DE951733C - Einrichtung zum Anschluss einer koaxialen Hochfrequenzleitung an einen Verbraucher oder Generator mit symmetrischem Eingang - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 31. OKTOBER 1956

Die Erfindung' betrifft den Anschluß einer koaxiale© Hochfrequenzleitung¹ über ein breites Fretquenzgebiet an einen Verbraucher bzw. Generator mit symmetrischem Eingang", insbesondere einen Dipol.

Es ist bereits· eine Einrichtung zum Anschluß eines Erregerdipols für eine Pairabalspiegelantenne an eine koaxiale Hochfrequenzleitung bekannt, bei der ein Halbdipol in einer Entfernung von ein Viertel der Betriebswellenlänge vom Leitungsende an den- Außenleiter und der andere Halbdipol durch eine am Außenleiter der Anschlußstelle gegenüberliegende Öffnung hindurch mit dem Innenleiter verbunden ist. Zur Unterdrückung von Mantelwellen auf der vom Erreger fortführenden Hochfrequenzleitung ist auf dem Außenleiter des wegführenden Leitungsetückes ein Sperrtopf so angeordnet, daß seine Öffnung nach dem Erregerdipol hin gerichtet ist. Ein© solche Anordnung besitzt nun ein verzerrtes. Strahlungsdiagramm, da die beiden Halbdipole nicht von Anteninenströmeni gleicher Größe durchflossen werden..

Die erfindungsgemäße Einrichtung besitzt demgegenüber den Vorteil, daß die in den Verbraucher- bzw. Generatoirzuleitungen fließenden Ströme, für den vorerwähnten Fall des Dipols also die Ströme in den Halbdipolen, gleich groß sind. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Einrichtung

die Anpassung des. Verbrauchers bzw. Generators an die koaxiale Hochfrequenzleitung über ein: sehr breites Frequenzband.

Die Erfindung¹ besteht darin, daß der vor dem Außenleiterende der Koaxialleitung endende Innern leiter der koaxialen Leitung durch eine Öffnung im Außenleiter seitlich herausgeführt und zusammen; mit einer der Durchführungsöffnung' gegenüberliegenden Außenleiterstelle als symmetrischer ίο Anschluß vorgesehen- ist und daß auf dem Außenleiter vor und hinter' der Durchführungsstelle des Innenleiters je ein Sperrtopf mit in Richtung der Durchfühirungsstelle liegender Öffnung angeordnet ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Sperrtöpfe an ihren gegenüberstehenden offenen. Enden miteinander zu verbinden und die Verbraucher bzw. Generatoiranschlüsse durch gegenüberliegende Öffnungen in ihnen getrennt hinduirohzuführen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines. Ausführungsbeispieles· näher erklärt. In der Abb. 1 ist eine erfrndungsgemäß ausgebildete Einrichtung mit einem daran angeschlossenen Dipol und einer Reflektorplatte dargestellt, wie sie zur Erregung eines; Parabolspiegels verwendet werden kann. Die beispielsweise vom Sender herführende koaxiale Hochfrequenzleitung· mit dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 ist an die ernndungsgemäße Einrichtung angeschlossen. Der Außenleiter 2 ist mit verringertem Außenduirchmesser weitergeführt, während der Inmenleiter 1 nach: einer kurzen Weiterführungsstreckie abgebogen und durch eine Öffnung 9 im Außenleiter herausgeführt ist. An der der Öffnung 9 gegenüberliegenden Stelle weist der Außenleiter 2 eine Öffnung 10 auf, die durch einen Steg 11 überbrückt ist. An das herausgeführte Innenleiterende 12 und an den Stieg 11 ist jeweils ein keulenförmig ausgebildeter Halbdipol 5 und 6 angeschlossen. Vor und hinter' der Duirchführungsstelle im Außenleiter ist auf letzterem je ein Sperrtopf mit einer Länge von jeweils ungefähr einem Viertel der BetriebsweUenlänge λ so angeordnet, daß sein offenes Ende nach den Halbdipolen hin gerichtet ist. Untersuchungen haben, gezeigt, daß man die Sperrtöpfe an den gegenüberstehenden Enden miteinander verbinden kann und die Dipolanschlüsse nur durch zwei gegenüberliegende Öffnungen 8 und 16 herauszuführen braucht. Im Ausfühirungsbai spiel sind der vor der Durchführung des Innenleitere liegende Sperrtopf 3 und der hinter derselben liegende Sperrtopf 4 in der Weise ausgebildet, daß der Außendurchmesser des Außenleiters der koiaxialen Leitung im Bereich der Sperrtöpfe verringert ist und die Sperrtöpfe als den Außenleiter umhüllender Mantel mit dem ursprünglichen, Durchmesser des Außenleiters ausgeführt sind. Die dabei entstehenden Zwischenräume 3 und 4 bilden die beiden Sperrtöpfe. Anschließend an den. Sperrtopf 4 ist der Außenleiter noch ein Stück weitergeführt und trägt dann in gewissem Abstand vom Erregerdipol 5 und 6 eine als Reflektor dienende Metallscheibe 7. Der Abstand dieser Metallscheibe vom Erregerdipol kann in an sich bekannter Weise in, der Größenordnung von 0,31! gewählt werden,, wobei: λ die mittlere Betriebswiellenlänge der Einrichtung ist. Abstand und Durchmesser der Reflektorscheibe sowie die Form des Dipols und: die Impedanzen der Sperrtöpfe sind dabei, wie nachstehend noch ausführlich erläutert, so gewählt, daß der Fußpunktwiderstand des Dipols in Abhängigkeit von. der Frequenz eine möglichst enge Ortskurve um einen Punkt in der komplexen Ebene beschreibt. Zur Anpassung des so gewonnenen Fußpunktwiderstandes an den Wellenwiderstand der koaxialen Hochfrequenz leitung ist innerhalb des Bereiches des Sperrtopfes 3 ein Transformationsglied vorgesehen. Dieses Transformatiomsglied besteht aus den beiden Stempeln 13 und 14 und, dem zwischen dem Dipolanschluß und ihnen liegenden Lei tungs stück. Die Stempel stehen mit dem. im Außendurchmesser verringerten Außenleiter 2 in leitender Verbindung und sind im bestimmtem; Abstand von der Dipolebene angeordnet. Um das Transformatiensglied richtig einstellen zu können, sind, die beiden Stempel 13 und 14 durch einen Schlitz im Sperrtopfmantel des Sperrtopfes 3 erreichbar. Das Transformationsglied kann natürlich auch in einer anderen Stelle, z.B. außerhalb des Bereiches des Sperrtopf es 3 in der koaxialen Leitung selbst, angeordnet werden. Je nachdem wie weit der einzelne Stempel dem Innenleiter genähert wird, ergibt sich die gewünschte Transformation'. Dabei wirkt auch das Leitungsstück 15 zwischen den. beiden Stempeln als.; Transformationsglied und, ist dementsprechend zu bemessen.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung zur Symmetrierung läßt sich, wie folgt erklären. Die Hochfrequenizenergie wird in der koaxialen Hoch- 1 frequenzleitung 1, 2 bis zu der Öffnung 9 in den Außenleiter 2 geführt. Durch die beiden; Sperrtöpfe 3 und 4 wird verhindert, daß sich der Leitungsstrom unmittelbar vom Innenleiter zum Außenleiter an der Stelle 9 mittels eines Verschie- 1 bungsstromes schließt. Er ist daher gezwungen, als dielektrischer Verschiebungsstrom vom Halbdipol· 5 aus zum Haibdipol 6 zu fließen. Da der Hail'bdipod 6 an den. Außenleiter der koaxialen Hochfrequenzleitung angeschlossen ist, wird da- 1 durch der Stromkreis geschlossen. Der Strom fließt dabei; von; der Außenseite des Außenleiters· 2 über den Steg 11 und durch die Öffnungen 10 und 9 zur Innenseite des Außenleiters 2. Die Öffnung 10 ist dabei nicht unbedingt notwendig, da sie nur zum 1 geringeren Teil zur Stromriickführung beiträgt: Die Halbdipole 5 und 6 sind keulenförmig, wodurch sich eine bessere Breitbandwirkung erzielen läßt als mit anderen Dipolformen.

Zur Dimensionierung der Länge der beiden 1 Sperrtöpfe läßt sich folgendes, ausführen. Zwischen den Wandungen der Sperrtöpfe 3 und 4 und dem Halbdipol 5 besteht eine Kapazität, die in der Abbildung als C gestrichelt eingezeichnet ist. Ferner tritt an den offenen Enden der Sperrtöpfe eine 1 Eingangsimpedanz Z auf. Untersuchungen haben

nun gezeigt, daß die Wahl 'der Länge der Sperrtöpfe 3 und 4 miti von wesentlicher Bedeutung für die Breitbandigkeit der Einrichtung ist. An: Hand der Abb. 2 und; 3 wird dies nachstehend näher erklärt. Abb. 2 zeigt den Verlauf der Eingangsimpedanz der Sperrtöpfe und Abb. 3 die Ortskurve des An,-tennenfußpunktleitwerteS' der Einrichtung im Betriebsbereich im einem Kreisdiagramm eingetragen. Wie aus der Abb. 3 ersichtlich, beschreibt die Ortso kurve in einem engen Bereich um den Leitwert G mehrere enge Schleifen. Es sind an der Ortskurve dabei die Werte des Anitennenfußpunktleitwertes für verschiedene Wellenlängen aufgetragen. Dabei zeigt die Ortskurve nach längeren Wellen hin ein Abweichen nach dem Leitwert 00, was mit anderen Worten heißt, daß eine Serienresonanz am Ende der Hochfrequenzleitung i, 2 auftritt. Dies erklärt sich daraus, daß der Einglangsleitwert G der Sperrtöpfe nicht 00, sondern im Falle einer Serienresonanz von C mit Z ein induktiver Leitwert ist. Am kurzwelligen Ende des Betriebsbereiches ergibt sich ein kapazitiver Leitwert.

In Abb. 2 ist der Eingangswiderstand einer am Ende kurzgeschlossenen Leitung in Abhängigkeit von. der Wellenlänge dargestellt. Innerhalb des Bereiches von Null bis λ/4. ist der Eingangswider-Sitand induktiv, während er innerhalb des Bereiches von λ/4. bis 2/2 kapazitiv ist. Würde man beispielsweise für eine mittlere Frequenz des zu übertragenden Bereiches die elektrische Länge der beiden Sperrtöpfe jeweils /I/4 wählen, so wäre der Eingangswiderstand bei den kürzesten Wellen kapazitiv, während; er bei den längeren Wellen des Bereiches induktiv wäre. Es ist daraus also sofort ersichtlich, wie die Serienresonanz, die das un> erwünschte Ausbiegen der Ortskurve verursacht, zustande kommt. Es> bildet sich nämlich ein Serien,-kreis. aus,, der aus der Kapazität C zwischen: dem Halbdipol 5 und; den Sperrtopfmänteln einerseits jo und dem, induktiven· Eingangswiderstand der Sperrtöpfe im Bereich der längeren Wellen besteht. Dieser Serienkreis bildet bei Resonanz zwischen dem Außenleiter 2 und dem Innenleiter 1 in der Gegend der Öffnung9 ain Kurzschluß. Es ist deshalb erforderlich, die Länge der Sperrtöpfe so* zu wählen, daß die bei längeren Wellen; auftretende Serienresonanz noch so> weit außerhalb des Betriebsbereiches noch kein merkliches Au stiegen der Ortskurve stattfindet. Andererseits, darf die Länge der Sperrtöpfe aber nicht zu groß sein,, da sonst ihre Eingangsimpedanz Z einen zu großen kapazitiven Leitwert besitzt, so daß sich ein kapar ziitiver Nebenschluß über die Serienschaltung der Kapazität C und; die Impedanz Z zwischen dem Halbdipol 5 und dem Außenleiter 2 der koaxialen HoAfrequenzleitung ergibt. Dies würde eine unsymmetrische Erregung zur Folge haben. Um, ein Breitbandverhalteni der Einrichtung zu erzielen, ist ·- igleich der Wellenwiderstand der Sperrtöpfe entsprechend gering zu wählen. Unter Umständen empfiehlt sich zur Verbreiterung des Betriebs-. berekhes die Einbringung von verlustbringendem Material in die Sperrtöpfe. Es existieren also zwei gegensinnige Bedingungen für die Dimensioinierung der Sperrtöpfe, für die es jeweils eine günstige Lösung für einen ganz bestimmten Frequenzbereich: gibt.

Wie aus der Abb. 3 ersichtlich, beschreibt die Ortskurve um den Leitwert G mehrere enge Schleifen'. Dieser Teil der Ortskurve wird mittels· des Transformationsgliedes auf den, Wellenwiderstand der koaxialen Hochfrequienzleitung 1, 2 transformiert. Der Fußpunktwiderstand, wird, also gemäß der Erfindung bewußt nicht, wie allgemein üblich,, so gewählt, daß sein Wirkanteil gleich dem Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung ist, sondern so, daß ar in Abhängigkeit von der Frequenz eine möglichst enge Ortskurve um einen beliebigen, Teil der komplexen Ebene beschreibt, deren Schwerpunkt dann durch das Transformationsglied auf den. Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung gebracht wird,. Des weiteren, haben Untersuchungen gezeigt, daß zur Erzielung einer möglichst engen Schleifenbildung außerdem eine geeignete Wahl des Abstandes der Reflektorscheibe vom Erreger- 8g dipol, des Durchmessers der Reflektorscheibe und der Form des Erregerdipoils erforderlich ist. D^:a es sich hierbei im Grunde genommen um eine rechnerisch schwierig zu lösende Aufgabe, nämlich die Ermittlung der jeweils günstigsten Einstellung in Abhängigkeit von' mehreren Parametern handelt, ermittelt man die jeweiligen Werte am vorteilhaftesten empirisch. Dies geschieht am einfachsten dadurchi, daß ma,n mehrere Meßrei'hen aufstellt, wobei für jede Meßreihe jeweils nur ein Parameter verändert ist.

Messungen an; einer erfindungsgemäßen Einrichtung halben ergeben, daß sie über einen Bereich von 200 MHz bei einer mittleren Frequenz von 1800 MHz eine maximale Reflexion von etwa 2% aufweist, d. b. eine Anpassung und Symmetrierung über ein breites Frequenzband ermöglicht, wie sie mit den bekannten, Anordnungen bisher nicht erzielt wenden konnte.

Claims (5)

1. PATENTANSPKÜCHE:

   ι . Einrichtung zum Anschluß einer koaxialen Ho;chfrequenzleitung an einen Verbraucher n₀ oder Generator mit symmetrischem Eingang, insbesondere einen Erregerdipol für Parabolspiegel, dadurch, gekennzeichnet, daß der vor dem Außenleiterende der Koaxialleitung endende Innenleiter dler Koaxialleitung durch _lig eine Öffnung im Außenleiter seitlich herausgeführt und zusammen mit einer der Durcbführungsöffnung gegenüberliegenden Außenleiters'telle als symmetrischer Anschluß vorgesehen ist und daß auf dem Außenleiter vor und hinter der Durchführungsstelle des Innenleiters je ein Sperrtopf mit in Richtung der Durchführungsstelle liegender Öffnung angeordnet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, diadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sperrtöpfe mit- einander verbunden sind und daß die Ver-

   braucher- bzw. Generataranschlusse durch Öffnungen, insbesondere gegenüberliegende!, in ihnien getrennt hindurchgeführt sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zum Anschluß einer Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß in der koaxialen Richtung der Leitung vor dier Anschlußstelle der Antenne eine Tranisfotrmaitiooseinrichitung vorgesehen ist, die den, Eingamgswiderstand des· Verbrauchers am den Wellenwiderstand; der Hoohfrequenzteitung anpaßt.
4. 4. Einrichtung nach einem· der Ansprüche 1 bis 3 zur Speisung vom Erregerdipolen, dar durch gekennzeichnet, daß dia Länge der Sperrtopfe und· ihr Wellenwiderstand so gewählt sind, daß einerseits die Serienresonanz, die aus der Reihenschaltung der zwischen dem an den Innenleiter angeschlossenen Halbdipol und den offenen Sperrtopfemden vorhandenen Kapazität

   ao und dem Eingangswiderstand der Sperrtöpfe gebildet wird, außerhalb des Betriebsbereiches' nach längerem Wellen, hin liegt und daß andererseits die Eingangsimpedanz der Sperrtöpfe nur einen so großen, kapazitiven Leitwert bei den kürzesten; Wellen des Betriebsbereiches, aufweist, daß beide Halbdipole wenigstens angenähert von einem Antennenstrotn gleicher Größe durchflossen werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4 mit einer im gewissen Abstand von dem Erregerdipol angeordneten Reflektarscheibe, dadurch gekentirzeichnet, daß zum Zweck der besseren, Breiitbandanpassung der Abstand der Reflektorplatte vom Erregerdipol, ihr Durchmesser und die Form des· Erregerdipols so gewählt sind, daß die Ortskurve des Anienmenfußpunktleitwertes im Betriebsbereichi der Antenne in einem möglichst engen· Bereich verläuft.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Telefunken Zeitung, 1951, S. 246;
   Keith Henniey, »Radio Engineering Handbook«, 1950, New York, S. 673;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 552 146.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungeni

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