DE1028178B - Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhaengigen Transformation - Google Patents

Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhaengigen Transformation

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DE1028178B
DE1028178B DES50317A DES0050317A DE1028178B DE 1028178 B DE1028178 B DE 1028178B DE S50317 A DES50317 A DE S50317A DE S0050317 A DES0050317 A DE S0050317A DE 1028178 B DE1028178 B DE 1028178B
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Germany
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impedance
reactance
frequency
series
circuit arrangement
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Pending
Application number
DES50317A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Hans Leysieffer
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2/00Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00
    • H03H2/005Coupling circuits between transmission lines or antennas and transmitters, receivers or amplifiers
    • H03H2/006Transmitter or amplifier output circuits

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhängigen Transformation Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhängigen Transformation einer niedrigen, vorzugsweise rein reellen Impedanz in eine hohe, rein reelle Impedanz. Derartige Schaltungen werden beispielsweise in der Hochfrequenztechnik zur Anpassung eines Verbrauchers an den Innenwiderstand einer Röhrenstufe benötigt.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung wird meist in der Weise ausgebildet, daß mit der niedrigen Impedanz eine Reaktanz in Reihe geschaltet und die Blindkomponente der Reihenschaltung mittels Ergänzung zu einem Parallelresonanzkreis kompensiert wird. Der Verlustwiderstand des Parallelresonanzkreises ist im allgemeinen nennenswert höher als die in den Parallelresonanzkreis transformierte Wirkkomponente der niedrigen Impedanz. Obwohl diese Schaltungsanordnung sich durch große Einfachheit auszeichnet, besitzt sie einen grundsätzlichen Nachteil, der darin besteht, daß bei einer Frequenzänderung wegen der Frequenzabhängigkeit der Reihenreaktanz auch das Transformationsverhältnis geändert wird. Das ist insbesondere bei Leistungsauskopplung in Hochfrequenzv erstärkerstufen störend, die im Gebiet der Ultrakurzwellen und kürzeren Wellen arbeiten, d. h. in einem Gebiet, in dem die Resonanzkreise die Form sogenannter Topfkreise besitzen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und vorteilhafte Lösung dieses Problems aufzuzeigen. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art in der Weise auszubilden, daß die niedrige Impedanz über eine Transformationsleitung mit der Reaktanz in Reihe geschaltet ist und daß diese Transformationsleitung im Wellenwiderstand von der niedrigen Impedanz derart verschieden und in der elektrischen Länge so groß bemessen ist, daß die Wirkkomponente ihrer Eingangsimpedanz, die vorzugsweise eine gegenüber der Reihenreaktanz vernachlässigbare Blindkomponente besitzt, bei kapazitiver Reihenreaktanz mit zunehmender Frequenz wenigstens nahezu quadratisch abnimmt und bei induktiver Reihenreaktanz wenigstens nahezu quadratisch zunimmt.
  • Es ist an sich aus der Patentanmeldung E 2364 VIII a/ 21 a4 eine Anordnung zur Ankopplung einer Hochtrequenzquelle mit frequenzabhängiger Innenreaktanz an einen Verbraucher bekannt, die für breite Frequenzbänder bestimmt ist. Das wesentliche Merkmal dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß die Ankopplung über eine Leitung erfolgt, deren Wellenwiderstand und elektrische Länge derart gewählt sind, daß die Impedanzänderung des Verbrauchers mit der Frequenz an der Hochfrequenzquelle als Reaktanzänderung erscheint, die im entgegengesetzten Sinne liegt wie die Reaktanzänderung der Quelle selbst, so daß sich über einen breiten Frequenzbereich die Änderungen der Impedanz der Quelle und der Impedanz des Verbrauchers kompensieren. Diese bekannte Anordnung unterscheidet sich schon deshalb grundlegend vom Erfindungsgegenstand, weil bei diesem von einer praktisch vernachlässigbar geringen Reaktanz und einer stark veränderlichen Wirkkomponente ausgegangen wird. Aus diesem Grund ist daher diese bekannte Anordnung für die Lösung der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Aufgabe ungeeignet.
  • Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt die bekannte Schaltung, die einleitend erläutert wurde. Mit 1 ist die beispielsweise die Endstufe bildende Röhre bezeichnet. Der Verbraucher R ist über eine Reaktanz X, beim Ausführungsbeispiel eine Kapazität, an die Anode der Röhre 1 angeschaltet. Die Reaktanz X ist im Wert in an sich bekannter Weise so groß bemessen, daß der transformierte Realteil Rp dieser Reihenschaltung dem gewünschten Außenwiderstand entspricht, wobei die transformierte Blindkomponente der Reihenschaltung mittels des Parallelresonanzkreises 2 für die Betriebsfrequenz weggestimmt ist. Schon aus der Zeichnung ist erkennbar, daß bei Frequenzänderung wegen der gleichzeitigen Änderung des Wertes von X eine Änderung des Transformationsverhältnisses eintritt.
  • Diesem Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch abgeholfen, daß, so wie in Fig. 2 dargestellt, die Verbraucherimpedanz R nicht unmittelbar mit der ReaktanzX in Reihe geschaltet wird, sondern daß zunächst die Verbraucherimpedanz R in einen Impedanzwert jZS mit besonderen, frequenzabhängigen Eigenschaften transformiert wird, die gerade so sind, daß der frequenzabhängige Charakter der Reaktanz X kompensiert ist. Betrachtet man die Transformationsgleichung für die Impedanz R in die Impedanz R7, für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1, so lautet diese in bekannter Weise da die transformierte Blindkomponente der Reihenschaltung als durch den Parallelresonanzkreis 2 weggestimmt angenommen ist.
  • Da im vorliegenden Fall fernerhin Rp bedeutend größer als R ist, vereinfacht sich diese Gleichung zu Damit Rp frequenzunabhängig wird -gleichbedeutend einem frequenzunabhängigen Transformationsverhältnis -, muß die Impedanz R zunächst in eine Impedanz J#,s transformiert werden, die die quadratische Frequenzabhängigkeit von X2 kompensiert.
  • Nimmt man beispielsweise die Reaktanz X als Kapazität mit dem Blindwiderstand 1ICUC an, so muß die Wirkkomponente RS der Impedanz k s der Gleichung R,s = const/o)2 folgen, wenn die vorstehende Bedingung erfüllt sein soll. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Blindkomponente von : R s, gegenüber X vernachlässigbar gering ist bzw. bei der Wahl von X und gegebenenfalls gewisser Abweichung von der Bedingung RS = const/oj2 berücksichtigt ist. Ist diese Reaktanz X induktiv, so muß RS = const - oi2 sein.
  • Dieses Verhalten läßt sich durch sinngemäße Wahl des Wellenwiderstandes Z und der elektrischen Länge l der Transformationsleitung 3 erzielen. Soll Rs mit zunehmender Frequenz quadratisch abnehmen, so ist die elektrische Länge der Transformationsleitung zwischen einer Viertel- und einer halben Betriebswellenlänge zu wählen. Soll RS mit der Frequenz quadratisch zunehmen, so ist die elektrische Länge der Transformationsleitung zwischen Null und einer Viertelbetriebswellenlänge zu wählen.
  • Um in einem gleich weiten Frequenzbereich oberhalb und unterhalb der mittleren Betriebsfrequenz diese Bedingungen zu erfüllen, empfiehlt es sich, für eine mittlere Betriebsfrequenz die elektrische Länge der Transformationsleitung bei kapazitiver Reaktanz X zu drei Achteln und bei induktiver Reaktanz X zu einem Achtel der entsprechenden Betriebswellenlänge zu wählen. Die Bemessung des Wellenwiderstandes Z der Transformationsleitung im Vergleich zur niedrigen Impedanz R ist der für die möglichst genaue Anpassung des RS-Wertes an den gewünschten Verlauf zur Verfügung stehende Parameter.
  • Die Leitungslängen können auch um ein ganzzahliges Vielfaches einer halben mittleren Betriebswellenlänge größer gewählt werden. An Hand eines Zahlenbeispiels sollen die Zusammenhänge noch näher erläutert werden.
  • Es sei z. B. für einen Frequenzbereich von etwa 230 bis etwa 350 MHz angenommen: R = 60 Ohm und rein reell; die Reaktanz X ist eine Kapazität C = 1,1 pF; Z = 100 Ohm; A,/4 < l = 36 cm <A/2. Unter Berücksichtigung dieser Daten ergibt sich für R, ein Wert von etwa 4000 Ohm, der über den erwähnten Frequenzbereich eine größte Abweichung von etwa ± 5 °o besitzt. Würde die Schaltung so, wie in Fig. 1 dargestellt, ausgebildet, so weicht Rp an den Grenzen des Frequenzbereiches bereits um etwa ± 50 °/o von dem Sollwert 4000 Ohm ab. Die Kompensation tritt in dem gesamten Bereich von A/4 bis A/2, also zwischen etwa 210 und 420 MHz, ein.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Verbraucherimpedanz R im wesentlichen frequenzunabhängig zu gestalten. Für den in der Praxis meist vorliegenden Fall, daß die Verbraucherimpedanz R in der Größenordnung der Wellenwid,=rstrde üblicher Hochfrequenzleitungen liegt, also z. B. in der Größenordnung von 60 Ohm, ist dies praktisch hinreichend gut erfüllt. In abweichenden Fällen wird es genügen, wenn die Verbraucherimpedanz durch eine zusätzliche Reaktanz bezüglich ihrer Blindkomponente wenigstens nahezu kompensiert wird.
  • Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung besitzt die Eigenschaft, über einen weiten Frequenzbereich ein wenigstens nahezu konstantes Transformationsv erhältnis sicherzustellen, wenn der Parallelresonanzkreis - dem unter anderem auch die transformierte Blindkomponente der Reihenschaltung zugehört - auf die jeweilige Betriebsfrequenz abgestimmt wird. Die Bandbreite - das ist der Frequenzbereich der für die Übertragung, z. B. einer Nachricht, ausgenutzt werden kann - bei der jeweiligen Parallelresonanzkreisabstimmung hängt in an sich bekannter Weise von der elektrischen Bemessung des Parallelresonanzkreises unter Berücksichtigung der übrigen Schaltungsparameter ab.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhängigen Transformation einer niedrigen, vorzugsweise rein reellen Impedanz in eine hohe, rein reelle Impedanz durch Reihenschaltung der niedrigen Impedanz mit einer entsprechend bemessenen Reaktanz und Kompensation der Blindkomponente der Reihenschaltung durch Ergänzung zu einem Parallelresonanzkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrige Impedanz über eine Transformationsleitung mit der Reaktanz in Reihe geschaltet ist und daß diese Transformationsleitung im Wellenwiderstand von der niedrigen Impedanz derart verschieden und in der elektrischen Länge so groß bemessen ist, daß die Wirkkomponente ihrer Eingangsimpedanz, die vorzugsweise eine gegenüber der Reihenreaktanz vernachlässigbare Blindkomponente besitzt, bei kapazitiver Reihenreaktanz mit zunehmender Frequenz wenigstens nahezu quadratisch abnimmt und bei induktiver Reihenreaktanz wenigstens nahezu quadratisch zunimmt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Anpassung eines niederohmigen Verbrauchers an den hochohmigen Ausgang einer Sender- oder Verstärkerstufe, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung E 2364 VIII a/21 a4.
DES50317A 1956-09-11 1956-09-11 Schaltungsanordnung zur wenigstens nahezu frequenzunabhaengigen Transformation Pending DE1028178B (de)

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