DE1288658B - Mikrowellenuebertrager - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenübertrager F i g. 15 eine graphische Darstellung, welche die mit einem Eingang und mindestens zwei Ausgängen, Energieverteilung in dem Übertrager der F i g. 14 wiebestehend aus einem einseitig offenen Hohlleiter sowie dergibt.

in ihn parallel zu dessen offener Abschlußfläche hinein- F i g. 1 und 2 zeigen einen Rechteckhohlleiter 1 mit

ragenden Koppelsonden. 5 einem Eingang 4, der beispielsweise über eine nicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dargestellte Koaxialleitung an eine entsprechende

solchen Mikrowellenübertrager so auszugestalten, daß Stromquelle angeschlossen sein kann, und mit einer

bei ihm sich die Koppelsonden längs des Hohlleiters abschließenden oder kurzgeschlossenen Energie reflek-

ohne Änderung dessen Anpassung verschieben tierenden Endwandung 5. Die an den Eingang 4 des

lassen. io Hohlleiters angelegte Energie soll über ihn auf zwei

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen einander gleiche Lasten übertragen werden. Zu diesem Mikrowellenübertrager der eingangs genannten Art Zweck sind zwei Koppelsonden I₁ und 2₂ vorgesehen, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Sonden mit die durch in eine Seitenwandung mündende koaxiale ihrem Abstand zueinander gleich der Breite des Leitungen 3_X und 3₂ in den Hohlleiter hineinragen und Hohlleiters dividiert durch die Anzahl der Sonden 15 deren äußere Enden mit den betreffenden, nicht darangeordnet und längs des Hohlleiters gemeinsam ver- gestellten Lasten verbunden sind. Die Sonden sind in schiebbar sind. Erst auf Grund einer solchen Bemes- einer gemeinsamen Querebene P des Hohlleiters, sung ist es möglich, die Sonden längs des Hohlleiters d. h. in einer gemeinsamen Entfernung y von der ohne Änderung dessen Anpassung gemeinsam ver- Energie reflektierenden Endwandung 5 des Hohlleiters schieben zu können, so daß durch eine derartige Ver- 20 angeordnet und einander gleich. Der Abstand der

Reflexionsfaktor und Anpassung ändern. Zwar ist der Hälfte α der Breite α des Hohlleiters 1, d. h. der bereits ein Mikrowellenübertrager bekannt (USA.- Länge dessen Seitenwand!. Ohne Veränderung der Patentschrift 2 909 735), dessen beide Sonden im 25 Anpassung können die beiden Seiten I₁ und 2₂ auf der Rahmen der dort angegebenen Möglichkeiten auf einen Ebene P gemeinsam verschoben werden. Somit bleibt solchen Abstand einmal rein zufällig verschoben der Energiereflexionsfaktor am Eingang 4 des Hohlwerden könnten, daß die erst hier erkannte Wirkung leiters 1 konstant, wenn das Sondenpaar 2_X, 2₂ gemeinauftritt. Selbst aber wenn dieser Wert bei dem vorbe- sam längs des Hohlleiterquerschnitts verschoben, also kannten Übertrager einmal zufällig genau eingestellt 30 die in F i g. 1 und 2 gezeigte Entfernung χ willkürlich werden sollte, so ist jedoch keinesfalls die erst erfin- verändert wird, sofern der Abstand der beiden Sonden dungsgemäß erkannte Wirkung ersichtlich, zumal dort ., , . —.■,„ . a ,, -,."-r-.'- ""-dm 1 * · *

die Möglichkeit, die Sonden unter Beibehaltung der · ^{auf dem konstaQ}te^{Q Wert} T ^bleibt· ^{Dieser Effekt ist} Anpassung verschieben zu können, nirgends erwähnt umkehrbar, so daß der Hohlleiter entweder als einziger ist, und daher die dort einmal zufällig vorgenommene 35 Energieeingang und die zwei Sonden als Ausgänge oder Sondeneinstellung auch nicht regelmäßig wiederholbar die Sonden als zwei Eingänge und der Hohlleiter als ist. Erst aber dadurch, daß gemäß der Erfindung der einziger Ausgang verwendet werden können. Sondenabstand genau auf den kennzeichnungsmäßig Wenn die Entfernung? der gemeinsamen EbeneP

bestimmten Wert eingestellt wird, ergibt sich die bisher der Sonden von der Energie reflektierenden Endwannicht erkannte Unabhängigkeit der Anpassung von 40 dung 5 gegenüber den übrigen Daten des Hohlleiters der Stellung der Sonden und damit die Möglichkeit entsprechend gewählt wird, so daß die Eingangs- und der Einstellung verschiedener Energieverteilungen. Ausgangskreise für jeden beliebigen Wert der Entin der Zeichnung sind Mikrowellenübertrager der fernung χ (d. h. für jede beliebige Stellung des Sondenerfindungsgemäß vorgeschlagenen Art in einigen bei- paares in der Querebene P) angepaßt sind, bleibt die spielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch 45 Anpassungsbedingung für alle Werte von χ (für alle veranschaulicht. Es zeigen Stellungen des Sondenpaares auf der Ebene P) bei-

F i g. 1 und 2 zwei zueinander senkrecht geführte behalten, sofern nur der Abstand zwischen den Sonden Querschnitte durch einen Mikrowellenübertrager ge- , . . α ,, .,. maß der Erfindung, konstant _y bleibt.

F i g. 3 und 4 im Quer- und Längsschnitt eine 50 In diesem Anpassungszustand wird die am Eingang 4 weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen in den Hohlleiter 1 eingespeiste Energie vollständig veränderbaren Übertragers, wobei F i g. 4 ein Schnitt zwischen den beiden Lasten verteilt. Die Energielängs der Linie IV—IV der Fig. 3 und Fig. 3 ein verteilung zwischen den beiden Sonden hängt natürlich Schnitt längs der Linie III der F i g. 4 ist, von deren Lage im Hohlleiter, d. h. von dem Wert χ ab.

F i g. 5 bis 9 jeweils im Querschnitt verschiedene 55 Die über die beiden Sonden I₁,2_a auf die Lasten überandere Ausführungsformen des Mikrowellenüber- tragenen Ausgangskömponenten lassen sich, auf χ tragers gemäß der Erfindung, und α bezogen, durch folgende zwei Gleichungen aus—

F i g. 10 im Längsschnitt eine weitere Ausführungs- drücken:
form, , γ

Fig. 11 und 12 Längsschnitte parallel bzw. senk- 60 ρ _ ρ |_sm ^πχ \

recht zu den Elektroden durch eine andere Ausfüh- \ ^a I

rungsform, " , ^ W

Fig. 13 eine Ansicht eines anderen, kontinuierlich ρ ₌ ρ inns ^πχ

veränderbaren Übertragers, ^s ° \

F i g. 14 einen zyklisch kontinuierlich veränderbaren 65

Übertrager, der als veränderbare Einspeiseschaltung in denen P₀ die an den Eingang 4 angelegte Leistung für eine Radarantennenanlage verwendet werden kann, und P₁ und P₂ die an den Sonden I_x und 2_a verfüg- und baren Leistungskomponenten darstellen, die an die

ρ _ ρ

r 2 — *0

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betreffenden Lasten angelegt werden. Durch Verbin- Diese Möglichkeit ist in F i g. 6 dargestellt, in der zwei dung der beiden Gleichungen (1) ergibt sich, daß Gruppen je zweier Sonden gezeigt sind. Hierbei sind

die Sonden I₁ und 2₃ einer ersten Zweiergruppe um -£· 5 und die Sonden 2₂ und 2₄ einer zweiten Zweiergruppe

ist, was bedeutet, daß die Verteilung der Eingangs- _umdenAbstand ^ voneinander getrennt. Die Sonden 2, energie zwischen den beiden Sonden und den dazu- 2 ^b *

gehörigen Lasten vollständig ist, da die Summe der und 2₂ und die Sonden 2₃ und 2₄ liegen jedoch jeweils

Ausgangsenergien gleich der Eingangsenergie ist _{in d and Ab d} j a
Die zuvor beschriebenen Eigenschaften können io 2

verschiedenartig zum Bau von Hohlleiterübertragern, ergebende Gesamtleistungsverteilung zwischen den

Schaltern und anderen Mikrowellenbauteilen ausgenutzt verschiedenen Sonden ist etwas verwickelter als in den

werden, bei denen Energie zwischen einem Eingang vorhergehenden Fällen, kann jedoch leicht bestimmt

und mindestens zwei Ausgängen oder umgekehrt werden,
übertragen werden soll. Beispielsweise stellen F i g. 3 *5 F i g. 7 und 8 lassen erkennen, daß unter Beibe-

und 4 einen veränderbaren Mikrowellenübertrager _{haU des konstant}enAbstandes von^zwischen den mit einem Rechteckhohlleiter 1 dar, der eine Boden- 2
wandung 6 mit gegenüber der übrigen Wandstärke beiden Sonden deren Anordnung im Hohlleiter vergrößerer Stärke und mit einem Querschlitz 7' besitzt. schieden sein kann. In F i g. 7 beispielsweise sind die Ein in diesem Schlitz 7' gleitbar angeordnetes Glied 7 »° beiden Sonden I₁ und 2₂ anstatt von verschiedenen trägt zwei in den Hohlleiter 1 hineinragende Sonden I₁ Stellen der gleichen Seitenwandung des Rechteck- und 2₂, die in rohrförmigen Aussparungen des Ver- hohlleiters durch verschiedene Seitenwandungen desschiebungsgliedes 7 angeordnete Koaxialleitungen 3_X selben hindurchgeführt. Ansonsten ist die Anordnung und 3„ verlaufen und außerhalb mit nicht dargestellten die gleiche wie in F i g. 1. In F i g. 8 sind die beiden Lastkreisen verbunden sind. Vorzugsweise bilden mit »5 Sonden I₁ und 2₂ mit ihren in den Hohlleiter 1 eindem Schlitz 7' in Verbindung stehende Seitenschlitze 8_X geführten Enden in der der Einführung gegenüber- und 8₂ Fallen zur Verringerung von Energieverlusten. liegenden Seitenwandung desselben gehalten.
Wird im Betrieb das Verschiebungsglied 7 in seinem In einem Mikrowellenübertrager gemäß der Erfin-Schlitz von Hand oder sonstwie bewegt, so wird der dung braucht der Hohlleiter nicht unbedingt recht-Anteil an Eingangsenergie, der auf die beiden die 3o eckig zu sein, vielmehr lassen sich andere Querschnitts-Proben 2j und 2₂ und deren Leiter 3_t und 3₀ enthal- formen unter der Voraussetzung verwenden, daß die tenden Koaxialleitungen übertragen wird, kontinuier- Querschnittsform eine gleichmäßige Verteilung der lieh gemäß den Gleichungen (1) verändert, wobei bei Sonden in dem Hohlleiter in einer solchen Art zuläßt, jeder derartigen Bewegung die Anpassung der Energie- daß der Abstand zwischen den Sonden erfindungsgemäß kopplung unbeeinflußt bleibt. Die Amplituden- 35 einen bestimmten Bruchteil einer Abmessung des Phasenverhältnisse werden also nicht verändert. Hohlleiters bildet.

F i g. 5 stellt einen erfindungsgemäßen Mikrowellen- Infolgedessen gilt das allgemeine, von der Erfindung

Übertrager dar, bei dem im Rechteckhohlleiter 1 mit gelehrte Verhältnis
der Breite α fünf Sonden I₁ bis 2₅ angeordnet sind,

deren Abstand zueinander jeweils y beträgt. Die ^{e =} ^T' ^

Anordnung jeder Sonde kann ebenso wie bei dem

Übertrager gemäß F i g. 1 und 2 sein. worin e der Abstand zwischen den Sonden a die beim allgemeinen Falle, bei dem η Sonden jeweils im treffende Hohlleiterabmessung und η die Anzahl an , a . , „ , ,. „ .45 Sonden ist, für den Fall, in dem die Werte e und a Abstand - zueinander liegen, erfolgt die Energie- _winkel. _ansta„ Lineargrößen sind. Dies ist in F i g. 9

Verteilung zwischen den Sonden in der Weise, daß dargestellt, die einen Hohlleiter mit zwei konzen-

eine Ausgangsleistung Pt an die Me Sonde entsprechend irischen teilzylindrischen, einander gegenüberliegenden

nachstehender Gleichung übertragen wird, wobei/ Seitenwandungen 10 und 11 zeigt, die mit zwei

alle ganzen Zahlen von 1 bis η annehmen kann: 5<> radialen Abschlußwandungen 12 und 13 miteinander

verbunden sind. Hierbei sind beispielsweise zwei Sonden I₁ und 2₂ vorgesehen, die radial zu den bogen-

_2.₂/πχ..π\ förmigen Seitenwandungen 10 und 11 verlaufen. Die

^Fi~ H °^Sm \ ~cT "~ Ii j' '^ Winkelentfernung zwischen den beiden Sonden beträgt

55 die Hälfte des Winkelabstandes « zwischen den ra-

wobei dialen Abschlußwandungen 12 und 13.

η Eine weitere Ausführungsform ist in Draufsicht in

^ Pt — P₀ F i g. 10 wiedergegeben, die einen Hohlleiter mit

»=i " auseinanderlaufenden Seitenwandungen 14 und 15

6o und einer bogenförmigen Kurzschlußendwandung 16

ist. zeigt, die im wesentlichen zylindrisch und koaxial zu

Während grundsätzlich gemäß der Erfindung der dem Schnittpunkt der beiden auseinanderlaufenden

Abstand zwischen den Sonden gleich sein soll, kann Seitenwandungen 14,15 verläuft. In diesem Falle sind

in bestimmten Fällen dieser gleiche Abstand zwischen die z. B. zwei Sonden I₁ und 2₂ so angeordnet, daß sie

den Sonden in jeder Gruppe einer in dem Hohlleiter 65 auf einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen, die

vorhandenen Vielzahl von getrennten Sondengruppen koaxial zu der bogenförmigen Endwandung 16 ver-

bestehen, wobei die Sonden verschiedener Gruppen läuft, wobei der Winkelabstand zwischen den beiden

unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen. Sonden wiederum die Hälfte des von den Seiten-

wandungen 14 und 15 eingeschlossenen Winkels« beträgt.

Eine demgegenüber abgewandelte Ausführungsform ist in F i g. 11 und 12 dargestellt, die einen Recht" eckhohlleiter 1 mit einer Vielzahl Sonden 21, 22, 23 zeigen, die in ihm auf einer gemeinsamen Zylinderfläche wie in F i g. 10 angeordnet sind. In diesem Falle laufen jedoch die parallel zu der gemeinsamen Richtung der Sonden liegenden Seitenwandungen 17 und 18 nicht wie in F i g. 10 auseinander, sondern liegen einander parallel. Die Kurzschlußwandung 5, die das reflektierende Ende des Hohlleiters bildet, muß hierbei eine Drehfläche sein, die zu der Mittelachse C der Zylinderflächen koaxial liegt, auf denen die Sonden 21, 22... entsprechend F i g. 12 angeordnet sind. Vorzugsweise ist die reflektierende Wandung 5 jedoch in einer sehematisch in Fig. 11 gezeigten Art profiliert, bei der das Profil der Abschlußfläche der Wandung 5 zinnenartig ausgebildet ist und einen Vorsprung in der Nähe des freien Endes der in den Hohlleiter ragenden Sonden 2 und eine Vertiefung in Nähe des unteren Teiles der Sonden besitzt. Die genaue Form dieses Profils läßt sich durch Versuche ermitteln, um einen befriedigenden Impedanzabgleich bei der Energieübertragung in dem Übertrager in einem breiten Frequenzband zu gewährleisten.

F i g. 13 stellt eine Ausführungsform eines veränderbaren Mikrowellenübertragers gemäß der Erfindung dar, die als kontinuierlich veränderbarer Leistungsschalter oder Speiseleiter Verwendung finden kann. Diese Ausführungsform gleicht weitgehend dem Übertrager gemäß F i g. 3 und 4, außer daß das Verschiebungsglied 7 wesentlich länger ausgeführt ist und eine Vielzahl von Sonden 2 besitzt, die aus ihm in gleichmäßigem Abstand hervorstehen, welcher der Hälfte der Breite des Hohlleiters 1 entspricht, durch den das Verschiebungsglied 7 hindurchbewegt werden kann. Bei dieser Bewegung findet die Übertragung der Energie vom Hohlleiter aufeinanderfolgend auf sämtliche Sondenpaare zweier Paare von Elektroden (und dazugehörige Koaxialleitungen 3 nebst Lasten) statt, um eine kontinuierlich veränderliche oder progressive Schaltwirkung zu erzielen.

Eine Abänderung einer solchen kontinuierlich veränderlichen Schalteinrichtung zur Einspeisung für eine Mehrhorn-Radarantennenanlage ist in Fig. 14 und 15 dargestellt. In diesem Falle ist ein ringförmiges Glied 7 vorgesehen, das hier stationär gezeigt ist und eine Vielzahl von Sonden 2 besitzt, die radial nach außen vorstehen. Die Sonden 2 an dem ringförmigen Glied 7 sind vorzugsweise über Koaxialleiter mit aufeinanderfolgenden Hörnern 2O₁ bis 20» einer Anordnung von Antennen mit _n Hörnern verbunden. Die Anzahl η der Hörner der Antennenanlage ist gleich der Anzahl an Sonden 2 an dem Glied 7. Das Speisesystem besitzt weiterhin einen beweglichen Verteiler 25 in Form eines Hohlleiterabschnitts mit einer grundsätzlichen Querschnittsform, die der mit Bezug auf F i g. 9 beschriebenen Form ähnlich ist. Das Winkelmaß der bogenförmigen Wandung 10 des Hohlleiters 25 entspricht in diesem Falle dem vierfachen Betrag des Winkelabstandes zwischen zwei nebeneinanderliegenden radialen Sonden 2 an dem ringtörmigen Glied 7. Wenn der Verteiler 25 um das ringförmige Glied 7 längs dessen Umf anges herumbewegt wird, wird Energie von einem nicht dargestellten Eingang des Hohlleiterverteilers 25 auf eine Gruppe von vier auf- -einanderfolgenden Antennenhörnern 20 übertragen, so daß die Eingangsenergie gleichzeitig in alle vier Hörner der Gruppe eingespeist wird. Die graphische Darstellung 22 in F ί g. 15 läßt erkennen, wie die Eingangsenergie unter den vier Hörnern der zu einem bestimmten Zeitpunkt gespeisten Gruppe verteilt wird. Während der Verteiler 25 kontinuierlich um das Glied 7 herumgedreht wird, bewegt sich diese Energieverteilungskurve über die Antenne hin und her und ergibt infolgedessen eine schnelle Abtastung.

Die Anordnung mindestens zweier Sonden kann in ihrer Gesamtheit gegenüber dem Hohlleiter, wie etwa bei den vor allem in F i g. 3 und 4, 11 und 12, 13, 14 und 15 gezeigten Ausführungsformen beweglich sein; bei bestimmten Ausführungsformen braucht aber eine solche relative Bewegung zwischen Sonden und Hohlleiter nicht stattzufinden, wie dies beispielsweise in F i g. 1 und 2 und in jeder der F i g. 5 bis 10 gezeigt ist. Beispielsweise kann der Mikrowellenübertrager gemäß der Erfindung in dieser statischen Ausführung zur Herstellung eines üblichen Leistungsteilers, z, B, für Meßzweeke, verwendet werden. Eine solche Vorrichtung kann im wesentlichen dem in F i g. 1 und 2 wiedergegebenen Aufbau gleichen und an einen Mikrowellenleistungsgenerator angeschlossen sein, der eine Leistung P₀ in den Eingang 4 des Hohlleiters, beispielsweise über eine Koaxialleitung, einspeist. Da die Ausgangsleistung auf die beiden mit Koaxialleitungen 3₀ und3i verbundenen gleichenLasten gemäß den bereits angeführten Gleichungen (1) übertragen wird, beträgt das Verhältnis zwischen den beiden Ausgangsleistungswerten:

Diese Gleichung zeigt, daß die Leistungsverteilung nur von der geometrischen Auslegung der Anordnung Tand nicht von der Frequenz oder von anderen Faktoren abhängt.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Mikrowellenübertrager mit einem Eingang und mindestens zwei Ausgängen, bestehend aus einem einseitig offenen Hohlleiter sowie in ihn parallel zu dessen offener Abschlußfläche hineinragenden Koppelsonden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (2_X, 2₂) mit ihrem Abstand zueinander gleich der Breite (α) des Hohlleiters (1) dividiert durch die Anzahl der Sonden angeordnet und längs des Hohlleiters (1) gemeinsam verschiebbar sind.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sonden (2₁₅ 2_a) vorgesehen sind.

3. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (1) rechteckig ist.

4. Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende reflektierende Endwandung (5) des Hohlleiters (1) einen Teil einer Hohlzylindermantelwandung bildet und die Sonden (2_l5 2₂) im wesentlichen auf Mantellinien eines Hohlzylindermantelausschnittes liegen, der parallel zur reflektierenden Endwandung (5) verläuft.

5. Übertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (1) Seitenwandungen (14, 15) besitzt, die zu den Sonden (2_l5 2₂) parallel liegen und in Längsrichtung des Hohlleiters (1) entlang zu der Hohlzylindermantelwandung radialen Ebenen auseinanderlaufen.

6. Übertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endwandung (5) in Nähe der Sonden (I₁, 2₂) ein kronenförmiges Profil besitzt.

7. Übertrager nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Seitenwandungen (10, 11) die Form von koaxialen, zylindrischen Flächen und die beiden anderen gegenüberliegenden Seitenwandungen (12, 13) die Form von zu diesen zylindrischen Oberflächen (10, 11) radialen Ebenen besitzen und daß die Sonden (I₁, 2₂) radial zu den zylindrischen Flächen (10, 11) verlaufen und einen Winkelabstand aufweisen, der gleich dem Winkelabstand der Zylinderflächen (10,11) geteilt durch die Anzahl der Sonden (I₁, 2₂) ist.

8. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein für eine gesamte Verschiebung der Sonden (2_1; 2₂) gegenüber dem Hohlleiter (1) vorgesehenes Verschiebungsglied (7).

9. Überträger nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sonden (I₁, 2₂) auf dem gegenüber dem Hohlleiter (1) verschiebbaren Verschiebungsglied (7) angeordnet sind.

10. Übertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebungsglied (7) eine Vielzahl von Sonden (2_l5 2₂) aufweist und länger als die Hohlleiterbreite ist.

11. Übertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebungsglied (7) ein gerade und parallel zu der senkrecht zu den Sonden (I₁, 2₂) verlaufenden Hohlleiterwandung liegender Streifen ist.

12. Übertrager nach Anspruch 10, zurückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebungsglied (7) kreisförmig ist und der Hohlleiter (1) um den Mittelpunkt des so gebildeten Kreises drehbar ist.

13. Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Sondenanschluß der Eingang und die anderen Sondenanschlüsse einen Leistungsteiler bildende Ausgänge sind.

14. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Sonden (2_1; 2₂) von deren gemeinsamer Oberfläche und der Hohlleiterendwandung derart gewählt ist, daß die an einem ersten Sondenanschluß und an den übrigen Sondenanschlüssen auftretenden Energien angepaßt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 506/1223