DE711551C

DE711551C - Ohmscher Widerstand fuer ultrakurze Wellen

Info

Publication number: DE711551C
Application number: DET51200D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rudolf Von Radinger
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1938-10-28
Filing date: 1938-10-29
Publication date: 1941-10-02

Description

Ohmscher Widerstand für ultrakurze Wellen Für Messungen gebraucht man vielfach Widerstände, .deren Widerstandswert in dem in Fragekommenden Frequenzgebiet frequenzunabhängig und rein ohmisch ist. In dem Gebiet der Meterwellen wurden bisher Widerstände verwendet, bei idenen auf einem Isolierkörper in Rohr- oder Stangenform eine dünne Schichtdes Widerstandsmaterials aufgetragen wurde. Solange diese Schicht dünn gegenüber der Eindringtiefe des Stromes für das betreffende Material bei der Meßfrequenz ist, was sich praktisch wohl immer verwirklichen läßt, sind derartige Widerstände grundsätzlich verwendbar. Jedoch kann bei den sehr hohen Frequenzen von io8 bis io9 Hz die induktive Komponente eines selbst kurzen Widerstandes nicht mehr vernachlässigt werden. Das gleiche gilt von der kapazitiven Querableitung.
Es ist nun bekannt, daß man in solchen Fällen bis zu einer Maximalfrequenz näherungsweise rein Ohmsche Widerstände erhalten kann, die sich vom Gleichstromwert nicht merklich unterscheiden, wenn man die Induktivität und Kapazität des Widerstandes pro Längeneinheit in eine bestimmte Beziehung zueinander setzt. (Ghaperonwicklung, Wicklung nach Wagner-Wertheimer bei Drahtwiderständen und relativ niedrigenFrequenzen verwendbar.) Für sehr hohe Frequenzen kommen nur die eingangs erwähnten Schichtwiderstände in Frage, für deren Bemessung.durch das Patent 618 678 ein Näherungsverfahren bekannt wunde, nach welchem man eine recht gute gegenseitige Kompensation von Längsinduktivität und Querkapazität erhält, wenn man den Widerstand so aufbaut, daß er eine an einem Ende kurzgeschlossene Doppelleitung bildet mit dem Wellenwiderstand wobei Rseg den Oiimschen Gesamtwert des Widerstandes darstellt. Man erhält darüber hinausgehend noch einen merklich besseren Ausgleich, wenn gewählt wird. Dies ist das Ergebnis einer Rechnung, welche unter Berücksichtigung höherer Glieder, also mit besserer Annäherung als die Rechnung, welche dem Patent 618678 zugrunde liegt, durchgeführt wurde.
Diese Kompensation der Blindwiderstände gilt jedoch nur wie auch die Näherung des genannten Patents für Frequenzen, für die die Widerstandslänge nicht größer als etwa 2/-2o ist. Dies soll im folgenden nachgewiesen «-erden. Der resultierende Widerstand einer kurzgeschlossenen Leitung mit Dämpfung ist: Oz=-@gyh wenn 2 der komplexe Wellenwiderstand und 1 die Länge der Leitung vom Kurzschlußpunkt aus bedeuten. Für den komplexen Wellenwiderstand gilt bekanntlich: wo R, I_, G und C den Widerstand, die Induktivität. die Ableitung bzw. die Kapazität pro Längen mheit der Leitung bedeuten. Für G = U wird aus dieser Beziehung: Setzt man hierin die obenerwähnte exaktere Formel: . ein und berücksichtigt, daß für eine Permeabilität ; r = i und eine Dielektrizitätskotistante - = i ist, wo v, die Lichtgeschwindigkeit bedeutet, so wird aus der obigen Formel für den komplexen Wellenwiderstand: Setzt man und so erhält man schließlich Für die Fortpfianzungskonstante y gilt bekanntlich Setzt man wieder wie oben G = 0, und sowie 'L R-1 Zu - ,,l C 3 > so erhält man: oder endlich: (3) Durch Einsetzen von (-2) und (3) in (i) erhält man Setzt man für das Verhältnis der Wellenlänge zur Gesamtleitungslänge verschiedene Werte ein, so erhält man aus Formel (q.) tür @P die folgenden Werte:

l t I ')i

2 0 (1,031 -- j 0,004)

1o (Z,Io - j o,062) R";

5 (1,095 -J 0,42)

Man sieht also, daß für eine Widerstandslänge die Abweichung vom Sollwert der Realkomponente io °/o beträgt und daß außerdem ein Blindanteil von 6 % vorhanden ist, der mit weiterem Anwachsen der Länge 1 rasch weiter ansteigt.
Muß der Widerstand länger als gemacht «-erden, z. B. aus Gründen der Erwärmung, so kann man mit folgender -Überlegung weiterkommen. Es wird zunächst nach der obigen Formel ein Widerstandsstück kürzer als vom Ohmschen Widerstand RO und dem Wellenwiderstand das ausgangsseitig kurzgeschlossen ist, angenommen, dessen Hochfrequenzeingangswiderstan@d also dann rein und reell und gleich R, ist. Mit diesem Widerstand R" wird dann ein verlustbehaftetes, z. B. mit Längswiderstand versehenes Leitungsstück abgeschlossen"dessen Daten so bestimmt werden sollen, daß der Eingangswiderstand dieses Stückes der Länge d f wieder rein reell und gleich R, .+ Rd f ist. Aus den Gleichungen für die verlustbehaftete Leitung 11" = 11, csof Y 1 'i-. Cl, üitt y ( , wo lt" und .5Q Eingangsspannungen bzw. -ströme, :U, und 5, Ausgangsspannungen bzw. -ströme bedeuten, ergibt sich durch Division mit Je Cof y 1 Da man für kleine Werte von y f `.Zg y f = y 1 setzen kann und da ferner f" = N, ist, so wird: Da nun gefordert ist, daß Ra = R,+ R d 1 rein reell ist, so ist oder Z= = Ra (R, + R d 1) ; Z = RO für gegen Null gehendes d 1, d. h. der Wellenwiderstand des vor den rein Ohmschen Abschluß-,viderstand RO geschalteten Leitungselementes muß gleich RO sein. Dieses Ergebnis ist durchaus verständlich, denn es heißt nichts weiter, als daß der Wellenwiderstand jedes Leitungselementes gleich dem ,dahinterliegenden Stück des AbschlußwIderstandes sein muß, um völlig frequenzunabhängig die Leitung rein reell abzuschließen. Dabei ist die Gesamtlänge der Leitung ganz beliebig. Sie kann ohne weiteres groß gegen eine Wellenlänge gewählt werden.
Zweckmäßig wird ein derartiger Widerstand in Form einer exponentiell konischen konzentrischen Leitung aufgebaut, wobei der Wellenwiderstand an jedem Punkte der Leitung gleich dem Ohmschen Widerstand der Leitung bis zum Kurzschlußpunkt der Leitting gewählt wird, wie dies in Abb.2 dargestellt ist. Es ist nicht erforderlich, daß der Widerstand R gleichmäßig längs der Leitung verteilt ist, wie dies bei Abb. 2 angenommen ist. Bei ungleichmäßiger Verteilung der Widerstandsschicht, .die im allgemeinen aus einer einen Ohmschen Widerstand bildenden Oberflächenschicht der Doppelleitung, z. B. einer durch Galvanisieren oder Aufstäuben aufgebrachten Metallschicht oder einer Kohleschicht besteht, ergibt sich eine andere, der Widerstandsverteilung entsprechende äußere Form der Leitung. Das letzte Stück der Leitung in der Nähe des Kurzschlußpunktes wird zweckmäßig nach Ab:b. z dimensioniert, da die Herabdrückung des Wellenwiderstandes bis auf Null technisch ungünstig ist, besonders im Hinblick auf die Verwendung von Luftkühlung bei hoch belasteten Widerständen. Jedoch ist hierbei zu beachten, daß dann wieder eine gewisse Frequenzabhängigkeit des Widerstandes entsteht. Ferner ist zu beachten, daß, .da man nicht beliebig hohe Wellenwiderstandswerte technisch herstellen kann, auch nicht beliebig große Ohmsche Widerstände nach diesem Verfahren erzielbar sind.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch als HF-Spannungsverteiler verwendet werden, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Widerstände rein reell nur für eine bestimmte Belastung des Abgriffpunktes gemacht werden können. Das Spannungsteilungsverhältnis ist jedoch stets komplex.
In Abb. 3 ist eine Einrichtung dargestellt, in der die Leistung von ultrahochfrequenten Sendern bestimmt werden kann.
In Abb. 3 ist die gemäß Abb. 2 ausgebildete Widerstandsleitung mit L bezeichnet. An ihrer Eingangsseite ist sie mit der konzentrischen Leitung N verbunden, die zu dem Ultrakurzwellensender führt, dessen Leistung zu messen ist. Der Ultrakurzwellensender ist, wenn der Eingangswiderstand .der Leitung L gleich dem Wellenwiderstand der Leitung N ist, mit einem Ohmschen Widerstand gleich dem Eingangswiderstand von L abgeschlossen. Der an diesem Widerstand auftretende Spannungsabfall gibt dann direkt die zu messende Leistung an. Zu diesem Zweck ist eine Diode D mit einem Gleichstrominstrument J vorgesehen. Da der Eingangswilderstand rein reell und frequenzunabhängig ist, kann der Leistungsverbrauch des Widerstandes durch Spannungsmessung am Widerstandseingang bestimmt werden. Gegebenenfalls kann -der Blindwiderstand der Diode durch eine parallel liegende Induktivität S für die betreffende Frequenz kompensiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt jede Kombination von äußerer Leitungsform und Verteilung des Längs- bzw. Querwiderstandes zu, die der oben aufgestellten allgemeinen Forderung (Wellenwiderstand jedes Leitungselementes gleich dem .dahinterliegenden Stück des Abschlußwiderstandes) genügt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Ohmscher Widerstand für ultrakurze Wellen, gekennzeichnet durch ein verlustbehaftetes, z. B. mit Längswiderstand versehenes, einseitig kurzgeschlossenes Doppelleitungsstück von solcher Form, daß .der Wellenwiderstand jedes Leitungselementes gleich dem Ohmschen Widerstand des Leitungsteiles zwischen diesem Leitungselement und dem Kurzschlußende der Leitung ist.
2. Ohmscher Widerstand nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Versendung einer koaxialen Doppelleitung.
3. Ohmscber Widerstand nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längswiderstand gleichmäßig über die Leitungslänge verteilt ist und daß das Durchmesserverhältnis von Innenleiter zu Außenleiter nach dem Kurzscblußende der Leitung hin exponentiell abnimmt.