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Verfahren zur Unterdrückung des Rückflusses in einer Wellenleitung
Der Rückfluß elektrischer Wellen in Leitungen, die der Nachrichtenübertragung dienen,
ist oft die Ursache unerwünschter Erscheinungen, wie Signalverzerrungen, Rückwirkungen
auf die Generatorfrequenz usw.
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In der Höchstfrequenztechnik gibt es einen nichtreziproken Vierpol,
die Ferrit-Richtungsleitung, die die Eigenschaft hat, Hochfrequenzwellen in einer
Richtung fast umgedämpft durchzulassen und sie in der entgegengesetzten Richtung
stark zu bedämpfen. Mittels einer solchen Richtungsleitung können elektrische Wellen,
die z. B. von einer fehlangepaßten Sendeantenne in die Speiseleitung zurückreflektiert
werden, ohne die hinlaufenden Wellen nennenswert zu beeinflussen. Leider sind die
bekannten Ferrit-Richtu.ngsleitunge.n aus physikalischen Gründen nur für Frequenzen
des Gigahertz-Bereiches brauchbar.
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Auch ein elektronischer Verstärker ist ein nichtreziproker Vierpol,
der, z. B. in eine Wellenleitung eingeschaltet, den Energiefluß nur in einer Richtung
überträgt. Bei hohen Frequenzen wäre aber die Einschaltung eines als Rückflußsperre
dienenden Verstärkers unmittelbar in eine relativ kurze übertragungsleitung, z.
B. in eine Antennenzuleitung, nicht vorteilhaft, da der Verstärker die gesamte durch
die Leitung fließende Hochfrequenzleistung übertragen müßte.
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Es ist auch eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die unerwünschte
Wirkung des Rückflusses auf die Form des Modulationssignals, z. B. des Video-Signals,
dadurch aufgehoben wird, daß mittels eines Richtungskopplers ein Teil der Rückflußspannung
aus der Haupt-Wellenleitung entnommen und gleichgerichtet wird und daß das so erhaltene
Modulationssignal gegenphasig dem Modulator des Senders so zugeführt wird, daß die
Modulationsspannung des Rückflusses kompensiert wird. Auf diese Weise können durch
Mehrfachreflexionen entstehende Verzerrungen, z. B. Geisterbilder, vermieden werden.
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Bei dieser bekannten Anordnung wird nicht der eigentliche Energierückfluß
unterdrückt, sondern es wird nur seine Wirkung hinsichtlich der Verzerrung de.s
Modulationssignals annähernd aufgehoben.
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Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der die in einer Wellenleitung
in einer bestimmten Richtung A fließende HF-Energie mittels eines Richtungskopplers
ausgekoppelt, verstärkt und dann mittels eines zweiten Richtungskopplers wieder
in die gleiche Richtung A in die Wellenleitung eingekoppelt wird. Der Zweck dieser
bekannten Anordnung ist es, bei Anwendung zweier solcher Systeme in einen Wellenleiter
zwei Signale gleicher Frequenz unabhängig voneinander in entgagengeseitzten Richtungen
übertragen zu können, ohne daß eine Rückkopplung und damit eine Selbsterregung über
die Leitungsverstärker erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung dient dem Zweck, den Energierückfluß in
einer beliebigen übertragungsleitung, insbesondere in einer Wellenleitung zu unterdrücken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst, wie es an sich bekannt ist, mittels
eines Richtungskopplens ein relativ kleiner Teil der Spannung der rücklaufenden
Wolle aus der Wellenleitung ausgekoppelt. Der ausgekoppelte Teil der Rückfluß-Wellenspannung
wird dann verstärkt und nach der Verstärkung mittels eines zweiten Richtungskopplers
wieder in die Wellenleitung - und zwar in Rückflußrichtung - eingekoppelt. Erfindungsgemäß
wird dann die Amplitude und die Phase der eingekoppelten Wellenspannung so eingestellt,
daß die Rückflußenergie in der Wellenleiftnig hinter dem zweiten Richtungskoppler
(in Rückflußrichtung gesehen) verschwindet.
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An Hand der Zeichnung soll das Verfahren näher erläutert werden.
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Der HochfrequenzosziNator 1 liefert über die Leitung (z. B. Hohlleitung)
2 Hochfrequenzenergie in den Verbraucher 3, der z. B. eine Antenne sein kann. Es
sei angenommen, daß der Widerstand der Antenne 3 nicht genau an den Wellenwiderstand
der Leitung 2 angepaßt sei, so da.ß ein Teil der in Richtung auf den Verbraucher
3 zulaufenden HF-Energie reflektiert wird. Diese reflektierte Energie bildet den
Rückfluß. Zu seines Unterdrückung wird gemäß der Erfindung wie folgt verfahren:
Mittels des Richtungskopplers 4 - wie er an sich in der Leitungstechnik bekannt
ist - wird ein relativ kleiner Teil der reflektierten Wellenspannung als Testspannung
aus der Wellenleitung 2 entnommen.
Diese Testspannung wird einem
regelbaren Dämpfungsglied 6, einem gegebenenfalls regelbaren Verstärker 7 und einem
regelbaren Phasenschieber 8 (bzw. einem auf einen geeigneten Wert fest eingestellten
Phasenglied) zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 wird mittels des
Richtungskopplers 9 wieder in die Wellenleitung 2 eingekoppelt, und zwar in Richtung
des Rückflusses, d. h. in Richtung auf den Generator 1 zu. Der Nebenarm des Richtungskopplers
9 ist mit dem Widerstand 10 reflexionsfrei abgeschlossen.
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Der physikalische Vorgang ist nun folgender: Der Richtungskoppler
4 bewirkt eine Phasendrehung der aus der Wellenleitung 2 ausgekoppelten Rückflußspannung
um 90'=. Der Richtungskoppler 9 bewirkt eine weitere Phasendrehung um 90`, so daß
die durch den Richtungskoppler 9 in die Wellenleitung eingekoppelte Spannung eine
Phasenverschiebung von 180° gegen die Rückflußspannung hat. Die genaue Einstellung
dieser 180''-Phase erfolgt unter Berücksichtigung der elektrischen Leitungslängen
und der Phasendrehung des Verstärkers 7 mittels des Phasenschiebers B. Die Amplitude
der durch den Richtungskoppler 9 in die Wellenleitung 2 eingekoppelten Spannung
wird unter Berücksichtigung der Koppeldämpfungen der beiden Richtungskoppler 4 und
9 mittels des Verstärkers 7 und des Dämpfungsgliedes 6 so eingestellt, daß sie gleich
der Amplitude der Rückflußspannung ist. Infolge Interferenz der in die Leitung 2
eingekoppelten Spannung mit der Rückflußspannung verschwindet dann die Rückflußwelle
in dem Teil der Wellenleitung 2, der zwischen dem Richtungskoppler 9 und dem Generator
1 liegt. Die durch den Richtungskoppler 9 in den Widerstand 10
eingekoppelte
Rückflußspannung und die über den Richtungskoppler 4 und den Verstärker 7 an den
Widerstand 10 geführte verstärkte Testspannung haben - unter Berücksichtigung
der erfolgten Kompensation des Einflusses der Leitungslängen durch den Phasenschieber
7 - je eine Phasenverschiebung von 90° gegen die Rückflußspannung. Sie sind also
phasengleich, und demzufolge wird die gesamte Rückflußenergie von dem Widerstand
10 absorbiert. Die praktische Realisierbarkeit des dem neuen Verfahren zugrunde
liegenden physikalischen Effektes, nämlich Auslöschung von Wellen in dem Hauptarm
einer Richtungsleitung durch Interferenz mit einer aus dem Nebenarm der Richtungsleitung
eingekoppelten Welle und die Übernahme der gesamten Wellenenergie aus dem Hauptarm
in den Nebenarm ist experimentell bestätigt.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen einmal darin, daß die eigentliche
Übertragungsleitung 2 fast ungestört verläuft, da die Reflexionen, die durch die
beiden Richtungskoppler 4 und 9 verursacht werden, praktisch vernachlässigt werden
können und ferner darin, daß der Verstärker 7 bei geeigneter Bemessung der Koppeldämpfungen
der beiden Richtungskoppler und bei nicht zu großem Reflexionsfaktor des Verbraucherwiderstandes
3 nur einen Bruchteil der Ausgangsleistung zu liefern braucht, den ein direkt in
die Hauptleitung eingeschalteter Verstärker liefern müßte, um die Signalleistung
dämpfungsfrei durchzulassen.
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Das neue Verfahren kann grundsätzlich bei allen Frequenzen angewendet
werden, bei denen eine Verstärkung und eine richtungsabhängige Kopplung aus einer
Wechselstromübertragungsleitung möglich ist.