DE2056845A1

DE2056845A1 - Verlustbehafteter aperiodischer Lastwiderstand

Info

Publication number: DE2056845A1
Application number: DE19702056845
Authority: DE
Inventors: Francois Paris Ursenbach
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-11-21
Filing date: 1970-11-19
Publication date: 1971-05-27
Also published as: FR2069871A1; GB1326275A; CH523596A; DE2056845C2; US3646482A; NL7016946A

Description

101 BleMarat, Paris 16e*me, Frankreich

Verlustbehafteter aperiodischer Lastwiderstand

Die Erfindung betrifft verlustbehaftete lastwiderstände, die für Hochfrequenzgeneratoren verwendet werden, insbesondere aperiodische Lastwiderstände des koaxialen Typs, die künstliche Antennen für Funksender grosser Leistung bilden·

Für einen solchen Lastwiderstand werden im wesentlichen die folgenden Eigenschaften gefordert:

- eine ausreichende Irequenzunabhängigkeit, damit die Nennimpedanz mit genügender (Genauigkeit in dem ganzen Frequenzbereich der Generatoren, mit denen sie verbunden werden sollen, eingehalten wird;

- ein gutes Verhalten bei der Höchstleistung dieser Generatoren, die beträchtlich gross sein kann ( mehrere 100 Kilowatt), was den Umlauf eines Kühlmittels zwingend erforderlich macht;

- günstige praktische Anwendungsbedingungen, insbesondere einen möglichst kleinen Raumbedarf unter Berücksichtigung der niedrigsten Betriebsfrequenzen.

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Es ist bekannt, solche Lastwiderstände mit Hilfe einer dünnen Widerstandsschicht zu realisieren, welche den Innenleiter einer Koaxialleitung bildet.

Durch eine sorgfältige Wahl der Kenngrössen ist es ohne weiteres möglich, eine gute Frequenzunäbhängigkelt zu erreichen, doch da die Energie in dem kleinen Volumen der dünnen Schicht vernichtet wird, ist diese sehr empfindlich, und sie kann trotz Kühlung durch Umlauf eines Kühlmittels keine grösseren Leistungen vernichten, ohne unzulässig grosse Abmessungen zu erreichen.

Eine andere bekannte Ausführungsform besteht darin, dass die Energie in dem Kühlmittel, im allgemeinen Wasser,vernichtet wird, in dem dieses als Dielektrikum in dem koaxialen Aufbau des Lastwiderstands verwendet wird. Man erreicht dadurch eine gute Wärmeabführung in einem beträchtlichen und ständig erneuerten Volumen. Solche Lastwiderstände weisen die meisten gewünschten Eigenschaften auf, doch ist es wegen des grossen Wertes der Dielektrizitätskonstante von Wasser im allgemeinen nur möglich, Impedanzwerte zu erreichen, die wesentlich unter den üblichen Ausgangsimpedanzen'der Generator»» liegen.

Man versucht diesem Umstand beispielsweise dadurch abzuhelfen, dass ein Anpassungstransformator eingefügt wird, doch ergibt dieser eine Verringerung der Sandbreite und zusätzliche Komplikationen, die das Interesse an dieser Lösung beschränken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Volumenanteil des Wassers entlang dem Lastwiderstand allmählich erhöht wird, wodurch es möglich ist, die gewünschte Impedanz direkt zu erzielen, doch ist dann ein grosser Teil der vernichteten Leistung in einem kleinen Volumen konzentriert, wodurch wieder ein grosser Teil der V_orteile dieser Lösung verlorengeht.

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Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile.

Nach der Erfindung ist ein verlustbehafteter aperiodischer Lastwiderstand in Leitungsform mit einem Grund element , das mit einer verlustbehafteten dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist und einen Aussenleiter und einen Innenleiter enthält, wobei der Aussenleiter ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende hat, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Endgrundelement auf der Seite des offenen Endes seines Aussenleiters ein oder mehrere zusätzliche Grundelemente gleicher Art angeordnet °' ^, dass sich die Innenleiter aller Grundelemente aneinander anschliessen, dass die Aussenleiter von jeweils zwei benachbarten Grundelementen einfach zusammengefügt sind, wenn ihre geschlossenen Enden einander zugewandt sind, während sie im entgegengesetzten Fall über eine Verbindung aus einem Material vereinigt sind, das für die zu vernichtende Energie durchlässig, aber für die Flüssigkeit dicht ist, dass jedes zusätzliche Grundelement koaxial von einem Umfangsleiter umgeben ist, dass jeder der Umfangsleiter elektrisch mit dem benachbarten Umfangsleiter verbunden ist, dass (!as offene Ende des Aussenleiters des Endgrundelenents mit dem üüde des benachbarten Umfangsleiters verbunden ist,· dass die Gesamtheit der Umfangsleiter den Aussenleiter und die Gesamtheit der zusätzlichen Grundelemente den Innenleiter des Lastwiderstands bilden, dass die dem Endgrundelement entgegengesetztenEnden dieser Anordnung den Eingang des Lastwiderstands bilden, und dass die Querschnitte der Umfangsleiter so bemessen sind, dass der Wellenwiderstand am Eingang des Lastwiderstands gleich der Summe der Wellenwiderstände der Grundelemente ist.

Ausführungsbeiapiele der Erfindung sind in der Zeichnung " dargestellt. Sarin zeigen:

Fig.1 eine schematische Schnittansicht eines Lastwiderstands bekannter Art, der das Grundelement des erfindungs-

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gemassen Lastwiderstands darstellt,

Pig.2 eine ebhematlache Schnittansicht eines aus zwei Grundelementen aufgebauten Lastwiderstande nach der Erfindung,

Pig.3 eine Abart der Au3führungsform von Pig·2,

Fig.4 eine Erweiterung des Lastwiderstandes von Fig.2 auf vier Grundelemente ,

Fig.5 eine Erweiterung des Lastwiderstandes von Pig.3 auf vier Grundelemente und

Pig.6 eine Abänderung des Grundelements von Fig. 1.

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Fig.1 zeigt ein Spdsekoaxialkabel O, mit einem Innenleiter und einem Aussenleiter 2. Diese sind durch den Innenleiter bzw. den Aussenleiter 4 der Last verlängert, die durch eine Scheibe 6 verschlossen ist, die bei 10 mit dem leiter 5 verbunden ist.

Diese Anordnung bildet eine Koaxialleitung 7, die mit einer verlustbehafteten dielektrischen Flüssigkeit, beispielsweise Wässer gefüllt ist, wobei die Abdichtung gegenüber dem Kabel C durch ein Fenster 3 erfolgt, das aus einem für die Hochfrequenzenergie durchlässigen Material besteht.

Die Leitung 7 stellt eine im wesentlichen ohmsche Lastimpedanz bekannter Art dar, bei der die Energie im Wasser vernichtet wird. Die Länge dieser Lastimpedanz ist so bemessen, dass die von der Scheibe 6 reflektierte Welle bei allen Frequenzen des zu übertragenden Frequenzbands an der Scheibe 3 so stark gedämpft ankommt, dass ein maximaLzulässiges Stehwellenverhältnis , das durch die zugehörige Anordnung vorgeschrieben ist, eingehalten wird.

Das Stehwellenverhältnis kann für eine gegebene Länge dadurch herabgesetzt werden, dass der Kurssschluss 10 durch einen Widerstand ersetzt wird, der einen Teil der an dieser Stelle eintreffenden Energie absorbiert, oder auch die ganze Energie, wenn der Wert dieses Widerstands den Wert des Wellenwiderstands der Leitung erreicht.

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Sas so gebildete Element ist ein Koaxialleitungsabschnitt, der an einem Ende offen und am andren Ende geschlossen ist und als Grundbestandteil der erfindungsgemässen Lastwiderstände dient«

Der erzielte Wellenwiderstand ist klein, und selbst wenn dem Innenleiter 5 ein verringerter Durchmesser gegeben wird, (wobei man wegen der Möglichkeiten der praktischen Herstellung des Innenleiters schnell an Grenzen stössti bleibt er sehr viel kleiner als die allgemein erwünschten Wellenwiderstände.

Bei der in Mg.2 gezeigten Anordnung ist der Innenleiter 12 zwei Grundelementen der in Fig.1 gezeigten Art gemeinsam, deren zylindrischer Aussenleiter 11 und 22 von gleichem Durchmesser und gleicher Länge an ihren einander benachbarten offenen Enden durch ein zylindrisches Verbindungsstück 9 getrennt sind, das aus einem für die Hochfreqaenzwellen durchlässigen, oder für das Wasser undurchlässigen Material besteht, während die entgegengesetzten Enden durch Scheiben 15 bzw. 16 mit dem Innenleiter 12 kurzgeschlossen sind. Die so-gebildete Koaxialleitung 8 ermöglicht einen Wasserumlauf, wobei das Wasser über Öffnungen 13 und 14 im Kurzschluss 15 eingeführt wird, während der Rücklauf durch den zu diesem Zweck hohl ausgebildeten Leiter 12 erfolgt. Diese Leitung 8 wird durch ein Speisekabel D gespeist, dessen Innenleiter 27 am Kurzschluss 16 endet, während der Aussenleiter 21 eine Verlängerung aufweist, die an einem durch eine Ringscheibe 23 gebildeten Absatz mit dem offenen Ende des Leiters 11 verbunden ist.

Die vom Kabel D aus gesehene Lastimpedanz ist doppelt so gross wie der gemeinsame Wellenwiderstand_tder beiden die Leitung 8 bildenden Elemente.

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Wenn man nämlich annimmt, dass in einem beatimmtenZeitpunkt ein Strom entlang dem leiter 21 in der Richtung der Pfeile a vorhanden ist, so fließt dieser Strom nacheinander in der Richtung der Pfeile b (entlang dem leiter 11), der Pfeile c (entlang dem Leiter 12 ), der Pfeile d ( entlang der Innenseite des Leiters 22) und der Pfeile e (entlang der Aussenseite des Leiters 22); dies bedeutet, dass hinsichtlich der Impedanz die beiden Grundelemente hinsichtlich des Kabels D, dessen Abmessungen entsprechend bemessen sind, in Serie geschaltet sind, Die vom Kabel übertragene Energie wird in dem im Hohlraum 8 umlaufenden Wasser vernichtet, doch ist ein richtiger Betrieb nur dann gewährleistet, wenn die Länge der Grundelemente, d.h. die Länge der entsprechenden Leiter 11 und 12, so gross ist, dass die von den Kurzschlüssen 15 und 16 reflektierte Energie für die gewünschte Anpassungsgüte ausreichen! gedämpft wird.

Da die Dämpfungszahl der Leitungselemente mit der Frequenz ansteigt, ist der Rellexionskoeffisient für die niedrigste Betriebsfrequenz am grö'ssten.

Sine beträchtliche Verbesserung der Anpassung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Grundelemente mit einem Längenunterschied ausgebildet werden, der gleich einer Tiertelwellenlänge der sich in einem Grundelement bei dieser niedrigsten Frequenz ausbreitenden Welle ist, weil dies eine Gegenphasigkeit der reflektierten Spannungen an den Eingängen der Grundelemente zur Folge hat.

Eine andere Ausführungsform des zuvor beschriebenen Lastwider stand kann durch eine andere Anordnung der beiden Grundelemente erreicht werden.

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Pig.3 zeigt einen Innenleiter 112, der zwei Grundelementen gemeinsam ist. Der zylindrische Auseenleiter 111 und der Kurzschluss 115 des ersten Grundelements sind mit den entsprechenden Bestandteilen 11 bzw. 15 der Ausführungsform von Pig.2 identisch, während die Lage des zweiten Grundelements gegenüber derjenigen des entsprechenden Teils von Pig.2 umgekehrt ist, so dass der Kurzschluss 215 vor dem offenen Ende des Leiters 111 liegt, von dem er durch ein Verbindungsstück 109 getrennt ist, das mit dem Verbindungsstück 9 von Pig.2 identisch ist. Das offene Ende des Leiters 211 ist mit Hilfe eines Verbindungsstücks 209, das dem Verbindungsstück 109 gleich ist, von der Kurzschlussebene 28 getrennt, die den Innenleiter 122 eines Speisekoaxialkabels E abschlisset.

Dadurch wird eineLeitung 108 gebildet, in der ein Wasserumlauf bis zum Kurzschluss 28 stattfinden kann, falls in dem Kurzschluss 215 öffnungen, vorzugsweise in radialer Richtung, so angebracht werden, dass die elektrische Trennung zwischen den Elementen aufrechterhalten wird. Die Wassereinlässe sind bei 113 und dargestellt, während der Rücklauf durch den Innenleiter 112 stattfinden kann, der dann als Rohr ausgebildet ist.

Der Aussenleiter 121 des Kabels E ist an das offene Ende des Leiters 111 über einen zylindrischen Umfangs-

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leiter 26 angeschlossen, der den Leiter 211 koaxial umgibt, sowie über zwei Absätze, die von Ring-, scheiben 25 and 24 gebildet sind.

Die Leiter 211 und 26 bilden einen Koaxialleitungsabschnitt, und ihr Radius ist so bemessen, dass der Wellenwiderstand gleich dem Wellenwiderstand eines der Elemente der Leitung 108 ist. Die gesamte Lastanordnung weist daher auf der Höhe des Verbindungsstücks 209 eine Impedanz auf, die gleich der Summe der Impedanzen dieser Leitung und eines damit radial in Serie geschalteten Elements ist.

Diese Ausführungsform ergibt offensichtlich Kompensationsmöglichkei-fcen, die denjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsform entsprechen. Eine zusätzliche Kompensation kann durch Einwirkung auf die Eigenschaften des von den Leitern 211 und 26 gebildeten Leitungsabschnitts erreicht werden.

Es ist auch möglich, mehr als zwei Grundelemente zusammenzufassen.

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Pig.4 zeigt rechts von der Linie A-A₀ den in Fig.2 dargestellten Lastwiderstand, dessen Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen wie zuvor versehen sind. links von der Linie A-Aq ist ein Speisekoaxialkabel 7 dargestellt, dessen Innenleiter 43 mit der Leitung 8 über eine gleiche Leitung 48 verbunden ist, und dessen Aussenleiter mit dem Umfangsleiter 21 über efaen gleichartigen Leiter und eine Unstetigkeit 46 in Form einer Ringscheibe verbunden ist. Die Axialleitung 48 enthält einen Innenleiter 47, zwei Aussenleiter 42 und 41 sowie ein Verbindungsstück 49, wobei diese Teile den entsprechenden Teilen 12, 22, 11 bzw. 9 der Leitung*8 völlig gleich sind.

Zu der an der Stelle A-Aq zwischen den Leitern 21 und erscheinenden Impedanz, die doppelt so gross wie der Wellenwiderstand der Grundelemente ist, addiert sich die Summe der beiden anderen Grundelemente mit dem Hohlraum 48, wodurch die Impedanz zwischen den Leitern 43 und 44 auf das Vierfache des Wellenwi&erstands des Grundelements gebracht wird.

Ganz allgemein wird durch die .Serienschaltung von N Paaren von Grundelementen der Impedanz R die Gesamtimpedanz

2NR erhalten.

Die entsprechende Erweiterung auf eine beliebige Anzahl von Elementen kann auch mit dem in Fig.3 dargestellten Lastwiderstand erreicht werden·

In Fig.5 findet man rechts von der Linie B-Bq den Lastwiderstand von Flg.3, dessen Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Links von der Linie B-Bq befindet sich ein Koaxialkabel G, dessen Innenleiter 53 mit dem Leiter 112 über swel Grundelemente 51 und 52

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verbunden ist, die demjenigen der Leitung 108 völlig gleich sind, während der Auasenleiter 54 mit dem Absatz 24 über die Uefangsleiter 55, 56 und die Absätze 57, 58 verbunden ist.

Wenn nan die Ausbildung der Impedanz von dem as Ende befindlichen Kurzschluss 115 zum anderen Ende des Lastwiderstands hin verfolgt, lässt sich feststellen, dass die auf der Höhe eines beliebigen^jylindrischen Uafangsleiters erscheinende Impedanz gleich der auf der Höhe des vorangehenden Umfangsleiters erscheinenden Impedanz, vergrössert um die Impedanz R eines- Grundelements ist.

Allgemein wird durch die Serienschaltung von η Grundelementen also die Gesamtimpedanz .nR erhalten·

Es ist zu bemerken, dass die im Zusammenhang mit Pig.2 und 3 beschriebenen KompensavLonsmassnahiaen allgemein anwendbar sind·

Bei den zuvor beschriebenen Beispielen sind die verwendeten Leiter zylindrisch und koaxial , was einer herkömmlichen Ausführungsform entspricht. Es ist aber offensichtlich auch möglich, Leiter zu verwenden, deren Achsen nicht zusammenfallen, aber parallel zueinander liegen; die Berechnung des entsprechenden Wellenwiderstands ist allgemein bekannt. Bas gleiche gilt für den Querschnitt der Leiter, der andere geometrische Formen als die Kreisform aufweisen kann.

£s ist auch nicht notwendig, dass alle Koaxialleitungseleoente den gleichen Wellenwiderstand haben; es genügt, die Abmessungen der Leiter entsprechend zu bemessen.

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Ferner ist es möglich, bei den zuvor beschriebenen Lastwiderständen die in anderem Zusammenhang bekannten Massnähmeη anzuwenden, die eine Erhöhung des Wellenwiderstands ermöglichen.

I_n Fig.6 ist ein Grundelement dargestellt, bei dem die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 die gleichen Bestandteile bezeichnen. Der Innenleiter 5 ist durch einen schraubenförmig aufgewickelten Leiter 65 ersetzt, was eine Erhöhung des Induktivitätsbelags und damit eine Vergrösserung des Wellenwiderstands zur Folge hat.

Auch die Verwendung eines metallischen Materials mit elektrischem Widerstand ermöglicht gegebenenfalls eine Vergröseerung des Wellenwiderstands.

Aus vorstehender Beschreibung ist klar erkennbar, dass bei den beschriebenen Lastwiderständen die üblichen Impedanzwerte(beispielsweise 50 Ohm) mit einem sehr verringerten Raumbedarf und in einem grossen Frequenzbereich erreicht werden können.

Die Ausbildung ist verhältnismässig einfach ohne schwierige und daher aufwendige Justierung.

Ferner werden durch das Prinzip des verwendeten Grundelements Ausführungsformen ermöglicht, die für sehr hohe Leistungen geeignet sind.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Verlustbehafteter aperiodischer Lastwiderstand in Leitungsform mit einem Grundelement, das mit einer verlustbehafteten dielektrischen Flüssigkeit gfüllt ist und einen Aussenleiter und einen Innenleiter enthält, wobei der Aussenleiter ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende hat, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Endgrundelement auf der Seite des offenen Endes seines Aussenleiters ein oder mehrere zusätzliche Grundelemente gleicher Art angeordnet sind, dass sich die Innenleiter aller Grundelemente aneinander anschliessen, dass die Aussenleiter von jeweils zwei benachbarten Grundelementen einfach zusammengefügt sind, wenn ihre geschlossenen Enden einander zugewandt sind, während sie im entgegengesetzten Fall über eine Verbindung aus einem Material vereinigt sind, das für die zu vernichtende Energie durchlässig, aber für die Flüssigkeit dicht ist, dass jedes zusätzliche Grundelement koaxial von einem Umfangsleiter umgeben ist, dass jeder der Umfangsleiter elektrisch mit dem benachbarten Umfangsleiter verbunden ist, dass das offene Ende des Aussenleiters des Endgrundelements mit dem Ende des benachbarten Umfangeleiters verbunden ist, dass die Gesamtheit der Umfangsleiter den Aussenleiter und die Gesamtheit der zusätzlichen Grundelemente den Innenleiter des Lastwiderstands bildet , dass die dem Endgrundelement entgegengesetzten Enden dieser Anordnung den Eingang des Lastwiderstands bilden, und dass die Querschnitte der Umfangsleiter so bemessen sind, dass der Wellenwiderstand am Eingang des Lastwiderstande gleioh der Summe der Wellenwiderstände der Grundelementeist.
2. Lastwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter jedes Grundelements mit dem geschlossenen Ende seines Aussenleitera elektrisch verbunden ist·

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3. Lastwiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Innenleiter und dem geschlossenen Ende des Aussenleiters ein Widerstandseleoent enthält.
4. Lastwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Zahl von Grundelementen vorgesehen ist, und dass die Grundelemente zu Paaren zusammengefasst sind, bei denen die offenen Enden der Aussenleiter einander zugewandt und über das Verbindungsstück miteinander verbunden sind.
5. Lastwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der zusätzlichen Grundelemente so angeordnet ist, dass sich das geschlossene Ende seines Aussenleiters über das Verbindungsstück an das offene Ende des benachbarten Grundelemenfcs anschliesst.
6. Lastwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Grundelemente derart verschieden sind, dass sich die von ihnen reflektierten Wellen auf der Höhe der geschlossenen Enden der Aussenleiter kompensieren.
7. Lastwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundelemente gleiche Wellenwiderstände haben und zylindrische, koaxiale Innenleiter und Aussenleiter enthalten·
8. Lastwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter der Grundelemente schraubenförmig angeordnet sind.

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9. Lastwiderstand naoh einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleiter durch einfbhr gebildet sind.

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