DE1138128B - Anordnung zum UEbergang von einer Koaxialleitung niedrigeren Wellenwiderstandes auf eine symmetrische Leitung hoeheren Wellenwiderstandes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21a⁴ 74

INTERNATIONALE KL.

PATENTAMT H 01 p; H 03 h

T19834 Kd/21a⁴

ANMELDETAG: 22. MÄRZ 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 18. OKTOBER 1962

In der Hochfrequenztechnik ergibt sich häufig die Aufgabe, eine Koaxialleitung niedrigeren Wellenwiderstandes mit einer symmetrischen Leitung höheren Wellenwiderstandes stoßfrei zu verbinden. Zu diesem Zweck werden sogenannte Symmetrier-Transformations-Anordnungen benutzt.

Zur Umsymmetrierung, also zum Übergang von einer Koaxialleitung auf eine symmetrische Leitung ohne gleichzeitigen Übergang auf einen anderen Anpassungswiderstand, kann die bekannte Symmetrierschleife dienen. Es ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 743 669), die symmetrischen Anschlüsse einer solchen Symmetrierschleife über Kompensationsglieder mit den niederohmigen symmetrischen Anschlüssen einer sogenannten Transformationsschleife zu verbinden, die als idealer Transformator mit einem Widerstandsübersetzungsverhältnis 1:4 wirkt. Diese Transformation ergibt sich auf Grund der besonderen Anordnung der bekannten Transformationsschleife, bei der die beiden Hälften des Außenleiters einander parallel geschaltet sind und somit einen resultierenden Wellenwiderstand W aufweisen, während die beiden Hälften des Innenleiters in Reihe geschaltet sind und einen Wellenwiderstand 4 W ergeben, also den vierfachen Wert von W. Mit Hilfe der in der genannten deutschen Patentschrift angegebenen Anordnung war es also möglich, von einer Koaxialleitung des Wellenwiderstandes W auf eine symmetrische Leitung des Wellenwiderstandes 4 W überzugehen.

Diese Möglichkeit, in einfacher Weise Übersetzungsverhältnisse der Größe 1: 4 zwischen Koaxialleitungen und symmetrischen Leitungen herzustellen, genügt den Anforderungen der Praxis häufig nicht. Oft ist es beispielsweise erforderlich, von dem genormten Koaxialleitungswiderstand 60 Ohm auf einen Widerstand einer symmetrischen Vierdrahtleitung von 340 Ohm oder auf den noch höheren Widerstand der symmetrischen Zweidrahtleitung von etwa 500 Ohm überzugehen. Das Übersetzungsverhältnis liegt dabei schon zwischen den Grenzen 1: 5,5 bis 1:7,5.

Es ist bereits eine Einrichtung für den Übergang von einer erdunsymmetrischen auf eine erdsymmetrische Hochfrequenzanordnung bei gleichzeitiger Widerstandstransformation bekannt (deutsche Patentschrift 806446), mit der Übersetzungsverhältnisse hergestellt werden, welche von dem Wert 1: 4 abweichen. Die Lösung besteht darin, daß die unsymmetrische Leitung in eine Anzahl von Verzweigungen aufgespalten ist, die, vom Verzweigungspunkt her gesehen, einander parallel geschaltet sind, während die Anordnung zum Übergang

von einer Koaxialleitung niedrigeren

Wellenwiderstandes auf eine symmetrische Leitung höheren Wellenwiderstandes

Anmelder:

Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Dr.-Ing. Werner Buschbeck, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

freien Enden der Verzweigung miteinander in Reihe geschaltet werden. Dabei sind Mittel vorgesehen, um den Spannungsausgleich zwischen den freien Enden über den Außenmantel der Leitungen zu verhindern.

Mit dieser Anordnung lassen sich jedoch nur Übersetzungsverhältnisse eines Wertes 1: X herstellen, bei denen X das Quadrat einer ganzen Zahl ist.

Zur Lösung der erwähnten Aufgabe ist es ferner bekannt, eine Symmetrierschleife in Verbindung mit einem sogenannten 2/4-Transformator bzw. einer Staffelung solcher Transformatoren in Form einer Stufenleitung oder einer Exponentialleitung zu benutzen (deutsche Patentschriften 845 967 und 955 065). Mit solchen Anordnungen können Widerstandsverhältnisse von 1: 5 bis 1: 8 jedoch nur mit zahlreichen Stufen bei der Stufenleitung bzw. mit einer erheblichen Länge bei der Exponentialleitung überbrückt werden, wenn die Anordnung für ein Frequenzband wesentlicher Breite benutzt werden soll. Diese An-Ordnungen erfordern daher im allgemeinen einen unerwünscht großen Aufwand und sind entsprechend teuer und räumlich ausgedehnt.

Bei allen erwähnten Symmetrier- Transformations-Einrichtungen ist es grundsätzlich erforderlich, zusätzliche Kompensationsglieder vorzusehen, wenn die Einrichtung innerhalb eines ausgedehnten Frequenzbereiches ohne unzulässige Änderungen' des Trans-

209 677/230

formationsfaktors benutzt werden soll. Die Bemessung derartiger Kompensationsglieder, von denen an jedem Ende der Einrichtung mehrere vorgesehen sein können, ist grundsätzlich bekannt. Für ihre konstruktive Unterbringung ist es auch bekannt, Koaxialleiterteile mehrfach ineinanderzuschachteln (deutsche Patentschrift 944 615) oder beispielsweise den sonst freien Schenkel der Symmetrierschleife für die Unterbringung eines am Ende offenen /l/4-langen Koaxialleitungsstückes geeigneten Wellenwiderstandes zu benutzen. Auch ist es bekannt, die rohrförmig ausgebildeten Anfangsteile der symmetrischen Leitung zur Unterbringung zweier am Ende offenen /t/4-langen Koaxialleitungsstücke in ihrem Innenraum zu verwenden (deutsche Patentschrift 881078). Ferner ist es auch bekannt, die Symmetrierschleife selbst als nutzbringendes Kompensationselement zu verwenden, indem ihr Wellenwiderstand eine entsprechende Bemessung erfährt (deutsche Patentschrift 738 664).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Symmetrier-Transformations-Anordnung anzugeben, die für den für die Praxis besonders wichtigen Bereich der Übersetzungsverhältnisse von 1:4 bis etwa 1:10 brauchbar ist und eine gute Wirkungsweise mit Einfachheit des Aufbaues verbindet. Wegen ihrer vorzüglichen Eigenschaften geht die Erfindung von der Kombination der Symmetrierschleife mit einer Transformationsschleife 1: 4 aus, welche bereits als bekannt erwähnt worden ist. Bei dieser Kombination ist es auch bekannt, die beiden gleich großen Schleifen so aufeinanderzuklappen, daß der niederohmige unsymmetrische Eingang und der hochohmige symmetrische Ausgang auf derselben Seite der Anordnung liegen.

Der Erfindung liegt die besondere Aufgabe zugrunde, bei geringem Raumbedarf die Unterbringung der Glieder für eine mehrfache Kompensation innerhalb der Schleifenanordnung zu ermöglichen, ohne daß es eines wesentlichen Mehraufwandes bedarf. Ferner soll die Möglichkeit bestehen, das Übersetzungsverhältnis innerhalb der genannten Grenzen abweichend vom Wert 1:4 zu bemessen. Hierfür bietet sich die Kombination mit einem ein- oder mehrstufigen //4-Transformator an.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einer Anordnung zum Übergang von einer Koaxialleitung niedrigeren Wellenwiderstandes auf eine symmetrische Leitung höheren Wellenwiderstandes mit einer Symmetrierschleife und einer an deren symmetrische Anschlußpunkte über Kompensationsglieder angeschlossenen Transformationsschleife für eine Widerstandstransformation im Verhältnis 1:4, die vorzugsweise mit einem als Kompensationsglied dienenden, im Innern des sonst freien Schenkels der Symmetrierschleife untergebrachten offenen 2/4-langen Leitungsstück sowie vorzugsweise mit ebenfalls als Kompensationsglieder dienenden offenen /t/4-langen Leitungsstücken im Innern der rohrförmig ausgebildeten Anfangsteile der Leiter der symmetrischen Leitung versehen ist, wobei die Symmetrier- und die Transformationsschleife im wesentlichen in untereinander gleicher Größe ausgebildet und einander dicht benachbart in spiegelbildlicher Lage in bezug auf eine Symmetrieebene angeordnet sind, die den durch die Leitungsachsen der Schleifenteile bestimmten Schleifenebenen parallel ist. Erfindungsgemäß sind von den zu derselben Schleifenebene gehörenden Schleifenteilen jeweils der eine Schenkel der Symmetrierschleife, der andere Schenkel der Transformationsschleife zugeordnet; ferner werden die auf der Seite des koaxialen Anschlusses der Symmetrierschleife liegenden Auslässe für die Anfangsteile der Leiter der symmetrischen Leitung durch ebenfalls spiegelbildlich zu der genannten Symmetrieebene und in der elektrischen Mitte der Schleifen liegende Öffnungen der Außenleiter gebildet, während außerdem die beiden Anfangsteile von diesen Auslässen senkrecht

ίο zu der Symmetrieebene weggeführt und in einem den gewünschten Wellenwiderstand ergebenden Abstand in eine Richtung parallel zur Symmetrieebene umgebogen und zu den Anschlüssen der symmetrischen Leitung geführt sind, wobei die genannten Anfangsteile spiegelbildlich zu der Symmetrieebene und ihrer Achsen innerhalb der Äquipotentialebene der Schleifen liegen.

Durch den bekannten Kunstgriff der Kombination beider Schleifen, die als idealer Transformator des Übersetzungsverhältnisses 1: 4 wirken, werden die Wellenwiderstände der eingangsseitigen Kompensationsglieder auf ein Viertel des sonst erforderlichen Wertes verringert und kommen dadurch in Größenordnung*en, bei denen die Glieder mit geringem Auf-

wand technisch re'alisierbar sind. Zu beachten ist, daß die Stelle der Transformation direkt am offenen * Ende der Symmetrierschleife beginnt, wo die Eingänge der beiden Seiten der Transformationsschleife gespeist werden. Während aber, wie bereits erwähnt, die eingangsseitige offene 7/4-Kompensationsleitung leicht in dem an dieser Stelle zugänglichen, sonst freien Schenkel der Symmetrierschleife untergebracht werden kann, ist die Impedanztransformation im Verhältnis 1:4 erst am kurzgeschlossenen Ende der Schleife beendet, wo die beiden eingangsseitig gegenphasig gespeisten Außenleiter mit umgekehrter Polarität zusammengeschlossen werden können, so daß sich die Ausgangsspannung gegenüber dem durch eine einzige Leitung gegebenen Wert — unabhängig von ihrer relativen Phasenlage gegenüber der Eingangsspannung — gerade verdoppelt.

Durch die erfindungsgemäße Zuordnung der einzelnen Schenkel der Schleifen, nach welcher die beiderseits der genannten Symmetrieebene liegenden, räumlich zusammengehörenden Schleifen je einen Schenkel der Symmetrierschleife und einen Schenkel der Transformationsschleife aufnehmen, ergibt sich die Möglichkeit, die aus den erwähnten Öffnungen der Außenleiter der Schleifen austretenden Anfangsteile der symmetrischen Leitung räumlich exakt symmetrisch in bezug auf die genannte Symmetrieebene auszubilden und sie in der Äquipotentialebene, also in der elektrisch neutralen Ebene, der Schleifenanordnung zu führen. Dies ist im Hinblick auf die erforderliche Entkopplung der symmetrischen Leitung von dem Feld der Schleifenanordnung besonders wichtig. Durch die Erfindung ergibt sich also die Möglichkeit, den Gesamtaufbau überaus gedrängt auszuführen und beispielsweise sämtliche Teile innerhalb eines gemeinsamen Kastens unterzubringen.

Fig. 1 zeigt eine nach der Erfindung ausgebildete Symmetrier-Transformations-Anordnung in einer perspektivischen Darstellung. 1 und 2 sind die Anschlüsse der symmetrischen Leitung, während 3 den Anschluß der Koaxialleitung bezeichnet. Die Anschlüsse liegen auf einander entgegengesetzten Seiten eines Kastens 4, dessen Wände teilweise aufgeschnitten dargestellt sind, um die im Innern liegenden Teile

zeigen zu können. Der Wellenwiderstand des Koaxialleitungsanschlusses 3 hat die Größe Z₅ und ist gleich dem Anpassungswiderstand R₁₁, der entsprechend einem in der Praxis vorkommenden Wert gleich 60 Ohm sein kann. Man erkennt in Fig. 1 die beiden aufeinanderliegenden Schleifen mit den Außenleitern 5 und 6 für die Symmetrierschleife und den Außenleitern 7 und S für die Transformationsschleife. Mittels der Verbindungsbrücken 9 und 10 sind die Innenleiter der Transformationsschleife mit den Außenleitern der gegenüberliegenden Schenkel verbunden. Die Verbindungsbrücke 11 bildet den Anschluß des Innenleiters der Symmetrierschleife mit dem Mantel des gegenüberliegenden Schenkels dieser Schleife, jedoch unter Zwischenschaltung des im Innenraum des Außenleiters 6 untergebrachten, am Ende offenen Ä/4-langen Kompensationsleitungsstükkes mit dem Wellenwiderstand Z₄.

Die Anordnung wird am besten verständlich, wenn man den Weg des Stromes von dem Koaxialleitungsanschluß 3 bis zu den symmetrischen Anschlüssen 1 und 2 verfolgt. Der Innenleiter wendet sich vom Anschluß 3 kommend zunächst in den rechts unten liegenden Schenkel der Symmetrierschleife, dessen Außenleiter mit 5 bezeichnet ist. Dieser Schenkel der Symmetrierschleife ist mit dem Wellenwiderstand Z₃, also gleich dem Wellenwiderstand des Koaxialleitungsanschlusses 3, ausgeführt. An der Trennstelle der Schleifenanordnung geht, wie erwähnt, die Verbindung vom Innenleiter zu der Kompensationsleitung mit dem Wellenwiderstand Z₄ über das Verbindungsstück 11. Unter Zwischenschaltung dieses Kompensationsleitungsstückes ist damit also die an sich erforderliche Verbindung des Innenleiters zum Außenleiter des gegenüberliegenden Schenkels hergestellt. Die beiden Außenleiterenden an der Trennstelle bilden also nun die symmetrischen Anschlußpunkte der Symmetrierschleife. Von diesen symmetrischen Anschlußpunkten gelangt der Hochfrequenzstrom nun über die Verbindungen 9 und 10 zu den Innenleitern der Schenkel der Transformationsschleife, also zu dem Schenkel rechts oben und links unten in der Darstellung. Diese Schenkel sind mit den Wellenwiderständen Z₂/2 ausgeführt, worüber an Hand des Ersatzschaltbildes später noch gesprochen wird. Mit 12 und 13 sind die gebogenen Teile der Innenleiter der Transformationsschleife bezeichnet, welche durch die entsprechenden Öffnungen in den Außenleitern senkrecht zur Ebene der Schleifenanordnung in deren Mitte austreten. Sogleich nach ihrem Austritt aus den Öffnungen treten diese Leiter in die rohrförmigen Außenleiter 16 und 17 ein, deren Innenleiter 14 und 15 sie bilden. Die Außenleiter bilden die Anfangsteile des erdsymmetrischen Leitungszuges, Sie sind so dick gewählt, daß der durch sie gebildete Anfangsteil des erdsymmetrischen Leitungszuges den gewünschten Wellenwiderstand Z₁ erhält. Die Innenleiter 14 und 15 bilden zusammen mit den zugehörigen Außenleitern 16 und 17, als Kompensationsglieder vom Wellenwiderstand Z₀/2 wirkende, am Ende offene //4-lange Leitungsstücke.

Die Innenleiter 14 und 15 enden bei den Punkten 14' und 15'. Zur Verbesserung der räumlichen Symmetrie, die durch die außermittige Lage des Koaxialleitungsstückes für den Anschluß 3 etwas gestört wird, ist der Blindstutzen 18 vorgesehen. Er hat sonst keine weiteren elektrischen Aufgaben zu erfüllen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die der Symmetrieebene parallelen Anfangsteile 16, 17 des erdsymmetrischen Leitungszuges die beiden Schleifen räumlich zwischen sich einschließen und daß die Anschlüsse der symmetrischen Leitung sich auf der von dem koaxialen Anschluß 3 abgewendeten Seite der Anordnung befinden. Auf diese Weise sind sämtliche Teile der Anordnung verhältnismäßig dicht beieinander untergebracht, ohne daß sie sich gegenseitig elektrisch stören. Die Gesamtanordnung bildet ein ίο Gerät von geringem Raumbedarf und von hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Die Anordnung läßt sich auch ohne Schutzkasten im Freien aufstellen, wenn die Öffnungen in den Rohrleitungen in an sich bekannter Weise gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützt werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sei nun auf das in Fig. 2 gezeigte Ersatzschaltbild Bezug genommen. Darin sind in bekannter Weise die Koaxialleitungsteile als Lecherleitungen dargestellt, um die Übersicht zu verbessern. Verfolgt man an Hand des Ersatzschaltbildes den Weg der Hochfrequenzenergie vom Anschluß 3 bis zu den Anschlüssen 1 und 2, so läßt sich mit Hilfe der Darstellung von Fig. 2 die Wirkung der Kompensationsglieder und der transformierenden Elemente deutlicher erläutern. Es sei angenommen, daß der Wellenwiderstand des Anschlußstückes 3 gleich Z₅ = 60 Ohm gewählt ist und der Größe des Anpassungswiderstandes R₁₁ entspricht. Bei der Trennungslinie A-B findet die Transformation 1:4 statt. Man könnte sich an dieser Stelle also einen idealen Transformator mit dem Widerstandsübersetzungsverhältnis 1:4 eingezeichnet denken. Die eingangsseitigen Kompensationselemente, gebildet durch das am Ende offene Leitungsstück der Länge / mit dem Wellenwiderstand Z₄ (Außenleiter 6 und Innenleiter 6') sowie das am Ende kurzgeschlossene Leitungsstück der Länge / mit dem Wellenwiderstand Z₃, liegen auf der niederohmigen Seite der Transformation. Das zuletzt erwähnte, am Ende kurzgeschlossene Leitungsstück wird durch die aufeinanderliegenden Außenleiter der Doppelschleife, nämlich die Außenleiter 5 und 7 auf der einen und die Außenleiter 6 und 8 auf der anderen Seite, gebildet. Auf der hochohmigen Seite der Transformationsstelle A-B sind die durch die beiden Schenkel der Transformationsschleife gebildeten Leitungen mit den Wellenwiderständen Z₂/2 angeschlossen. Diese Leitungsstücke haben ebenfalls die Länge /, wobei / ungefähr im/4, also einer Viertelwellenlänge, bezogen auf eine mittlere Frequenz des zu überdeckenden Bereiches, entsprechen soll. Die Außenleiter der soeben erwähnten, in den Schenkeln der Transformationsschleife untergebrachten Leitungsstücke sind mit 7 und 8 bezeichnet.

Im Falle des an Hand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiels einer Anordnung nach der Erfindung sind zur Transformation auf einen vom Vierfachen des Anpassungswiderstandes auf der unsymmetrischen Seite abweichenden, vorzugsweise höheren Wert die beiden Schenkel der Transformationsschleife als /./4-Transformator mit dem Wellenwiderstand Z₂/2 ausgebildet, wobei Z₂ dem geometischen Mittelwert zwischen dem genannten Vierfachwert und dem gewünschten abweichenden Wert wenigstens annähernd entspricht. In Fig. 2 ist angenommen worden, daß die Transformation für einen Widerstand auf der symmetrischen Seite R_s von

340 Ohm durchgeführt werden soll, was dem Wellenwiderstand einer üblichen Vierdrahtleitung entspricht. Für Z₂ ergibt sich unter diesen Bedingungen ein Wert von 260 0hm, so daß Z₂/2 gleich 130 Ohm wird. Die Dimensionierung der Leitungsstücke in den Schenkeln 7 und 8 der Transformationsschleife mit dem Wellenwiderstand Z₂/2 ergibt sich aus der Tatsache, daß, von der symmetrischen Seite her gesehen, die Wellenwiderstände dieser beiden Leitungsstücke in Reihe geschaltet erscheinen.

Bei den Stellen 12 und 13 der Fig. 1 kann nun eine symmetrische Leitung mit dem Wellenwiderstand Z₁ gleich 340 Ohm angeschlossen werden. Dieser Wellenwiderstand ergibt bei einem technisch noch gut ausführbaren Abstand der beiden Leiter voneinander verhältnismäßig große Durchmesser dieser Leiter. Daher sind die Anfangsteile 16 und 17 der symmetrischen Leitung rohrförmig ausgeführt und enthalten in ihrem Innern die Innenleiter 14 und 15, welche zusammen mit den Außenleitern am Ende offene Kompensationsleitungsstücke des Wellenwiderstandes Z_o/2 der Länge Z bilden.

Die Wellenwiderstände der in der Anordnung verwendeten Kompensationsglieder, nämlich Z₃, Z₄ und Z₀, lassen sich nach bekannten Grundsätzen ohne Schwierigkeiten berechnen, so daß darauf an dieser Stelle nicht eingegangen zu werden braucht. Es sei bemerkt, daß die Wellenwiderstände Z₀/2 der Leitungsstücke in den Anfangsteilen 16 und 17, von der symmetrischen Seite her gesehen, in Reihe geschaltet erscheinen, woraus sich die Bemessung mit Z_o/2 erklärt.

Man erkennt aus der Darstellung der Fig. 1 und 2, daß es durch die Erfindung möglich ist, die Symmetrier- und Transformationsanordnung nicht nur außerordentlich einfach und raumsparend auszuführen, sondern daß es auch ohne Mehraufwand möglich ist, auf von dem Wert 1:4 abweichende Transformationsverhältnisse zu gelangen. — In Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung in einer Seiten- und einer Vorderansicht dargestellt, wobei auch die verschiedenen Durchmesser der Innenleiter der Koaxialleitungsstücke angedeutet worden sind. Wenn der die Anordnung umhüllende Kasten 4 aus leitendem Material besteht, so sind für den Abstand von den Außenleitern gewisse Bedingungen einzuhalten, damit sich die gewünschten Wellenwiderstände Z₁ der Anfangsteile der symmetrischen Leitung und Z₃ der Schleifenanordnung ergeben. Für die richtige Bemessung der Kastenmaße sind die dazu erforderlichen Berechnungsmethoden bekannt (TeIefunken-Zeitung, März 1961, Heft 131: »Der Wellenwiderstand zylindrischer Leiter gegen verschiedenartig angeordnete ebene Schirmwände« von W. Busch beck). Der Kasten 4 mit quadratischem Querschnitt, wobei die Symmetrieebene der Schleifen eine Diagonalfläche des Kastens bildet, kann durch eine elektrisch äquivalente Hülle 4' von zylindrischer Form ersetzt werden. Die Anordnung nach Fig. 3 zeigt einen Unterschied von Fig. 1 hinsichtlich der Ausbildung der in den Anfangsteilen 16 und 17 des erdsymmetrischen Leitungszuges enthaltenen Kompensationselemente. Nach ihrem Austritt aus den Öffnungen der Außenleiter der Transformationsschleife gehen die Innenleiter der Transformationsschleife unmittelbar in die dicker ausgeführten Außenleiter 16 und 17, also in die Anfangsteile des erdsymmetrischen Leitungszuges, über. Diese Außenleiter enden nunmehr an der Stelle offen, wo sie in Fig. 1 unmittelbar in die Anschlußleiter 1 und 2 übergehen. Die Endpunkte 14' und 15' der Innenleiter 14 und 15 der kompensierenden Leitungsstücke liegen nun nahe bei den Austrittsstellen der Innenleiter der Transformationsschleife.

Infolge dieser Vertauschung der Anschlüsse der kompensierenden Leitungsstücke 14, 16 und 15, 17 zwischen den erdsymmetrischen Leitern 1, 2 und den

ίο aus der Transformationsschleife heraustretenden Innenleitern verlagern sich die Einschaltstellen dieser Leitungsstücke des Wellenwiderstandes Z_o/2 zu den Anschlußstellen der erdsymmetrischen Leiter 1 und 2, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 besprachen werden wird. Diese Verlagerung der Kompensationselemente unmittelbar an den Ausgang der Anordnung ergibt die erwünschte Möglichkeit, den durch die Außenleiter 15 und 17 gebildeten Anfangsteil des erdsymmetrischen Leitungszuges als a/4- Transformationsstufe auszubilden und den zugehörigen Wellenwiderstand Z₁ entsprechend zu bemessen.

Eine Transformation auf einen vom Vierfachen des Anpassungswiderstandes auf der symmetrischen Seite abweichenden, vorzugsweise höheren Wert kann nämlich auch dadurch bewirkt werden, daß die beiden Anfangsteile 16, 17 der Leiter der symmetrischen Leitung als 2/4-Transformator mit dem Wellenwiderstand Z₁ ausgebildet sind, wobei Z₁ dem

geometrischen Mittelwert zwischen dem an den Anschlüssen der genannten Anfangsteile an die Innenleiter der Transformationsschleife vorhandenen Anpassungswiderstand und dem gewünschten abweichenden Wert wenigstens annähernd entspricht. Diese Möglichkeit sei an Hand des Ersatzschaltbildes der Fig. 4 erläutert. In dieser wird vorausgesetzt, daß von einem koaxialen Eingangswiderstand R_n von 60 Ohm auf einen symmetrischen Ausgangswiderstand R_s — 500 Ohm transformiert werden soll. Bis zum rechten Ende der mit den Wellenwiderständen Z₂/2 ausgeführten Schenkel der Transformationsschleife ist das Ersatzschaltbild nach Fig. 4 mit dem der Fig. 2 identisch. Diese beiden Leitungsstücke mit dem Wellenwiderstand Z,/2 bilden also eine erste Stufe eines /ί/4-Transformators. An ihren Enden konnte in Fig. 2 ein Ausgangswiderstand von 340 Ohm stoßfrei angeschlossen werden. Für den Anschluß des in Fig. 4 gewünschten Ausgangswiderstandes von 500 Ohm wäre allerdings die Transformationsstufe zu groß, so daß keine günstigen Breitbandeigenschaften mehr erreicht werden könnten. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe der Anfangsteile der symmetrischen Leitung eine zweite 2/4-Transformationsstufe des Wellenwiderstandes Z₁ gebildet. Unter diesen Bedingungen ergibt sich für Z₂/2 der Wert von 146,5 Ohm, während sich für "Z₁ ein Wert von 424 Ohm ergibt. Wie es schon erwähnt wurde, liegen die Einschaltstellen der kompensierenden offenen 2/4-Leitungsstücke 14, 16 und 15, 17 mit dem Wellenwiderstand Z_o/2 jetzt zwischen dem Ende des Leitungsstückes mit dem Wellenwiderstand Z₁ und dem 500-Ohm-Anschluß.

Fig. 5 zeigt die räumliche Anordnung einer derartigen Symmetrier-Transformations-Einrichtung mit auf die Transformationsschleife folgender zweistufiger /^-Transformation. Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1, so daß sich eine ins einzelne gehende

Beschreibung erübrigt. Entsprechend der Erhöhung des Wellenwiderstandes Z₁ sind die Anfangsteile der symmetrischen Leitung erheblich dünner ausgeführt. Die Rechnung hat ergeben, daß trotzdem innerhalb dieser Leiter noch die ausgangsseitigen offenen Kornpensationsleitungen des Wellenwiderstandes Z₀/2 untergebracht werden können. Der Aufwand für eine Anordnung mit zusätzlicher zweifacher ,^-Transformation ist also nicht größer als bei der Anordnung mit nur einstufiger 2/4-Transformation. Bei der mehrstufigen Transformation bilden die Wellenwiderstände der aufeinanderfolgenden Leitungsabschnitte in an sich bekannter Weise untereinander wenigstens in Annäherung eine geometrische Reihe.

In Fig. 6 ist eine Anordnung zur Transformation von 60 Ohm erdunsymmetrisch auf 360 Ohm erdsymmetrisch dargestellt, wie sie bei Großsendern gebraucht wird, bei denen keine Zweidraht-Lecherleitungen mehr verwendet werden können, sondern mit Rücksicht auf die Größe der zu übertragenden Leistung Vierdraht-Lecherleitungen benutzt werden müssen. Fig. 7 zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 6.

In Fig. 6 sind miteinander übereinstimmende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorausgehenden Figuren. Zwischen dem auf der linken Seite befindlichen erdunsymmetrischen Anschluß 3 für einen Eingangswiderstand R₁₁ von 60 Ohm und dem auf der rechten Seite befindlichen erdsymmetrischen Anschluß mit den Klemmen 1 und 2 für einen Ausgangswiderstand R_s von 360 Ohm folgen der Reihe nach die Symmetrierschleife, die rechts neben der Symmetrierschleife dargestellte Transformationsschleife und die ausgangsseitigen Kompensationselemente. Der Übersicht halber sind die beiden Schleifen in Fig. 6 nebeneinanderliegend dargestellt. Es ist jedoch zu unterstellen, daß diese Schleifen nach Art der Anordnung der Fig. 1 und 3 aufeinandergeklappt sind.

Bei dem genannten Verhältnis des Eingangswider-Standes zum Ausgangswiderstand ist das Transformationsverhältnis, das bei Verwendung einer im Verhältnis 1:4 transformierenden Schleife noch verbleibt, so klein, daß bei Verwendung einer vierfach kompensierten doppelten λ/4-Transformation ein sehr großer Wellenbereich von etwa 1:20 überbrückt werden kann. Allerdings zeigt die Rechnung, daß bei einem Eingangswiderstand von 60 Ohm der als Kompensationselement wirksame Wellenwiderstand Z₃' der kombinierten Schleife dann noch etwas zu groß ist, um in technisch brauchbarer Form verwirklicht werden zu können. Durch Erniedrigung des Eingangswiderstandes auf 54 Ohm käme man aber bereits auf eine brauchbare Bemessung. In Fig. 6 ist daher der Kunstgriff benutzt, zunächst von 60 Ohm auf einen niedrigeren Widerstand herabzutransformieren. Dies geschieht mit Hilfe des mit dem erdunsymmetrischen Eingangsanschluß 3 unmittelbar verbundenen Schenkels der Symmetrierschleife, der als 2/4-Transformations-Leitungsstück benutzt wird und mit einem Wellenwiderstand Z₅ ausgebildet wird, der kleiner ist als der mit dem Anschluß zu verbindende Eingangswiderstand R₁₁.

In Fig. 6 sind die Wellenwiderstände eines speziellen Bemessungsbeispiels eingetragen, jedoch beschränkt sich die Anwendung der Erfindung keineswegs auf dieses spezielle Beispiel. Der Wellenwiderstand Z_ des erwähnten Schenkels der Symmetrierschleife hat in diesem Beispiel die Größe von 57,1 Ohm. Durch die damit bewirkte Herabsetzung der Wellenwiderstände, auch der Kompensationsglieder, läßt sich, wie vorher schon erörtert wurde, die Schleifenanordnung selbst als Kompensationselement mit dem Wellenwiderstand Z₃' verwenden. Das Ersatzschaltbild Fig. 7 zeigt die Einschaltung der durch die Schleife gebildeten, am Ende kurzgeschlossenen Leitung mit dem Wellenwiderstand Z₃' auf der niederohmigen Seite der Anordnung.

Für große Leistungen macht es Schwierigkeiten, in dem Schenkel der Symmetrierschleife das am Ende offene 2/4-lange Kompensationsleitungsstück mit dem Wellenwiderstand Z₄' unterzubringen, weil bei einem so kleinen Wellenwiderstand die Spannungsfestigkeit nicht mehr ausreicht. In Fig. 6 wird daher der weitere Kunstgriff benutzt, in dem sonst freien Schenkel der Symmetrierschleife die offene 2/4-lange Kompensationsleitung durch zwei einander parallel geschaltete Leitungsstücke zu ersetzen, von denen der Innenleiter des einen in dem rohrförmig ausgebildeten Innenleiter des anderen Leitungsstückes liegt. Der Wellenwiderstand des einen Leitungsstückes ist mit Z'_4a, der des anderen mit Z'_Ab bezeichnet. Aus beiden ergibt sich durch Parallelschaltung der gewünschte Wellenwiderstand Z₄'.

Die weitere Anordnung entspricht, wie sich auch aus der Ersatzschaltung gemäß Fig. 7 ergibt, derjenigen nach Fig. 3, jedoch ist auf der Ausgangsseite ein zweites Kompensationselement in Gestalt einer Spule 20 vorgesehen, welche mit einer mit Erde oder Masse verbundenen Mittelanzapfung versehen ist. Diese Anordnung hat gleichzeitig die erwünschte Wirkung, daß statische Aufladungen der an die Anschlüsse 1 und 2 angeschlossenen Vierdrahtleitung nach Erde abgeleitet werden. Der Wellenwiderstand Z₀ des durch die Spule gebildeten Kompensationselementes ist stets so groß, daß nur eine Realisierung in Form einer Spulenwicklung in Betracht kommt.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zum Übergang von einer Koaxialleitung niedrigeren Wellenwiderstandes auf eine erdsymmetrische Leitung höheren Wellenwiderstandes mit einer Symmetrierschleife und einer an deren erdsymmetrische Anschlußpunkte über Kompensationsglieder angeschlossenen Transformationsschleife für eine Widerstandstransformation im Verhältnis 1:4, ferner vorzugsweise mit einem als Kompensationsglied dienenden, im Innern des sonst freien Schenkels der Symmetrierschleife untergebrachten offenen 2/4-langen Leitungsstück sowie vorzugsweise mit ebenfalls als Kompensationsglieder dienenden offenen 774-langen Leitungsstücken im Innern der rohrförmig ausgebildeten Anfangsteile der Leiter des erdsymmetrischen Leitungszuges, mit im wesentlichen in untereinander gleicher Größe ausgebildeter Symmetrier- und Transformationsschleife, welche einander dicht benachbart in spiegelbildlicher Lage in bezug auf eine Symmetrieebene angeordnet sind, die den durch die Leitungsachsen der Schleifenteile bestimmten Schleifenebenen parallel ist, dadurch gekenn zeichnet, daß von den zu derselben Schleifenebene gehörenden Schleifenteilen jeweils der eine Schenkel der Symmetrierschleife, der andere

209 677/230

Schenkel der Transformationsschleife angehört, daß ferner die auf der Seite des koaxialen Anschlusses (3) der Symmetrierschleife liegenden Auslässe für die Anfangsteile der Leiter des erdsymmetrischen Leitungszuges durch ebenfalls spiegelbildlich zu der genannten Symmetrieebene und in der elektrischen Mitte der Schleifen liegende Öffnungen der Außenleiter gebildet werden, daß außerdem die beiden Anfangsteile (16, 17) von diesen Auslässen senkrecht zu der Symmetrieebene weggeführt und in einem den gewünschten Wellenwiderstand (Z₁) ergebenden Abstand in eine Richtung parallel zur Symmetrieebene umgebogen und zu den Anschlüssen (1, 2) des symmetrischen Leitungszuges geführt sind und daß die genannten Anfangsteile spiegelbildlich zu der Symmetrieebene und ihre Achsen innerhalb der Äquipotentialebene der Schleifen liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Symmetrieebene parallelen Anfangsteile (16, 17) des erdsymmetrischen Leitungszuges die beiden Schleifen räumlich zwischen sich einschließen und die Anschlüsse der symmetrischen Leitung (1, 2) sich auf der von dem koaxialen Anschluß (3) abgewendeten Seite der Anordnung befinden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Transformation auf einen vom Vierfachen des Anpassungswider-Standes auf der erdunsymmetrischen Seite abweichenden, vorzugsweise höheren Wert die beiden Schenkel (7, 8) der Transformationsschleife als 2/4-Transformator mit dem Wellenwiderstand (Z₂/2) ausgebildet sind, wobei (Z₂) dem geomeirischen Mittelwert zwischen dem genannten Vierfachwert und dem gewünschten abweichenden Wert wenigstens annähernd entspricht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Transformation auf einen vom Vierfachen des Anpassungswiderstandes auf der erdunsymmetrischen Seite abweichenden, vorzugsweise höheren Wert die beiden Anfangsteile (16, 17) der Leiter des erdsymmetrischen Leitungszuges als 2/4-Transformator mit dem Wellenwiderstand (Z₁) ausgebildet sind, wobei (Z₁) dem geometrischen Mittelwert zwischen dem an den Anschlüssen (12, 13) der genannten Anfangsteile an die Innenleiter der Transformationsschleife vorhandenen Anpassungswiderstand und dem gewünschten abweichenden Wert wenigstens annähernd entspricht.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch die Bemessung der Wellenwiderstände (Z₂ und Z₁) sowie des genannten Vierfachwertes und des gewünschten abweichenden Wertes nach einer geometrischen Reihe.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch derartige Bemessung des Wellenwiderstandes (Z₃) der aufeinanderliegenden Außenleiter (5, 6, 7, 8) der beiden Schleifen, daß diese auf der niederohmigen Seite ein Kompensationsglied in Gestalt eines kurzgeschlossenen /ί/4-langen Leitungsstückes bilden.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aufeinanderliegenden Schleifen und die Anfangsteile (16, 17) des erdsymmetrischen Leitungszuges innerhalb eines gemeinsamen Kastens aus einem elektrisch leitenden Material oder aus Isolierstoff untergebracht sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen (1, 2) des erdsymmetrischen Leitungszuges ein zweites ausgangsseitiges Kompensationselement in Gestalt einer Spule (20) eingeschaltet ist, welche vorzugsweise mit einer mit Erde oder Masse verbundenen Mittelanzapfung versehen ist (Fig. 6).

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem erdunsymmetrischen Eingangsanschluß (3) unmittelbar verbundene Schenkel der Symmetrierschleife als 2/4-Transformationsleitungsstück mit einem Wellenwiderstand (Z₅) ausgebildet ist, der kleiner ist als der mit dem Anschluß zu verbindende Eingangswiderstand (R₁₁ in Fig. 6).

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das im Innern des sonst freien Schenkels der Symmetrierschleife untergebrachte offene 2/4-Iange Kompensationsleitungsstück durch zwei einander parallel geschaltete Leitungsstücke gebildet wird, von denen der Innenleiter des einen in dem rohrförmig ausgebildeten Innenleiter des anderen Leitungsstückes liegt (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Telefunken-Zeitung«, September 1954, S. 166 und 167.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 209 677/230 10.62