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Anpassungsvierpol Die Erfindung betrifft einen Anpassungsvierpol für
sehr kurze elektromagnetische Wellen. Der Vierpol ist zur Einschaltung in den Zug
einer Hochfrequenzleitung bestimmt, die an beiden Leitungsenden fehlangepaßt ist
und insbesondere zur Übertragung von frequenzmodulierten Wellen dient.
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Im Ultrakurzwellengebiet, insbesondere bei der Übertragung einer Vielzahl
von Telefoniegesprächen mittels Frequenzmodulation oder beispielsweise bei der Übertragung
von Fernsehprogrammen, ist es erforderlich, sehr breite Frequenzbänder zu übertragen
bzw. zu verstärken. Die Bandbreite eines Verstärkers für derartige Zwecke ist aber
bekanntlich umgekehrt proportional zu dem Widerstand, der durch die Parallelschaltung
des Röhreninnenwiderstandes Ri und den Resonanzwiderstand Rd des Ausgangskreises
gebildet wird. Dieser. Ausgangskreis kann beispielsweise ein Einzelresonanzkreis
oder auch ein Bandfilter sein. Bei den meist sehr hohen Resonanzwiderständen derartiger
Ausgangskreise und dem relativ hohen Innenwiderstand der zur Anwendung kommenden
Röhren ist in derartigen Anordnungen die Bandbreite praktisch durch den Verbraucherwiderstand
bestimmt, der an den Ausgangskreis angekoppelt ist. Die Bandbreite kann daher nur
durch entsprechende Verkleinerung des Resonanzwiderstandes mittels geeignet gewählter
Transformation des Verbraucherwiderstandes in den Ausgangskreis.
vergrößert
werden. Da hierbei jedoch der Resonanzwiderstand Ra, wie er sich durch diese Transformation
ergibt, bedeutend kleiner als der Innenwiderstand der Röhre ist, erscheint die an
den Ausgangskreis angeschlossene Hochfrequenzleitung, die zum Verbraucher führt,
von der Verbraucherseite her betrachtet, am senderseitigen Eingang stark fehlangepaßt.
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Da bei derartigen Anordnungen jedoch auch meist der Verbraucher bzw.
die Antenne nicht vollkommen über das ganze zu übertragende Frequenzband reflexionslos
angepaßt ist, ergeben sich häufig unerwünschte, störende Erscheinungen, die darauf
beruhen, daß die am fehlangepaßten Verbraucher reflektierten 'Wellen, die zum Senderausgang
zurücklaufen, dort eine zweite Reflexion erfahren und sich dadurch den zum Verbraucher
hinlaufenden Wellen phasenverschoben überlagern. Besonders deutlich tritt diese
Erscheinung bei langen Verbraucherleitungen hervor, wofür, sich bei Verwendung von
Frequenzmodulation der Fachausdruck »Long-Line-Effekta ausgebildet hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese insbesondere bei langen
Verbraucherzuleitungen auftretenden Nachteile zu beseitigen. Es wird hierbei von
der Erkenntnis ausgegangen, daß es zur Beseitigung der störenden Einflüsse ausreichend
ist, wenn wenigstens an einem Leitungsende die Reflexion beseitigt wird.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, hierzu in den Leitungszug, vorzugsweise
eng benachbart dem senderseitigen Ende, einen Anpassungsvierpol einzuschalten, der
aus einem Leistungsverteilungsglied besteht, welches eine dem Eingang zugeführte
Welle auf einen zum Verbraucher führenden Leitungszweig und einen zu einem Abschlußwiderstand
führenden Leitungszweig (Absorptionszweig) aufteilt, und die elektrische Länge und
gegebenenfalls den Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung zwischen Senderausgang
und Leistungsverteilungsglied derart zu wählen, daß der Innenwiderstand des Senders
an die Verteilungsstelle in eine Impedanz transformiert wird, die zusammen mit dem
dort erscheinenden Eingangswiderstand des Absorptionszweiges den zum Verbraucher
führenden Leitungsweg gegen diesen wenigstens nahezu reflexionslos abschließt.
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An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll
nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.
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Abb. i zeigt eine Sendeantenne, die über eine Antennenzuleitung unter
Zwischenschaltung eines in der Zeichnung strichpunktiert umrandeten Anpassungsvierpols
an einen Hochfrequenzsender angeschlossen ist. In der Abbildung ist die Endstufe
i eines Senders schematisch dargestellt. An den Ausgangskreis 2 des Senders, der
im Bereich der sehr kurzen Wellen zweckmäßig als Topfkreis ausgebildet wird, ist
über einen Übertrage= g eine Hochfrequenzleitung 4, 4' angekoppelt. In die Hochfrequenzleitung
4, 4' ist eine Leitung 5 . mit veränderbarer elektrischer Weglänge eingeschaltet.
An das rechte Ende der Leitung 4, 4' ist ein Leistungsverteilungsglied 6 mit veränderbarem
Verteilungsverhältnis angeschlossen. An der Anpassungsstelle 7 feilt sich das Leistungsverteffungsglied
in Form einer Parallelverzweigung in zwei Zweige 8 und g auf. Der Antennenzweig
8 ist über eine Anfennenzuleitgng io) durch eine Antenne :Ei nahezu angepaßt abgeschlossen.
Als Antenne kann beispielsweise im Bereich der Meter- oder der längeren Dezüneterwellen
eine. Dipolwand, bei noch kürzeren Wellen beispielsweise ein durch einen Hornstrahler
erregter Parabolspiegel Verwendung finden. Der Absorptionszweig g des Leistungsverteilungsgliedes
ist durch einen Widerstand 12 reflexionsfrei abgeschlossen. Paral£el zu den Ausgängen
des Antennen- und Absorptionszweiges. und jeweils eine Viertelbetriebswellenlänge
vom Eingang 7 des Leistungsverteilungseliedes entfernt sind an die Hauptleitung
zwei Stichleitungen 1g und r¢ angeschlossen. Die elektrischen Längen der beiden
Stichleitungen unterscheiden sich um eine Viertelbetriebswellenlänge und können
durch zwei Kurzschlußschieber 15, i5' verändert werden- Die Verschiebung der Kurzschlüsse
erfolgt mittels eines Bügels 16, der mit den KurzschluBschiebern mechanisch starr
verbunden sein kann. Die Wellenwiderstände aller Leitungselemente sind gleich dem
Wellenwiderstand der Antennenzuleitung gewählt.
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Eine vom Sender i ausgehende Welle teilt sich am Eingang 7 in zwei
Anteile auf` Der eine Anteil fließt zur Antenne ii, der andere Anteil zu dem Abschlnß=
widerstand i2.
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Das Verhältnis der in die Anteme und der in den Abschlußwiderstand
eingespeister< Energieanteile ist proportional dem Verhältnis der in den Eingang
7 transformierten Leitwerte der entsprechenden Leitungszweige. Die Summe der im
Eingang 7 er= scheinenden Leitwerte, d. h.. der Eingangsleitwert" ist bei dieser
an sich bekannten Leistungsverteilungsanordnung reell und konstant" d_ h. unabhängig
von der Leistungsverteilung, und vorzugsweise gleich dem Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung
4, 4' gewählt. Die elektrische Länge des Leitungsabschnittes 4, 5, 4' ist deshalb
für die"hmlaüfende Welle ohne Bedeutung.
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Für eine von der Antenne zum Sender zurücklaufende Welle .herrscht
normalerweise am Eingang 7 des Anpassungsvierpols keine Anpassung. Diese Anpassung
und damit die vorerwähnte Beseitigung, der Verzerrungen wird jedoch dann erreicht,
wenn die elektrische Länge der Hochfrequenzleitung 4, 5, 4° zwischen Senderausgang
und Leistungsverteilungsglied derart gewählt ist, daß der Innenwiderstand R, des
Senders an der Verteilungsstelle in eine Impedanz transformiert wird, die zusammen
mit dem dort erscheinenden- Eingangswiderstand des Absorptionszweiges den zum Verbraucher
führenden Leitungszweig 8 nahezu reflexionsfrei abschließt.
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Für das in der Abb. i dargestellte Leistungsverteilungsglied lassen
sich die zwei unbekannten Parameter, nämlich die elektrische Länge der Leitung 4,
5, 4' und der Leistungsverteilungsfaktor des Verteilungsgliedes auf folgende Weise
bestimmen.
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Anpassung für eine von der Antenne reflektierte Welle herrscht an
der Verzweigungsstelle dann, wenn das Verhältnis der in den Verbraucher fließenden
Leistung
Ny zu der in den Abschlußwiderstand fließenden Leistung Ng, d. h. das Verhältnis
ist, wobei m die Senderfehlanpassung bedeutet und vorausgesetzt ist, daß die Länge
der Leitung 4, 5, 4' zwischen Sender und Verteilungseingang 7 derart gewählt ist,
daß der Senderinnenwiderstand R,y am Eingang 7 des Leistungsverteilungsgliedes in
einen reellen Widerstand transformiert wird,- der größer als der Wellenwiderstand
der Verbindungsleitung 4 ist. Mit anderen Worten, die Länge der Leitung 4 ist so
zu wählen, daß die stehende Welle auf der Leitung 4, 4' im Eingang 7 des Leistungsverteilungsgliedes
ein Maximum der Spannung hat. -Es empfiehlt sich hierbei, zusätzlich die Länge der
Leitung 4, 5- 4' so kurz wie möglich zu wählen, da bekanntlich der Frequenzgang
einer Leitung und damit der Frequenzgang des in den Verteilereingang transformierten
Senderinnenwiderstandes mit zunehmender Leitungslänge größer wird.
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In Abb.2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem
der Anpassungsvierpol aus einem Leistungsverteilungsglied 17 mit konstantem Verzweigungsverhältnis
und einer Leitung 18 von bestimmter Länge besteht. Das Leistungsverteilungsglied
ist ebenfalls als Parallelverzweigung ausgeführt, wobei das Leistungsverteilungsverhältnis
durch die unterschiedliche Bemessung der Wellenwiderstände der beiden eine Viertelbetriebswellenlänge
langen Transformationsstücke 2o und 21 in den Ausgangszweigen bestimmt ist. An den
antennei-iseitigen Ausgang des Verteilungsgliedes ist die Antennenzuleitung 22,
an den absorptionszweigseitigen Ausgang ein Abschlußwiderstand 23 und an den Eingang
die Leitung 18 angeschlossen.
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Für den in Abb. 2 dargestellten speziellen Fall, wo die Abschlußwiderstände
in beiden Anschlußzweigen gleich gewählt sind, ist das Leistungsverteilungsverhältnis
umgekehrt proportional dem Verhältnis der Quadrate der Wellenwiderstände der Transformationsleistungsstücke
2o und 2z.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung nach Abb.
2 herrscht für eine von der Antenne reflektierte Welle an der Verzweigungsstelle
ig des Anpassungsvierpols dann Anpassung, wenn das Leistungsverteilungsverhältnis
beträgt und wenn die elektrische Länge. der Leitung 18 so bemessen ist, daß der
Senderinnenwiderstand in die Verzweigungsstelle :[9 des Leistungsverteilungsgliedes
in einen reellen Widerstand transformiert wird, der größer als der Wellenwiderstand
der Verbindungsleitung 18 ist, wobei der Wellenwiderstand der Leitung 18 derart
gewählt ist, daß für eine vom Sender zum Verbraucher laufende Welle an der Verzweigungsstelle
ig Anpassung herrscht.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich aus
dem Ausführungsbeispiel der - Abb. 2, wenn der Abschiußwiderstand 23 ohne Zwischenschaltung
einer Verbindungsleitung 2z an der Verzweigungsstelle ig angeschlossen ist, und
wenn der Wellenwiderstand des Antennenzweiges und der Widerstand der Antenne gleich
gewählt sind. Das Leistungsverteilungsverhältnis ergibt sich dann direkt aus dem
Verhältnis der Leitwerte von Antenne und Absorptionswiderstand. Für das Verzweigungsverhältnis
-und die elektrische Länge der Verbindungsleitung 18 zwischen Sender und Verzweigungspunkt
ig ergeben sich die gleichen Bemessungsregeln wie in den Ausführungsbeispielen nach
Abb. r und 2.
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Das Verteilungsglied für eine erfindungsgemäße Anordnung muß nicht
notwendig in Form einer Parallelverzweigung ausgebildet sein, vielmehr kann die
Leistungsverteilung auch durch eine Serienverzweigung zustandekommen. Das zu wählende
Leistungsverteilungsverhältnis ergibt sich auch hier aus der Gleichung
jedoch ist die elektrische Länge der Verbindungsleitung zwischen Sender und Verzweigungspunkt
derart zu wählen, daß im Verzweigungspunkt ein reeller Widerstand erscheint, der
kleiner als der Wellenwiderstand dieser Verbindungsleitung ist.
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Der erfindungsgemäße Vierpol kann natürlich auch aus anderen Hochfrequenzleitungsabschnitten,
beispielsweise Hohlrohren, aufgebaut sein und muß nicht, wie in den Abbildungen
dargestellt, in Koa,:ialleitungsbauweise ausgeführt sein. Bei der Verwendung von
Hohlrohren wird man jedoch mveckmäßigerweise einen Phasenschieber mit in den wellenerfüllten
Raum eingebrachtem Diel-ektrikum zur Veränderung der elektrischen Weglänge der Hochfrequenzleitung
zwischen Senderausgang und L eistungsverteilungsglied vorsehen.