DE837404C

DE837404C - Verbindungsstueck zum Verbinden eines Erdsymmetrischen Stromkreises mit einem erdunsymmetrischen

Info

Publication number: DE837404C
Application number: DEH5227A
Authority: DE
Inventors: Harold Alden Wheeler
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1945-06-05
Filing date: 1950-09-08
Publication date: 1952-04-28
Also published as: FR938516A; US2417895A; GB611982A; BE469469A

Description

(WlGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 28. APRIL 1952

H 5227 Villa/21 a*

Kin bekanntes Verbindungsstück zum Verbinden eines erdsymmetrischen Stromkreises mit einer unsymmetrischen Zuleitung besteht in einem konzentrischen Leitungsabschnitt, dessen Wellenwiderstand etwa dem Abschlußwiderstand der Zuleitung gleicht. Kin Abschnitt des Außenleiters des Leitungsabschnittes ist durch zwei Längsschlitze in zwei Teile geteilt, wobei die Länge dieser Schlitze so bemessen ist, daß die elektrische Länge jedes der beiden Leiterteile gleich ¹A der Betriebswellenlänge sei. Der Innenleiter des Leitungsabschnittes ist hierbei an seinem linde mit einem der beiden Teile des Außenleiters verbunden. Bei Verwendung des Verbindungsstückes wird der symmetrische Kreis an die Knden der beiden Teile des geteilten Außenleiterabschnittes angeschlossen. Derartige Verbindungsstücke haben jedoch den Nachteil, daß der Wellenwiderstand des an dem einen Ende des Verbindungsstückes gebildeten symmetrischen Kreises infolge der Verbindung des Innenleiters mit dem einen Teil des geschlitzten Außenleiterabschnittes doppelt so groß wird, wie der Wellenwiderstand des am anderen Ende des Verbindungsstückes gebildeten symmetrischen Kreises. Dieser Unterschied in den Wellenwiderständen an der Verbindungsstelle hat unerwünschte Reflexionen zur Folge.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung durch eine derartige Bemessung der Abstände zwischen den Innen- und Außenleitern der Leitungs-

abschnitte beseitigt, daß der Abstand des Innenleiters vom Außenleiter, beginnend an der Verbindungsstelle mit der Zuleitung, derart unterschiedlich von dem in der Zuleitung gewählt ist, daß die Wellenwiderstände beider Leitungen bei der mittleren Betriebswellenlänge einander gleich sind.

Die Erfindung wird an Hand ihrer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

ίο Das in den Fig. ι und 2 dargestellte Verbindungsstück ist zum Verbinden eines Signalgenerators mit einer Antenne bestimmt. Es besteht aus einem an die einen geerdeten Außenleiter io und einen Innenleiter 12 umfassende Zuleitung anschließenden Leitungsabschnitt, dessen Außenleiter durch zwei einander diametral gegenüberliegende Schlitze 14, 15 in zwei Teile n₀ und ii(, geteilt ist, die den Innenleiter 13 umschließen. Die Zuleitung kann eine beliebige Länge haben, während

ao die Länge L des zweiten Abschnittes vorzugsweise ¹A der Betriebswellenlänge des Verbindungsstückes sein soll. Zwischen dem Innenleiter 12 und dem Außenleiter 10 der Zuleitung sind Abstandhalter 16 vorgesehen, während das äußere Ende des Innenleiters 13 des Verbindungsstückes mittels eines halbkreisförmigen Kontaktstückes 17 leitend mit dem einen Teil ii;, des Außenleiters verbunden ist.

Die von den Leitern 10, 12 gebildete Zuleitung stellt eine mit Bezug auf Erde unsymmetrische Übertragungsleitung dar, die mit dem unsymmetrischen Ausgangskreis eines Signalgenerators 20 verbunden ist. Das von dem Innenleiter 13 und den Außenleiterteilen u_e und \i_b gebildete Verbindungsstück stellt dagegen eine erdsymmetrische Übertragungsleitung dar, an welche die beiden Elemente 25 und 26 einer Dipolantenne angeschlossen sind. Die Abstände zwischen den Innenleitern und den Außenleitern des Verbindungsstückes und der Zuleitung sind so bemessen, daß beide Leitungen denselben Wellenwiderstand haben. Die Länge der beiden Antennenelemente 25 und 26 beträgt je V4 der Betriebswellenlänge.

Fig. 3 zeigt die von den dargestellten Teilen des Verbindungsstückes und der Zuleitung gemäß den Fig. ι und 2 gebildeten elektrischen Stromkreise, während die Fig. 3_a bis T,_d die den Leitern in Fig. 3 entsprechenden leitenden Teile darstellen. Die mit 3₀ bis 3d bezeichneten Teile in Fig. 3 weisen auf die in den Fig. 3_e bis 3_rf dargestellten Stromkreisteile hin. In der Fig. 3 bilden die Leiter 10' und 12' eine unsymmetrische Übertragungsleitung. Diesen Leitern entsprechen, wie aus der Fig. 3₀ hervorgeht, die Leiter 10 und 12 der Zuleitung.

Die genannte unsymmetrische Übertragungsleitung hat einen durch die Durchmesser der sie bildenden Leiter bestimmten Wellenwiderstand Z₀. Die betreffenden Leiterdurchmesser sind in Fig. 1 mit </, und d₀ bezeichnet. Die unsymmetrische Übertragungsleitung reicht bis zu der mit der strichpunktierten Linie A-A bezeichneten Stelle in I⁷ig. 3. An dieser Stelle beginnt die von den Leitern n_a' und 13' gebildete symmetrische Übertragungsleitung, die, wie aus Fig. 3₆ hervorgeht, aus dem Teil ii_e des Außenleiters und der einen Hälfte des Innenleiters 13 des Verbindungsstückes besteht. Diese symmetrische Übertragungsleitung hat einen durch das Verhältnis der Durchmesser d₀ und d₂ (Fig. 1) bestimmten Wellenwiderstand Z₁.

In elektrischer Hinsicht enthält das Verbindungsstück auch zwei Anpassungsleitungen, von denen je eine an jedes Ende der symmetrischen Leitung 11/, 13' angeschlossen ist. Die an das Ende A-A der symmetrischen Leitung angeschlossene Anpassungsleitung umfaßt die Leiter H₆' und 13". Wie Fig. 3 c zeigt, werden diese Leiter durch den Teil 11 b des geteilten Außenleiters des Verbindungsstückes in Fig. i, sowie durch die andere Hälfte des Innenleiters 13 gebildet. Da diese beiden Leiter durch das Kontaktstück 17 miteinander verbunden sind, wie dies der Leiter 17' in Fig. 3 andeutet, ist die vorgenannte Anpassungsleitung kurzgeschlossen. Da die Abmessungen und der gegenseitige Abstand ihrer Leiter den Abmessungen und dem gegenseitigen Leiterabstand der von den Leitern 11/ und 13' gebildeten symmetrischen Leitung gleichen, ist auch ihr Wellenwiderstand gleich dem Wellenwiderstand Z₁ der symmetrischen Leitung.

Die an das freie Ende der symmetrischen Leitung ^lla, 13' angeschlossene zweite Anpassungsleitung umfaßt die Leiter H₀" und H₆". Wie Fig. 3d zeigt, werden diese Leiter durch die beiden Teile n_a und Hj des Außenleiters des Verbindungsstückes in Fig. ι gebildet. Da diese beiden Leiterteile an den inneren Enden der Schlitze 14, 15 miteinander verbunden sind, ist auch diese zweite Anpassungsleitung kurzgeschlossen. Ihr Wellenwiderstand Z₂ hängt von der Breite der Schlitze 14, 15 ab und kann als der Wellenwiderstand des Außenleiters aufgefaßt werden, d. h. als der Widerstand der Schlitze und der Außenseite des geschlitzten Abschnittes des Außenleiters.

Auf Grund des schematischen Schaltbildes der Fig. 3 können die zur Erreichung eines gleichmäßigen Wellenwiderstandes zwischen dem Verbindungsstück und der Zuleitung erforderlichen Bedingungen leicht ermittelt werden. Es ist offenbar, daß der Wellenwiderstand Z₁ der symmetrischen Leitung H₀', 13' annähernd gleich dem Wellenwiderstand Z₀ der unsymmetrischen Leitung 10', 12' sein muß. Diese Bedingung wird durch eine entsprechende Wahl des Durchmessers d₂ des Innenleiters 13 im Verhältnis zum Durchmesser d₀ des Außenleiters erfüllt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenraum zwischen den Leitern im Verbindungsstück und in der Zuleitung mit demselben dielektrischen Stoff, d. h. mit Luft, gefüllt. Infolgedessen werden die Wellenwiderstände einander gleich, wenn der Durchmesser d₂ des Innenleiters 13 gleich dem geometrischen Mittel der Durchmesser <7„ und ^₁ der Leiterteile 12 und 10 gemacht wird. Wenn dieser gemeinsame Wellenwiderstand der symmetrischen und der unsymmetrischen Leitung dem unsymmetrischen, abschließenden Widerstand des Generators 20 und dem symmetrischen, abschließenden Widerstand

der Antenne 25, 26 gleicht, erreicht man die größtmögliche Energieüberführung vom Generator zur Antenne.

Weiter oben wurde unter Hinweis auf die Fig. 3 und 3 a festgestellt, daß die von den Leiterteilen 10 und 12 gebildete unsymmetrische Leitung 10', 12' einen Wellenwiderstand Z₀ hat. Da der Leiterteil 10 geerdet ist und daher einen den Leiterteil 12 umgel >enden Schirm bildet, kann die unsymmetrische Leitung so aufgefaßt werden, als ob sie aus zwei parallel geschalteten unsymmetrischen Leitungen l>estehen würde, deren jede einen Wellenwiderstand 2 Z₀ hat. Jede dieser beiden Leitungen besteht aus je einer Hälfte der Leiterteile 10 und 12, \vol>ei diese beiden Hälften sich in der Ebene X-X aneinander anschließen. Wenn demnach die die symmetrische Leitung 11/, 13' bildenden Leiterteile 11₁₁ und 13 dieselben Durchmesser haben und durch dasselbe Dielektrikum voneinander getrennt

»ο sind, wie die die unsymmetrische Leitung 10', 12'bildenden Leiterteile 10 und 12, dann ergibt sich in der Ebene A-A ein Wechsel des Wellenwiderstandes, weil in diesem Fall die Leiter der symmetrischen Leitung denselben gegenseitigen Abstand haben wie die Leiter jeder der beiden parallel geschalteten, unsymmetrischen Leitungen, so daß ihr Wellenwiderstand 2_Z wird. Dieser Wechsel des Wellenwiderstandes ist bei den eingangs erwähnten, bekannten Verbindungsstücken tatsächlich vorhanden, ist a1>er beim erfhidungsgemäßen Verbindungsstück durch die Vergrößerung des Durchmessers des Leiterteiles 13 gegenüber demjenigen des Leiterteiles 12 vermieden.

Damit das Verbindungsstück innerhalb eines weiten Bereiches von Wellenlängen annähernd gleichmäßig günstige Betriebseigenseihaften habe, soll die genaue Anpassung zwischen der symmetrischen und der unsymmetrischen Leitung bei der mittleren Wellenlänge des ganzen Wellenbereiches gegelxin sein und die Länge L der Schlitze 14 und 15 soll ¹A dieser mittleren Wellenlänge betragen. In diesem Fall stellt jede der Anpassungsleitungen ii_ft', 13" und n_a", n_b" eine kurzgeschlossene Ά Wellenleitung dar und ist gleichwertig einem unendlich großen Widerstand, d. h. einem offenen Stromkreis. Weiterhin soll der Wellenwiderstand l>eider Anpassungsleitungen gleich dem Wellenwiderstand Z₁ der symmetrischen Leitung n_a', 13' sein, weil in diesem Fall die bei Änderungen der Wellenlänge eintretenden Widerstandsänderungen der IxM den Anpassungsleitungen einander ausgleichen. Der erwünschte Wellenwiderstand der Anpassungsleitungen wird durch entsprechende Bemessung der Breite der Schlitze 14 und 15 erreicht.

Das Verbindungsstück kann auch so ausgebildet werden, daß es Widerstandsänderungen des angeschlossenen symmetrischen Stromkreises ausgleicht. Es sei beispielsweise angenommen, daß. die Antennen 25, 26 bei der mittleren Wellenlänge des Wellenlängenbereiches des Verbindungsstückes in Serienresonanz ist. In diesem Fall ist ihr Widerstand bei der mittleren Wellenlänge am kleinsten und nimmt bei jeder Änderung der Wellenlänge zu. Zum Ausgleich dieser Widerstandsänderungen können in unmittelbarer Nähe der Teile 1 i_fl und 1I₆ des Außenleiters Belastungen vorgesehen werden, welche den Wellenwiderstand Z₂ der zweiten Anpassungsleitung entsprechend ändern. Fig. 4 zeigt die Ansicht eines solchen Verbindungsstückes von oben. Hier sind Flansche 21 und 22 vorgesehen, welche sich längs der Teile 11₀ und H₆ der Außenleiter erstrecken. Diese Flansche erhöhen die verteilte Kapazität zwischen den Leiterteilen ii_a und H₆ und vermindern ihre Induktivität, wodurch auch der Wellenwiderstand Z₂ der zweiten Anpassung«- leitung vermindert wird. Infolgedessen werden also die Wellenwiderstände der beiden Anpassungsleitungen verschieden voneinander, und zwar in einem solchen Maße, daß die Änderung des Wellenwiderstandes der ersten Anpassungsleitung und der Antenne durch die zweite Anpassungsleitung ausgeglichen wird.

Das gemäß Fig. 5 ausgebildete Verbindungsstück unterscheidet sich von dem in Fig. 4 dargestellten Verbindungsstück nur darin, daß hier der Wellenwiderstand der zweiten Anpassungsleitung durch einen vom Teil ir_a des Außenleiters ausgehenden und um den Teil H₆ des Außenleiters herumgebogenen Flansch 23 vermindert ist. Ein ähnlicher Flansch 24 geht vom Teil H₆ des Außenleiters aus und umgibt seinen Teil n_e.

Falls der angeschlossene, symmetrische Stromkreis bei der mittleren Wellenlänge des Wellenlänge nbereiches des Verbindungsstückes nicht, wie vorhin angenommen, in Serienresonianz, sondern in Parallelresonanz ist, dann muß natürlich zwecks Ausgleichs der Widerstandsänderungen der Wellenwiderstand der zweiten Anpassungsleitung gegenüber dem der ersten Anpassungsleitung nicht vermindert, sondern erhöht werden.

Für gewisse Zwecke kann es wünschenswert sein, der ersten Anpassungsleitung H₆', 13" einen hohen Wellenwiderstand zu geben. Eine für solche Zwecke geeignete Ausführungsform des Verbindungsstückes zeigen die Fig. 6 und 7. Hier hat der Teil 13 des Innenleiters die Form eines hohlen Halbzylinders. Auch für diese Ausführungsform gelten die Fig. 3, 3 a, 3 b und 3 d ebenso wie für das' Verbindungsstück gemäß den Fig. 1 und 2. Die in Fig. 3 dargestellte erste Anpassungsleitung 1I₆', 13" no wird hier vom Teil H₆ des Außenleiters und vom Teil 13 des Innenleiters gebildet, wie dies die Fig. 8 zeigt. Der vom gegenseitigen Abstand dieser Leiterteile abhängige Wellenwiderstand Z₃ dieser Anpassungsleitung ist erheblich größer als derjenige der symmetrischen Leitung H₀', 13'.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß der den Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter ausfüllende Stoff, sowie der den Außenleiter umgebende Stoff im Verbindungsstück und in der Zuleitung dieselben dielektrischen und magnetischen Eigenschaften hat. Wenn diese Bedingung nicht mehr erfüllt ist, dann ist es natürlich möglich, die erwünschte Gleichheit der Wellenwiderstände der symmetrischen und der i»5 unsymmetrischen Leitung auch bei völlig gleichen

Leiterdurchmessern im Verbindungsstück und in der Zuleitung zu erreichen. Es muß also beachtet werden, daß die Abstände zwischen dem Innen- und Außenleiter des Verbindungsstückes und der Zuleitung unter Einbeziehung der Eigenschaften des den Zwischenraum ausfüllenden Dielektrikums und des den Außenleiter umgebenden Stoffes zu verstehen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

, i. Verbindungsstück zum Anpassen einer

konzentrischen Hochfrequenzleitung beliebiger Länge an einen abgestimmten Verbraucher mittels eines konzentrischen Leitungsabschnittes, dessen Außenleiter durch zwei Längsschlitze von einer Viertelwellenlänge in zwei Teile geteilt ist, von denen einer am Anschlußende des Verbrauchers mit dem Innenleiter verbunden

ao ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand

des Innenleiters vom Außenleiter, beginnend an der Verbindungsstelle mit der Zuleitung, derart unterschiedlich von dem in der Zuleitung gewählt ist, daß die WeJlenwiderstände beider Leitungen bei der mittleren Betriebswellenlänge einander gleich sind.
2. Verbindungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenleiter mit demselben dielektrischen Stoff wie im Zuleiter gefüllt ist, und die Außenleiter des Verbindungsstückes und der Zuleitung denselben Durchmesser haben, während die beiden Innenleiter verschiedene Durchmesser haben.
3. Verbindungsstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d₂) des Innenleiters des Verbindungsstückes etwa gleich dem geometrischen Mittel der Durchmesser (d₀ bzw. (I₁) des Außenleiters und des Innenleiters der Zuleitung ist.
4. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Länge (L) gleich ¹A der mittleren Wellenlänge des Betriebswellenlängenbereiches ist und die Schlitze des Außenleiters sich über diese ganze Länge erstrecken.
5. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze des Außenleiters einander diametral gegenüberliegen.
6. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze des Außenleiters eine solche Breite haben, daß die beiden Teile des geschlitztenAußenleiterabschnittes eineAnpassungsleitung bilden, deren Wellenwiderstand im wesentlichen gleich dem Wellenwiderstand einer durch den Innenleiter des Verbindungsstückes und dem einen Teil des geschlitzten Außertleiterabschnittes gebildeten zweiten Anpassungsleitung ist.
7. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Außenleiters desselben den Wellenwiderstand zwischen den Teilen dieses Leiters bestimmende Belastungsorgane vorgesehen sind.
8. Verbindungsstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsorgane aus längs den Schlitzen des Außen- leiters verlaufenden Flansche der beiden Außenleiterteile bestehen.
9. Verbindungsstück nach Anspruch 8, da-. durch gekennzeichnet, daß die Belastungsorgane aus von jedem der Außenleiterteile ausgehenden und den anderen Außenleiterteil umfassenden Flansche bestehen.
10. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, zum Anschließen an einen ausgeglichenen Kreis, der bei der mittleren Wellenlänge des Wellenlängenbereiches in Resonanz ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mit derart ausgebildeten Belastungsorganen versehen ist, daß die Leiterteile des Außenleiters desselben zusammen eine Anpassungsleitung bilden, deren Wellenwiderstand sich vom Wellenwiderstand einer weiteren Anpassungsleitung, die vom Innenleiter und von einem Teil des Außenleiters des Verbindungsstückes gebildet wird, in solcher Weise unterscheidet, daß die Widerstandsänderungen des an das Verbindungsstück angeschlossenen symmetrischen Stromkreises und der letztgenannten Anpassungsleitung bei von der Mittellängenwelle abweichenden Wellenlängen ausgeglichen werden.
11. Verbindungsstück nach Anspruch 10, zum Verbinden eines symmetrischen Stromkreises, der bei der Mittelwellenlänge des Wellenlängenbereiches des Verbindungsstückes inSerienresonanz ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mit derart beschaffenen Belastungsorganen versehen ist, daß der Wellenwiderstand der erstgenannten Anpassungsleitung kleiner wird als derjenige der letztgenannten Anpassungsleitung.
12. Verbindungsstück nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Innen- und Außenleiter desselben so gewählt ist, daß der genannte Innenleiter und der eine Teil des genannten Außenleiters eine Anpassungsleitung bildet, deren Wellenwiderstand größer als derjenige des Verbindungsstückes ist.
13. Verbindungsstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter desselben die Form eines hohlen Halbzylinders hat und seine Wandung dem einen Teil des Außenleiters des Verbindungsstückes zugewendet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen