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Anordnung zum Anschließen einer Hochfrequenzleitung an ein Hochfrequenznetzwerk
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum wahlweisen Anschließen einer symmetrischen
oder unsymmetrischen Hochfrequenzleitung an den unsymmetrischen Eingang oder an
den unsymmetrischen Ausgang eines Hochfrequenznetzwerkes, wobei bei dem Anschließen
einer symmetrischen Leitung ein Symmetrierglied in Form einer zu einer Doppeldrossel
aufgewickelten Lecherleitung zwischen dieser symmetrischen Leitung und dem Eingang
oder dem Ausgang des Netzwerkes liegt.
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Als Hochfrequenznetzwerke im Sinne der Erfindung soll jede elektrische
Einrichtung aufgefaßt werden, in der am Eingang zugeleitete Hochfrequenzsignale
auf irgendeine Art beeinflußt, z. B. verstärkt oder ausgesiebt, und am Ausgang wieder
abgeleitet werden. Eingang und Ausgang solcher Netzwerke können entweder symmetrisch
oder unsymmetrisch ausgeführt sein, sind aber meistens unsymmetrisch.
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Das Anschließen einer unsymmetrischen Hochfrequenzleitung an den unsymmetrischen
Eingang bzw. Ausgang eines Netzwerkes bereitet keine Schwierigkeiten; es wird einfach
die Innenader der unsymmetrischen Leitung mit dem die Hochfrequenzspannung führenden
Anschlußpunkt des Netzwerkes und der Kabelmantel mit dem geerdeten Chassis des Netzwerkes
verbunden.
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Soll eine symmetrische Hochfrequenzleitung an ein Hochfrequenznetzwerk
mit unsymmetrischem Eingang bzw. Ausgang angeschlossen werden, so muß man ein besonderes.
Symmetrierglied zwischen die symmetrische Hochfrequenzleitung und den unsymmetrischen
Eingang bzw. Ausgang des Netzwerkes schalten. Für diesen Zweck gibt es verschiedene
Arten von Symmetriergliedern. Eine bekannte und oft verwendete Ausführung hat beispielsweise
die Form einer zu einer Doppeldrossel aufgewickelten Lecherleitung.
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Es gibt nun Hochfrequenznetzwerke mit unsymmetrischem Eingang bzw.
Ausgang, die in sehr großer Anzahl hergestellt werden und wahlweise mit unsymmetrischen
oder symmetrischen Hochfrequenzleitungen verbunden werden müssen. In vielen Fällen
erfährt man erst kurz vor der endgültigen Montage, ob die anzuschließende Leitung
oder die Anschlußpunkte des Einganges bzw. des Ausganges am Netzwerk symmetrisch
oder unsymmetrisch sind und ob man dementsprechend ein Symmetrierglied benötigt
oder nicht. Dies ist z. B. der Fall, wenn bei einer bereits bestehenden Fernsehempfangsanlage
nachträglich ein Antennenverstärker eingebaut werden soll, der an eine bereits montierte
Antennenleitung angeschaltet werden muß. Diese Leitung kann entweder symmetrisch
oder unsymmetrisch sein, während sowohl der Eingang als auch der Ausgang des Antennenverstärkers
im allgemeinen unsymmetrisch ist.
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Es kann auch vorkommen, daß man bei einer vorhandenen Antennenanlage
aus bestimmten Gründen eine symmetrische Leitung gegen eine unsymmetrische Leitung
oder umgekehrt auswechseln möchte. Bisher war man gezwungen, beim Anschließen einer
symmetrischen Hochfrequenzleitung an ein unsymmetrisches Hochfrequenznetzwerk ein
Symmetrierglied als besonderes Bauteil zwischenzuschalten und zu montieren. Das
ist aber umständlich, und außerdem kann es Fälle geben, in denen für die Unterbringung
eines Symmetriergliedes kein Platz mehr vorhanden ist.
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Eine sehr zweckmäßige und häufig verwendete Ausführungsform eines
Symmetriergliedes besteht aus einer Doppel- oder Lecherleitung, die gegenüber gleichsinnig
in ihren Leitern fließenden, also unsymmetrischen Strömen eine erhebliche Induktivität
zeigt, während ihre Induktivität gegenüber gegensinnig fließenden, also symmetrischen
Strömen vernachlässigbar ist. Auf diese Weise werden die unsymmetrischen Ströme
weitgehend unterdrückt, die symmetrischen Ströme aber kaum beeinflußt. Um diese
Wirkung zu erzielen, kann die Lecherleitung entweder zu einer Doppeldrossel aufgewickelt
oder durch einen Körper aus permeablem Material, z. B. aus Ferrit, geführt sein.
Es können auch beide Maßnahmen gleichzeitig angewendet werden, indem die zu einer
Doppeldrossel aufgewickelte Lecherleitung mit einem Ferritkern versehen ist.
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Wenn bei einem solchen Symmetrierglied die Lecherleitung kürzer als
A,/4 ist, bewirkt das Symmetrierglied keine Impedanztransformationen, sofern
der
Wellenwiderstand der Lecherleitung etwa den am Eingang und am Ausgang des Symmetriergliedes
wirksamen Impedanzen entspricht.
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Wählt man jedoch die Länge der Lecherleitung gleich A/4, so kann man
das Symmetrierglied gleichzeitig zur Impedanztransformation nach der Formel
ausnutzen, wobei Z der Wellenwiderstand der Lecherleitung und Z1 und Z2 die am Eingang
bzw. am Ausgang des Symmetriergliedes wirksamen Impedanzen sind.
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Ein derartiges Symmetrierglied läßt sich gut zum Anschluß einer symmetrischen
Hochfrequenzleitung an den unsymmetrischen Eingang eines Netzwerkes verwenden, indem
die symmetrische Hochfrequenzleitung an den Eingang und das Netzwerk an den Ausgang
des Symmetriergliedes angeschlossen werden. Hierbei kann das Symmetrierglied so
ausgelegt sein, daß entweder eine Impedanztransformation stattfindet oder nicht.
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Es ist auch ohne Schwierigkeiten möglich, an den Eingang des Symmetriergliedes
statt einer symmetrischen Hochfrequenzleitung eine unsymmetrische Hochfrequenzleitung
zu legen, sofern diese beiden Hochfrequenzleitungen gleich große Wellenwiderstände
haben. Schwierigkeiten entstehen jedoch, wenn, wie es in der Praxis meistens der
Fall ist, an den unsymmetrischen Eingang des Netzwerkes wahlweise eine symmetrische
Hochfrequenzleitung mit einem von der Eingangsimpedanz des Netzwerkes abweichenden
Wellenwiderstand und eine unsymmetrische Hochfrequenzleitung mit einem mit der Eingangsimpedanz
des Netzwerkes übereinstimmenden Wellenwiderstand verbunden werden soll.
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Es besteht beispielsweise bei Gemeinschaftsantennenanlagen sehr häufig
die Aufgabe, an den Eingang eines Verstärkers, eines Filters, einer Weiche oder
eines anderen Netzwerkes, der eine Impedanz von 60 S2 hat, wahlweise ein Koaxialkabel
mit einem Wellenwiderstand von 600 oder ein symmetrisches Kabel mit einem
Wellenwiderstand von beispielsweise 120 Sä anzuschließen. Diese Aufgabe läßt sich
nach den bisher bekannten Vorschlägen nicht lösen, da das Symmetrierglied nicht
eine Impedanztransformation in dem einen Fall von 1 : 1 und in dem anderen Fall
von 2 : 1 durchführen kann. Es ist auch nicht möglich, das beim Anschluß einer symmetrischen
Leitung impedanztransformierende Symmetrierglied beim Anschluß einer unsymmetrischen
Leitung einfach zu umgehen und an den Eingangsklemmen des Netzwerkes zu belassen,
weil dann die A/4 lange Lecherleitung des Symmetriergliedes als Kurzschluß für den
Eingang des Netzwerkes wirken würde.
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Nach den bisherigen Kenntnissen ist man also gezwungen, das Symmetrierglied
vom Eingang des Netzwerkes völlig abzutrennen, wenn man an den unsymmetrischen Eingang
des Netzwerkes ein unsymmetrisches Kabel anschließen will, dessen Wellenwiderstand
von dem des symmetrischen, über das Symmetrierglied anzuschließenden Kabels abweicht.
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Die Erfindung zeigt jedoch einen Weg, wie die Abtrennung des Symmetriergliedes
von Eingang des Netzwerkes vermieden werden kann, wenn symmetrische und unsymmetrische
Hochfrequenzleitungen unterschiedlicher Wellenwiderstände wahlweise an den Eingang
des Netzwerkes gelegt werden sollen.
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Bei einer Anordnung der einleitend angegebenen Ausführung sind erfindungsgemäß
für den Anschluß der Hochfrequenzleitung drei Anschlußstellen am Eingang oder Ausgang
des Netzwerkes vorgesehen, von denen die zwei ersten, für den Anschluß der symmetrischen
Leitung dienenden Anschlußstellen mit dem einen, dem symmetrischen Ende des Symmetriergliedes
verbunden sind, das in an sich bekannter Weise eine elektrische Länge von A/4 hat,
während das andere, das unsymmetrische Ende des Symmetriergliedes mit seinem einen
Leiter fest am Eingang bzw. Ausgang des Netzwerkes und mit seinem anderen Leiter
an Erde liegt, wobei die zwei ersten Anschlußstellen kurzgeschlossen werden, wenn
die unsymmetrische Leitung an die dritte, unmittelbar mit dem Eingang bzw. Ausgang
des Netzwerkes verbundene Anschlußstelle gelegt wird. Zweckmäßigerweise können das
Symmetrierglied sowie die Anschlußstellen mit dem Hochfrequenznetzwerk eine bauliche
Einheit bilden.
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Je ein Symmetrierglied ist also sowohl am Eingang als am Ausgang des
Hochfrequenznetzwerkes vorgesehen, und man braucht beim Anschließen der Hochfrequenzleitungen
nur die einfache Montagevorschrift zu beachten, daß man beim Anschließen einer symmetrischen
Leitung deren beide Adern mit den beiden ersten Anschlußstellen des Netzwerkes verbinden,
z. B. anschrauben, muß, während die dritte Anschlußstelle frei bleibt, und daß man
beim Anschließen einer unsymmetrischen Leitung deren Innenader mit der dritten Anschlußstelle
verbinden sowie die beiden unbenutzten ersten Anschlußstellen, z. B. mittels eines
Drahtbügels, kurzschließen muß.
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Dieser Kurzschluß ist erforderlich, da sonst, wie aus den Zeichnungen
zu ersehen sein wird, das mit dem einen Leiter seines unsymmetrischen Endes am Eingang
bzw. Ausgang des Netzwerkes angeschaltete Symmetrierglied eine störende Blindlast
am Eingang bzw. Ausgang darstellen würde. Um dieses zu vermeiden, hat das Symmetrierglied
eine elektrische Länge von V4 und muß bei Anschließen einer unsymmetrischen Leitung,
deren Innenader an der dritten Anschlußstelle angeschaltet ist, an seinem zu den
beiden ersten Anschlußstellen führenden, dem symmetrischen Ende kurzgeschlossen
werden. Bekanntlich bildet eine kurzgeschlossene verlustlose .i74-Leitung einen
unendlich hohen Widerstand. Die kurzgeschlossene Leitung belastet daher den Eingang
bzw. Ausgang des Netzwerkes praktisch nicht.
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Natürlich bedeuten die Symmetrierglieder am Eingang und Ausgang des
Hochfrequenznetzwerkes einen zusätzlichen Aufwand; jedoch sind sie für die vorgesehenen
Anwendungsbeispiele sehr einfach, billig und raumsparend herzustellen. Deswegen
überwiegt der Vorteil, nach dem Vorschlag der Erfindung das Netzwerk so auszubilden,
daß wahlweise die eine oder die andere Hochfrequenzleitung ohne besondere Umstände
angeschlossen werden kann.
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In Durchführung des Erfindungsgedankens kann das Hochfrequenznetzwerk
ein ein- oder mehrstufiger Röhren- bzw. Transistorverstärker sein. Der Eingang bzw.
Ausgang eines solchen, z. B. als Antennenverstärker dienenden, Verstärkers wird
vorzugsweise unsymmetrisch sein. Derartige Antennenverstärker werden in großer Anzahl
bei Fernsehempfangsanlagen benutzt und am Eingang mit einer Antennenzuleitung sowie
am Ausgang mit einen Antennenableitung verbunden, von denen jede der Leitungen symmetrisch
oder unsymmetrisch sein
kann. Ist ein solcher Antennenverstärker
erfindungsgemäß aufgebaut, besitzt er also sowohl am Eingang als am Ausgang je ein
Symmetrierglied und die drei Anschlußstellen für ein wahlweises Anschließen von
unsymmetrischen und symmetrischen Leitungen, so ist dieses für den planenden Ingenieur
und für den Monteur selbst sehr bequem.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Hochfrequenznetzwerk
eine aus einem Hochpaßfilter und einem Tiefpaßfilter bestehende Frequenzweiche mit
unsymmetrischen Eingängen bzw. Ausgängen sein, deren Filter am einen Ende voneinander
unabhängige Eingänge bzw. Ausgänge bilden und am anderen Ende miteinander verbunden
sind. An den voneinander unabhängigen Eingängen der Weiche können z. B. zwei Zuleitungen
von zwei auf verschiedenen Frequenzbereichen arbeitenden Fernsehantennen angeschlossen
sein, während am anderen Ende der Weiche die Ableitung zum Fernsehempfangsgerät
angeschlossen ist. Die Frequenzweiche soll verhindern, daß Hochfrequenzspannung
von der einen Antenne auf dem Wege über die Zuleitungen zur anderen Antenne gelangt.
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Die Frequenzweiche hat dann erfindungsgemäß an jedem Eingang bzw.
Ausgang je ein Symmetrierglied sowie je drei Anschlußstellen und kann nach Bedarf
mit symmetrischen oder mit unsymmetrischen Leitungen ohne weiteres zusammengeschaltet
werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie deren Wirkungsweise seien
an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen eine erfindungsgemäße Anordnung mit
schematischer Andeutung des Hochfrequenznetzwerkes und zwei Anwendungsbeispiele
dargestellt sind.
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F i g. 1 zeigt ein mit gestrichelten Linien angedeutetes Hochfrequenznetzwerk,
dessen unsymmetrischer Eingang und Ausgang mit je einem erfindungsgemäß geschalteten
Symmetrierglied versehen ist; F i g. 2 bringt einen einstufigen Röhrenverstärker
mit je einem erfindungsgemäß geschalteten Symmetrierglied am Eingang und Ausgang
des Verstärkers; F i g. 3 zeigt eine Frequenzweiche, deren zwei Eingänge und ein
Ausgang mit erfindungsgemäß geschalteten Symmetriergliedern ausgerüstet sind.
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Ein durch ein gestrichelt gezeichnetes Rechteck der F i g.1 angedeutetes
Hochfrequenznetzwerk 1 hat einen unsymmetrischen Eingang 2 und einen unsymmetrischen
Ausgang 3. Um eine symmetrische Hochfrequenzleitung 9 mit ihren zwei Adern an den
Eingang 2 anschließen zu können, ist auf einem gemeinsamen Chassis 15 mit dem Netzwerk
1 ein Symmetrierglied in Form einer zu einer Doppeldrossel 4, 5 aufgewickelten
Lecherleitung aufmontiert. Ferner sind die beiden linken Enden der Doppeldrossel
zu den beiden oberen Anschlußstellen 6, 7 geführt, die z. B: als Schraubklemmen
ausgeführt sind.
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Das rechte Ende dieser das Symmetrierglied bildenden Doppeldrossel
4, 5 ist mit seinem oberen Leiter geerdet und mit seinem unteren Leiter mit dem
Eingang 2 verbunden, von wo aus außerdem eine Verbindung zu einer dritten Anschlußstelle
8 führt. Die beiden Adern der symmetrischen Leitung 9 sind an den Anschlußstellen
6, 7 festgeschraubt, während die Anschlußstelle 8 unbenutzt bleibt. Das am Eingang
2 angeschaltete, soeben behandelte Symmetrierglied hat nach links sein symmetrisches
und nach rechts sein unsymmetrisches Ende. Am Ausgang 3 des Netzwerkes 1 ist eine
zweite Doppeldrossel 4, 5 entsprechend derjenigen am Eingang 2 geschaltet
und an die Anschlußstellen 10, 11 geführt. Die Innenader einer unsymmetrischen Leitung
14 wird mit der Anschlußstelle 12 verbunden. Damit nun aber die Drossel 5, deren
linkes Ende ja mit dem Ausgang 3 verbunden bleibt, am Ausgang 3 keine störende Blindlast
darstellt, müssen jetzt mittels eines Kurzschlußbügels 13 die beiden Anschlußstellen
10, 11 kurzgeschlossen werden. Da die elektrische Länge der Doppeldrossel 4, 5 auf
A/4 festgelegt ist und eine an ihrem Ende kurzgeschlossene A/4-Lecherleitung als
sehr großer Widerstand wirkt, so tritt am Ausgang 3 keine Störung durch die Drossel
5 auf, wenn man laut Montagevorschrift beim Anschließen der unsymmetrischen Leitung
14
die Doppeldrossel 4, 5 am rechten Ende kurzschließt.
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Bei Dimensionierung des Wellenwiderstandes der zu einer Doppeldrossel
4, 5 aufgewickelten A/4-Lecherleitung muß jeweils der Wellenwiderstand der angeschalteten
Hochfrequenzleitung und auch die Impedanz des Einganges bzw. des Ausganges des Netzwerkes
berücksichtigt werden. Entsprechend der Formel Z= 2l 7-z-" , wobei Z der zu bestimmende
Wellenwiderstand der A/4-Lecherleitung, Z1 der Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung
und Z2 die Impedanz des Einganges bzw. des Ausganges ist, kann Z leicht berechnet
und die A/4-Lecherleitung entsprechend ausgebildet werden, die in diesem Falle als
Impedanztransformator wirkt.
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Die linke und die rechte Doppeldrossel können auf einem gemeinsamen
Chassis 15 montiert sein und durch eine nicht gezeichnete Kappe abgedeckt werden,
sobald die Leitungen 9, 14 an den Anschlußstellen 6, 7, 12 angeschraubt und
der Kurzschlußbüge113 angebracht ist.
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In F i g. 2 ist die Schaltung eines einstufigen Röhrenverstärkers
innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rechteckes 16 dargestellt. Vor den unsymmetrischen
Eingang 17 ist in derselben Weise wie in F i g. 1 eine Doppeldrossel 4, 5 geschaltet
und wahlweise entweder eine symmetrische Leitung an 19, 20 anschaltbar, oder, wie
gezeichnet, eine unsymmetrische Leitung 23 an die Anschlußstelle
21, wobei 19, 20 mittels des Bügels 22 kurzzuschließen sind. Am unsymmetrischen
Ausgang 18 ist ebenfalls eine Doppeldrossel 4, 5 vorgesehen und wahlweise entweder,
wie gezeichnet, eine symmetrische Leitung 27 an 24,
25 oder, unter
Kurzschluß von 24, 25, eine unsymmetrische Leitung an 26 anzuschalten.
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Bei einer Frequenzweiche der F i g. 3, deren Schaltung innerhalb des
gestrichelt gezeichneten Rechtecks 28 wiedergegeben ist, sind sowohl die beiden
voneinander unabhängigen unsymmetrischen Eingänge 29, 30 als auch der Ausgang 31
mit je einer Doppeldrossel verbunden. An den Anschlußstellen, die jeweils zu dritt
liegen, können nach Wahl unsymmetrische oder symmetrische Leitungen angeschlossen
werden, so z. B. von zwei verschiedenen Fernsehantennen kommende unsymmetrische
Zuleitungen 32, 33 und eine zum Fernsehempfangsgerät führende symmetrische Ableitung
34.