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Schaltungsanordnung zur Transformation ün Widerstandsverhältnis
1: 4 unter Verwendung einer Transformationsschleife Auf dem Gebiet der Hochfrequenztechnik
ist es häufig erforderlich, Schaltungsteile miteinander zu verbinden, welche an
ihren Anschlußklemmen Abschlußwiderstände untereinander verschiedener Größe erfordern.
Diese Aufgabe liegt beispielsweise vor, wenn Hochfrequenzleitungen mit verschiedenen
Wellenwiderständen zu einem durchgehenden Leitungszug verbunden werden sollen. Zur
Herstellung der Widerstandsanpassung an der Verbindungsstelle und zur Vermeidung
von Reflexionen benutzt man bekanntlich transformierende Zwischenglieder. Diese
können beispielsweise als klassische Transformatoren aus zwei fest miteinander gekoppelten
Spulen verschiedener Windungszahl bestehen oder durch transformierende A/4-Leitungsstücke
von in geeigneter Weise bemessenem Wellenwiderstand gebildet werden.
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Häufig wird für eine solche Anordnung die zusätzliche Forderung gestellt,
daß der Transformationsfaktor innerhalb eines sehr breiten Arbeitsfrequenzbereiches
praktisch nicht veränderlich sein soll. Durch Ergänzung der Spulentransformatoren
und der Leitungstransformatoren durch zweckmäßig gewählte Kompensationsglieder läßt.
sich ihr Frequenzgang verbessern. Eine Anordnung, welche ihrer Natur nach bereits
eine weitgehende Unabhängigkeit des Transforinationsfaktors von der Frequenz besitzt,
ist die bekannte Transforrnationsschleife, deren Wirkung auf der primärseitigen
Parallelschaltung und der sekundärseitigen Reihenschaltung der Wellenwiderstände
zweier in Schleifen- oder Spulenform geführter koaxialer Hochfrequenzleitungsstücke
besteht. Diese bekannte Transformationsschleife ergibt ein festes Widerstands-Transformationsverhältnis
der Größe 1: 4, welches in der Hochfrequenztechnik häufig gebraucht wird
(deutsche Patentschrift 743669).
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Die Schenkel einer derartigen Transformationsschleife werden durch
die auf der hochohmigen Seite unmittelbar miteinander verbundenen Außenleiter zweier
koaxialer Leitungsstücke gebildet, zwischen deren Innenleiterenden auf der hochohrnigen
Seite der höhere Widerstand angeschlossen ist und deren Innenleiterenden auf der
anderen Seite über Kreuz mit den freien Außenleiterenden verbunden sind, zwischen
denen der niedere Widerstand angeschlossen ist. Ersichtlicherweise ist in dieser
Anordnung der durch die Schleife gebildete Blindwiderstand als Querwiderstand zwischen
den Anschlüssen der niederohmigen Seite wirksam. Die dadurch bedingte Frequenzabhängigkeit
der an den genannten Anschlüssen in Erscheinung tretenden Eingangsimpedanz bleibt
aber gering, solange der durch die Schleife gebildete Blindwiderstand groß gegenüber
dem herübertransformierten Realanteil der Eingangsimpedanz ist.
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Für die der beschriebenen Transformationsschleife ähnliche Symmetrierschleife
ist es bereits bekannt, ihre Induktivität so groß zu wählen, daß ihr induktiver
Widerstand selbst für die längste Welle des in Betracht kommenden Wellenbereiches
wesentlich größer ist als der Widerstand der erdunsymmetrischen Anordnung. Außerdem
ist es für diese Symmetrierschleife bekannt, die erdsymmetrische Anordnung über
eine Längskapazität an die Endpunkte der Symmetrierschleife anzuschließen und durch
spiegelbildliche Verdopplung der durch die Schleife gebildeten Querinduktivität
ein 2z-Filterglied zu bilden. Als zweites induktives Querglied innerhalb dieser
spiegelbildlichen Verdopplung kann dabei eine der Symmetrierschleife körperlich
ähnlich ausgebildete Transformationsschleife dienen, so daß aus dieser Anordnung
auch die Ergänzung einer Transformationsschleife zu einem n-Filterglied als bekannt
vorausgesetzt werden muß.
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Bekannt ist auch eine Schaltung zum übergang von einer erdsymmetrischen
auf eine erdunsymmeirische Hochfrequenzanordnung und zur Widerstandstransformation
im Verhältnis 4: 1 mit einer Transforinations- und einer Symmetrierschleife,
in welcher die Schleifeninduktivitäten durch je eine Parallelkapazität zu
auf die mittlere Arbeitsfrequenz abgestimmten Sperrkreisen ergänzt sind und die
freien Außenleiterenden der einen Schleife mit den entsprechenden Außenleiterenden
der anderen Schleife über auf die gleiche Resonanzfrequenz abge!m stimmte Serienresonanzkreise
verbunden sind, so daß
sich ein Breitband-ir-Filteralied mit
den Schleifeninduktivitäten und ihren fallelkapazitäten als Querglieder ergibt
(deutsche Patentschrift 890 070).
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Durch diese Ergänzung der Schleifen zu einem Breitband-n-Filterglied
wird ?wgr bereits ein' wesentliche, jedoch noch nicht die optimale Verbreiterung
des ausnutzbaren Arbeitsfreqüenzbereiches erzielt. Außerdem ergeben sipli SphWiprigkeiten
digpli, ipduktive Kopplunge4 zwischen den beiden induktiven Querblindwiderständen
des z-Fütergliedes. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Form der Kompensation
der Schleifeninduktivität anzugeben, welche noch bessere Breitbandeigenschaften
ergibt und die erwähnten Schwierigkeiten auf Grund unkontrollierbarer Kopplungen
zwischen den Induktivitäten des 7-Gliedes vermeidet.
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Bei einer Schaltungsanordnung zur Transformation im Wide standsverhältnis
1: 4 unte Verwendung einer Transfonnationsschleife, deren Schenkel durch
die auf der hochohnügen Seite unmittelbar miteinander verbundenen Außenleiter zweier
koaxialer Leitungsstücke gebildet werden, zwischen deren Innenleiterenden auf der
hochohmigen Seite der höhere Widerstand angeschlossen ist und deren Innenleiterenden
auf der anderen Seite über Kreuz mit den freien Außenleiterenden verbunden sind,
zwischen denen der niedere Widerstand angeschlossen ist, in welcher ie eine erste
Länask azität in die von den beiden A#ße-nle-'it-ere'-n'den zu den Anschlüssen des
niederen Widerstandes führenden Verbindungen eingeschaltet und außerdem eine zweite
Kapazität vorgesehen ist und die beiden ersten Längskapazitäten und die zweite Kapazität
zusammen mit der Induktivität der Schleife derartig bemessen sind, daß sie für den
Arbeitsfrequenzbereich ein Breitbandfilterglied mit der Schleifeninduktivität als
Querglied bilden, sind erfindungsgemäß anstatt einer zweiten Kapazität zwei zweite
Kapazitäten vcirgesehen und je eine davon ist als Längskapazität in die Vera
bindung jedes freien Innenleiterendes mit dem freien Außenleiterende des jeweils
anderen Koaxialleitungsstückes eingeschaltet und die beiden ersten und dir, beiden
zweiten Längskapazitäten bilden mit der Schleifeninduktivität als mittlerem Querglied
ein Breitband-T-Filterglied.
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Die auf diese Weise ermöglichte T-Kompensation der Schleife ergibt
bessere Breitbandeigenschaften und vermeidet die erwähnten Kppplpngsschwierigkeiten.
Außerdem wird der Aufwand einer zusätzlichen Querinduktivität vermieden, und die
beiden nur wenig Raum beanspruchenden Zus4tzkapazitäten können unmittelbar in die
überkreuzverbindungen zwischen den freien Innenleiterenden und den freien Außenleiterenden
eingeschaltet werden, ohne daß zusätzliche, induktivitätsvergrößernde Umwege er#
forderlich sind.
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Es ist zu erwähnen, daß für eine Symmetrierschleife, die bekanntlich
einen leeren, d. h. nicht mit einem Innenleiter versehenen, Schenkel besitzt,
eine spezielle Form der Ergänzung zu einem T7Glied bekannt ist, die jedoch
keinen Eingang in die Praxis gefunden hat und sich auch wegen des Fehlens eines
derartigen freien Schenkels bei der Transformationsschleife nicht auf diese anwenden
ließ. Bei dieser bekannten Anordnung wurde das freie Innenleiterende der Symmetrierschleife
mit dem Ende eines in dein anderen, sonst freien Schenkel der Sy.mmetrierschleife
untergebrachten Innenleiters verbunden, der zusammen mit dem Außenleiter eine offene
2./4-lange Leitung bildete (deutsche Patentschrift 881078).
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In F i g. 1 der Zeichnung ist eine zu einem T-Glied ergänzte
Transformationsschleife für eine Schaltungsa#o#dp,4pg nach der f-ründ,4iqg da gestellt.
Die b#iden Schenkel -der Schleife werden durch Knaxialleitungsstücke mit den Außenleitern
1 und 3 und den Ignpnleiterg 4 ppd 4 gebildet. Auf der hochohmigen
Seite sind die Außenleiter 1 und 3 unmittelbar miteinander verbunden
und geerdet. An den beiden auf dieser Seite befindlichen Enden A' und B'
der Innenleiter besteht Widerstandsanpassung für einen äußeren Widerstand der Größe
4 R. Auf der niederohmigen Seite sind die Enden A und B der beiden Außenleiter
1 und 3 über die beiden ersten Längskapazitäten Cl mit den
Anschlußpunkten E und F verbunden, zwischen denen Widftstandsanpassung für
einen äußeren Widerstand der Größe R besteht. In der Zeichnung ist angedeutet, daß
ein Mittelabgriff dieses Widerstandes mit Erde verbunden sein kann, da die an den
Punkten E und F auftretenden Spannunr gen symmetrisch in bezug auf
den Erdpunkt sind.
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, Bei bekannten Ausführungsformen derartiger Transformationsschleifen
waren die Enden G und H der beiden Innenleiter 2 und 4 unmittelbar über Kreuz
mit den Enden B bzw. A der beiden Außenleiter verbunden. Die transformierende
Wirkung kam dabei dadurch zustande, daß auf der #Qchohmigen Seite die beiden W#,llenwiderstände
Z gleich 2R der Koaxialleitungsstücke miteinander in Reihe und auf der niederohmigen
Seite miteinander parallel geschaltet sind.
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In der Anordnung nach F i g. 1 sind in die überkreuzverbindungen
zwischen den Innenleiterenden G
und H und den Außenleiterenden A und
B die zweiten Längskapazitätßn C2 eingeschaltet und zusammen mit der
Induktivität der Schleife und den beiden Längskap#zität= C 1 derartig bemessen,
daß sie für den Arbeitsfrequenzbereich ein Breitband-T-Filterglied mit der
Schleifeninduktivität als Querglied bilden.
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Das Ersatzschaltbild dieser Anordnung nach F i g. 2 zeigt,
daß zwischen den Punkten A und B die #chleifeninduktivität L liegt. Die elektrische
Mitte dieser Induktivität ist mit Erde verbunden. AußerT dem sind zwischen den Punkten
A und B zwei Zweige eingeschaltet, die aus der Reihenschaltung
je
eines der Kondensatoren C2, eines der beiden Koaxiafleitungsstilcke
mit dem Wellenwiderstand Z und der Hälfte 2R des auf der hochohmigen Seite .vorhandenen
Anschlußwiderstandes 4R bestehen. Die in F i g. 1 durch Buchstabenbezeichnung
hervorgehobenen Anschlußpunkte sind mit den gleichen Buchstaben auch in F i
g. 2 bezeichnet.
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In F i g. 3 sind die beiden einander parallelen untereinander
gleichen Zweige. mit den Widerständen 2R in einem resultierenden Zweig zusammengefaßt,
der aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes der Größe R mit einer Kapazität
der Größe 2C2
besteht. Man erkennt, daß durch die erfindungsgemäße Einschaltung
der Kapazität C2 in die überr kreuzungsverbindungen das Gebilde den Charakter
eines T-Gliedes mit einem induktiven Querglied L erhält. Soll das TrGlied symmetrisch
sein, so sind die Kapazitäten auf beiden Seiten der Querinduktivität untereinander
gleich zu bemessen. Aus der ReihenT, schaltung der beiden Kapazitäten C
1 in F i g. 2 ergibt sich, übertragen auf F i g. 3, eine einzelne
Kapazität
der Größe 1/2C1, so daß für einen symmetri-
schen
Vierpol die Bedingung besteht: 1/2 C 1 = 2 C 2. Demnach ist
in F i g. 1 C 2 = 1/4 C 1 zu wählen.
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Die Bedingungen für die Bemessung eines T-Filtergliedes für einen
bestimmten Arbeitsfrequenzbereich sind zur Genüge bekannt, so daß darauf nicht näher
eingegangen zu werden braucht.
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F i g. 4 zeigt eine Umzeichnung der Anordnung nach F i
g. 1, in der die Transformationswirkung durch Einschaltung eines klassischen
Spulentransformators mit dem Spannungsübersetzungsverhältnis 2: 1 dargestellt
ist. Auch aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die auf der niederohmigen
Seite zwischen den Punkten E und F und den Anschlüssen an der Querinduktivität
L liegenden Längskapazitäten C 1 auf der hochohmigen Seite mit der
Größe 1/4 C 1
erscheinen müssen, wenn das T-Glied unter Berücksichtigung
der Widerstandstransformation 4 -. 1 symmetrisch sein soll.
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Durch die Erfindung wird es auch ermöglicht, eine Kompensationsschaltung
für eine Transformationsschleife in T-Form als Bandpaß auszubilden. Dazu wird in
an sich bekannter Weise die Schleifeninduktivität durch ihre Eigenkapazität oder
durch Ergänzung derselben mittels einer zwischen den freien Außenleiterenden
A, B eingeschalteten zusätzlichen Querkapazität C zu
einem auf die mittlere Frequenz des Arbeitsfrequenzbereiches abgestimmten Sperrkreis
ergänzt, und die genannten ersten und zweiten Längskapazitäten werden durch mit
ihnen in Reihe wirksame Längsinduktivitäten L 1, L 2 zu auf die gleiche
mittlere Frequenz abgestimmten Reihenresonanzkreisen ergänzt, wie dies aus F i
g. 5 ersichtlich ist.
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F i g. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i
g. 5, welches in der Art des Ersatzschaltbildes nach F i g. 2 aufgebaut
ist. In diesen Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen wie in den F i g. 1 und 2.
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F i g. 7 zeigt das vereinfachte Ersatzschaltbild für die Anordnung
nach F ig. 6. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß bei Zusammenfassung
der auf der einen Seite miteinander in Reihe liegenden zusätzlichen Blindwiderstandselemente
und der auf der anderen Seite in den Parallelzweigen vorhandenen zusätzlichen Blindwiderstandselemente
für symme-
trische Ausbildung des T-Gliedes zu fordern ist: 1/2C1 = 2C2,
also
C2 = 1/4 Cl und 1/2L2 = 2L1, also LI = 1/4L2. Die weiteren
Bemessungsgrundlagen für ein T-Glied nach F i g. 7 für einen bestimmten Arbeitsfrequenzbereich
sind aus der Fachliteratur bekannt. Es sei erwähnt, daß die Außenleiter
1 und 3 in den F ig. 1 und 5 auch in Spulenform aufgewickelt
sein können, um eine genügend große Induktivität zu erzielen.