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Einrichtung zur Transformation eines erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstandes
Es sind Anordnungen bekannt bzw. vorgeschlagen worden, die einen erdunsymmetrischen
Hochfrequenzwiderstand (koaxiale Leitung) mittels koaxialer- Leitungen in einen
erdsymmetrischen Widerstand (Paralleldrahtleitung) vom 'vierfachen Wert transformieren,
wie z. B. die 2!,r'2 Umwegleitüng (deutsches Patent 568 559),: die Symmetrierungsschleife
zusammen mit der Transformatiönssc-hleife (Patent 743 669) und eine Gabelschaltung
mit. Umpolung in dem einen Zweig.
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Es gibt jedoch Fälle, in denen die bei diesen Anordnungen notwendigerweise
mit der" Transformation verbundene Symmetrierung unerwünscht ist, wie z. B. beim
Übergang von der Einröhreriendstufe eins Senders auf ein koa:dales Kabel. Hochfrequenztransformatoren,die
aus zwei miteinander gekoppelten Spulen bestehen; sind meistens nicht brauchbar,
weil sie infolge Streuung und Eigenkapazität einen zu geringen Frequenzbereich gleichmäßig
übertragen. Eine festere Kopplung zur Verminderung der Streuung ist wegen der Gefahr
des Überschlages meist nicht möglich.--.Es ist ferner bekannt, z. B. bei der Ankopplung,
von Antennen an Sender, mittels eines Schwingungskreises zu transformieren (Resonanzanpassung).
Hierbei tritt jedoch der Nachteil eines großen Blindleistungsbedarfes auf, was gleichbedeutend
mit einer kleinen Dämpfung ist und eine gleichmäßige Übertragung nur in einem kleinen
Frequenzbereich zuläßt.
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Die -Erfindung. vermeidet diese Nachteile. Durch Weiterbildung des
grundsätzlichen Erfindungsgedankens, nämlich- durch zusätzliche Kompensationsmaßnahmen
läßt sich die Breitbandigkeit noch weiter steigern, so daß die erfindungsgemäße
Einrichtung in größeren Wellenbereichen für die zu transformierenden angepaßten
Widerstände wie ein idealer
Übertrager rhif dem Widerstandsübersetzungsverhältnis
i : 4 wirkt.
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Die Erfindung besteht darin, daß sich die von der niederohmigen Hochfrequenzanordnung
kommende koaxiale Leitung K in zwei aus koaxialen Leitungen bestehende, elektrisch
gleich lange Zweige a, b mit je dem doppelten Wellenwiderstand gabelt, deren
Enden in Reihe geschaltet sind, und daß Mittel vorgesehen sind, die den Ausgleichsstrom,
der auf dem Außenleiter desjenigen Zweiges b fließt, dessen Außenleiter an seinem
Ende mit dem Innenleiter des anderen Zweiges a verbunden ist, vor der Gabelstelle
zum Ende des Außenleiters des anderen Zweiges a zurückführen oder seine blindbelastende
Wirkung auf die am Ende des anderen Zweiges a herrschende, ihn treibende Spannung
kompensieren.
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Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung und ihre Wirkungsweise
werden im folgenden an Hand der Abbildungen beschrieben.
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In Abb. i gabelt sich die von dem erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstand
kommende koaxiale Leitung K mit dem Wellenwiderstand Z in die beiden Zweige
a und b von unter sich gleicher Länge mit dem Wellenwiderstand 2Z.
An ihren Enden .,sind die Spannungen der beiden Zweige in Reihe geschaltet und speisen
den erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstand R, der den Wert 4Z haben muß, wenn
die Anordnung reflexionsfrei abgeschlossen werden soll. Auf dem Außenleiter des
Zweiges a fließt kein Strom, so daß er konstantes Potential, z. B. Erdpotential,
besitzt. Der andere Zweig b ist an seinem Ende mit einem Mantel i umgeben. Die Spannung
am Ende des Zweiges a würde ohne den Mantel i und die Verbindung 2 einen Ausgleichsstrom
über den Außen-Leiter des Zweiges b und den Außenleiter des Zweiges
a
zum Ende dieses Außenleiters treiben. Dieser Ausgleichsstrom würde einen
Spannungsabfall längs des Außenleiters des Zweiges a zur Folge haben, der jedoch
vermieden werden muß, da er das Potential des Punktes 3 gegenüber dem Punkt 4 (unten)
verlagern würde. Bei Anwendung des zweiten Merkmales der Erfindung wird der Ausgleichsstrom
jedoch vor der Gabelstelle über den Mantel i und die Verbindung 2 zum Ende des Außenleiters
des Zweiges a zurückgeführt. Dieser Ausgleichsstrom ist notwendig, weil er eine
derartige Potentialverlagerung des Außenleiters des Zweiges b bewirkt, daß dessen
Innenleiter die doppelte Spannung wie die eines einzigen Zweiges gegen den Punkt
3 führt. Der Ausgleichsstrom belastet die Spannung des Zweiges a in an sich unerwünschter
Weise. Da es sich jedoch bei annähernd verlustfreiem Aufbau im wesentlichen um einen
Blindstrom handelt, kann seine belastende Wirkung kompensiert werden. In Abb. i
geschieht dies dadurch, daß die Länge des Mantels.i gleich A/4..gemacht wird, wobei
A die Betriebswellenlänge ist. Dann bildet der Mantel den an sich bekannten Z/4-Sperrtopf
von Lindenblad (amerikanisches Patent 2 231839). Die Verbindung 2 ist dann
stromfrei und könnte daher in diesem Falle fortgelassen werden.
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Wird eine Transformation in einem Frequenzbereich statt bei einer
einzigen Frequenz gewünscht, so tritt bei der Anordnung nach Abb. i bei einer Abweichung
von der Frequenz, für die der Topf Z/4 lang ist, parallel zum Zweig a eine Blindbelastung
auf, die die Spannung dieses Zweiges gegenüber der Spannung des anderen Zweiges
b zusätzlich belastet. Hierdurch wird der Anpassungszustand der Anordnung gestört.
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Um die Blindbelastung auch für die abweichenden Frequenzen kompensieren
zu können, muß der andere Zweig b mit einem Topf derselben Reaktanz (gleiche Länge
A/4 und gleicher Wellenwiderstand ZT) belastet werden. Da jedoch beide Leiter dieses
Topfes Spannung gegenüber Erde führen, muß er gemäß Abb. 2 im Innern des Innenleiters
5 des Zweiges a untergebracht werden. Dazu ist es notwendig, den Durchmesser des
Innenleiters 5 und gleichzeitig zur Aufrechterhaltung des Wellenwiderstandes den
Durchmesser des Außenleiters 6 im gleichen Verhältnis zu vergrößern.
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Zur Kompensation der parallel zu der hochohmigen Seite auftretenden
Blindbelastung, die bei Verwendung von Sperrtöpfen gemäß Abb. i und 2 annähernd
den Verlauf der Reaktanz eines Parallelresonanzkreises hat, kann man nun in an sich
bekannter Weise mittels eines Längsgliedes 7 zu einem L-Glied oder durch weitere
Hinzufügung eines Quergliedes 8 von gleicher Reaktanz wie die der erwähnten zu kompensierenden
Blindbelastung (hier also eines Topfes) zu einem z-Glied ergänzen (deutsches Patent
743 669). Die Reaktanz des Längsgliedes 7 muß hier annähernd die Frequenzabhängigkeit
der Reaktanz eines Reihenresonanzkreises haben, kann also entweder durch einen solchen
Kreis oder in an sich bekannter Weise durch eine angepaßte A/4 lange Leitung (amerikanisches
Patent 2 2318319) vom Wellenwiderstand 4Z oder, wie an sich vorgeschlagen,
-durch eine fehlangepaßte, A/2 lange Leitung, deren Wellenwiderstand größer als
4Z ist, gebildet werden. Man wird einen Reihenresonanzkreis verwenden, wenn der
erforderliche Wellenwiderstand einer koaxialen Leitung zu groß ist, nämlich über
etwa 140 Ohm liegt.
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Um eine nach außen abgeschlossene Anordnung zu erhalten, läßt sich
das Ende des linken Zweiges a auf das Ende des recht Zweiges b gemäß Abb. 3 setzen.
Hier ist an Stelle des Reihenresonanzkreises 7 in Abb. 2 eine koaxiale Leitung 9
verwendet.
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In Abb.4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Der Zweig b ist hier nicht mit einem Mantel i wie in Abb. i umgeben, sondern der
Ausgleichsstrom wird über die Erde zum Ende des Zweiges a zurückgeleitet.
Der Zweig b ist etwa A/4 lang, so daß er bei der Welle Z für die Spannung
des Zweiges a keine Blindbelastung darstellt. Die bei abweichenden Frequenzen auftretende
Blindbelastung des Zweiges a wird für den Zweig b durch den Parallelresonanzkreis
io nachgebildet, da es bei dieser Ausführung kaum in Frage kommt, den Zweig a auf
einem A/4 langen Stück, wie in Abb. 2, aufzuweiten, um eine A/4 lange kurzgeschlossene
Leitung mit gleichem Wellenwiderstand gegen Erde wie der des Außenleiters des Zweiges
b unterzubringen.
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Die Ausführungsform nach Abb-@ ist für lange Wellen geeignet. Die
Leitung des Zweiges b ist nämlich hier zur Erzielung einer genügend großen Induktivität
als Spule ausgebildet. Die Spule ii dient am Ende
des Zweiges b
zur Nachbildung der induktiven Belastung, die der Außenleiter des Zweiges b für
den Zweig a darstellt. Um die gesamte Induktivität zu erhöhen, sind die beiden Spulen
b und 1i miteinander gekoppelt. An Stelle der dargestellten Breitbandkompensation
durch Ergänzung der Anordnung zu einem Hochpaß-z-Glied wird es wegen der großen
verteilten Kapazitäten des spulenförmigen Teiles des Zweiges b und der Spule ii
und der dadurch hervorgerufenen Schwingkreiseigenschaften in manchen Fällen zweckmäßig
sein, die Anordnung zu einem Bandpaß-7r-Glied zu ergänzen.
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Die Rückleitung des Ausgleichsstromes erfolgt in Abb. 5 durch die
Erde, um einen Spannungsabfall auf dem Außenleiter des Zweiges a zu vermeiden. Dies
kann auch dadurch erreicht werden, daß das Ende 13 des Zweiges a unmittelbar neben
dem Punkti2 in leitender Berührung angeordnet wird. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, den oberhalb der Erde dargestellten Teil mit oder ohne die Kompensationselemente
7 und 8 in einen Abschirmkasten zu setzen. Dann brauchen die Punkte 12 und 13 nicht
nebeneinanderzuliegen, da das vom Ausgleichsstrom erzeugte Magnetfeld innerhalb
der Abschirmung bleibt und in der vom Zweig a und dem Boden des Abschirmkastens
gebildeten Schleife zwischen den Punkten 12 und 13 keine Spannung induzieren kann.
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Zur Verringerung des Raumbedarfes bei langen Wellen kann es zweckmäßig
sein, an Stelle von koaxialen Leitungen in den Zweigen Spulen mit oder ohne quergeschaltete
Kapazitäten zu verwenden, wie Abb. 6 zeigt. Der Zweig b wird durch zwei Spulen 14
und 15 mit den Induktivitäten L1 und L2 nachgebildet, von denen L1 die Induktivität
des in Abb. 5 als Spule ausgebildeten Außenleiters ist, während L2 die Induktivität
des zugehörigen Innenleiters darstellt. Die Kopplung beider Spulen muß in an sich
bekannter Weise (deutsches Patent 724 131) so groß bemessen werden, daß die Gegeninduktivität
M gleich der Induktivität L1 ist. Der Zweig a wird durch die Spule 16 nachgebildet.
Zur besseren Nachbildung der Leitungseigenschaften kann man zwischen die Spulen
14 und 15 und zwischen die Spule 16 und Ende Kondensatoren schalten, die die Leitungskapazitäten
nachbilden. Der Wellenwiderstand und das Phasenmaß der Zweige a und
b müssen einander gleich sein. Die Spule 17 dient zur induktiven Belastung
des Zweiges b in gleicher Weise wie die Spule ii in Abb. 5. Die Elemente 7 und 8
dienen wieder zur Kompensation der parallel zur hochohmigen Seite erscheinenden
induktiven Belastung durch Ergänzung zum 7v-Glied.