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Brückenanordnung zur gegenseitigen Entkopplung zweier Hochfrequenzgeneratoren
gleicher Frequenz mit gemeinsamem Ausgangswiderstand Das Hauptpatent 1210
929 bezieht sich auf eine Brückenanordnung zur gegenseitigen Entkopplung
zweier Hochfrequenzgeneratoren von untereinander gleicher Frequenz und gleicher
Phase, deren Ausgangsleistungen im Normalbetriebsfall einem gemeinsamen Ausgangswiderstand
zufließen, während gleichzeitig durch einen Lastausgleichwiderstand im wesentlichen
kein Hochfrequenzstrom fließt. In einer solchen Brückenanordnung sind nach dem Hauptpatent
der erste Generator und der zweite Generator über je
ein Hochfrequenzleitungsstück
von der elektrischen Länge A/8 und mit einem Wellenwiderstand Z
= 2R mit dem Ausgangswiderstand der Größe R verbunden, und eine Reihenschaltung
des Lastausgleichwiderstandes von der Größe 2R mit einem kapazitiven Blindwiderstand
des Betrages 2R ist zwischen zwei gleichartigen, nicht mit Masse oder Erde verbundenen
Klemmen beider Generatoren eingeschaltet, wobei A die der mittleren Betriebsfrequenz
entsprechende Wellenlänge ist.
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Die Brückenanordnung nach dem Hauptpatent zeichnet sich durch besonders
einfachen Aufbau- mit nur wenigen Bauelementen aus und erlaubt den Anschluß von
Generatorspannungen untereinander gleicher Frequenz und gleicher Phase. Sie besitzt
außerdem die in vielen Fällen erwünschte Eigenschaft, daß der gemeinsame Ausgangswiderstand
nur die halbe Größe der an den beiden Eingangsklemmenpaaren in Erscheinung tretenden
Eingangswiderstände besitzt, mit denen die beiden Hochfrequenzgeneratoren belastet
werden. In vielen Fällen reicht dieses Transformationsverhältnis der Widerstände
von 2: 1 noch nicht aus, sondern man wünscht aus Anpassungsgründen, daß die
Brückenanordnung ein höheres Widerstands-Transformationsverhältnis hätte. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brückenanordnung auf der Grundlage des Prinzips
der Brückenanordnung nach dem Hauptpatent anzugeben, die ein größeres Abwärts-Transformationsverhältnis
der Widerstände besitzt und in ihrem Aufbau ebenso einfach ist wie die zugrundeliegende
Brückenanordnung.
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Eine Brückenanordnung zur gegenseitigen Entkopplung zweier Hochfrequenzgeneratoren
von untereinander gleicher Frequenz und gleicher Phase, deren Ausgangsleistungen
im Normalbetriebsfall einem gemeinsamen Ausgangswiderstand zufließen, während gleichzeitig
durch einen Lastausgleichwiderstand im wesentlichen kein Hochfrequenzstrom fließt,
in welcher nach Patent 1210 929 der erste Generator und der zweite
Generator über je ein Hochfrequenzleitungsstück von der. elektrischen Länge
#/8 mit dem Ausgangswiderstand verbunden sind und eine Reihenschaltung des Lastausgleichwiderstandes
von der Größe 2R zwischen zwei gleichphasigen, nicht mit Masse oder Erde verbundenen
Klemmen beider Generatoren eingeschaltet ist, wobei A die der mittleren Betriebsfrequenz
entsprechende Wellenlänge ist, wird erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Abänderung,
daß die Leitungsstücke der elektrischen Länge A/8
durch je ein aus
konzentrierten Bauelementen bestehendes L-Filterglied des entsprechenden Phasenmaßes
z/4 nüt eingangsseitigem Querglied ersetzt sind und bei an den Anschlüssen der beiden
Generatoren erscheinenden Eingangsimpedanzen der Größe 2R der gemeinsame Ausgangswiderstand
den Wert R/2 aufweist.
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Es ist bekannt, daß Hochfrequenzleitungsstücke einer bestimmten elektrischen
Länge durch Ersatzschaltungen mit konzentrierten Bauelementen ersetzt werden können,
welche den entsprechenden Phasenwinkel aufweisen. Im vorliegenden Fall besteht die
Änderung jedoch nicht nur in einem solchen Ersatz, sondern darüber hinaus sind die
im Anpassungszustand, also ohne Transformationswirkung, betriebenen Leitungsstücke
der Brückenanordnung nach dem Hauptpatent durch quasistationäre Schaltungen ersetzt,
die eine zusätzliche Widerstandstransformation im Verhältnis 2: 1 ergeben.
Daher ergibt sich insgesamt
zwischen den Eingangsanschlüssen der
Brückenanordnung und dem gemeinsamen Ausgangswiderstand ein Transformationsverhältnis
4: 1.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Brückenanordnung nach der
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In F
i g. 1
sind S, und S, die beiden Hochfrequenzgeneratoren, deren
untere Anschlüsse miteinander und mit Erde oder Masse verbunden sind und an deren
oberen Anschlüssen die Spannungen U, und U, gegen Erde auftreten.
Diese Spannungen sind mit den Eingangspunkten I und 11 der Brückenanordnung
verbunden. Diese Brückenanordnung besteht aus den L-Filtergliedern mit den eingangsseitigen
Querblindwiderständen Xp und den Reihenblindwiderständen Xn, über welche der Anschlußpunkt
III des gemeinsamen Ausgangswiderstandes RA von der Größe R/2 mit den beiden Eingängen
1 und 11 verbunden ist. Wie bei der Anordnung nach dem Hauptpatent liegt
zwischen den Punkten 1 und 11 der Lastausgleichzweig mit dem Lastausgleichwiderstand
LA W von der Größe 2 R und dem Reihenblindwiderstand XL von
der Größe -j 2 R.
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Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die Anordnung hinsichtlich
der Größe der an den Anschlußklemm n der Generatoren S, und
S, in Erscheinung tretenden Anpassungswiderstände 2R und hinsichtlich der
Bemessung des Lastaus eichzweiges der Anordnung ZD 91
nach F i g. 1
des Hauptpatentes entspricht. Die im Hauptpatent zur Verbindung der Eingangsklemmen
mit dem gemeinsamen Ausgangswiderstand vorgesehenen Leitungsstücke sind jedoch durch
die L-Filterglieder des Phasenmaßes z/4 ersetzt, die aus den Querblindwiderständen
Xp und den Reihenblindwiderständen XR bestehen. Durch die Wirkung der eingangsseitigen
Querglieder findet in diesen L-Filtergliedern eine Abwärtstransf ormation .des Widerstandes
im Verhältnis 2: 1 statt. Der gemeinsame Ausgangswiderstand R,4 erhält daher
die Größe _R/2.
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In der in F i g. 1 dargestellten Anordnung können auch L-Filtergheder
mit induktiven Querblindwiderständen Xp und kapazitiven Längsblindwiderständen XR
eingesetzt werden, wobei sich durch entsprechende Bemessung die - gleiche
Transformationswirkung erzielen läßt. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungs-form
mit kapazitiven Querblindwiderständen ist jedoch die erwünschte Nebenwirkung einer
besseren Oberwellendämpfung vorhanden.
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Die Darstellungen der F ig. 2 bis 4 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Im normalen Parallelbetrieb kann man sich wegen der Gleichheit und der Gleichphasigkeit
der Spannungen U, und U, die Anschlußpunkte 1 und II miteinander verbunden
denken, so daß die beiden Generatoren S, und S,
einander unmittelbar
parallel geschaltet werden. Dann sind auch die Blindwiderstände der L-Filterglieder
einander parall geschaltet, so daß sich parallel zu den gemeinsamen Anschlüssen
beider Generatoren der halbe kapazitive Querblindwiderstand in der Größe -jR und
zwischen dem Anschlußpunkt I, II und dem mittleren Brückenpunkt III ein resultierender
induktiver Reihenblindwiderstand von der Größe +jR12 ergibt. Die Anordnung gemäß
F i g. 3 ist derjenigen nach F i g. 2 elektrisch identisch, jedoch
wurde die Längsinduktivität der F i g. 2 in eine Parallelinduktivität umgerechnet.
Es ergeben sich dann die eingetragenen, einander parallelhegenden Blindwiderstände
-jR und +jR. Durch Wegfall der Transformationswirkung des L-Gliedes vergrößert
sich der Wert des Ausgangswiderstandes auf R. F i g. 4 ergibt sich unmittelbar
aus F i g. 3 durch Weglassen der sich zum Sperrkreis ergänzenden Blindwiderstände
entgegengesetzter Art, so daß man anschaulich erkennt, daß jeder Generator auf einen
reellen Ausgangswiderstand der Größe 2R arbeitet, wie es den Anpassungserfordernissen
entspricht.
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Die Funktion der Anordnung als echte Parallelschaltungsbrücke mit
gegeneinander entkoppelten Eingangsanschlüssen erfordert, daß bei Ausfall eines
der beiden Hochfrequenzgeneratoren an seinem Anschlußpunkt I bzw. 11 die
vom anderen noch in Betrieb befindlichen Generator herrührende Spannung gleich Null
wird. Eine einfache Rechnung unter Bezugnahme auf die Schaltung nach F i
g. 5 zeigt, daß die Brückenanordnung nach F i g. 1 diese Forderung
erfüllt. Zur Vereinfachung der Rechnung werden normierte, d. h. auf einen
bestimmten Widerstandswert bezogene Impedanze.n eingeführt. Setzt man den Wert der
an den Eingangsklemmen in Erscheinung tretenden Anpassungswiderstände 2R gleich
1, so ist in F i g. 5
für den Lastausgleichwiderstand der Größe 2R
ebenfalls der Wert 1 einzusetzen, wie auch der Blindwiderstand der Reihenkapazität
des Lastausgleichzweiges der Größe -j 2R den normierten Wert
1
erhält. Für die Längsinduktivitäten zwischen den Punkten I und II ergeben
sich die normierten Impedanzen 1/2 und für den gemeinsamen Ausgangswiderstand ergibt
sich der Wert 1/4. Entsprechend der Voraussetzung sei angenommen, daß der an den
Punkt II angeschlossene Hochfrequenzgenerator ausgefallen ist. Die Spannung des
noch in Betrieb befindlichen Hochfrequenzgenerators S, ist mit U bezeichnet.
Voraussetzungsgemäß soll am Punkt II kein Teilbetrag der Spannung U auftreten.
Da die kapazitiven Querglieder Xp der F i g. 1 den Generatoranschlüssen unmittelbar
parallel liegen, ergeben sie keine Kopplung zwischen dem Kreis des Stromes
1, und dem Kreis des Stromes 12 der F i g. 5 und können daher in der
Betrachtung außer acht gelassen werden.
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Die Gleichungen der Maxwellschen Zyklen für die Anordnung nach F i
g. 5 lassen sich in folgender bekannter Form schreiben:
| 11 12 |
| + 1 = U |
| 4 2 2 |
| --i 1 1 = 0 |
| 2 |
Damit ist die Nennerdeterminante:
Die Zählerdeterminanten der Ströme I, und 12 lauten:
Somit ist
Die Spannung am Punkt
11 ist demnach:
wie erforderlich.
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Der Eingangsleitwert beträgt:
Die Eingangsimpedanz der Schaltung nach F i g. 5
besteht also aus der
Parallelschaltung eines Wirkwiderstandes der Größe 1 und eines induktiven
Blindwiderstandes ebenfalls der Größe 1. Da die wirkliche Schaltung nach
F i g. 1 außerdem je einen kapazitiven Blindwiderstand der Größe
1 parallel zu den Eingängen aufweist, ergänzen sich die Blindwiderstände
zu einem Sperrkreis, und es bleibt, wie erforderlich, der Wirkwiderstand
1 übrig. Die in F i g. 1 gezeigte Brückenanordnung erfüllt also die
an sie zu stellenden Forderungen.
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Die kapazitiven Querglieder parallel zu den Eingängen ergeben zusätzlich
den Vorteil, daß die verteilten Kapazitäten der Abschirmungen der Bauelemente des
auf Hochfrequenzpotential gegenüber Erde liegenden Lastausgleichzweiges aufgenommen
und unschädlich nach Erde abgeleitet werden können.
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F i g. 6 zeigt, daß durch symmetrische Aufteilung des Lastausgleichzweiges
ein Symmetriepunkt IV erhalten wird, mit dessen Hilfe bei geeigneter Bemessung auch
der Anschluß eines dritten Senders sowie eine Staffelung von gleichartigen Brückenanordnungen
zur Verbindung von vier oder mehr Sendern mit einem gemeinsamen Ausgangswiderstand
ermöglicht werden.