DE1591017C3 - Broadband line transmitter - Google Patents

Broadband line transmitter

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DE1591017C3
DE1591017C3 DE19671591017 DE1591017A DE1591017C3 DE 1591017 C3 DE1591017 C3 DE 1591017C3 DE 19671591017 DE19671591017 DE 19671591017 DE 1591017 A DE1591017 A DE 1591017A DE 1591017 C3 DE1591017 C3 DE 1591017C3
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individual conductors
line
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conductors
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DE19671591017
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Reinhard 5000 Köln Schellens
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Robert Bosch GmbH
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Description

ÜR -ÜR -

(A)(A)

3535

innerhalb einer zugelassenen Fehlergrenze für Urerfüllt ist.is met within an approved error limit for Ur .

d) Der Wellenwiderstand Z zwischen je zwei benachbarten der sämtlich nebeneinander oder übereinander angeordneten Einzelleiter der Leitungen ist gleich und wird nach der Gleichung:d) The characteristic impedance Z between any two adjacent individual conductors of the lines, all of which are arranged side by side or one above the other, is the same and is calculated according to the equation:

2 = RF - 2 = R F -

S-MS-M

4545

oderor

S-MS-M

(B, C)(B, C)

bemessen.measured.

e) Die Anschlüsse des Ausganges (3, 4) des Übertragers müssen mit Anzapfungen (11, 12) der Wicklung derart verbunden werden, daß die eine an der Mitte der Windung (M — k) und die andere an der Mitte der Windung (S-k) liegt, wobei k eine beliebige ganze Zahl von Null bis ^0 (M-1) ist.e) The connections of the output (3, 4) of the transformer must be connected to taps (11, 12) of the winding in such a way that one is at the center of the turn (M - k) and the other at the center of the turn (Sk ) , where k is any integer from zero to ^ 0 (M- 1).

Sollen Hochfrequenz-Einrichtungen miteinander verbunden werden, deren Ausgangs- bzw. Eingangswiderstand nicht übereinstimmt, so verwendet man breitbandige Anpassungsübertrager. Handelt es sich um sehr hohe Frequenzen, beispielsweise um Fernsehfrequenzen, so werden Leitungen mit bestimmten Wellenwiderständen als Übertrager benutzt; NTZ, 1966, Seiten 527 bis 538.If high-frequency devices are to be connected to one another, their output or input resistance does not match, broadband matching transformers are used. Is it very much High frequencies, for example around television frequencies, are lines with certain wave impedances used as a transformer; NTZ, 1966, pages 527-538.

Bekannte Leitungsübertrager haben gewöhnlich ein Transformationsverhältnis von 1 :1 oder 4 : 1, das durch aus je zwei Einzelleitern bestehende Doppelleitungen bestimmter Länge und bestimmten Wellenwiderstandes realisiert wird. Beispielsweise kann man zwei Doppelleitungen am Eingang des Übertragers in Reihe an dessen Ausgang in Serie schalten und mindestens eine Doppelleitung durch einen ferromagnetischen Kern führen; man erhält damit einen Übertrager 4:1; NTZ, 1966, Seite 533.Known line transformers usually have a transformation ratio of 1: 1 or 4: 1, the through Double cables of a certain length and wave resistance, each consisting of two individual conductors is realized. For example, you can connect two double lines at the input of the transformer in series Connect the output in series and at least one double line through a ferromagnetic core to lead; this gives a 4: 1 transformer; NTZ, 1966, p. 533.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, zur Erzielung anderer Transformationsverhältnisse als 4 : 1 mehrere der soeben beschriebenen, aus je zwei Doppelleitungen bestehenden Übertrager parallel und/oder in Serie zu schalten; NTZ, 1966, Seite 535, Abschnitt 5. Hierbei entstehen jedoch unvermeidbar Stoßstellen und Nebenschlußwege, die die Wirkungsweise dieser Einrichtungen stark beeinträchtigen. Außerdem sind der Aufwand und der Platzbedarf zu groß.Furthermore, it has been proposed to achieve transformation ratios other than 4: 1 several the transformer just described, each consisting of two double lines, in parallel and / or in series switch; NTZ, 1966, page 535, section 5. However, this inevitably creates joints and shunt paths, which severely impair the functioning of these facilities. Plus are the effort and the space required is too large.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Leitungsübertrager zu schaffen, dessen Dimensionierung und Herstellung bei beliebig wählbarem, also auch ungeradem Transformationsverhältnis möglichst einfach ist.The invention is based on the object of creating a broadband line transformer, of which Dimensioning and production with arbitrarily selectable, i.e. also uneven transformation ratio is as simple as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Leitungsübertrager der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Leitungsübertrager zur Bildung eines beliebig wählbaren Transformationsverhältnisses zwei, je eine die Zahl 2 übersteigende Anzahl 5 von Einzelleitern enthaltende Leitungen hat, von denen die eine durch einen ferromagnetischen Kern geführt ist und die andere außerhalb des Kerns verläuft, und daß die S Einzelleiter der Leitungen dadurch gebildet sind, daß ein Leiter mit 5 voneinander isolierten, über- oder nebeneinanderliegenden Windungen auf dem ferromagnetischen Ringkern fortlaufend aufgewickelt ist, wobei der Anfang und das Ende dieser Wicklung die Anschlüsse für den Eingang des Übertragers sind, und daß folgende Beziehungen gelten:According to the invention, this object is achieved in a line transformer of the type mentioned in that the line transformer has two lines, each containing a number exceeding 2, of individual conductors, one of which is led through a ferromagnetic core and, in order to form an arbitrarily selectable transformation ratio the other runs outside the core, and that the S individual conductors of the lines are formed in that a conductor with 5 turns isolated from one another, one above the other or adjacent turns is continuously wound on the ferromagnetic toroidal core, the beginning and the end of this winding being the connections for are the input of the transmitter, and that the following relationships apply:

a) Die Summe aller Ströme in den 5 Einzelleitern jeder der beiden Leitungen muß Null sein.a) The sum of all currents in the 5 individual conductors of each of the two lines must be zero.

b) In M Einzelleitern der einen Leitung müssen die Ströme Im in der einen Richtung und in M Einzelleitern der anderen Leitung in der dazu entgegengesetzten Richtung fließen, während in den restlichen (S M) = N Einzelleitern einer jeden Leitung die Ströme In den Strömen Im derselben Leitung entgegengerichtet sind.b) In M individual conductors of one line the currents Im must flow in one direction and in M individual conductors of the other line in the opposite direction, while in the remaining (S - M) = N individual conductors of each line the currents In the currents In the same line are opposite.

c) 5 und M werden entsprechend dem vorgegebenen Verhältnis Ur der Transformation der Widerstände so gewählt, daß die Beziehung:c) 5 and M are chosen according to the given ratio Ur of the transformation of the resistances so that the relation:

Die Erfindung betrifft einen breitbandigen Leitungsübertrager, der einen Eingangswiderstand /?t auf einen Ausgangswiderstand R,% transformiert.The invention relates to a broadband line transformer that has an input resistance /? t transformed to an output resistance R,% .

Oη + I'Cf R Oo - 1 Oη + I'Cf R Oo - 1

innerhalb einer zugelassenen Fehlergrenze für Ür erfüllt ist.is fulfilled within an approved error limit for Ür.

d) Der Wellen widerstand Z zwischen je /.v/ei benachbarten der sämtlich nebeneinander oder übereinan-d) The wave resistance Z between each /.v/ei adjacent to each other or one above the other

der angeordneten Einzelleiter der Leitungen ist gleich und wird nach der Gleichung:the arranged individual conductors of the lines is the same and is calculated according to the equation:

oderor

Z = R,.: Z = R ,. :

Z* H., Z * - H.,

S-MS-M

Die Beziehung (,4JiSt daraus abzuleiten, daß folgendeThe relation (, 4JiSt can be derived from the fact that the following

S - M ' S - M '

Gleichungen gelten:Equations apply:

(B, C)(B, C)

bemessen.measured.

e) Die Anschlüsse des Ausganges des Übertragers müssen mit Anzapfungen der Wicklung derart verbunden werden, daß die eine an der Mitte der Windung (M — k)und die andere an der Mitte der Windung (S - k) liegt, wobei k eine beliebige ganze Zahl von Null bis (M — 1) ist.
Der breitbandige Leitungsübertrager nach der Erfindung hat den Vorteil, für jedes beliebige Transformationsverhältnis ausgelegt werden zu können.
e) The connections of the output of the transformer must be connected to the winding taps in such a way that one is at the center of the turn (M - k) and the other at the center of the turn (S - k) , where k is any whole Number from zero to (M- 1).
The broadband line transformer according to the invention has the advantage that it can be designed for any transformation ratio.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand mehrerer Wickelschemata näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inEmbodiments of the invention are shown in more detail in the drawing using several winding schemes explained. The drawing shows in

F i g. 1 ein Wickelschema eines Übertragers mit drei Einzelleitern für ein Transformationsverhältnis von 9:1,F i g. 1 a winding diagram of a transformer with three Single conductors for a transformation ratio of 9: 1,

F i g. 2 ein Wickelschema eines Übertragers mit vier Einzelleitern für ein Transformationsverhältnis von 1,8:1,F i g. 2 a winding diagram of a transformer with four individual conductors for a transformation ratio of 1.8: 1,

F i g. 3 und 4 je ein Wickelschema für einen Übertrager mit sieben Einzelleitern für ein Transformationsverhältnis von 3 :1 bzw. 2 : 1 undF i g. 3 and 4 each have a winding scheme for a transformer with seven individual conductors for a transformation ratio of 3: 1 or 2: 1 and

F i g. 5 ein Winkelschema nach F i g. 2, in dem sämtliche Wellenwiderstände zwischen den Einzelleitern eingezeichnet sind.F i g. 5 shows an angle diagram according to FIG. 2, in which all wave resistances between the individual conductors are drawn are.

Benötigt man für eine bestimmte Aufgabe einen breitbandigen Leitungsübertrager mit dem Verhältnis Ür der Transformation des Eingangswiderstandes Re auf den Ausgangswiderstand Ra, so kann man die Anzahl der Einzelleiter pro Leitung nach der Beziehung:If you need a broadband line transformer for a certain task with the ratio Ür of the transformation of the input resistance Re to the output resistance Ra, the number of individual conductors per line can be calculated as follows:

ÜR Ü R

bestimmen. Dabei bezeichnet M die Anzahl derjenigen Einzelleiter, in denen entsprechend F i g. 1 bis 4 der Strom Im fließt, wobei dieser Strom Im identisch ist mit dem an den Eingangsklemmen, beispielsweise an 1 und 2, des Übertragers der Fig. 1 fließenden Ie-S-M= Λ/bedeutet die Anzahl derjenigen Einzelleiter, in denen der Strom In fließt.determine. M denotes the number of those individual conductors in which, according to F i g. 1 to 4 of the current Im flows, and this current is identical to the current flowing at the input terminals, for example, at 1 and 2 of the transformer of Fig. 1 Ie-SM = Λ / represents the number of the separate conductors in which the current I n flows.

Beispielsweise erhält man für Ür = 9 das Verhältnis S : M = 3 :2 und daraus S = 3 Einzelleiter, M = 2 Einzelleiter und N = 1 Einzelleiter. Das Verhältnis S :M = 3:2 wäre auch mit höheren Zahlen für Sund M zu verwirklichen; dieses zu tun, wäre jedoch unzweckmäßig. Aus dem Wickelschema eines Übertragers mit 3 Einzelleitern (Fig. 1) ersieht man ohne weiteres, daß entsprechend der Bedingung (A) die Summe aller Ströme einer jeden aus den drei Einzelleitern 5,6,7 oder 8, 9, 10 bestehenden Leitung 14 oder 15 gleich Null ist, weil bei der oberen Leitung 14 die beiden Leiter 5, 6 je einen von links nach rechts fließenden Strom Im führen und weil in dem Leiter 7 ein Strom 2 Im von rechts nach links Hießt. Über die Entstehung der Größe der einzelnen Ströme war weiter oben bereits gesprochen.For example, for Ür = 9 the ratio S: M = 3: 2 and from this S = 3 individual conductors, M = 2 individual conductors and N = 1 individual conductors. The ratio S: M = 3: 2 could also be achieved with higher numbers for Sund M ; however, it would be inexpedient to do so. From the winding diagram of a transformer with 3 individual conductors (Fig. 1) it can be seen without further ado that, according to condition (A), the sum of all currents of each of the three individual conductors 5,6,7 or 8, 9, 10 line 14 or 15 is equal to zero because in the upper line 14 the two conductors 5, 6 each carry a current Im flowing from left to right and because in the conductor 7 a current 2 Im is called from right to left. The origin of the size of the individual streams was already discussed above.

S-MS-M

Hieraus errechnet sich:This results in:

ItIt

= uR = = u R =

Daraus ergibt sich die quadratische Gleichung: 0 = ( S2 - 2MS + M2 This results in the quadratic equation: 0 = (S 2 - 2MS + M 2

Wenn man darin 5 als die einzige Unbekannte ansieht, so erhält man als Lösung:If one regards 5 as the only unknown, the solution is:

= -^- \m ± M I/I - _«iLZ_L] "R - 1 L V üR J= - ^ - \ m ± M I / I - _ «iLZ_L]" R - 1 L V ü R J

und darausand it

- 1 - 1

(A)(A)

Es soll nun anhand der Fig. 1 nachgewiesen werden, daß bei Wahl der Windungszahlen 5, M entsprechend der Beziehung (A)azs, Verhältnis ür von Eingangswiderstand /?fdes Leitungsübertragers zu dessen Ausgangswiderstand Ra den geforderten Wert hat. Dabei ist analog wie bei den Übertragern mit Spulenwindungen das Verhältnis der Spannungen üu gleich der Quadratwurzel aus ür oder umgekehrt ür gleich dem Quadrat von ü„- It will now be demonstrated with reference to FIG. 1, that in choosing the number of turns 5, M according to the relation (A) azs, ÜR ratio of input resistance /? F of the line transformer to the output resistor Ra has the required value. As in the case of transformers with coil windings, the ratio of the voltages ü u is equal to the square root of ür or, conversely, ür is equal to the square of ü "-

Entsprechend der Beziehung (A) seien bei einem geforderten Verhältnis ür — 9 die Werte für 5=3 und für M= 2 ermittelt, woraus sich N = 1 ergibt. Weiterhin sei laut dem weiter oben vorgeschlagenen Wickelschema die Anordnung des Leitungsübertragers entsprechend F i g. 1 ausgeführt.According to relationship (A), with a required ratio ür - 9, the values for 5 = 3 and for M = 2 are determined, from which N = 1 results. Furthermore, according to the winding scheme proposed above, the arrangement of the line transformer is assumed in accordance with FIG. 1 executed.

Wenn man nach der obengenannten Vorschrift für die Anordnung der Anzapfungspunkte als beliebig wählbare Zahl k —Ό nimmt, liegt die eine Anzapfung 12 der aus drei fortlaufenden Windungen bestehenden Wicklung (S = 3 und M = 2) des Leitungsübertragers in der Mitte der (M — k}-len, also der zweiten Windung, und die andere Anzapfung 11 in der Mitte der (S — &)-ten, also der dritten Windung. Für k — 0 zu wählen, ist zweckmäßig, wie später gezeigt werden wird. Bei den Wickelschemata der F i g. 1 bis 4 sind die Windungen, jeweils an den Eingangsklemmen 1,29,46 anfangend, im Uhrzeigersinn fortlaufend betrachtet.If, according to the above-mentioned rule for the arrangement of the tapping points, one takes k -Ό as an arbitrarily selectable number, then one tap 12 of the winding consisting of three continuous turns (S = 3 and M = 2) of the line transformer is in the middle of the (M - k} -len, i.e. the second turn, and the other tap 11 in the middle of the (S - &) - th, i.e. the third turn. Choosing k - 0 is useful, as will be shown later 1 to 4, the windings, each starting at the input terminals 1, 29, 46, are viewed continuously in a clockwise direction.

Zwischen zwei Eingangsklemmen 1, 2 des Leitungsübertragers der F i g. 1 herrsche eine hochfrequente Spannung Ue. Diese Spannung ist die Summe von Teilspannungen Ui plus U2 bzw. Uj plus L/4. Man kann annehmen, daß zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Einzelleitern, z. B. zwischen den Leitern 5,6 oderBetween two input terminals 1, 2 of the line transformer of FIG. 1 there is a high-frequency voltage Ue. This voltage is the sum of partial voltages Ui plus U2 or Uj plus L / 4. It can be assumed that between any two immediately adjacent individual conductors, e.g. B. between the conductors 5,6 or

ΙόΙό

017017

6, 7, eine durch den Wellenwiderstand Z der beiden Leiter bedingte Einzelspannung von immer der gleichen Höhe und daß zwischen zwei durch einen anderen Leiter getrennten Leitern, z. B. zwischen den Leitern 5,6, 7, an individual voltage that is always the same due to the characteristic impedance Z of the two conductors Height and that between two separate conductors by another conductor, e.g. B. between the conductors 5,

7, sowohl ein Wellenwiderstand von 2Z als auch dadurch eine doppelt so hohe Spannung als zwischen zwei unmittelbar benachbarten Leitern ausgebildet wird. Die Teilspannung U\ hat also den Wert von 2/3 Ue und die Teilspannung £/? den Wert von 1/3 Uf. Der kurze, quer verlaufende Leiter 16 schaltet dabei Ui und U2 in Serie. Aus Fig. 1 kann man ablesen, daß die Spannung UA = U% = 1/3 Ue'isl Das Verhältnis ü„ der Spannungen Ue zu Ua beträgt also 3:1. Hieraus ergibt sich ür = 9 :1, weil ür = u)2 ist. Damit ist bewiesen, daß der geforderte Wert für ür durch einen Leitungsübertrager der Fig. 1 erreicht wird.7, both a characteristic impedance of 2Z and, as a result, a voltage that is twice as high as that between two directly adjacent conductors. The partial voltage U \ has the value of 2/3 Ue and the partial voltage £ /? the value of 1/3 Uf. The short, transverse conductor 16 switches Ui and U2 in series. From Fig. 1 it can be seen that the voltage U A = U% = 1/3 Ue'isl The ratio of the voltages Ue to Ua is therefore 3: 1. This results in ür = 9: 1, because ür = u ) 2 . This proves that the required value for ür is achieved by a line transformer of FIG.

Nimmt man beispielsweise für diesen Leitungsübertrager mit ür = 9 die Werte RA = 60 Ω und Ua= 1.8 V an, so ergeben sich aus den angegebenen Beziehungen die Werte Re = 540 Ω und Ue = 5,4 V, woraus man den an den Eingangsklemmen 1, 2 des Übertragers fließenden Strom mit Ie = 0,01 Ampere und den an den Ausgangsklemmen 3, 4 fließenden Strom mit Ia = 0,03 Ampere ermittelt. Während sich aus dem Wickelschema der F i g. 1 ohne weiteres Im = Ie= 0,01 Ampere ergibt, muß man zur Berechnung der anderen Ströme für die Anzapfungspunkte 11, 12 das Kirchhoffsche Gesetz anwenden und erhält für Punkt 12 den abfließenden Strom Ia = 0,03 Ampere als die Summe der zufließenden Ströme Im = 0,01 Ampere (vom Einzelleiter 6 her) plus In vom Einzelleiter 9 her. In muß also 0,02 Ampere sein. Dadurch wird In = 2 Im und unter Berücksichtigung der Stromrichtungen die Summe sowohl der Ströme in den Leitern 5, 6, 7 der oberen Leitung 14 als auch die Summe der Ströme in den Leitern 8, 9, 10 der unteren Leitung 15 jeweils gleich Null. Man kann sich leicht davon überzeugen, daß auch für den Anzapfungspunkt 11 das Kirchhoffsche Gesetz erfüllt ist. If, for example, one assumes the values R A = 60 Ω and Ua = 1.8 V for this line transformer with ür = 9, the values Re = 540 Ω and Ue = 5.4 V result from the given relationships, from which one can derive the at the Input terminals 1, 2 of the transformer determined the current flowing with Ie = 0.01 amps and the current flowing at the output terminals 3, 4 with Ia = 0.03 amps. While from the winding scheme of FIG. 1 without further ado results in Im = Ie = 0.01 amperes, one must apply Kirchhoff's law to the calculation of the other currents for the tapping points 11, 12 and obtain the outflowing current Ia = 0.03 amperes as the sum of the inflowing currents for point 12 Im = 0.01 amps (from the individual conductor 6) plus In from the individual conductor 9. So In must be 0.02 amps. As a result, In = 2 Im and, taking into account the current directions, the sum of both the currents in the conductors 5, 6, 7 of the upper line 14 and the sum of the currents in the conductors 8, 9, 10 of the lower line 15 are both equal to zero. One can easily convince oneself that Kirchhoff's law is also fulfilled for tapping point 11.

Der Wellenwiderstand Z zwischen zwei unmittelbar benachbarten Einzelleitern, z. B. zwischen 5,6 bzw. 6, 7, für das Wickelschema der Fig. 1 mit ür = 9 ist weiter oben aus der Gleichung (B) zu 180 Ω zu ermitteln. Wird als Ausgangswiderstand RA ein Kabel angeschaltet, so muß dessen Wellenwiderstand 60 Ω betragen.The wave resistance Z between two immediately adjacent individual conductors, e.g. B. between 5.6 or 6, 7, for the winding diagram of FIG. 1 with ür = 9, 180 Ω can be determined further above from equation (B). If a cable is connected as the output resistance R A , its wave resistance must be 60 Ω.

Die obere, aus den drei Einzelleitern 5, 6, 7 bestehende Leitung 14 ist durch die Öffnung eines ferromagnetischen Ringkerns 13 geführt, der in Fig. 1 mit gestrichelt gezeichneten Linien angedeutet ist.The upper, consisting of the three individual conductors 5, 6, 7 line 14 is through the opening of a ferromagnetic toroidal core 13 out, which is indicated in Fig. 1 with dashed lines.

In ähnlicher Weise kann man bei einem Leitungsübertrager mit einem geforderten Verhältnis üR = 1,8 vorgehen (F i g. 2). Aus der Beziehung (A) ergibt sich:A similar procedure can be used for a line transformer with a required ratio of ü R = 1.8 (FIG. 2). From relation (A) we get:

ÜR +ÜR +

Ür - 1 Ür - 1

1,8 + 1,34
0,8
1.8 + 1.34
0.8

3,933.93

davon sind L^ und Ub, wobei £/5 = 1/4 Ur und Ub = 3/4 Ui, ist. Weiter folgtof these are L ^ and Ub, where £ / 5 = 1/4 Ur and Ub = 3/4 Ui . Next follows

Ua = Ub = 3/4 U/. und daraus ü„ = Ue : UA =4:3. Ua = U b = 3/4 U /. and from this ü " = Ue: U A = 4: 3.

Schließlich ist ür = U1? = (4 :3)2 = 1,78, was dem Zahlenwert 1,8 der Forderung mit genügender Annäherung entspricht. Der Wellenwiderstand Zerrechnet sich gemäß der Gleichung (C) zu Z = 80 Ω, wenn man RA zu 60 Ω annimmt.Finally ür = U 1 ? = (4: 3) 2 = 1.78, which corresponds to the numerical value 1.8 of the requirement with sufficient approximation. The wave resistance is calculated according to equation (C) to Z = 80 Ω, assuming R A to be 60 Ω.

Wird ferner beispielsweise ein Leitungsübertrager für Or = 3 gefordert, so ergibt sich aus der Beziehung (A):If, for example, a line transformer is also required for Or = 3, the relationship (A) results:

Man kannOne can

S = 4,M= 1 und /V = S - M = 3 S = 4, M = 1 and / V = S - M = 3

wählen. Die Größe der Ströme Im und In im gegenseitigen Vergleich ist in F i g. 2 eingetragen, und es ergibt sich die Summe der Ströme für jede Leitung zu Null. Auch gilt für die Anzapfungspunkte 17, 18 das Kirchhoffsche Gesetz. Die Hochfrequenzspannung Ue an den Eingangsklemmen teilt sich innerhalb der aus je vier Einzelleitern bestehenden Leitungen 20, 21 in mehrere Teilspannungen auf; zwei Teilspannungcn 3 + 1,73 Select. The magnitude of the currents Im and In in mutual comparison is shown in FIG. 2 entered, and the sum of the currents for each line is zero. Kirchhoff's law also applies to the tapping points 17, 18. The high-frequency voltage Ue at the input terminals is divided into several partial voltages within the lines 20, 21, each consisting of four individual conductors; two partial voltages cn 3 + 1.73

2,362.36

Or- 1 Or- 1

Da die Anzahl der Einzelleiter natürlich eine ganze Zahl sein muß, so ist der Bruch -V- so zu erweitern, daßSince the number of individual conductors must of course be an integer, the fraction -V- must be expanded so that

in seinem Zähler wenigstens angenähert eine ganze Zahl erscheint. Dieses ist bei einer Erweiterung desat least an approximate whole number appears in its counter. This is the case with an extension of the

7 08
Bruches mit 3 der Fall, nämlich bei -V-. Somit ergibt
7 08
Fraction with 3 is the case, namely with -V-. Thus results

sich (mit einem Fehler von ca. 1%) S = 7, M = 3 und N=A. Die genannte Fehlergrenze dürfte durchaus zulässig sein.(with an error of approx. 1%) S = 7, M = 3 and N = A. The error limit mentioned should be entirely permissible.

Die Größe der Ströme Im sowie /yvais Vergleichsgrößen und das Wickelschema sind in Fig. 3 (LIr = 3) eingetragen. Man kann leicht einsehen, daß die Summe der Ströme einer jeden aus sieben Einzelleitern bestehenden Leitung gleich Null ist und daß für die beiden Anzapfungspunkte 38, 39 das Kirchhoffsche Gesetz gilt. Zwei Teilspannungen der an den Eingangsklemmen 40, 41 wirksamen Hochfrequenzspannung Ue sind U1 und Ug, wobeiThe magnitude of the currents Im and / yvais comparative values and the winding scheme are entered in FIG. 3 (LIr = 3). One can easily see that the sum of the currents of each line consisting of seven individual conductors is equal to zero and that Kirchhoff's law applies to the two tapping points 38, 39. Two partial voltages of the high-frequency voltage Ue effective at the input terminals 40, 41 are U 1 and Ug, where

V-, = -y- UE V-, = -y- U E

= ^T Ve= ^ T Ve

ist. Die anderen Teilspannungen sind nicht eingezeichnet. Ua im den Ausgangsklemmen 42,43 ist identisch mitis. The other partial voltages are not shown. Others, on the output terminals 42-43 is identical to

4
Us, das heißt = -=- Ue- Daraus folgt
4th
Us, that means = - = - Ue- It follows from this

Ui::UA = -L.U i :: U A = -L.

und somit üR = ü\ — annähernd 3.and thus ü R = ü \ - approximately 3.

Der Wellenwiderstand Zergibt sich laut Gleichung (C) zu 105 Ω, wenn RA = 60 Ω ist.According to equation (C), the characteristic impedance Z results in 105 Ω when R A = 60 Ω.

Wenn man schließlich ür = 2 fordert, so errechnet sich aus der Beziehung (A):Finally, if ür = 2 is required, the relationship (A) can be used to calculate:

- 1 - 1

2 + 1,414
1
2 + 1.414
1

3,4143.414

6,8286.828

= ca.= approx.

S = 7, M = 2, N = 5. S = 7, M = 2, N = 5.

Die Größe der Ströme Im sowie //vals Vcrgleichsgrößen und das Wickclschema sind in Fig.4 eingetragen. Die SIimmc der Ströme einer jeden aus siebenThe magnitude of the currents Im as well as // vals comparative magnitudes and the winding scheme are entered in Fig. 4. The SIimmc of the currents of each out of seven

Einzelleitern bestehenden Leitung ist gleich Null, und für die beiden Anzapfungspunkte 44, 45 ist das Kirchhoffsche Gesetz erfüllt. Die Hochfrequenzspannung Ue an den Eingangsklemmen 46, 47 kann man zusammensetzen aus zwei Teilspannungen Ug und t/10, wobei die Spannung Ua an den Ausgangsklemmen 48, 49 identisch mit t/10 ist und y Ue beträgt. Daraus ergibt sichLine is zero, and Kirchhoff's law is fulfilled for the two tapping points 44, 45. The high-frequency voltage Ue at the input terminals 46, 47 can be composed of two partial voltages Ug and t / 10, the voltage Ua at the output terminals 48, 49 being identical to t / 10 and y being Ue . This results in

UU üUU ü

und somit üR — ü2 u = annähernd 2.and thus ü R - ü 2 u = approximately 2.

Der Wellenwiderstand Z errechnet sich gemäß der Gleichung (C) zu = 84QJHtRa = 60 Ω eingesetzt.The characteristic impedance Z is calculated according to equation (C) as = 84QJHtRa = 60 Ω inserted.

Bei den Wickelschemata der F i g. 1 bis 4 war die weiter oben genannte Vorschrift für die Anordnung der Anzapfungspunkte in der Weise angewendet, daß als beliebig wählbare Zahl k gleich Null genommen wurde. Dieses ergab beispielsweise beim Wickelschema der F i g. 3 mit S = 7 und M = 3, daß der eine Anzapfungspunkt 39 in der Mitte der (M - k}-ten, das heißt der dritten Windung, und der andere Anzapfungspunkt 38 in der Mitte der (S — A)-ten, das heißt der siebenten Windung, liegt Natürlich könnte man für k auch eine andere ganze Zahl von 0 bis (M — 1), das heißt außer Null auch noch 1 bzw. 2 wählen. Dann würde der eine Anzapfungspunkt 39 in der Mitte der zweiten bzw. der ersten Windung und der andere Anzapfungspunkt 38 in der Mitte der sechsten bzw. der fünften Windung liegen, wodurch die elektrische Funktion des Übertragers nicht beeinträchtigt wird.In the winding schemes of FIGS. 1 to 4, the above-mentioned rule for the arrangement of the tapping points was applied in such a way that k was taken as zero as an arbitrarily selectable number. This resulted, for example, in the winding diagram in FIG. 3 with S = 7 and M = 3, that one tapping point 39 is in the middle of the (M - k} th, i.e. the third turn, and the other tapping point 38 is in the middle of the (S - A) th, that is, the seventh turn, is of course, one could also choose another integer from 0 to (M-1) for k , that is, besides zero, also 1 or 2. Then the one tapping point 39 would be in the middle of the second or The first turn and the other tapping point 38 lie in the middle of the sixth and fifth turn, respectively, so that the electrical function of the transformer is not impaired.

Der Wellenwiderstand Z zwischen zwei benachbarten Einzelleitern, das sind beispielsweise Isolierstoffbänder mit einseitig aufgebrachter Metallschicht, ist definiert zu:The wave resistance Z between two adjacent individual conductors, for example insulating strips with a metal layer applied on one side, is defined as:

wobei Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials des Bandes, d = Abstand der beiden Leiter und b = Breite der beiden Leiter ist.where dielectric constant of the tape's insulating material, d = distance between the two conductors and b = width of the two conductors.

Wenn der Wellenwiderstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Einzelleitern, z. B. zwischen den Leitern 5, 6 oder 6, 7 der Fig. 1, den Wert Zl hat, so sollte, wie weiter oben vorausgesetzt, der Wellenwiderstand zwischen zwei durch einen anderen Leiter getrennten Leitern, wie z. B. zwischen den Leitern 5, 7, doppelt so groß, also gleich 2 Zl sein. Dabei sollte natürlich der Abstand d zwischen den einzelnen Leitern konstant bleiben. Wie aus der Formel (D) zu ersehen, wird jedoch Zl nicht auf den doppelten Wert ansteigen, wenn die Breite b beibehalten und als wirksamer Abstand zwischen den Leitern 5, 7 der doppelte Wert von d in die Formel (D) eingesetzt wird. Bei beispielsweise d = 0,5 mm und b = 4 mm beträgt der Wert des BruchesIf the wave resistance between two immediately adjacent individual conductors, e.g. B. between the conductors 5, 6 or 6, 7 of Fig. 1, has the value Zl , so should, as assumed above, the characteristic impedance between two conductors separated by another conductor, such as. B. between the conductors 5, 7, twice as large, i.e. equal to 2 Zl. Of course, the distance d between the individual conductors should remain constant. As can be seen from the formula (D), however, Zl will not increase to twice the value if the width b is maintained and twice the value of d is used in the formula (D) as the effective distance between the conductors 5, 7. For example, if d = 0.5 mm and b = 4 mm, the value of the fraction is

d + bd + b

= 0,111.= 0.111.

kann auf letzteren Wert für den Bruch kommen, wenn man die Breite b für die dritte Windung auf etwa 3,5 mm verringert. Dementsprechend müßte bei exakter Ausbildung, der Wicklung jede Windung verschieden breit ausgebildet werden. Es hat sich aber durch Messungen gezeigt, daß auch bei gleichbleibender Breite des Bandes 28 der Fehler in der Größe von ür durchaus zulässig ist.can come to the latter value for the break if the width b for the third turn is reduced to about 3.5 mm. Correspondingly, with an exact design, the winding would have to have different widths for each turn. Measurements have shown, however, that even if the width of the strip 28 is constant, the error of the size of ür is entirely permissible.

Daß das Verhältnis ür der Transformation des Eingangswiderstandes Re auf den Ausgangswiderstand Ra sich aus den zwischen den Einzelleitern herrschenden Wellenwiderständen berechnen läßt, soll beispielsweise für den Leitungsübertrager der Fig.2 gezeigt werden. Hierbei ist ür = 1,8, 5 = 4, M = 1 und N = 3.That the ratio ÜR the transformation of the input resistance Re on the output resistor Ra can be calculated from the pressure prevailing between the individual conductors impedances, will be shown for the line transformer of Figure 2, for example. Here ür = 1.8, 5 = 4, M = 1 and N = 3.

In Fi g. 5 sind alle zwischen den Einzelleitern in Fnage kommenden Wellenwiderstände Z\ bis Zn als Doppelpfeile verschiedener Länge eingetragen. Die zwischen zwei unmittelbar benachbarten Einzelleitern herrschenden Wellen widerstände Zi, Z6, Z7, Zn haben den weiter oben berechneten Wert von je Z = 80 Ω; die zwischen zwei durch einen anderen Einzelleiter getrennten Einzelleitern gültigen Wellenwiderstände Z2, Zs, Z8, Zi0 haben den Wert von je 2 Z = 160 Ω und die zwischen zwei durch zwei andere Einzelleiter getrennten Einzelleitern anzusetzenden Wellenwiderstände Z3, Zt, Z9, Zn haben den Wert von je 3 Z = 240 Ω.In Fi g. 5, all of the wave resistances Z \ to Zn coming between the individual conductors are shown as double arrows of different lengths. The wave resistances Zi, Z 6 , Z 7 , Zn prevailing between two immediately adjacent individual conductors have the value calculated above of Z = 80 Ω each; the wave resistances Z 2 , Zs, Z 8 , Zi 0 valid between two individual conductors separated by another individual conductor have the value of 2 Z = 160 Ω each and the wave resistances Z3, Zt, Z 9 to be applied between two individual conductors separated by two other individual conductors, Z n have the value of 3 Z = 240 Ω each.

Am Eingang des Leitungsübertragers der F i g. 5, also zwischen den Eingangsklemmen 29, 30, sind die Wellenwiderstände Zi bis Ze wirksam, von denen eine erste Serienschaltung mit Zi = Z sowie Zt=3Z, eine zweite Serienschaltung mit Z2 = 2 Z sowie Z5 = 2 Z und eine dritte Serienschaltung mit Z3 = 3 Z sowie Z% = Z einander parallel geschaltet sind. Da jede Serienschaltung einen resultierenden Wellenwiderstand von 4 Z hat und die drei Serienschaltungen parallel geschaltet sind, so ergibt sich ein EingangswiderstandAt the input of the line transformer of FIG. 5, i.e. between the input terminals 29, 30, the characteristic impedances Zi to Ze are effective, of which a first series connection with Zi = Z and Zt = 3Z, a second series connection with Z2 = 2 Z and Z5 = 2 Z and a third series connection with Z3 = 3 Z and Z% = Z are connected in parallel to one another. Since each series circuit has a resulting characteristic impedance of 4 Z and the three series circuits are connected in parallel, this results in an input resistance

Rezu-j Z.Rezu-j Z.

Am Ausgang des Leitungsübertragers der F i g. 5, also zwischen den Ausgangsklemmen 31, 32, liegen die Wellenwiderstände Zj bis Z12, von denen die Wellenwiderstände Zg = 3 Z und Z12 = 3 Z unmittelbar zwischen den Klemmen 31, 32 wirksam sind, während der Wellenwiderstand Z7 = Z mit Zt0 = 2 Z eine vierte Serienschaltung und der Wellenwiderstand Zg = 2 Z mit Zn = Z eine fünfte Serienschaltung bilden. Jede dieser beiden Serienschaltungen hat einen resultierenden Wellenwiderstand von 3Z, und die beiden Serienschaltungen liegen sowohl einander als auch zu den beiden Wellenwiderständen Z9, Z12 von je 3 Z parallel an den Ausgangsklemmen 31,32. Es ergibt sich also als Ausgangswiderstand Ra eine Parallelschaltung von vier Wellenwiderständen zu je 3Z, alsoAt the output of the line transformer of FIG. 5, i.e. between the output terminals 31, 32, are the wave resistances Zj to Z12, of which the wave resistances Zg = 3 Z and Z12 = 3 Z are directly effective between the terminals 31, 32, while the wave impedance Z 7 = Z with Z t0 = 2 Z form a fourth series connection and the characteristic impedance Zg = 2 Z with Zn = Z form a fifth series connection. Each of these two series circuits has a resulting wave impedance of 3Z, and the two series circuits are both mutually and parallel to the two wave resistances Z 9 , Z12 of 3 Z each at the output terminals 31, 32. The output resistance Ra is therefore a parallel connection of four wave resistances of 3Z each, i.e.

R, = R, =

Z.Z.

Daraus erhält manFrom this you get

"R = " R =

1616

Z = 1,78.Z = 1.78.

Bei Verdopplung des Abstandes auf d = 1 mm erhält der Bruch den Wert 0,2, während für die Verdopplung von Zl ein Wert von 0,222 erreicht werden müßte. Man Derselbe Wert konnte weiter oben durch Rechnung mit den Teilspannungen Us, Ue der F i g. 2 ermittelt werden.When the distance is doubled to d = 1 mm, the fraction is given the value 0.2, while for doubling Zl a value of 0.222 would have to be achieved. The same value could be found above by calculating with the partial voltages Us, Ue in FIG . 2 can be determined.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

709 633/13709 633/13

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Breitbandiger Leitungsübertrager, der einen Eingangswiderstand Re auf einen Ausgangswiderstand Ra transformiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsübertrager zur Bildung eines beliebig wählbaren Transformationsverhältnisses zwei, je eine die Zahl 2 übersteigende Anzahl 5 von Einzelleitern (5, 6, 7) enthaltende Leitungen (14, 15) hat, von denen die eine durch einen ferromagnetischen Kern (13) geführt ist und die andere außerhalb des Kerns verläuft, und daß die 5 Einzelleiter (5, 8) der Leitungen dadurch gebildet sind, daß ein Leiter (28, 36) mit S voneinander isolierten, über- oder nebeneinanderliegenden Windungen auf dem ferromagnetischen Ringkern fortlaufend aufgewickelt ist, wobei der Anfang und das Ende dieser Wicklung die Anschlüsse (1 und 2) für den Eingang des Übertragers (26) sind, und daß folgende Beziehungen gelten:Broadband line transformer which transforms an input resistance Re to an output resistance Ra , characterized in that the line transformer contains two lines (14, 15) each containing a number of 5 individual conductors (5, 6, 7) in excess of 2 in order to form an arbitrarily selectable transformation ratio ), one of which is led through a ferromagnetic core (13) and the other runs outside the core, and that the 5 individual conductors (5, 8) of the lines are formed by a conductor (28, 36) starting with S. isolated from one another, one above the other or adjacent turns is continuously wound on the ferromagnetic toroidal core, the beginning and the end of this winding being the connections (1 and 2) for the input of the transformer (26), and that the following relationships apply: a) Die Summe aller Ströme in den 5 Einzelleitern jeder der beiden Leitungen muß Null sein.a) The sum of all currents in the 5 individual conductors of each of the two lines must be zero. b) In M Einzelleitern der einen Leitung müssen die Ströme Im in der einen Richtung und in M Einzelleitern der anderen Leitung in der dazu entgegengesetzten Richtung fließen, während in den restlichen (S-M)=N Einzelleitern einer jeden Leitung die Ströme In den Strömen /«derselben Leitung entgegengerichtet sind.b) In M individual conductors of one line the currents Im must flow in one direction and in M individual conductors of the other line in the opposite direction, while in the remaining (SM) = N individual conductors of each line the currents In the currents / « the same line are opposite. c) 5 und M werden entsprechend dem vorgegebenen Verhältnis Ur der Transformation der Widerstände so gewählt, daß die Beziehung:c) 5 and M are chosen according to the given ratio Ur of the transformation of the resistances so that the relation:
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