. 3 a dargestellt. Fig. 3 b zeigt die Werte des Parallelwirkwiderstandes bei'L und M und Fig. 3 c die Werte des Parallelblindleitwertes. In Fig. 3 b und 3 c zeigen die Kurven L und M den Scheinwiderstand Z'der Antenne an den Stellen L bzw. M in Fig. 3 a. Für den Blindleitwert bei L ist angenommen, dass er bei der mittleren Frequenz durch Null geht. Wenn das nicht der Fall ist, muss der hinzugefügt Blindleitwert an der Stelle M derart gewählt sein, dass der Gesamtblindleitwert an der Stelle M für die mittlere Frequenz Null ergibt.
Fig. 3 d und 3 e zeigen die Werte des Reihenwirkwiderstandes und des Reihenblindwiderstandes am Punkt M der Fig. 3 a und den Endwert des Scheinwiderstandes an der Stelle N, nämlich einen konstanten, reinen Wirkwiderstand. Die zu wählenden Werte der einzelnen Komponenten des Kreises leiten sich aus der folgenden Überlegung ab :
Im Falle der Fig. 2 a muss der Blindwiderstand an der Stelle M bei der Frequenz Q, wo die Wirkwiderstandskurve ihr Maximum hat, durch Null gehen.
Bei einer anderen Frequenz P, wo der Parallelwirkwiderstand gleich rQ gemacht werden soll, ist der Blindwiderstand xp an der Stelle M gegeben durch die Gleichung :
EMI2.1
Wenn der Blindwiderstand an der Stelle L bekannt ist, so ist der Betrag, den der abgestimmte Reihenkreis bei diesen beiden Frequenzen P und Q beisteuert, ebenfalls bekannt und bestimmt die gesuchten Werte der Induktivität 1 und der Kapazität. 3. Der Parallelkreis 3,4 muss auf die Frequenz Q abgestimmt sein, und das Verhältnis von Induktivität zu Kapazität muss so gewählt sein, dass der äquivalente Wert des Parallelblindwiderstandes von 'p in Reihe mit Xp bei der Frequenz P kompensiert wird.
Aus der Gleichung 1 folgt, dass die Änderung des Wirkwiderstandes genau kompensiert ist, wenn sich an der Stelle M der Blindwiderstand linear mit der Frequenz und der Reihenwirkwiderstand parabolisch ändert.
Im Falle der Fig. 3 a, bund c führen entsprechende Überlegungen zu einem Wert des Parallelblindwiderstandes Xp an der Stelle M, welcher durch die folgende Gleichung gegeben ist :
EMI2.2
wo Rp und RQ die Parallelwirkwiderstände an der Stelle L bei den Frequenzen P bzw. Q bedeuten und wobei der Blindleitwert bei der Frequenz Q Null ist. Diese Beziehung führt zu den gesuchten Werten der Induktivität 3 und der Kapazität 4 in dem abgestimmten Parallelkreis, während der Reihenkreis 1, 2 so gewählt ist, dass er den Reihenblindwiderstand an der Stelle M bei allen Frequenzen kompensiert.
Die Erfindung kann angewandt werden zur Kompensation der Änderungen des Seheinwiderstandes, bei welchen die Änderungen des Blindwiderstandes linear sind und an der Stelle des maximalen Wirkwiderstandes durch Null gehen oder nicht, vorausgesetzt, dass der Blindwiderstand bei der Frequenz P oder P'nicht schon grosser ist als der gewünschte Wert und in der gleichen Richtung liegt wie der verwandte erste abgestimmte Kreis. Wenn der Blindwiderstand bei der Frequenz P oder P'im richtigen Sinne liegt, aber grösser ist als gewünscht, dann muss die andere Methode angewandt werden.
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In den Korrektionskreisen, welche an Hand der Fig. 2 a und 3 a beschrieben wurden, werden abgestimmte Kreise benutzt, die aus konzentrierter Kapazität und Induktivitäten bestehen. In vielen Fällen dürfte es aber vorteilhaft sein, statt dessen Energieleitungen zu benutzen. Die Fig. 4 und 5 zeigen Schaltungen, bei denen Energieleitungen von \/4-Länge an Stelle der konzentrierten Kapazität und Induktivitäten benutzt werden.
Wenn grössere Selektivität erforderlich ist, als sie durch eine gewöhnliche ì../4-Leitung dargestellt wird, können bei anormal hohen oder niedrigen Werten des gewünschten Wellenwiderstandes auch Energieleitungen von der Länge mehrerer Viertelwellenlängen angewandt werden. In diesem Falle wirkt ein offener Kreis von der Länge mehrerer Halbwellenlängen oder ein kurzgeschlossener
Kreis von der Länge eines ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge ebenso wie ein abgestimmter Parallelkreis und ein kurzgeschlossener Kreis von der Länge mehrerer Halbwellenlängen oder ein offener Kreis von der Länge eines ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge wie ein abgestimmter Reihenkreis.
Die beschriebenen Kompensationsanordnungen können zweckmässig mit einer Einrichtung zur Transformation kombiniert werden. Zu diesem Zweck können z. B. die Kreise in den Fig. 2 a und 3 a so abgewandelt werden, dass die Spannung an dem abgestimmten Parallelkreis abgegriffen wird, welcher bei einer derartigen Schaltung dann als Autotransformator wirkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Anpassung einer Hochfrequenzenergieleitung an einen Verbraucher bei breitem Frequenzband, insbesondere für Fernsehübertragungen, dadurch gekennzeichnet, dass an einer solchen Stelle der Energieleitung kurz vor bzw. an dem Verbraucheranschluss, wo die Änderung des dort erscheinenden Verbraucherblindwiderstandes mit der Frequenz linear verläuft und die Änderung des Wirkwiderstandes in der Umgebung einer mittleren Frequenz durch eine Parabel dargestellt ist, reaktive Elemente zugeschaltet sind, durch die der resultierende Wirkwiderstand frequenzunabhängig konstant gehalten wird, und dass die verbleibende Frequenzabhängigkeit des Blindwiderstandes durch weitere Zuschaltung von reaktiven Elementen kompensiert wird.