DE1036951B - Richtungskoppler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zur Messung der Anpassung eines Verbrauchers an eine Leitung verwendet man sogenannte Richtungskoppler, welche nur die sich in einer Richtung durch eine Leitung fortpflanzende Welle anzeigen bzw. messen. Koppelt man einen derartigen Richtungskoppler mit einer Leitung, über die von einem Generator her ein Verbraucher gespeist wird, so läßt sich die Anpassung des Verbrauchers an die Leitung dadurch messen, daß vom Richtungskoppler die bei Fehlanpassung des Verbrauchers von demselben reflektierte Welle, die sich in der Leitung in umgekehrter Richtung wie die vom Generator gespeiste Welle fortpflanzt, angezeigt und gemessen wird. Bei richtiger Anpassung des Verbrauchers entsteht keine reflektierte Welle, und der Richtungskoppler zeigt demgemäß nichts an, da er auf die vom Generator ausgehende Welle nicht anspricht.

Es sind Richtungskoppler bekannt, die aus zwei parallelen koaxialen Leitungen, der Stamm- und der Hilfsleitung, bestehen. Beide Leitungen sind entweder durch Schlitze oder durch Löcher miteinander gekoppelt. Die Stammleitung kann dabei diejenige Leitung sein, die den Verbraucher mit dem Generator verbindet, während die Hilfsleitung (elektrisch kurz ist und) an beiden Seiten mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Durch die Lochkopplung tritt sowohl eine elektrische wie eine magnetische Kopplung der Hilfsleitung mit der Stammleitung auf. Die durch die elektrische (kapazitive) Kopplung hervorgerufene Spannung in der Hilfsleitung ist eine transversale Spannung, während die Spannung, die durch die magnetische (induktive) Kopplung entsteht, eine longitudinale Spannung ist. Beide Spannungen teilen sich je zur Hälfte, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen auf die beiden gleichen Abschlußwiderstände auf. Die primäre, vom Generator ausgehende Welle erzeugt an dem Ende der Hilfsleitung, das dem Generator am nächsten liegt, eine Spannung, welche sich aus der Summe der elektrischen und magnetischen Kopplungswirkung ergibt, während die Spannung am fernen Ende der Hilfsleitung verschwindet, weil sich beide Kopplungswirkungen kompensieren. Für eine vom Verbraucher ausgehende reflektierte Welle liegen die Verhältnisse umgekehrt. Das Verhältnis der beiden Spannungen an den Enden der Hilfsleitung ergibt direkt den resultierenden Reflexionsfaktor in der Hauptleitung.

Die Lochkopplung hat jedoch die Eigenschaft, daß die magnetische Kopplung wesentlich großer, praktisch doppelt so groß wie die elektrische Kopplung ist, so daß eine völlige Kompensation der Spannungen an einem Ende der Hilfsleitung nicht möglich ist. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es bekannt, die Hilfsleitung um einen Winkel zur Stammleiterachse zu Richtungskoppler

Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz

Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Ing. Eugen Rymaszewski,
Poughkeepsie, N. Y. (V. St A.),
ist als Erfinder genannt worden

neigen, und zwar um eine Achse, die durch das Kopplungsloch hindurchgeht. Die magnetische Komponente wird dadurch geschwächt, während die elektrische Komponente konstant bleibt. Bei richtigem Verdrehungswinkel gelingt es, die magnetische Komponente gleich der elektrischen zu machen.

Der Nachteil der schon beschriebenen Anordnung liegt darin,, daß die magnetische Komponente der Kopplung bei konstant gehaltener elektrischer Kopplungskomponente geschwächt werden muß, wodurch der absolute Spannungsbetrag gering und dadurch die Meßgenauigkeit klein ist. Außerdem hat die Anordnung den Nachteil verhältnismäßig großer Dämpfung.

Weiterhin ist ein Richtungskoppler zwischen Hohlleiter und Koaxialleitung bekannt, bei dem ein schleifenförmiger drehbarer Koppelleiter zur gleichzeitigen elektrischen und magnetischen Kopplung dient. Jede Drehung der Kopplungsschleife um einen beliebigen Winkel hat jedoch nicht nur eine erwünschte Änderung der magnetischen Kopplungskomponente, sondern auch eine unerwünschte Änderung der elektrischen Kopplungskomponente zur Folge.

Zur Unterdrückung der Abhängigkeit der elekirischen Kopplung vom Drehwinkel ist bereits ein Richtungskoppler für Koaxialleitungen mit einem schleifenförmigen Koppelleiter vorgeschlagen worden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kopplungsleiter an der seinem elektrischen Gegenpol zugekehrten Seite einen flächenhaften Leiterteil (Kapazitätsfläche) von vorzugsweise radialsymmetrischer Ausbildung in bezug auf die genannte Achsrichtung aufweist, dessen Kapazität gegenüber dem den genannten Gegenpol bildenden Leiter der Hochfrequenzleitung die elek-

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trische Kopplung im wesentlichen bestimmt, und daß auf der dem genannten elektrischen ' Gegenpol abgewendeten Seite des flächenhaften Leiters die von dem magnetischen Leitungsfeld durchsetzte Kopplungsschleife angeordnet äst/ deren wirksame Windungsfläche unter der elektrostatischen Schirmwirkung des flächenhaften Leiters ohne Änderung der elektrischen Kopplung einstellbar ist.

Demgegenüber sind bei -einem Richtungskoppler, bestehend aus einer Stammleitung und einer drehbaren V-förmigen, beiderseits mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Hilfsleitung, deren schleifenförmig ausgebildeter Innenleiter kapazitiv und induktiv mit der Stammleitung so gekoppelt ist, daß die Größe der kapazitiven Kopplung der Koppelschleife drehwinkelunabhängig ist, erfindungsgemäß die beiden Leitungen so ausgebildet und so lose miteinander gekoppelt, daß in allen Stellungen der Hilfsleitung die Bildung von Stoßstellen auf den Leitungen im Koppelbereich vermieden wird.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung ist die Eintauchtiefe der V-förmigen Koppelschleife einstellbar ausgebildet, und der Drehwinkel der Hilfsleitung beträgt 180°, so daß für eine Verhältnismessung der hin- und rücklaufenden Welle nur ein einziger Indikator (z. B. ein Detektor) erforderlich ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Richtungskopplers als Überwachungsgerät für die richtige Anpassung eines Verbrauchers an die Speiseleitung;

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Richtungskoppler mit nur einem Detektor;

Fig. 3 zeigt ein zur Impedanzmessung geeignetes Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 zeigt ein T-Transformationsglied, welches bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Richtungskopplers Verwendung finden kann;

Fig. 5 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel des Richtungskopplers.

Mit 1 ist in Fig. 1 die koaxiale Stammleitung bezeichnet, an deren einem Ende der Generator 3, und am anderen Ende der Verbraucher 2 angeschlossen ist, z. B. ein Sender und eine Antenne. Mit der Stammleitung 1 ist eine drehbare V-förmig gebogene koaxiale Hilfsleitung 4 gekoppelt. Die Hilfsleitung ist an ihren Enden durch Widerstände ^r und 6 mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen, und der Innenleiter 7 ist an der Spitze des V bei 8 schleifenförmig abgebogen und tritt durch die Öffnung in die Stammleitung ein. Der Abstand A der Koppelschleife vom Innenleiter der Stammleitung ist dabei so gewählt und die Koppelschleife ist so ausgebildet, daß die durch diesen Abstand bedingte elektrische (kapazitive) Kopplungskomponente unabhängig von der Verdrehung der Hilfsleitung gleich groß ist wie die durch die Länge L der Schleife bedingte magnetische (induktive) Kopplungskomponente. Mit den beiden Armen der Hilfsleitung sind Detektoren 9 und 10 gekoppelt, über die die in den Armen herrschende Spannung gemessen wird. Die vom Generator zum Verbraucher laufende Welle erzeugt einen über den Widerstand 5 fließenden Strom, der mittels des Detektors 9 gleichgerichtet und gemessen werden kann. Die-eventuell vom Verbraucher bei Fehlanpassung desselben erzeugte reflektierte Welle erzeugt einen über den Widerstand 6 fließenden Strom und kann über den Detektor 10 gemessen werden. Das Verhältnis beider -Spannungen ergibt ein Maß der Fehlanpassung des Verbrauchers.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung eignet sich besonders zur Überwachung, beispielsweise von Antennen. Sie ist jedoch weniger für eine genaue Fehlanpassungsmessung geeignet, da zu diesem Zweck erforderlich wäre, daß die Kennlinien beider Detektoren 9 und 10 völlig identisch sind, was in der Praxis kaum herzustellen ist.

In Fig. 2 ist nun eine Anordnung gezeigt, die mit nur einem Detektor auskommt. Die Bezugszeichen sind

ίο gleich wie in Fig. 1 gewählt. Die Hilfsleitung ist um die Drehachse R um 180° drehbar angeordnet, und es ist nur ein Detektor 10 an einem Zweig der Hilfsleitung angekoppelt. Zur Messung der hin- und rücklaufenden Welle wird die Hilfsleitung jeweils um 180° gedreht, so daß mit dem Detektor 10 einmal die vom Generator ausgehende Welle, das andere Mal die vom Verbraucher reflektierte Welle angezeigt wird.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die speziell als Impedanzmeßeinrichtung geeignet ist. Der Unterschied gegenüber Fig. 2 besteht darin, daß der Detektor 10 von Fig. 2 weggelassen ist und an dessen Stelle ein einstellbarer, z. B. kapazitiver Spannungsteiler 11 eingeschaltet ist, der über eine Leitung einen Meßempfänger speist. Die Impedanzmessung erfolgt dann in der Weise, daß zunächst die reflektierte Welle bei einer bestimmten Stellung des Spannungsteilers gemessen wird, daß dann der Richtungskoppler um 180° gedreht wird und nun der Spannungsteiler mittels Mikrometerschraube so lange verstellt wird, bis der Empfänger wieder den ersten Wert der Messung anzeigt. Die auf der Mikrometerschraube festgestellte Differenz beider Stellungen des Spannungsteilers ergibt das genaue Verhältnis beider Spannungen, während eine dritte Messung in der Querstellung der Hilfsleitung zur Stammleitung die Spannungsmessung an der Stelle und somit eine Impedanzmessung ermöglicht. Die kapazitive Kopplung muß dabei wie bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 in allen Meßstellungen konstant sein, was z. B. durch eine kreisförmige Endfläche der Koppelschleife erreichbar ist. An Stelle des Abschlusses eines Zweiges der Hilfsleitung mit einem ihrem Wellenwiderstand entsprechenden Ohmschen Widerstand kann auch ein Transformationsglied, z. B. ein Dämpfungs-T-Glied, vorgesehen sein, welches den Wellenwiderstand irgendeiner zu einem Empfänger angeschlossenen Leitung genau an den Wellenwiderstand der Hilfsleitung anpaßt. Ein derartiges T-Transformationsglied ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Stammleitung und die Hilfsleitung sind so ausgebildet und so lose miteinander gekoppelt, daß in allen Stellungen der Hilfsleitung die Bildung von Stoßstellen auf den Leitungen im Kopplungsbereich vermieden wird, damit erübrigen sich besondere Kompensationen.

Fig. 5 zeigt eine mehr konstruktive Ausbildung des erfindungsgemäßen Richtungskopplers im Schnitt, und zwar zeigt Fig. 5 besonders eine Anordnung zur Verstellung des Abstandes der Kopplungsschleife zum Innenleiter der Stammleitung. Mit / ist der Innenleiter der Stammleitung und mit A dessen Außenleiter bezeichnet. Mit dem Außenleiter A ist ein beispielsweise rechteckiger Metallklotz K verbunden. Dieser Klotz ist in einem Metallrahmen B geführt. Auf dem Flansch C dieses Rahmens ist ein Ring D eingelassen, welcher einen Federring E trägt. Der Flansch C führt auch einen drehbaren Ring F, der durch die Feder E auf den Rahmen B gedrückt wird. Am Ring F ist die V-förmig gebogene Hilfsleitung G befestigt, deren Innenleiter H an der Spitze des V zu einer Schleife L

geformt ist, die in eine Kopplungsöffnung des Außenleiters A der Stammleitung eintaucht. Die Hilfsleitung G kann gegen den Druck der Feder E um die Achse R gedreht werden. Vorzugsweise sind um 180° versetzte Raststellungen an den Punkten maximaler induktiver Kopplung (nicht gezeigt) vorgesehen. Zwischen dem Klotz K und dem Rahmen B befindet sich in der gezeigten Stellung ein Luftspalt M, um den Rahmen B gegen den Klotz K verschieben zu können und dadurch den Abstand zwischen der Schleife L und dem Innenleiter / so einstellen zu können, daß eine beliebige lose Kopplung zwischen der Schleife und dem Innenleiter entsteht. Im gezeigten Beispiel kann die gegenseitige Verstellung von K und B durch eine Schraube erfolgen, die sowohl im Rahmen B wie im Klotz K eingeschraubt ist. Diese Schraube weist ein Gewinde mit zweierlei Steigung auf, so daß bei Drehen der Schraube eine Relativbewegung zwischen K und B eintritt. Selbstverständlich kann diese Relativbewegung auch durch irgendwelche anderen Anordnungen, beispielsweise durch zwei Schrauben oder sonstwie, erzeugt werden.

Es ist zweckmäßig, für die Drehung der Hilfsleitung G eine weitere Raststellung an der Stelle vorzunehmen, an der die induktive Kopplung der Schleife L mit dem Innenleiter / Null ist, d. h. in der in Fig. 5 gezeigten Lage. Auf diese Weise ist es mit dem Richtungskoppler auch möglich, die an dieser Stelle der Stammleitung herrschende Spannung zu messen, da dann nur die elektrische Kopplungskomponente des Richtungskopplers zur Wirkung kommt. Die Größe der kapazitiven Kopplung der Koppelschleife wird ähnlich wie bei der Anordnung gemäß Fig. 3 drehwinkelunabhängig gehalten.

Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Ausführung, bei der die Stammleitung eine Koaxialleitung ist, ist keinesfalls die einzig mögliche. Die Stammleitung kann auch eine Bandleitung oder ein Hohlleiter sein.

Claims (8)

1. Patentansprüche:
   1. Richtungskoppler, bestehend

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   aus einer

   Stammleitung und einer drehbaren V-förmigen, beiderseits mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossenen Hilfsleitung, deren schleifenförmig ausgebildeter Innenleiter kapazitiv und induktiv mit der Stammleitung so gekoppelt ist, daß die Größe der kapazitiven Kopplung der Koppelschleife drehwinkelunabhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitungen so ausgebildet und so lose miteinander gekoppelt sind, daß in allen Stellungen der Hilfsleitung die Bildung von Stoßstellen auf den Leitungen im Kopplungsbereich vermieden wird.
2. 2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Koppelschleife von der Stammleitung einstellbar ist und der Drehwinkel der Hilfsleitung 180° beträgt.
3. 3. Richtungskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Innenleiter der Hilfsleitung gebildete Koppelschleife an der Spitze des V angeordnet ist.
4. 4. Richtungskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Zweig der Hilfsleitung ein Indikator angekoppelt ist.
5. 5. Richtungskoppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator bzw. die Indikatoren über einstellbare Spannungsteiler angekoppelt sind.
6. 6. Richtungskoppler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitung beiderseits der Kopplungsstelle mit Indikatoren (bzw. mit einem Indikator) abgeschlossen ist, deren Impedanzen durch Transformatoren an den Wellenwiderstand der Hilfsleitung angepaßt sind.
7. 7. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsleitung an einem Ende mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist und am anderen Ende ein Transformationsglied aufweist, welches die Impedanz irgendeines Indikators an den Wellenwiderstand der Hilfsleitung anpaßt.
8. 8. Richtungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehbewegung der Hilfsleitung in den bevorzugten Stellungen (Endstellungen der größten induktiven Kopplung und Stellung der induktiven Kopplung Null) Rastvorrichtungen vorgesehen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 804 334;
   britische Patentschriften Nr. 604 987, 621 167.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 954 167.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1 809 5W391 Z.