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Anordnung zur Transformierung einer an eine Ultrakurzwe-llenübertragungsleitung
angeschlossenen Impedanz Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf Anordnungen
zur Transformierung einer an eine Ultrakurzwellenübertragungsleitung angeschlossenen
Impedanz bzw. einer an einer bestimmten Stelle einer Ultrakurzwellenübertragungsleitung
auftretende#n Impedanz von dem Wert-91 in einen beliebigen wählbaren Wert S312.
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In der Ultrakurzwellentechnik liegt häufig die Aufgabe vor, eine Impedanz
zu transiformieren. Beispielsweise sei die Anpassung des Widerstandes eines Verbrauchers,
z. B. des Strahlungswiderstandes eines Strahlers,, an den Wellenwiderstand der zu
dem Verbraucher (Strahler) führenden Speiseenergieleitung zum Zwecke der Erzielung
laufender Welle genannt. Wenn der Verbraucher (Strahler) einen konstanten Widerstand
besitzt, dann kann diese Aufgabe durch Einschaltung eines festen TransformationssbÜckes
in die Übertragungsleitung gelöst werden. Infolge unvermeidlicher F:abrikationstaleranzenhat
jedoch in der Praxis der Verbraucher bzw. der Strahler jeweils von Stileck zu Stück
einen etwas abweichenden Widerstand., so daB der Verbraucherwiderstand durch ein
festes Trans.fo:rmation,sglied nicht: ständig auf den. gleichen Wert des Wellenwiderstandes
der Speiseenergieleitung transformiert werden kann. Es entsteht demzufolge, wenn
in exakter Weise auf laufende Welle abgestimmt werden soll, die weitere Aufgabe:.,
die durch die Fabrikationstoleranzen bedingten
Schwankungen des
Wiederstandes durch eine zusätzliche Einrichtung auszugleichen. Ähnliche VerhältnIsse
liegen bei der Einstellung der maximalen Wirkleistungsabgabe eines Generators an
variable Belastungswiderstände vor. Auch bei dieser Einstellung kommt es darauf
an, an einer bestimmten Stelle der an den Generator angeschlossenen Speiseenergieleitüng
zur Erzielung der maximalen Wirkleistungsabgabe eine ganz. bestimmte Impedanz zu
haben.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Transformator zu schaffen,
dessen Übersetzungsverhältnis einstellbar ist und er, im, Zuge einer übertragumgsleitung
angeordnet, es ermöglicht, auf einfache Weise längs der Übertragungsleitung auftretende
`Impedanzwerte in aridere beliebige Werte zu transformieren.
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Einen solchen Trantsrformator erhält man gemäß der Erfindung dadurch,
daß man im Zuge der übertragungsleitün@g zwei alsi Transiormato-ren mit reellem
übersefizungsverhältnis wirkende Transformationsglieder anordnet, deren gegenseitiger
Abstand und deren Abstand vors der Stelle der Übertragungsleitung, an der die zu
transiformierende Impedanz auftritt, unabhängig voneinander veränderbar bzw. einstellbar
sind. Für die Transformationsglieder werden bei bevorzugten Au.sführungsbeisp.ielen,
der Erfindung im Zuge der Übertragungsleitung angeordnete Metall-, Keramik- oder
Trolitulkörper verwendet,-" die längs der Leitung verschiebbar sind. Bei Verwendung
von Metallkörpern bzw. Verdrängungskörpern als Einzeltransformationsglieder sind
diese von den Leitern der Energieleitung, für die z. B. eine l<,onzentrische
Leitung oder eine Hohlrohrleitung öder eine .bandförmige Leitung vorgesehen sein
kann, zweckmäßig zu isolieren. -Um die Abstandsänderung der Einzeltransformationsglieder
in, einfacher -Weise durohfihren zu können., wird gemäß der weiteren Erfindung der
Transformator konstruktiv so ausgebildet, da,ß man- mit - einer, ersten Versteillmöglichkeit.
jeden beliebigen Abstand der einzelnen Glieder einstellen und mit einer zweiten
Verste'lmöglichkeitdiebeiden Einzeltransformationsglieder 'parallel zueinander längs
der Leitung verschieben kann. Zur Kontrolle der transformierten Impedanz. wird man,
zweckmäßig eine Abtas.tleitung (Meßleitung) zur Bestimmung der Spannungsverteilung
auf der-Generätorseite in der Schaltung vorsehen. Aus der Spannun,gsverteilung bzw.
aus<<dem,Wellenverhältnis kann dann -auf die Größe der transformieren Impedanz
geschlossen, werden..
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Zunälchst sollen an Hand der Abb. i und 2 die Hauptmerkmale der Erfindung
und die diesen zugrundeliegende Theorie erläutert werden. Daran anschließend sollen
im Zusammenhang mit den in den Abb. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeisplelen der
Erfindung weitere Merkmale des neuen Trans= formators besprochen werden.
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In der Abb. i sind zwei Vierpole (Transformationsglieder) i und 2
im Zuge einer Doppelleitung 3,4 hintereinandergeschaltet. Das eingangsseitige Ende
des Vierpols i ist mit xo(1), sein ausgangsseitiges Ende mit y.(1) bezeichnet. Entsprechend
bedeuten xo(2) das eingangsseitige und yo(2) das, ausgangsseitige Ende des Vierpols
2. Die Stellen x.(1) und y.(1) bizw. x,(2) und y.(2) sind so gewählt, däß jede bei
xo(1) bzw. x0(2) angeschlossene Impedanz R1 bz,w. R2 bei y.(1) bzw. bei y.(2) mit
dem Wert m # R1 bzw.
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" n2 ` - R2 erscheint. m und W' sind dabei reelle Zahlen,
größer oder kleiner als i. Wie die Theorie zeigt, existiert unter den genannten,
wohlgemerkt jederzeit erfüllbaren Voraussetzungen, stets eine Stelle xo vor dem
ersten Transformationsglied und eine Stelle y, hinter,dem zweiten Transformationsglied,
für die gilt, daß jede bei xo angeschlossene Impedanz R, -an der Stelle yo
mit dem Wert in, - Ro erscheint, wobei m1 ebenfalls ein reeller Faktor größer oder
kleiner als i ist-. Die beiden hintereinandergeschalteten Transformatonsglieder
i und 2 können -somit als eineinziges Transformationsglied betrachtet werden, dessen
Eingang bei xo und dessen Ausgang bei yo liegt und dessen resultierende Übertragungszahl
m1 in weiten Grenzen geändert werden kann.
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Sind die Übertragungszahlen beider Transform@ationsglieder i und 2
einander gleich, also ,in = m'' = m., so ist, wie die Rechnung ergibt,
die Änderung der resultierenden Übertragungszahl m1 durch Änderung des Abstandes
ä2 der beiden I Transformationsglieder zwischen den Grenzen m und m2 möglich. Für
den Fall, daß m und ni' von-
einander abweichen, kann die , resultierende
Übertragungszahl ml zwischen den Grenzen n% - m" und in 'Im" und den Grenzen ni'j"m
und i/m' - vyi' geändert werden. Wenn dieÜbertragungsleitung, für die eine
homogene Leitung vorausgesetzt iist, den Weltenwiders,tandZ aufweist, so lassen
sich dann, wie man sich mit Hilfe des Kreisdiagramms, für homogene Leitungen" klarmachen
kann (vgl. z.. B,. O. S c h m i d t, »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«,
1933, S. 2 ff.), durch die Hintereinanderschältung der beiden Tra,nsformationsglieder
mit gleicher Übertragungszahl m' = m" = m alle längs einer Leitung auftretenden
Impedanzen, die in: der komplexen Zahlenebene innerhalb des Kreises durch die Punkte
M2. Z und Z/m2 liegen, z. B. auf laufende Welle transformieren.. In Abb. 2 ist ein
solcher Kreis des Kreisidiägramms für homogene -Leiturigen dargestellt. Umgekehrt
läßt sich eine mit laufender Welle abgeschlossene Übertragungsleitung durch geeignete
Anordnung der beiden Transformatiousglieder in jede andere Impedanz innerhalb des
in der komplexen Zahlenebene liegenden Kreises, der durch die genannten "Punkte
geht, transformieren. Es ist selbstverständlich auch möglich,,. durch entsprechende
Einstellung des neuen Transformators. eine an, einer bestimmten Stelle der Übertragungsleitung
auftretende (komplexe) Impedanz. auf eine größere oder kleinere (komplexe) Impedanz
an einer anderen vorgegebenen bestimmten, Stelle der Übertragungsleitung herauf
oder herab zu transformieren. Zu bemerken ist weiter,-d'aß, je kleiner man die Übertragun:gszahlen
der
Einzeltransformationsglieder wählt, um so kleiner der Radius des Kreises wird, der
den Änderungsbereich des Transformators umfaßt (vgl. Abb. 2). Die Wahl kleiner Übertragungszahlen
ne und z-ti' für die Einzeltransformationsglieder des Transformators bringt aber
den Vorteil mit sich, daß die Einstellung der Abstände der Einzeltransformationsglieder
für einen bestimmten Impedanzwert weniger kritisch ist. Wenn der neue Transformator
also z. B. nur zum Abgleic:h von Fabrikationstoleranzen von Verbrauchern, z. B.
von Strahlern, verwendet werden soll, deren kohanpassung bereits durch ein festes
Trans:formationsstück vorgenommen worden ist, wird man die Übertragungszahlen m
und na' der Einzeltransformationsglied:er des Transformators so klein wählen, daß
gerade noch die extremsten Abweichungen erfaßt werden können. Für solche Fälle eignen
sich besonders gut Einzeltransformatdonsglieder, die aus Trolitulsch.eiben angefertigt
sind. Selbstverständlich kann der Erfindungsgegenstand, dessen bevorzugtes Anwendungsgebiet
die Anpassung von Belastungswiderständen an den Wellenwiderstand von Energieleitungen
ist, aber auch ohne Kombination mit einem festen Transformator angewandt werden.
Die Übertragungszahlen der Enzeltransforma,tionsglieder des Transformators sind
dann. je nach Biedarf groß zu wählen. Wie an anderer Stelle bereits ausgeführt ist,
können durch die: besondere Ausbildung der Einzeltransfärmationsglieder, z. B. in
Form von Übergangsstellen, zwischen zwei verschiedenartigen Energieleitungen beliebig
große Übertragungszahlen erhalten werden.
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Die Anwendung des. Erfindungsgegenstandes zum Abgleich von Fabrikationstoleranzen
von Ultrahochfrequenzverbrauchern, z. B. von Strahlern, ist in Abb. 3 dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 4. zeigt die Verwendung des Erfindungsgegenstandes
als Ab@stimmvorrichtung für einen Ultrakurzwellengenerator.
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In der Abb. 3 sind mit 7, 8 die beiden Leiter einer konzentrischen
Übertragungsleitung bezeichnet, an die bei g der Strahler io, z. B. ein Flüc:henstrahler;
angeschlossen ist. ii bedeutet ein festes Transformationsstück, das den Strahlungswiderstand
dies Strahlers io nahezu an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung 7, 8 anpaßt.
Durch dieses feste Transformationsstück läßt sich, wie bereits erwähnt, infolge
der Fabrikationstoleranzen keine exakte Anpassung. des Strahlungswiderstandes an
den Wellenwiderstand erziel-en:. Zur exakten Anpassung dienen die in die Übertragungsleitung
7, 8 eingeschalteten und längs dieser verschiebbaren Tran.sformationsglieder 12"
und 13, die bei diesem Ausführungsbeispiel in Form zweier Trolitulscheiben ausgebildet
sind. Der Außenleiter 8 der Übertragungsleitung ist in dem Bereich, in dem die beiden
Troditulscheiben zu verschieben sind, mit zwei -diametral gegenüberliegenden Schlitzen
14. und 15 versehen., durch welche hindurch die beiden Scheiben 12 und 13 mit einer
abnehmbaren Verstellvorrichtung im Eingriff stehen. Diese Verstellvorr.ichtung besteht
im wesentlichen aus- einem Rundstab 17, an dem, über die zweckmäßig aus Isolationsmaterial
angefertigten Muffen i8 und ig, die Scheiben 12 und 13 befestigt sind. Mit der Muffe
18 ist über einen nicht dargestellten Zapfen aus Isolationsmaterial oder auch direkt
die Trolitulscheibe 12 und mit der Muffe 1g über einen weiteren Zapfen die Trolitulscheibe
13 verbunden. Zumindest eine der beiden Muffen 18, ig ist verschiebbar aus dem Rundstab
17 gelagert, so daß der Abstand der beiden Trolitulschedben 12 und 13 verändert
werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Muffe ig beweglich
auf dem Rundstab- 17 gelagert. Diese Muffe ist mit einer Schraube 20 versehen, die
nach Einstellung des richtigen Abstandes der beiden Trolitulscheiben 12 und 13 voneinander
angezogen wird. Bei festangezogener Schraube 2o können die beiden Trolitulscheiben
i2 und 13 durch Verschieben des Rundstabes 17 gemeinsam verstellt, d. h: deren Abstand.
von der Anschlußstelle g der Antenne io an die Doppelleitung geändert werden.
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An dem der Anschlußstelle g des Strahlers. io gegenüberliegenden Ende
der DoppellIeitung 7, 8 ist an diese bei 16 die Meßleitung :2i, 22 angeschlossen;
die mit einer-zwischen zwei Anschlägen .23 und 24 verschiebbaren, bei 25 angedeuteten
Sonde: versehen ist und mit welcher im Prüffeld die exakte Anpassung, des Strahlungswiderstandes
des Strahlers io an dien Wellenwiderstand der Energieleitung 7, 8 kontrolliert und
eingestellt wird. Die exakte Anpassung auf laufende Welle selbst wird zweckmäßig
in folgender Weise vorgenommen. Zunächst wird der Abstand -der beiden Trolitulscheiben
12 und 13 voneinander so eingestellt, daß sie sich in ihrer transformierenden Wirkung
gegenseitig kompensieren,. Der richtige Abstand, in dem sich die traps ormierenden
Wirkungen der beiden Scheiben kompensieren, ist daran zu erkennen, d'aß ein Parallelverschieben
der Scheiben die, Spannungsverteilung auf der Meßleitung, die mittels der Son'd'e
2'5 ge'm'essen wird, in keiner Weise: beeinflußt. Ist diese Einstellung erfolgt,
so, wird mittels der Sonde 25 das Wellenverhältnis, d. h. U"1"/U"", sowie der Ort
des Spannungsminimums auf der Meßleitung ermittelt. Die ebenfalls verstellbaren
Anschl;ä#,le 23 und 2-,4 beiderseits der Sonde werden danach so eingestellt, daß
sie beiderseits gleich weit von dem Spannun.gsmindmum auf der Meßleitung entfernt
sind, was daran zu erkennen ist, daß das Anzeigeinstrument der Sonde sowohl beim
Anschlag 23 als auch beim Anschlag 2.a. gleichen Richtstrom anzeigt. Die beiden
Anschläge 2.3 und 24 sind vorgesehen, um beiden späteren, Messungen leicht und sicher
erkennen. zu können, ob sich das Spannungsminimum noch in der gleichen Stellung
befindet. Da die unmittelbare Messung des Spannungsminimums wegen seines flachen
Verlaufs nicht genügend genau fastgestellt werden kann, erfolgt die jeweilige Einstellung
des Spannungsminimums auf diese Weise. Nach der Durchführung dieser ersten Messungen
wird nach Lösen der Schraube 2o der Muffe ig der Abstand der beiden Trolitulscheiben
1ä und 13 voneinander geändert. Nach Einstellung des neuen Abstandes für
die
beiden Trolitulscheiben wird die Schraube 2o wieder fest angezogen, und es werden
nunmehr die beiden Scheiben r2: und 13 wieder gemeinsam verschoben, und zwar so-
lange verschoben, bis das Spannungsminimum auf der Meßileitung sich wieder genau
für der Mitte zwischen dien nach der ersten Messung arretierten Anschlägen 23.;
2t. befindet. Nach dieser Einstellung wird wiederum das Wellenverhältnis UmiJUmax
auf der; Meß'leitung gemessen und nunmehr gegebenenfalls. nochmals der Abstand der
beiden Scheiben 1e, 13 geändert. Die ganze Messung wiederholt man, so oft; bis man
auf der Meßleitung laufende Welle feststellt, die man daran erkennt, daß dfas UminlUmax
= I ist. Ist dieses Verhältnis erreicht, so- werden die Vers:telilvorrichtung
und die Meßleiturig 2L, 22i von der Leitung 7, 8 abgenommen und die Trolitwlscheiben
r2, 13 in, ihrer Stellung zweckmäßig arretiert, was, z. B. durch Festkleben der
Trolitulscheiben erfolgen kann.. Gegebenenfalls können :die Schlitze 14 und 15 durch
aufgelötete oder andersartig befestigte Blechstreifen abgedeckt werden, wodurch
ein unbefugtes Verändern der Lage der Trölitu'lscheiben 12 und 13 ,verhindert wird.
Der Strahlungswiderstand der Antenne ro ist nunmehr exakt an den Wellenwiderstand
seiner Speiseenergieleitung angepaßt, d. h. die Antenne ro ist abgeglichen.
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Die vorstehend beschriebene: Art der Anpassung einer Antenne kann,
in. gleicher Weise zur Anpassung andersartiger Verbraucher herangezogen werden.
Bei entsprechender mechanischer Konstruktion der Verstellvorrichtung für die Einzeltransforrnationnaglieder
und bei einiger Übung sind solche Anpassungen sehr schnell auszuführen. Die Anpassungen
können aber auch durch Aufstellung einer Eichkurve für gleiche variable Transforrnatoren
von ungeübten Personen vorgenommen werden.
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Die -Abb. 4 zeigt die Verwendung eines gemäß der Erfindung aufgebauten
variablen Transformators als Abstimmvorrichtung für einen Ultrakurzwellengenerator"
dessen Schwingungskreis insbesondere von einem Hohlraum gebildet ist, der praktisch
allseitig von Metallflächen begrenzt isst, die auf einem Teil ihrer Ausdehnung als
Elektroden wirken bizw. mit den Elektroden in kapazitiver Verbindung stehen. Ein
solcher ,Resonator ist in der Abbildung bei 28 angedeutet. 2,9, 3o bedeuten die
beiden Leiter der mit dem Generator 23 z. B. kapazitiv oder galvanisch gekoppelten
Hochfrequenzenergieleitung, ,an die an -ihrem anderen Ende ein. Verbraucher, z.
B. ein Strahler, angeschlossen ist. Die beiden Einzeltransformationsglieder .des
variablen Transformators sind mit 31 und 3r2 bezeichnet. Sie bestehen hier aus.
zwei ringförmigen, isoliert zwischen. den Leitern 2,9 und 30 der Energieleitung
angeordneten Metallkörpern (Verdrängungskörpern)., die vermittels der Verstellvorrichtunvg
33 gegeneinander und unabhängig davon gemeinsam, z. B. gegen die Bezugstelle 3,¢,
der konzentrischen Leitung 29, 30 und längs dieser verschcyben - werden können.
Die Verstellvorrichtung 33 besteht hier aus zwei Schraubenverbindungen 34 und 35
zwischen dem Armstück 36 und dem Halteteil 37 bzw. zwischen dem Armstück 38 und
dem Halteteil 39. Mit dem Halteteil 37 sind durch die zweckmäßig aus
Isolationsmaterial bestehenden Zapfen 4o der Verdrängungskörper 31 und mit dem Halteteil
39 durch entsprechende Zapfen 41 der Verdrängungskörper 32 verbunden. Die Zapfen
4o und 41 ragen durch Schlitz 42
und 43 aus dem Innern der Energieleitung
nach außen heraus. Der Arm 36 ist bei 44 drehbar auf dem Außenleiter 3o der Energieleitung
gelagert, während der Arm 38 bei 45 drehbar auf dem Halteteil 37 gelagert ist. Bei
Drehung des Armes, 36 erfolgt über die Schraubenverbindung 34 eine. Verstellung
des Verdrängungskörpers 31. Der Verdrängungskörper 3-2 wird hierbei über den. Arm
38 mitgenommen. Das heißt es erfolgt eine Parallelverschiebung der beiden Verdrängungskörper,
und es ändert sich der Abstand: des: von. den beiden Verdrängungskörpern gebildeten
Transformators von der Bezugstell:e 34 der Energieleitung 2@9, 3o. Wenn dagegen
der Arm 381 gedreht wird, erfodlgt nur eine Verschiebung des Verdrängungskörpers.
32, d. h. es ändert sich nur der gegenseitigeAbstand der beiden als Einzeltransformutionsglieder
wirkenden Verdrämgungskörper 31 und 32.
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Die Betriebswellenlähge sowie die voni dem Generator 28 abgegebene
Wirkleistung hängen nun bei sonst konstanten Betriebsbedingungen einzig und, allein
davon ab, unter welchem Impedanzwert der Außenkreis des Generators a28 mit dessen.
Verbraucher (Antenne) auf die Stelle 34 bezogen, erscheint. Der Verbraucher habe
z. B. einen Widerstand von 70 S2, was gleichzeitig der Wellenwiderstand der
Energieleitung 29, 30 sein möge. Durch die beiden Verdrängungskörper 31 und 32,
deren Abstand @sowohl zueinander als auch zum Generator, wie vorstehend beschrieben,
beliebig geändert werden kann, läßt sich dann dieser Verbraucherwiderstand, auf
die Stelle 34 bezogen, in einem verhältnismäßig :großen Bereich auf jede beliebige
Impedanz transformieren, wodurch sieh also, ebenfalls in einem verhältnismäßig großen
Frequenzbereich, jede beliebige Frequenz für den Generator einstellen. läßt. Bei
Betätigung der Verschraubung 35, die den Abstand der beiden Tranrformationsglieder
3 r, 3,2 und somit das@Übersetzungsverhältnis des Transformators ändert,
wird, auf die Stelle 34 bezogen, die Dümpfung und damit in erster Linie die abgegebene
Wirkleistung des Generators verändert. Die Verschraubung 34 erlaubt es dann, die
beiden Verdrängungskörper 31 und 32 bei konstant bleibendem gegenseitigen Abstand
gemeinsam vom Generator 28 zu entfernen bzw. ihm näherzubringen.. Diese Verstellung
läßt in erster Linie den Ort des Spannungsminimums zwischen dem Generator 2$ und
dem Verdrängungskörper 31, also die Blindimpedanz des Generators und damit dessen
Frequenz, variieren.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, die
das bevorzugte Anwendungsgebiet .des Erfindungsgegenstandes zeigen,
beschränkt.
Die Erfindung kann bei Ultrakurzwelleneinrichtung-en, insbesondere solchen des Dezimeter-
und ZentimeberwEillenlän@gengebietes, in all den Fällen angewandt werden, bei denen
in der Langwellentechnik aus. Spulen bestehendeTrans,formatoren bzw. Abs,timmvorrichtungen,
wie z. B. Drehkondensatoren u. dgl. m., verwendet werden.