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.Anordnung zur Erregung einer Hohlrohrleitung mit ultrakurzen Wellen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erregung einer Hohlrohrleitung mit ultrakurzen,
insbesondere Dezimeterwellen. Die Erfindung bezieht sich auf alle möglichen Wellenformen
im Hohlleiter. Es können also sowohl transversalmagnetische als auch transv ersalelektrisehe
Wellen beliebiger Ordnungszahl im Hohlrohr vorhanden. sein.
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Jeder Energietransport hat bekanntlich den besten Wirkungsgrad, wenn
Außen- und Innenwiderstand gleich sind. Wird also beispielsweise ein Kabel an einen
Verbraucher angeschlossen, so wird für den Fall, daß der Verbraucherwiderstand gleich
dem Wellenwiderstand des Kabels ist, die Energieübertragung ein Maximum, der Verbraucher
ist an das Kabel a@ngepaßt.
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Dieses Gesetz gilt sowohl für normale Kabelleitungen mit Hin.- und
Rückleiter als auch für Hohlrohrleitungen. Ist bei einem Kabel der Verbraucher fehl
angepaßt, so treten neben dem schlechten Wirkungsgrad noch schädliche Reflexionen
auf. Während beim Kabel mit Rückleiter bei Reflexion durch die entstehenden unzulässig
hohen Spannungen überschlägeauftreten können, ergeben sich bei Hohlrohrleitungen
durch die geringsten Unregelmäßigkeiten (Biegungen, Verbindungsstellen, Schlitze)
größere Störungen, die z. B. beim Vorhandensein von Schlitzgen oder anderen Undnchtigkeiten
im Kabelmantel zu Abstrahlungen und Störungen benachbarter Kabel führen können.
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Bei Hohlrohrleitungen wurden bisher zur Zuführung und Abnahme der
Energie im wesentlichen die aus der normalen drahtlosen Telegraphie bekannten Antennenanordnungen,
d. h. elektrische
oder magnetische Dipüle, angewendet. Durch die
USA.-Patentschrift :2:202 8,1.5 sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen .die
Erregung des Hohlleiters durch Ablösung der zwischen den zwei Leitungen eines normalen
Kabels bestehenden Kraftlinien geschieht. Die Erregung beruht also auch in diesem
Fall auf einer Art Antenneneffekt.
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Alle diese bekannten Anordnungen lassen sich bei Verzicht auf besten
Wirkungsgrad auf der Sendeseite gut verwenden, zeigen aber auf der Empfangsseite
erhebliche Nachteile, da es mit ihnen nicht möglich ist, das Hohlrohrkabel reflexionsfrei
abzuschließen.
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Diese Tatsache beruht :darauf, daß bei den erwähnten Anordnungen.
in ,einem Hohlrohr nur bedingt von einer Antennenwirkung gesprochen werden kann.
Die Praxis hat gezeigt, daß sich der bei der Antenne als Strahlungswiderstand bezeichnete
reelle Widerstand im Hohlrohr gegenüber dem freien Raum stark ändert. Diese Änderung
des Wirkwiderstandes ist nicht nur bedingt durch die als Reflektor wirkende Rohrwandung,
sondern auch durch die enge Kopplung zwischen der Hochfrequemzenergie im Hohlrohr
und der Antenne.
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Wird beispielsweise der Wirkwiderstand einer solchen Antenne einmal
auf der Speiseleitung gemessen und zweitens bestimmt aus der Strahlung im Hohlrohr,
so stimmen die erhaltenen Widerstandswerte nicht überein. Eine antennenähnliche
Anordnung in einem Hohlleiter wirkt wie ein Transformator, dessen Übersetzungsverhältnis
außer durch- die geometrischen Abmessungen auch durch die Erregungsfrequenz gegeben
ist.
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Aus diesem Grunde ist es erklärlich, daß es nicht ohne weiteres möglich
ist, mittels eines Dipols eine in der TEil-Welle erregte Hohlrohrleitung reflexionsfrei
abzuschließen, obgleich der Wellenwiderstand der Hohlleitung (Carson, Schalk u n
o f f , M e ad , Hyperfrequency -,vave-guides, Bell. System. Techn.- Journal,
15, 1936) bei einer bestimmten Frequenz in der Größenordnung von
70 Ohm, d. h. des Strahlungswiderstandes eines Dipols, liegt. Anpassung tritt
bei einer ganz anderen Frequenz ein, als es der Rechnung entspricht. Es ist daher
in der Praxis sehr schwierig, einem Hohlleiter Hochfrequenzenergie reflexionsfrei
zu entnehmen. Insbesondere ist eine einmal erreichte Anpassung nur für eine einzige
Frequenz gültig. Bei - Frequenzwech.sel müssen die Abmessungen, insbesondere des
Erregergebildes, geändert werden..
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Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil. Die erfindungsgemäße Anordnung
zur Erregung einer Hohlrohrleitung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Widerstandsanpassung
das Erregergebilde in einem Hohlleiterteil, dessen Querschnitt sich örtlich stetig
ändert, längs verschiebbar ist.
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An Hand der Fig. i soll eine beispielsweise Ausführungsform .des Erfindungsgedankens
näher erläutert werden. In die zylinderförmige Hohlrohrle,itung H mit dem Durchmesser
2 R ist mittels der Speiseleitung S der normale Dipol D eingeführt; der Durchmesser
des Hohlrohres ist vorn der Stelle A ab bis zum Punkt B stetig verkleinert.
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Wie durch _den Pfeil P angedeutet, ist der Dipol D in axialer Richtung
verschiebbar angeordnet. Da der Wellenwiderstand Z des Hohlleiters hei fester Frequenz
eine Funktion des Rohrradius ist, ändert sich Z zwischen. den Stellen A und B stetig.
Zwar ändert sich auch der Wirkwiderstand RS des Dipols, aber in umgekehrtem Sinne.
Durch Verschiebung von D läßt sich also ein Punkt finden, wo Z_ und R, übereinstimmen
bzw. wo der Dipol D einmal an den Wellenwiderstand des Hohlleiters und zweitens
an den Wellenwiderstand der Speiseleitung S angepaßt ist. Bei einem Freq:uenzwechsel
braucht lediglich der Dipol verschoben. zu werden.
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Es kann Fälle geben, bei denen die Erregungsfrequenz des Hohlleiters
nahe der kritischen Frequenz liegt. In einem solchen Fall ist eine Verjüngung .des
Hohlleiters zwecklos, der Radius wird dann zweckmäßig stetig erweitert.
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Um einen großen Regelbereich zu haben, kann., wie in Fig.2 angedeutet,
das Hohlrohr zunächst erweitert, dann verjüngt -werden. Wichtig ist die stetige
Querschnittsänderüng, da sonst durch den Durchmesserwechsel Stoßstellen entstehen.
Die Gesamtlänge der Ouerschnittsänderung wird zweckmäßig größer als die im Hohlleiter
normalerweise auftretende Rohrwellenlänge gewählt.
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Durch das angeführte Beispiel ist der Erfindungsgedanke nicht erschöpft.
Die Anordnung läßt sich für andere Hohlleiterformen, andere Wellenformen und andere
Erregeranordnungen entspechend abändern. Auch kann die Sende- und Empfangsseite
in gleicher Weise ausgeführt werden.