DE919247C - Einrichtung zur gegenseitigen Anpassung zweier Hochfrequenz-UEbertragungs-Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anpassung des Wellenwiderstandes einer Hochfrequenz-Übertragungs-Leitung an eine andere.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch sehr geringe Verluste aus. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Kreise großer Leistungsspeicherung vermieden sind.

Die Erfindung sieht eine Mehrzahl kurzer Stücke von Hochfrequenzleitungsteilen vor, welche an einem Ende in Reihe und am anderen Ende parallel geschaltet werden. Die Reihenschaltung am einen Ende wird mit der einen Hochfrequenzleitung und die Parallelschaltung am anderen Ende mit der anderen Hochfrequenzleitung verbunden. In einigen Fällen müssen in einige der Doppelleitungsstücke Umwegleitungen bzw. Phasenumkehreinrichtungen eingeschaltet werden, um zu erreichen, daß die Ströme in sämtlichen Leitungsstücken am Vereinigungspunkt gleichphasig sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich eine Vervielfachung der Impedanz erzielen, die gleich dem Quadrat der Zahl der verwendeten Leitungsstücke ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Abb. 3, 5, 6 und 7, während die Abb. 1, 2 und 4 zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen.

Abb. ι zeigt eine bereits im wesentlichen bekannte Einrichtung zur Symmetrierung einer unsymmetrischen (koaxialen) Hochfrequenzdoppelleitung. Der

Innenleiter ι und der Außenleiter 2 der Doppelleitung A sind an ihren Enden mit den Innenleitern 3 und 4 der beiden gleich ausgebildeten Koaxialleitungen 3, 5 und 4, 5 verbunden. Eine metallische Hülse 6 umschließt das Ende der Leitung A und ist an den Außenmantel 2 in einem Abstand von einem Viertel der Arbeitswellenlänge λ angeschlossen, so daß ein λ/4-Sperrtopf entsteht. Am anderen Ende geht die Hülse 6 in die Außenleiter 5 über. Die Ströme in den beiden gegenphasig gespeisten Innenleitern 3 und 4 laufen, wie die Pfeile andeuten, stets entgegengesetzt. Da das gleiche für die auf dem Innenleiter und der Innenseite des Außenleiters einer Koaxialleitung laufenden Ströme gilt, kann man 3 und 4 unmittelbar mit 1 bzw. 2 verbinden. Um jedoch einen Kurzschluß des Innenleiters 3 durch den an einer weiter entfernten Stelle auf der Außenseite geerdeten Mantel 2 zu vermeiden, muß die Impedanz des Mantelendes für die Arbeitsfrequenz groß sein, ao d. h. der gesamte Strom des Leiters 3 muß auf der Innenseite des Mantels 2 weiterfließen, während kein Teil dieses Stromes auf der Außenseite von 2 zum Erdungspunkt abfließen darf. Dies wird durch den Sperrtopf erreicht, welcher durch die zylindrische, im iVbstand 2/4 vom Ende an den Außenleiter 2 angeschlossene Hülse 6 gebildet wird. Da die Leitungen 3 und 4 von der Leitung A her gesehen in Reihe geschaltet sind, muß jede der beiden Leitungen einen halb so großen Wellenwiderstand (Z) besitzen wie die Leitung A, deren Wellenwiderstand dann also gleich 2 Z sein muß. Hierdurch wird eine Widerstandstransformation von 2 : ι bewirkt.

Abb. 2 zeigt eine Abänderung der in Abb. 1 dargestellten bekannten Anordnung, bei welcher die Mantelrohre 5 der Gegentaktleitungen als ein durchgehendes, durch den Topf 6 hindurchgeführtes Rohr ausgebildet sind, welches innerhalb des Topfes eine Öffnung zum Anschluß der Doppelleitung 1, 2 besitzt. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie die Anordnung nach Abb. i.

Will man nun die beiden im Gegentakt gespeisten Leitungen 3 und 4 zu einer einzigen Hochfrequenzdoppelleitung B zusammensetzen, deren Mantel 8 mit den Mänteln 5 dieser beiden Leitungen verbunden ist, so muß man gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 3 in die eine der beiden Leitungen, also etwa das Leitungsstück 3, eine Phasenumkehrvorrichtung, z. B. eine λ/2-Umwegleitung 7, einschalten. Dann sind die Ströme auf den beiden Innenleitern 3 und 4 an dem gemeinsamen Anschlußpunkt an den Innenleiter 9 der Doppelleitung B in Phase miteinander und können unmittelbar parallel geschaltet werden. Wird der Wellenwiderstand der Doppelleitung A gleich 2 Z gesetzt, so beträgt der Wellenwiderstand jedes der beiden Zweige 3 und 4 die Hälfte davon, also Z. Da die beiden Zweige an der Verbindungsstelle mit der Leitung B parallel geschaltet sind, muß der Wellenwiderstand der Leitung £ also Z/2 betragen. Es wird infolgedessen eine Transformation von 4:1 bewirkt.

Es ist auch möglich, die Ankopplung der einen Doppelleitung an die andere in der Weise durchzuführen, daß man einen Leiter von der einen Doppelleitung her durch das Innere des Innenleiters der anderen Doppelleitung führt und durch eine Öffnung dieses Innenleiters an die Innenseite des Außenleiters anschließt, während ein zweiter Leiter durch den Außenleiter hindurch an die Außenseite des Innenleiters angeschlossen wird. Um einen Kurzschluß zu verhindern, müssen diese Leiterverbindungen von dem Ende der einen Doppelleitung, an dem Innenleiter und Außenleiter kurzgeschlossen sind, eine Viertelwellenlänge entfernt sein. Dies sei an Hand von Abb. 4 dargestellt. Die benötigte Gegenphasigkeit auf den beiden Leitungsstücken 3 und 4 wird, wie bei Abb. 3, durch die U-förmige Umwegleitung 7 bewirkt. Die Strömet auf den Zweigen 3 und 4 sind dann gleich groß, aber entgegengesetzt Diese Ströme und die entsprechenden (jeweils gegenphasigen) Ströme auf der Innenseite der zugehörigen Außenleiter setzen sich dann in der Doppelleitung A zusammen, wie durch die Pfeile dargestellt. Der Innenleiter 3 des einen Zweiges ist durch eine Öffnung des Innenleiters 1 mit dem Außenleiter 2 der Leitung A verbunden, während der Innenleiter 4 des anderes Zweiges ein λ/4 langes Stück am Außenleiter 2 entlang geführt und. durch eine Öffnung des Mantels 2 hindurch mit der Außenseite des Innenleiters 1 verbunden wird. Der Außenleiter 5 des Leitungsstückes 3, 5 wird zweckmäßigerweise, wie in der Abb. 4 dargestellt, als Fortsetzung des hohlen Innenleiters 1 der Leitung A ausgebildet. Die am Ende der Leitung^ auftretende Spannung ist gleich der Spannung jedes der beiden Zweige 3 und 4. Die Impedanz der Leitung A ist somit halb so groß wie die jedes der beiden Zweige. Andererseits ist die Impedanz der Leitung A gleich der der Leitung B. Eine Herauf- oder Heruntertransformation wird hierdurch also nicht bewirkt. Die Abb. 4 zeigt aber zum besseren Verständnis des folgenden zwei Wege, um Ströme bzw. Doppelleitungen bei gleicher Spannung zusammenzuschalten.

Abb. 5 stellt dar, wie die Ströme der Zweige 3 und 4 in Reihe geschaltet werden können. Der Strom in der gemeinsamen Leitung A ist ebenso groß wie jeder Strom der Zweige 3 und 4, die Spannung ist jedoch verdoppelt. Der Zweig 3, 5 ragt mit einem λ/4 langen Stück 31 in den Außenleiter 2 hinein. Der Innenleiter 3 wird am Ende dieses Stückes mit dem Außenleiter 2 verbunden. Der Strom auf der Innenseite des Mantels 5 des linken Zweiges setzt sich fort im Innenleiter 4 über die durch das Loch der Wand 51 geführte Verbindung. Das Mantelstück 31 kann also als ein Verbindungspunkt betrachtet werden, an welchen die Spannungen der Leiter 3 und 4 in Reihe geschaltet werden. Da das Mantelstück 31 λ/4 lang ist, kann der Strom nicht auf der Außenseite des Mantels abfließen.

Wegen der Gleichheit der Ströme und der Verdopplung der ' Spannung muß der Widerstand der Leitung A doppelt so groß sein wie der Widerstand jedes der Zweige 3, 5 und 4, 5'. Die Ströme in den Zweigen sind gleichphasig, so daß sich eine Umwegleitung erübrigt. Am unteren Ende werden die Zweige unmittelbar parallel geschaltet und mit den Leitern 8 und 9 der Doppelleitung B, wie dargestellt, verbunden. Die Gesamttransformation von B : A beträgt also 4:1.

Abb. 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anordnung, bei der drei Zweige in Parallelschaltung an die Doppelleitung B und in Reihenschaltung an die Doppelleitung A angeschlossen sind, wodurch eine Transformation im Verhältnis 9 : 1 bewirkt wird. Jeder der Zweige 22,24,26 ist von einem gemeinsamen Mantel 28 auf einem eine Viertelwellenlänge langen Stück umgeben, der am unteren Ende mit den Außenleitern 22, 24, 26 verbunden ist. Der ίο Innenleiter 23 des ersten Zweiges ist mit dem Außenleiter 24 des zweiten Zweiges, der Innenleiter 25 des zweiten Zweiges mit dem Außenleiter des dritten Zweiges verbunden. Die Sperrwirkung durch den gemeinsamen Topf 28 verhindert ein Abfließen des vom Innenleiter des einen Zweiges auf den Außenleiter des nächsten Zweiges übertragenen Stromes auf der Außenseite dieser Außenleiter. Die drei Zweige sind also an den oberen Enden phasenrichtig in Reihe geschaltet. Das obere Ende des Außenleiters 22 ist ao mit dem Innenleiter 1 der Doppelleitung A verbunden, während das obere Ende des Innenleiters 27 mit dem Topf 28 und dadurch gleichzeitig mit dem Außenleiter 2 verbunden ist. Infolge der Reihenschaltung an den oberen Enden ist der an diesen Enden auf- «5 tretende Widerstand ein Drittel des Widerstandes der Leitung A. An den unteren Enden sind die Zweige in Parallelschaltung mit den Leitern 8 und 9 der Doppelleitung B verbunden. Die Impedanz wird an dieser Verbindungsstelle ebenfalls auf den dritten Teil herabgesetzt, so daß sich ein Transformationsverhältnis von 9: ι ergibt.

Abb. 7 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Abb. 6, bei welcher die Parallel- und Reihenzweige so angeordnet sind, daß die Transformation in der Richtung von A nach B stufenweise vor sich geht. Diese Anordnung ist in manchen Fällen mechanisch zweckmäßiger als die nach Abb. 6. Die Doppelleitung A besteht hierbei aus dem Innenleiter 10 und dem Außenleiter 12. Der Innenleiter 10 ist durch den ganzen Transformationsteil glatt hindurchgeführt und mit dem Innenleiter 19 der Doppelleitung B verbunden. Das untere Ende dieses Innenleiters 10 ist von einem Mantelstück 11 umgeben, welches mit 10 zusammen eines der Transformationsleitungsstücke bildet. Der Mantel 11 ist seinerseits von einem zweiten, weiteren Mantel 13 umgeben, wodurch ein zweites, A/4 langes Transformationsstück gebildet wird. Das obere Ende des Mantels 11 ist mit dem oberen Ende einer verjüngten Fortsetzung 20 des Innenleiters der Leitung B verbunden. Der durch 13 gebildete Sperrtopf zwingt den von 20 kommenden Strom, auf der Innenseite des Mantels 11 weiterzufließen.

In entsprechender Weise wird der obere Teil des Mantels 13 Innenleiter eines 2/4 langen Transformationsstückes, dessen Außenleiter das Ende des Außenleiters 12 der Leitung A bildet. Das Ende der noch stärker verjüngten Fortsetzung 21 des Innenleiters der Leitung B ist mit dem oberen Ende des So Mantels 13 verbunden. Der Strom auf 21 muß durch die Sperrtopfwirkung auf der Innenseite des Mantels 13 weiterfließen. Der Wellenwiderstand des Leitungsstückes 20 wird so bemessen, daß der Strom an der Verbindungsstelle von 19 und 20 sich zu einem Drittel auf den Leiter 10 und zu zwei Drittel auf den Leiter 20 verteilt. Die entsprechende Stromverteilung muß an der Verbindungsstelle von 20 und 21 auftreten. Wenn die Gesamtlängen jeweils gleich sind, setzen sich die Ströme gleichphasig zusammen.

Die durch die Aufteilung entstandenen, gleich großen Stromanteile werden in Reihenschaltung der Doppelleitung A zugeführt, wobei sich die Spannung E verdreifacht. Der niedrige Wellenwiderstand Z/3 der Doppelleitung B wird also dem hohen Wellenwiderstand 3 Z der Doppelleitung A angepaßt. Das Transformationsverhältnis des Wellenwiderstandes ist also 1:9.

Die mit 2/4 angegebenen Längen können natürlich auch ein beliebiges ungeradzahliges Vielfaches dieser Länge betragen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ι. Einrichtung zur Anpassung des Wellen Widerstandes zweier Hochfrequenz-Übertragungs-Leitungen an eine andere, gekennzeichnet durch die Ankopplung mehrerer kurzer Hochfrequenzleitungsteile, deren Länge und Zahl entsprechend der gewünschten Anpassung gewählt ist, in Serienschaltung an die eine der beiden Hochfrequenzleitungen und in Parallelschaltung an die andere.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unsymmetrischen (koaxialen) Hochfrequenz-Übertragungs-Leitungen die Hochfrequenzdoppelleitung kleineren Wellenwiderstandes (B) sich in zwei Leitungsabschnitte verzweigt, deren Längen sich um 2/2 (2 = Arbeitswellenlänge) unterscheiden, und daß die Enden (3,4) der beiden Leitungszweige mit dem Ende des Innenleiters und dem Ende des Außenleiters der Hochfrequenzdoppelleitung größeren Wellenwiderstandes (A) verbunden sind, an deren Außenseite im Abstand 2/4 vom Ende ein Sperrtopf (6) angeschlossen ist (Abb. 3).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ein und demselben Leiter, z. B. dem Außenleiter (8, Abb. 3), der einen Hochfrequenzdoppelleitung (B) verbundenen Leiter

   (5. 5) zweier Doppelleitungsstücke (3, 5; 4, 5) unmittelbar miteinander verbunden sind, während die mit dem anderen Leiter (Innenleiter 9) der gleichen Hochfrequenzdoppelleitung (B) verbundenen Leiter (3, 4) der beiden Doppelleitungsstücke (3, 5; 4, 5) mit den beiden Leitern (1, 2) der anderen Hochfrequenzdoppelleitung (A) verbunden sind, wobei die elektrischen Längenunterschiede der beiden Doppelleitungsstücke eine halbe Arbeitswellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon betragen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenzdoppelleitung sich in mehrere Doppelleitungsstücke gleicher elektrischer Länge verzweigt, deren Enden derart

   in Reihenschaltung an eine andere Hochfrequenzdoppelleitung angeschlossen sind, daß jeweils der mit dem einen Leiter der ersten Hochfrequenzdoppelleitung verbundene Leiter eines Doppelleitungsstückes mit dem mit dem anderen Leiter der gleichen Hochfrequenzdoppelleitung verbundenen Leiter des nächsten Doppelleitungsstückes verbunden ist (Abb. 5 und 6).

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 515 121; französische Patentschrift Nr. 820 782.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   1 9558 10.54