DE956420C - Viertelwellenlaengen-Transformator - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 17. JANUAR 1957

JVr. 956 42Q

S 27440 Villa/21 α⁴

Es ist bekannt, in der Hochfrequenztechnik unterschiedliche Widerstände zweier miteinander zu verbindender Bauelemente durch Zwischenschaltung eines Leitungsstückes geeigneter elektrischer Länge und geeigneten Wellenwiderstandes anzupassen. Bei Verwendung eines Leitungsstückes von einer Viertelwellenlänge muß der Wellenwiderstand des Leitungsstückes gleich dem geometrischen Mittel der beiden unterschiedlichen Widerstände ίο sein. Will man ein solches Leitungsstück, nämlich einen sogenannten Viertelwellenlängen-Transformator, so ausbilden, daß Viertelwellenlängen-Transf oirmatorengleieher Fertigung entweder in Anlagen, die mit voneinander abweichenden Betriebswellenlängen arbeiten, verwendet werden können oder in Anlagen zum Einsatz kommen können, in denen ein Wechsel der Betriebswellenlänge erfolgen soll, so muß man die Möglichkeit einer wahlweisen Einstellung dieses Transformators auf verschiedene Betriebswellenlängen vorsehen. Es ist bekannt, daß man dies durch einstellbare Länge dier Transformationsleitung erreichen kann, wobei die Transformationsleitung z. B. posaunenförmig ausgebildet wird. Dabei bleibt allerdings das Transformationsverhältnis unverändert.

Andererseits sind auch Viertelwellenlängen-Transformatoren mit einstellbarem Wellenwiderstand, d. h. also mit einstellbarem Transformations-

verhältnis bekannt, bei denen allerdings die Betriebswellenlänge unverändert bleibt.

Die Erfindung zeigt einen einfachen und besonders vorteilhaften Weg, um einen aus einem Leitungsstück mit Innen- und Außenleiter bestehenden Viertelwellenlängen-Transformator sowohl auf verschiedene Betriebswellenlängen als auch mit der gleichen Anordnung auf dasjenige Transformatioüsverhältnis einstellen zu können, ίο durch welches eine Anpassung der unterschiedlichen Widerstände zweier durch das Leitungsstück miteinander zu verbindenden Bauelemente zu erzielen ist.

Gemäß der Erfindung ist dieser Viertelwellenlängen-Transformator dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter des Leitungsstückes eine mindestens einem Viertel der größten Betriebswellenlänge entsprechende Länge besitzt und durch einen Leiter derart verlängert ist, daß er durch axiale Verschiebung ohne Unterbrechung der Verbindung zwischen den beiden Bauelementen auf ein Viertel der kleinsten Betriebswellenlänge einstellbar ist, wobei weiterhin der zur Transformation erforderliche Wellenwiderstand dadurch einstellbar ist, daß der Abstand zwischen dem Innenleiter und der dem Innenleiter gegenüberstehenden Innenfläche des Außenleiters durch Drehen des Innenleiters und/oder Außenleiters veränderbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind an Hand des gewählten Ausführungsbeispiels beschrieben. In

Fig. ι ist ein Viertelwellenlängen-Transformator, kurz A/4-Transformator genannt, in schematischer Darstellung wiedergegeben=, bei dem sowohl eineEinstellung entsprechend der Betriebswellenlänge möglich ist als auch eine Veränderung des Transformationsverhältnisses durch Änderung seines Wellenwiderstandes vorgenommen werden kann; Fig. 2 und 3 zeigen zweckmäßige Ausführungsformen der wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen A/4-Transformators im Schnitt.

Der in der Fig. 1 schematisch dargestellte A/4-Transformator ist ein Leitungsstück 1, welches aus einem Innenleiter 3 und einem Außenleiter 4 besteht. Der Innenleiter 3 besitzt eine Länge von mindestens einem Viertel der größten Betriebswellenlänge und ist auf seiner rechten Seite durch einen gekröpft angesetzten Leiter 5 derart verlängert, daß er nach links und rechts verschiebbar ist, ohne daß die Verbindung zwischen dendurch den Transformator miteinander zu verbindenden Bauelementen unterbrochen wird. Zur Ermöglichung dieser Einstellung ist der Leiter 5 in eine Hülse 7 unter Kontaktgabe mit dieser einschiebbar, die der Innenleiter einer das eine Bauelement bildenden koaxialen Leitung 2 ist.

Die zur Änderung des Transformationsverhältnisses erforderliche Veränderung des Wellenwiderstandes des Leitungsstückes 1 erfolgt hier dadurch, daß der Abstand zwischen dem Innenleiter 3 und der dem Innenleiter 3 gegenüberstehenden Innenfläche des Außenleiters 4 durch Drehen des Außenleiters 4 verändert wird. Wie aus Fig. 2, die | einen Schnitt längs der Linie A-B in Fig. 1 darstellt, ersichtlich ist, wird die Innenfläche des Außenleiters 4 durch ein in ein Rohr 12 außermittig eingesetztes Rohr 10 gebildet, dessen Achse beim Drehen des Rohres 12 sich auf einem Kreis 11 bewegt, dessen, Mittelpunkt außerhalb der Achse des Innenleiters 3 liegt. In der gezeichneten Stellung liegt der Innenleiter 3 dem Rohr 10 am nächsten, was kleinstem Wellenwiderstand entspricht. Eine Drehung des Rohres 12 um i8o° würde das Rohr 10 in eine solche Stellung bringen, daß es den größten Abstand vom Innenleiter 3 besitzt, was eine Einstellung auf größten Wellenwiderstand bedeutet. Das Rohr 12 ist auf der einen Seite als Fortsetzung des Außenleiters dier koaxialen Leitung 2 unter Kontaktgabe hülsenartig um diesen drehbar. Auf seiner anderen Seite ist das Rohr 12 ebenfalls unter Kontaktgabe hülsenartig drehbar gelagert, und zwar um den äußeren Leiter eines zum Anschluß des anderen Bauelementes (nicht gezeichnet) dienenden kurzen Verbindungsstückes 13. Der innere Leiter des Verbindungsstückes 13 ist als Hülse 17 ausgebildet, welche den -verschiebbaren Innenleiter 3 des Leitungsstückes 1 aufnimmt.

Das dieser Konstruktion zugrunde liegende Prinzip ist die bekannte Transformation mittels einer 2/4-Leitung, hier des Leitungsstückes 1, deren Wellenwiderstand Z₀ der Gleichung

genügen muß. Darin ist Z₂ der vorhandene Abschlußwiderstand und Z₁ der von diesem Abschlußwiderstand abweichende gewünschte Widerstand, der am Eingang der A/4-Leitung zu messen sein soll. Die Wirkungsweise der Konstruktion ist folgende: An die koaxiale Leitung 2 mit dem 10c Wellenwiderstand Z₁ soll ein hier nicht näher dargestellter Verbraucher angeschlossen werden, dessen Widerstand Z₂ von dem Wellenwiderstand Z₁ abweicht. Zwecks Anpassung des Widerstandes Z₂ des Verbrauchers an den Wellenwiderstand Z₁ wird der /l/4-Transformator zwischengeschaltet. Das den. A/4-Transformator darstellende Leitungsstück ι wird über die den Leiter 5 enthaltende Verbindungsleitung 6 an die koaxiale Leitung 2 angeschlossen. Da das Leitungsstück 1 zwecks Ab-Stimmung auf die jeweilige Wellenlänge axial verschiebbar angeordnet ist, ragt der Leiter 5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge mehr oder weniger in den Außenleiter 4 des Leitungsstückes 1 hinein. Da der Außenleiter 4 aber gegenüber dem Außenleiter der koaxialen Leitung 2 geringeren Durchmesser besitzt und außerdem die Achsen beider Außenleiter gegeneinander versetzt sind, muß der Innenleiter 5 der Verbindungsleitung 6 mit einem geringeren Durchmesser als der Innenleiter der koaxialen Leitung 2 ausgebildet sein, um auf diese Weise den Wellenwiderstand Z₁ der koaxialen Leitung längs der Verbindungsleitung zu erhalten. Es tritt also hier keine Stoßstelle auf. Im Anschluß an die Verbindungsleitung 6 folgt das Leitungsstück ι mit dem Wellenwiderstand Z₀, bestimmt

durch die jeweilige Lage des Außenleiters 4 zum Innenleiter 3. An das Leitungsstück 1 ist das Verbindungsstück 13 angeschlossen, welches die Verbindung zwischen dem Leitungsstück 1 und dem an diese Anordnung angeschlossenen Bauelement herstellt. In der Fig. 1 ist dieses Bauelement als eine weitere koaxiale Leitung 18 mit dem Wellenwiderstand Z₂ dargestellt, an welches ein Verbraucher mit .dem gleichen Widerstand angeschlossen sein möge. Es treten also in dieser Anordnung entsprechend dem ihr zugrunde Hegenden Prinzip zwei Wellenwiderstandssprünge auf, nämlich an der Stelle der Kröpfung zwischen der Verbindungsleitung 6 und dem Leitungsstück 1 und zwischen dem Ende des Leitungsstückes 1 und dem an sie angeschlossenen anderen Bauelement, in der Fig. 1 der koaxialen Leitung 18. Um den Übergang von dem Wellenwiderstand Z₀ des Leitungsstückes 1 auf den Wellenwiderstand Z₂ des angeschlossenen Bau-

ao elementes längs einer möglichst kurzen Strecke herzustellen, wird zweckmäßig das zwischen das Leitungsstück 1 und das angeschlossene Bauelement, hier die koaxiale Leitung 18, geschaltete Verbindungsstück 13 möglichst kurz ausgeführt.

Da die an derartige Anordnungen angeschlossenen Bauelemente, beispielsweise Antennen, meist mit einer Blindkomponente behaftet sind, besitzt der /!./.^-Transformator zusätzlich noch eine Kompensationsleitung 14, welche mittels eines Kurzschlußschiebers 15 abstimmbar ausgebildet ist. Sie ist parallel zu dem an den Jl/4-Transformator angeschlossenen Bauelement gelegt. Gemäß Fig. 1 bildet sie die Fortsetzung des Verbindungsstückes 13, welches in die Kompensationsleitung 14 übergeht. Die Parallelschaltung erfolgt dadurch, daß die den A/4-Transformator belastende koaxiale Leitung 18 am Anfang der Kompensationsleitung von dieser abzweigt. Die Länge der Kompensationsleitung richtet sich danach, welche Blindwiderstände durch sie zu kompensieren sind. Eine derartige kurzgeschlossene Kompensationsleitung ist bekanntlich unterhalb A/-Länge induktiv und oberhalb dieser Länge kapazitiv. Sind nun vorzugsweise induktive Blindkomponenten zu kompensieren, so muß die Kompensationsleitung kapazitiv sein, also der Kurzschlußschieber bei einer Länge oberhalb λ/4 stehen. Die notwendige Länge einer solchen Kompensationsleitung läßt sich nun dadurch verkürzen, daß man sie mit einer Anfangskapazität versieht, so daß die Kompensationsleitung bereits bei einer Einstellung unterhalb λ/4-Wellenlänge kapazitiv wird. Diese zugeschaltete Anfangskapazität muß nun so groß sein, daß man noch einen ausreichenden Spielraum für eine Einstellung von induktiven Blindwiderständen der 2/4-Kompensationsleitung hat. Die Größe der zugeschalteten Kapazität richtet sich also danach, mit welchen zu kompensierenden Blindwiderständen zu rechnen ist. In der Fig. 1 ist die der Kompensationsleitung 14 zugeschaltete Anfangskapazität als konzentrisch zum Außenleiter der Kompensationsleitung 14 liegende Buchse 16 ausgebildet, durch welche die den verschiebbaren Innenleiter 3 unter Kontaktgabe aufnehmende Hülse 17 außermittig hindurchgeführt ist.

Am Eintritt des Leiters 5 in die Hülse 7 sowie längs des Verbindungsstückes 13 können durch die Konstruktion bedingte geringe unerwünschte Wellenwiderstandssprünge auftreten, die eine Abweichung des Abschlußwiderstandes der koaxialen Leitung 2 nach Betrag und Phase von dem Sollwert Z₁ bewirken, welcher Abschlußwiderstand durch den ernndungsgemäßen 7/4-Transformator mit dem an ihm angeschlossenen weiteren Bauelement gebildet wird. Derartige Abweichungen sind jedoch mit der erfindungsgemäßen Anordnung ohne weiteres wieder auszugleichen, da sie eine stetige Veränderung des durch das Leitungsstück 1 einzustellenden Transformatioaisverhältnisses sowie eine stetige Einstellung von zu kompensierenden Blindwiderständen mittels der Kompensationsleitung 14 ermöglicht. Treten die beschriebenen Abweichungen des am Ende der koaxialen Leitung 2 gewünschten Abschluß Widerstandes ein, so ist lediglich das Transformationsverhältnis durch Verdrehen des Rohres 12 nachzustellen und die Einstellung des Kurzschluß Schiebers 15 derart zu korrigieren, daß der am Ende der koaxialen Leitung 2 gewünschte Widerstand Z₁ zu messen ist. Unter Umständen kann es dabei auch erforderlich sein,, die Länge des Leitungsstückes 1 durch axiales Verschieben des Innenleiters 3 in geringen Grenzen nachzustellen.

Die jeweils eingestellte Wellenlänge läßt sich durch entsprechende Einrichtungen anzeigen, indem man beispielsweise den Teil des Leiters S, dsr in die Hülse 7 hineinragt, mit einem radial gerichteten Finger versieht, welcher den Außenleiter der koaxialen Leitung 2 an einem an diesem angebrachten Längsschlitz durchbricht. Eine an diesem Längsschlitz vorgesehene geeichte Skala dient dann in Verbindung mit dem Finger zur Ablesung der eingestellten Wellenlänge. In ähnlicher Weise läßt sich auch die Einstellung· des Wellenwiderstandes anzeigen. Hier kann das Rohr 10 bzw. 12 mit einem Zeiger versehen sein, welcher über eine das Rohr 12 umgebende Rundskala gleitet, auf der die einzelnen einstellbaren Wellenwiderstände eingetragen sind.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen 7/4-Transfo'rmators ist eine Änderung des gegenseitigen Abstandes der miteinander zu verbindenden Bauelemente nicht nötig, da der eine y/4-Einstellung ermöglichende Innenleiter 3 und der an ihn gekröpft angesetzte Leiter 5 bei ihrer axialen Ver-Schiebung um gleiche Längen in die eine Hülse hineingeschoben und aus der anderen Hülse herausgezogen werden.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des transformierenden Leitungsstückes 1 dargestellt. Die Veränderung des Wellenwiderstandes erfolgt hier durch auf der Innenfläche des Außenleiters 4 angeordnete polschuhartige Wülste 8 von einer einem Viertel der größten Betriebswellenlänge entsprechenden Länge und einen Innenleiter mit elliptischem oder annähernd elliptischem Quer-

schnitt 9. In. der in Fig. 3 gezeichneten Stellung besitzt das Leitungsstück 1 kleinsten Wellenwiderstand, da die Entfernung des Innenleiters von den polschuhartigen Wülsten 8 klein ist gegenüber der gestrichelt angedeuteten Stellung des Innenleiters, in der das Leitungsstück größten Wellenwiderstand besitzt. Durch Verdrehen entweder des Innenleiters zum Außenleiter oder umgekehrt läßt sich damit innerhalb dieser Grenzen jeder beliebige Wellenwiderstand einstellen.

Claims (14)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ■ I, Aus einem Leitungsstück mit Innen- und Außenleiter bestehender, auf verschiedene Betriebswellenlängen einstellbarer Viertelwellenlängen-Transformator, der auch, hinsichtlich seines Wellenwiderstandes entsprechend demjenigen Transformationsverhältnis einstellbar ist, durch welches eine Anpassung der unterschiedlichen Widerstände zweier durch das Leitungsstück miteinander zu verbindender Bauelemente erzielt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter des Leitungsstückes eine mindestens einem Viertel der größten Betriebswellenlänge entsprechende Länge besitzt und durch einen Leiter derart verlängert ist, daß er durch axiale Verschiebung ohne Unterbrechung der Verbindung zwischen den beiden Bauelementen auf ein Viertel der kleinsten Betriebswellenlänge einstellbar ist, wobei weiterhin, der zur Transformation erforderliche Wellenwiderstand dadurch einstellbar ist, daß der Abstand zwischen dem Innenleiter und der dem Innenleiter gegenüberstehenden Innenfläche des Außenleiters durch Drehen des Innenleiters und/oder Außenleiters veränderbar ist.
2. 2. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Innenleiters (3) gegenüber der Achse des Leiters (5) versetzt ist.
3. 3. Viertelweilenlängen-Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Verbindungsstelle zwischen Innenleiter (3) und Leiter (5) infolge der Achsenversetzung eine Kröpfung ergibt.
4. 4. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch r, 'dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (3) und Leiter (5) in je eine Hülse unter Kontaktgabe einschiebbar sind.
5. 5. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einstellbarkeit der Länge des Leitungsstückes (1) ohne Veränderung des gegenseitigen Abstandes der durch dasselbe miteinander zu verbindenden beiden Bauelementen der Innenleiter (3) und der an ihn gekröpft angesetzte Leiter (5) bei ihrer axialen Verschiebung um gleiche Längen in die eine Hülse hineingeschoben und aus der anderen Hülse herausgezogen werden.
6. 6. Viertelwellenlängen-Transformator nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Außenleiters (4) einen oder mehrere symmetrisch angeordnete, insbesondere polschuhartige Wülste (8) von einer einem Viertel der größten Betriebswellenlänge entsprechenden Länge aufweist.
7. 7. Viertelwellenlängen-Transfonnator nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter elliptischen oder annähernd elliptischen Querschnitt (9) besitzt.
8. 8. Viertelwellenlängen-Transformator nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Außenleiters (4) durch ein Rohr (10) gebildet ist, das von einem außermittig dazu angeordneten weiteren Rohr (12) umgeben und an diesem befestigt ist, welches letzteres auf der einen Seite als Fortsetzung· des Außenleiters der koaxialen. Leitung (2) hülsenartig unter Kontaktgabe um diesen drehbar ist.
9. 9. Viertelweüenlängen-Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Rohr (12) auf der anderen Seite um den äußeren Leiter eines zum Anschluß des anderen Bauelementes dienenden, kurzen Verbindungsstückes (13) unter Kontaktgabe hülsenartig drehbar ist.
10. 10. Viertelwellenlängen-Transformator nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekenn- go zeichnet, daß die Achse des Rohres (10) beim Drehen des Rohres (12) sich auf einem Kreis (11) bewegt, dessen. Mittelpunkt außerhalb der Achse des Innenleiters (3) liegt.
11. 11. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Leiter des Verbindungsstückes (13) als Hülse (17) ausgebildet ist, welche den verschiebbaren Innenleiter (3) des Leitungsstückes (1) aufnimmt.
12. 12. Viertelwellenlängen-Transformator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an das Verbindungsstück (13) eine diesem entsprechend ausgebildete Kompensationsleitung (14) angesetzt ist.
13. 13. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsleitung (14) durch einen Kurzschlußschieber (15) abstimmbar ist.
14. 14. Viertelwellenlängen-Transformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsleitung mit einer zusätzlichen Anfangskapazität (16) ausgerüstet ist.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 502807, 515 121,

    807105;

    britische Patentschriften Nr. 579665, 581972; H. H. Meinke, »Kurven, Formeln und Daten

    aus der Dezimeterwellentechnik«, S. DX/17.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    ©'609 576/364. T. 56 (609 756 1.57)