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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte
Last, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zur
Verwendung als Ersatzantenne beim Rundfunk vorgesehen ist.
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Die Verwendung von Widerständen bei Funkfrequenzen,
insbesondere im Bereich der Mittelwellen, erfordert beispielsweise die
Durchführung von elektrischen Funktionsprüfungen sowie
Leistungsmessungen mit einem Rundfunksender. Um diese
durchzuführen, muß die Last, die häufig als Ersatzantenne bezeichnet
wird, eine gute Stabilität der Impedanz bezüglich der
Temperatur und der Frequenzen aufweisen, um keine
Betriebsschwankungen des Senders hervorzurufen.
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In der Hochfrequenztechnik ist es üblich, Lasten mittels
Widerstandselementen, die durch Wasser gekühlt werden, zu
realisieren; einige dieser Lasten weisen eine gute Stabilität
des Widerstandes bis zu einigen Megahertz auf, besitzen jedoch
einen Hauptnachteil: sie benötigen einen Wasserkühlkreis.
Jedoch ist ein solcher Kreislauf teuer und gegebenenfalls
schwer zu handhaben.
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Andere Lasten besitzen einen Widerstand, der mittels eines
Kreislaufes realisiert ist, in dem natriumhaltiges Wasser
zirkuliert; einige dieser Lasten sind mit Abstimmungskolben
ausgestattet, die eine Temperaturregelung ermöglichen. Solche
Lasten sind für hohe Leistungen einsetzbar und weisen eine
gute Frequenzstabilität auf, besitzen jedoch den Nachteil, daß
sie zwei Wasserkreisläufe benötigen: den Natrium enthaltenden
Wasserkreislauf und zusätzlich einen gewöhnlichen
Wasserkreislauf, der zur Kühlung des Natrium enthaltenden
Wasserkreislaufes vorgesehen ist.
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Es ist anzumerken, daß andererseits bekannt ist, z. B. aus dem
Patent GB 395 363, Widerstände nach der sogenannten
Streckmetall-Technik (Expanded Metal in der angelsächsischen
Literatur) zu realisieren, die darin besteht, in einem Metallband
mehrere parallele Schnitte anzubringen, ohne Material zu
spannen und statt dessen die Schnittränder aufzuwerfen, so daß
eine Art Gitterwerk gebildet wird. Solche aneinandergereihten
Widerstände werden in Bereichen wie etwa der elektrischen
Zugförderung, der industriellen Elektroheizung und der
elektrischen Leistungsbremsen bei bestimmten Zügen verwendet: die
so beschaffenen Lasten besitzen eine gute Stabilität bezüglich
der Temperatur, sind jedoch nur wenig stabil bezüglich der
Frequenz und können somit nicht in den Fällen als
Ersatzantennen verwendet werden, in denen ein großer
Arbeitsfrequenzbereich gefordert ist. Zu diesem Punkt muß angemerkt werden, daß
die neueren Funkfrequenzleistungsquellen in MOSFET-Technologie
aufgrund ihres sehr geringen dynamischen Innenwiderstandes
sehr empfindlich auf Laständerungen reagieren und daß aufgrund
dieser Tatsache die Stabilität der Last von den
Arbeitsfrequenzen bis zur dritten Harmonischen der höchsten
Arbeitsfrequenz gewährleistet sein muß.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine luftgekühlte
Last mit einer guten Stabilität bezüglich der Temperatur und
der Frequenz zu unterbreiten, bei Gestehungskosten, die
deutlich unter denen der Lasten mit Natrium enthaltendem
Wasserkreislauf und Kolbenregelung liegen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß eine Anordnung aus in Serie
eingebauten Streckmetall-Widerstandsmodulen verwendet wird und
dieser Anordnung eine Frequenzkompensation zugeordnet wird.
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Gemäß der Erfindung wird hierzu eine luftgekühlte Last mit
einer Serieninstallation von im wesentlichen ebenen
Streckmetall-Widerstandsmodulen, einer metallischen Trägerstruktur und
Isolierelementen zur Aufrechterhaltung der Anordnung
vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie für ihre
Verwendbarkeit bei Funkfrequenzen mit
Frequenzkompensationsmitteln versehen ist, die kapazitive Verbindungen enthalten,
um von bestimmten Enden der Module jeweils eines mit der
Trägerstruktur zu verbinden.
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Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich und weitere
Eigenschaften werden deutlich anhand der folgenden
Beschreibung und der sich darauf beziehenden Figuren, wovon:
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Fig. 1 ein Widerstandsmodul darstellt, das in einer
erfindungsgemäßen Last verwendet wird,
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Fig. 2 einen Ausschnitt des Widerstandsmoduls nach Fig. 1
darstellt,
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Fig. 3 und 4 eine erfindungsgemäße Last, von vorn bzw. von der
Seite gesehen, darstellen,
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Fig. 5 ein Ersatzschaltbild der Last nach Fig. 3 und 4
darstellt,
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Fig. 6 den typischen Verlauf der Kennlinie der Last nach den
3 und 4 darstellt, und
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Fig. 7 die in der Last nach den Fig. 3 und 4 verwendeten
Komponenten darstellt.
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In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Elemente mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Fig. 1 zeigt ein Widerstandsmodul R, das ausgehend von einem
Metallband einer Breite von 9 cm und einer Dicke von 0,18 mm
in der Streckmetall-Technik gefertigt wurde. Dieses Modul
enthält in Wechselfolge längs des Metallbandes gitterartige
Abschnitte aus Streckmetall G1 bis G5 und nicht gitterartige
Abschnitte K1 bis K6, die durch eine Bohrung H1 bis H6
durchbrochen sind. Die gitterartigen Abschnitte, pro Modul fünf an
der Zahl, haben eine Länge von 13,7 cm. Die nicht
gitterartigen Abschnitte K2 bis K5 belegen auf dem Band eine Länge von
2,8 cm, während die äußeren nicht gitterartigen Abschnitte des
Moduls K1, K6 eine Länge von 22,5 cm besitzen und Zungen
bilden, die dazu dienen, das Modul abzustimmen. Das
Widerstandsmodul nach Fig. 1 weist, so wie es realisiert worden
ist, einen Widerstand von 1,04 Ohm auf.
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Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Teils von Fig. 1,
der den gitterartigen Abschnitt G2 und die Bohrungen H3 und H4
genauer zeigt.
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Die Fig. 3 und 4 sind vereinfachte Ansichten, die 48 in Serie
geschaltete Module nach Fig. 1 zeigen, die eine für einen
Einsatz als Ersatzantenne vorgesehene Last von 50 Ohm bei
150 kW bilden.
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Fig. 3 zeigt die von vorn gesehene Last mit 48 Modulen, etwa
bei R, die in zur Figurenebene senkrechten Ebenen in Serie
geschaltet sind; die gitterartigen Abschnitte der Module sind
durch längliche Rechtecke dargestellt, während die nicht
gitterartigen Abschnitte durch durchgezogene Linien
dargestellt sind. Die 48 Module werden im Inneren eines
Metallschrankes P, ohne vordere und ohne hintere Seitenwand, jedoch
mit sechs horizontalen isolierenden Schienen B1 bis B6, die
durch die Bohrungen der Module führen, und vier vertikalen, zu
den Modulebenen und somit zur Ebene der Fig. 3 senkrechten
Metallplatten P1 bis P4, gehalten. Die Platten P1 bis P4
trennen die Module räumlich in drei Gruppen mit je 16 Modulen,
jedoch sind die Gruppen elektrisch in Serie. Das Modul ganz
links in Fig. 3 ist mit dem Metallschrank P über eine
Verbindung M verbunden, während das Modul ganz rechts mit einer
Anschlußklemme N der Last, die durch ein Rechteck symbolisiert
ist, verbunden ist.
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Fig. 4 zeigt die von der Seite gesehene Last mit dem
Metallschrank P und einem weiteren, an den Schrank P angebauten
Me
tallschrank Q, der weder eine vordere und noch eine hintere
Seitenwand besitzt. Der Inhalt der Schränke P und Q ist wie
bei der Konstruktionsdurchsicht dargestellt; bei dem Schrank P
ist dieser Inhalt durch das Widerstandsmodul R aus Fig. 3
schematisiert dargestellt. Der Schrank Q hingegen enthält
einen Ventilator V mit einer maximalen Leistung von 23000 m³/h
und Ablenkplatten Y1, Y2. Der Ventilator V saugt Luft aus dem
Raum, der in Fig. 3 links von dem Schrank Q liegt, an und
bläst die Luft über die Platten Y1 und Y2 auf die
Widerstandsmodule wie etwa bei R.
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In dem Schaltbild kann die Last gemäß den Fig. 3 und 4 einer
Serienschaltung aus 48 Vierpolen gleichgesetzt werden, wovon
jeder einen parallelgeschalteten Kondensator C1, ...,Ci, ...,
C47, C48 und eine mit einem Widerstand r1, ...,ri, ..., r47,
r48 in Serie geschaltete Spule L1, ..., Li, ..., L47, L48
besitzt. Die Widerstände betragen, wie im Zusammenhang mit der
Beschreibung von Fig. 1 angedeutet, 1,04 Ohm. Was die Spulen
und Kondensatoren betrifft, so stellen diese für eine auf
herkömmliche Weise ausgeführte Last Streukapazitäten und
-induktivitäten dar; in der hier beschriebenen Ausführung sind
bestimmte dieser Kondensatoren C1, C2, C6, C9, C12, C18, C24,
C30, C36, C42, C48 tatsächlich die Summe aus einer
Streukapazität und einem festen Kondensator mit einem gegebenen Wert.
Diese festen Kondensatoren werden zwischen der Wand des
Metallschrankes P und dem Ende bestimmter Widerstandsmodule
eingebaut; sie sind dazu vorgesehen, die Last in ihren
Arbeitsfrequenzen zu kompensieren, derart, daß sie ein
akzeptables Stehwellenverhältnis oder TOS (Standing-wave Ratio oder
SWR in der angelsächsischen Literatur) darstellen. Deshalb
wird in Abhängigkeit von den Bauelementen der Schaltung das
TOS am Eingang der Last berechnet; um das gewünschte TOS zu
erzielen, wird diese Berechnung mittels einer Mindestanzahl
von zweckmäßig verteilten Kondensatoren durchgeführt; es
handelt sich also um eine Optimierung, und tatsächlich wird
nicht nur eine Berechnung des TOS, sondern eine Folge von
Berechnungen des TOS durchgeführt, wobei sich diese
Berechnun
gen auf verschiedene Kondensatorverteilungen längs der
eigentlichen resistiven Last und auf verschiedene, diesen
Kondensatoren zugewiesenen Werte beziehen. In dem beschriebenen
Beispiel, bei dem das gewünschte TOS zwischen 0 und 1,7 MHz den
Wert 1,15 und zwischen 1,7 und 5 MHz den Wert 1,5 nicht
überschreiten darf, führen diese aufeinanderfolgenden Berechnungen
zur Wahl von elf Kondensatoren, die wie in Fig. 3 verteilt
sind und die folgenden Eigenschaften aufweisen:
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Die obige Liste gibt für jeden der elf Kondensatoren den Wert
seiner Kapazität sowie seine Effektivspannung und seinen
Effektivstrom unter Nennbetriebsbedingungen an; es ist
anzumerken, daß die Kapazitätswerte normierte Werte sind und die
Berechnungen auf der Grundlage dieser Werte durchgeführt
worden sind.
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Fig. 6 stellt die Änderung des obenbeschriebenen
Stehwellenverhältnisses T als Funktion der Frequenz F am Eingang der
Last graphisch dar. Diese Kurve zeigt, daß das
Stehwellenverhältnis nicht nur, wie gewünscht, bis 1,7 MHz, sondern bis
etwas über 2,5 MHz kleiner als 1,15 ist und daß es bis 5 MHz
nicht nur 1,5 nicht überschreitet, sondern kleiner oder gleich
1,4 bleibt.
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Fig. 7
zeigt anhand eines Beispiels, wie ein Kondensator C
zwischen die Wand des Metallschrankes P und die
Widerstandsmodule eingesetzt ist. Der Kondensator C ist mit den
Widerstandsmodulen durch einen Lamellenkühler D und mit der Wand
des Schrankes durch einen Metallbügel E verbunden; der
Lamellenkühler ist dazu vorgesehen, zwischen dem Widerstandsmodul,
dessen Temperatur 300ºC erreichen kann, und dem Kondensator
für einen Temperaturgradienten zu sorgen, der ausreicht, um
eine Beschädigung des Kondensators zu verhindern. In dem
dargestellten Beispiel ist der Kondensator ein mit
verschraubbaren Anschlüssen versehener Kondensator; falls die
Kondensatoren mit Drahtanschlüssen, mit Laschen oder anderen Arten von
Anschlüssen versehen sind, werden der Kühler D und der Bügel E
auf die gleiche Weise mit den betreffenden Anschlüssen
verbunden wie die Verbindungen zwischen diesen Teilen und den
Kondensatoranschlüssen: durch Lötverbindung, Verschraubung oder
dergleichen.
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Die vorliegenden Erfindung ist nicht auf das beschriebene
Beispiel beschränkt. Sie erstreckt sich
auf alle Ausführungen von Lasten mit
Streckmetall-Widerstandselement, die eine aus parallelgeschalteten, über das
Widerstandselement verteilten Kondensatoren bestehende
Frequenzkompensation enthalten; insbesondere findet die Erfindung auf
solche Ausführungen Anwendung, selbst wenn diese keine
Zwangsbelüftung, sondern nur eine Kühlung durch natürliche
Konvektion der Umgebungsluft enthalten und somit in der Leistung
viel stärker beschränkt sind.