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Anordnung zur Anpassung einer Energieleitung bei breiten Frequenzbändern
Die Erfindung betrifft Kurzwellensende,- und empfangsanordnungen. Bei solchen Anordnungen
entsteht die Aufgabe, daß die Impedanz irgendeines Teils der Anordnung der Impedanz
irgendeines anderen Teils, mit welchem es verbunden ist, angepaßt wird. Insbesondere
ist es z. B. notwendig, eine Energieleitung an eine Antenne oder eine andere Energieleitung
anzupassen oder einen Sender an eine Energieleitung.
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Die Erfindung kann vorteilhaft dann angewandt werden, wenn die Änderung
der Reaktanz im wesentlichen linear und die Änderung des Widerstandes parabolisch
in der Umgebung einer mittleren Frequenz verläuft. Im allgemeinen ist der Verlauf
des Widerstandes einer Antenne über den Bereich der Seitenbandfrequenzen nicht symmetrisch
zur Trägerfrequenz, aber es kann dann eine Energieleitung von solcher Länge gewählt
werden, daß, wenn sie durch die Antenne abgeschlossen wird, die Ohmsche Komponente
des Eingangsscheinwiderstandes einen Extremwert bei der Trägerfrequenz zeigt und
die Blindkomponente sich im wesentlichen linear mit der Frequenz ändert, wobei der
Blindwiderstand bei der Trägerfrequenz nicht notwendig gleich Null ist. In gewissen
Fällen wird der Verlauf des Wirkwiderstandes in der Umgebung der Trägerfrequenz
durch eine Parabel dargestellt und ganz allgemein durch
eine gekrümmte
Kurve, welche über den geforderten Frequenzbereich einer Parabel sehr nahe kommt.
Im Fall, daß diese Bedingung zumindest annähernd schondirekt an der Antenne erfüllt
ist, ist die Zwischenschaltung einer Energieleitung überflüssig.
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Entsprechend der Erfindung werden zur Anpassung einer Leitung an einen
Verbraucher bei sehr breiten Frequenzbändern an einer solchen Stelle der Leitung
kurz vor bzw. an,dem Verbraucheranschluß, wo die Blindwiderstandsänderung mit der
Frequenz linear verläuft und die Änderung des Wirkwiderstandes in der Umgebung einer
mittleren Frequenz durch eine Parabel darstellbar ist, reaktive Elemente zugeschaltet,
,durch die der resultierenideWirlc,#vi'derstand frequenzunabhängig konstant gehalten
wird, während die verbleibende Frequenzabhängigkeit des Blindwiderstandes durch
weitere Zuschaltung von reaktiven Elementen kompensiert wird. Zur klareren Ausführung
des Erfindungsgedankens sollen im folgenden Kompensationskreise, durch welche die
Erfindung ausgeführt werden kann, an Hand der Fig. i bis 5 näher beschrieben werden.
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Iuu folgenden ist angenommen, daß auf einer Energieleitung, die mit
einer Kurzwellenantenne verbunden ist, ein Punkt gefunden werden kann, an welchem
die Änderung des Wirkwiderstandes mit der Frequenz durch eine parabolische Kurve
dargestellt werden kann, wie es in Fig. i a dargestellt ist, während die Änderung
des Blindwiderstandes linear verläuft. In Anwendung,der Erfindung wird an dieser
Stelle ein Reihemresonanzkreis hinzugefügt, dessen Induktivität und Kapazität so
gewählt sind, daß der gesamte Blindwiderstand bei der Mittelfrequenz Q gleich Null
ist und daß der Scheinwiderstand bei der Frequenz P einen solchen Wert hat, daß
der äquivalente Parallelwirkwiderstand bei dieser Frequenz den gleichen Wert hat
wie bei der Frequenz Q. Wenn der Gesamtblindwiderstand sich linear mit der Frequenz
ändert und bei Q durch Null geht, ist der Wertdes Parallelwirkwiderstandes bei P'
gleichfalls gleich dem bei Q. In dem besonderen Fall einer parabolischen Reihenwirkwiderstandskurve
sind die äquivalenten Parallelwirkwiderstände auch bei den dazwischenliegenden.
Frequenzen konstant. Es bleibt noch ein Parallelblindleitwert mit linearem, durch
Null gehendem Verlauf, welcher durch einen auf die Frequenz Q abgestimmten Parallelkreis
mit dem richtigen Verhältnis von Induktivität zu Kapazität aufgehoben werden kann.
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Eine entsprechend umgekehrte Methode kann zur Kompensation eines Wirkwiderstandes
angewandt werden, welcher sich nach Art der in Fig. i b gezeigten Kurve ändert.
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Fig. 2 a zeigt eine Schaltung, bei der die Erfindung angewandt ist.
Hierbei stellt Z den Scheinwiderstand der Antenne dar, deren Reihenwirkwi@derstan@d
eine parabolische Frequenzabhängigkeit zeigt, wie es in der Fig. z b durch die Kurve
P Q P' dargestellt ist. Der Blindwiderstand ändert sich linear mit der Frequenz
und ist durch die Gerade L in dieser Figur dargestellt. Der Reihenkreis in Fig.
2 a, der aus der Induktivität i und der Kapazität 2 besteht, ist in Serie zur Antenne
geschaltet.
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Der Reihenscheinwiderstand an der Stelle M besitzt dieselbe Wirkwiderstand-Frequenz-Kurve
wie vorher, jedoch ist die Blindwiderstand-Frequenz-Kurve geändert, wie die Gerade
M in Fig. 2 b zeigt.
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Der äquivalente Parallelwirkwiderstand bei M ist nun konstant, wie
in Fig. 2c gezeigt ist, und der Parallolblindleitwert bei M ist durch die Kurve
M in Fig. 24 dargestellt. Die Vorzeichen sind so gewählt"daß der Biindleitwert einer
Kapazität positiv ist. Dieser Blindle'itwert wird gemäß der Erfindung kompensiert
durch den gleichen Blindleitwert mit entgegengesetztem Vorzeichen, welcher durch
den abgestimmten Schwingungskreis dargestellt wird, der aus der Induktivität 3 und
der Kapazität q. (Fig. ?-a) besteht. Die Kompensation geschieht so, daß der Scheinwiderstand
bei M einen reinen Wirkwiderstand darstellt, gleich dem ursprünglichen Wirkwiderstand
bei. der Frequenz Q.
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Der Kreis zur Kompensation bei einem Wirkwiderstandsverlauf entsprechend
Fig. i b ist in Fig. 3 a dargestellt. Fig. 3 b zeigt die äquivalenten Werte -des
Parallolwirkwiderstandes und Fig. 3 c die Werte des Parallelblindleitwertes. In
Fig. 3 b und 3 c zeigen die Kurven L und M den Scheinwiderstand Z' der Antenne an
den Stellen L bzw. M. Für den Blindleitwert bei L ist angenommen, daß er bei der
mittleren Frequenz durch Null geht. Wenn das nicht der Fall ist, muß der hinzugefügte
Blindleitwert an der Stelle M derart gewählt sein, daß der Gesamtblindleitwert an
der. Stelle M für die mittlere Frequenz Null ergibt. Fig.3d und 3c zeigen die Werte
des Reihenwirkwiderstandes und des Reihenblindwiderstandes -am Punkt M .der Fig.
3 a und den Endwert des Scheinwiderstandes an der Stelle N, nämlich einen konstanten,
reinen Wirkwiderstand.
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Die zu wählenden Werte der einzelnen Komponenten des Kreises leiten
sich aus der folgenden Überlegung ab: Im Fall der Fig. 2 b muß der Blindwiderstand
an der Stelle M bei der Frequenz Q, wo die Wirkwiderstandskurve ihr Maximum hat,
durch Null gehen. Bei einer anderen Frequenz P, wo der Parallelwirkwiderstand gleich
rp gemacht werden soll, ist der Blindwiderstand xp an der Stelle M gegeben durch
die Gleichun--:
Wenn der Blindwiderstand an der Stelle L bekannt ist, so ist der Betrag, den der
abgestimmte Reihenkreis bei diesen beiden Frequenzen P und Q beisteuert, ebenfalls
bekannt und bestimmt die gesuchten Werte der Induktivität i und der Kapazität 2.
Der Parallelkreis 3-4 muß auf die Frequenz Q abgestimmt sein, und das Verhältnis
von Induktivität zu Kapazität muß so gewählt sein, daß der äquivalente Wert des
Parallelblindwiderstandes von rp in Reihe mit xp bei der Frequenz P kompensiert
wird.
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Aus der Gleichung (i) folgt, ,daß die Änderung des Wirkwiderstandes
genau kompensiert ist, wenn
sich an der Stelle M der Blindwiderstand
linear mit der Frequenz und der Reihenwirkwiderstand parabolisch ändert.
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Im Fall der Fig. 3 a, 3 b und 3 c führen entsprechende Überlegungen
zu einem Wert des Parallelblindwiderstandes XP an der Stelle M, welcher durch die
folgernde Gleichung gegeben ist:
wo RP und Rp die Parallelwirkwiderstände an der Stelle L bei den Frequenzen
P bzw. Q bedeuten und woboi der Blindleitwert bei der Frequenz Q Null ist.
Diese Beziehung führt zu den gesuchten Werten der Induktivität 3 und der Kapazität
4 in dem abgestimmten Parallelkreis, während der Reihenkreis i-2 so gewählt ist,
d:aß er den Reihenblindwiderstand an der Stelle M bei allen Frequenzen kompensiert.
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Die Erfindung kann angewandt werden zur Kompensation der Änderungen
des Scheinwiderstandes, bei welchen die Änderungen,des Blindwiderstandes linear
sind und an der Stelle des maximalen Wirkwiderstandes durch Null gehen oder nicht,
vorausgesetzt, daß der Blindwiderstand beider Frequenz P oder P' nicht schon größer
ist als der gewünschte Wert und in der gleichen Richtung liegt wie der verwandte
erste abgestimmte Kreis. Wenn der Blindwiderstand bei der Frequenz P oder P' im
richtigen Sinn liegt, aber größer ist als gewünscht, dann muß die andere Methode
angewandt werden.
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In den Korrektionskreisen, welche an Hand der Fig. 2 a und 3 a beschrieben
wurden, werden abgestimmte Kreise benutzt, die aus konzentrierten Kapazitäten und
Induktivitäten bestehen.
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In vielen Fällen dürfte es aber vorteilhaft sein, stattdessen Energieleitungen
zu benutzen. Die Fig. 4 und 5 zeigen Schaltungen, bei denen Energieleitungen von
44-Länge an Stelle der konzentrierten Kapazität und Induktivitäten benutzt werden.
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Wenn größere Selektivität erforderlich ist, als sie durch eine gewöhnliche
A/4-Leitung dargestellt wird, können bei anomal hohen oder niedrigen Werten des
gewünschten Wellenwiderstandes auch Energieleitungen von der Länge mehrerer Viertelwellenlängen
angewandt werden. In diesem Fall wirkt ein offener Kreis von der Länge mehrerer
Halbwellenlängen oder ein kurzgeschlossener Kreis von der Länge eines ungeraden
Vielfachen einer V'iertehvellenlänge ebenso wie ein abgestimmter Parallelkreis,
und ein kurzgeschlossener Kreis von der Länge mehrerer Halbwellenlängen oder ein
offener Kreis von,der Länge eines ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge
wie ein abgestimmter Reihenkreis.
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Die beschriebenen Kompensationsanordnungen können zweckmäßig mit einer
Einrichtung zur Transformation kombiniert werden. Zu diesem Zweck können z. B. die
Kreise in den Fig. 2 a und 3 a so abgenvandelt werden, daß die Spannung an dem abgestimmten
Parallelkreis abgegriffen wird, welcher bei einer derartigen Schaltung dann als
Autotransformator wirkt.