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Übertrager für kurze elektrische Wellen Zur Widerstandstransformation
bei ultrakurzen Wellen verwendet man meistens. zwischengeschaltete Energieleitungssitücke
passen,-den Wellenwiderstandes. Hierdurch werden jedfoch, die miteinander zuverbindenden
Sc"haltelemente nicht gleich:spannun:gsmüß.ig arnetrennt. Ferner ist es häufig schwierig,
das gewünschte Übersetzungsverhältnis zu erzielen, da der erforderliche Wellenwiderstand
nicht zu verwirklicheh ist. Schließlich ist eine Änderung des übersetzungsverhältnisses
während des Betriebes sehr schwierig. , Weiterhin hat man, zur Ankoppdun,g Koopplun.gsschleifen
etwa in: Form zweier einseitig kurzgeschlossenen, angenähert parallel geführter
Leitungsabschnitte, verwendet. Die bisher bekannten Anordnungen dieser Art hatten
jedocht für die Verwendung als, Übertrager Nadhteile, die im wesentlichen in. einer
n.ichft blindwiderstandsfreien, Übertragung bestanden und die durch die vorliegende
Erfindung vermieden werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf einen Übertrager für kurze
elektrische Wellen, der aus zwei parallelen, an den freien Enden durch Scheinwiderstände
abgeschlossenen, vorzugsweise kurzgeschlossenen Doppelleitungs-. stücken oder elektrisch
gleichwertigen
L eitungsstücken besteht und ist dadurch gekennzeichnet.
daß die verlangte blindwiderstandsfreie Ül""ertra-ung durch Wahl der Überlappungslänge
und des durch die räumlichen Abmessungen l;estimmten . Kopplungsgrade: erzielt ist.
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Auf diese Weise kann man insbesondere erreichen. daß ein an dem offenen
Ende der einen Schleife angeschlossener Wirkwiderstand auf das offene Ende der anderen
Schleife ohne Blindanteil übertragen wird. Die Üherlappungslänge soll vorzugsweise
i/4 der Arbeitswellenlänge i. oder ein ungerades Vielfaches hiervon betragen.
Die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung sei an Hand der Abbildungen. die Ausführungsbeispiele
der Erfindung darstellen, erläutert. X ach Abb. i a wird der Übertrager durch zwei
symmetrische Doppelleitungen LI, L., dargestellt, die an entgegengesetzten Seiten
durch je einen Kurzschlußbügel abgeschlossen sind. Diese beiden so gebildeten Leitungsschleifen
sind im Abstand s parallel geführt und so angeordnet, daß sie sich genau überlappen.
Aii das offene Ende der einen Leitung kann eine Spannungsduelle O, an das offene
Ende der anderen Leitung ein -Nutzwiderstand IV angeschlossen sein. Die von (_7
erzeugte Energie läuft in den als Übertrager dienenden Kopplungsteil von links ein
und nach rechts, also in der deichen Richtung. zum Nutzwiderstand Il" weiter. Abb.
i b zeigt die Leiteranordnung im Querschnitt.
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Zwischen den Schleifen L I und L, besteht sowohl eine induktive (magnetische)
liopplung, die im folgenden mit ist bezeichnet wird. als ; auch eine kapazitive
Kopplung. Die Rechnung ergibt zunächst. da?) die induktive Kopplung ist
1 i ) s auf das Vorzeichen deich der kapazitiveti
Kopplung ist. Der Kopplungsgrad hängt nicht von der wirksamen Länge der beiden Kopplungsschleifen
der Üherlappungslänge ab. sonlern lediglich von den in Abb. i b dargestellten Ouerschnittsahmessungen,
also dem Leiterhalbmesser t-, dem Leiterabstand a (der bei beiden Leitungen
als gleich groß angenommen wird) und dem Abstand s zwischen den beiden Doppelleitungen:
und zwar nimmt, wie die Kurven in Abb. 2 zeigen, der Kopplungsgrad mit größer werdendem
Verhältnis (also größer werdendem relativem Abstand
der i beiden Doppelleitungen) ab.
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Der Leiterabstand a ist nur bei kleineren Kopplungsgraden von merklichem
Einfiuß und bewirkt bei seiner Vergrößerung eine Vergrößerung der Kopplung. Denkt
man sich nun j die Schleife L, gemäß Abb. 3 mit einem Ohmsehen Widerstand I.I` abgeschlossen,
der gleich E dein Wellen -,ciderstand Z der Leittnigssclileife C sein möge. so wird
dieser auf den Eingang der anderen Leitungsschleife Li derart übertragen. dali dort
ein im allgemeinen komplexer Widerstand R-1- j X erscheint. Abli. 4 a zeigt
den Blindwiderstand j X im Verhältnis zum Wellen-,viderstand Z der zugehörigen
Schleife Abb. -t) den Wirkwiderstand R im Verhältnis zum Wellenwiderstand Z, beide
in Ahhängig-keit ton der relativen elektrischen Länze j wobei I die hinsichtlich
der kandstörungen korrigierte und in Wellenlängen i. gemessene Liinge der Schleifen
ist- Als Parameter erscheint der Kopplungsgrad in.
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Die Kurven lassen erkennen. dat) es stets möglich ist. einerseits
die elektrische Lange J und anderseits den in(iuktiven Kol-)I)lungsgr<id und
damit die Grölen r. s. a ;z, zu wählen. daß der übertragene Blindwiderstand 1 gleich
Null ist. Dies gilt sogar für iedeti KoppIungs--rad, wen:
gewählt ist. die elel;ti-isclie Länge also
beträgt. %@-ählt man aIs@@ die elektrische Liitt,"e
so ist bei reellem Abschluß IT- das L'Imrsetzungsrerliältnis rein reell. und es
treten keine zusätzlichen Blindanteile atii.
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Hierdurch wird ein L'tiertrager ver.inderlichen Ühersetzungsverhältnis@es
urniögliclit. Man braucht hierzu lediglich deit K@-@pp@un(;sgrad bei konstant
bleibender elektrischer Länge zu ändern. Die Änderung des Kopplungsgrades erfolgt
am einfachsten durch Änderung des A13standes s der Leitun"sschleifen. Eine derartige
Anordnung zeigt schematisch Abb. ;. Die Abstandslinderung kann durch Parallelverschiebung
erfolgen. Es ist jedoch auch möglich. die Änderung so vorzunehmen. z. B. durch Schwenken-
der unteien Schleife um die rechtenns@lilußklennnen. daß der Abstand über die Leitungslänge
nicht konstant bleibt. Ferner kann die Kopplungsänderun- auch durch Drehen der einen
Doppelleitung um eine gemeinsame-Mittelachse erzielt werden (Abb. 6).
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Die angegebene Anordnung gestattet eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses
in einem sehr weiten Bereich. Ändert inan z. B. den AnkoppItitigsgrad von o,o@ his
o.95, so wird der übertragene Wirkwiderstand R, im Verhältnis zu Z zwischen den
Werten oo und o,oi fast linear verändert. Dabei treten keinerlei Blindwiderstände
auf. Die Änderung erfolgt gemäß der Formel:
Für das Übersetzungsverhältnis
Die angegebene Länge von ist jedoch nicht die einzig mögliche, welche
eine blindwiderstandsfreie Übertragung gestattet. Vielmehr zeigen die Kurven von
Abb. 4. a, daß man oberhalb eines Kopplungsgrades von etwa o,6 (genauer o,618) mehrere
Nulldurchgänge der Blindwiderstandskurven erhält. Man kann also bei hinreichend
großer Kopplung die Überlappungslänge auch wesentlich kleiner als wählen. Jedoch
hängt in diesem Fall die zur
blindwiderstandsfreien Übertragung nötige Überlappungslänge vom Kopplungsgrad ab.
Ein Vergleich mit den Kurven in Abb.4h zeigt, daß in diesen Fällen gleichzeitig
der übertragene Wirkwiderstand gleich dem Wellenwiderstand Z und damit gleich dem
Abschlußwiderstand TV ist. Das Übersetzungsverhältnis ist also gleich z, gleichgültig,
wie groß das (reell angenommene) Verhältnis
ist. In Abb. q.a, 4.b ist q= i angenommen. Bei Wahl eines anderen q ändert sich
zwar nicht der Nulldurchgang bei durchgänge etwas. Die Bedingung dafür, daß
jedoch ändern sich die anderen Nullder Übertrager blindwiderstandsfrei arbeitet,
lautet, wie die Rechnung ergibt, im allgemeinen Fall so, daß die Beziehung zwischen
Überlappungslänge und Kopplungsgrad gegeben ist durch
Die blindwiderstandsfreie Übertragung gilt im allgemeinen nur für eine ganz bestimmte
Frequenz, also z. B. nur für eine solche Frequenz, bei der die elektrische Schleifenlänge
l genau die Größe
hat: Man kann jedoch den Kopplungsgrad so wählen, daß die Blindwiderstandsarme Übertragung
in einem verhältnismäßig großen Frequenzbereich erhalten bleibt, die Anordnung also
als Breitbandübertrager verwendet werden kann. Für den Fal:
und q= i tritt dies ein, wenn der Kopplungsgrad etwas größer als o,6 ist. Die Blindwiderstandskurve
in der Nähe von
geht dann sehr-flach durch Null hindurch, während der übertragene Wirkwiderstand
angenähert konstant bleibt. Für beliebiges q muß n2 nach der Gleichung gewählt
werden
Man kann dann erreichen, daß in einem großen Arbeitsfrequenzbereich der übertragene
Blindwiderstand klein und der übertragene Wirkwiderstand annähernd konstant bleibt.
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Die Erfindung ist auch sinngemäß auf unsymmetrische, vorzugsweise
koaxiale Leitungen, anwendbar. Die Anordnung wird dann, wie Abb.7 in drei zueinander
senkrechten Querschnitten zeigt, so getroffen, daß die beiden Außenleiter der beiden
Doppelleitungen unmittelbar ineinander übergehen, während die Innenleiter an ihren
Enden rechtwinklig umgebogen und mit dem Außenleiter verbunden sind, wodurch zwei
sich überlappende Kopplungsschleifen entstehen. Eine übersetzungsänderüng kann etwa
wie durch die Pfeile angedeutet erfolgen.
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Ferner ist die Erfindung auch sinngemäß anwendbar, wenn die beiden
Doppelleitungen L1, L2 in Abb. z an ihren Enden nicht kurzgeschlossen, sondern
offen sind. Beim offenen Übertrager wird der Blindanteil auch Null bei der elektrischen
Länge
Dabei gilt
Der offene Übertrager hat auch sonst dieselben Eigenschaften wie der kurzgeschlossene
Übertrager, nur gelten anstatt der obigen Bedingungen für die Länge l im Fall einer
von A
4 abweichenden Überlappungslänge und für den Kopplungsgrad m
im Fall der gewünschten Breitbandfibertragung folgende:
Man erkennt aus den Formeln, daß die Änderungsmöglichkeit kleiner ist als beim geschlossenen
Übertrager: ü ist nur zwischen o und
veränderlich. In der Formel für l unterliegt q der Beschränkung q<m, da
sich für q> m ein imaginärer Wert ergeben würde.