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Abzweigvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Abzweigvorrichtung,
insbesondere fUr Gemeinschaftsantennenanlagen, deren Eingang über je eine von zwei
insbesondere auf einen Kern aus ferromagnetischem Material angeordneten Koppelwicklungen
mit Je einem ihrer zwei Ausgänge verbunden ist, wobei der Wicklungssinn der Koppelwicklungen
so gewählt und/oder die Koppelwicklungen so an den Eingang angeschlossen sind, daß
sie einander entgegengerichtete Flüsse erzeugen.
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Mit Hilfe derartiger Abzweigvorrichtungen soll die dem Eingang zugeführte
Hochfrequenzenergie zu ungleichen Teilen auf die Ausgänge verteilt werden, wobei
die Dämpfung (Richtdämpfung) zwischen den beiden Ausgängen untereinander erheblich
größer sein soll als zwischen dem Eingang und Jedem der
Ausgänge.
In Gemeinschafts-Antennenanlagen soll insbesondere mit Hilfe einer derartigen Abzweigvorrichtung
ein Teil der Hochfrequenzenergie aus einer Stammleitung auf eine Abzweigleitung
übertragen werden. hierbei müssen aus Anpassungsgründen der Eingangswiderstand und
die Ausgangswiderstände der Abzweigvorrichtung an die Wellenwiderstände der ankommenden
bzw. abgehenden Stammleitung und der Abzweigleitung angepaßt sein. Darüber hinaus
sind jedoch in der Regel auch vorgegebene Werte der Durchgangsdämpfung und der Abzweigdämpfung
einzuhalten.
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Eine Abzweigvorrichtung der eingangs näher erläuterten Art ist als
Richtungskoppler-Abzweiger bekannt geworden (DAS 2 025 615). Der bekannte Richtungskoppler-Abzweiger
ist jedoch lediglich für solche Anwendungsfälle geeignet, in denen die Abzweigdämpfung
mehr als 10 dB beträgt. Für Anwendungsfälle, in denen eine kleinere Abzweigdämpfung
erforderlich ist, kann er nicht kostensparend hergestellt werden. Derartige Anwendungsfälle
können jedoch insbesondere bei Kabelfernsehanlagen gegeben sein, wenn die Abzweigungen
entsprechend der Teilnehmerzahl optimal und damit kostensparend dimensioniert werden
sollen.
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Weitere Abzweigvorrichtungen sind in Form von Brückenanordnungen bekannt
geworden, in deren Brückenzweige entweder Widerstände (DAS 1 284 490) oder die Wicklungen
von Ubertragern (DT-OS 1 934 ins6) angeordnet sind. Derartige Brückenanordnungen
haben jedoch den Nachteil, daß sie in ihrer ersten Ausführungsform naturgemäß hohe
Verluste aufweisen und in ihrer anderen Ausführungsform nicht die etwa bei einer
Kabelfernsehanlage zu fordernde Breitbandigkeit (40 bis 900 MHz) erreichen. Nachteil
dieser Brückenanordnungen ist weiterhin, daß an einen der beiden Ausgänge unsymmetrische
Leitungen nur über ein
Symmetrierglied angeschlossen werden können.
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Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine breitbandige, einfache
und kostensparend herzustellende Abzweigvorrichtung anzugeben, die einerseits Abzweigdämpfungen
kleiner als 10 dB ermöglicht und andererseits für frei wählbare Wellenwiderstände
am Eingang und an den Ausgängen dimensioniert werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ede Koppelwicklung über
einen einseitig mit Masse verbundenen übertrager an einen der Ausgänge angeschlossen
ist.
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Hierdurch wird erreicht, daß an die Ausgänge unmittelbar, d.h.
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ohne zusätzlichesSymmetrierglied unsymmetrische Leitungen, wie z.B.
Koaxialkabel, angeschlossen werden können. Durch geeignete Wahl des Widerstandstransformationsverhältnisses
der Ubertrager, das im Idealfall gleich dem Quadrat ihres Windungszahlverhältnisses
ist, können die Ausgangswiderstände der Abzweigvorrichtung bei gegebenen Werten
der Abzweigdämpfung und der Durchgangsdämpfung frei gewählt werden. Insbesondere
können sie problemlos gleich dem Wellenwiderstand am Eingang der Abzweigvorrichtung
gewählt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Transformationsverhältnis des Eingangswiderstands zum Ausgangswiderstand
des einen Ubertragers gleich
und dasJenige des zweiten Ubertragers gleich
gewählt ist, wobei ZE den Eingangswiderstand und ZAl bzw.
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die die Ausgangswiderstände der Abzweigvorrichtung bedeuten und UN
das Verhältnis der Windungszahl der an den zweiten Übertrag er angeschlossenen Koppelwicklung
zur Windungszahl der anderen Koppelwicklung ist. Diese Ausführungsform ist besonders
verlustarm, insbesondere treten keine induktiven Verluste auf, da die von den Koppelwicklungen
erzeugten Flüsse sich gegenseitig aufheben. Das auch als Widerstandstransformationsverhältnis
bezeichnete Transformationsverhältnis der Ubertrager ist gleich dem Quadrat des
Windungszahlverhältnisses der Ubertragerwicklungen.
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Vorteile bietet auch eine Ausführungsform, bei der die übertrager
als Sparübertrager ausgebildet sind, die mit ihren, den Koppelwicklungen abgekehrten
Anschlüssen an Masse angeschlossen sind. Für den Fall gleicher Wellenwiderstände
am Eingang und Ausgang der Abzweigvorrichtung transformieren die Sparübertrager
abwärts und die Ausgänge sind Jeweils an Abgriffe einer einzigen zwischen die Koppelwicklung
und Masse angeschlossenen Ubertragerwicklung angeschlossen. Mit Hilfe derartiger
Sparübertrager lassen sich auf einfache Weise breitbandige, unsymmetrische Ausgangsbeschaltungen
erzielen.
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In manchen Anwendungsfällen soll neben der aufzuteilenden Hochfrequenzenergie
noch ein Fernspeisegleichstrom oder ein Fernspeisewechselstrom niedriger Frequenz
über die Stammleitung bzw. die Abzweigleitung übertragen werden. Um das Kurzschließen
dieser Fernspeiseströme über die Ubertrager zu verhindern, können die Ubertrager
über Kondensatoren an Masse angeschlossen sein. Zweckmäßigerweise sind die Koppelwicklungen
sowie
die Wicklungen der Ubertrager mit einem Drahtquerschnitt ausgeführt, der auch die
Übertragung des maximal vorgesehenen Fernspeisegleich- oder Wechselstroms zuläßt.
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Eine breitbandige Verbesserung der Anpassung am Eingang der Abzweigvorrichtung
läßt sich erzielen, wenn zur Kompensation ein Kondensator zwischen den Eingang und
Masse geschaltet ist.
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Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Abzweigvorrichtung
einschließlich von an den Eingang bzw. die Ausgänge angeschlossenen Koaxialanschlußklemmen
in eine Abschirmdose eingebaut ist. An die Koaxialanschlußklemmen anzuschließende
Koaxialkabel werden damit bis in die Abschirmdose geführt, was sich günstig auf
die Betriebseigenschaften und die Störstrahlsicherheit der Abzweigvorrichtung auswirkt.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert
werden, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Abzweigvorrichtung; Fig. 2 ein Diagramm mit den Zusammenhängen
zwischen dem Verhältnis der Windungszahlen der Koppelwicklungen und den Widerstandstransformationsverhältnissen
der Übertrager bzw. den
theoretisch erreichbaren Werten der Durchgangsdämpfung
und der Abzweigdämprung; Fig. 3 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Abzweigvorrichtung; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des
tatsächlichen Aufbaus der Abzweigvorrichtung nach Fig. 3; Fig. 5 Diagramme der gemessenen
Werte der Durchgangsdämpfung, der Abzweigdämpfung und der Richtdämpfung in Abhängigkeit
von der Frequenz für die Abzweigvorrichtung nach Fig. 3, und Fig. 6 Diagramme der
gemessenen Werte der Rückflußdämpfungen in Abhängigkeit von der Frequenz für die
Abzweigvorrichtung nach Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt einen Ringkern 1 aus ferromagnetischem Material, z.B.
Ferrit, der mit zwei Koppelwicklungen 3 und 5 mit den Windungszahlen nl bzw. n2
bewickelt ist. Der Wicklungssinn der Koppelwicklungen 3 und 5 ist so gewählt bzw.
die Koppelwicklungen 3 und 5 sind derart an einen eingangsseitigen Verzweigungspunkt
7 angeschlossen, daß die von den Koppelwicklungen 3 und 5 in dem Ringkern 1 erzeugten
magnetischen Flüsse und 2 einander entgegengerichtet sind. An die dem eingangsseitigen
Verzweigungspunkt 7 abgekehrten Wicklungsenden 9 und 11 der Koppelwicklungen 3 und
5 sind Sparübertrager 13 bzw.
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15 mit einem Ende ihrer Ubertragerwicklungen angeschlossen, deren
anderes Ende mit Masse verbunden ist. Die Abgriffe der Sparübertrager 13, 15 sind
mit Ausgängen 17 bzw. 19 verbunden.
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Fig. 1 zeigt darüber hinaus schematisch die bei Betrieb der Abzweigvorrichtung
an den eingangsseitigen Verzweigungspunkt 7 bzw. die Ausgänge 17, 19 auftretenden
Abschlußwiderstände.
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An den eingangsseitigen Verzweigungspunkt 7 ist ein hochfrequenzgenerator
21, z.B. ein Antennenverstärker, über ein Kabel angeschlossen. Der Wellenwiderstand
des Kabels und der Innenwiderstand des Generators treten am eingangsseitigen Verzweigungspunkt
7 als Wellenwiderstand ZE auf. Die Wellenwiderstände der an die Ausgänge 17, 19
angeschlossenen Kabel bzw. Leitungen sind mit ZAl bzw. ZA2 bezeichnet. Diese Wellenwiderstände
ZAl> ZA2 werden durch die Sparübertrager 13, 15 in Widerstände R1 bzw. R2 transformiert,
die dann an den Enden 9 und 11 der Koppelwicklungen 3 bzw. 5 als gegen Masse gesohaltete
Widerstände erscheinen. Ein vom Generator 21 an den eingangsseitigen Verzweigungspunkt
7 abgegebener Strom 1 verzweigt sich in zwei durch Je eine der Koppelwicklungen
3 bzw.
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5 fließende Ströme I1 und 12. Sollen jedoch keine induktiven Verluste
auftreten und soll die dem eingangsseitigen Verzweigungspunkt 7 zugeführte Hochfrequenzenergie
ohne Aufteilungsverluste den Ausgängen 17, 19 zugeführt werden, so müssen die magnetischen
Flüsse 1 und 2 gleiche Größe haben. Dies ist der Fall, wenn folgende Beziehungen
erfüllt sind: n111 = n2I2 (1) n1 n n2 R1 R2 R2 = ttN R1 (3) wobei das Ubersetzungsverhältnis
der beiden Koppelwicklungen 3 5 ÜN = n2 : nl ist.
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Damit am eingangsseitigen Verzweigungspunkt 7 der Abzweigvorrichtung
Anpassung herrscht, muß die Parallelschaltung der Widerstände R1 und R2 gleich dem
Wellenwiderstand ZE sein, d.h. es muß gelten
Die Widerstände R1 und R2 können Jedoch nicht beliebige Werte annehmen. So sind
z.B. die Werte R1 = R2 = ZE ausgeschlossen. Selbst bei einem Ubersetzungsverhältnis
UN = 1 müßten die Widerstände R1 und R2 noch die Größe 2ZE haben.
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Demgegenüber können die Sparübertrager 13, 15 Jedoch so dimensioniert
werden, daß an die Ausgänge 17, 19 frei wählbare Abschlußwiderstände angeschlossen
werden können, ohne die Bedingungen (1) bis (3) zu verletzen. Insbesondere können
diese Abschlußwiderstände auch gleich dem Wellenwiderstand ZE gewählt sein. Die
Widerstandstransformationsverhältnisse ÜR1 und ÜR2 der Sparübertrager 13, 15 müssen
folgende Bedingungen erfüllen, um die Anpassungsbedingungen am eingangsseitigen
Verzweigungspunkt 7 bzw. den Ausgängen 17 und 19 zu erfüllen:
Die Widerstandstransformationsverhältnisse sind gleich dem Quadrat der Windungszahlverhältnisse
der Sparübertrager 13, 15.
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Für den in der Praxis bevorzugten Fall gleicher Widerstände ZE = ZAl
= ZA2 ergeben sich damit folgende Beziehungen: ÜR1 = 1 + 1 (7) ÜN ÜR2 = 1 + ÜN (8)
Ebenso ergeben sich für die willkürliche Annahme,an den Ausgang 19 sei die Abzweigleitung
anzuschließen, folgende Abhängigkeiten zwischen der Durchgangsdämpfung αD
(Dämpfung Verzweigungspunkt 7 - Ausgang 17) und der Abzweigdämpfung αA (Dämpfung
Verzweigungspunkt 7 - Ausgang 19) sowie dem Ubersetzungsverhältnis ÜN folgende Beziehungen:
αD = 10 lg (1 + 1) [dB] (9) ÜN αA = 10 lg (1 + ÜN ) [dB] (10) Für den
Fall ZE = ZAl = ZA2 sind die Gleichungen(7) bis (10) in Fig. 2 dargestellt. Soll
z.B. eine Abzweigdämpfung von DAS A = 6 dB zwischen dem eingangsseitigen Verzweigungspunkt
7 und dem Ausgang 19 erreicht werden, so ist, wie Fig. 2 zeigt, ÜN = 3> UR2 =
4 und UR1 = 1,33 zu wählen. Zwischen dem Verzweigungspunkt 7 und dem Ausgang 17
ergibt sich somit lediglich eine Durchgangsdämpfung von αD = 1,33 dB.
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Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer Abzweigvorrich tung, aus
der auch die tatsächliche Ausführung der Bewicklung des Ringkerns 1 und der Sparübertrager
13, 15 ersichtlich ist. Gleichwirkende Teile sind dem besseren Verständnis wegen
mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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Der mit einer koaxialen Anschlußklemme 23 des Eingangs der Abzweigvorrichtung
verbundene Verzweigungspunkt 7 teilt die AF-Energie auf die Koppelwicklungen 3,
5 des Ringkerns 1 in einem Ubersetzungsverhältnis von ÜN = 2,33 (1,75 Windungen
0,75 Windungen). Das Ende 9 der Koppelwicklung 3 ist an das eine Ende einer auf
einen Ringkern 25 des Sparübertragers 13 gewickelten Wicklung 27 angeschlossen,
deren anderes Ende über einen Kondensator 29 mit Masse verbunden ist. Die Wicklung
27 des Sparübertragers 13 weist einen mit einer koaxialen Anschlußklemme des Ausgangs
17 verbundenen Abgriff 31 auf.
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Der Abgriff 31 unterteilt die Wicklung 27, bezogen auf Masse, im Windungszahlverhältnis
4,5 Windungen/4 Windungen = 1,125.
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Der Sparübertrager 13 hat somit ein Widerstandsübersetzungsverhältnis
von URl = (1,125)2 = 1,26. Das Ende 11 der Koppelwicklung 5 ist an das eine Ende
einer auf einen Doppelnochkern 33 aufgebrachten Wicklung 35 des Sparübertragers
15 angeschlossen, deren anderes Ende über einen Kondensator 37 mit Masse verbunden
ist. Die Wicklung 35 weist wiederum einen an eine koaxiale Anschlußklemme des Ausgangs
19 angeschlossenen Abgriff 39 auf. Der Abgriff 39 teilt die Wicklung 35, bezogen
auf Masse, im Verhältnis 3 Windungen/2 Windungen = 1,5 auf.
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Das Widerstandsübersetzungsverhältnis ÜR2 des Sparübertragers 15 beträgt
somit 2,25.
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Die Werte der Widerstandsübersetzungsverhältnissekönne im Einzelfall
bei sehr großem Betriebsfrequenzbereich (z.B. 20 bis 900 MHz) Korrekturen erforderlich
machen. Für ein Übersetzungsverhältnis ÜN = 2,33 ergeben sich aus Fig. 2 die theoretischen
Werte ÜR1 = 1,45; ÜR2 = 3,30CD = 1,7 dB, RA = 5,3 d3. Die tatsächlich erreichten
Werte der Durchgangsdämpfung bzw. der Abzweigdämpfung sind aus Fig. 5 ersichtlich.
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Die Kondensatoren 29 und 37 in Fig. 3 verhindern das Kurzschließen
von der Hochfrequenzenergie überlagerten Fernspeiseströmen; sie sind nicht erforderlich,
wenn keine Fernspeiseströme auftreten können. Die Koppelwicklungen 3,5 sowie die
Wicklungen 27 und 35 sind für den maximalen Fernspeisestrom bemessen. Ein am eingangsseitigen
Verzweigungspunkt 7 gegen Masse geschalteter Kondensator 41 dient der breitbandigen
Verbesserung der Anpassung.
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In Fig. 4 ist der mechanische Aufbau des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3 dargestellt. Die Bauelemente sind im Verdrahtungsraum 43 eines Chassis 45
einer als Aufputz-Abzweigdose ausgebildeten Abschirmdose angeordnet. Ein unterer
und ein oberer Deckel der Abschirmdose, sind nicht dargestellt. Die Koppelwicklungen
3 und 5 des Ringkerns 1 sind im eingangsseitigen Verzweigungspunkt 7 an einer Anschlußfahne
47 der koaxialen Anschlußklemme 23 des Eingangs angelötet. Der Kondensator 41 ist
ebenfalls an der Anschlußfahne 47 angelötet. Sein masseseitiger Anschluß ist an
einer mit dem Chassis 45 vernieteten und verlöteten Nietlötfahne 49 angelötet. Das
ausgangsseitige Ende 9 der Koppelwicklung 3 ist freitragend mit einem Eingangsanschluß
des Sparübertragers 13 verlötet. Der Sparübertrager 13 ist mit seinem masseseitigen
Anschluß an einen Belag des scheibenförmig ausgebildeten Kondensators 29 angeschlossen.
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Der Kondensator 29 wird durch eine an seinen anderen Belag angelötete
und ihrerseits mit dem Chassis 45 vernietete und verlötete Masselötfahne 53 gehalten.
Der Abgriff 31 (Anzapfung) ist mit einer in das Chassis 45 isoliert eingesetzten
koaxialen Anschlußklemme 55 verlötet. Das ausgangsseitige Ende 11 der Wicklung 5
ist freitragend mit dem Eingang des Sparübertragers 15 verlötet. Der Abgriff 39
des Sparübertragers 15 ist mit einer in das Chassis 45 isoliert eingesetzten koaxialen
Anschlußklemme 57 verbunden. Der mit einem Belag an eine
Masselötfahne
53 angelötete und vorn ihr gehaltene Kondensator 37 ist mit seinem anderen Belag
am Punkt 55 freitragend mit dem masseseitigen Anschluß des Sparübertragers 15 verlötet.
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Die Anschlußklemmen 23, 55 und 5B befestigen jeweils den Innenleiter
eines koaxialen Anschlußkabels, dessen Außenleiter durch in Fig. 4 nicht sichtbare
Schellen mittels Schrauben 57 am Chassis 45 befestigbar ist. Die Abschirmdose weist
Befestigungslöcher 59 auf, durch die hindurch sie z.B. an einer Wand angeschraubt
werden kann.
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Für das anhand der Fig. 3 und 4 erläuterte AusfUhrungsbeispiel ergaben
sich für einen Wellenwiderstand von ZE = ZAl = ZA2 = 75Q folgende elektrische Werte
der Bauelemente: Ringkern 1: Abmessungen R 3,5 . 1,2 . 5 mm 0,75 Windungen 0,5 mm
Cu-Lack, 1,75 Windungen, 0,3 mm Cu-Lack Sparübertrager 13: Ringkern Abmessungen
R 4 . 1,6 6 mm, 0,5 Windungen, 0,5 mm Cu-Lack, 4 Windungen, 0,3 mm Cu-Lack Sparübertrager
15: Zwei miteinander verklebte Ringkerne, Abmessungen je R 4 1,6 6 mm, eine Windung
0,3 mm #, Cu-Lack, 2 Windungen 0,3 mm #, Cu-Lack, Kondensator 29: Keramikkondensator
500 pF, Scheibenform
Kondensator 37: Keramikkondensator 33 pF,
Rohrform Kondensator 41: Keramikkondensator 0,8 pF, Perlform In Fig. 5 sind die
Durchgangsdämpfung D 0(D (Verzweigungspunkt 7 nach Ausgang 17, Kurve A) und die
Abzweigdämpfung aA (Verzweigungspunkt 7 nach Ausgang 19, Kurve B) in Abhängigkeit
von der Frequenz für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Die Kurve C der Fig. 5 zeigt den Verlauf der Richtdämpfung (Ausgang 17 nach Ausgang
19), d.h. die gegenseitige Entkopplung der beiden Ausgänge gegeneinander, die über
den Betriebsfrequenzbereich von 40 bis 900 MHz stets größer als 22 dB ist.
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Fig. 6 zeigt die Rückflußdämpfungen in Abhängigkeit von der Frequenz:
Kurve D gemessen am Ausgang 17 Kurve E gemessen am Ausgang 19 Kurve F gemessen an
der koaxialen Anschlußklemme 23 des Eingangs.
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Die in der vorstehenden Beschreibung erläuterte Durchgangsdämpfung
ocD bzw. Abzweigdämpfung A stellt lediglich ein Beispiel einer Bemessung dar. Andere
Werte können problemlos gewählt werden; die grundsätzliche Bemessung ergibt sich
aus Fig. 2.