Vorrichtung zur Übertragung einer elektrischen Schwingung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zur Übertragung einer elektrischen Schwingung, die zwei konzentrische Über \ragungsleitungen enthält, und bei der der Innenleiter von einer der Übertra;gungslei- tun(ren mit dem Aussenleiter der andern Übertragungsleitung verbunden ist.
-Gemäss der Erfindung bildet ein Teil des crenannten Aussenleiters den Innenleiter einer konzentrischen Übertragungsleitung mit einer Gänge von praktisch (21a-1) ).,'4, wobei die Wellenlänge der zu übertragenden Schwingung und 7a eine ganze Zahl bedeutet.
Diese letztgenannte Übertragungsleitung ist zwischen den Enden der Aussenleiter der bei den erstgenannten Übertragungsleitungen ge- schaltet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Vorrichtung sind zum Anpassen einer ersten an eine zweite konzentrische Übertragungsleitung, zwei oder mehrere Übertragungsleitunb teilstrecken vor gesehen, die in Reihensühaltung mit dem Innen- und Aussenheiter der ersten Übertra- gungsleitung und in Parallelschaltung mit ; dem Innen- und Aussenleiter der zweiten Übertragungsleitung verbunden sind.
In manchen Fällen ist es im Hinblick auf die Parallelschaltung erforderlich, zur Erzielung einer Phasenumkehrung in einer; der Teilstrecken, :diese um eine halbe Wellen länge grösser als die andere (n) Teilstrecke<I>(n)</I> zu wählen.
In einer solchen Ausführungsform ider Vorrichtung nach ,der Erfindung ist eine Im pedanztransformation erzielbar, .deren Ver hältnis dem Quadrat der verwendeten An zahl Teilstrecken enispricht, während,die bei Ianpedanztransformation eintretenden Ver luste äusserst gering sind.
An Hand der Zeichnung, in der verschie dene Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt sind, werden .diese und die damit erzielbaren Vorzüge näher erläutert.
Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen Vorrichtun gen, die insbesondere zur Erleichterung eines richtigen Verständnisses der nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen.
Die Fig. 3 und 5 zeigen Aus@führungs- formen der erfindungsgemässen Vorrichtung, die zum Anpassen zweier Übertragungslei- tungen, je zwei Übertra,gungsleitungstei'Z- strecken enthalten, und in den Fig. 6 und 7 sind entsprechende Vorrich tungen mit drei Übertragungsleitungsteil- strecken abgebildet.
In Füg. 1 ist A eine konzentrische Über tragungsleitung mit einem Innenleiter 1 und einem Aussenleiter 2. Die Enden des Innm und des Aussenleiters dieser Übertragungs leitung sind mit den Innenleitern 3 bezw. 4 zweier in Gegentakt geschalteter konzen- trischer Übertragungsleitungen verbunden.
Das eine Viertelswellenlä nge der zu über tragenden Schwingung lange Endstück der Übertragungsleitung A ist von einem Hohl leiter 6 umgeben, der am einen Ende mit den Aussenleitern 5 der in Gegentakt .geschal- teten Übertragungsleitungen verbunden ist.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in F'ig. 1. dargestellten Vorrichtung sei von den in Gegentakt geschalteten Übertragungs leitungen ausgegangen. Die in den Innenlei tern 3 und $ dieser Übertragungsleitungen fliessenden 'Ströme sind gegenphasig, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist.
Da bei einer einzigen Übertragungsleitung die Ströme des Innen- und des Aussenleiters gleich gross aber entgegengesetzt gerichtet sind, muss der Innenleiter 4 von einer der in Gegentakt geschalteten Übertragungsleitun- gen mit dem Innenleiter 1 der Übertragungs leitung A verbunden werden, während der Innenleiter 3 der andern .der in Gegentakt geschalteten Übertragungsleitungen mit der Innenoberfläche des Aussenleiters 2 der Übe:
r- tragungsleititng A verbunden werden rnuss. Um einen Iiurzschluss von jener der in Ge gentakt geschalteten Übertragungsleitungen zu verhüten, deren Innenleiter mit dem Aussenleiter der Übertragungsleitung .4 ver bunden ist, ist es erforderlich, dass am Ende des Aussenleiters 2 dessen Aussenoberfläche eine hohe Impedanz für die zu übertragende Sehwingung aufweist.
In diesem Fall wird ein Übertragen des Stromes des Innenleiters 3 auf die Aussenoberfläche des Aussenleiters 2 und also durch Vermittlung der Hülle 6 zurück nach :dem Aussenleiter 5 der Übertra gungsleitung- 3, 5 verhindert, und wird also der Strom .des Innenleiters 3 ausschliesslich der Innenoberfläche des Aussenleiters 2 über tragen werden.
Die erforderliche hohe Impe danz der Aussenoberfläche am Ende des Aussenleiters 2 wird dadurch erhalten, dass man einen Teil des Aussenleiters 2 mit einer Länge von einer Viertelswellenlänge der zu übertragenden Schwingung den Innenleiter einer am Ende kurzgeschlossenen Übertra- gungs@leitung mit einer Länge von praktisch einer Viertelswellenlänge bilden lässt, deren Aussenleiter durch die Hülle 6 gebildet wird. Da die Leitungen 3, 5 und 4, 5 in bezug auf die Übertraboungsleitung A in Reihe ge schaltet sind,
muss bei Anpassung der Wel lenwiderstand von jeder der beiden in Gegen- takt geschalteten Leitungen die Hälfte des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung A betragen. Auf diese Weise wird eine Im pedanztransformation von 2 : 1 erhalten.
Fig. 2 zeigt eine geänderte Bauart der in Fig. 1 :dargestellten Vorrichtung, bei :der die Leiter der in Gegentakt geschalteten Über- tragungsleitungen in Flucht liegen und die Aussenleiter 5 :durch ein einziges Rohr ge bildet werden, das. durch die Hülle 6 hin- durchgeführt :
ist. I?m die Übertragungslei- tung A mit den Innenleitern 3, 4 der in Ge gentakt geschalteten Leitung verbinden zu können, ist innerhalb der Hülle 6 eine Aus sparung im Aussenleiter 5 vorgesehen. Die Wirkungsweise der in Fig. <B>29</B> dargestellten Vorrichtung entspricht übrigens jener nach Fig. 1.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zum Anpassen einer Übertragungsleitung <I>A</I> an eine zweite Übertragungsleitung <I>B</I> dient. Diese Vorrichtung wird durch Ver wendung einer Vorrichtung nach Fig. 1 er halten, 'bei der aber :die beiden in Gegentakt geschalteten Übertragungsleitungen in Par allelschaltung mit der Übertragungsleitung B verbunden sind.
Weil, wie vorstehend be merkt, die Ströme in den Innenleitern der in Gegentakt geschalteten Übertragungsleitun gen gegenphasig sind, so muss, bevor diese beiden Leitungen in Parallelschaltung mit einer einzelnen Übertragungsleitung verbun den werden können, die Phase :des Stromes in einer der beiden in Gegentakt geschalte ten Leitungen in be.zug auf jene des !Stromes in der andern Leitung umgekehrt werden.
Dies wird dadurch erzielt, dass- die Länge der einen der in Gegentakt geschalteten Übertragungsleitungen um eine halbe Wel lenlänge grösser als die Ader andern gewählt wird. Infolgedessen, werden an den Enden der auf diese Weise entstandenen Übertra gungsleitungen, die im folgenden Übertra- gungsleitungsteilstrecken genannt werden, gleichphasige .Ströme auftreten, so dass die Enden in Parallelschaltung mit der Übertra gungsleitung B verbunden werden können.
Wenn angenommen wird, @dass der Wel lenwiderstand -der Übertragungsleitung A sich auf 2Z beläuft, so .soll der Wellenwider stand von jeder der beiden Teilstrecken Z und jener der Übertragungsleitung B 'zur Erzielung einer Anpassung an .die parallel geschalteten Teilstrecken 2 betragen, wo durch also eine Impedanztransformation von 4 : 1 erhalten wird.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dar- gestellt, die von der nach Fig. .3. durch die Art und Weise abweicht, in der die Über- tragmu.nbmgleitungsteilstrecken mit der Übertra- gtxngsqeitung A verbunden sind. Der Innen leiter von einer der Teilstrecken ist durch das Innere der Verlängerung des Innenleiters der Übertragungsleitung A hindurchgeführt und mit der Innenoberfläche .des Aussenlei ters 2 der Leitung A verbunden.
Die andere Übertragungsleitungsteilstrecke ist neben dem Aussenleiter '2 angeordnet und deren Innenleiter ist durch eine Öffnung des Aussenleiters 2 hindurchgeführt und mit dem Innenleiter .l der Leitung A verbunden. Um einen Kurzschluss der Übertragungsleitung A zu verhüten, müssen die genannt-.an Verbin- dungspunkte je in einem Abstand einer Viertelswellenlänge der zu übertragenden Schwingung vom Ende des Aussenleiters 2 angebracht sein.
Weil dieSpannungen in den beiden Übertragungsleitungsteilstrecken ge genphasig sind, ist ebenso wie .in Fig. -3 eine der Teilstrecken mit einer U-förmigen Ver längerung von 2/2 versehen. In jener Teil strecke fliesst bei oderdargestellten Vorrich tung ein @Strom i, falls angenommen, wird, dass die Übertragungsleitung B einen. Strom 2i führt.
Die (Ströme ,der Innenleiter t3 und 4 der Übertragungsleitungste@lstrecken und die entsprechenden Ströme im Aussenleiter wer den in der Leitung A summiert, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist. Die @Span- nung am Ende der Übertragungsleitung A entspricht ider Spannung einer jeden Teil strecke.
Dementsprechend muss der Wellen widerstand der Leitung A halb so gross wie der Wellenwiderstand einer jeden Teilstrecke g ewähslt werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 4 dient im wesentlichen zur Erleichterung eines richti gen Verständnisses der folgenden Ausfüh- rungeformen. Die Vorrichtung nach Fig. 4 zeigt zwei Möglichkeiten zum Summieren der iStröme in zwei Ülbertragungsleitungstenl- strecken., und zur Verbindung von zwei Übertragungsleitungen, die die gleiche !Span nung führen.
In Fig. 5 ist eine Vorriehtungdargestellt, beider die .Ströme der Übertragungsleitungs- teilstrecken 3., -5 und 4, '5' in. Reihe zusam mengefügt werden. Der Strom in der Über tragungsleitung A ist gleich gross wie der 2n den Teilstreoken, es ist aber die Spannung verdoppelt.
Die Übertra.gungsleitunggteil- strecke 3, 5 erstreckt sich teilweise innerhalb der Übertragungsleitung A und bildet also den Innenleiter 31 einer Übertragungsleitung mit einer Länge von einer Viertelswellen- länge, deren Aussenleiter vom Aussenleiter der Übertragungsleitung A gebildet wird.
Der Strom auf der Innenoberfläohe des Aussenleiters der linken Übertragungsleitungs- teilgtrecke wird mittels eines, durch die Öff nung 51 des Innenleiters der Übertragungs- leiturig A hindurchgeführten Leiters dem Innenleiter .der rechten Übertrabiingsleitazngs- teilstrecke übertragen,
deren Aussenleiter die Verlängerung des Innenleiters der Übertra gungsleitung A bildet. Der zwischen den Leitern 1 und 2 angeordnete Teil<B>31</B> der Teilstrecke bildet nunmehr einen Funkt, in dem die Spannung des Innenleiters 3 in Reihe mit der des Innenleiters --l verbunden ist.
Weil die Aussenoberfläche des Leiters 31 einen Teil einer am Ende kurzgeschlos senen Übertragungsleitung mit einer Länge von einer Viertelswellenlänge bildet, kann auf deren Aussenoberfläche kein 'Strom flie ssen.
Weil also der Strom in der Übertra- bungsleitung A gleich gross wie < ler in jeder der Teilstrecken 3, 5 und 4, 5' sein muss, während die '@Spannung .der Übertragungslei tung A der Summe der Spannungen der bei den Teilstrecken entspricht,
muss .der Wellen- widerstand der übertragungsl.citung A zum Erzielen einer Anpassung .das Zweifache von dem einer jeden Übertragungsleitungstei9- strecke sein.
Es sei bemerkt, dass die Strön 2e in den bei den Übertragungsleitungsteilstrecken Olleich- phasig sind und .somit im Hinblick auf die Parallelschaltung keine Phasenumkehrung erforderlich ist.
Die von der Übertragungs leitung A abgewendeten Enden der Übertra- gungsleitun-gsteilstrecken sind in Parallel schaltung mit der Übertragunb leiturig B verbunden, wobei zur Erzielung einer An passung der Wellenwiderstand der Ü'bertra- gungsleitung B halb so gross wie der einer jeden Teilstrecke sein soll, wodurch mittels der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung eine Impedaniztransformation von 4:1 erhalten wird, und in jedem Punkt der Vorrichtung eine genaue Anpassung vorhanden ist.
In Fig. 6 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit deren Hilfeeine Impedanztransformation von 9 : 1 erhalten werden kann und bei der drei Übertragungsleitungsteilstrecken glei cher Länge verwendet werden, ,die in Par allelschaltung mit der Übertragun,galeitung B und in Reihensehaltung mit der Übertra gungsleitung A angeordnet sind.
Ein Teil von jeder der Übertragungs.leitungrsteilstrek- ken 22, 24, 26 ist über eine Länge einer vier tele Wellenlänge von einem Leiter 28 um geben, der am einen Ende mit dem Aussen leiter der betreffenden Teilstrecke verbunden ist.
Die auf diese Weise gebildeten Über- tragungs'leitungen mit einer Länge von einer VierteIswellenlänge verursachen für die zu übertragenden Schwingungen eine hohe Im pedanz am Ende der Aussenoberfläche des Aussenleiters der Übertragungsleitungsteil- strecken. Der Strom des Innenleiters 23 der ersten Übertragungsleitungstei'lstrecke wird infolgedessen der Innenoberfläche des Aussen leiters der mittleren Teilstrecke übertragen,
und es fliesst der Strom vom Innenleiter 2.5 der mittleren Teilstrecke nach der Innenober fläehe des Aussenleiters der letzten Teil strecke. Der Strom auf der Innenoberfläche der ersten Teilstrecke wird der Strom .des Innenhüters 2 der Übertragungsleitung @l, und der (Strom des Innenleiters 27 der letzten Teilstrecke wird .der Strom des Aussenleiters der Übertragungsleitung A.
Da auf diese Weise die Teilstrecken .2'$, 24 und 26 in Reihenschaltung mit der Übertragungsleitung A verbunden sind und die 8tröme in diesen Teilstrecken gleichphasig sind, muss der Wel lenwiderstand einer jeden Teilstrecke 1/a des Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung A betragen. An dem von der ersten Über- tragungsleitung abgewendeten Ende sind die Übertragungsleitungsteilstrecken in Parallel- seha,
ltung mit dem Innenleiter 9 und dem Aussenleiter 8 der Übertragungsleitung B verbunden. Hierdurch muss der Wellenwider stand der Übertragungsleitung B1/3 von .dem einer jeden Übertragungsleitungsteilstrecke betragen. Das Übersetzungsverhältnis zwi schen der Übertragungsleitung A und der Übertragungsleitung B beträgt 9 : 1.
In Fig. 7 ist eine geänderte Ausführungs form einer Vorrichtung nach Fi.g. 6 darge stellt, die besonders wichtig ist, weil die einerseits parallel und anderseits in Reihe gesehalteten Teilstrecken derart vereinigt sind, dass die Impedanztransformation er föIgt, während die zu übertragende Schwin- gong die Vorrichtung,
durchlauft. Unter Em- stä.nden ist die Bauart der in Fig. 7 darge stellten Vorrichtung über die der vorigen Ausführungsformen zu bevorzugen. Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 besteht .die Über tragungsleitung A aus einem Aussenleiter ,1'2 und einem Innenleiter 10, Der Innenleiter 10 durchläuft die Transformationsvorrich- tung über seine ganze Länge und ist mit dem Innenleiter 1'9 der Übertragungsleitung B verbunden.
Das Ende des Innenleiters 10 ist von einem Leiter 11 umgeben, der zu sammen mit dem von ihm umfassten Teildes Innenleiters 10 eine der zwischengeschalteten Anpassungsteilstrecken bildet. Ein Teil des Leiters 11 ist von einem folgenden Leiter .113 umgeben und bildet mit ihm eine zweite Teilstrecke, in der ,der Leiter 11 den Innen leiter, der Leiter 13 den. Aussenheiter bildet. Das Ende des Leiters 11 ist mit dem Ende des Leiters 20 der Übertragungsleitung B verbunden.
Weil die Länge des Leiters 11 zwischen dem Ende und dem Verbindungs punkt des Leiters 13 eine Viertelswellen- lä.nge beträgt, wird der Strom ,des Leiters 20 der Innenoberfläche des Leiters 11 übertra gen. Entsprechend dem Leiter 11 bildet,der Leiter<B>13</B> den Innenleiter einer Teilstrecke, deren Aussenleiter 12 der Übertragungslei tung A den Aussenleiter bildet.
Das Ende des Leiters 21 ist mit,dem Ende des Leiters 13 verbunden, und es wird wieder .der Strom des Leiters 21 ausschliesslich .der Innenober fläche des Leiters d3 übertragen werden kön nen. Die Impedanz des Teils der Übertra gungsleitung B mit dem Innenleiter 20 ist derart der Übertragungsleitung B mit dem Innenleiter '20 ist derart gewählt, dass beim Verhi.ndungspunkt der Leiter 20 und 19 ein Drittel des ;
Stromes des Innenleiters 19 zum Leiter 10 und zwei Drittel zum Leiter 20 fliesst. Am Verbindungspunkt des Leiters 20 und 21 werden die Verhältnisse derart ge wählt, .dass der Strom :des Leiters 20 am letztgenannten Verbindungspunkt in zwei gleiche Teile geteilt wird.
Unabhängig vom Wege, dem jeder Teil .des Stromes des Innenleiters der Übertra- gungsleitung ss infolge der Verteilung folgt, werden,die Ströme in den Punkten, in denen sie zusammengefügt werden, wieder ,gleich phasig sein, weil die von jedem Stromteil durchflossene Weglänge gleich gross ist.
Die erwähnten drei !Stromteile, :die in Reihe zusammengefügt,die Übertragungslei tung A speisen, verursachen in der Übertra gungsleitung A eine iSpannung 3,E und einen Gesamtstrom i, wenn in der Übertragungs leitung B eine Spannung E herrscht und ein Strom 3i fliesst. Auf .diese Weise wird ein Übersetzungsverhältnis 9 : 1 erhalten.
Sämtlichen oibenbeschriebenen Vorrich tungen liegt zu Grunde,,dass der Innenleiter strom einer konzentrischen Übertragungslei tung auf die Innenoberfläche des Aussen leiters einer andern -konzentrischen Übertra gungsleitung übertragen werden kann. Wenn die :Stromwege derart sind, dass keine Re flexionspunkte für die Innen- oder Aussen leiterströ.me vorhanden :sind, führen die be schriebenen Vorrichtungen eine Impe.danz- transformation herbei, ohne dass dabei stehende Wellen auftreten.
Es sei bemerkt"dass überall dort, wo von einer Übertragungsleitung von einer Viertels wellenlänge die Rede ist, ebenso eine Über tragungsleitung mit einer Länge von einer ungeraden Anzahl Viertelswellenlängen ver wendet werden kann. Es ist aber eine Über- tragungsleitung von einer Viertelswellen- länge zu bevorzugen, weil damit eine ver hältnismässig hohe Eingangsimpedanz erzielt werden kann und diese zu einer gedrungenen Bauart der beschriebenen Vorrichtungen führt.