DE845967C - Frequenzunabhaengige Transformations- und Symmetrieranordnung zwischen einem erdunsymmetrischen Kabel und einer erdsymmetrischen Doppelleitung - Google Patents

Description

• Frequenzunabhängige Transformations- und Symmetrieranordnung zwischen einem erdunsymmetrischen Kabel und einer erdsymmetrischen Doppelleitung

  In der HF-Technik, vor allem in der KW- und

  UKW-Technik, tritt sehr h;itifig die Aufgabe auf,

  eine erdseniinetrisclie Scude- oder Einpfangs-

  antwnie an edel Sender oder Einl>fänger finit erd-

  unsynnnetrischein Ausgairg anzuschließen. Auch die

  uingel<clirtc Aufgabe kann gelegentlich auftreten.

  l:rds@ mute trisch sind gerade die ain häufigsten ver-

  @@-etrc@eten Antennen, wie lnispielsweise die Dipol-

  antenne, die I)iliolwand, die Antennen für Hori-

  zontalpolarisation finit runder Charakteristik (Fenn

  und und vor allein die Ithonibusantenne,

  tim nur die l)cl:aiiiitestcli zu nennen. Sie alle werden

  über syninietrische Leitaugen, wie etwa symine-

  trische doppeladrige Kabel oder über s\-mineti-isclic

  Freileitutrgeil in Form von Zweidraht- oder `'ierdrahtleitungen gespeist. Der `@'ellenwiderstan<i 7_ derartiger Leitungen liegt gräßcilordtingsiniiflig Zwischen ado und 5oo Ohm. I)ie Sender e>der Empfänger hingegen besitzen hiiuflg c irren unsymmetrischeii, niederohmigen Ausgang, <in den ein koaxiales, unsymmetrisches Kabel von meistens Z = 6o Ohm angeschlossen wird. Ein uus\-tnmcthscher Ausgang ist, abgesehen von gewissen sendertechnischen bzw. empfä ngertechnischcn Gesichtspunkten. vor allem deshalb vorteilhaft, weil iin hetriel>sgebäude an Stelle von unübersichdichen und leicht zu gegenseitiger Beeinflussung neigenden hreilcittiiigen unauffällige, leicht zu \-erlegcndc und strahlungssichere Kabel verwendet werden können. Bei größeren Anlagen mit mehreren Sendern und mehreren wahlweisen Antennen wird dadurch außerdem der Antennenwahlschalter konstruktiv einfach und übersichtlich.
• Bekanntlich ist es nicht möglich, eine symmetrische Leitung (im folgenden ist darunter vereinfachend stets eine Doppelleitung gemeint) unmittelbar mit einem koaxialen Kabel zu verbinden, weil einerseits durch den überaus großen Z-Sprung eine starke Energiereflexion stattfinden wände und andererseits die Einzelzweige der Doppelleitung sehr ungleiche Ströme führen würden, also eine Strom- und damit auch Antennenunsymmetrie vorhanden wäre. Um diese Unstimmigkeiten zu vermeiden, muß vielmehr zwischen der Doppelleitung und dein Kabel ein Transformations"glied und ein Symmetrierglied oder eine Kombination beider eingefügt werden. Ersteres hat die Aufgabe, den Wellenwiderstand der Doppelleitung an den Wellenwiderstand des Kabels anzupassen, während das letztere die Spannungs- bz@v. Stromgleichbeit auf der Doppelleitung erzwingt. Derartige Glieder lassen sich durch konzentriert angeordnete Blindwiderstände oder durch verteilte Blitid\vid-erst:inde in Form von Leitungsgebilden verwirklichen. So kann beispielsweise das Transformationsglied ein frequenzabhängiger HF-Übertrager oder eine frequenzunabhängige Transformationsleitung (Exponentialleitung) sein. Bekannte Ausführungsformen für das Symmetrierglied sind beispielsweise die V2-U-mwegleitung, der 2/2-Umwegtopf, der ;,/4-Sperrtopf und die 2,/.1-Symmetrierschleife (s. z.13. H. H. Me i nke : »Symmetrierungsschaltungen bei hohen Frequenzen«, FTZ, Heft 8, [19481, S. 193 bis i99). Eine andere in der Praxis viel verwendete Ausführungsform ist die sogenannte 1/2-Schaltung der C. Lorenz AG. Diese aus konzentrierten Blindwiderständen aufgebaute Schaltung vereinigt in sich die Eigenschaften eines Transformations- und eines Symmetriergliedes.
• Alle diese Ausführungen leisten die Symmetrierung für ihre Blauwelle vorzüglich. Sie sind aber empfindlich gegen Frequenziä.nderungeti und datier zur Erfassung eines größeren Wellenbereiches entweder ungeeignet oder nur,bedingt geeignet, wie,d-ie 1/2-Schaltung, die bei jedem Wellenwechsel neu abgestimmt werden muß.
• Diesen Nachteil der Frequenzabhängigkeit der bisher bekannten Verbnndungsglieder zwischen einem Kabel und einer Doppelleitung vermeidet die erfindungsgemäße Anordnung. Aufbau und Wirkung dieser Anordnung, die sowohl die Symmetrierung als auch die Widerstandstransformation leistet, soll an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Die Gesamtanordnung ist schematisch in Abb. if dargestellt. Es bedeutet i die Seele und 2 den Mantel des Speisekabels, dessen Endabschnitt der Länge i vom Erdboden isoliert verlegt ist. Dieses Speisekabel vom Wellenwiderstand Z" geht unmittelbar über in die frequenzuna@bhängige Transformationsleitung (Exponentialleitung) 3,3 mit dem Anfangswellenwiderstarvd Za und dem Endwellenwiderstand Ze. An die beiden Längskapazitläteti C schließ sich an die Doppelleitung 44 vom @@'ellenwiderstand Ze, die gewissermaßen den Ohmschen Anteil h des komplexen Abschlußwiderstandes der Exponentialleitung darstellt. Parallel zuni Speisekabel uirc mit illim in gleicher Höhe verlegt ist die Kab.elnachbildung 6 angeordnet, die be.i @ init der Seele des Speisekabels leitend verbunden ist. Das Speisekabel und diie allseits gcschloss-ene Kal@elnach b-ildung bilden zusammen mit der Erde je eine Doppelleitung (Blindleitung) vorn @l'ellenwi.derstand Z. Jede der beiden ist an ihrem einen Ende bei 7 kurzgeschlossen, so diaß an ihrem offenen Ende je der 131ind\viderstand B = j # Z # tga i auftritt, wobei a = 2 «-t/) ist. Ani Ausgang des Spessekahels liegt dann zNvischen Kabelseele und Kabelmantel der ei-dsynmtnetriscli"e Bliindwiderstand 2 - B, so daß ,die nachfolgende Exponentialleitun@g 3,3 unabhängig von @d-er Frequenz elektrisch syminetriert ist. Diese Symnietrierung scheint zunächst durch eiere l,'elilanpass-unicr .des Speisekal)els erkauft zu sein. Die I?xi)onentialleitung hat aber, bedingt durch ihren hoinhlex,°_n Abschlußwiiderstand, die betnerkenswertc Eigenschaft, bei passend gewählten Bedingungen Iden Querblindwiderstand 2 - B weitgcliend frequenzuna'bhängi@g zu kompensieren. Das soll an Hand von Abb. 2 näher erläutert -,veröden. :1n ciiie erd-symm,etrische Doppelleitung 8,8 vorn Wellenwiderstand Z" schließe sich eine ebenfalls erdsymmetrische Transformationsleitung 3,3 vom End@wellen\\ iderstand Z, an, wobei Z, > Z" .sei. Die Transforinationsleitung ist wie in Abb. i durch eine gespi-cizte Doppelleitung symbolisch dargestellt. Die erforderliche Baulänge einer derartigen Transforinationsleitung ist abhängig von der zulässigen Fehlanpassung der senderseitigen Doppelleitung, vorn L7lrersetzizngsverhältnis Z,/Z" und von A"" des vorgesehenen Wellenbereiches. Sie kann durch konzentrierte Blindwiderstände, und zwar durch eine passend gewählte Längskapazität C am hochohmignen Ende und eine entsprechende Querinduktivitäx I_ am niederohmigen Ende beträchtlich herabgesetzt werden. Auf diese Möglichkeit bat unter anderem O. Zinke, Funk und Ton, Nr. 3, (19d0, S. 119 bis 129, für den Fall einer konzentrischen TransformationsIeitung hingewiesen. Die konzentrierte Induktivität L kann vorteilliafterweise auch durch eine am Ende kurzgeschlossene Blindleitung von passend gewähltem Frequenzgang ersetzt werden. Wird ferner ,die erforderliche lnd-ulztiv ität L in zwei gleiche, erdsymmetrische Idälften aufgeteilt und durch je eine geeignete Blindleitung ersetzt, so entsteht die erfin@dungsgemäß-e Anordnung nach Abb. i. Ihr Ersatzschaltbild ist in Abb. 3 dargestellt. Der Einganigsscheinwiderstand der Transformationsleitung 3,3 init Juni komplexen Abschl@u,ßwiiderstand R = Z, - j - (2 : (o C) kann aufgefaßt werden als Parallelschaltung eines praktisch frequenzunabhängigen Wirkwiderstandes Z" und eines frequenzabhängigen, negativen Blindwi,derstanides - jBa, der aber nur in seinem Phasenverhalten einer Kapazität entspricht, \vährend sein

  hrequcnzgang 1),i passcit<Ln @le<litt@ungen @-ülli;:

  dein Urcquenzgang einer @ndulai@itüt entspricht.

  Auf (;rund cliescr 1?i;gcnschaft lcolnmt die frctlu;nz-

  unal)llütlgige homl)cnsation durch chic Induhtivitüt

  zustande. Die durch die 1).cid,n 1)1in(lleitttlig"n @°r-

  zeugten lilitl(lwidera:inche jh,/2 sitld in AN). 3 durch

  Spulcii dargestellt, die einerseits an Frdc und

  andererseits aii den Ausgangskleininen des Speise-

  kal)cls liegen. Im Ersatzschaltbild bedeutet i <Lie

  Seele und 2' die @nnenscite <1s @a1),elmantels.

  LTnl das richtige 1@ rc.duettz@-crhalten der beiden

  Blindlcittitige1i zt1 erzielen. 111u13 aligenäliert geltetl:

  Bu/2 Lind i # ;'.,"i"/102 N\etlt1 @'.@tirt (li.e kürzeste

  Welle des \ orgescllencn Bereich es ist. Zurldzielung

  einer inö;glichst 1)liasetii-iclttigeit Transformation tnit

  keinem gr<ißcrcii L»linclantcil als io,o/o ist für die

  (Tesatilttttt()rdtttilig eitle 7Trttilätt,ae ,'oll etwa a"",x/3

  ausrcicllcn@l. Wie Messungen ergehen haben, liißt

  sich mit der trlitidungsgcinäli;n Atandnung olitre

  weiteres ein \\@ellettl)creirlt \()11 i : In und darüber

  erfassen.

  I)ic konstrul:tivc _\usl)ildung einer svmmetrisdren

  TransOrmationsleitung in Form einer 1)oplwl-

  leitung oclcr zweifach l;otizetttrischen Ausführung

  stößt auf der niedcroliinigcit Seite wegen (1-r er-

  ft)rdrrlichc'n -IA.icn l)tural»llcssungen auf gewisse

  Schm icrighcitctt. Sie1<tssett sich in Erwciterting des

  1?rfindutlgsgedankens dadurch t-ernicidcn, dal.i`nach

  ehrt voti :\I)1). .1 chic T?xp tnwntiallchun g aus kittet an

  ihrem Anfang kottz<'ittt'isclteil l_titLltig 1)#estcht, die

  durch eine alltnühlichc, t\enn auch gesetzln:ißige

  Entartung ihres Mantels o schließlich in eine

  Doppelleitung 4..1 iilrergeht. T?iti weiterer Vorteil

  dieser Ausfiihrung ist, das 1)cim N)ergang ")in

  Speisckalxl in slic Tra usfortnatiolislcitung keilt

  Umbau des rotationss@-mmctrischen hckles in ein

  spicgclhildlidi symnictriscltrs Feld statttindet. «-ic

  bei der _1ne»-dtlung »ach .\1)1). i. Die durch clies,eli

  Umhau lirr\()igci-tifciien @törun@gctl fallen daher

  fort.

  Besonders einfach wird die Ihrstcllung einer

  solchen etita.rtcti(lcil konz,#titrischen Transforitla-

  thnsklung, wenn an Stelle der vollwandlen Aus-

  führung 11c1- Aufbau in IZcusenform, hestelicnd aus

  mehreren 1?inzclclr,iliteii, erfolgt. Dadurch ist aulier-

  (lem eine nahezu csal:tc T@erechnungSmö@Qlichkcit

  gcgeT@cn. Die erw:ihnten 1Lessungen sind mit einer

  solchen Drahtausführung vorgelion tnen worden,

  @@@)1)ci je acht 1)i-:illtc VO»l 2111111 Durchmesser die

  liabelseclu hzmi (In Kabelmantel bildeten, dessen

  I)urchmcsscr 2() c111 betrug.

  Statt tler offenen Ausführung der beiden Blind-

  leittiiigen kann auch eine g(sclilossene Bauweise

  nach Art von Ahlt 5 angewendet )'erden. MUS

  wird das @peisekalxl und die halrelnadlT)ildung von

  einer tol)fförniigeit lcitcllclc1t Hülle to umschlossen.

  die beerdet ist und einseitig mit dem Mantel des

  Sptisekalwls und mit der Kahelnachbildtmg leihend

  verhundcn ist. Diese 13au«-cisc bietet vor allem in

  der L@h\\'-Technik Vorteile. S.elbistverstiindlich

  kann auch hierbei die Transformationslchung sell)st

  aus einer entartenden konzentrischen Leitung Ire-

  stellcti.

  Eine weitere Abwandlung des Frfiti@(Iun"s-

  gedankens bestellt darin. .daß bereits innerhall) des

  in scitrrtti letzten Abschnitt besonders ausgebildeten

  S1)cisckal)cls eitle gewisse Vortransformation N-()r-

  genomtnen wird. Das LTbersetztingsvcrliülttiis der

  flachfolgenden Exponentialleitung kann dadurch so

  weit herabgesetzt werden, daß auch die spume-

  trische Ausführung nach Art von :\b-1). i ittid 5 auf

  keine txsondcrcti Schwierigkeiten stößt.

Claims (1)

1. )@:\I'I:\'tA\Sf'GLl:llf i. hrequenzunabhängigeTransfortnat,ions-und Symnietrieranordnung zwischen cinein erd- unsyninietrischen Kabel und einer erc@s@n,m:- trischen Doppelleitung, dadurch gekennzeichnet. daß das Kabel, dessen Endabschnitt von der Erde isoliert verlegt ist. untnittcll)ar in eine Transformationsleltung übergeht, in die auf ihrem ltoch()lltiligeii Ende je eitle I-ingskapazitiit eingeschaltet ist, während auf ihr:@r nieder- ))hinigen Seite der mit der Kabelseele ver- bunckne Leitungszweig außerdem init einer all- seits geschlossenen Kabelnach@l)ildung leitend N'erhunden ist, die isoliert von der Erde und von dem mit ihr in gleicher Höhe verlaufenden Kabel gefiihrt ist und deren anderes Enche geerdet ist. und zwar derart, daß die von der Erde isolierten Abschnitte des speisenden Kabels und der Kal)el- nachbildung gleich lang sind (Abt). i). 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch ge- ketinzcichnct, daß der Ercll)oden in seiner Wirkung durch einen geerdeten. allseits ge- schlossenen Topf ersetzt wird, der das Kabel und die Kabelnachbildung umschließt. (Abt). 5). 3. Anordnung nach tlnspruch i lind 2, da- durch gekennzeichnet, daß die T ranlormations- lcitung an ihrem Anfang konzentrisch ist und durch allmähliche Entartung ihres Mantels in eine Doppelleitung übergeht (AM). :1). .1. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der vollwandigen Ausführung die entartende, konzentrischeTrans- formationsleitung aus entsprechend ,geformt-en Drahtreusen besteht. ;. Anordnung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, @daß der Einlabschnitt des Kabels so ausgebildet ist, daß bereits in diesem Teil der Gesamtanordnung eine ;gewisse Vor- transformatimt des Wellcinviderstandes statt- findet.