DE911858C

DE911858C - Einstellbarer Phasendreher fuer Hochfrequenz-Wechselspannungen

Info

Publication number: DE911858C
Application number: DEN5479A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Thirup
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-05-09
Filing date: 1952-05-07
Publication date: 1954-05-20
Also published as: GB709676A; FR1055543A; US2736865A; BE511236A; NL77639C; CH301973A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen einstellbaren Phasendreher für Hochfrequenz-Wechselspannungen. Solche Phasendreher werden dazu benutzt, um einer Wechselspannung eine andere Wechselspannung mit einer gegenüber der ersten Wechselspannung einstellbaren Phase zu entnehmen. Dieses Problem tritt unter anderem bei Meßapparaturen auf.

Bei einem bekannten Phasendreher wird die Ausgangsspannung einer Schleife entnommen. Letztere

ίο ist mit einem magnetischen Drehfeld gekoppelt, welches der Eingangsspannung entnommen ist. Die Schleife ist um die Achse des Drehfeldes drehbar angeordnet. Der Phasenwinkel zwischen der Eingangsund der Ausgangsspannung kann durch Drehung der Schleife um die obenerwähnte Achse geändert werden.

In erster Annäherung ist dabei der erwähnte Phasenwinkel gleich dem Winkel, den die Schleife mit einer festen, senkrecht zu ihrer Drehachse stehenden Linie einschließt, so daß die Vorrichtung keiner Eichung bedarf.

Das Drehfeld wird im allgemeinen dadurch erhalten, daß zwei magnetische Wechselfelder in zueinander senkrechten Richtungen erzeugt werden, wobei die Felder einen Phasenwinkel von 90⁰ aufweisen. Dies kann z. B. durch Zuführung von zwei um 90° phasenverschobenen Spannungen zu zwei Spulen oder zwei Spulenpaaren erfolgen, deren Achsen sich senkrecht schneiden. Ein Nachteil dieser und ähnlicher Vorrichtungen besteht darin, daß der auftretende Phasenwinkel nicht genau gleich dem Winkel ist, den die

Schleife mit einer festen Linie einschließt, so daß für genaue Ergebnisse eine Eichkurve erforderlich ist. Dies wird im folgenden näher erläutert.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden.

Der einstellbare Phasendreher nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß die Kopplung zwischen der Schleife und dem Drehfeld aus einem zylindrischen Wellenleiter besteht, dessen Achse mit derjenigen des ίο Drehfeldes zusammenfällt und dessen Durchmesser kleiner ist als o,576mal die Wellenlänge, welche der Frequenz des Drehfeldes entspricht.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In der Fig. 1 ist ein bekannter Phasendreher schematisch dargestellt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Phasendrehers nach der Erfindung dargestellt.

Beim bekannten Phasendreher nach Fig. 1 werden zwei zueinander senkrecht gerichtete magnetische Wechselfelder H₁ und H₂, beide mit einer AmplitudeH, aber mit einer Phasenverschiebung von 90° erzeugt.

So ist

und

H₁- —H sin ω t H₂-H cos ω t.

Eine schleifenförmige Spule 1 ist in diesem Feld

drehbar um die Achse 2 angeordnet, welche senkrecht zur Zeichenebene steht. Wenn der Winkel α gleich 90⁰ ist, so hat die von dem Feld H₁ in der Spule 1 induzierte Spannung einen Höchstwert. Es sei angenommen, daß diese Spannung gleich F cos ω t ist. In der dargestellten Lage ist die induzierte Spannung F cos ω t sin α. Das Feld H₂ wird in der Spule eine Spannung mit einem Wert F sin ω t cos α induzieren. Für die gesamte induzierte Spannung Fj läßt sich daher schreiben:

i= V cos cot sin α -f- F sin cota cos a = F sin (pt + α)

(3)

Die Amplitude der in der Spule 1 induzierten Spannung ist daher unabhängig von dem Winkel a, und der Phasenwinkel dieser Spannung ist gleich dem Winkelet. Hiernach würde die Vorrichtung daher keiner Eichung bedürfen, denn eine Phasendrehung der Spannung V₁ von z. B. io° kann durch Drehung der Spule um die Achse 2 über 10° erhalten werden.

Es ergibt sich, daß die beiden erwähnten Eigenschäften dieser Vorrichtung nur auftreten, wenn die Magnetfelder H₁ und H₂ homogen sind. In der Praxis ist dies nicht verwirklichbar. Folglich werden in der dargestellten Lage in der Spule nicht die Spannungen F cos ω t sin α und F sin ω t sin (α + 90⁰) = F sincoi cos α, sondern die Spannungen f (a) F cos ω t sin α undf(a + 90⁰) F sin ω t sin (α + go⁰) — f (α + go°) V sin ω t cos α induziert werden, wo f (α) eine Funktion von« ist, die nur gleich 1 ist, wenn α gleich 90 oder 270⁰ ist, während diese Funktion für andere Werte von α go einen Wert hat, der mehr oder weniger von 1 abweicht. Die Abweichung ist dabei von der Inhomogenität der Felder H₁ und H₂ abhängig. Diese Felder sind dabei als gleich angenommen, abgesehen von ihren verschiedenen räumlichen Lagen. Für F* ergibt sich dann

f (a) F cos cot sin a + f (a -j- 90⁰) F sin cot cos α

Y(f («))^{2 sin2}« + (f (α + 9O°))² cos² α · F sin {ω t + φ);

wo

tgy =

f{a +90°)

tgct.

Aus (4) folgt, daß die Amplitude von V_{ im allgemeinen nicht unabhängig von α sein wird, und aus (4) und (5) folgt, daß der Phasenwinkel φ der induzierten Spannung im allgemeinen ungleich dem Winkel α sein wird, den die Spule 1 mit einer festen Linie einschließt. Der zweite Punkt ist der wichtigere, denn dies bringt mit sich, daß die Vorrichtung nicht mehr absolut ist, sondern geeicht werden muß. In der Fig. 2 ist ein Phasendreher nach der Erfindung dargestellt, bei dem entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind. Das magnetische Drehfeld wird hier wieder durch die zueinander senkrecht gerichteten und gegeneinander um 90⁰ phasenverschobenen magnetischen Wechselfelder H_x und H_z erhalten. Letztere werden hier dadurch erzeugt, daß um 90⁰ phasenverschobene Ströme durch die Spulen 3 und 4 geschickt werden. Mit dem so erzeugten Drehfeld ist die Schleife 1 durch einen zylindrischen Wellenleiter 5 gekoppelt, dessen Durchmesser kleiner ist als o,756mal die Wellenlänge, welche der Frequenz des Drehfeldes H₁, H₂ entspricht. Die Wand dieses Wellenleiters ist in der Figur deutlichkeitshalber teilweise aufgeschnitten dargestellt. Die Achse des Wellenleiters 5 fällt mit der Drehachse 2 der Spule 1 zusammen.

Infolge der obenerwähnten Wahl des Durchmessers können im Wellenleiter keine laufenden Wellen, sondern kann nur ein in der Längsrichtung des Wellenleiters exponentiell in der Amplitude abnehmendes elektromagnetisches Feld auftreten.

Es ergibt sich, daß die Dämpfung hierbei von der Schwingungsweise abhängig ist. Das Drehfeld H₁, H₂ kann sodann in ein reines Drehfeld, entsprechend dem Falle, in dem H₁ und Ji₂ homogen sein würden, und eine Reihe von Magnetfeldern von immer verwickelterem Charakter zerlegt werden, welche auf die Inhomogenitäten zurückzuführen sind. Der erstere Teil veranlaßt ein zirkulär polarisiertes H₁₁ — Feld im Wellenleiter, und der zweite Teil eine Reihe von Feldern mit einem verwickeiteren Charakter, welche iao allgemein durch H_mn angedeutet werden. Es ergibt sich sodann, daß die Dämpfung für die Felder der letzten Gruppe viel größer ist als die für das H₁₁ = Feld. Folglich ist bereits in geringem Abstand von den Spulen 3 und 4 praktisch nur das zirkulär polarisierte H_n = Feld vorhanden. Das dabei auftretende Magnet-

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feld ist ein reines Drehfeld. Durch dieses wird daher in der Schleife ι eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude nicht von α abhängig ist und deren Phasenwinkel gleich α ist, gerade wie bei der Gleichung (3). Der Phasendreher braucht daher nicht geeicht zu werden.

Das Drehfeld kann auf alle an sich dazu bekannten Weisen im Wellenleiter 5 erzeugt werden.

Die beste Unterdrückung der gewünschten Schwingungsformen ergibt sich, wenn der Durchmesser des Wellenleiters kleiner als 10 % der Wellenlänge ist, welche der Frequenz des Drehfeldes entspricht.

Es ist vorteilhaft, die Zuleitungsdrähte der Spulen 3 und 4 nicht senkrecht zur Achse des Wellenleiters, sondern möglichst parallel zu und in geringem Abstand von dieser Achse anzuordnen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einstellbarer Phasendreher für Wechselspannungen, bei dem die Ausgangsspannung einer Schleife entnommen wird, welche mit einem magnetischen Drehfeld gekoppelt und um die Achse dieses Drehfeldes drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen der Schleife und dem Drehfeld aus einem zylindrischen Wellenleiter besteht, dessen Achse mit derjenigen des Drehfeldes zusammenfällt und dessen Durchmesser kleiner ist als o,576mal die Wellenlänge, welche der Frequenz des Drehfeldes entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Wellenleiters kleiner als 10 % der Wellenlänge ist, welche der Frequenz des Drehfeldes entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 9502 5.54