DE957954C - Anordnung zur frequenzunabhangigen Anpassung der Impedanz von Kurz- und Ultrakurzwellenemnchtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur frequenzunabhängigen Anpassung der Impedanz von Kurz- und Ultrakurzwelleneinrichtungen, insbesondere solchen des Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebietes, z.B. von Ultrakurzwellenantennenimpedan-/Λ.Τ1, an einen frequenzunabhängigen konstanten Ohmschen Widerstand, z.B. an den Wellenwiderstand von Ubertragungsleitungen, innerhalb eines gewünschten Frequenzbereiches ! f mit den beiden Grenzfrequenzen f₁ und f„.

Bekanntlich kann jeder verlustlose Vierpol, der an seinem Eingang und an seinem Ausgang an homogene Leitungen anschließt, für eine beliebig wählbare feste Frequenz durch geeignete Längen der angeschlossenen Leitungsabschnitte zu einem Vierpol ergänzt werden, der für die betreffende feste Frequenz die Eigenschaften eines gewöhnlichen Transformators mit reellem Übersetzungsverhältnis ti² bzw. mit reeller Übertragungszahl m hat. Unter einem Vierpol ist dabei entsprechend der allgemeinen Theorie ein Gebilde mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsklemmen zu verstehen, das keine Röhren und andere Elemente mit Richtwirkung oder Nichtlinearität enthält. Ein solcher Vierpol, dessen Eingangs- und Ausgangsklemmen so gewählt sind, daß er das Ersatzschaltbild eines einfachen, in der Langwellentechnik üblichen Transformators hat, soll kurz

als >>Leitungstransformator» bezeichnet werden. Demnach ist, rein äui3erlich betrachtet, ein Leitungstransformator ein ganz beliebig komplizierter und räumlich beliebig ausgedehnter verlustloser Vierpol, an dessen Eingang und Ausgang homogene Leitungen anschließen und dessen Eingangs- und Ausgangsklemmen speziell so gewählt sind, daß der Vierpol die Übertragungseigenschaften eines gewöhnlichen Transformators annimmt. Wie die Theorie zeigt, ist sowohl

ίο der Ort der speziell zu wählenden Eingangs- und Ausgangsklemmen als auch das Übersetzungsverhältnis »² eines solchen Leitungstransformators frequenzabhängig.

Die Erfindung betrifft Leitungstransformatoren (»Haupttransformationsglied«), die zur frequenzunabhängigen Anpassung der Impedanz von Kurz- und Ultrakurzwelleneinrichtungen, z.B. Ultrakurzwellenantennenimpedanzen, an einen frequenzunabhängigen, konstanten ohmschen Widerstand dienen, indem die Vierpolkonstanten der Leitungstransformatoren so bemessen werden, daß mindestens die den beiden Grenzfrequenzen des zu übertragenden Frequenzbandes zugeordneten, am ausgangsseitigen Ende des Haupttransformationsgliedes auftretenden Impedanzwert einander gleich sind. Dabei kann in die Übertragungsleitung vor dem Haupttransformation-,-glied ein Hilfstransformationsglied eingeschaltet werden, das so bemessen ist, daß an seinem dem Haupttransformationsglied zugekehrten Ausgang die frequenzabhängige Impedanz für beide Grenzfrequenzen ohmsche Werte aufweist, von denen der der einen Grenzfrequenz zugeordnete Wert vorzugsweise gleich dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung ist. Ein solches Hilfstransformationsglied

kann aber auch im Zuge der Übertragungsleitung hinter dem Haupttransformationsglied, d.h. hinter dem eigentlichen Leitungstransformator, vorgesehen sein. In beiden Fällen wird durch die Kombination des Haupttransformationsgliedes mit dem Hilfstransfonnationsglied erreicht, daß am Ausgang der durch die beiden Transformationsglicder gebildeten Frequenzkompensationsschaltung die den beiden Grenzfrequenzen des zu übertragenden Frequenzbereiches zugeordneten Impedanzwerte reell (ohmisoh) und einander gleich, insbesondere gleich dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung sind, in welcher die Frequenzkompensationsschaltung angeordnet ist. Es sind zwar bereits Anordnungen bekannt, welche die gleiche Aufgabe mit speziellen Transformationsgliedern aus Abschnitten einer homogenen Leitung lösen, welche in ihrer Länge einem Viertel der mittleren Bctriebswellenlänge oder einem ganzzahligen Vielfachen entsprechen und deren nach bestimmten Vorschriften bemessener Wellenwiderstand in sich konstant ist. Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zugrunde, daß eine Reihenschaltung von beliebig gestalteten Vierpolen mit den entsprechenden ergänzenden Leitungsstücken, d.h. eine Folge von Leitungstransformatoren, insbesondere von Zweiergruppen von Leitungstransformatoren, die Anpassung leistet, wobei infolge der Freizügigkeit in der Gestaltung unendlich viele Möglichkeiten bestehen, von welchen die jeweils günstigste gewählt werden kann.

Erfindungsgemäß werden als Haupttransformationsglied mehrere Paare von je zwei Leitungstransformatoren mit solchen Abständen derart hintereinandergeschaltet, daß für die anzupassende frequenzabhängige Impedanz innerhalb des Frequenzbandes für mehr als zwei unmittelbar benachbarte Frequenzen gleichzeitig Anpassung erzielt wird.

Zunächst mögen an Hand der Abb. 1 bis 3 die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken in groben Zügen näher erläutert werden, und zwar für den Fall, daß das Hilfstransformationsglied 1 vor dem Haupttransformationsglied 2, dem eigentlichen Leitungstransformator, in die zu einer Antenne, beispielsweise einem Flächenstrahler 3, führende Übertragungsleitung 4 geschaltet ist (vgl. Abb. r).

Der Strahlungswidcrstand R der Antenne 3 durchläuft, z.B. auf die Stelle 5 in Abb. 1 bezogen, in Abhängigkeit von der Frequenz etwa zwischen den beliebig zu wählenden Grenzfrequenzen f₁ und /"₂ in der komplexen Zahlenebene die mit α bezeichnete Ortskurve in Abb. 2. Durch das Hilfstransformationsglied ι kann nun in an sich bekannter und einfacher Weise die der Frequenz fj zugeordnete Impedanz R in den Wert Z, der gleich dem Wellenwiderstand der Leitung 4 sein soll, transformiert werden. Diese Transformation kann beispielsweise mittels eines A/4-Transformationsstückes mit geeignet bemessenem Wellenwiderstand erfolgen. Auf dem hinter dem Transformationsglied ι anschließenden Teil der homogenen Leitung 4 gibt es dann eine Stelle 6, auf welche bezogen die Ortskurve des Widerstandes R der Antenne 3 für die zweite Grenzfrequenz f₂ einen ebenfalls rein reellen Wert R, z.B. R = 1,65 · Z, hat. Die Ortskurve des Antennenwiderstandes weist dann den in Abb. 2 mit b bezeichneten Verlauf auf.

Für die Frequenz f_x ist durch die Einschaltung des Hilfstransformationsgliedes 1 die Antenne 3 bereits richtig angepaßt. Der als Leitungstran.sformator wirkende Haupttransformator 2 wird nun so bemessen, daß er iür die Frequenz /', das Übersetzungsverhältnis ι : ι und für die Frequenz /₃ das Übersetzungsverhältnis 1,65: ι aufweist. Das bedeutet dann, daß für die Frequenz f_1: für die der Antennenwiderstand R bereits reflexionsfrei angepaßt ist, durch den Leitungstransformator 2 nichts geändert wird und daß für die Frequenz f₂ der Wert R 1,(15 ^ auch in den Wert Z transformiert wird.

Zu einem Leitungstranstormator mit den besagten Eigenschaften kommt man auf Grund folgender Überlegungen: Da ein Leitungstransformator aus mehreren einzelnen Vierpolen zusammengesetzt sein kann, setzen wir ihn aus zwei Einzelleitungstransformatoren zusammen. Die erste Bedingung, daß der gebuchte Leitungstransformator für die Frequenz f_l das Übersetzungsverhältnis I : ι haben soll, ist dann sehr einfach zu erfüllen. Man braucht im einfachsten Fall hinter einem ersten Einzelleitungstransformator nur den gleichen nach Vertauschung von Ausgang und Eingang zu setzen oder, allgemeiner, man schaltet zwei Einzelleitungstransformatoren mit reziprokem Übersetzungsverhältnis unmittelbar hintereinander. Der zweite Einzelleitungstransformator kann dabei rein äußerlich vom ersten ganz verschieden sein.

In Abb. 3 ist ein solcher aus zwei Einzeltransformationsgliedern 7 und 8 bestehender Leitungstransformator schematisch dargestellt. Der erste Einzelleitungstransformator 7 habe für die Frequenz f₁ als Anfang die Stelle A₁ und als Ende die Stelle A₂. Er habe für die Frequenz f_x das Übersetzungsverhältnis «², d. h., jede bei A₁ angeschlossene Impedanz R erscheint bei A₂ als ü² R bzw. als m ■ R, wobei m = ü'~ als Übersetzungszahl des Leitungstransformators deliniert ist. Der zweite Einzelleitungstransformator 8 mit reziprokem Übersetzungsverhältnis schließt unmittelbar bei A₂ an. Durch ihn wird der Impedanzwert m R bzw. M² · R, auf sein Ende A₃ bezogen, somit wieder in den Wert R übergeführt. Für die Frequenz f_x stellt die Hintereinanderschaltung beider somit einen Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : 1 dar, d.h., schaltet man diese Anordnung irgendwo im Zuge einer homogenen Leitung ein, die für die Frequenz /j mit ihrem Wellenwiderstand Z abgeschlossen ist, so ergibt sich keinerlei Impedanztransformation. Nun betrachten wir die Schaltung nach Abb. 3, ohne an ihr etwas zu ändern, bei der Frequenz /₂. Bei dieser Frequenz ändern sich sowohl die Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Leitungstransformatoren 7 und 8 als auch ihre Anfangs- und Endstellen. Der erste LeiUmgstransformator möge nun als Anfang und linde die Stellen B₁ und B₂, der zweite die Stellen B₂ und B₃ haben. B₂ und B₂ fallen nun nicht mehr zusammen. Demzufolge ergibt die Hintereinanderschaltung von 7 und 8 auch keinen Leitungstranslormator mehr mit dem Übersetzungsverhältnis 1:1. Die Hintereinanderschaltung ist aber auch für die Frequenz /₂ als ein verlustloser Vierpol mit anschließenden homogenen Leitungen, also als Leitungstransformator auffaßbar, dessen Anfang und Ende nun wiederum anders liegen, z.B. bei C₁ und C₃, und der ein Übersetzungsverhältnis verschieden von 1 : τ besitzt.

Insbesondere können die beiden einzelnen Leitungstransformatoren so gewählt werden, daß sich für die Frequenz f₂ für den zusammengesetzten Leitungstransformator gerade das gewünschte Widerstandsübersetzungsverhältnis, also z.B. 1,65: i, ergibt. Da, wie bereits erwähnt, jeder verlustlose Vierpcl, der an

⁴S seinem Eingang und Ausgang an homogene Leitungen anschließt, als Leitungstransformator auffaßbar ist, gibt es unendlich viele Möglichkeiten, die beiden Einzelleitungstransformatoren in dieser Weise auszuwählen.

Ein allgemeines Ausführungsbeispiel der Erfindung eines solchen zur Frequenzgangkompensation dienenden Leitungstransformators ist in Abb. 4 schematisch dargestellt.

In Abb. 4 sind mit g, 10 die beiden Leiter einer homogenen Leitung, für die der Einfachheit halber hier eine Paralleldrahtleitung angenommen ist, bezeichnet. In diese Leitung ist bei 11 eine Parallelinduktivität 12 vom Werte fZ eingeschaltet, wobei Z der Wellenwiderstand der Leitung 9, 10 sein soll.

Dieser Parallelbildwiderstand allein stellt noch keinen Leitungstransformator dar, sondern wird erst ein solcher durch Ergänzung mit geeigneten Längen der anschließenden homogenen Leitung. Wenn / die jeweilige Wellenlänge ist, so kommen, wie elementar zu berechnen ist, die Ergänzungslängen 0,16 X und 0,41 X in Frage. Dieser Emzelleitungstransformator transformiert jede an seinem Eingang bei 13 angeschlossene Impedanz R in den Wert 0,38 R an seinem Ausgang bei 14.

Schaltet man zwei solche Parallelinduktivitäten vom Werte jZ im Abstand 2 · 0,41 A₁ in die Leitung g,io ein, ordnet also bei 15 eine zweite Parallelinduktivität 16 vom Werte jZ an, so wird bei der Frequenz f_lt die der Wellenlänge X₁ entspricht, durch den von der Parallelinduktivität 12 gebildeten Leitungstransformator 18 jede Impedanz R in 0,38 R und durch den von der Parallelinduktivität 16 gebildeten Leitungstransformator 19 die Impedanz vom Wert 0,38 R wieder in R bei 17 übergeführt.

Der aus 18 und 19 zusammengesetzte Leitungstransformator, der dem Leitungstransformator 2 in Abb. ι entspricht, hat für die Frequenz f₁ also das Übersetzungsverhältnis 1:1.

Nun sei der Vierpol der Abb. 4 bei der Frequenz f₂, z.B. f₂ = 1,05 f_lt betrachtet. Da wir über die Art des Parallelwiderstandes jZ bei 11 bzw. bei 15 noch keine Angabe gemacht haben, wollen wir seinen eigenen Frequenzgang zunächst vernachlässigen. Er habe also auch bei f₂ den Wert jZ. Damit bleibt auch das Übersetzungsverhältnis der einzelnen von den Parallelinduktivitäten 12 und 16 gebildeten Leitungstransformatoren ungeändert. Weil sich aber die Wellenlänge verkürzt hat, ändern Anfang und Ende der einzelnen Transformatoren, die für die Frequenz /'₂ = 1,05 /\ mit 18' und 19' bezeichnet sind, ihren Ort. Der Leitungstransformator 18' und der Leitungstransformator 19' stoßen nicht mehr unmittelbar zusammen, sondern es befindet sich zwischen ihnen ein Leitungsstück der Länge 0,04 I₂. Aus diesem Abstand 0,04 X₂ und den Übersetzungsverhältnissen der einzelnen Leitungstransformatoren lassen sich aus an anderer Stelle rechnerisch ermittelten Kurven zur Bestimmung der Transformatorkenngrößen zweier hintereinandergeschalteter Vierpole Anfang und Ende des zusammengesetzten Leitungstransformators für die Frequenz f₂ sowie sein Übersetzungsverhältnis entnehmen. Bei dem vorliegenden Beispiel ergibt sich, daß eine an den Anfang bei 20 des aus 18' und 19' zusammengesetzten Leitungstransformators angeschlossene Impedanz für die Frequenz f₂ vom Wert 1,65 mit dem Wert R am Ende bei 21 erscheint.

Die Schaltung nach Abb. 4 hat also die Eigenschaften, daß der aus 18 und 19 bzw. 18' und 19' in der angegebenen Weise ermittelte resultierende Leitungstransformator bei der Frequenz f_A das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 und bei der Frequenz f₂ das Widerstandsübersetzungsverhältnis 1,65 : ι hat.

Im Zusammenhange mit den Abb. 1 und 2 ist oben klargelegt, daß, auf die Stelle 6 in Abb. 1 bezogen, der Antennenwiderstand die Ortskurve b (Abb. 2) auf- «■eist. Wenn also die Einrichtung so getroffen wird, daß, wie in Abb. 5 dargestellt, an die Stelle 6 (Abb. 1) unmittelbar der Anfang 20 des aus 12 und 16 resultierenden Leitungstransformators für die Frequenz f₂ anschließt, dann wird für die Frequenz f₂ der bei 6 bzw. 20 erscheinende Antennenwiderstand durch den

Leitungstransformator in den Wert Z übergeführt. Betrachtet man diese Hintereinanderschaltung bei der Frequenz f_lt so fällt die Stelle 6 bzw. 20 mit dem Anfang 13 des Leitungstransformators für die Frequenz f_v der das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 hat, nicht mehr zusammen. Da aber der Antennenwiderstand für die Frequenz f_x bereits den Wert Z hat, wird dieser durch das Leitungsstück des Wellenwiderstandes Z zwischen der Stelle 6 bzw. 20 und dem Anfang 13 des Leitungstransformators 18, 19 nicht geändert. Der Leitungstransformator mit seinem Übersetzungsverhältnis 1: 1 ändert dann den Wert Z ebenfalls nicht mehr. Damit ist erreicht, daß auf der hinter dem Leitungstransformator 18, 19 anschließenden Leitung sowohl für die Frequenz f_l als auch für f₂ hundertprozentige Anpassung vorliegt. Der Widerstand R der Antenne durchläuft nunmehr, bezogen auf die Stellung 17 am Ausgang der Kompensationsschaltung, eine Kurve, wie sie der ausgezogene Teil der Abb. 6 zeigt.

Durch die Größe jZ des Parallelblindwiderstandes hat man also gerade das richtige Widerstandsübersetzungsverhältnis 1,65 : ι für die Frequenz f₂ = 1,05 f_x erhalten. Wenn statt dessen ein anderes Widerstandsverhältnis, z.B. ein Widerstandsübersetzungsverhältnis von 1,4: i, erforderlich ist, dann kann dieses durch systematisches Probieren ermittelt werden. Der Parallelblindwiderstand jZ ergibt, wie festgestellt, ein Widerstandsübersetzungsverhältnis

1,65:1; erforderlich ist ein etwas kleineres Übersetzungsverhältnis. Die homogene Leitung 9,10 muß demnach durch den gesuchten Parallelblindwiderstand etwas weniger gestört werden. Man wird also beispielsweise mit einem Wert für den Parallelblindwiderstand von der Größe 1,5 JZ probieren. Man muß dann als erstes für die Frequenz f_x die erforderlichen Ergänzungslängen für die Vierpole ausrechnen. Daraus ergibt sich der Abstand, in dem die beiden Induktivitäten auf der Leitung angeordnet werden müssen, damit für die Frequenz f₁ das Übersetzungsverhältnis ι: ι vorliegt. Für die gefundene Schaltung ist als nächstes für die Frequenz f₂ das resultierende Übersetzungsverhältnis zu errechnen. Wenn man nunmehr für die beiden Parallelblindwiderstände jZ und 1,5 JZ das Übersetzungsverhältnis des Leitimgstransformators bei der Frequenz /"₂ graphisch aufträgt, so kann man bereits in erster Näherung interpolieren, wie groß der Parallelwiderstand wirklich gewählt werden muß, um Kompensation für die Frequenz f₂ zu erhalten.

Ein dritter Versuch mit dem interpolierten Wert ergibt den gesuchten Wert dann mit genügender Genauigkeit.

Das geschilderte Beispiel zeigt bereits deutlich einen

Vorteil der erfindungsgemäßen Breitbandanpassung.

Durch die Wahl eines reellen Übersetzungsverhältnisses für den Vierpol wird das Interpolieren des richtigen Wertes für die Frequenzkompensation einfach, und man kann mit wenigem Probieren mit absoluter Sicherheit die richtigen Werte auffinden.
Im Dezimeter- und Zentimeterwellengebiet werden nun Parallelinduktivitäten in vielen Fällen durch Stichleitungen realisiert. Unter der Voraussetzung, daß man in der Stichleitung homogenes Feld annimmt, kann ihre Länge berechnet werden. In Abb. 7, bei der von einer konzentrischen Übertragungsleitung 24, 25 ausgegangen wird, zeigt die rechte, gestrichelt gezeichnete Stichleitung 28', 29' die notwendige Länge einer solchen im Verhältnis zu ihrem Durchmesser bei einer Betriebswellenlänge 60 cm. Die bei der Berechnung notwendige Voraussetzung der Homogenität gilt hier offenbar für den größten Teil der Länge der Stichleitung, aber sicherlich nicht in der Umgebung ihrer Anschlußstelle. Es wird daher für die Länge derselben nur eine kleine Korrektur notwendig sein, die leicht ausprobiert werden kann.

Unter Zugrundelegung einer Betriebswellenlänge von λ = 15 cm ergibt sich, da der Leitungsdurchmesser der Stichleitung aus Gründen der Dämpfung und Festigkeit auch kaum schwächer werden kann, eine Länge für die Stichleitung, die nur sehr wenig größer als der Radius des Außenleiters ist (vgl. hierzu die ausgezogen gezeichneten Stichleitungen 26, 27 bzw. 28, 29 in Abb. 7). Offensichtlich liegt in diesem Falle über die Länge der Stichleitung kein homogenes Feld mehr vor. Es sind deshalb für die Länge der Stichleitungen erhebliche Korrekturen notwendig. Die notwendigen Korrekturen sind auch in diesem Falle durch experimentelles Probieren zu finden. Man wird hierzu zunächst einmal eine einzige Stichleitung, deren notwendige Länge man ungefähr auf Grund der obigen Rechnung abschätzt, bauen. Experimentell sind dann, nach einem an anderer Stelle beschriebenen bekannten Verfahren, für diese Anordnung bei der Frequenz f_x Anfang und Ende sowie das Übersetzungsverhältnis des Leitungstransformators zu bestimmen. Die gleiche Bestimmung nimmt man für die Frequenz f₂ vor. Aus den bei f_x gemessenen Werten ergibt sich der notwendige Abstand der zwei Stichleitungen, und aus den gemessenen Werten bei der Frequenz f₂ läßt sich dann das resultierende Übersetzungsverhältnis der zusammengesetzten Schaltungsanordnung für die Frequenz f₂ rechnerisch ermitteln. Da man es nur mit reellen Übersetzungsverhältnissen zu tun hat, kann das resultierende Übersetzungsverhältnis für die Frequenz f₂ — wenn es nicht zufällig schon stimmen sollte — nur zu klein oder zu groß sein. Dementsprechend wird man die Länge der Versuchsstichleitung etwas abändern und das Verfahren wiederholen. Auf diese Weise kann man mit etwa drei Versuchen die richtigen Größen für die Stichleitungen ermitteln.

Abb. 8 zeigt ein zweites praktisches Ausführungs- no beispiel eines Leitungstransformators mit dem Widerstandsübersetzungsverhältnis ι : ι für die Frequenz f, und 1,65 : ι für die Frequenz f₂. Es ist das ein Beispiel, das zeigt, daß die beiden Einzelleitungstransformatoren rein äußerlich ganz verschieden aufgebaut sein können. Als erster Einzeltransformator ist eine Polystyrolscheibe ^o, als zweiter Einzeltransformator eine Stichleitung 28, 29 verwendet. Die elektrischen Scheiben haben den Vorteil, daß sie auch bei Zentimeterwellen relativ einfach in ihren Transformations- ι«⁰ eigenschaften exakt zu berechnen sind und daß ^ie außerdem zur Halterung der Leiter der Übertragungsleitung benutzt werden können. Wegen der anderen Frequenzabhängigkeit der Polystyrolscheiben ist hier ein anderes Übersetzungsverhältnis der Einzeltransformatorcn für die Frequenz f\ erforderlich. Die P>e-

deutung der eingetragenen Daten und Längen geht aus dem Vergleich mit der Abb. 4 hervor.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 9, bei der ein homogenes Leitungsstück 30, 31 der ungefähren Länge λ von kleinerem Wellenwiderstand als die übrige Leitung 24, 25 verwendet wird. Auch hier geht die Bedeutung der eingetragenen Daten und Längen aus dem Vergleich mit der Abb. 4 hervor.

Ein solcher Leitungstransformator kann z.B. zur Kompensation des Frequenzganges des Strahlungswiderstandes eines Flächenstrahlers verwendet werden. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel ist in der Abb. g„ dargestellt. Mit 24, 25 sind wieder die beiden Leiter der Übertragungsenergieleitung, mit 36 der ungefahr λ lange Abschnitt kleineren Wellenwiderstandes dieser Leitung, der den Leitungstransformator darstellt, und mit 37 der über den zweckmäßig an der Stelle eines Strombauches vorgesehenen Kopplungsspalt 38 an die Leitung 24, 25 angeschlossene Parabol- flächenstrahier bezeichnet. Der Kopplungsspalt 38 verläuft mit seiner größeren Ausdehnung senkrecht zur Richtung der Flächenströme im Außenleiter 25 und erstreckt sich hier über den halben Umfang desselben. Von seiner Länge ist der Grad der Kopplung abhängig, und es kann seine Länge zur Veränderung des Kopplungsgrades einstellbar gemacht werden. Die Stromfäden, die auf dem Außenleiter 25 der Übertragungsenergieleitung parallel zur Achse fließen, werden durch den (Quer)-Kopplungsschlitz 38 gezwungen, sich als Vcrschiebungsströme über den Spalt fortzusetzen. Um das seitliche Ausbiegen der Stromfäden zu verhindern, können, wie in der Abb. angedeutet ist, Längsschlitze 39 im Außenleiter 25 am Kopplungsspalt 38 vorgesehen werden. Die Länge derselben wird gleich einem Bruchteil der Betriebswcllenlange, z.B. gleich λ/8, gewählt. Diese Längsschlitze bringen dann auch eine Erhöhung für die dämpfende Wirkung des Kopplungsspaltes 38 bzw. des Flächenstrahlers 37 mit sich. Außerdem können diese Längsschlitze, wie sich gezeigt hat, auch zur Breitbandanpassung des Strahlers 37 herangezogen werden.

Da jeder verlustlose Vierpol mit anschließenden liomogenen Leitungsstücken als Leitungstransformator auffaßbar ist, sind sehr viele praktische Ausführungsbeispiele der Erfindung (theoretisch unendlich viele) möglich. So kann z.B. bei einer Antennenzuführung cm Kniestück notwendig sein. Dieses ist ebenfalls als Einzelleitungstransformator aufiaßbar und kann damit durch richtige Bemessung unmittelbar zum Zwecke der Frequenzkompensation mit herangezogen werden. Gleiches gilt z.B. für den bei Dipolantennen in vielen Fallen notwendigen Übergang von einer Paralleldrahtleitung auf eine konzentrische Leitung. Zu den einfachsten Leitungstransformatoren gehören jedoch fur den Fall, daß konzentrische Leitungen vorliegen, ebene dielektrische Scheiben.

Den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen lag die Ortskurve α bzw. b der Abb. 2 für den Frequenzgang der anzupassenden Impedanz zugrunde.

Durch eine Zweiergruppe — so seien aus zwei hintereinandergeschalteten Einzelleitungstransformatoren bestehende Vierpole kurz genannt — läßt sich also diese Ortskurve für zwei wählbare Frequenzen, die innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches liegen, z. B. für die Frequenzen /Ί und f₂, genau in Punkt Z zusammenziehen. Die Frequenzgangkurve wird damit, wie bereits erwähnt, zu einer Schleife, wie sie die ausgezogene Kurve in Abb. 6 zeigt, zusammengezogen. Diese Schleife weist im Bereich zwischen den Frequenzen f_x und f₂ eine geringe Gesamtausdehnung auf und besitzt demzufolge einen geringeren Frequenzgang als die Ortskurve α bzw. b.

Durch eine weitere Zweiergruppe können gemäß der Erfindung für zwei weitere Frequenzen, z. B. für Z₁ — Af und f₂ -j-Af (vgl. Abb. 6), die Impedanzen wieder in einen Punkt zusammengezogen werden, wodurch eine weitere Verringerung des Frequenzganges erreicht wird. Die bereits erhaltene kleine Schleife kann sich dabei unter Umständen wieder etwas aufwickeln. Dieses Aufwickeln kann durch folgendes Verfahren klein gehalten bzw. vermieden werden: Nachdem man für die Frequenzen f_± und /₂ genau angepaßt hat, schaltet man weiterhin einen aus vier Einzelgliedern bestehenden Leitungstransformator an, der für die beiden Frequenzen f_x und f₂ das Über-Setzungsverhältnis 1: 1 hat und für eine dritte, beliebig zu wählende Frequenz f_s ein solches Übersetzungsverhältnis, daß auch für diese Frequenz genaue Anpassung erreicht wird (auf eine entsprechende Stelle der Übertragungsleitung bezogen, ist auch für die Frequenz f₃ der Antennen widerstand rein ohmisch).

Ein solcher Vierpol kann stets aus der Hintereinanderschaltung von vier einzelnen Leitungstransformatoren, die im einfachsten Falle alle einander gleich sind, aufgebaut werden. Abb. 10 zeigt eine derartige Anordnung aus vier gleich starken Polystyrolscheiben. Die aus den Einzeltransformatoren 32 und 33 bestehende Zweiergruppe und ebenso die aus den Einzeltransformationsgliedern 34 und 35 bestehende Zweiergruppe werden dabei so eingestellt, daß zu jeder von ihnen für die Frequenz f₁ das Übersetzungsverhältnis 1: 1 gehört. Unabhängig davon, wie weit diese beiden Zweiergruppen voneinander entfernt sind, hat dann die resultierende Vierergruppe, als Leitungstransformator aufgefaßt, alsdann für die Frequenz f₁ ebenfalls das Übersetzungsverhältnis 1:1. Der gegenseitige Abstand der beiden Zweiergruppen kann daher so gewählt werden, daß die Vierergruppe für die Frequenz f₂ ebenfalls das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 annimmt, no wie das aus den eingetragenen Daten und Abständen der Abb. 10 hervorgeht. Je nach der Stärke der Scheiben ergibt die Vierergruppe weiter bei der Frequenz f_s jedes gewünschte Übersetzungsverhältnis, so daß es möglich ist, für die Frequenz f₃ gleichfalls genaue Anpassung zu erzwingen.

Durch eine zusätzliche Achtergruppe kann man noch für eine vierte Frequenz exakt anpassen, durch eine weitere Sechzehnergruppe für eine fünfte Frequenz usw. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß man in vorteilhafter Weise die Anpassung eines breiten Frequenzbandes derart vornimmt, daß über dazwischenliegende Frequenzen sukzessiv von der einen Grenzfrequenz bis zur anderen Grenzfrequenz die Anpassung erzielt wird. Man kann aber auch von dei Mitte eines breiten Frequenzbandes aus sukzessiv

Claims (9)

1. über dazwischenliegende Frequenzen, die abwechselnd rechts und links von der Mittenfrequenz liegen, nach den beiden Rändern des Frequenzbereiches den Frequenzgang kompensieren. Wesentlich ist hierbei nur, daß mit kleinen Frequenzintervallen gearbeitet wird. Tunlichst wird man die elektrische Länge der gesamten Frequenzgangkompensationseinrichtung klein halten, um insbesondere für die Frequenzen, die unmittelbar an die Grenzfrequenzen anschließen, den

   ίο Frequenzgang nicht zusätzlich zu vergrößern.

   Endlich sei noch darauf hingewisen, daß der Erfindungsgegenstand auch zur exakten Anpassung einer Frequenzimpedanzortskurve für beliebig viele Frequenzen bei längeren Wellen angewendet werden kann.

   Wie nämlich an anderer Stelle ausgeführt ist, können Zweiergruppen, Vierergruppen usw. von Einzeltransformationsgliedern als Bandfilter mit einer, zwei usw. vorgegebenen Nullstellen der Dämpfung aufgefaßt werden. Das bedeutet, daß statt einer Zweiergruppe genausogut auch ein andersartiges Bandfilter mit den gleichen Eigenschaften, d. h. mit der gleichen Nullstelle der Dämpfung und gleichem Dämpfungsanstieg, und statt einer Vierergruppe ein anderes Bandfilter mit zwei Nullstellen der Dämpfung usw. verwendet werden kann. Diese Bandfilter dürfen dann aber nicht unmittelbar hintereinandergeschaltet werden, sondern es müssen entsprechende Leitungslängen zwischen die einzelnen Filter gelegt werden.

   Im Gebiet längerer Wellen bestehen nun solche Filter aus Serien- bzw. Parallelschwingkreisen. Im einfachsten Fall der Kompensation durch Zweiergruppen kommt man also durch die Übertragung des Erfindungsgegenstandes auf das Langwellengebiet auf die Frequenzkompensation mit Serien- bzw. Parallelschwingkreisen, die zwar nicht im speziellen, jedoch in dieser allgemeinen Form neu ist. Die zwischen die Bandfilter zu legenden Leitungslängen können hierbei durch Schaltungen mit konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten, z. B. durch geeignete X-Schaltungen mit frequenzunabhängigem Wellenwiderstand, ersetzt werden.

   Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten, insbesondere mit Flächenstrahlern ausgerüsteten Ultrakurzwelleneinrichtungen beschränkt. Selbstverständlich kann die Erfindung auch zur Anpassung von drahtförmigen Strahlern, z. B. von A/4 oder A/2 langen Dipolen, an deren Speiseleitungen verwendet werden. Mit besonderem Vorteil findet die Erfindung Anwendung bei Ultrakurzwellensende- und/oder -Empfangsanordnungen, die mit frequenzmodulierten Schwingungen arbeiten, wie z. B. bei Mehrfachtelefonie- oder Telegrafieeinrichtungen oder bei Fernsehanlagen. Ferner ist die Erfindung, wie bereits bemerkt, auch im Langwellengebiet in Verbindung mit aus Drahtspulen und konzentrierten Kapazitäten aufgebauten Serien- bzw. Parallelschwingkreisen zur Breitbandanpassung von Antennen verwendbar.

   \ Γ VNSl'R OClIE:

   Anordnung zur frequenzunabhängigen Anpassung der Impedanz von Kurz- und Ultrakurzwelleneinrichtungen, insbesondere solchen des Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebietes, z. B. von Ultrakurzwellenantennenimpedanzen, an einen frequenzunabhängigen konstanten ohmschen Widerstand z. B an den Wellenwiderstand von Übertragungsleitungen, innerhalb eines gewünschten Frequenzbereiches Af mit den beiden Grenzfrequenzen f₁ und f_z, unter Verwendung -J₀ eines vorzugsweise aus gleichartigen Einzeltransformationsgliedern bestehenden Transformationsgliedes (»Haupttransformationsgliedes<.), das so bemessen ist, daß es für die beiden Grenzfrequenzen zugeordneten Impedanzen wie ein Transformator mit reellem Übersetzungsverhältnis derart wirkt, daß die an seinem Ausgang auftretenden transformierten, den beiden Grenzfrequenzen zugeordneten Impedanzwerte einander gleich sind, wobei vor oder hinter dem Haupttransformationsghed ein Hilfstransformationsglied vorgesehen sein kann, welches so bemessen ist, daß es die angeschlossene frequenzabhängige Impedanz für beide Grenzfrequenzen in ohmsche Werte mit vorzugsweise wenigstens für eine Grenzfrequenz dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung gleichem Wert transformiert, dadurch gekennzeichnet, daß als Haupttransformationsghed mehrere Paare von je zwei Leitungstransformatoren mit solchen Abständen derart hintereinandergeschaltet werden, daß für die anzupassende frequenzabhängige Impedanz innerhalb des Frequenzbandes für mehr als zwei unmittelbar benachbarte Frequenzen gleichzeitig Anpassung erzielt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeltransformationsglieder des Haupttransformationsgliedes aus ungleichartigen Vierpolen, z. B. einer Polystyrolscheibe und Stichleitungen, aufgebaut sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeltransformationsglieder aus dielektrischen Scheiben bestehen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einzeltransformationsglieder des Haupttransformationsgliedes von einem ungefähr λ langen Abschnitt der Übertragungsleitung mit verschiedenem Wellenwiderstand gebildet werden.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine m der Über- no tragungsleitung an sich vorhandene Knickstelle, /,.B. ein Kniestück, zur Bildung eines Einzeltransformationsgliedes für das Haupttransformationsghed herangezogen wird.
6. b. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, ^1J5 dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Übertragungsleitung an sich vorhandene Übertragungsstelle zwischen zwei Leitungsarten der Übertragungsleitung, z. B. einer konzentrischen Leitung in eine aus zwei Drähten oder zwei Bändern bestehende Doppelleitung, zur Bildung eines Einzeltransformationsgliedes für das Haupttransiormationsglied herangezogen wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Haupttransforma- ¹²' tionsgheder Bandfilter \ erwendet werden, deren

   Bandbreite so gewählt ist, daß in dem bereits angepaßten Frequenzbereich die Impedanz nicht, bzw. nicht merkbar, transformiert wird und daß der Abstand der Bandfilter voneinander derart gewählt ist, daß durch das Bandfilter für an den Grenzen dessen Durchlaßbereiches liegende Frequenzen Anpassung erzwungen wird.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Bandfiltern liegenden Leitungsabschnitte durch Schaltungen mit konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten ersetzt werden.
9. 9. Die Anwendung des Gegenstandes der Ansprüche ι bis 8 oder eines derselben zur Anpassung eines über einen Kopplungsspalt an eine konzentrische Energieleitung angeschlossenen Flächenstrahlers, insbesondere Parabolflachenstrahlers.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 202644;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 241 616,
   britische Patentschrift Nr. 464 825.

   Hierzu r Blatt Zeichnungen

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