DE1073048B - Wenigstens vier Koaxialanschlüsse aufweisende Hochfrequenz-Brückenschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine verlustarme symmetrische Brückenschaltung für sehr hohe Frequenzen mit wenigstens vier Eingängen, die in einem größeren Frequenzbereich gleichbleibend an bestimmte Wellenwiderstände angepaßt sind, wie dies für einen symmetrischen Differentialübertrager bei tiefen Frequenzen der Fall ist. Eine derartige Brückenschaltung kann insbesondere als sogenanntes Reflektometer zur Untersuchung der Frequenzabhängigkeit des komplexen Hochfrequenzwiderstandes eines Meßobjektes verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung mit den folgenden allgemeinen Merkmalen: Die verlustarme, wenigstens vier Koaxialanschlüsse aufweisende Hochfrequenz-Brückenschaltung mit einer Symmetrieebene und zwei zu dieser symmetrisch angeordneten parallelen Wellenleitern ist in ein Abschirmgehäuse eingeschlossen, mit welchem die parallelen Wellenleiter einseitig an gleichliegenden Enden verbunden sind; zwei andere gleichliegende Punkte der parallelen Wellenleiter sind mit den Innenleitern zweier symmetrisch gelegener Koaxialanschlüsse verbunden, und von dem einen der beiden anderen Koaxialanschlüsse aus können die parallelen Wellenleiter im Gleichtakt, von dem anderen aus über eine Koaxialleitung, für die einer der Wellenleiter, der zu diesem Zweck rohrförmig ausgebildet ist, als Außenleiter dient, nach Art einer Symmetrierschleife im Gegentakt erregt werden. Diese Schaltung ist bestimmt für die Verwendung in einem breiten Frequenzbereich mit einem Verhältnis der äußersten Frequenzen von 1:2, in welchem Frequenzbereich die beiden letztgenannten Kcaxialanschlüsse nahezu reflexionsfrei an bestimmte Wellenwiderstände angepaßt sind.

Von einer bekannten Schaltung mit den gleichen allgemeinen Merkmalen unterscheidet sich die Schaltung gemäß der Erfindung dadurch, daß die beiden anderen, nicht mit dem Gehäuse verbundenen Enden der parallelen Wellenleiter untereinander und mit dem Innenleiter des eine Gleichtakterregung der Wellenleiter ermöglichenden Koaxialanschlusses verbunden sind, daß die Länge der so gebildeten Schleife etwa gleich einer halben Wellenlänge bei der Mittelfrequenz des vorgesehenen Frequenzbereiches ist, daß die Anschlußpunkte der Innenleiter der symmetrisch gelegenen Koaxialanschlüsse etwa in der Mitte der Schleifenlänge liegen und daß der auf eine gewisse Länge isoliert im Inneren eines der Wellenleiter geführte Innenleiter der eine Gegentakterregung der Wellenleiter ermöglichenden Koaxialleitung an einer zwischen den beiden Enden der Schleife gelegenen Stelle durch ein Loch in der Wandung des umschließenden Wellenleiters herausgeführt und auf kürzestem Wege mit dem anderen Wellenleiter verbunden oder elektrisch gekoppelt ist.

Wenigstens vier Koaxialanschlüsse

aufweisende
Hochfrequenz-Brückenschaltung

Anmelder:

Andrew Alford,

Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. M. Schumacher, Patentanwalt,
Bremen, Stephanikirchenweide 1

Chester B. Watts jun., Boston, Mass. (V. St. A.)_r
ist als Erfinder genannt worden

Die bekannte Schaltung, die in den allgemeinen Merkmalen mit der Schaltung nach der Erfindung übereinstimmt, unterscheidet sich von dieser im einzelnen dadurch, daß der Innenleiter des eine Gegentakterregung der parallelen Wellenleiter ermöglichenden Koaxialanschlusses den ihn umschließenden, rohrförmig ausgebildeten Wellenleiter in seiner ganzen Länge durchsetzt und beim Austritt aus dem nicht mit dem Gehäuse verbundenen freien Ende dieses Wellenleiters mit dem freien Ende des anderen Wellenleiters verbunden ist, daß der Innenleiter des eine Gleichtakterregung der parallelen Wellenleiter ermöglichenden Koaxialanschlusses an eine leitende Brücke angeschlossen ist, die zwei zwischen den mit dem Gehäuse verbundenen und den freien Enden der Wellenleiter gelegene, gleichliegende Punkte der Wellenleiter miteinander verbindet, und.daß weiter die Innenleiter der beiden symmetrisch gelegenen Koaxialanschlüsse mit den freien Enden der Wellenleiter verbunden sind. Eine Untersuchung der Eigenschaften dieser bekannten Schaltung hat gezeigt, daß insbesondere für den zur Gleichtakterregung der parallelen Wellenleiter dienenden Koaxialanschluß eine Anpassung an einenbestimmten Wellenwiderstand in brauchbarer Annäherung nur in einem Frequenzbereich vorhanden ist, der wesentlich kleiner als bei der Schaltung nach der Erfindung ist. Bekannt ist weiter eine verlustarme symmetrische Brückenschaltung mit vier einander paarweise gegenüberliegenden, aus einem langzylindrischen Abschirmgehäuse herausführenden Koaxialanschlüssen, bei welcher die beiden parallelen, einseitig mit dem Gehäuse verbundenen Wellenleiter von den beiden Hälften eines parallel zu seiner Achse geschlitzten,

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zum Abschirmgehäuse konzentrisch angeordneten schnitt haben kann und als Abschirmgehäuse dient. Rohres gebildet werden, die an den nicht mit dem Ge- In dem Hohlkörper, und zwar symmetrisch zu seiner häuse verbundenen Ende untereinander und mit dem Mittelebene, ist ein U-förmiger Leiter 2 angebracht. Innenleiter des zur Gleichtakterregung dienenden Ko- Die beiden Enden dieses U-förmigen Leiters sind axialanschlusses verbunden sind und gemeinsam auf 5 wirksam mit einer der beiden Abschlußwandungen an einem Teil ihrer Länge einen in der Rohrachse ver- den Enden des länglichen Hohlkörpers, hier mit der laufenden Leiter umschließen, dessen eines Ende den Wandung ID, verbunden. Unter »wirksamer Ver-Innenleiter des zur Gegentakterregung dienenden Ko- bindung« ist eine Verbindung zu verstehen, die axialanschlusses darstellt und dessen anderes Ende Gleichströme durchläßt oder sperrt, aber einen sehr abgebogen und mit einer der Rohrhälften verbunden io kleinen Widerstand für Frequenzen darstellt, mit ist, während die Innenleiter der beiden symmetrisch denen die Brückenschaltung betrieben werden soll. Es gelegenen Koaxialanschlüsse zu gleich weit von den werden drei Teile des U-förmigen Leiters 2 untermit dem Gehäuse verbundenen Enden entfernten schieden, von denen die beiden parallelen Schenkel Punkten der Rohrhälften geführt sind. Messungen er- des Leiters mit 2 A und 25 und der die beiden gaben, daß bei dieser Schaltung die Anpassungseigen- 15 Schenkel verbindende Quersteg mit 2 C bezeichnet schäften des zur Gegentakterregung dienenden Ko- sind. Der Schenkel 2A ist hohl und kann z. B. aus axialanschlusses unbefriedigend sind, da dieser eine einem Metallrohr mit kreisrundem Querschnitt bein ausreichender Näherung gleichbleibende Anpassung stehen, ebenso wie der Schenkel 2 B. Bei gewissen an einen bestimmten Wellenwiderstand nur in einem Ausführungsformen kann für den Schenkel 2 B auch Frequenzbereich von weniger als ± 10% der Mittel- 20 ein voller Stab mit dem gleichen Außendurchmesser frequenz aufweist. Im Gegensatz zu der Schaltung wie der Schenkel 2A verwendet werden. Die Schenkel nach der Erfindung ist bei der bekannten Schaltung 2 A und 2 B können statt einer kreisförmigen auch eine das Verhältnis der Wellenwiderstände bei Parallel- quadratische, rechteckige oder elliptische Querschnittsund Gegentakterregung im wesentlichen durch die form haben.

Konstruktion gegeben und kann nicht auf einen für 25 Der hohle Schenkel 2A umschließt einen Innen-

Breitbandbetrieb der Schaltung günstigen Wert ein- leiter 4, der durch Isolierperlen oder -ringe 5 und 6

gestellt werden. isoliert gehalten und zentriert ist. Die Wandung des

Für symmetrische Brückenschaltungen von der Art Schenkels 2 A und der Leiter 4 bilden eine Koaxialder Schaltung nach der Erfindung gilt allgemein, daß leitung, deren eines, die Wandung des Hohlkörpers 1 die beiden eine Gleich- bzw. Gegentakterregung der 30 durchsetzendes Ende einen mit I bezeichneten Koparallelen Wellenleiter ermöglichenden Koaxial- axialanschluß ergibt, der zur Gegentakterregung der anschlüsse gegenseitig entkoppelt sind, wenn die beiden parallelen Leiter 2 A, 2 B bestimmt ist. An einer zwisymmetrisch gelegenen Koaxialanschlüsse mit gleichen sehen den beiden Enden des U-förmigen Leiters 2 geWiderständen belastet sind. Daraus, daß die Schal- legenen Stelle, d. h. an einer Stelle zwischen dem Steg tung im wesentlichen verlustfrei ist, folgt weiter, daß 35 2 C und der Abschlußwandung 1D, ist der Leiter 4 bei Anpassung der beiden erstgenannten Koaxial- durch eine Öffnung in der Wandung des Schenkels 2 A anschlüsse an bestimmte Wellenwiderstände in einem herausgeführt und auf kürzestem Wege mit dem gewissen Frequenzbereich auch die symmetrisch ge- Leiter 2 B verbunden oder, wie hier dargestellt, gelegenen Koaxialanschlüsse in diesem Frequenzbereich koppelt. Der Leiter 4 ist zu diesem Zweck durch eine an einen bestimmten Wellenwiderstand angepaßt sind. 40 Öffnung in der Wandung des rohrförmigen Leiters 2B

Außer den vier bisher erwähnten Koaxialanschlüssen in dessen Inneres eingeführt, wo er, durch Isolierkann ein weiterer Koaxialanschluß vorgesehen sein, perlen 7, 8 zentriert, auf eine gewisse Länge frei verdessen Innenleiter zwecks Gewinnung einer Bezugs- läuft und blind endet. Die so erzielte, im wesentlichen spannung mit einem geeigneten Punkt der Brücken- kapazitive Kopplung des Leiters 4 mit dem Schenkel schaltung verbunden ist. 45 2 B ergibt besonders günstige Anpassungseigenschaften

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher und macht die Schaltung für die Verwendung in einem

erläutert. Es zeigt breiten Frequenzbereich besonders geeignet. Im

Fig. 1 eine einfache Ausführungsform der Brücken- gleichen Sinne wirkt die Anordnung kurzer, mit dem

schaltung nach der Erfindung, Leiter 2 A bzw. 25 verbundener Rohrstutzen 9 und 10

Fig. 1 a einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dar- 50 an den Durchtrittsstellen des Leiters 4. Die Rohrgestellte Anordnung nach der Linie S-S₃ stutzen 9 und 10 sind gleich lang, und ihre einander

Fig. 2 eine zwei Brückenschaltungen nach Fig. 1 gegenüberliegenden Enden sind nur durch eine ver-

und 1 a enthaltende Meßeinrichtung zur Messung einer hältnismäßig schmale Lücke getrennt. Soll der Leiter 4

Impedanz bei sehr hohen Frequenzen, direkt mit dem Leiter 2 B verbunden werden, so tritt

Fig. 3 und 3 a einen Teil der Meßeinrichtung im 55 an Stelle des Rohrstutzens 10 ein massives Metall-Längsschnitt bzw. in Stirnansicht, stück von gleicher Form.

Fig. 3 A und 3 B andere Ausführungsformen des in Der Steg 2 C ist in seiner Mitte mit dem Innen-

Fig. 3 und 3 a dargestellten Teiles im Längsschnitt, leiter 11 eines Koaxialanschlusses II verbunden, dessen

Fig. 4 eine Ausführungsform der Brückenschaltung Außenleiter 12 an der Abschlußwand 1C angebracht

nach der Erfindung mit einem fünften Koaxialanschluß 60 ist und der zur Gleichtakterregung der parallelen

zur Entnahme einer Bezugsspannung, Leiter 2A und 25 bestimmt ist. Zwei weitere Ko-

Fig. 5 eine Ausführungsform der Brückenschaltung axialanschlüsse A und 5 sind symmetrisch zur Mittelnach der Erfindung für verhältnismäßig niedrige Fre- ebene des Hohlkörpers 1 angeordnet. Der Außenleiter

quenzen, 13 des Anschlusses A ist mit der benachbarten langen

Fig. 6 die Ausführung einer Brückenschaltung nach 65 Seitenwandung 15 verbunden, der Innenleiter 14 des

der Erfindung als gedruckte Schaltung, gleichen Anschlusses mit dem Schenkel 25 des

Fig. 6 a einen Querschnitt durch die in Fig. 6 dar- U-förmigen Leiters 2. Entsprechend ist der Außengestellte Anordnung nach der Linie T-T. leiter 15 des Koaxialanschlusses B mit der gegenüberin Fig. 1 bezeichnet 1 einen länglichen Hohlkörper, liegenden Seitenwandung IA und der Innenleiter 16 der z. B. rechteckigen, runden oder elliptischen Quer- 70 mit dem Schenkel 2 A des U-förmigen Leiters 2 ver-

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bunden. Die beiden Anschlüsse A und B befinden sich in gleichen Abständen von der Abschlußwand 1D. Die Anschlußpunkte der Innenleiter liegen etwa in der Mitte der Schleifenlänge.

Wiederum mit Rücksicht auf die Anpassungseigenschäften der Schaltung ist es vorteilhaft, eine in Längsrichtung des Hohlkörpers 1 verlaufende und in dessen Mittelebene liegende metallische Rippe oder Trennwand 17 vorzusehen, die mit dem Boden IE und dem Deckel IF des Hohlkörpers 1 leitend verbunden ist und diesen in zwei gleich große Kammern unterteilt. Die elektrische Wirkung einer solchen Rippe besteht darin, daß sie den Wellenwiderstand der Leiter 2 A und 2 B im. Zusammenwirken mit dem umschließenden Hohlkörper 1 bei Gleichtakterregung der beiden Leiter von dem Koaxialanschluß II aus vermindert, während bei Gegentakterregung der Leiter von dem Koaxialanschluß I aus die Trennwand, besonders wenn sie dünn ist, den Wellenwiderstand der Leiter 2 A und 2 B nicht wesentlich beeinflußt.

Das Brückennetzwerk nach Fig. 1 kann für mancherlei Zwecke Anwendung finden, von denen einige im folgenden beschrieben werden: Zunächst werde angenommen, daß ein Schwingungserzeuger mit dem Anschluß I verbunden ist. Wenn gleichzeitig zwei gleiche Belastungen an die Anschlüsse^ und-B gelegt werden, so werden gleiche und entgegengesetzte Potentiale an entsprechenden Punkten der Leiter 2 A und 2 B auftreten. In der Mitte des Steges 2 C ist das Potential dann nahezu Null. Infolgedessen würde bei Anschluß eines geeigneten Empfängers an den Anschluß II ein in dem Empfänger angeordnetes Outputmeter, welches an den Eingang des Empfängers gelegte Hochfrequenzspannungen proportional zur Anzeige bringt, unter den obigen Bedingungen einen sehr kleinen Meßwert anzeigen. Wird sodann der mit dem Anschluß B verbundene Widerstand geändert, so daß er nicht mehr gleich dem am Anschluß A liegenden Widerstand ist, so werden die an den Leitern 2 A und 2 B zu beobachtenden Potentiale bezüglich ihrer Phase und/oder Amplitude ungleich mit dem Ergebnis, daß das Potential in der Mitte des Steges 2 C nicht mehr nahezu Null ist, sondern einen Wert annimmt, der der Differenz zwischen den Widerständen an den Anschlüssen A und B entspricht und als Maß für diese Differenz dienen kann. Um die Ausgangsspannung Null am Anschluß II zu erzielen, ist, wie festgestellt wurde, erforderlich, daß die an den Anschlüssen A und B liegenden Impedanzen gleich sind, d. h., es müssen die Wirkwiderstände und die Blindwiderstände der beiden Belastungen einander gleich sein. Diese Eigenschaft der Brücke läßt sich ausnutzen, wenn die Impedanz eines Prüfstückes oder Prüflings so eingestellt werden soll, daß sie der Impedanz eines Normalstückes gleich ist. Hierzu wird das Normalstück z. B. mit dem Anschluß A verbunden, während das Prüfstück aus der Produktion mit dem Anschluß B verbunden wird, und es werden sodann Einstellungen im Prüfstück durchgeführt, bis der Ausschlag des Outputmeters in dem an den Anschluß II gelegten Empfänger einen Kleinstwert annimmt.

Die Brücke kann auch als Diplex-Übertrager verwendet werden, der es gestattet, zwei Antennen mit im wesentlichen gleichen Impedanzen von zwei Sendern zu speisen. Wird die Brücke z. B. von einem Sender Z gespeist, der mit dem Anschluß II verbunden ist, so können die beiden Antennen mit Strömen von gleicher Amplitude und derselben relativen Phase erregt werden. Der mit dem Anschluß I verbundene Sender Y dagegen wird die gleichen Antennen mit Strömen derselben Amplitude, aber entgegengesetzter Phase erregen.

Solange die Impedanzen der beiden mit den Anschlüssen A und B verbundenen Antennen gleich sind, werden die beiden Sender in dem Sinne unabhängig voneinander sein, daß keiner von beiden Energie in den anderen abgibt. Die beiden Antennen können Richtantennensystemen zugehören, z. B. einem Richtantennensystem zur Erzeugung eines Leitstrahles. In diesem Fall würde der eine Sender einen Richtstrahl entlang dem gewünschten Leitstrahl erzeugen, während das Signal des zweiten Senders in der Form von zwei Richtstrahlen entgegengesetzter Phase zu beiden Seiten des Leitstrahles und mit einer ausgeprägten Nullstelle auf dem Leitstrahl abgestrahlt würde.

Es ist schon erwähnt worden, daß, wenn zwei ungleiche Impedanzen mit den Anschlüssen A und B verbunden und die Hochfrequenzquelle mit dem Anschluß I verbunden wird, eine Spannung am Ausgang II festzustellen ist. Angenommen, am Anschluß II sei ein Widerstand angeschlossen, dessen Wert dem Wellenwiderstand der Koaxialleitung 11,12 gleich ist. Wie durch Versuche festgestellt wurde, steht der Strom durch diesen Widerstand und infolgedessen die an ihm liegende Spannung in ziemlich einfacher Beziehung zu dem Maß der Ungleichheit, die zwischen den an den Anschlüssen A und B liegenden Impedanzen besteht. Im allgemeinen, obgleich nicht immer, ist es wünschenswert, als Normalgröße einen Wirkwiderstand zu wählen. Angenommen, eine solche Belastung sei mit dem Anschluß A verbunden und es bestehe die Aufgabe, den Grad der Ungleichheit festzustellen, die zwischen einer unbekannten, mit dem Anschluß B verbundenen Belastung und der Normalbelastung an dem Anschluß A besteht. Die Differenz zwischen der Impedanz der unbekannten Last und dem Normalwiderstand r kann auf verschiedene Art und Weise ausgedrückt werden. Der Grad der Differenz wird zweckmäßigerweise in Absolutwert und Phase des Reflexionskoeffizienten der unbekannten Last in bezug auf den Normalwiderstand ausgedrückt. Die Größe und Phase dieses Reflexionskoeffizienten sind gleich der Größe und der relativen Phase der zurückkehrenden Wanderwelle, die auftreten würde, wenn die unbekannte Last mit einer vollkommenen Übertragungsleitung verbunden wäre mit einem Wellenwiderstand, der gleich ist dem Widerstand der Normallast, wenn eine Welle der Amplitude 1 in Richtung gegen die unbekannte Last geschickt wird. Die Phasendifferenz würde in diesem Falle gleich der Phase der Einheitswelle sein, wie sie an einer Stelle der Leitung ankommt, an der die unbekannte Last gemessen werden soll. Es kann gezeigt werden, daß eine ziemlich einfache Beziehung zwischen dem Reflexionskoeffizienten einer unbekannten Last, wie er oben definiert ist, und dem Signal, das sich in dem an den Ausgang II angeschlossenen Widerstand ergibt, besteht. In der Tat ist es durch Messung der Amplitude und Phase des Signals, wie es am Ausgang II ankommt, möglich, den Reflexionskoeffizienten einer unbekannten Last zu bestimmen, die an den Anschluß B gelegt ist, in bezug auf den Normalwiderstand r, der an den Anschluß A gelegt ist. Da der Absolutwert und die Phase des am Anschluß II sich ergebenden Signals allein keine Bedeutung hat, ist es notwendig, daß sowohl die Amplitude als auch die Phase dieses Signals mit der Amplitude und Phase eines anderen Normalsignals verglichen werden, das irgendwo innerhalb oder außerhalb des Brückennetzwerkes beobachtet wird. Es ist festgestellt worden, daß ein geeignetes Bezugssignal

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durch Abzweigung eines sehr kleinen Teiles der portional mit der Verschiebung des Schleifers in Zenti-Energie gewonnen werden kann, die in die an den An- meiern. Wenn der Schleifer 25 in eine solche Stellung Schluß A angeschlossene Belastung geht. Zu diesem gebracht ist, daß am Anschluß B' der Brücke 27, der Zweck kann ein Widerstandsspannungsteiler mit der mit dem Empfänger 39 verbunden ist, Spannungen Normallast verbunden sein und ein sehr kleiner Teil 5 entgegengesetzter Phase erzeugt werden, so wird ein der gesamten auf die Normalbelastung kommenden Minimum der Anzeige festgestellt. Die zugehörige Energie in eine Hilfsbelastung 24 abgezweigt werden, Stellung des Schleifers längs der Schlitzleitung wird wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Amplitude und Phase dann aufgeschrieben. Aus den bekannten Längen und der Spannung, die an der Belastung an dem An- den bekannten Phasenverzögerungen der Kabel 26, 29 Schluß II entsteht, kann dann verglichen werden mit io und 30 und anderer Teile der Anordnung könnte man der Amplitude und Phase der an der Hilfsbelastung die relative Phase der Signalspannung an dem Anauftretenden Spannung. Der wirkliche Vergleich der schluß II der Brücke 21 in bezug auf die Spannung an Amplituden der beiden Spannungen kann auf sehr der Normalbelastung 22 feststellen. Andererseits kann einfache Weise durchgeführt werden. Zum Beispiel aus dieser Messung die Phase des Reflexionskoeffikann der Empfänger zunächst parallel zur Belastung 15 zienten der unbekannten Last X an dem Anschluß B am Ausgang II und sodann zu der Hilfsbelastung 24 bestimmt werden. Praktisch ist ein solches Verfahren in Fig. 2 angeschlossen und es können sodann die zu- umständlich, und es ist ein anderes, wesentlich begehörigen Ausschläge verglichen werden. Auch der quemeres Verfahren entwickelt worden.
Phasenvergleich kann auf bekannte Weise durch- Dieses Verfahren schließt den Gebrauch eines Abgeführt werden. 20 schnittes einer koaxialen Übertragungsleitung ein, die Ein einfaches Verfahren zur Messung der Relativ- durch einen Normalwiderstand abgeschlossen ist, der phase der an der Hilfsbelastung und der Belastung am sorgfältig dem Wellenwiderstand der koaxialen Über-Ausgang II auftretenden Spannungen ist in Fig. 2 tragungsleitung angepaßt wird. Der Außenleiter dieser dargestellt, in der 21 eine Brückenschaltung ähnlich Übertragungsleitung ist mit einer Iris versehen, die der in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen be- 25 aus einer Platte mit einem zentralen Loch besteht, zeichnet, die über den Anschluß I von einem Generator Der äußere Rand dieser Metallplatte ist mit dem 20 mit Hochfrequenzenergie gespeist wird. Z ist eine Außenleiter der koaxialen Leitung metallisch ver-' unbekannte, mit dem Anschluß B des Brückenstrom- bunden. Das Mittelloch in der Platte ist genügend kreises21 verbundene Impedanz; 22 ist eine Normal- groß ausgebildet zum Durchgang des Innenleiters der wirkwiderstandslast, bestehend aus einem Spannungs- 30 koaxialen Leitung. Diese Anordnung ist schematisch teiler, der so angeordnet ist, daß ein kleiner Teil der in Fig. 3 veranschaulicht, in der 31 der Außenleiter auf den Anschluß A gegebenen Energie in die Schlitz- des Abschnittes der koaxialen Übertragungsleitung leitung 23 gegeben wird und nach Durchgang durch ist; 32 ist der Innenleiter derselben Übertragungsdiese Leitung in die angepaßte Belastung 24 gelangt. leitung. Das Element 33 stellt die Widerstands-Teil 24 ist eine Wirkwiderstandsbelastung, die dem 35 belastung dar, deren Widerstand dem Wellenwider-Wellenwiderstand der Schlitzleitung angepaßt ist, so stand der Übertragungsleitung gleich ist. 34 ist die daß längs der Schlitzleitung eine Wanderwelle zu be- kreisrunde Platte mit einem Loch. Der Außenrand obachten ist. Teil 25 ist ein Schleifer mit einem der Kreisplatte 34 ist mit dem Außenleiter 31 ver-Spitzen- oder Schleifenabnehmer zur Auskopplung bunden. Der Innenleiter 32 der Koaxialleitung ist eines kleinen Teiles der längs der Schlitzleitung wan- 40 durch das Loch in der Platte 34 hindurchgeführt. Sodernden Energie. Der Ausgang des Schleifers ist mit lange die Platte 34 sehr dünn im Vergleich mit dem dem Anschluß I' eines anderen Brückennetzwerkes 27 Innendurchmesser des Außenleiters 31 ist, besteht die verbunden. Diese Brücke kann ähnlich dem Brücken- elektrische Wirkung der Platte 34 darin, daß durch netzwerk nach Fig. 1 aufgebaut sein. Der gegenüber- sie eine Parallelkapazität zwischen dem Innen- und liegende Anschluß II' der Brücke 27 ist mit dem An- 45 Außenleiter der Übertragungsleitung 31, 32 hervorschluß II der Brücke 21 verbunden. Der Anschluß A' gerufen wird. Diese Kapazität tritt in der Iris auf, der Brücke 27 ist mit einem Widerstand 38 verbunden, d. h. genau an der Stelle, an der die Ebene der Platte dessen Wert zweckmäßig dem Wellenwiderstand der den Innenleiter schneidet. Der Phasenwinkel des Rekoaxialen Kabel angepaßt ist, die zur Herstellung der flexionskoeffizienten, der durch eine solche Iris ein- \^rerbindungen benutzt werden, insbesondere der Ver- 50 geführt wird, kann genau nach bekannten Methoden bindung vom Anschluß B' der Brücke 27 zum Ab- berechnet werden, wenn die Größe des Reflexionsschlußwiderstand 28, an den der Empfänger 39 bzw. koeffizienten bekannt ist. Da die Größe des Reflexionsdas Anzeigegerät 40· angeschlossen ist. Der Zweck der koeffizienten nach bekannten Verfahren oder mit Hilfe Brücke 27 besteht darin, die Übertragung von Wellen des in Fig. 1 dargestellten Brückenstromkreises gevom Anschluß II der Brücke 21 zum Schleifer 25 zu ₅₅ messen werden kann, läßt sich die Belastung nach verhindern. Eine solche Übertragung würde störend Fig. 3, die als Irisbelastung bezeichnet sein möge, zur wirken, weil normalerweise die Schlitzleitungsschleifer Erzeugung eines Reflexionskoeffizienten bekannter eine schlechte Anpassung an den Wellenwiderstand Phase benutzen. Durch Verbindung der Irisbelastung des koaxialen Kabels haben, so daß ein erheblicher mit der in Fig. 2 dargestellten Brücke an Stelle der Teil der in Richtung gegen den Schleifer wandernden 60 unbekannten Belastung X, d. h. durch Verbindung der Welle reflektiert und mit der Welle gemischt würde, Irisbelastung mit dem Anschluß B, läßt sich diejenige die durch den Schleifer von der Schlitzleitung abge- Stellung des Schleifers 25 beobachten, die sich bei nommen wird. Durch Benutzung der Brücke 27 wird Minimumanzeige am Empfänger ergibt, wenn die Iriseine solche Störung vermieden, so daß der Empfänger belastung an Stelle der unbekannten Last X angein der Lage ist, die Summe der Spannungen zu mes- 65 schlossen wird. Die Differenz der Stellungen des sen, deren eine durch den Schleifer 25 und deren Schleifers 5, die sich für das Minimum am Empfänger andere vom Anschluß II der Brücke 21 abgenommen bei angeschlossener Belastung X und Irisbelastung wird. Indem der Schleifer 25 längs der Schlitzleitung nach Fig. 3 ergibt, stellt ein direktes Maß der Phasen-23 bewegt wird, ändert sich die Phase der durch den differenz zwischen der Phase des Reflexionskoeffi-Schleifer abgenommenen Spannung allmählich pro- 70 zienten der unbekannten Belastung X und der be-

kannten Phase der Irisbelastung dar. Somit ist die Messung der Phase des Reflexionskoeffizienten mit Hilfe der Irisbelastung praktisch auf dasselbe Verfahren zurückgeführt, ar -, jetzt bei Messungen mit Hilfe von Schlitzleitungen benutzt wird, mit dem Unterschied, daß in den Brückenmessungen die Irisbelastung an Stellung des Kurzschlusses benutzt wird, der im Falle von Schlitzleitungsmessungen üblich ist. Die Irisbelastung der in Fig. 3 gezeigten Art ist nicht die einzige Belastungsweise, die zur Gewinnung eines Phasennormals dienen kann. Beispielsweise kann auch eine Anordnung nach Fig. 3 A Anwendung finden. Diese Anordnung enthält eine angepaßte Belastung "iß A als Abschluß einer koaxialen Übertragungsleitung mit einem Innenleiter 7>2,A und Außenleiter 31.4. Eine Metallplatte 35, die mit dem Innenleiter 32^4 verbunden ist, kann benutzt werden, um einen Kapazitätssprung zu erzeugen, der zum Zwecke der Gewinnung eines Phasennormals in im wesentlichen der gleichen Weise wie die Irisbelastung nach Fig. 3 benutzt werden kann. Es ist zweckmäßig, Phasennormal-Belastungen so auszubilden, daß das für die Einführung der Reflexion verantwortliche Element bequem ausgewechselt werden kann zur Prüfung der Anpassung der Widerstandsbelastung; z. B. kann bei der Anordnung nach Fig. 3 die Platte 34 leicht durch einen Ring ersetzt werden, der den Außenleiter zu einem ununterbrochenen macht.

Eine Anordnung der in Fig. 3 B gezeigten Art, bei der ein Reflektor in Form einer Nut 36 im Innenleiter der koaxialen Leitung 31 B, 32 B benutzt ist, die durch eine angepaßte Belastung 335 abgeschlossen ist, läßt sich ebenfalls als Phasennormal verwenden, sofern die Nut in ihrer Wirkung entweder berechnet m oder genügend genau durch Vergleich mit einem bekannten Phasennormal, wie z.B. dem in Fig. 3, geeicht werden kann.

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn eine Belastung als Phasennormal-Beiastung verwendet wird, deren Reflexionskoeffizienten von dem Reflexionskoeffizienten der unbekannten zu messenden Impedanzen nicht mehr als eine Größenordnung nach oben oder unten abweicht.

ι Es wurde festgestellt, daß esrnit einem genau kon-

jr struierten Brüekennetzwerk möglich ist, Messungen ' mit viel größerer Genauigkeit durchzuführen, als sie sich mit sehr genau konstruierten Schlitzleitungen erzielen läßt. Zum Beispiel konnte festgestellt werden, daß es möglich ist, Verhältnisse stehender Wellen (stehende Wellenverhältnisse), der Größenordnung 1,002 zu messen. Während man mit Schlitzleitungen, wenn überhaupt, so doch nur sehr schwer die Phase des Reflexionskoeffizienten für ein stehendes Wellenverhältnis kleiner als 1,02 messen kann, ist es mit Hilfe des Brückenstromkreises, wie er oben beschriehen ist, möglich, Messungen der Phase von Reflexionskceffizienten für stehende Wellenverhältnisse der Größenordnung von 1,003 durchzuführen.

Um die größte Genauigkeit zu erzielen, ist es vorteilhaft, den Gebrauch einer Hilfsbelastung, wie der Belastung 24 in Fig. 2, zu vermeiden. Es wurde festgestellt, daß die Herstellung eines Belastungsnormals, das der Impedanz einer gegebenen koaxialen Übertragungsleitung, wie normalerweise erwünscht, genau angepaßt ist, durch die Komplikation erschwert wird, die sich durch Hinzufügung des Spannungsteilers ergibt. Diese zusätzliche Erschwerung in der Herstellung von Belastungsnormalen läßt sich durch die Hinzufügung einer Vergleichsverbindung zur Brücke, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, vermeiden.

Fig. 4 zeigt ein Brüekennetzwerk, das mit einer solchen Vergleichsverbindung (Bezugsanschluß) versehen ist. Dieses Netzwerk ist in jeder Beziehung ähnlich demjenigen der Fig. 1, ausgenommen der Hinzufügung des Koaxialanschlusses V. Der Außenleiter dieses Koaxialanschlusses ist mit dem Leiter 2 B des U-förmigen Leiters 2 im Hohlkörper 1 verbunden. Der Innenleiter des Anschlusses V ist durch ein Loch in der Wandung 1D des Hohlkörpers in das Innere des Leiters 2 B geführt, der zu diesem Zweck rohrförmig ausgebildet ist. Dieser Innenleiter 41 ist vom Leiter2B mit Hilfe von Isolatoren, wie z.B. Perlen 42 und 43, isoliert. Der Innenleiter 41 ist an einer Stelle, die sich wenigstens annähernd gegenüber derjenigen Stelle befindet, an welcher der Innenleiter 14 des Anschlusses A mit dem Leiter 2 B verbunden ist, durch ein Loch 41' im Leiter 2 B hindurchgeführt und mit dem Leiter 2 A verbunden oder gekoppelt. Eine metallische Verbindung ist relativ einfach. Röhren 44, 45, ähnlich den Röhren 9,10, können benutzt werden, um das Anpassungsverhalten der Brücke zu verbessern. Das Rohr 44 kann mit einem Stöpsel 45^4 versehen sein, mit dem der Leiter 41 verbunden ist, während das Rohr 44 mit dem Leiter 2 A metallisch verbunden ist.

Beim Gebrauch des Systems in der Brückenanordnung nach Fig. 4 kann die aus Innenleiter 41 und Außenleiter 2 B bestehende Übertragungsleitung als Quelle für das Normalsignal benutzt werden, wenn Impedanzmessungen mit Hilfe der Brücke gemacht werden. Wenn diese Übertragungsleitung in einer angepaßten Belastung, wie z. B. einem Abschlußwiderstand, endet, ist die über diesem erzeugte Spannung proportional der zwischen den Leitern 2 A und 2 B entstehenden Spannung.

Die Phase der am Leitungsabschluß erzeugten Spannung steht in sehr einfacher Beziehung zur Phase der Spannung zwischen den Leitern 2 A und 2 B an denjenigen Stellen, an denen die Normalbelastung und die unbekannte Belastung angeschlossen werden, nämlich den Anschlüssen A und B. Infolgedessen kann die Energie der Bezugsleitung an Stelle des kleinen Bruchteiles der auf die Normalbelastung gegebenen Energie benutzt werden. Wäre die Brücke 21 in Fig. 2 mit der Bezugsleitung ausgerüstet, so könnte das Kabel 30, das zur Verbindung des Einganges der geschlitzten Übertragungsleitung 23 mit dem Spannungsteiler 22 dient, statt dessen mit der Bezugsleitung 41-2 B entweder direkt oder über ein Anpassungsglied verbunden werden, dessen Eingangs impedanz dem Wellenwiderstand der aus dem Innenleiter 41 und Außenleiter 2 B bestehenden Übertragungsleitung angepaßt ist.

Soll ein Brüekennetzwerk der in Verbindung mit Fig. 1 oder 4 beschriebenen Art für verhältnismäßig niedere Frequenzen, z. B. 50 MHz, ausgelegt werden, so ist es zweckmäßig, zur Herabsetzung der Länge die Brückenanordnung zu falten, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Soweit möglich, sind in dieser Figur die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Der Anschluß I befindet sich am linken Ende der Brückenkonstruktion, das sich über das Ende 1D des Brückenhöhlkörpers 1 hinaus erstreckt. Der Hohlkörper 1 umschließt den Außenleiter 2 B, der aus einem Koaxialkabel nach Fig. 4 oder 1 bestehen mag und zwei 90°-Wendungen am rechten Ende des Hohlkörpers aufweist, wie an dem Leiter 60 zu sehen, der die Verbindung zu dem rückführenden Leiter 2 B' herstellt. Durch den Boden 62 des oberen Hohlkörperteiles wan die Decke 63 des

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unteren Hohlkörperteiles wird eine Wandung gebildet. Anschlüsse A und B mögen ähnlich wie in Fig. 1 vorgesehen sein, wobei der Anschluß A auf der rechten Seite der Fig. 5 zu sehen ist. Der Anschluß II ist auf der linken Seite der Fig. 5 zu erkennen. Die Leiter 2 A und 2 A' sind in Fig. 5 nicht zu sehen, weil sie parallel zu den Leitern 2B und 25' verlaufen.

Fig. 6 und 6 a zeigen die Ausführung einer Brückenschaltung nach der Erfindung als gedruckte Schaltung. Für die Bezeichnung von Teilen, die in der Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, sind die gleichen Bezugszeichen wie dort verwendet. Es bezeichnet 1 eine aus Metallblech oder Folie bestehende Grundplatte, die an der Unterseite einer Isolierscheibe 3 angeordnet ist. Obwohl die Grundplatte 1 die Anordnung nicht vollkommen umschließt, so erfüllt sie nichtsdestoweniger im wesentlichen die elektrische Funktion des Hohlkörpers 1 in Fig. 1. Der Metallfolienleiter 2 mit seinen Schenkeln 2.4 und 2 B, der an der Unterseite einer Isolierscheibe 5 angebracht ist, übernimmt gleicherweise im wesentlichen die elektrischen Funktionen von Leiter 2 in Fig. 1. Eine Außenverbindung mit der Brücke wird am Anschluß .4 zwischen Grundplatte 1 und Vorsprung 14 des Folienleiters 2B hergestellt. Ebenso ist eine Verbindung am Anschluß B zwischen Grundplatte 1 und Vorsprung 16 des Folienleiters 2 A gebildet. Am Ausgang II ist gleicherweise zwischen Grundplatte 1 und Vorsprung 11 des Folienleiters 2 an der Verbindungsstelle der Schenkel 2A und 2B eine Verbindung hergestellt. Am entgegengesetzten Ende der Anordnung sind die Schenkel 2 A und 25 beide mit der Grundplatte 1 durch Niete 18 verbunden. An den Schenkeln 2 B und 2 A sind Kontaktvorsprünge 9 und 10 vorgesehen, die zur Erhaltung des Gleichgewichtes nützlich sind. Eine Außenverbindung zur Brücke ist am Anschluß I zwischen Grundplatte 1 und Metallfolienleiter 4, der an der Oberseite der Isolierscheibe 5 angebracht ist, vorgesehen. Die Schenkel 4.A und 2A wirken als Innen- und Außenleiter einer Hochfrequenzübertragungsleitung. Der Leiter 4 überquert den Spalt zwischen den Vorsprüngen 9 und 10 und ist durch einen Schenkel 45 mit dem Schenkel 25 gekoppelt. Um ein gutes Gleichgewicht zu erzielen, wird die Breite des Leiters 4 und die Dicke der Isolierscheibe 5 vorzugsweise so klein gemacht, daß der Leiter 2 als eine wirksame Abschirmung zwischen dem Leiter 4 und der Grundplatte 1 wirkt.

Es folgen einige allgemeine Angaben über die Bemessung von Teilen der Brückenschaltung nach der Erfindung.

Die Gesamtlänge der parallelen Leiter, wie der Leiter 2 A und 2 B in Fig. 1, ist etwa gleich der halben Wellenlänge für die dem arithmetischen Mittel der Grenzen des vorgesehenen Arbeitsbereiches entsprechende Frequenz zu machen. Die Länge des Abschirmgehäuses, z. B. des Hohlkörpers 1 in Fig. 1, wird um einen kleinen Bruchteil der Wellenlänge größer als die Länge der Leiter 2 A und 25 bemessen. Breite und Höhe des Abschirmgehäuses sollten einem kleinen Bruchteil der Wellenlänge entsprechen. Die parallelen Leiter 2 A und 25 wie in Fig. 1 haben gleiche Querschnittsabmessungen, die zweckmäßig so gewählt werden, daß der Wellenwiderstand der parallel geschalteten Leiter 2A und 25 bei Gleichtakterregung vom Anschluß II aus etwa gleich dem 0,707fachen des Wellenwiderstandes der dort anzuschließenden Koaxialleitung ist.

Bei richtig abgeschlossenen Brückeneingängen und bei Zuführung der Hochfrequenzenergie am Anschluß I ist der Reflexionskoeffizient der unbekannten Last X proportional der am Anschluß II gemessenen Fehlerspannung, bezogen auf eine auf die eine oder andere Weise, wie beschrieben, abgeleitete Bezugsspannuiig.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verlustarme, in ein Abschirmgehäuse eingeschlossene, wenigstens vier Koaxialanschlüsse aufweisende Hochfrequenz-Brückenschaltung mit einer Symmetrieebene und zwei zu dieser symmetrisch angeordneten, einseitig an gleichliegenden Enden mit dem Abschirmgehäuse verbundenen parallelen Wellenleitern, von denen zwei andere gleichliegende Punkte mit den Innenleitern zweier symmetrisch gelegener Koaxialanschlüsse verbunden sind und die von dem einen der beiden anderen Koaxialanschlüsse aus im Gleichtakt, von dem anderen aus über eine Koaxialleitung, für die einer der Wellenleiter, der zu diesem Zweck rohrförmig ausgebildet ist, als Außenleiter dient, nach Art einer Symmetrierschleife im Gegentakt erregt werden, für die Verwendung in einem breiten Frequenzbereich mit einem Verhältnis der äußersten Frequenzen von 1:2, in welchem Frequenzbereich die beiden letztgenanntenKoaxialanschlüsse nahezu reflexionsfrei an bestimmte Wellenwiderstände angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nicht mit dem Gehäuse verbundenen Enden der parallelen Wellenleiter untereinander und mit dem Innenleiter des eine Gleichtakterregung der Wellenleiter ermöglichenden Koaxialanschlusses verbunden sind, daß die Länge der so gebildeten Schleife etwa gleich einer halben Wellenlänge bei der Mittelfrequenz des vorgesehenen Frequenzbereiches ist, daß die Anschlußpunkte der Innenleiter der symmetrisch gelegenen Koaxialanschlüsse etwa in der Mitte der Schleifenlänge liegen und daß der auf eine gewisse Länge isoliert im Innern eines der Wellenleiter geführte Innenleiter der eine Gegentakterregung der Wellenleiter ermöglichenden Koaxialleitung an einer zwischen den beiden Enden der Schleife gelegenen Stelle durch ein Loch in der Wandung des umschließenden Wellenleiters herausgeführt und auf kürzestem Wege mit dem anderen Wellenleiter verbunden oder elektrisch gekoppelt ist.

2. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- bzw. Kopplungsstelle des durch das hohle Innere eines der Wellenleiter geführten Innenleiters mit dem anderen Wellenleiter in der Mitte der Schleifenlänge angeordnet ist.

3. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- bzw. Kopplungsstelle des durch das hohle Innere eines der Wellenleiter geführten Innenleiters mit dem anderen Wellenleiter in einigem Abstand, z.B. ein Viertel der halben Länge der Schleife, von der Mitte der Schleifenlänge angeordnet ist.

4. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im hohlen Inneren eines der Wellenleiter verlaufende, durch ein Loch in der Wandung aus diesem herausgeführte Innenleiter isoliert in das hohle Innere des zu diesem Zweck ebenfalls rohrförmig ausgebildeten zweiten Wellenleiters eingeführt ist und auf eine gewisse Länge frei in diesem verläuft.

5. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter an den Stellen, an denen der Innenleiter ihre Wand durchsetzt, einander in geringem Abstand gegenüberstehende Rohrstutzen aufweisen.

6. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Symmetrieebene zwischen den parallelen Wellenleitern eine mit dem Gehäuse verbundene Abschirmwand angeordnet ist.

7. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abnahme einer Bezugsspannung ein zusätzlicher Koaxialanschluß vorgesehen ist, dessen Innenleiter auf einer gewissen Länge isoliert im hohlen Inneren des nicht schon als Mantel einer Koaxialleitung dienenden Wellenleiters geführt ist und an einer in der Nähe der Anschlüsse der Innenleiter der symmetrisch gelegenen Koaxialanschlüsse liegenden Stelle durch ein Loch in der Wand des ao

umschließenden Wellenleiters herausgeführt und auf kürzestem Wege mit dem anderen Wellenleiter verbunden ist.

8. Hochfrequenz-Brückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als leitende Platte ausgebildet ist, daß die Wellenleiter als Flachleiter ausgebildet sind, die durch eine Isolierzwischenlage von der leitenden Platte getrennt sind, und daß der isoliert im Inneren mindestens eines der beiden Wellenleiter geführte Innenleiter ebenfalls als Flachleiter ausgebildet ist, der auf der von der leitenden Platte abgewandten Seite der Wellenleiter durch eine Isolierzwischenlage von diesem getrennt angeordnet ist und von den Wellenleitern allseits überragt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 769146;
britische Patentschrift Nr. 627 410.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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