DE624757C - Anordnung zur Steuerung der Energieuebertragung ueber Hochfrequenzleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung elektrischer Energieübertragung über ein Leitungsnetz, insbesondere in Hochfrequenzsignalanlagen.

In einem Leitungsnetz mit einer oder mehreren Hochfrequenzquellen, die verhältnismäßig starken Strom liefern, ist es oft wünschenswert, die Übertragung der elektrischen Energie zu steuern, damit ein großer Teil oder die ganze elektrische Energie z. B. einer der Stromquellen über einen bestimmten Zweig des Netzes geleitet wird, während in einem anderen Augenblick diese Energie durch einen anderen Zweig des Netzes geführt wird, ohne direkte Schaltmaßnahmen in den Zweigen auszuführen, in denen die starken Ströme fließen.

Man muß beispielsweise in einer Signalanlage, in der die gleiche Antennenanlage abwechselnd zum Senden und Empfangen benutzt wird, beim Übergang vom Senden zum Empfang zuerst den Sender ausschalten und dann die Antenne auf den Empfang umschalten oder den ziemlich starken Strom, der vom Sender zur Antenne fließt, unterbrechen.

Nach der Erfindung wird die Energieübertragung über Hochfrequenzleitungen, insbesondere in Duplexanlagen, dadurch geändert, daß eine Hilfsleitung, deren Länge ein ganzzahliges Vielfaches eines \^riertels der verwendeten Wellenlänge beträgt, an die Hauptleitung angeschaltet oder in dieselbe eingeschaltet ist, und daß an Knotenpunkten oder Bäuchen der Spannung oder des Stromes Kurzschlußkontakte oder veränderliche Impedanzen zur Veränderung der wirksamen Länge der Hilfsleitung vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Abbildungen beschrieben.

In Abb. ι ist eine Übertragungsleitung TL gezeigt, die zwei Stationen D' und D" miteinander verbindet. An einem Punkt B der Übertragungsleitung ist eine Hilfsleitung TLi angeschaltet, die durch eine veränder-. liehe, aus einer Vakuumröhre V bestehende Impedanz abgeschlossen ist.

Die Impedanz der beiden Enden der Über- „ tragungsleitung TL ist so gewählt, daß stehende Wellen in der Leitung während der Sendung vermieden sind. Die Länge der Hilfsleitung TL1 ist gleich einem ungeraden Vielfachen " einer Viertelwellenlänge. Die Gittervorspannung der erwähnten Röhre V wird mit Hilfe eines Relais R, wie in Abb. 1 gezeigt, gesteuert. Ist das Relais R in Ruhe, so liegt über den Widerstand R 2 die Spannung der ganzen Gitterbatterie am Gitter. Wenn das Relais R dagegen erregt wird und seinen Anker A anzieht, wird eine kleinere Vorspannung über den Widerstand Ri an das Gitter gelegt. Die Widerstände R1 und

R 2 sollen einen Kurzschluß der Vorspannungsbatterie- verhindern-. Gleichzeitig haben sie den Zweck, daß durch'die Umschaltung die Vorspannung nicht plötzlich geändert wird, sondern in. zwei Stufen, denn während der Umschaltung liegen für einen kurzen Augenblick die Enden beider Widerstände am Gitter.

Wenn das Gitter der Röhre V hoch negativ ίο vorgespannt ist, ist die Impedanz der Röhre sehr hoch. Infolgedessen wirkt die Hilfsleitung wie eine niedrige Impedanz an den Punkten, an denen die Hilfsleitung an die Übertragungsleitung angeschaltet ist, weil die Länge der Hilfsleitung ein ungerades Vielfaches der Viertelwellenlänge beträgt. Sobald die Gittervorspannung der Röhre geringer negativ gemacht wird, vermindert sich die Impedanz der Röhre, und infolgedessen wird die Impedanz an der . Übertragungsleitung TL erhöht. Die Impedanzänderungen können sehr groß gemacht werden, so daß dieses System wie ein Kurzschluß bei B wirken kann.

Man sieht,, daß die in Abb. 1 gezeigte Anordnung es ermöglicht, in weiten Grenzen die Energieübertragung zwischen zwei Stationen D' und D" zu verändern, ohne Schaltmaßnahmen in der Übertragungsleitung selbst vorzunehmen.

Anstatt die Endimpedanz der Hilfsleitung TLx zu verändern, ist es manchmal vorteilhaft, nach Abb. 2 eine Hilfsleitung mit einstellbarer Nutzlänge zu verwenden. Wenn die Hilfsleitung an einem Punkt kurzgeschlossen ist, der in einer Entfernung von einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge der zwischen T)' und D" übertragenen Schwingungen liegt, ist die Impedanz der Hilfsleitung TL1 zwischen A und B sehr hoch und gleichfalls die Energieübertragung zwischen D' und D".

Um mit der Anordnung nach Abb. 2 elektrische Schwingungen verschiedener Frequenzen zwischen D' und D" mit einem einstellbaren Maß der Energieübertragung für jede der Frequenzen zu übertragen, können mehrere Schaltsteilen längs der Hilfsleitung TLx vorgesehen sein.

Gewöhnlich kann die Hilfsleiturfg an ihrem freien Ende offen sein. Dadurch, daß die Länge der Hilfsleitung gleich'einem ganz-

. zahligen Vielfachen; der halben Wellenlänge gemacht wird, ist die Impedanz von TL1 an dem Überbrückungspunkt AB sehr · hoch, so daß praktisch kein Übertragungsverlust durch die Hilfsleitung in der Hauptleitung TL her-

. vorgerufen wird. Um die Übertragung für eine Frequenz Fi auf der Leitung zu unterdrücken, wird der Schalter Kx geschlössen, der in einer Entfernung eines geraden Vielj fachen der Viertelwellenlänge von dem Überbrückungspunkt AB angeordnet ist. Die Impedanz an diesem Punkt wird dann sehr niedrig und dadurch tatsächlich ein Kurz- 6g Schluß für die Frequenz F1 in die Hauptleitung eingeführt. Die Übertragung von D' nach D" kann für diese Frequenz durch Öffnen des Schalters K1 wieder ermöglicht werden.

Wenn die gleiche Übertragungsleitung TL für eine andere Frequenz F 2 benutzt werden soll, bleibt der Schalter K1 offen. Die Nutzlänge der Hilfsleitung TL1 wird der neuen WellenlängeF2, z.B. durch Betätigung des Schalters K 2, angepaßt, während K 2 offen bleibt. Der Schalter K 3 legt einen Kurzschluß zwischen die Hilf sleitung TL1 in einer Entfernung von einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge — von dem

Brückenpunkt AB₁ so daß die Hilfsleitung wie eine sehr hohe -Impedanz an dem Überbrückungspunkt AB wirkt. Dadurch sind in der Hauptüber.tragungsleitung TL bei der 8g Frequenz F 2 im wesentlichen keine Verluste vorhanden.

Um die Übertragung der Frequenz F 2 zwischen D' und D'' zu unterdrücken, wird der Schalter K 2 geschlossen, der in einer Entfernung eines geraden Vielfachen der

halben Wellenlänge — vom Punkt AB angeordnet ist. Die Übertragung der Frequenz F 2 kann durch Öffnung des Schalters K2 wieder ermöglicht werden, während Kz geschlossen bleibt. Der Schalter Kx ist während aller dieser Mäßnahmen bei der Frequenz F 2 geöffnet. Für das Zusammenarbeiten der Schalter Ki und K 2 müssen Vorkehrungen derart getroffen sein, daß eine falsche Betätigung verhindert wird, wenn die Arbeitsbedingungen von einer Frequenz zur anderen gewechselt werden.

Wenn die Energieübertragung zwischen mehreren Stationen, z. B. D^r und D" für eine Anlage mit mehr als zwei Frequenzen geändert werden soll, können die oben entwickelten Grundsätze sinngemäß angewandt werden. · '

In Abb. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem die Relaiskontakte in den Sekundärkreis eines Transformators gelegt sind. Die Primärwicklung dieses Transformators liegt als Brücke zwischen der Übertragungsleitung an einem Punkt, an den der Kurzschluß gelegt werden soll. Auf diese Weise wird die Spannung an den Relaiskontakten und auch die scheinbare Kapazität zwischen den Relaiskontakten vermindert. Durch Ab-Stimmung der Primärwicklung des Transformators kann eine sehr hohe Impedanz

erzielt werden, wenn der Relaiskontakt offen ist.

Obgleich in den Abb. ι und 2 die Relaiskontakte im Nebenschluß zur Hilfsübertragungsleitung liegen, können sie auch in Reihe in der Hilfsleitung an geeigneten Stellen, zweckmäßigerweise an Stromknoten, liegen. Auf diese Weise wird die Länge der Hilfsleitung geändert, die auch von Einfluß ist.

Dies geht aus der Beschreibung der Abb. 1 und 2 hervor. In Abb. 1 ist nämlich die Länge gleich einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge und in Abb. 2 gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge. Wenn die Leitung offen ist, wirkt sie im ersten Falle wie ein Kurzschluß und im zweiten Fall wie eine hohe Impedanz.

Wenn elektrische Energie von sehr hoher

Frequenz über eine Anlage nach Abb. 1 und 2 gesandt wird, so wird die Felddichte in dem Leiter kleiner, wenn sich die Frequenz erhöht, da dann die Felddichte in dem den Leiter umgebenden Medium größer wird. In diesem Falle kann man die elektrische Länge der Übertragungsleitung durch Einführung von Reflektoren an geeigneten Punkten längs der Übertragungsleitung vermindern. Solche Reflektoren können aus Metallschirmen bestehen, deren Abmessungen wenigstens von

gleicher Größenordnung wie die Wellenlänge der zu reflektierenden Schwingungen sein sollen und die in einer senkrecht zur Längsrichtung der Leitung liegenden Ebene angeordnet werden. Die Leitungen gehen also durch einen solchen Schirm hindurch.

In Abb. 3 ist eine Hochfrequenzsignalanlage für Duplexverkehr dargestellt, bei der die Erfindung angewendet ist. Ein Hochfrequenzsender RT und ein Hochfrequenzempfänger RR sind mit einer einzigen Übertragungsvorrichtung A₁ z. B. einer Antenne, verbunden, die sowohl für das Senden als auch das Empfangen benutzt wird. Der Sender RT und der Empfänger RR sind mit einem Trägerfrequenzunterdrücker CS₁ dessen Bedeutung später erklärt wird, mit einem Arbeitsplatz TOP und einem Signalgerät S verbunden. Eine derartige Anlage kann zweckmäßigerweise als drahtlose Fernsprechanlage benutzt werden.

Die Übertragungsleitung TL verbindet den Sender RT mit der Antenne A. Es ist angenommen, daß die Impedanzen an beiden Enden A1 und B 1 so abgeglichen siiid, daß stehende Wellen in der Übertragungsleitung TL beim Senden von RT nach A nicht auftreten.

An einem Punkt P ist an die Übertragungsleitung TL eine Hilfsleitung TL1 angeschaltet. Diese Leitung ist bei D kurzgeschlossen. Ihre Länge PD ist gleich einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge, so daß stehende Wellen'auf der Leitung PD entstehen. Auf diese Weise ist am Überbrückungspunkt P die Impedanz hoch und deshalb der Verlust niedrig.

An einem Punkt Q der Hilfsleitung TLi, der in einer Entfernung von einer halben Wellenlänge von dem Ende D entfernt liegt, befindet sich ein Spannungsknoten für die stehenden Wellen. Dieser Punkt Q ist als Anschlußpunkt für die zum Empfänger RR führende Leitung TL' gewählt. Weil die kurzgeschlossene Leitung QD (eine halbe Wellenlänge) als Kurzschluß bei Q wirkt, ist es nicht nötig, besondere Vorkehrungen gegen hohe . Spannungen zu treffen. Beim Senden stört die Brückenimpedanz bei Q die Übertragung von RT nach A nicht, vorausgesetzt, daß die Leitung TL' mit einer geeigneten Impedanz (der Eingangsimpedanz des Empfängers RR) abgeschlossen ist. Unter diesen Bedingungen gelangt keine Energie von der Leitung TL1 zur Leitung TL', so daß der Empfänger RR keine Energie vom eigenen Sender RT empfängt.

Beim Senden sind die Kontakte der Relais R ι und Rz in Abb. 3 offen. Wenn von Senden auf Empfang umgeschaltet werden soll, wird zuerst die Trägerwelle mittels des Trägerwellenunterdrückers CS selbsttätig unterdrückt oder genügend vermindert, damit der Empfänger RR arbeiten kann. Der Trägerwellenunterdrücker betätigt nämlich die Relais R1 und R 2, die durch Anziehen ihrer Anker die Kontakte B und D1 schließen.

Die Leitung TL1 wird durch Schließen des Kontaktes D1 kurzgeschlossen. Dieser Kontakt liegt in der Mitte zwischen Q und D₁ so daß die Entfernung Q-Di gleich einer Viertelwellenlänge ist. Dadurch wird die vor Betätigung des Relais R1 am Punkt Q liegende niedrige Impedanz (praktisch ein Kurzschluß) in eine hohe Impedanz umgewandelt und ein Übertragungsweg A₁ P₁ TL i, Q₁ TL', RR für den Empfänger RR geschaffen. Der Empfänger RR kann als richtige Endimpedanz für diesen Übertragungsweg die.nen.

Wenn keine anderen Vorkehrungen getroffen sind, würde am Punkt P ein Nebenschluß durch die Leitung P₁ B₁ Bi gebildet. Um diesen zu vermeiden, ist das Relais Rz vorgesehen, welches den Nebenschluß mit niedriger Impedan'z in einen mit hoher Impedanz umkehrt. Das Relais "ist nämlich in einer Entfernung von einer Viertelwellenläng>e (oder einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlängie) vom Punkt P angeordnet. *

Die Kontakte dieses Relais R 2 dürfen keinen merklichen Übertragungsverlust ver-

Ursachen und müssen hohen Spannungen widerstehen. Jedoch leiten diese Kontakte nicht den starken Sendestrom. Wenn die Spannung an den Kontakten des Relais R 2 vermindert werden soll, kann eine Anordnung nach der Abb. 4 benutzt werden.

Die beschriebene Anordnung.hat folgende Vorteile:

1. Über die Kontakte des Relais R1 braucht nicht der Sendestrom zu fließen.

2. Die Relais Ri und Rz haben nur je einen Kontakt, die bloß den Strom beim Empfang zu leiten brauchen.

3. Die Wicklungen der Relais Ri und R 2 können an Erde gelegt werden.

4. Da die Kontakte der Relais Ri und R 2 nicht den starken Strom zu leiten haben, können die Relais in ihren Abmessungen sehr schwach gehalten werden und arbeiten infolgedessen sehr schnell.

5. Die Relais Ri und R2 besitzen sehr geringe Kontaktkapazitäten ohne einen großen Arbeitsweg.

6. Der Arbeitsstrom der Relais Ri undi?2 kann direkt durch die Relaisfolge des Trägerwellenunterdrückers gesteuert werden.

Die Relais Ri und R 2 in Abb. 3 oder die Gittervorspannung der Röhre V in Abb. 1 können durch Sprechströme oder Meldeströme von einer Ortsstation oder fernen Station gesteuert werden, um die Einrichtung von Abb. 3 vom Senden auf Empfang umzuschalten.

Obgleich die Erfindung an einem Übertragungssystem für Duplexverkehr beschrieben ist, kann sie für beliebige andere Systeme angewendet werden.

In den Zeichnungen sind die Übertragungsleitungen durch parallele Leitungen dar- gestellt, aber selbstsverständlich kann jede Art von Übertragungsleitungen benutzt werden. In gewissen Fällen ist es z. B. zweckmäßig, besondere Kabel oder konzentrische Röhrenkabel zu verwenden. Weiterhin können für einen Teil der Leitungen eine bestimmte Art von^; Kabeln und in dem anderen Teil eine andere Kabelart verwendet werden. Die Übertragungsleitung kann z. B. teilweise aus künstlichen Leitungen bestehen.

Die Übertragungsleitungen gemäß der Erfindung in Verbindung mit Leitungen von einer Viertelwellenlänge können auch für Leitungen mit halber Wellenlänge oder selbst für Leitungen benutzt werden, deren Länge keine ganze Zahl der halben oder Viertelwellenlänge beträgt, vorausgesetzt, daß geeignete Endimpedanzen vorgesehen sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Energieübertragung über Hochfrequenzleitungen, insbesondere in Anlagen für Duplexverkehr, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsleitung, deren Länge ein ganzzahliges Vielfaches eines Viertels der verwendeten Wellenlänge beträgt, an die Hauptleitung angeschaltet ist und daß an Knotenpunkten oder Bäuchen der Spannung Kurzschlußkontakte oder veränderliche Impedanzen zur Änderung der wirksamen Impedanz der Hilfsleitung vor-' gesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Impedanz aus einer Vakuumröhre besteht, deren Gittervorspannung zur Anderung der Impedanz veränderlich ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehr hohen Frequenzen die wirksame Länge der Hilfsleitung durch Änderung der Stellung von auf der Leitung verschiebbaren Metallreflektoren geändert wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußkontakte über Transformatoren angeschlossen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 zum wechselweisen Anschluß des Senders und Empfängers einer Hochfrequenzsignalanlage an eine gemeinsame Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Verbindungsleitung zwischen Empfänger und gemeinsamer Übertragungsleitung als Hilfsleitung nach Anspruch ι ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise Umschaltung von Sender und Empfänger auf den gemeinsamen Übertragungsweg mittels eines Hilfssignals von einer entfernten Stelle aus gesteuert wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Hilfssignals oder eines Teiles des Hauptsignals die abgehenden modulierten oder nichtmodulierten Hochfrequenzströme ganz oder teilweise unterdrückt werden, bevor der Empfangsapparat betriebsbereit gemacht wird.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsgüte in weiten Grenzen über einen großen Frequenzbereich veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen