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Leitungsanordnung für hochfrequente Schwingungen Es ist oft erwünscht,
in Hochfrequenzkreisen mehrere hintereinandergeschaltete Resonanzkreise vorzusehen,
von denen jeder einen niedrigen Widerstand für hochfrequente Schwingungen, eine
hohe Gütezahl, d. h. ein hohes Verhältnis zwischen dem induktiven Blindwiderstand
und dem Wirkwiderstand, sowie eine gute Frequenzstabilität hat. Übertragungsleitungen
genau bemessener Länge haben bekanntlich Resonanzeigenschaften, welche sie für diesen
Zweck geeignet machen. Zwecks Vermeidung unerwünschter gegenseitiger Kopplungen
zwischen denLeitungen wurde esjedochbisherfürwichtiggehalten, jede derartige Übertragungsleitung
von den anderen zu isolieren, und zwar entweder durch die Anordnung von entsprechend
ausgebildeten Hochfrequenzabschirmungeti zwischen ihnen oder durch die Einschaltung
von nur in einer Richtung durchlässigen Schaltelementen zwischen sie oder auch durch
eine Kombination dieser beiden Maßnahmen. Wenn es nun zwecks Erreichung einer gewünschten
Durchlässigkeitscharakteristik erforderlich wird, drei, vier oder sogar mehr Übertragungsleitungen
hintereinanderzuschalten, so bereitet ihre gegenseitige Isolierung erhebliche konstruktive
Schwierigkeiten.
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Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß
zwei oder mehr lang gestreckte Resonatorleiter vorgesehen werden, die einen gegenseitigen
Abstand von weniger als einen kadian der Betriebswellenlänge derAnordnung haben,
entlang einer einer oder mehreren Viertelwellenlängen entsprechenden Strecke parallel
zueinander verlaufen und derart angeordnet sind, daß die entlang der Leiter erzeugten
stehenden Wellen
an den einander gegenüberliegenden Punkten der
Leiter annähernd dieselbe Phasenlage haben, wobei zwischen den Leitern Kopplungsglieder
vorgesehen sind, die die gegenseitigen Kopplungen zwischen den Leitern entlang einer
Strecke, welche kleiner als die Hälfte der Länge ihrer zueinander parallelen Teile
ist, so beeinflussen, daß das Gleichgewicht zwischen der induktiven und der kapazitiven
Kopplung gestört und die eine dieser beiden Kopplungsarten vorherrschend wird.
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Die Erfindung wird an Hand ihrer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert, Die Leitungsanordnung gemäß Fig. i dient zur Verbindung einer Antenne
io, i i mit einem Sender oder Empfänger 12. Sie besteht aus drei hintereitiandergeschalteten,
länglichen Leitern 13, 14 und 15, welche beispielsweise kreisförmigen Querschnitt
haben können und einen gegenseitigen Abstand von weniger als einem Radian der Betriebswellenlänge
der Anordnung aufweisen. Dieser Abstand ist derart betnessen, daß die Laufzeit der
elektromagnetischen Energie von einem der Leiter zum nächsten vernachlässigbar ist.
Infolgedessen bestellt zwischen den Augenblickswerten des Stromes oder der Spannung
an einander entsprechenden Punkten der benachbarten Leiter kein auf den gegenseitigen
räumlichen Abstand der Leiter zurückzuführender Phasenunterschied.
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Anstatt der dargestellten Anordnung der Leiter entlang einer geraden
Linie kann die Anordnung auch anders ausgebildet werden, beispielsweise so, daß
jeder der Leiter mit den beiden anderen Leitern gekoppelt sei.
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Die Leiter sind an ihrem einen Ende geerdet und sind von einer durch
die gestrichelte Linie 16 angedeuteten gemeinsamen Abschirmung umgeben. Diese Abschirmung
muß nicht notwendigerweise geschlossen sein, vielmehr kann sie aus einer in der
Nähe der Leiter angeordneten, zu ihren Achsen parallelen, geerdeten Platte bestehen.
Vorzugsweise besteht jedoch die Abschirmung aus einem rechtwinkligen Kasten, dessen
Schmalseite senkrecht auf der die Achsen der Leiter enthaltenden Ebene stellt. Die
Länge eines jeden Leiters gleicht einer ungeraden Anzahl von Viertellängenwellen,
so daß in jedem infolge Resonanz bei der Betriebswellenlänge eine stehende Welle
entstehen kann. Die Leiter 13, 14 und 15 sind auf einer einer oder mehreren Viertelwellenlängen
entsprechenden Strecke parallel zueinander und sind im Verhältnis zueinander derart
angeordnet, daß die entlang der Leiter erzeugten stehenden Wellen an den einander
gegenüberliegenden Punkten der Leiter annähernd dieselbe Phasenlage haben. Bekanntlich
bildet sich hierbei ein Strombauch in der Nähe der Erde i i aus, so daß also auch
das sich zwischen den Leitern ausbildende magnetische Feld in diesem Bereich seine
größte Stärke hat.
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Zwischen den Leitern 13 und 14 bzw. 14 und 15 sind in den Bereichen
des größten magnetischen Feldes Kopplungsglieder 17 und 18 vorgesehen, welche aus
geerdeten, leitenden Platten bestehen können. Durch diese Kopplungsglieder werden
die gegenseitigen Kopplungen zwischen den Leitern entlang einer Strecke, welche
kleiner als die Hälfte der Länge der zueinander parallelen Teile der Leiter ist,
so beeinflußt, daß das Gleichgewicht zwischen der induktiven und der kapazitiven
Kopplung gestört und die eine dieser leiden Kopplungsarten vorherrschend wird.
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Die Leiter 13, 14 und 15 wirken als Resonatoren, welche paarweise
miteinander induktiv gekoppelt sind, wobei die beiden Paare in Hintereinanderschaltung
liegen, so daß sie ein zwischen die Antenne und das Gerät 12 geschaltetes selektives
Bandfilter darstellen. In Abwesenheit der Kopplungsglieder 17 und 18 würde zwischen
den Leitern keine Kopplung bestellen, weil zwischen je zwei benachbarten Leitern
einesteils eine auf die magnetischen Felder der stehenden Stromwellen zurückzuführende
induktive Kopplung und anderenteils eine auf die elektrischen Felder der stehenden
Spannungswellen zurückzuführende kapazitive Kopplung besteht und diese beiden Kopplungen
gleich, aber einander entgegengesetzt sind, so daß sie sich gegenseitig aufheben.
Dieses Gleichgewicht wird, wie erwähnt, durch die Kopplungsglieder 17 und 18 gestört.
Wenn die Kopplungsglieder aus leitendem Stoff bestellen, in einem Bereich vorwiegend
induktiver Kopplung angeordnet sind und die zu ihren beiden Seiten liegenden Leiter
auf ihrer ganzen Länge gegeneinander abschirmen, so wird die induktive Kopplung
zwischen den beiden Leitern vermindert, während die kapazitive Kopplung unbeeinflußt
bleibt, so daß sich also eine vorherrschend kapazitive Kopplung zwischen den Leitern
ergibt. Es ist offenbar, daß der Grad der Kopplung zwischen den benachbarten Leitern
von der Länge der Kopplungsglieder abhängt, da diese Länge das Maß der Verminderung
der induktiven Kopplung zwischen den Leitern bestimmt.
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Die Art und Weise der Kopplungen zwischen zwei Leitern der Anordnung
gemäß Fig. i soll an Hand der Fig. ia näher erläutert werden. Die Spulen L stellen
die effektiven Werte der verteilten Induktivitäten jedes Leiters dar, während die
Spule L, den Effektivwert der verteilten induktiven Kopplung zwischen den Leitern
darstellt. Die Kondensatoren C und C, stehen für die Effektivwerte der verteilten
Kapazitäten zwischen jedem Leiter und der Abschirmung bmm-. für die verteilte kapazitive
Kopplung zwischen den Leitern.
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Das Ersatzschaltbild gemäß Fig. ia zeigt, daß jeder Leiter einen Resonanzkreis
darstellt und daß die beiden Resonanzkreise durch die induktive Kopplung L, und
durch die kapazitive Kopplung C,
miteinander gekoppelt sind. Diese beiden
Kopplungen sind im Falle der Anordnung der Leiter gemäß Fig. i einander gleich und
entgegengesetzt und müssen daher gestört werden, um eine wirksame Kopplung zwischen
den Leitern zu erreichen. Diese Störung kann grundsätzlich in zwei verschiedenen
Weisen bewirkt werden. Die eine «'eise besteht in der Verwendung einer Abschirmung
zwischen den Leitern, welche zwar beide Kopplungsarten
beeinflußt,
aber an einer Stelle angeordnet ist, an welcher die eine Kopplungsart vorherrschend
ist, so daß sie also vornehmlich auf diese einwirkt. Ein Beispiel hierfür zeigt
die Anordnung gemäß Fig. r, bei welcher die geerdeten :'#1)schirmurlgen 17 und 18
zwar sowohl die induktiven als auch die kapazitiven Kopplungen vermindern, jedoch
an einer Stelle angeordnet sind, an welcher die induktive Kopplung vorherrscht.
Die andere Weise besteht in der Verwendung einer Abschirmung, welche die eine Art
der Kopplung mehr beeinflußt als die andere und an einer Stelle zwischen den Leitern
angeordnet ist, an welcher sie <las Gleichgewicht der Kopplungen stört.
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Fig. 2 zeigt eine Anordnung der letztgenannten Art. Hier ist die induktive
Kopplung zwischen den Leitern 13 und 14 bzw. 14 und 15 durch Leiter 20 und 21 erhöht,
welche die Leiter 13, 14 und 15 in der Nähe ihres geerdeten Endes miteinander verbinden.
Da die Leiter 20 und 21 in einem Bereich liegen, in welchem die magnetischen Felder
zwischen den Leitern über die elektrischen Felder zwischen ihnen vorherrschen, werden
die elektrischen Felder durch sie nicht beeinflußt, so daß also die kapazitive Kopplung
zwischen den Leitern unverändert bleibt.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 sind die Abschirniungen 23 und 24 an
einer Stelle zwischen den Leitern 13, 14 und 15 angebracht, an welcher die stehenden
Spannungswellen ihre größte Amplitude haben und infolgedessen die kapazitive Kopplung
zwischen den Leitern am stärksten ist. Diese kapazitiven Kopplungen werden durch
die Abschirmungen 23 und 24 stark vermindert, während die in der Nähe des geerdeten
Endes der Leiter bestehenden induktiven Kopplungen zwischen den Leitern unbeeinflußt
bleiben.
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Die Anordnung gemäß Fig.4 stellt ein Gegenstück der Anordnung gemäß
Fig. 2 dar, indem hier die kapazitiven Kopplungen zwischen den Leitern 13, 14 und
15 durch die freien Enden der Leiter miteinander verbindende Kondensatoren 26 und
27 erhöht sind, während die induktive Kopplung zwischen den Leitern nicht beeinflußt
ist. Dieselbe Wirkung wird bei der Anordnung gemäß Fig.5 durch die an die freien
Enden der Leiter 13, 14 und 15 angesetzten kleinen leitenden Platten 28 erreicht.
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In gewissen Fällen können entlang der Leiter außer der erwünschten
stehenden Resonanzwelle stehende Oberwellen dieser Resonanzwelle ausgebildet werden.
Es ist offenbar, daß in bezug auf diese Oberwellen keine Kopplung zwischen den Leitern
vorhanden ist, sofern der gegenseitige Abstand der Leiter weniger als einen Radian
der Wellenliitige der Oberwelle ist und die Länge der zueinander parallelen Teile
der Leiter eine oder mehrere Viertelwellenlängen der Oberwelle beträgt. Diese Tatsache
kann dazu ausgenutzt werden, eine Leiteranordnung zu schaffen, welche wohl die Resonanzwelle
durchläßt, aber die Oberwelle dämpft.
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Fig.6 zeigt eine Leiteranordnung dieser Art. Die Kurve A stellt die
entlang den Leitern 13, 14 und 15 entstehende Resonanzspannungswelle dar, während
die Kurve B die dritte Oberwelle dieser Resonanzwelle darstellt. Der gegenseitige
Abstand der Leiter 13, 14, 15 ist vorzugsweise kleiner als ein Radian der
Wellenlänge der Oberwelle, obzwar auch noch bei größeren Abständen eine nennenswerte
Dämpfung der Oberwelle erreicht wird. Die Leiter sind an Punkten, welche um annähernd
2/s ihrer Länge von ihrem geerdeten Ende entfernt sind, durch Kopplungskondensatoren
26 und 27 miteinander verbunden. Da die Oberwelle B an diesen Punkten einen Spannungsknotenpunkt
hat, wird durch diese Kondensatoren die kapazitive Kopplung zwischen den Leitern
hinsichtlich der Oberwelle nicht beeinflußt, so daß sich also zwischen den Leitern
für diese Welle keine wirksame Kopplung ergibt. Andererseits erhöhen aber die Kondensatoren
26 und 27 die kapazitive Kopplung zwischen den Leitern hinsichtlich der Resonanzwelle
A, so daß also für diese Welle das Kopplungsgleichgewicht zwischen den Leitern gestört
und diese Welle infolgedessen durchgelassen wird.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 ist zwischen den Leitern
13 und 14 ein geerdetes Kopplungsglied r7 vorgesehen, dessen Länge in der
Achsrichtung der Leiter gleich '/4 der Wellenlänge einer Oberwelle B ist, deren
Übertragung unerwünscht ist. Die Leiter 13 und 14 stehen sich auf einer der Hälfte
der Wellenlänge der Welle B entsprechenden Strecke frei gegenüber und sind daher
hinsichtlich dieser Welle nicht wirksam miteinander gekoppelt. Bezüglich der Resonanzwelle
stehen sie dagegen in wirksamer Kopplung miteinander, und diese Welle wird daher
durch sie übertragen. Hinsichtlich der Resonanzwelle sind auch die Leiter 14 und
15 mittels eines Kopplungsgliedes von der in Fig.3 gezeigten Art wirksam miteinander
gekoppelt. Dagegen sind diese Leiter hinsichtlich der zweiten Oberwelle C der Resonanzwelle
nicht miteinander gekoppelt, da das Kopplungsglied 24 die Leiter 14 und 15 auf einer
Strecke gegeneinander abschirmt, welche '/4 Wellenlänge der Welle C entspricht,
so daß sie sich also nur auf einer Strecke frei gegenüberstehen, welche '/4 der
Wellenlänge der Welle C gleicht. Daher wird also durch die Anordnung die Resonanzwelle
übertragen, während ihre zweite und dritte Oberwelle unterdrückt wird. Dasselbe
gilt natürlich für mehrfache Harmonische der genannten Oberwelle, d..h. für die
vierte, sechste oder achte Oberwelle.
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Fig.8 zeigt eine Leiteranordnung, welche zur Unterdrückung von vier
Oberwellengruppen geeignet ist. Diese Anordnung enthält fünf hintereinandergeschaltete,
längliche Leiter 13, 14, 15, 30 und 31 mit vier zwischen ihnen angeordneten
Kopplungsgliedern 17, 18, 32 und 33. Die Länge jedes dieser Kopplungsglieder
beträgt '/4 der Wellenlänge der durch sie zu unterdrückenden Oberwelle. Die durch
das Kopplungsglied 17 miteinander gekoppelten Leiter 13 und 14 unterdrücken
demnach beispielsweise die zweite Oberwelle und ihre Vielfachen, die durch das Kopplungsglied
18 miteinander gekoppelten Leiter 14 und 15 unterdrücken die dritte Oberwelle und
ihre Vielfachen, die
durch das Kopplungsglied32 miteinander gekoppelten
Leiter 15 und 30 unterdrücken die fünfte Oberwelle und ihre Vielfachen, während
schließlich die durch das Kopplungsglied 33 miteinander gekoppelten Leiter
30 und 31 die siebente Oberwelle und ihre Vielfachen unterdrücken können.
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Es ist offenbar, daß mit Anordnungen gemäß d°r Erfindung alle Oberwellen
mit der Ordnungszahl bis 121 unterdrückt werden können, mit Ausnahme derjenigen,
deren Ordnungszahl eine oberhalb von i i liegende Primzahl ist. Bekanntlich ist
jedoch die Stärke keiner Oberwelle größer als die Stärke der Grundwelle, geteilt
durch die Ordnungszahl der Oberwelle. Demnach kann also mit der erfindungsgemäßen
Anordnung die Übertragung jeder Oberwelle verhindert werden, deren Stärke mehr als
i/ii der Stärke der Grundwelle beträgt und diese Möglichkeit ist in jedem Falle
praktisch ausreichend.
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Fig. g stellt eine abstimmbare Leiteranordnung gemäß der Erfindung
dar. Die Länge der Leiter 13', 1. und 15' beträgt hier etwas mehr als die Hälfte
der Wellenlänge der durch die Anordnung zu übertragenden längsten Welle. Die Leiter
sind an ihren beiden Enden mit der Abschirmung 16' verbunden. Entlang der Leiter
ist eine leitende Zwischenwand 35 verschiebbar, welche sowohl mit der Abschirmung
16' als auch mit den Leitern 13', 14', 15' in leitender Verbindung steht. Diese
Zwischenwand kann mit Hilfe eines Handgriffes 36 verstellt werden. Zum Anschließen
der Leiteranordnung an äußere Stromkreise sind Leitungsschleifen 37 und 38 vorgesehen.
Mit Hilfe der Zwischenwand 35 kann die Resonanzlänge der Leiter eingestellt werden;
im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung ebenso wie diejenige der Anordnung
gemäß Fig. i.
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Fig. i o zeigt eine Abänderung der Anordnung gemäß Fig. g. Hier ist
die Zwischenwand 35" mit der Abschirmung 16" fest ver'lunden und die Leiter 13",
1.' und 15" können mittels des Handgriffes 36" in den mit federnden Kontaktgliedern
versehenen Öffnungen der Zwischenwand 35" verschoben werden. Die Kopplungsglieder
17" und 18" sind mittels des Handgriffes 4o ebenfalls einstellbar.