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Elektrische Weiche, insbesondere für sehr kurze elektrische Wellen
Es ist eine aus koaxialen Leitungsstücken aufgebaute elektrische Weiche bekannt,
die es beispielsweise-erlaubt, eine einzige Antenne gleichzeitig mit einem Sender
bei einer Wellenlänge .11 und mit einem Empfänger bei einer Wellenlänge 22 zu betreiben..
Sender und Empfänger werden dabei für die beiden Wellenlängen gegenseitig entkoppelt.
Eine solche Weichenkonstruktion besteht aus zwei parallel geschalteten, voneinander
verschiedenen Leitungszweigen, die so aufgebaut sind, daß von den auf dem Leitungsstück
zwischen der Antenne und 'dem Parallelschaltungspunkt der Leitungen vorhandenen
We4len@1 und A2 jeweils nur eine. der Wellen über einen der beiden Leitungszweige
zum Sender bzw. Empfänger gelangen kann. Es ist häufig erwünscht, elektrische Weichen
aus Hohlleitungen aufzubauen. Eine Übertragung der bekannten Schaltungsanordnung
auf die Hohlleitertechnik ist aber nicht zweckmäßig, weil eine derartige Anordnung
in ihrem Aufbau verhältnismäßig groß werden würde.
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Die Erfindung betrifft eine aus Hohlleitern aufgebaute Weichenanordnung,
insbesondere für sehr kurze elektrische Wellen. Die elektrische Weiche besteht gemäß
der Erfindung aus zwei abgestimmten Hohlleitungen, die in eine gemeinsame Hohlleitung
übergehen. Die abgestimmten Hohlleitungen können an ihrem Ende kurzgeschlossen sein;
die Länge je einer dieser Leitungen soll dann ein ganzzahliges Vielfaches der halben
Wellenlänge je einer Betriebswelle betragen.
Die elektrische
Weiche nach der Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Ausführungsform insbesondere
darin, daß die Leitungszweige nicht, wie bei der Weiche aus- koaxialen Leitungen,
parallel geschaltet, sondern in. Reihe liegend an die gemeinsame Hohlleitung angeschlossen
sind.
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Den prinzipiellen Aufbau einer elektrischen, 7.-B. aus Hohlleitungen
mit rechteckförmigem Querschnitt aufgebauten Weiche zeigt beispielsweise die Fig.
i. Es sei hierbei z. B. der Fall angenommen, daß eine Antenne über den gemeinsamen
Hohlleiter i vom Wellenwiderstand Z und über die z. B. koaxial ausgebildeten Anschlüsse
2 und 3 mit einem Sender bzw._ Empfänger verbunden ist. Die ankommende ,Antennenleitung
i ist von der Stelle 4 ab durch eine längs ihrer Breitseite verlaufende Trennwand
5 in zwei abgestimmte Hohlleitungen 6 und 7 mit dem Wellenwiderstand Z/2 unterteilt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung wird im folgenden beschrieben. Die
an ihrem Ende kurzgeschlossene Leitung 6 weist eine n-fache. Länge der halben Wellenlänge
dl, die Leitung 7 eine in-fache Länge der halben Wellenlänge A auf, wobei d1 und
A die den Betriebswellenlängen #1 und .12 entsprechenden Wellenlängen im Hohlleiter
bedeuten. In Fig. 2 a ist die Spannungsverteilung der Leitung 7, in Fig. 2b die
--der Leitung 6 angedeutet. An den Stellen 2 und 3, also an Stellen, an denen bei
Fig. 2a die Welle A, bei Fig. 2b die Welle dl einen Spannungsknoten bilden, erfolgt
die Ein- bzw: Auskopplung der Welle d1 bei Leitung 7 bzw. der Welle A bei Leitung
6, z. B. über Sonden. Die Leitungsstücke sperren also die Wellen von solcher Wellenlänge,
bei denen die Sonden im Spannungsknoten liegen (Sperrwellen). Bei anderen Wellen
dagegen, bei denen die Sonden nicht an Orten von Spannungsknoten liegen, koppeln
die Sonden. die elektromagnetische Energie aus dem Hohlleiter (Durchgangswellen).
Leitung 7 transformiert außerdem nach Fig. 2 a bei der Welle A, Leitung 6 nach Fig.
2b bei der Welle 41 den Kurzschluß am Leitungsende an ihren Anfang, also in die
für beide Hohlleitungen gemeinsame Ebene 4, wodurch je eine Leitung für bestimmte
Wellenlängen (Sperrwellen) gesperrt wird.
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Die elektrischen Leitungslängen betragen n - A/2 bei Leitung 7 und
m - A/2 bei Leitung 6. Bei dein angeführten Ausführungsbeispiel ist die elektrische
Länge für die Durchgangswelle dl bei Leitung 7 (Spannungsverteilung nach Fig. 2-a)
° im Gegensatz zu aus koaxialenLeitungen aufgebauten Weichen: vorm kurzgeschlossenen
Ende aus bis zur Stelle 2 nicht gleich (n i) - d1/2 -h d1/4, sondern (ii-i.)
-A 1/2 -h -a., wobei a. eine Länge kleiner als d114 ist. Dieses
Leitungsstück wirkt daher an der Auskopplungsstelle als ein- parallel geschalteter
induktiver Blindwiderstand. Dieser Blindwiderstand ist zur (Kompensation des kapazitiven
Blindwiderstandes der kapazitiv winkenden Sonde nötig, -deren Realteil an den Wellenwiderstand
der Anschlußleitung- angepaßt-.ist.- Der Wert für cz. ist abhängig von der Ausbildung
der Auskopplungssonde; der Wert n ist eine ganze Zahl und soll nicht zu groß sein,
da er maßgebend ist für die Breitbandigkeit der elektrischen Weiche; er hängt zudem
auch vom Frequenzabstand der beiden zu trennenden elektrischen Wellen, ab.
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In dem angenommenen Fall ist für Leitung 6, deren. Spannungsverteilung
in Fig.2b dargestellt ist, die Sperrwelle d1 kleiner als die Durchgangswelle A.
Für idie Länge des Leitungsstückes vom kurzgeschlossenen Ende der Leitung 6 bis
zu Punkt 3 gilt daher die Beziehung (m-i) - d1/2= (m-i) -A21:2-b. Wenn b
kleiner als d14 gewählt ist, ergibt sich eine kapazitive Blindkomponente für die
Durchgangswelle. In diesem Fall muß die Sonde eine induktive Komponente gleicher
Größe besitzen. Für m gelten im übrigen dieselben Bedingungen wie für n.
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Um die Weichenanordnung auf verschiedene Wellenlängen abstimmen zu
können, kann man die Leitungen 6 und 7 entweder mit einem einstellbaren Kurzschlußschieber
versehen oder bei fester Kurzschlußstelle die Abstimmung -der Leitung durch Eintauchen
eines Bolzens, z. B. einer Schraube, an der Stelle- maximaler elektrischer Feldstärke,
etwa d14 vom kurzgeschlossenen Ende entfernt, erzielen.
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Da die Werte a und b sich bei Abstimmung der elektrischen Länge der
Leitungen.6 und 7 ändern, wird vorgeschlagen, für die Anpassung an den Auskopplungsstellen
einen Ausgleich durch einen eintauchbaren Stift, z. B. durch eine Schraube, neben
der Auskopplungssonde zu ermöglichen. Mit einem solchen Stift kann auch ein Anpassungsfehler
korrigiert werden, der dadurch entsteht, daß die Auskopplungsstelle bei Einstellung
auf andere Wellenlängen nicht mehr genau eine halb-. Wellenlänge der- Sperrwelle
vom offenen Leitungsende 4 entfernt liegt. .
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Beim Bau von elektrischen Weichen nach der Erfindung ist es besonders
vorteilhaft, die Leitungsstücke, die sich an eine gemeinsame Hohlrohrleitung anschließen,
parallel verlaufen zu lassen. Es ist weiterhin sehr vorteilhaft, an der einen Auskopplungsstelle
eine kapazitiv wirkende Sonde, an der anderen Auskopplungsstelle eine induktive
Kopplungsvorrichtung anzubringen.
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In Fig. 3 ist die Auskopplungsstelle 2 und 3 der Fig. i für den Fall
dargestellt, daß- die eine Auskopplung induktiv, die andere kapazitiv erfolgt. Bei
der Darstellung der Fig.3 muß jedoch beachtet werden, daß die Auskopplungsstellen
in voneinander verschiedenen Querschnittsebenen der Hohlleitungen liegen. Die kapazitive
Sonde 8 bildet die Verlängerung beispielsweise des Innenleiters eines koaxialen
Kabels. Sie kann als einfacher Stift von bestimmter Dicke ausgebildet wenden, der
um eine bestimmte Länge in das Hohlrohr eintaucht, und ist an einem Ort vorzugsweise
größter elektrischer Feldstärke, d.-h. in der
Mitte der Breitseite
des Hohlleiters angeordnet. Die genaue Anpassung der Sonde erfolgt vorteilhafterweise
durch Längenänderung des Stiftes mittels einer am Stiftende eingebauten Schraube.
Neben der Stiftsonde ist eine Schraube g vorgesehen, mit deren Hilfe in bereits
beschriebener Weise die an der Kopplungsstelle vorhandenen Blindkomponenten in gewissen
Grenzen kompensiert werden können. Im anderen Hohlrohrteil befindet sich die induktive
Kopplungssonde io, die seitlich in das Koaxialkabel übergeführt wird. Bei dieser
Ausführungsform ist es möglich, mit nur einem koaxialen Winkelstück die Anschlußleitung
für Sender bzw. Empfänger von der Hohlrohrweiche in gleicher Richtung mit der von
der Sonde 8 ausgehenden Leitung wegzuführen. Die Verlängerung des Innenleiters ragt
seitlich und senkrecht zu den elektrischen Feldlinien in die Hohlrohrleitung, vorzugsweise
bis zur Mitte dieser Leitung. In. der Mitte dieser Leitung kann dieser Stift zur
Außenfläche abgebogen oder durch eine besondere Spannvorrichtung einstellbar aufgebaut
werden. Vorteilhaft ist es noch, das in den Hohlleiter ragende Leiterstück io gegenüber
dem Winkelstück und dem Innenleiter der koaxialen Leitung schwächer auszubilden.
Die Kopplungsfläche dieser induktiven Kopplungsschleife soll so groß sein, daß Anpassung
zwischen der Hohlleitung und der Anschlußleitung erreicht wird. Daraus ergeben sich
beliebige Ausführungsformen für eine zweckmäßig ausgebildete Kopplungsanordnung.
Neben dieser induktiven Sonde ist noch der Korrekturstift @i i, z. B. ein Schraubstift,
vorgesehen, der durch verschieden tiefes Eintauchen in den Hohlleiter eine bestimmte
Blindkomponente einzustellen erlaubt.
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Bei der elektrischen Weichenanordnung nach der Erfindung ist es möglich,
mit wenigen Abgleichmöglichkeiten die Einstellung der Weiche in einem großen Frequenzbereich
vorzunehmen. Die A'bgleicharbeit ist dabei sehr einfach, @da der Abgleich für die
Sperrwelle und für die Blindwiderstandskompensation an den Einkoppelstellen nach
Real- und Blindanteil an getrennten Einstellgliedern praktisch ohne wechselseitige
Rückwirkung erfolgen kann.
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Ein besonderer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung liegt insbesondere
noch in der verhältnismäßig kleinen Durchlaßdämpfung und in den räumlich relativ
kleinen Abmessungen.
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Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die beispielsweise angeführte
Ausführungsform beschränkt; in analoger Weise lassen. sich auch runde Hohlleitungen
und dielektrische Leitungen verwenden. Gegebenenfalls können Teile von Hohlleitungen
auch mit dielektrischen Stoffen ausgefüllt werden; dies kann insbesondere dann erforderlich
sein, wenn. die äußeren Abmessungen verkleinert werden sollen. Außerdem können an
den Verzweigungspunkten von Leitungen Mittel, z. B. dielektrische Stoffe, zur besseren
,Anpassung zwischen den Leitungselementen vorgesehen sein.