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Künstliche Leitung für Hochfrequenz Die Erfindung betrifft eine künstliche
Leitung für Hochfrequenz. Es ist an sich bekannt, daß eine Leitung ersetzt werden
kann durch konzentrierte Induktivitäten und Kapazitäten. Es ist aber bisher noch
keine praktisch brauchbare konstruktive Lösung für eine künstliche Leitung mit abstimmbarer
Laufzeit für Hochfrequenzsignale angegeben worden. Vielmehr war bisher stets die
Dämpfung der künstlichen Leitungsgebilde zu groß, so daß größere Laufzeiten nicht
erzielt werden konnten. So ist es z. B. bekannt, zur Vermeidung von Wanderwellen
auf Starkstromleitungen künstliche Leitungen zwischenzuschalten, die aus einer Spule
bestehen, deren einzelne Windungen mit einem die Spule umgebenden Metallzylinder
verteilte Kapazitäten bilden. Bei dieser Anordnung treten jedoch so starke Wirbelströme
in dem Metallzylinder auf, daß die Dämpfung der Leitung für praktische Zwecke viel
zu groß ist.
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Demgegenüber besteht dieErfindung darin, koaxial zu einer Zylinderspule
einen der
Länge nach aufgeschlitzten Metallzylinder anzuordnen,
der mit den Spulenwindungen eine Kapazität bildet, und den Leitungseingang zwischen
dem einen Ende des Metallzylinders und der Zylinderspule und den Leitungsausgang
zwischen dem anderen Ende des Metallzylinders und der Zylinderspule zu legen.
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Die Erfindung darf nicht mit den üblichen abgeschirmten Spulen für
Hochfrequenzschwingungskreise verwechselt werden. Während es sich nämlich bei den
letzteren um gewöhnliche Zweipole handelt, d. h. um Indulktiv itäten, die lediglich
zur Vermeidung von Ausstrahlung abgeschirmt sind, liegt bei der Erfindung ein Vierpol
vor, der eine Nachbildung einer Hochfrequenzdoppelleitung darstellt.
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Auch die Tatsache, daß bei bekannten Spulenanordnungen der Abschirmzylinder
der Länge nach geschlitzt war, hat nur insofern etwas mit der Erfindung zu tun,
als auch bei den bekannten Anordnungen Wirbelströme vermieden werden. Der grundsätzliche
Unterschied zwischen der Verwendung der Spulen als Zweipol, bei den bekannten Anordnungen
und als Vierpol bei der Erfindung bleibt jedoch bestehen.
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Die Erfindung sei an Hand der Abbildungen näher beschrieben. Fig.
i zeigt eine Seitenansicht und Fig.2 einen Querschnitt durch die künstliche Leitung,
die eine Zylinderspule i enthält. Die Spulenwindungen sind um eine zylindrische
Form 2, auf deren Oberfläche sich radiale Erhebungen 3 befinden, derart gelegt,
daß der Draht zum größten Teil in Luft verläuft. Die zylindrische Form ist konzentrisch
innerhalb eines der Länge nach aufgeschlitzten Kupferzylinders q. angeordnet, der
in einem kleinen Abstand von der Spule gehalten wird und dessen Längsschlitz 4.a
parallel zu seiner Achse verläuft. Die Befestigung der Spule an dem Schirm erfolgt
durch eine Schraube 5 od. dgl., die sich gegenüber dem Längsschlitz des Schirmes
befindet. An dem einen Rand des Schlitzes ist in der Mitte des Schirmes eine Mutter
6 angebracht, der gegenüber auf der anderen -Seite des Schlitzes ein Widerlager
7 z. B. aus Ebonit befestigt ist. Der Schirm besteht aus federndem Material und
ist so gebogen, daß sich der Spalt zu schließen trachtet. In die Mutter 6 ist eine
Schraube 8 eingeschraubt, deren Ende in einer Vertiefung des Ebonitlagers 7 liegt.
Wird die Schraube eingeschraubt, so wird die Schlitzbreite vergrößert, während sich
bei Rückschrauben der Schraube der Schlitz durch die Federkraft des Schirmes verkleinert.
Die Form 2, auf die die Spulenwindungen aufgebracht sind, ist etwas länger als der
Schirm und ragt an beiden Enden etwas über den Schirm hinaus. Über die hervorragenden
Enden sind ringförmige Teile 9 und io z. B. aus Ebonit geschoben, die von
kurzen geschlitzten Kupferzylindern i i und 12 umschlossen werden, von denen jeder
durch Schrauben 13 auf den beiden Seiten seines Spaltes auf die Ebonitringe aufgeschraubt
ist. Durch Bewegung der Schraube 8 wird die verteilte Kapazität zwischen der Spule
und dem Schirm verändert.
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Die beschriebene Anordnung hat noch den Nachteil, daß die Spule nur
in einer einzigen Stellung ganz konzentrisch innerhalb des Schirmes liegt. Dieser
Nachteil kann durch eine Anordnung gemäß Fig. 3 und ,4 behoben werden. Die auf eine
Form 2 aufgebrachte Spule i ist wie in Fig. i und 2 innerhalb eines geschlitzten
federnden Zylinders 4. angeordnet. Lediglich die Methode, den Schlitz 4a zu öffnen
und zu schließen, ist verschieden. Auf dem einen Ende der über den Schirm 4. hinausragenden
Form 2 ist ein Endstück 14 befestigt, z. B. aus Ebonit, das das hervorragende Ende
umschließt und ein abgeschrägtes Profil besitzt. Der Durchmesser des Endstückes
wächst geradlinig nach außen an. Das andere hervorstehende Ende der Form 2 ist mit
einem Gewinde versehen und trägt ein ähnliches Endstück 16, welches ebenfalls ein
abgeschrägtes Profil besitzt, 1611, und das in der Längsrichtung der Form 2 verschoben
werden kann. Ein Ebonitring 17 ist auf das Ende 15 der Spulenform außerhalb des
verschiebbaren Endstückes 16 aufgeschraubt. Die Enden des Kupferschirmes q. sind
aufgebogen, q.6, und liegen auf den abgeschrägten Flächen der Spulenendstücke lq.a
und 1611 auf. Werden die beiden Endstücke 1.4 und 16 mittels des Ebonitringes 17
gegeneinander bewegt, so wird der Kupferschirm d. auseinandergedehnt und der Spalt
da erweitert. Bei Rückschrauben des Ringes 17 schließt sich der Spalt durch die
Federkraft des Abschirmzylinders.
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Die erfindungsgemäße künstliche Leitung in einer der beiden Ausführungsformen
kann mit Vorteil als abgestimmter Anodenkreis einer Röhre bei hohen Frequenzen,
z. B. 2ooo kHz, verwendet werden, falls seine Länge eine viertel Wellenlänge der
Arbeitsfrequenz beträgt. Der Veränderungsbereich der verteilten Kapazität einer
derartigen künstlichen Leitung ist genügend groß, um eine Feinabstimmung zu ermöglichen,
nachdem die künstliche Leitung in den Anodenkreis eingeschaltet ist. Ein Beispiel,
wie die erfindungsgemäße Anordnung geschaltet werden kann, ist in Fig. 5 gezeichnet.
Die Spule i der Leitung AL ist an ihrem einen Ende direkt mit der Anode A
der Gleichrichter-oder
Mischzähre FC eines Überlagerungsernpfängers
verbunden, während das andere Ende zugleich an dem Schirm q. und der Anodenspannungsquelle
liegt. So bildet die künstliche Leitung eine Leitung von einer viertel Wellenlänge
Länge, die an einem Ende kurzgeschlossen ist.
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Praktische Versuche mit der erfindungsgemäßen Anordnung ergaben, daß
eine Frequenzänderung von 3'/o leicht zu erreichen ist. Dies genügt in den meisten
Fällen zur Feinabstimmung.
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Bei der Änderung der verteilten Kapazität der Leitung tritt naturgemäß
eine. Änderung der effektiven Länge des Gebildes ein. Dieser Effekt ist aber prozentual
so klein, daß die Änderung der resultierenden Impedanz durch Änderung der verteilten
Kapazität keinen wesentlichen Einfluß auf die. Röhrenstufe hat, in deren Kreis die
Leitung liegt.
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Eine Erweiterung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 6 gezeigt. Hier
kann außer der verteilten Kapazität auch die Induktivität pro Längeneinheit verändert
werden. Insbesondere kann die Änderung der beiden Größen so vorgenommen werden,
daß das Verhältnis L : C konstant bleibt. Eine derartige Leitung kann mit Vorteil
bei einer Anordnung zur Änderung der Phase Anwendung finden. Wird z. B. gefordert,
einen bestimmten Betrag einer Phasenänderung zu erzielen, so hängt dies von der
Frequenz ab, und infolgedessen muß die phasenändernde Einrichtung abstimmbar sein.
Man könnte hierzu Filter benutzen, bei denen die Re aktanzen für bestimmte Phasenänderungen
derart abgestimmt werden, daß die Anordnung eine konstante Impedanz besitzt. Aber
derartige Filter sind kompliziert und werden mit Vorteil durch die erfindungsgemäße
künstliche Leitung ersetzt.
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In Fig. 6 enthält die veränderliche. künstliche Leitung ein zylindrisches
Rohr 18 aus Isoliermaterial, das zwischen Endplatten i9 und 2o gehalten wird. Innerhalb
dieses Rohres liegt etwa über die halbe Rohrlänge ein zylindrischer Kern 21 aus
einem magnetischen Material. Konzentrisch um das äußere Rohr und den Kern ist ein
Zylinder 22 aus dielektrischem Material von der Länge des inneren Kerns angebracht.
Dieser Zylinder besteht z. B. aus Glas und wird von dem Rohr 18 in einem kleinen
Abstand gehalten und ist an der einen Endplatte 2o befestigt. Direkt auf das Rohr
ig ist ein dünnes Rohr 23 aus isolierendem Material gebracht, das eine einlagige
Spule i enthält und das zwischen dem Rohr 18 und dem dielektrischen Zylinder 22
hin und her bewegt werden kann. Das Rohr 23 trägt an seinem der Endplatte 2o abgelegenen
Ende einen Abstandhaltering 24 aus isolierendem Material, auf dessen äußerem Unifang
ein Kupferzylinder 25 von der gleichen Länge wie das Rohr 23 befestigt ist. Der
Kupferzylinder hat einen schmalen Schlitz (nicht gezeichnet), um zu verhindern,
daß er für die Spule i als Kurzschlußring wirkt. Die radiale Dicke des Abstandhalteringes
24. wird so bemessen, daß der Kupferzylinder auf dem Glasrohr 22 gleitet. Das Dielektrikum:22
liegt zwischen der Spule i und dem Kupferzylinder 25, so daß diese Teile eine veränderliche
Kapazität bilden.
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Wird der Kupferzylinder und die, Spule in der Richtung auf die Endplatte2o
zu bewegt, so wächst die Induktivität der Spule, da der ferromagnetische Kern in
das Spuleninne-re hineinragt, und zu gleicher Zeit wächst die verteilte Kapazität
zwischen der Spule und dem Kupferzylinder 25; da sich zwischen die beiden Kapazitätshälften
das Dielektrikum 22 einschiebt. Die Anordnung wird vorzugsweise so bemessen, daß
die Spule i ganz außerhalb des Kerns 21 und die Kapazität zwischen i und 25 ganz
außerhalb des Dielektrikums 22 geschoben werden kann. Bei dieser Anordnung bleibt
das Verhältnis der Induktanz zu der Kapazität konstant, denn die Induktanz wird
pro Längeneinheit in gleichem Maße geänderte wie die Kapazität. Der Eingang dieser
Leitung wird durch das eine Spulenende und den Kupferzylinder gebildet, während
der Ausgang zwischen dem anderen Spulenende und dem Kupferzylinder liegt.
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Statt durch Änderung des Dielektrikums kann in einer Anordnung gemäß
Fig. 6 die Kapazitätsänderung auch dadurch erreicht werden, daß derAbstand des Kupferzylinders
25 von der Spule i wie in Fig. i oder 3 geändert wird.
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Vorzugsweise wird die Kapazität zwischen den einzelnen Spulenwindungen
kleiner gewählt als die Kapazität zwischen einer jeden Windung und der Abschirmung.
Wird nämlich die Kapazität zwischen den Windungen größer als die Kapazität der Windungen
gegen den Schirm, so wird die Wirksamkeit der künstlichen Leitung stark reduziert.
Kann die mit der Leitung zu erzielende Induktivität klein sein, so ist es nicht
schwer, eine sehr hohe verteilte Kapazität zu erreichen, da die Wendungszahl der
Spule pro Längeneinheit klein sein kann. Werden aber hohe Werte der Induktivität
verlangt, wobei die Zahl der Windungen pro Längeneinheit groß ist, so reicht die
normale Wendungsart der Spulen nicht aus, da die Kapazität zwischen den Windungen
zu groß wird. In solchen Fällen empfiehlt es sich, die Spule aus flachen Bändern
zu wickeln, deren flache Seite dem Abschirmüngszylinder
gegenüberliegt.
Hierdurch wird die Kapazität zwischen den Windungen und dem Schirm sehr groß, während
die Kapazität zwischen den einzelnen Windungen klein bleibt.