-
Symmetrierglied, bestehend aus einer auf einen Kern aus Hochfrequenzeisen
hoher Permeabilität gewickelten. Lecherleitung Die Erfindung betrifft ein Symmetrierglied,
bestehend aus einer auf einen Kern aus Hochfrequenzeisen hoher Permeabilität gewickelten
Lecherleitung zur Unterdrückung unsymmetrischer Wellenformen auf symmetrischen Hochfrequnzleitungen,
z. B. Antennenleitungen, und zur Entkopplung mehrerer symmetrischer oder unsymmetrischer
Systeme, z. B. in Antennenanlagen.
-
Symmetrierglieder haben die Aufgabe, einen unsymmetrischen Eingangswiderstand
auf einen symmetrischen Ausgangswiderstand zu transformieren oder umgekehrt und
müssen beispielsweise bei dem Übergang von einer symmetrischen Leitung auf eine
unsymmetrische Leitung oder umgekehrt zwischengeschaltet werden. Das Symmetrierglied
hat demnach in erster Linie den Zweck, die Erdpotentiale der Eingangsseite und der
Ausgangsseite voneinander zu trennen, ohne dabei die Größe des Widerstandes zu transformieren.
Sie sollen daher den gleichen Wellenwiderstand haben wie der Eingangswiderstand
und der diesem gleiche Ausgangswiderstand. Symmetrierglieder werden außerdem in
Verbindung mit geeigneten Brückenschaltungen zur Entkopplung von Verzweigungen innerhalb
symmetrischer oder unsymmetrischer Systeme verwendet. Auch hier erfüllen sie die
Aufgabe, die Erdpotentiale eingangsseitig und ausgangsseitig voneinander zu trennen.
-
Für Symmetrierglieder, die machmal auch »Balun« genannt werden, können
A/4- oder Y2-Leitungen benutzt werden, wenn das zu symmetrierende System nur ein
sehr schmales Hochfrequenzband übertragen soll. Für größere Bandbreiten sind Symmetrierübertrager
vorgeschlagen worden, die aus einer bifilar gewickelten Spule bestehen. Die Wicklungen
sind hinsichtlich Durchmesser und Drahtabstand so bemessen, daß die Spule den verlangten
Wellenwiderstand hat. Diese Spule erfüllt wie alle Symmetrierglieder die Aufgabe,
die unsymmetrischen Ströme, also die Gleichtaktwellen, zurückzuhalten und die symmetrischen
Ströme, d. h. die Gegentaktwellen, möglichst ungeschwächt durchzulassen. In der
bifilaren Spule addieren sich die Feldvektoren der in den beiden Adern einer bifilaren
Wicklung fließenden unsymmetrischen Ströme, so daß die unsymmetrischen Ströme durch
die Selbstinduktion der Spule geschwächt werden. Demgegenüber heben sich die Magnetfelder
der symmetrischen Ströme in der bifilaren Wicklung gegenseitig auf werden daher
von der Spule nahezu unbedämpft durchgelassen.
-
Für die Wirkung der bifilaren Spule als Symmetrierglied kommt es also
auf die Selbstinduktion der Spule ausschlaggebend an. Die untere Grenzfrequenz,
bei der noch eine ausreichende Symmetrierung eintritt, wird ebenfalls durch die
Selbstinduktion der Spule bestimmt. Es ist daher auch schon bekannt, zwecks Erhöhung
der Selbstinduktion und zur Erniedrigung der unteren Grenzfrequenz die Spule auf
einem Kern hoher Permeabilität aufzuwickeln. So ist beispielsweise schon ein Symmetrierglied
beschrieben worden, bei dem eine symmetrische Doppelleitung um den Mittelschenkel
eines aus Eisen bestehenden Topfkernes gewickelt ist. Diese bekannten Symmetrierglieder
benötigen aber alle einen recht großen und schweren Kern, so daB sie viel Raum beanspruchen
und auf umständliche Weise montiert werden müssen.
-
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man sehr viel einfacheres,
kleineres und billigeres Symmetrierglied schaffen kann, dessen symmetrierende Wirkung
eher noch günstiger ist als bei den bekannten bifilaren Spulen, die auf einen hochpermeablen
Kern gewickelt sind.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Symmetrierglied, bestehend aus einer
auf einen Kern aus Hochfrequenzeisen hoher Permeabilität gewickelten Lecherleitung,
dadurch verbessert, daB der Kern die Form eines Ringkernes hat, um dessen Mantelwand
die
Lecherleitung in Gestalt einer symmetrischen Doppelleitung mit einigen zur Achse
des Kernes parallelen Windungen gewickelt ist.
-
Das Wesen der Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis,
daß sich durch die Verwendung eines Ringkernes eine ganz erhebliche Vermindetung
Sowohl des Gewichtes als auch der Abmessungen des Symmetriergliedes erzielen läßt.
Das Symmetrierglied kann bedeutend kleiner und leichter gestaltet werden, ohne daß
die symmetrierende Wirkung beeinträchtigt wird. Außerdem ergibt sich eine wesentliche
Einsparung an Kernmaterial, so daß trotz Verwendung verhältnismäßig kostspieliger
Ferrite eine Verbilligung des Symmetriergliedes möglich ist. Weiterhin hat sich
gezeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Symmetrierglied die untere Grenzfrequenz
noch tiefer liegt als bei den bisherigen Ausführungsformen.
-
Als Material für den Ringkern kann grundsätzlich jedes beliebige Hochfrequenzeisen,
z. B. auch Carbonyleisen oder Ferrite, genommen werden. Die Abmessungen des Ringkernes
und die Permeabilität des Kernmaterials richten sich nach der jeweils verlangten
unteren Grenzfrequenz. Eingangs- und Ausgangsimpedanz des Symmetriergliedes sind
durch den Wellenwiderstand der symmetrischen Lecherleitung bestimmt und haben gleiche
Werte. Eingangsseitig kann beispielsweise eine unsymmetrische Leitung, etwa ein
Koaxialkabel, und ausgangsseitig eine symmetrische Leitung angeschlossen werden.
Alle Leitungen müssen den gleichen Wellenwiderstand wie die Lecherleitung des Svmmetriergliedes
haben. Haben die anzuschließenden Leitungen einen von der Impedanz des Symmetriergliedes
abweichenden Wellenwiderstand, so können zwecks Anpassung der Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanz
des Symmetriergliedes an einen vorgegebenen Wert wenigstens zwei Symrnetrierglieder
eingangs- und ausgangsseitig parallel geschaltet werden. Hat beispielsweise ein
erfindungsgeinä:ßes Symmetrierglied eine Eingangs-bzw. Ausgangsimpedanz von 120
Ohm, so läßt sich dieser Wert auf 60 Ohm herabsetzen, wenn man zwei solche Symmetrierglieder
sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig parallel schaltet.
-
Eine gewisse Verbesserung des erfindungsgemäßen SYmmetriergliedes
läßt sich noch dadurch erzielen, daß der Ringkern auf seiner Außenfläche mehrere
achsparallele \, Tuten zur Aufnahme je einer Windung der symmetrischen Leitung besitzt.
-
Das erfindungsgemäße Symmetrierglied kann überall dort mit Erfolg
eingesetzt werden. «-o auch bisher schon Syminetrierglieder verwendet worden sind
oder verwendet werden mußten. Es ist aber überall dort von ganz besonderem Vorteil,
wo es auf größte Raumersparnis ankommt. Dies ist beispielsweise in den Schaltdosen
an Verzweigungsstellen von Antennenanlagen der Fall.
-
Bei einer Gemeinschaftsantennenanlage muß die von einer Antenne oder
von mehreren Antennen herkommende Hochfrequenzspannung über ein Verteilersystem
gleichmäßig an eine größere Anzahl von Teilnehmern verteilt werden. Hierbei müssen
Rückwirkungen der Teilnehmer auf das Verteilernetz und untereinander sehr klein
gehalten werden. Ebenso müssen Reflexionen innerhalb des Systems möglichst vermieden
werden. Um die von der Antenne kommende Hochfrequenzspannung auf die einzelnen Teilnehmer
zu verteilen, wird die Antennenspannung an einer Verzweigungsstelle mit einer besonderen
Schaltdose auf mehrere Kabel aufgeteilt. Die Ausgänge dieser Dosen werden entweder
direkt mit dem Teilnehmer oder aber mit Leitungen verbunden, die ihrerseits wieder
mit einzelnen Schaltdosen abgeschlossen sind.
-
Um an den Verzweigungsstellen Rückwirkungs-und Reflexionsfreiheit
zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, eine Brückenschaltung vorzusehen,
bei der die aufzuteilende Spannung in einem Brückenzweig liegt, während zwei aufgeteilte
Spannungen an den beiden Brückendiagonalen abgenommen werden können. Sowohl bei
symmetrischen als auch bei unsymmetrischen Leitungen müssen in den Ausgängen der
Brücke Symmetrierglieder vorgesehen werden, um die Erdpotentiale des Eingangs und
der Ausgänge voneinander unabhängig zu machen. Da die-bisherigen Symmetrierglieder
sehr umfangreich waren, ließ sich eine solche Brückenschaltung nur in einer sehr
großen Schaltdose unterbringen. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Symmetriergliedes
ergibt sich hier ein wesentlicher Fortschritt. Bei der Aufteilung der Antennenspannung
auf zwei Teilnehmer mit Hilfe der erfindungsgemäßen Symmetriezglieder lassen sich
sehr kleine Abmessungen und günstigere elektrische Werte erreichen. Durchgangsdämpfung,
Entkopplungsdämpfung sowie die Bandbreite sind besser als bei Verwendung der bisherigen
Breitband-Symrnetrierübertrager.
-
Es ergibt sich so mit Hilfe der Erfindung die Möglichkeit, Doppeldosen
für symmetrische Gemeinschaftsantennenanlagen zu bauen, die zwei elektrisch und
mechanisch völlig gleichwertige Anschlüsse haben. Auch lassen sich auf diese Weise
zwei Antennen verschiedener Bänder oder zwei- Antennen benachbarter Kanäle innerhalb
des gleichen Bandes zusammenschalten. Die Anschlüsse der Antennen sind dann hoch
entkoppelt. -In gleicher Weise lassen sich auch zwei oder mehr Antennenverstärker
eingangs- und ausgangsseitig zusammenschalten, wobei im Falle von Kanalverstärkern
die Kanäle benachbart sein können. So ist es beispielsweise möglich, zwei beliebige
Kanalantennen im Band III auf einen Breitbandverstärker zu schalten oder auch zwei
beliebige Kanalverstärker an eine Breitbandantenne gemeinsam anzuschließen.
-
Außerdem lassen sich mit Hilfe von vier erfindungsgemäßen Syinmetriergliedern
Verteilerdosen bauen, die eine symmetrische Hochfrequenzleitung in vier ebenfalls
symmetrische Abzweigungen aufteilen, die alle die gleiche Impedanz. wie die aufzuteilende
Leitung haben. Hierbei sind je zwei Symmetrierglieder eingangsseitig parallel geschaltet
und liegen in Reihe mit der aufzuteilenden Leitung, während die Ausgangsseiten der
vier Symmetrierglieder die Anschlüsse für die vier Abzweigungen darstellen. Derartige
Verteilerdosen sind insbesondere für symnietrische Fernseh- oder UKW-Antennensvsteme
zweckmäßig, wie später an Hand eines_Ausfübrung:-beispieles erläutert «erden soll.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen hervor.
-
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Symmetriergl_iedes
in starker Vergrößerung. Es besteht aus einem Abschnitt einer Lecherleitung oder
symmetrischen Doppelleitung 1 und einem Ringkern 9 aus einem Material hoher Permeabilität,
z. B. aus Ferrit. Der Eingans- sowie der Ausgangswiderstand des Symmetriergliedes
ist gleich dem Wellenwiderstand der symmetrischen Leitung 1. Abweichende Werte für
den Eingangs- oder Ausgangswiderstand
lassen sich erzielen, wenn
man zwei oder mehr Symmetrierglieder eingangs- und ausgangsseitig parallel legt.
-
Fig. 2 ist der Querschnitt durch eine ähnliche Ausführungsform, die
sich aber von Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß auf der Außenseite des Ringkernes
11 Nuten 10 vorgesehen sind, in denen je eine Windung der symmetrischen Doppelleitung
1 liegt.
-
In Fig. 3 ist die Anwendung des erfindunggemäßen Symmetriergliedes
in einer an sich bekannten Brükkenschaltung gezeigt, die die rückwirkungs- und reflexionsfreie
Verzweigung einer Hochfrequenzspannung auf zwei Ausgänge ermöglicht. Infolge der
Brückenschaltung sind die Ausgänge I und II hoch entkoppelt. Um die Erdpotentiale
der beiden Ausgänge und des Eingangs voneinander unabhängig zu machen, müssen die
Symmetrierglieder 14 und 24 vorhanden sein.
-
Die Brücke besteht aus drei Ohmschen Widerständen von je 120 Ohm und
dem Wellenwiderstand der am Eingang angeschlossenen Antennenzuleitung, der ebenfalls
120 Ohm beträgt und den vierten Brükkenzweig bildet. Wenn diese aperiodische Brücke
abgeglichen ist, haben die beiden an den Diagonalen der Brücke angeschlossenen Ausgänge
I und II keine Rückwirkung aufeinander, gleichgültig, ob diese kurzgeschlossen,
mit einem beliebigen Widerstand belastet oder offen sind. Die Spannungsverteilung
ist gleichmäßig und unabhängig vom Betriebszustand des anderen Teilnehmers. Die
Durchgangsverluste betragen theoretisch 6 db, unabhängig vom Wellenbereich, und
sind durch die Spannungsteilung bedingt.
-
Die Reflexionsfreiheit ist dadurch gegeben, daß der Widerstand der
Brücke von jedem Ausgang her gesehen gleich dem Wellenwiderstand der Zuleitung ist,
und zwar unabhängig vom Betriebszustand des anderen Ausganges. Sollten in dem Eingangswiderstand
des an einen Ausgang der Brücke angeschlossenen Empfängers durch Fehlanpassung Reflexionen
entstehen, so werden diese in der Brückenschaltung absorbiert.
-
Der Eingangswiderstand ist gleich dem Wellenwiderstand der Antennenzuleitung
unabhängig von dem Betriebszustand an den beiden Ausgängen. Die Schaltung in Fig.3
ist für symmetrische Systeme dargestellt, doch läßt sie sich in ähnlicher Weise
auch für unsymmetrische Anlagen unter Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Syminetrierglieder
verwenden.
-
Fig.4 schließlich zeigt eine besonders zweckmäßige Anwendungsart des
erfindungsgemäßen Symmetriergliedes. 1lit Hilfe von vier erfindungsgemäßen Symmetriergliedern
4, 4', 14, 14', läßt sich eine sehr einfache, billige und raumsparende Einrichtung
zusammenstellen, mit der eine symmetrische Hochfrequenzleitung in vier ebenfalls'
symmetrische Abzweigungen aufgeteilt werden kann, die alle den gleihen Widerstand
wie die aufzuteilende Leitung haen. Eine derartige Aufgabe liegt beispielsweise
vor.
-
N: enn die symmetrische Stammleitung einer Fernsehoer UK@I'Antennenanlage
in vier Abzweigleitungen mit gleicher Impedanz aufgeteilt werden soll.
-
Wie aus Fig.4 hervorgeht, werden für den angegebenen Zweck vier Syinrnetrierglieder
4, 4', 14, 14' benötigt. Es sei angenommen, daß die aufzuteilende Leitung einen
Wellenwiderstand von 120 Ohm hat und daß die vier Abzweigungen sämtlich den gleichen
Wellenwiderstand haben sollen. In diesem Fall muß auch jedes der vier Symmetrierglieder
4, 4', 14, 14' eine Impedanz von 120 Ohm besitzen. Je zwei der vier Symmetrierglieder,
nämlich 4,4' einerseits und 14, 14.' andererseits, sind eingangsseitig parallel
geschaltet. Die parallel geschalteten Eingänge der Symmetrierglieder 4 und 4' haben
damit eine Impedanz.. von je 60 Ohm. Das gleiche gilt für die parallel geschalteten
Eingänge der Symmetrierglieder 14 und 14'. Die so gebildeten Eingänge mit einer
Impedanz von je 60 Ohm liegen nun mit den Eingangsklemmen der Einrichtung, an die
die aufzuteilende Leitung angeschlossen wird, in Reihe. Infolge dieser Reihenschaltung
hat der Eingang der Einrichtung, von der aufzuteilenden Leitung aus gesehen, eine
Impedanz von 120 Ohm, wie es auch gewünscht wird.
-
Die Ausgangsseiten der Symmetrierglieder 4, 4' 14, 14' bilden die
Anschlüsse für die vier Abzweigungen und haben, wie gefordert, eine Impedanz von
je 120 Ohm.
-
Da die vier erfindungsgemäßen Symmetrierglieder 4, 4', 14, 14' außerordentlich
kleine Abmessungen haben, lassen sie sich auf kleinstem Raum in eine Verteilerdose
für die Stammleitung einer Antennenlage unterbringen. Außer diesem sehr geringen
Raumbedarf hat die geschilderte Einrichtung den Vorteil, daß ihre Durchgangsdämpfung
bemerkenswert klein ist. Die Durchgangsdämpfung beträgt nur ungefähr 6 db und ist
durch die Leitungsaufteilung bedingt. Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß die
geschilderte Einrichtung eine wellenwiderstandsrichtige Aufteilung über sehr breite
Bänder gestattet.