DE877324C - Einrichtung zur Abstimmung von UEbertragungssystemen fuer Dezimeterwellen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Abstimmung von Übertragungssystemen für Dezimeterwellen Bei Übertragung von Dezimeterwellen, insbesondere bei der Übertragung der Energie vom Sender auf die Sendeantenne, aber auch von der Empfangsantenne auf den Empfänger, ist es häufig notwendig, Leitungen einzuschalten, deren Länge vergleichbar mit der Wellenlänge oder größer ist. Bei solchen Leitungen ist es schwierig, von vornherein die Dimensionierung so vorzunehmen, daß die Anpassungsbedingungen an allen Stoßstellen erfüllt sind. Es ist deshalb zweckmäßig oder notwendig, Abstimmittel vorzusehen. Bei Anlagen, die immer mit der gleichen Frequenz betrieben werden, kann man solche Abstimmittel bei der Inbetriebnahme einmal abgleichen und braucht ihren Wert nicht mehr zu verändern, falls auch sonst alles konstant bleibt. Bei vielen Anlagen ist es aber notwendig, dafür Sorge zu tragen, daß die Sendefrequenz geändert werden kann; das erfordert, daß diese vorgesehenen Abstimmittel dann j edesmal in ihrer Einstellung verändert werden müssen. Das ist lästig und zeitraubend und erfordert geschultes Bedienungspersonal.
• Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, welche es gestattet, die Abstimmung der beschriebenen Übertragungssysteme wenigstens weitgehend selbsttätig vorzunehmen. Erfindungsgemäß sind an zwei oder mehreren räumlich voneinander getrennten Punkten der Energieleitung Blindleistungs- oder Spannungsmesser eingeschaltet, deren Ausgangsströme oder -spannungen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung geeigneter Übertragungseinrichtungen, einzeln oder im Zusammenwirken die zur Abstimmung dienenden Mittel betätigen. Die Ströme oder Spannungen können z. B. Motoren zugeführt werden, welche die Abstimmmittel, z. B. Widerstände oder Kopplungselemente, verstellen. .
• Die Abstimmung kann im wesentlichen nach zwei verschiedenen Gesichtspunkten geschehen: erstens mit dem Ziel, eine optimale Leistungsübertragung zu erzielen, zweitens mit dem Ziel, bestimmte Scheinwiderstandsbedingungen zu erfüllen. Es kann z. B. zweckmäßig sein, den Eingangswiderstand des an den Senderausgang angeschlossenen Kabels reell zu machen, um auf diese Weise die Rückwirkung auf die Frequenz des Senders möglichst klein zu halten.
• Für einen vollständigen Abgleich ist es notwendig, eine Abstimmung nach Betrag und Phase vorzunehmen, wobei die Regelvorrichtung vorzeichenartig arbeiten muß, d. h. bei Verstimmung nach positiver oder negativer Seite muß die Regeleinrichtung ebenfalls nach verschiedener Richtung arbeiten. In manchen Fällen genügt auch der Abgleich nur einer Komponente.
• Ein Beispiel für eine Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. i skizziert. Hier ist die Aufgabe so gelöst, daß die Regelgrößen von zwei Blindleistungsmessern i und 2 gewonnen werden, die an verschiedenen Stellen, z. B. im Abstand von ungefähr A/8, in die Leitung 3 eingeschaltet sind. Mit den Ausgangsgleichspannungen dieser Geräte werden unter Zwischenschaltung geeigneter Verstärker und Schaltmittel q. und 5 die Motoren 6 und 7 betrieben, die ihrerseits die Abstimmmittel 8 und 9 betätigen. 8 sei eine Kopplungseinrichtung, mit deren Hilfe die Anpassung der Antenne an das Kabel geändert werden kann. 9 sei ein veränderlicher Blindwiderstand, z. B. ein Kondensator oder eine Leitung veränderlicher Länge. Die Verhältnisse sind nun so gewählt, daß sich bei Betätigung der Kopplungseinrichtung 8 im wesentlichen die Anzeige des Meßgerätes i, nicht aber die des Meßgerätes 2 ändert, und umgekehrt, daß sich bei einer Veränderung des Abstimmittels 9 die Anzeige von 2, nicht aber die von i ändert. Wenn man die Verhältnisse so wählt, bekommt man eine besonders günstige Regelung. Durch die so aufgebaute Regeleinrichtung erreicht man, daß die Blindleistung an zwei räumlich getrennten Punkten ein Minimum wird. Die beschriebene Anordnung kann entweder vor Beginn der Übertragung oder auch während des Betriebes eingeschaltet sein und sorgt dann selbsttätig jeweils für die günstigste Abstimmung. Dabei kann der Sender entweder unmoduliert oder mit Amplitudenmodulation oder auch mit Frequenzmodulation betrieben werden. Im letzteren Falle sorgt die Trägheit der Regeleinrichtung dafür, daß über die schnellen Frequenzänderungen gemittelt wird.
• Es kann zweckmäßig sein, an Stelle von Thermoumformern, wie sie in Fig. i gezeichnet sind, Dioden zu verwenden. Es ist bekannt, daß man wattmetrische Instrumente nach dem gleichen Prinzip unter Verwendung von Dioden bauen kann.
• Man kann sowohl Thermoumformer als auch Dioden für eine andere Art der Selbstabstimmung anwenden, die darauf beruht, daß im Falle der günstigsten Abstimmung die Spannungsverteilung längs der Leitung konstant ist, daß sich im ungünstigsten Falle jedoch stehende Wellen auf der Leitung ausbilden. Diese Tatsache kann man zur Messung und Regelung benutzen.
• In Fig. 2 ist z. B. diese Möglichkeit veranschaulicht. Mit den Dioden io, 1i, 12 wird die Spannung an verschiedenen Punkten des Systems gemessen, die z. B. etwa a/8 voneinander entfernt sein können. Die Einzelheiten darüber, wie diese Spannungen in ihrem Zusammenwirken zur Einstellung der Abstimmelemente verwendet werden, wird im folgenden näher erläutert. An Stelle des motorischen Antriebs kann man hier wie auch im vorigen Beispiel gesteuerte Abstimmelemente, z. B. vormagnetisierte Spulen oder elektrisch veränderbare Kapazitäten, verwenden. Wie man aus den Anzeigen der Spannungsmesser bzw. Blindleistungsmesser die Regelgrößen für die Betätigung der Abstimmelemente ableiten kann, zeigen die nachfolgenden Überlegungen: I. Abstimmung mit Spannungsmessern.
• Nach den Leitungsgleichungen ist die Spannung an der Stelle x der Leitung 3 in Fig. 3 worin U, die Spannung am Leitungsende, Z den Wellenwiderstand, N den komplexen Abschlußwiderstand der Leitung bedeutet und das Fortpflanzungsmaß y = j a als rein imaginär angenommen ist.
• Daraus folgen die Verhältnisse der Spannungen in den drei in Fig. 3 eingezeichneten Meßpunkten. Nach diesen Gleichungen ist es durch keine Wahl von ß., ß1 oder ß2 möglich, eine der Spannungen oder ein Spannungsverhältnis nur vom Absolutwert R oder der Phase (p oder nur vom Wirkwiderstand x = R cos 99 oder Blindwiderstand y = R - sin cp abhängig zu machen. Eine Trennung ist aber folgendermaßen möglich: Durch eine einfache Umrechnung ergibt sich für den Spezialfall: ß1 = ß für den `'Wert Abstand des mittleren Meßpunktes vom Leitungsende wird sin ß, = z, cos p, = sin 2ß,) = 0 cos 2 ß, = - r . Mithin gilt wenn der mittlere Meßpunkt von dem Leitungsende einen Abstand von @/4 hat.
• Aus den letzten Gleichungen folgt Der erste Wert ist nur vom Gesamtwert R, der zweite nur vom Imaginärteil y abhängig. Bei Anpassung ist R reell = Z; mithin gibt praktisch der erste Wert den Realteil, der zweite den Imaginärteil.

  Für ß = 4 = 45° ( 8 Abstand der bleßpunkte) er-

  hält man die besonders einfachen Werte

  cR2

  7Z12 + n22 = I +' '72 (lm Anpassungsfall = 2)

  n12 - n22 = I (im Anpassungsfall = 0).

  Um die beiden Abstimmittel unabhängig voneinander einzustellen, hat man also nach vorstehender Rechnung die Werte zu messen. Die Messung der Größen kann z. B. dadurch geschehen, daß man mit quadratischen Gleichrichtern, d. h. Gleichrichtern mit parabolischer Kennlinie, direkt die Werte U12, U22, U,2 mißt und von U12 und U22 Summe und Differenz bildet, z. B: an Widerständen.
• Da die Differenz durch 0 geht, kann dieser Wert unmittelbar zur vorzeichenrichtigen Nachstellung der Blindkomponente benutzt werden. Die Summe und U,1 könnte man z. B. auf einen Quotientenmesser geben, dessen Abweichung vom Sollwert 2 dann die Regelgröße, z. B. die Motorspannung für die Nachstellung der Wirkkomponente, ergibt. Zur Vermeidung des Quotientenmessers kann an Stelle der Summe der durch 0 gehende Wert U12 + U22 - 2 U,2 zur Messung benutzt werden.
• II. Für die Abstimmung mit Blindleistungsmessern erhält man aus den Leitungsgleichungen Mithin ist die Leitung, wenn mit J- der konjugiert komplexe Wert von J bezeichnet wird, Im Anpassungsfall mit y = 0, R = Z wird Nb = 0. Im allgemeinen Fall wird Setzt man die beiden Blindleistungsmesser an die

  Stelle a x = 2 (44. Abstand vom Leitungsende und

  a x = 4 ( $ Abstand, so zeigt der erste Leistungs-

  messer nur das erste Glied, der zweite Leistungsmesser nur das zweite Glied an. Da beide Werte durch 0 gehen, kann Blind- und Wirkteil unabhängig nachgestellt werden. Die Unabhängigkeit gilt praktisch nur für eine Nachstellung in einem gewissen Bereich um die Grundwelle." Für größere Änderungen der Sendefrequenz kann man eine Nachstellung von Hand aus vornehmen, wobei es sich empfiehlt, durch mechanische Kopplung der Meßorgane (Blindleistungsmesser oder Spannungsmesser) dafür zu sorgen, daß beim Übergang auf eine andere Grundwelle die richtigen gegenseitigen Abstände der Meßorgane sowie ihr Abstand von dem Leitungsabschluß automatisch eingestellt werden. Diese Nachstellung kann auch elektrisch in Abhängigkeit von der Frequenz erfolgen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Abstimmung von Übertragungssystemen für Dezimeterwellen, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei oder mehreren räumlich voneinander getrennten Punkten der Energieleitung Blindleistungs- oder Spannungsmesser eingeschaltet sind, deren Ausgangsströme oder -spannungen, eventuell unter Zwischenschaltung geeigneter Übertragungseinrichtungen, einzeln oder im Zusammenwirken die zur Abstimmung dienenden Mittel betätigen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anpassungsglieder, z. B. einstellbare Widerstände oder Kopplungen, vorgesehen sind, denen zwei im Zuge der Energieleitung liegende Blindleistungsmesser zugeordnet sind, deren Ausgangsströme auf die Einstellung der Anpassungsglieder zurückwirken, und die an solchen Punkten der Energieleitung angebracht sind, daß sich bei einer Änderung der Einstellung des einen Anpassungsgliedes im wesentlichen nur die Anzeige des einen Blindleistungsmessers, bei einer Änderung der Einrichtung des anderen Anpassungsgliedes im wesentlichen nur die Anzeige des anderen Blindleistungsmessers ändert.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blindleistungsmesser einen Abstand von etwa 1/8 der Wellenlänge voneinander haben.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der eine der beiden Blindleistungsmesser von der an den Belastungswiderstand angekoppelten Stelle der Energieleitung in einem Abstand von Z,/4 der Wellenlänge (eventuell vermehrt um ein Vielfaches der halben Wellenlänge) befindet.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Blindleistungsmesser eine Kopplungseinrichtung betätigt, mit deren Hilfe die Anpassung der Leitung an einen Verbraucher, z. B. eine Antenne, geändert werden kann, während der andere Blindleistungsmesser die Größe eines Blindwiderstandes, z. B. eines Kondensators, beeinflußt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei oder mehreren, vorzugsweise drei Punkten Spannungsmesser in die Leitung eingeschaltet sind und daß bestimmte Kombinationen der von diesen gemessenen Spannungen eine Verstellung der Abstimmittel in dem Sinne bewirken, daß durch die Abstimmung die an den Meßpunkten der Leitung herrschenden Spannungen gleich groß gemacht werden.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spannungsmesser voneinander etwa @/8 der Wellenlänge beträgt. B. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch kennzeichnet, daß als Spannungsmesser Dioden vorgesehen sind. g. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen Ul, Ua und U2 an drei aufeinander etwa im Abstand von A/8 folgenden Spannungsmessern gemessen werden und die Differenz U12 - U22 die Verstellung eines die Blindkomponente des Anpassungswiderstandes beeinflussenden Abstimmgliedes bewirkt, während der Spannungswert U12 -f- U22 - 2 U,2 die Einstellung eines zur Änderung der Wirkkomponente dienenden Abstimmgliedes beeinflußt. io. Einrichtung nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung Gleichrichter eingeschaltet sind, deren Richtströme dem Quadrat der angelegten Spannung proportional sind, und die an den Widerständen Spannungsabfälle erzeugen, aus denen in geeigneter Weise Summen-bzw. Differenzspannungen gebildet werden, welche die Nachstellung der Anpassungsglieder bewirken. ii. Einrichtung nach Anspruch g oder io, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere der drei Spannungsmesser von dem an den Belastungswiderstand angekoppelten Ende einen Abstand von 2./4 der Wellenlänge (eventuell vermehrt um ein Vielfaches der halben Wellenlänge) hat. 12. Einrichtung nach Anspruch i und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Blindleistungs-bzw. Spannungsmesser voneinander und von dem belasteten Leitungsende für verschiedene Wellenlängenbereiche verstellbar ist. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Blindleistungsmesser bzw. Spannungsmesser mechanisch derart gekoppelt sind, daß die Änderung eines Abstandes die gleiche prozentuale Änderung der übrigen Abstände bedingt. 14. Einrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsänderung in Abhängigkeit von der Wellenlänge automatisch erfolgt.