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Einrichtung zur Übertragung von Ultrahochfrequenzenergie an mehrere
in Reihe geschaltete; an eine gemeinsame Energieleitung angeschlossene Verbraucher,
insbesondere Strahler Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Übertragung
von Ultrahochfrequenzenergie an mehrere in Reihe geschaltete, unmittelbar oder mittelbar
über eine Teilenergieleitung an eine gemeinsame Energieleitung (Hauptenergieleitung)
angeschlossene Verbraucher, insbesondere Strahler.
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Es ist bekannt, mehrere Verbraucher paarweise parallel über unter
sich ebenfalls paarweise parallel geschaltete Zweigleitungen an eine gemeinsame
Hauptenergieleitung anzuschließen und zum Zwecke der Anpassung den Zweigleitungen
einen größeren Wellenwiderstand zu geben als der Hauptenergieleitung. Da in sehr
vielen praktisch vorkommenden Fällen der Wellenwiderstand der üblichen Speiseleitungen
größer ist als der Verbraucherwiderstand (Strahlungswiderstand), liegen bei dieser
bekannten Anordnung die Verhältnisse hinsichtlich der Anpassung des Verbraucherwiderstandes
an den Wellenwiderstand der Zweigleitung nicht günstig. Es kann zwar durch Einschaltung
von geeignet lang bemessenen Transforma-'
tionselementen der Belastungswiderstand
dem Wellenwiderstand der Speise- bzw. der Zweigleitung angepaßt werden. Die Einschaltung
von Transformationselementen bringt jedoch eine unercviinschte und nachteilige Frequenza.bhängigkeit
der Anpassung mit sich. Weiter wird die bekannte Einrichtung umständlich, wenn eine
größere Anzahl Verbraucher an eine gemeinsame Hauptenergieleitung angeschlossen.
werden soll. Es ist auch bekannt, mehrere Verbraucher in Reihe an eine gemeinsame
Energieleitung anzuschließen. Dabei findet jedoch keine Aufteilung des Energiestromes
bzw. eine Zusammenfügung mehrerer Teilströme zu einem einzigen Energiestrom in vorbestimmter
Weise statt. Schließlich ist eine Rundstrahleinrichtung mit übereinander angeordneten,
parallel geschalteten, rohrförmigen Dipolen vorgeschlagen worden, bei welcher der
Wellenwiderstand der Speiseleitung sich kontinuierlich ändert derart, daß die Anpassung
der dem Sender bzw. Empfänger näher liegenden Dipole an die Speiseleitung schlechter
ist als die Anpassung der entfernteren Dipole. Durch die Unterschiede in der Anpassung
der einzelnen Dipole will man hiermit erreichen, daß alle Dipole die gleiche Strombelegung
aufweisen.
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Das Ziel der Erfindung ist, Einrichtungen zur übertragung von Ultrahochfrequenzenergie
an mehrere in Reihe geschaltete, an eine gemeinsame Energieleitung angeschlossene
Verbraucher so auszubilden, daß es einmal möglich ist, die Anpassung der Verbraucher
an die Energieleitung und die Aufteilung der von der Energieleitung geführten Energie
auf die einzelnen Verbraucher in einfacher und vorbestimmter Weise vorzunehmen,
und daß zum anderen, ohne daß an der Energieleitung etwas geändert werden muß, diese
Einrichtung innerhalb eines größeren Wellenbereiches betrieben werden kann. Dieses
Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Wellenwiderstand der Hauptenergi.el.eitung
an oder in der Nähe jeder Anschlußstell-e eines Verbrauchers bzw, einer Teilenergieleitung,
vom Anschluß der Hauptenergieleitung an einen Generator oder Empfänger (Röhre) aus
gesehen, um einen dem Widerstand eines Verbrauchers bzw. dem über eine Teilenergieleitung
transformierten Widerstand eines Verbrauchers gleichen Betrag verkleinert ist.
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Insbesondere werden im Kraftlinienfeld der Hauptenergieleitung metallisch
leitende Wände vorgesehen, die diese Energieleitung in Teilenergieleitungen aufteilen.
Besonders zwe; :mäßig kann es hierbei sein, die metallischen Wände in der Haupt--uergieleitung
so anzuordnen, daß sie senkrecht zu den elektrischen Kraftlinien der Hauptenergieleitung
stehen.
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Die Erfindung ist bei Energieleitungen, die nach Art eines Lechersystems,
beispielsweise mit bandförmigen Leitern, ausgebildet sind, oder aber insbesondere
auch bei Energieleitungen, die rohrförmig (mit oder ohne Mittelleiter) ausgebildet
sind, anwendbar. Sie kann sowohl für den Fall, daß auf der Energieleitung stehende
Wellen, als auch vorzugsweise für den Fall, daß laufende Wellen vörhanden sind,
angewandt werden.
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Es ist möglich, die Anordnung so zu treffen, daß auf jeden einzelnen
durch die Trennwände entstehenden Abschnitt der Hauptenergieleitung ein gleicher
Anteil des gesamten durch die Energieleitung fließenden Energiestromes entfällt.
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Wird die Erfindung bei rohrförmigen Energieleitungen angewandt (mit
oder ohne Mittelleiter), so ist es zweckmäßig, den Querschnitt der Trennwände, die
ebenfalls rohrförmig sind, in der Form dem Querschnitt der Hauptleitung anzupassen,
d. h. wird beispielsweise die Hauptenergieleitung mit einem kreiszylindrischen Querschnitt
versehen, so werden zweckmäßig auch die Trennwände kreiszylindrisch ausgebildet.
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Bei konzentrischen Energieleitungen fließt auf der Innen- und Außenseite
einer jeden konzentrischen Trennwand derselbe Strom wie im Mittelleiter bzw. Außenleiter
der gesamten Energieleitung. Da die auf einen Teilraum entfallende Leistung sich
immer als Produkt aus dem Wellenwiderstand mal dem Quadrat der Stromstärke darstellen
läßt, ist in diesem Fall die Forderung, den gesamten Energiestrom in gleiche Teile
aufzuteilen, identisch mit der Bedingung, die Trennwände zwischen Innen- und Außenleiter
derart anzuordnen, daß jeder der entstehenden Teilräume denselben Wellenwiderstand
hat, wobei, falls beispielsweise diese Trennwände als unendlich dünn behandelt werden,
die Summe der parallel geschalteten Wellenwiderstände der Teilräume immer gleich
dem Wellenwiderstand der gesamten Leitung ist.
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Eine besondere Anwendung dieser Art der Unterteilung des gesamten
Energiestromes einer Energieleitung in zwei oder mehrere Teilströme bildet die Speisung
von Einzelstrahlern, die zu einem Gruppenstrahler (zur Erzielung einer Richtcharakteristik)
vereinigt sind. Oft wird sich die Forderung ergeben, jedem Einzelstrahler der Gruppe
die gleiche Leistung zuzuführen. Es können jedoch auch Fälle vorkommen, bei denen
absichtlich den Einzelstrahlern der Gruppe verschieden große Energiebeträge zugeführt
werden. Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung für Flächenstrahler, bei welchen
metallische Flächen oder
die offenen Stirnflächen metallischer,
rohrförmiger Körper unmittelbar als abstrahlende Flächen dienen und welche bereits
vorgeschlagen worden sind, anwendbar. Die Aufteilung des Hauptenergiestromes in
mehrere Teilströme mit ungleichem Energiebetrag ist beispielsweise besonders wesentlich
für Anordnungen, die dazu bestimmt sind, Richtcharakteristiken mit unsymmetrischem
Verlauf bzw. mit einem unsymmetrischen, versteilerten Feldstärkenabfall nach dem
Rande des Richtdiagramms zu erzeugen, um dadurch Richtstrahlungen mit sehr scharfen
Grenzen zu erhalten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt.
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In der Abb. i a _ ist eine als konzentrische Energieleitung mit Mittelleiter
ausgebildete Anordnung dargestellt. Durch Spalte6, 7, 8; 8a in dem Außenleiter 22
der Energieleitung sind Flächenstrahler 3, 4, 5, 5a' angekoppelt. Anstatt diese
Strahler direkt anzukoppeln, ist es auch möglich, hier zunächst besondere Energieleitungen
anzuschließen, an welche dann wiederum Verbraucher oder Strahler angekoppelt werden.
Jedesmal da, wo sich im Außenleiter 22 ein derartiger Spalt befindet, wird der Wellenwiderstand
der Hauptenergieleitung in dem Maß nach der Erfindung geändert. Bei dem Ausführungsbeispiel
i a wird dieses durch jedesmaliges Zunehmen des Durchmessers des Innenleiters 21
bewirkt. Der Teil Zia des Mittelleiters hat somit einen kleineren Durchmesser als
der Teillib und dieser wiederum einen kleineren Durchmesser als der Teil2ic. Die
Widerstände der Teilenergieleitungen wirken bei der Erfindung, von der Hauptenergieleitung
aus gesehen, als ob sie in Reihe geschaltet sind.
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Abb. i b zeigt ein als Doppelleitung ausgebildetes Energieleitungssystem
mit den Leitern i und 2. Die Doppelleiter können beispielsweise bandförmig ausgebildet
sein. An dieses System sind Strahler 3, 4, 5, 511 angeschlossen. Sie sind durch
Spalte 6, 7, 8, 8a mit der Energieleitung gekoppelt, und sie können beispielsweise
flächenhaft ausgebildet sein. Um nun zu erreichen, daß jeder der Strahler mit einem
gleichen Energiebetrag versehen wird, sind im Zuge der Hauptenergieleitung Trennwände
9, 1o und i i vorgesehen. Der Wellenwiderstand zwischen den Trennwänden 9, f o,
ii und dem Leiter i ist in allen Fällen derselbe. Hingegen ist der Wellenwiderstand
zwischen io und 2 kleiner als zwischen 9 und 2, und der zwischen i i und 2 ist wiederum
kleiner als der zwischenio und z. Bei dem Strahler 5a ist die Energieleitung abgeschlossen.
Die Summe der Wellenw iderstände zwischen den Trennwänden und dem Hauptleiter i
ist gleich dem Gesamtwellenwiderstand der Hauptenergieleitung vor der ersten Abzweigung.
Zur Herstellung der erforderlichen Wellenwiderstandverhältnisse ist jeweils bei
den Stellen 14, 15 und 16 der Leiter 2 mit einer Art Kröpfung versehen, während
i geradlinig verläuft. Der Gesamtwellenwiderstand zwischen i und 2 nimmt also jeweils
nach dem Ende der Leitung zu ab.
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Abb.2 stellt ein Ausführungsbeispiel mit konzentrischen Energieleitungen
mit Mittelleitern dar. 21 ist der Innen-, 22 der Außenleiter der vom Generator (Sende-
oder Empfangsrohr) kommenden Energieleitung. 23: ist eine zu den beiden Leitern
21 und 22 konzentrisch angeordnete und axial verlaufende Trennwand von kreisförmigem
Querschnitt, die den zwischen 21 und 22 vorhandenen Energiestrom aufteilt in einen
im Spalt zwischen 22 und 23 nach dem plattenkondensatorähnlich ausgebildeten Resonator
24, 25 fließendenEnergiestrom und in einenEnergiestrom, der zwischen 21 und 23 weiterverläuft.
Der Plattenkondensator 24, 25, der an seinem Zlmfang offen mit dem Außenraum in
Verbindung steht wird z.weckmäßigerweise auf die speisende Welle abgestimmt, so
daß er für die durch 22 und 23 bestimmte Energieleitung eine rein Ohmsche Belastung
darstellt. Falls zwischen 22 und 23 eine reinlaufende Welle bestehen soll, ist ferner
nötig, den durch den offenen Rand zwischen 24. und 25 bedingten Strahlungswiderstand
gleich dem Wellenwiderstand der Teilleitung zwischen 22 und 23 zu machen. Der zwischen
21 und 23 verbleibende Energiestrom wird durch die Trennwand 26 in gleicher Weise
in einen Energiestrom geteilt, der dem Plattenkondensator. 27, 28, und einen Energiestrom
zwischen 26 und 21, der dem Plattenkondensator 29, 30 zugeführt wird. Jeder
der Plattenkondensatoren 24, 25 bzw. 27, 28 bzw. 29, 30 ist an seinem Außenrand
offen und ergibt infolge davon ein zur Äquatorebene des Einzelstrahlers symmetrisch
und rotationssymmetrisch gelegenes Strahlungsdiagramm. Falls die Abstände zwischen
den Äquatorebenen der drei Einzelstrahler geeignet gewählt werden können, überlagern
sich diese Strahlungsdiagramme der Einzelstrahler zu einer Gruppencharakteristik,
die in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Leiters 21 eine Rundstrahlung mit
erhöhter Bündelung ergibt. Die Abstände zwischen den Einzelstrahlern sind bei vorliegender
Anordnung insbesondere deswegen wichtig, um die richtige Phasenbeziehung zwischen
den für die Ausstrahlung verantwortlichen Eigenschwingungen -der drei Plattenkondensatoren
herzustellen. Für Zwecke des Rundstrahlens können statt dieserPlattenkondensatoren
auch irgendwelche andere Anordnungen,
z. B. mit einer Parabel als
Meridianschnitt, verwendet werden.
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Die Länge der zur Absonderung des Teilenergiestromes dienenden Trennwand
(vgl. z. B. die Strecke 37, Abb. 2) kann an sich beliebig gewählt werden. Zweckmäßig
wird sie mindestens so lang gewählt, daß die an der Stelle des Überganges von der
Hauptenergieleitung zu den T eilenergieleitungen auftretenden Feldverzerrungen nicht
zurückwirken können auf die Stelle, wo der dem Verbraucher, z. B. Strahler, zugeführte
Teilstrom vom verbliebenen Energiestrom in der Energieleitung abgespalten wird,
da sonst das Verhältnis von Teilenergiestrom zu Gesamtenergiestrom nicht das angenommene
sein wird.
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In den Abb. 3, d. und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit einer konzentrischen Hauptenergieleitung 21, 22 dargestellt. Als Verbraucher
dient hier ein auf die Betriebs-,vellenlänge abgestimmter torusfärmiger Resonator
35, welcher koaxial zur Energieleitung 21, 22 angeordnet ist und über eine
Teilenergieleitung, wie sie bereits die Anordnung nach Abb. 2 zeigt, an die Hauptenergieleitung
angeschlossen ist. Der Resonator 35, der durch Rotation des Quadrates
31, 3-2, 33, 3-I um die Achse des Innenleiters 21 der Hauptenergieleitung
zustande kommt, weist, wenn man von der Ohmschen Dämpfung absieht, zunächst die
Dämpfung Null auf. Bricht man jedoch in der durch Rotation der Seiten 32, 33 des
Quadrates erzeugten Mantelfläche eine Öffnung 38 aus und setzt an diese Öffnung
eine Schnauze 36 an, deren Ober- und Unterteil eine Kapazität bilden, welche den
über den ausgebrochenen Teil der Mantelfläche fließenden Hochfrequenzstrom nun in
kapazitiven Strom überführen, dann entsteht eine senkrecht zur Achse der Energieleitung
-2z, 22 gerichtete Strahlung. Der durch die Abstrahlung bedingte Belastungswiderstand
des Resonators ist von der Größe der Öffnung 38 bzw. von den Abmessungen der Schnauz,'
36 abhängig. Da der zur Ausstrahlung dienende Resonator, dessen Abstimmung durch
das Ausbrechen des Wendungsteiles 38 und durch das Anfügen der Schnauze 36 praktisch
nicht geändert wird, infolge der Strahlungsdämpfung eine breite Resonanzkurve aufweist,
ist bei dieser Anordnung bei kleineren Änderungen der Wellenlänge keine Nachstimmung
des Resonators erforderlich. Es kann also beispielsweise die mit einem Senderohr
erzeugte Wellenlänge durch Verändern des frequenzb:@stitnmenden Resonators des Senderohres
um ±ro°/o geändert xverden, ohne daß eine Änderung an der Strahleranordnung vorgenommen
zu werden braucht. Bezüglich der Bemessung der Länge der zur Absonderung des Teilenergiestromes
dienenden Trennwand 23 sind dieselben Gesichtspunkte maßgebend wie bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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In Abb.4 ist ein Schnitt längs der in Abb. 3 angedeuteten Ebenen 35,
36 senkrecht zur Achse 2 1 dargestellt. Abb. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung
der Anordnung. 2 i ist wiederum der Mittelleiter, 22 der Außenleiter, 23 der als
Trennwand dienende Leiter und 36 die als Strahler dienende Schnauze.
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Von besonderer Bedeutung ist der Erfindungsgegenstand überall da,
wo über eine verhältnismäßig lange Energieleitung eine Belastung eines Generators
erfolgt, insbesondere wo eine Strahleranordnung angeregt werden soll. Dieses ist
beispielsweise der Fall bei Generatoren, die in einem Rumpf eines Fahrzeuges, beispielsweise
eines Flugzeuges, untergebracht sind und mit Strahleranordnungen in Verbindung stehen,
die am Flügelende des Flugzeuges angebracht sind, oder bei Generatoren, die auf
Deck eines Schiffes stehen und über eine Energieleitung mit Strahleranordnungen
verbunden sind, die in der Nähe der Spitze oder auf einer Plattform eines Mastes
sich befinden.
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Es ist auch möglich, ohne daß an der Energieleitung etwas geändert
werden muß, die Anordnung mit erheblich anderen Wellenlängen zu betreiben, sobald
durch eine geeignete Abstimmung die Eigenfrequenz des strahlungsgedämpften Resonators
wieder angepaßt wird.
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Werden als Generatoren Elektronenröhren verwendet, so kann man mit
besonderem Vorteil solche Röhren verwenden, bei denen ein von metallischen Flächen
umgrenzter Hohlraum als Resonator dient, aus welchem Strahlung nur durch schmale
Spalte austreten kann. In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Erfindung bei
Anordnungen, die zur Behandlung von Stoffen (chemischen) mit Ultrahochfrequenzenergie
dienen, zu verwenden.