DE1006914B - Ankopplungsvorrichtung fuer zwei Hoechstfrequenzerzeuger verschiedener Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ultrakurzwellen. Sie betrifft eine Vorrichtung, die es gestattet, in einen einzigen Kanal die Energie einzukoppeln, die mit zwei verhältnismäßig wenig verschiedenen Frequenzen von zwei Erzeugern elektromagnetischer Höchstfrequenzwellen ausgesandt wird.

Die bekannten Anordnungen zur Durchführung dieser Aufgabe enthalten im allgemeinen abgestimmte Kreise, die aus Resonanzhohlräumen bestehen. Um wirksam zu sein, müssen diese Resonanzglieder genügend hohe Gütefaktoren aufweisen. Glimmentladungen oder Überschläge, die in den diese Hohlräume umschließenden Leiterabschnitten auftreten können, begrenzen jedoch die Energiemenge, die befördert werden kann. Andererseits ist bei diesen Anordnungen die Entkopplung zwischen *5 den beiden Schwingungserzeugern um so besser, je größer die Güte der Kopplungskreise ist. Es wird also ein Kompromiß zwischen zwei einander widersprechenden Bedingungen nötig: einerseits muß man Glimmentladungen und Überschläge vermeiden, indem man sich mit einer geringeren Güte für die Hohlräume zufrieden gibt, und andererseits sollte der »Q-Faktor« der Resonanzhohlräume möglichst groß sein, um die Kopplung zwischen den beiden Schwingungserzeugern herabzusetzen. Schließlich hat bei bekannten Siebschaltungen mit Hohlräumen eine auch nur geringe Verstimmung gegen die Resonanzfrequenz eine Fehlanpassung zur Folge, die Reflexionen und infolgedessen stehende Wellen hervorruft, deren Anteil rasch unzulässige Werte annimmt.

Die Erfindung gestattet die Vermeidung dieser Nachteile. Sie betrifft eine Anordnung, die es erlaubt, in einem einzigen Ausgangskanal die von zwei Erzeugern elektromagnetischer Ultrakurzwellen, die mit verschiedenen Frequenzen arbeiten, abgegebene Energie zu vereinigen und dabei trotzdem die nötige Entkopplung zwischen den beiden Schwingungserzeugern aufrechtzuerhalten.

Die erfindungsgemäße Ankopplungsvorrichtung zur Sammlung der von zwei Höchstfrequenzerzeugern mit verschiedenen Frequenzen in zwei unabhängige Kanäle gelieferten Energie in einem einzigen Ausgangskanal ist 4" gekennzeichnet durch zwei Gabelkoppler (I, II) mit je vier Kanälen, nämlich zwei Eingangskanälen und zwei Ausgangskanälen, die aus Übertragungsleitungsabschnitten bestehen und untereinander durch einen Phasenschieber (III) verbunden sind, der aus zwei ^4S Kanälen besteht und ebenfalls aus Übertragungsleitungsabschnitten derselben Art zusammengesetzt ist, wobei die beiden Eingangskanäle (1, 2) des ersten Gabelkopplers mit den beiden Schwingungserzeugern, die beiden Ausgangskanäle (1', 2') dieses Kopplers mit dem Eingang der beiden Kanäle (5, 6) des Phasenschiebers, der Ausgang der beiden Kanäle des Phasenschiebers mit den beiden Eingangskanälen (3', 4') des zweiten Gabelkopplers und der eine Ausgangskanal (4) des zweiten Ankopplungsvorrichtung

für zwei Höchstfrequenzerzeuger

verschiedener Frequenz

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 2. Dezember ,1954

Michel Lamy, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Gabelkopplers mit dem Verbraucher verbunden sind, während der andere Ausgangskanal (3) dieses Gabelkopplers an eine angepaßte Belastung angeschlossen ist, sowie daß die beiden Kanäle (5, 6) des Phasenschiebers ungleiche Länge und verschiedene Ausbreitungseigenschaften aufweisen, derart, daß die Differenz ihrer elektrischen Längen für die eine Frequenz ein gerades und für die andere Frequenz ein ungerades Vielfaches der betreffenden halben Wellenlänge beträgt und die von den beiden Schwingungserzeugern an die beiden Ausgangskanäle des ersten Gabelkopplers gelieferten Teilleistungen sich in dem an den Verbraucher angeschlossenen Kanal (4) des zweiten Gabelkopplers jeweils phasenrichtig überlagern.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch dasselbe darstellt.

Die Anordnung ist mit Hilfe von Hohlleiterabschnitten aus zwei Gabelkopplern I und II mit vier Kanälen aufgebaut, die untereinander durch eine Phasen Verschiebungsanordnung III verbunden sind.

Der »Gabelkoppler mit 3 db« wurde für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nur deshalb gewählt, weil seine mechanische Ausführung leichter ist. Diese Anordnung wird allein im einzelnen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.

Die Energiequellen, deren Ankopplung bewirkt werden soll, sind an die nebeneinanderliegenden unabhängigen Kanäle 1 und 2 des ersten Gabelkopplers I angeschlossen.

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Die beiden anderen Kanäle Γ und 2' dieses Kopplers sind mit den entsprechenden Kanälen 3' und 4' des zweiten Kopplers II durch ein Phasenverschiebungsglied III verbunden. Dieses besteht beispielsweise aus zwei Hohlleiterabschnitten 5 und 6 in Form von Schleifen, deren Dimensionierung noch angegeben wird.

Von den beiden restlichen Kanälen des zweiten Kopplers II ist der eine an den nicht dargestellten Verbraucher, beispielsweise eine Radarantenne, und der Ebenso ist es leicht zu sehen, daß dank dem Phasenglied die vom zweiten Generator ausgehenden Wellen sich ebenfalls in der richtigen Phase im Kanal 4 und gegenphasig im Kanal 3 zusammensetzen können.

Das Phasenglied III ist nämlich so ausgelegt, daß die über die Kanäle 2, 2' und 6 laufende Welle in der Ebene X'-Y' eine Phasenverschiebung der Größe π gegen X-Y aufweist. Dagegen muß die über 2, Γ und 5 laufende Welle die gleiche Phase in den Ebenen X-Y und X'-Y'

andere Kanal 3 an einen ebenfalls nicht dargestellten io besitzen. Es wird weiter unten gezeigt, daß eine solche angepaßten Absorptionswiderstand angeschlossen. Vorschrift erfüllt werden kann, wenn die in den Kanälen 1

Die in der Figur dargestellte Anordnung arbeitet und 2 laufenden Wellen verschiedene Frequenzen auffolgendermaßen: es sei angenommen, daß die Fre- weisen. Unter diesen Umständen empfängt der Kanal 4 quenzen F₁ und F₂ der beiden Schwingungserzeuger die gesamte Energie, die vom Kanal 2 herrührt, und der einen kleinen festen Abstand aufweisen (AF = F₁—-F₂). 15 Kanal 3 ist ebenfalls vom Kanal 2 entkoppelt.

Zur Erfüllung dieser Bedingungen verfügt man über zwei Parameter, nämlich die Länge I der Schleife 5 und die Länge L der Schleife 6, oder auch, wenn die Länge I vorgegeben wird, über die Länge L der Schleife 6 und die

Kanälen Γ und 2' des Kopplers in zwei gleiche Teile. Die 20 Länge b der Langseite des Querschnitts des Hohlleiters 6. beiden Energiehälften durchlaufen hierauf die Wege 5 Es bleibt die Bestimmung dieser Parameter übrig:

und 6 des Phasengliedes und gelangen in die Eingänge 3'

Diese Bedingung ist für das Arbeiten der Anordnung unerläßlich.

Die von der im Kanal 1 des Kopplers I gelegenen Spannungsquelle abgegebene Energie teilt sich in den

und 4' des Kopplers II. Schließlich, wenn das Phasenglied in geeigneter Weise ausgelegt ist, sollen sie sich in dem Kanal 4, der den Verbraucher enthält, wieder zusammensetzen, wobei der Kanal 3 entkoppelt ist.

Entsprechende, in der Figur dargestellte Wege ergeben sich für die Energie, die von dem Generator im Kanal 2 herrührt. Auch diesmal sollen die beiden Teilenergien sich im Kanal 4 wieder richtig zusammensetzen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird die gesamte von den beiden Schwingungserzeugern abgegebene Energie schließlich im Kanal 4 konzentriert.

Die Haupteigenschaft des »Gabelkopplers mit 3 db<? ist bekannt: zwei Wellen von gleicher Frequenz und gleicher Amplitude, die in den Leitern 3' und 4' eines solchen Kopplers laufen, setzen sich in Leiter 4 wieder zusammen, wenn sie in einem gewissen gleichen Abstand von der Verbindungsstelle eine gewisse Phasenbeziehung aufweisen. Die Zusammensetzung geschieht dagegen im Kanal 3, wenn sie an der gleichen Stelle die entgegengesetzte Phasenbeziehung aufweisen, d. h. einen Phasenunterschied von ± π gegenüber der ersten Phasenbeziehung besitzen.

Die in der Figur angegebenen Phasenbedingungen, die hier eingehalten werden müssen, errechnen sich wie folgt: Bekanntlich teilt sich die von dem einen Generator abgegebene und im Kanal 1 übertragene Energie im ersten Koppler I in zwei Teile, die sich in den Kanälen 5 und 6 fortpflanzen. In dem mit XY bezeichneten Querschnitt des Kopplers I eilt der elektrische Feldvektor im Kanal 2

demjenigen im Kanal 1 um — in der Phase vor.

Das Phasenglied III ist zunächst so ausgelegt, daß die von den Kanälen 1 und 2 kommenden und den Kanal 5 benutzenden Wellen dieselbe Phase in den Ebenen X-Y und X'-Y' aufweisen. Unter diesen Umständen besitzt die die Kanäle 1 und 5 benutzende Welle eine Phasen-A₁ und A₂ seien die Wellenlängen der beiden Schwingungserzeuger mit der Bedingung X₁ > A₂, während F₁ und F₂ die entsprechenden Frequenzen sind.

Verändert man die Langseite b des Querschnitts des Hohlleiters 6, so ändert sich die Wellenlänge in diesem Kanal. Durch Anwendung der bekannten Formeln der Hohlleitertheorie errechnet man leicht die verschiedenen Wellenlängen in den Kanälen als Funktion der Frequenz, nämlich:

A?_1S = —====:

A₁

2a

ί —

2b)

A₂

-L

2a

Ag-26 = —r=

—) 2b

Hierbei ist

voreilung von —, wenn sie in den Kanal 4 eintritt. Sie ist

A₁ = Wellenlänge im freien Raum, die der Frequenz F₁

entspricht,
A₂ = Wellenlänge im freien Raum, die der Frequenz F₂ entspricht,

Xg₁₅ = Wellenlänge im Kanal 5 für die Frequenz F₁, Xg_ie = Wellenlänge im Kanal 6 für die Frequenz F₁, Xg₂₅ = Wellenlänge im Kanal 5 für die Frequenz F₂, Xg₂₉ = Wellenlänge im Kanal 6 für die Frequenz F₂. a = Langseite des Querschnitts des Rechteckleiters 5 und
b = Langseite des Querschnitts des Rechteckleiters 6.

im Kanal 4 in Phase mit der Welle, die über die Kanäle 1,
2 und 6 läuft, wenn die letztere Welle ebenfalls die gleiche Die erste zu erfüllende Bedingung besteht nun darin,

Phase in den Ebenen X-Y und X'-Y' aufweist. daß für die vom ersten Schwingungserzeuger abgegebene

Dagegen behält die die Kanäle 5 und 3 benutzende Energie der elektrische Längenunterschied auf den Wegen

Welle ihre Phase O bei, während die über die Kanäle 6 65 durch die Kanäle 5 und 6 eine ganze Wellenlängenzahl

und 3 laufende Welle eine neue Phasenvoreilung + -^- im ^{e ra}^ ' ^a

Koppler II erleidet und also die Phase + π annimmt. — = η (3)

Diese Wellen sind also gegenphasig, so daß im Kanal 3 ^¹⁵ Sk

keine Fortpflanzung auftritt. 70 (n = ganze Zahl).

Die zweite Bedingung liegt darin, daß für die vom zweiten Schwingungserzeuger abgegebene und über den Kanal 2 ankommende Energie der elektrische Längenunterschied zwischen den Wegen über die Kanäle 5 und 6 ein ungerades Vielfaches einer halben Wellenlänge beträgt, d. h.:

S26

η ~2

2m + 1 2

(4)

(n = beliebige gerade Zahl, m = beliebige ganze Zahl). In einer ersten Lösung, die vorzuziehen ist, da sie das größte Durchlaßband liefert, so daß die Schaltung weniger selektiv ist, wählt man:

Man erhält dann schließlich durch Kombination und Einsetzen in die Gleichungen (1) bis (4) zwei Gleichungen mit den zwei Unbekannten L und b, die leicht aufzulösen sind. Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Anordnung mechanisch sehr einfach herzustellen ist.

Die Messung des Leistungspegels in dem den angepaßten Widerstand enthaltenden Kanal 3 liefert die nötigen Angaben zu seiner Einstellung, bis der Pegel verschwindet. Es können dann Kurvenscharen gezeichnet werden, die unmittelbar die Einstellwerte als Funktion der verwendeten Frequenzen liefern.

Zwar dürfte die soeben beschriebene Ausführungsform die günstigste Anwendung der Erfindung darstellen, doch ist diese nicht auf die erwähnte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere erstreckt sich ihre Anwendungsmöglichkeit auf jede Übertragungseinrichtung, mit der man eine Vierpol verbindung herstellen kann, beispielsweiße außer Hohlleitern auf Koaxialleitungen und Bandleitungen (Microstrips).

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet die Verwendung einer einzigen Antenne für eine Sende-Empfangsanlage im Multiplexbetrieb. Auch eine Relaisstation für Bild- und Tonübertragung im Fernsehen kann als Anwendungsbeispiel genannt werden.

Ferner sind Kombinationen der beschriebenen Anordnungen möglich. Es ist z. B. möglich, mit Hilfe von η derartigen Anordnungen η + 1 Magnetrons an die einzige Antenne eines Sende- und Empfangsgerätes für Radarzwecke anzuschließen.

Eine Versuchsausführung wurde mit folgenden Werten betrieben. Frequenzen F₁ und F₂ etwa 3000 MHz. Frequenzunterschied F₁ — F₂ = 100 MHz; Frequenzhub ±15 MHz; Leistung 1000 kW je Generator; Energieverlust in der erfindungsgemäßen Anordnung etwa 5% für die Frequenzen F₁ + 15 MHz bzw. F₁ — 15 MHz.

Da die Anordnung keine Resonanzkreise enthält, kann das Entkopplungsverhältnis zwischen den beiden Generatoren allein durch sorgfältige mechanische Ausführung einer Vierpolverbindung sehr hoch gemacht werden, während es in den bekannten Anordnungen von der Güte der Resonanzglieder abhängt. Es kann also jede Wechselwirkung zwischen den beiden Energiequellen ausgeschaltet werden.

Aus denselben Gründen braucht die transportierte Energiemenge nicht den Beschränkungen zu unterliegen, die den bekannten Siebmitteln mit abgestimmten Kreisen eigen sind, und es entstehen keine zusätzlichen Verluste infolge der Einschaltung solcher Siebmittel. Wenn schließlich eine Frequenzverstimmung der Anordnung sich dadurch bemerkbar machen kann, daß die von den Schwingungserzeugern gelieferte Energie sich nicht mehr vollständig im Verbraucherkanal wiederfindet, so entstehen doch hieraus nicht wie bei den bekannten Anordnungen Reflexionen. Dieser Vorteil ist bei Generatoren mit sehr hoher Leistung wesentlich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ankopplungsvorrichtung zur Sammlung der von zwei Höchstfrequenzerzeugern mit verschiedenen Frequenzen in zwei unabhängige Kanäle gelieferten Energie in einem einzigen Ausgangskanal, gekennzeichnet durch zwei Gabelkoppler (I, II) mit je vier Kanälen, nämlich zwei Eingangskanälen und zwei Ausgangskanälen, die aus Übertragungsleitungsabschnitten bestehen und untereinander durch einen Phasenschieber (III) verbunden sind, der aus zwei Kanälen besteht und ebenfalls aus Übertragungsleitungsabschnitten derselben Art zusammengesetzt ist, wobei die beiden Eingangskanäle (1, 2) des ersten Gabelkopplers mit den beiden Schwingungserzeugern, die beiden Ausgangskanäle (I', 2') dieses Kopplers mit dem Eingang der beiden Kanäle (5, 6) des Phasenschiebers, der Ausgang der beiden Kanäle des Phasenschiebers mit den beiden Eingangskanälen (3', 4') des zweiten Gabelkopplers und der eine Ausgangskanal (4) des zweiten Gabelkopplers mit dem Verbraucher verbunden sind, während der andere Ausgangskanal (3) dieses Gabelkopplers an eine angepaßte Belastung angeschlossen ist, sowie daß die beiden Kanäle (5, 6) des Phasenschiebers ungleiche Länge und verschiedene Ausbreitungseigenschaften aufweisen, derart, daß die Differenz ihrer elektrischen Längen für die eine Frequenz ein gerades und für die andere Frequenz ein ungerades Vielfaches der betreffenden halben Wellenlänge beträgt und die von den beiden Schwingungserzeugern in die beiden Ausgangskanäle des ersten Gabelkopplers gelieferten Teilleistungen sich in dem an den Verbraucher angeschlossenen Kanal (4) des zweiten Gabelkopplers jeweils phasenrichtig überlagern.

2. Ankopplungsvorrichtung, bestehend aus der Kombination von η Anordnungen gemäß Anspruch 1, derart, daß die Einspeisung der von η + 1 Schwingungserzeugern gelieferten Leistung in einen einzigen an den Verbraucher angeschlossenen Ausgangskanal erreicht wird.

3. Ankopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Hohlleiterabschnitten von rechteckigem Querschnitt besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 861 865;
deutsche Patentanmeldungen P 9102 VIII a/21 a⁴ und P 9354 VIII a/21 a⁴.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 506/304 4.