-
Einrichtung zur Transformation eines erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstandes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Transformation eines erdunsymmetrischen
Hochfrequenzwiderstandes mit einem über den Wert von i :.4 hinausgehenden Transformationsverhältnis.
-
Der Wert von i :4, für den eine entsprechende Anordnung bereits vorgeschlagen
wurde (deutsches Patent 872 085), ist für viele Fälle nicht ausreichend.
Erfindungsgemäß wird daher eine Transformation im Verhältnis des Quadrates einer
ganzen Zahl höher als Zwei verwirklicht, also im Verhältnis i : 9, i : 16, i :25
usw., die sich reflexionsfrei mit einfachen Mitteln durchführen läßt.
-
Man könnte daran denken, die erwähnte, schon vorgeschlagene Anordnung
für das Transformationsverhältnis i :-4 mit einer zweiten Anordnung gleicher Art
hintereinanderzuschalten, um so zu einem Verhältnis von i : 16 zu gelangen. Aber
dieser Weg erweist sich praktisch als unvorteilhaft, weil hierbei die hochohmige
Seite durch Reihenschaltung zweier koaxialer Leitungen gebildet wird, deren Wellenwiderstand
wirtschaftlich im allgemeinen nicht über i2o ,Q dimensionierbar ist, so daß der
Widerstand der hochohmigen Seite nicht wesentlich über 2,.o Q gesteigert werden
könnte. Außerdem würde eine solche Anordnung auf ein Transformationsverhältnis von
i : 16 beschränkt bleiben. Anordnungen, die ein Transformationsverhältnis höher
als i : 4. herzustellen gestatten, sind als solche bekannt. Bei diesen werden Spulenpaare
aus gleichsinnig, aber getrennt voneinander gewickelten Spulen verwendet, welche
derart nebeneinander angeordnet sind, daß der Vierpol, dessen Eingangsklemmen durch
die benachbarten Wicklungsanfänge und
dessen Ausgangsklemmen durch
die benachbarten Wicklungsenden beider Spulen gebildet werden, zufolge der verteilten
Induktivitäten und Kapazitäten der Spulen den Charakter einer Doppelleitung hat.
Die Spulenpaare werden zur Erzielung einer Transformationswirkung auf der einen
Seite parallel, auf der anderen in Reihe geschaltet.
-
Derartige Doppelleitungsanordnungen sind zur Lösung der Aufgabe, einen
erdunsymmetrischen Widerstand unter Aufrechterhaltung seines erdunsymmetrischen
Charakters zu transformieren, schlecht geeignet. Der das potentialverlagernde Feld
aufbauende Strom wirkt mindestens auf einer Seite der Anordnung immer als störende
Komponente, so daß entweder die Symmetrie nicht mehr exakt gegeben ist oder zu dem
zu übertragenden Wirkstrom ein Blindstrom kommt, der Fehlanpassung verursacht. Dieser
Strom läßt sich nicht ohne Sondermaßnahmen kompensieren, da er auf beiden Leitern
gleich stark auftritt.
-
Zu einem befriedigenden Ergebnis gelangt man, indem man eine bekannte
Einrichtung zur Transfortnation eines erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstandes
mit einem über den Wert von 1 : q. hinausgehenden Transformationsverhältnis verwendet,
bei welcher die von dem niederohmigen Widerstand kommende Leitung sich zur Erzielung
einer Transformation im Verhältnis des Ouadrates einer ganzen Zahl größer als Zwei
in eine der ganzen Zahl entsprechende Anzahl von Leistungszweigen gabelt, welche,
vom Verzweigungspunkt aus gemessen, elektrisch gleich lang sind und deren jede ein
der ganzen Zahl entsprechendes Vielfaches des Wellenwiderstandes besitzt und deren
Enden in Reihe geschaltet sind. Gemäß der Erfindung werden bei einer solchen Einrichtung
koaxiale Leitungen verwendet und Mittel vorgesehen, die die notwendigen Ausgleichsströme
auf dieAußenleiter derjenigen Zweige b, c, d ... oder auf Teile derselben
zwischen dem Verzweigungspunkt L und dem Reihenschaltungspunkt an ihrem Ende beschränken,
deren Außenleiter Spannung gegenüber Erde führen. Bei derartigen Anordnungen beschränken
sich die notwendigen Ausgleichsströme, die bei Doppelleitanordnungen die erwähnten
Störeffekte verursachen, auf die Außenleiter und sind, wie weiter unten dargelegt
wird, kompensierbar. Außerdem lassen sich derartige Anordnungen ohne Schwierigkeiten
für beliebig hohe Leistungen auslegen. Auch brauchen sie nicht als Spulen ausgeführt
zu sein, obwohl dies bei längeren Wellen vorteilhaft sein kann; die Funktion ist
auch bei gestreckter Ausführung gegeben.
-
Bei dieser Anordnung besteht die hochohmige Seite in der Grundform
und bei einem Transformationsverhältnis von z. B. i : 9 aus drei und bei einem Transformationsverhältnis
von i : 16 aus vier an ihren Enden inReihe geschalteten koaxialenLeitungen, deren
jede 120 SZ Wellenwiderstand aufweisen kann, so daß man bei ersterer Anordnung 36o
n, bei letzterer ,48o Q auf der hochohmigen Seite verwirklichen und bei höheren
Transformationsverhältnissen zu noch höheren Widerständen gelangen kann. In der
Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig.
i ein Schaltungsschema derGrundform einer Einrichtung für das Transformationsverhältnis
i :9 zur Transformation bei einer Frequenz, Fig. a ein entsprechendes Schema für
das Transformationsverhältnis i : 16, Fig.3 ein Schaltungsschema einer Einrichtung
mit zusätzlicher Reaktanz für eine Zweigleitung und für ein Transformationsverhältnis
i : 9 zur Transformation in einem Frequenzbereich, Fig. q. ein entsprechendes Schema
für das Transformationsverhältnis i : 16, Fig. 5 ein Schaltungsschema einer Anordnung
für mittlere und lange Wellen und das Transformationsverhältnis i : 9, bei welcher
die Zweigleitungen zu Spulen aufgewickelt sind, Fig. 6 ein entsprechendes Schema
für das Transformationsverhältnis i : 16, Fig. 7 ein Schaltungsschema einer Einrichtung
gemäß Fig. 5 mit quasistationärer Ausbildung eines Laufzeitgliedes und abgeänderter
Anordnung des zweiten für das Transformationsverhältnis i :9, Fig. ß ein entsprechendes
Schema für das Transformationsverhältnis i : 16 und Fig.9 ein Schaltungsschema einer
Einrichtung für lange Wellen mit Spulen und quer geschalteten Kondensatoren an Stelle
koaxialer Leitungen für das Transformationsverhältnis i : 9.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. i, die zur Transformation bei einer
Frequenz im Verhältnis i : 9 bestimmt ist, gabelt sich die von dem erdunsyrnmetrischenHochfrequenzwiderstand
kommende koaxiale Leitung K mit dem Wellenwiderstand Z im Verzweigungspunkt i in
die drei Zweige a, b und c von unter sich gleicher elektrischer Länge. Jede Zweigleitung
weist den Wellenwiderstand 3 Z auf, so daß der Kombinationswiderstand der drei Zweige
bei Parallelschaltung wiederum Z beträgt. An ihren Enden sind die Spannungen der
drei Zweige mittels der Verbindungen 2, 3 in Reihe geschaltet und speisen über die
Verbindungen 4, 5 den erdunsymmetrischen Hochfrequenzwiderstand der den Wert 9 Z
haben muß, wenn die Anordnung reflexionsfrei abgeschlossen sein soll. Dies ergibt
sich daraus, daß der über den Widerstand R fließende Strom gleich dem Strom jeder
Zweigleitung sein muß, der seinerseits durch den Wellenwiderstand der Zweigleitung
festgelegt ist und ein Drittel des Stromes der Leitung K beträgt. Dieser Strom kann
aber wegen der durch die Reihenschaltung verdreifachten Spannung nur zustande kommen,
wenn der Widerstand gegenüber dem Wellenwiderstand der Leitung K verneunfacht ist.
-
Bei der soweit beschriebenen Anordnung würde die Spannung am Ende
von a einen Ausgleichsstrom über die Verbindungsleitung 2 und die Außenleiter der
Zweige b und a zum Ende des Außenleiters von a zurücktreiben. Dieser Ausgleichsstrom
würde einen Spannungsabfall längs des Außenleiters des Zweiges a zur Folge haben,
der vermieden werden muß, da er das Potential des Punktes 6 gegenüber dem Punkt
E verlagern würde.
Andererseits ist aber ein Ausgleichsstrom am
Ende des Zweiges b erforderlich, um hier das Potential auf das Potential des Innenleiters
von a einzustellen, um die Spannung von b der Spannung von a anreihen zu können.
Ähnliches gilt für die anderen Zweige.
-
Um diesen Bedingungen zu genügen, wird das Ende der Zweigleitung b
mit einem Mantel e umgeben, der bei 7 an den Außenleiter von b angeschlossen und
am oberen Ende mit dem Außenleiter von a elektrisch verbunden ist (8).
-
Der über die Verbindung 2 fließende Ausgleichsstrom nimmt nunmehr
seinen Weg über den Außenleiter voll b bis zum Anschlußpunkt 7 und von da über die
Innenhaut des Mantels e und über die Verbindung 8 zum oberen Ende des Außenleiters
von a zurück. Der Außenleiter- von a. wird somit von dem Ausgleichsstrom nicht mehr
berührt, so daß an seinem oberen Ende das Erdpotential erhalten bleibt.
-
Andererseits baut sich auf das Erdpotential im Punkt 7 des Außenleiters
b durch das durch den Ausgleichsstrom hervorgerufene Wechselfeld zwischell dem Mantel
e und dein gegenüberliegenden Teil des Außenleiters von b eine zusätzliche Spallnullg
auf, die das Potential am oberen Ende des Außenleiters von b auf das des
Innenleiters von a
liebt, so daß die Spannung des Zweiges b mit der des Zweiges
a. trotz der Erdung im unteren Teile von b
in Reihe gelegt werden kann.
_ Der über die Verbindung 2, den Außenleiter b, Iantel e und die Verbindung 8 fließende
Ausgleichsstrom belastet die Spannung des Zweiges a in an sich unerwünschter Weise.
Da es sich jedoch bei annähernd verlustfreiem Aufbau im wesentlichen um einen Blindstrom
handelt, kalin seine belastende Wirkung kompensiert werden. Dies geschieht da-(lurch,
daß die Länge des Mantels e gleich i/q. gemacht wird, wobei z die Betriebswellenlänge
bezeichnet. Dann bildet der :Mantel den all sich bekannten 44-Sperrtopf voll L i
n d e n b 1 a d (USA.-Patentschrift 2 231 839). Dabei wird
der Ausgleichsstrom in den Verbindungen 2 und 8 Null, während er ini Anschlußpunkt
7 seinen Höchstwert besitzt; umgekehrt ist die durch das Feld zwischen
e und Außenleiter b hervorgerufene Spannung im Punkt 7 Null, während
sie am oberen Ende ihren Höchstwert erreicht.
-
In gleicher Weise arbeitet ein um den Außenleiter von c gelegter Mantel
f, der bei 9 an den Außenleiter angeschlossen ist und am oberen Ende durch eine
Verbindung i i mit dem Mantel e oder dem Punkt 6 verbunden ist. Da der Innenleiter
des Zweiges b die doppelte Spannung der Leitung K gegen Erde führt, muß die zusätzliche,
zwischen f unddem Außenleiter von c erzeugte Spannung doppelt so hoch sein wie die
zwischen e und b, um die Spannung des Zweiges c anreihen zu können.
Die dargestellte Anordnung entspricht dieser Forderung, weil die am oberen Ende
zwischen c und f Herrschende Spannung infolge Hintereinanderschaltung des Zweiges
b mit seiner zusätzlichen Spannung gegen e auch einen doppelt so starken Ausgleichsstrom
in f und c mit entsprechend stärkerem Wechselfeld hervorruft. Der Innenleiter des
Zweiges c nimmt auf diese Weise die dreifache Spannung eines Zweiges gegen Erde
an. Auch der Ausgleichsstrom auf dem Außenleiter des Zweiges c bleibt auf den Teil
innerhalb des Mantels beschränkt. Er ist bei gleichen Abmessungen der Zweige b und
c und der Mäntel e und f doppelt so stark wie der Strom auf dem Außenleiter von
b, da er von der doppelten Spannung verursacht wird. Auch seine blindbelastende
Wirkung und der Strom in i i verschwindet, wenn der Mantel 7/q. lang ist.
-
Fig.2 zeigt eine Anordnung mit vier Zweigleitungen a, b, c,
d zur Transformation im Verhältnis i : 16, die sinngemäß in der gleichen
Weisewirkt wie die Anordnung nach Fig. i. Der Innenleiter des Zweiges d nimmt die
vierfache Spannung gegen Erde all. Durch Il:inzufügen einer weiteren Zweigleitung
und Bemessung des Wellenwiderstandes aller Zweigleitungen mit 57_, läßt sich die
Anordnung nach Fig. 2 zur Transformation i : 25 ausbauen. In entsprechender `''eise
lassen sich beliebig höhere Transformationsverhältnisse von der Größe der Quadrate
der ganzen Zahlen erreichen.
-
Die Zweigleitungen, in die sich die Leitung K gabelt, müssen in ihrer
Länge so bemessen sein, daß die Laufzeit bis zu ihrem Ende für alle Zweige gleich
ist, so daß die Spannungen dort in Phase sind. Die Laufzeitbedingung ist dann erfüllt,
wenn die elektrische Länge, die gleichbedeutend mit dem Wellenwinkelmaß ist, vorn
ersten Verzweigungspunkt aus gemessen für alle Zweigleitungeil gleich ist. Dabei
ist es ohne weiteres zulässig, daß mehrere Verzweigungspunkte vorhanden sind, wie
es bei den nachfolgend behandelten Anordnungen gelegentlich als zweckmäßig durchgeführt
ist.
-
Wird die Transformation in einem Frequenzbereich statt bei einer Frequenz
gewünscht, so sind diese Anordnungen auch hierzu grundsätzlich geeignet, jedoch
treten parallel zu den Spannungen der einzelnen Außenleiter gegen Erde bei Abweichung
von der Frequenz, bei der die Sperrtöpfe 2/.a. lang sind, Blindbelastungen auf,
die die einzelnen Teilspannungen verschieden belasten und damit denAnpassungszustand
der Anordnung stören. Die Kompensation dieses Einflusses ist bei den Anordnungen
nach Fig. i und 2 schlecht durchführbar. Demgegenüber läßt sich bei den nachfolgend
beschriebenen Schaltungen diese Kompensation ohne weiteres verwirklichen, so daß
diese Anordnungen praktisch voll größerer Bedeutung sind.
-
Die .Ausführungsform nach Fig. 3 ist für das Transformationsverhältnis
i :9 bestimmt. Die Zweigleitung a und ein Teil der anderen Zweigleitungen ist unterirdisch
verlegt. Der Innenleiter des Zweiges a ist durch eine Verbindung :2 mit dein Außenleiter
des Zweiges b, der Innenleiter des Zweiges b mit dem Außenleiter des Zweiges c durch
eine Verbindung 3 verbunden. Die oberirdischen Teile der Zweigleitungen b und c
laufen, aus der Erde kommend, ein Stück miteinander zusammen, und ihr freier Teil
ist etwa A/4 lang gehalten. Die unterirdisch und dadurch abgeschirmt angeordneten
Teile
sind so bemessen, daß sie die oberirdischen Teile zu einer für alle Zweigleitungen
gleichen Länge ergänzen. Unter dieser Voraussetzung ist ein einheitlicher Verzweigungspunkt
i nicht erforderlich. Die Wellenwiderstände der Zweigleitungen betragen von dem
Punkt i bzw. 1a aus, von denen sie sich abzweigen, je 3Z. Bei dem zwischen den Verzweigungspunkten
i und 1a liegenden Leitungsstück entspricht der Wellenwiderstand dem kornbinationswiderstand
der abzweigenden Leitungen, nämlich 1,5 Z.
-
Der durch die Spannung von a getriebene Ausgleichsstrom fließt über
die Verbindung a, den Außenleiter von b über die Erde zu dem Punkt 13 von
a. Der aus der Spannung von b entstehende Ausgleichsstrom nimmt seinen
Weg über die Verbindung 3, den Außenleiter von c bis zum Anschlußpunkt 14 und den
Außenleiter von b.
-
Die Spannung am Ende des Zweiges cc ist mit der Reaktanz der Schleife
belastet, die aus dem Außenleiter des Zweiges b gegen Erde gebildet wird. Ebenso
ist die gegen Erde gemessene Spannung am Ende des Innenleiters von b (Punkt 3) mit
der Reaktanz des Außenleiters von c gegen Erde belastet, während die Spannung des
Zweiges c (Innenleiter gegen Außenleiter) nicht durch von den Außenleitern der anderen
Zweige gebildete Reaktanzen belastet ist. Die Teilspannungen der hochohmigen Seite
und damit auch die Ausgänge der einzelnen Leitungszweige haben also sehr verschiedene
Blindbelastungen, die je für sich, aber nicht ohne weiteres gemeinsam kompensierbar
sind. Als Bedingung für die Kompensierbarkeit dieser unvermeidlichen Blindbelastungen
muß nämlich gefordert werden, daß alle Zweigleitungen am Reihenschaltende übereinstimmend
belastet sind, daß also die Ersatzschaltung der hochohmigen Seite der Anordnung,
die aus drei in Reihe geschalteten olimschen Widerständen gleicher Größe als Ersatz
der Wellenwiderstände der Zweigleitungen besteht, zu denen jeweils eine Reaktanz
parallel geschaltet ist, die die Größe der zum Ende der jeweiligen Zweigleitung
parallel liegenden Reaktanz hat, durch einen einzigen ohmschen Widerstand, dessen
Wert gleich der Summe der einzelnen, und durch eine einzige parallel geschalteteReaktanz,
deren Wert ebenfalls gleich der Summe der einzelnen sein muß, gleichwertig ersetzt
werden kann, was aber nur möglich ist, wenn die Reaktanzen untereinander gleich
sind. Diese Kompensierbarkeitsbedingung ist nicht ohne weiteres erfüllt.
-
Berücksichtigt inan aber, claß die Spannungen, die die Schleifenblindströme
treiben und damit auch die magnetischenWechselfelder erzeugen, miteinander in Phase
sind, so läßt sich die Kompensierbarkeitsbedingung erfindungsgemäß dadurch erfüllen,
daß man die Schleife b mit der geringeren Spannung so fest mit der Schleife c, an
der die höchste Spannung gegen Erde liegt, koppelt, daß die im Betrieb an ihr liegende
Spannung durch das Wechselfeld der anderen induziert wird. Hierdurch wird eine zusätzliche
Stromaufnahme der Schleife mit der geringeren Spannung, die zum Aufbau des Feldes
erforderlich wäre, das der Spannung das Gleichgewicht halten soll und die die Teilspannung
zusätzlich belasten würde, überflüssig.
-
Die gesamte Blindlast wird dann also von der höchsten Teilspannung
(gegen Erde) übernommen. die als Summe mehrerer Teilspannungen alle Zweigleitungen
gleichmäßig belastet mit Ausnahme der Zweigleitung c mit dem höchsten Potential,
die nicht durch eine unvermeidliche Realtanz belastet ist.
-
Bezeichnet maii mit L i die Induktivität der Schleife c, an der die
höchste Teilspannung liegt, und mit 31 die Gegeninduktivität der beiden Schleifen
(b und c gegen Erde), so muß 21 = 1/z L1 gemacht werden. Diese Gegeninduktivitätsbedingung
läßt sich leicht durch geeignete Bemessung der Durchmesser derAußenleiter und derAbstände
derselben voneinander und -von der Erde erfüllen. Durch diese Maßnahmen lassen sich
zwar die Blindbelastungen der Zweigleitungen a und b ausgleichen; der Zweig c, der
nicht durch eineReaktanz belastet ist, die von den Außenleitern der anderen Zweige
gebildet wird, ist aber nach wie vor ohne Blindlast. Erfindungsgemäß wird aber auch
dieser Zweig durch eine zusätzliche Reaktanz belastet, die die gleiche Größe und
den gleichen Fredueiizgang haben muß wie die die anderen Leitungen belastenden unvermeidlichen
Reaktanzen, um damit die Kompensierbarkeitsbedingung vollständig zu erfüllen. Dies
geschieht in Fig. 3 durch den Parallelresonanzkreis 15.
-
Die Kompensation der unvermeidlichen Blindbelastung der hochohmigen
Seite in einem großen Frequenzbereich kann nach sämtlichen an sich bekannten Methoden
erfolgen. Da die unvermeidliche Reaktanz immer in Parallelschaltung zur hochohmigen
Seite erscheint, bieten sich die Möglichkeiten der Ergänzung zum L-Glied für geringere
bzw. zum TI-Glied für höhere Ansprüche. Je nachdem die zu kompensierende Reaktanz
den Freduen7gang einer Induktivität oder eines Parallelresonanzkreises hat, muß
zu einem Hochpaß- oder Bandpaßglied ergänzt werden. In Fig. 3 ist als Beispiel die
Kompensation durch Ergänzung zum Bandpaß-ll-Glied dargestellt. Das Längselement
m und das Ouereleinentp haben dieResonanzfrequenz, die der A/4-Resonanz der Transformationsanordnung
entspricht. Bei Ergänzung zum Bandpaß-11-Glied kann außerdem der Reihenresonanzkreis
durch eine 7/4-Leitung, deren Wellenwiderstand gleich dem Widerstand der hochohmigen
Seite der Transformationsanordnung ist, oder durch eine A/2-Leitung erreicht werden,
deren Wellenwiderstand größer als dieser Wert ist, wie anderweitig vorgeschlagen
worden ist. Ferner ist es häufig möglich, Kapazitäten und Induktivitäten durch leerlaufende
oder kurzgeschlossene Leitungsstücke zu ersetzen.
-
Soll die Anordnung zwar in einem größeren Frequenzbereich Verwendung
finden, soll jedoch die unvermeidliche Blindbelastung nicht nach einer der angegebenen
iMethoden im ganzen Frequenzbereich freduenzunabhängig kompensiert werden, sobesteht
die Möglichkeit, die Reaktanz jeweils für die Betriebswelle
durch
Parallelschaltung einer entgegengesetzt gleichen Reaktanz, z. B. eines Parallelresonanzkreises,
durch Abstimmung zu kompensieren. Dieser Parallelresonanzkreis wird, je nachdem
ob die Länge der (gestreckt angeordneten) Zweigleitungen frequenzabhängig größer
oder kleiner als d/4 ist, induktiv bzw. kapazitiv eingestellt. Soll die kompensierende
Reaktanz parallel zur hochohmigen Seite geschaltet werden, so muß die Transformationsanordnung
der Kompensierbarkeitsbedingung genügen. Die zusätzliche Reaktanz 15 läßt sich aber
einsparen und damit gleichzeitig die gesamte 131indleistung reduzieren, wenn man
die kompensierende Reaktanz nur zu dem Teil der Transformationsanordnung parallel
schaltet, der unvermeidlich blindbelastet ist, d. h. wenn man sie zwischen Punkt
3 und Erde schaltet. Dann braucht auch nur dieser Teil der Kompensierbarkeitsbedingung
zu genügen, und die zusätzliche Reaktanz ist nicht erforderlich.
-
Alle bisher erwähnten Maßnahmen sind auch bei den im folgenden besprochenen
Anordnungen möglich.
-
Außerdem besteht die Möglichkeit, die wirksame Länge derAußenleiter
der einzelnenZweigleitungen in an sich bekannter Weise (v g1. z. B. Deutsche Patentschrift
8o6446, Fig.7) durch einenKurzschlußschieber q, der alle Außenleiter miteinander
und mit Erde verbindet, für die jeweilige Betriebswelle auf %/4. einzustellen. Die
Transformationseinrichtung, die hierbei zweckmäßig in einen die Zweigleitungen allseitig
umgebenden Abschirmkasten eingebaut wird, um besser definierte Verhältnisse zu erhalten,
braucht hierbei die Kompensierbarkeitsbedingung nicht zu erfüllen, da die blindbelastende
Wirkung jeder einzelnen Zweigleitung für sich verschwindet, wenn ihre Länge ?./q.
ist.
-
Die für das Transformationsverhältnis i : 16 ebenfalls zur Transformation
in einem Frequenzbereich eingerichtete Ausführungsform der Fig. d. entspricht in
allen Einzelheiten sinngemäß der Ausführungsform der Fig. 3, nur daß noch eine vierte
Zweigleitung d hinzugetreten ist, deren Außenleiter durch die Verbindung 16 mit
dem Innenleiter des Zweiges c verbunden ist. Die Zweigleitungen a, b,
c,
d weisen je den Wellenwiderstand d.Z auf. Die Wellenwiderstände der Verbindungsstücke
zwischen den Abzweigpunkten i und 12 bzw. 12 und 17 betragen 1,33Z bzw. 2Z.
-
Die über die Außenleiter benachbarter Zweige und die Verbindungen
2, 3 und 16 fließenden Ausgleichsströme aus den Spannungen der Zweige a,
b, c werden mittels Kopplung mit dem Zweig d der höchsten Teilspannung
kompensiert, welch letztere sich von a nach c steigern. Für die Kopplung der aus
dem Außenleiter der Zweigleitungc gegen Erde und der Zweigleitung d gegen Erde gebildeten
Schleifen ist M = 2/3 L 1 zu machen, und für die Kopplung der aus dem Außenleiter
der Zweigleitung b gegen Erde und der Zweigleitung d gegen Erde gebildeten Schleifen
M = 1/3 L1.
-
Auch hier kann die Belastung des Zweiges d, der die höchste Spannung
aufweist, die aber nicht durch einen Ausgleichsstrom belastet ist, durch eine zusätzliche
Reaktanz mit Hilfe eines Parallelresonanzkreises erfolgen. Statt dessen ist in Fig.
q. eine kurzgeschlossene A/4-Leitung N vorgesehen, die elektrisch einen der Außenleiter
der Zweige nachbildet, deren mechanische Dimensionen aber von denen der Außenleiter
abweichen können. Die Kompensation der gesamten Blindbelastung erfolgt wie bei Fig.
3 durch Ergänzung zum Bandpaß-II-Glied mit Hilfe des Längselementes in und des Querelementes
p. Auch der Kurzschlußschieber q (Fig.3) läßt sich auf diese Ausführungsform
ohne weiteres anwenden, ebenso können die sonstigen bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 3 besprochenen Maßnahmen, insbesondere die gesonderte Kompensierung der
einzelnen blindbelasteten Teile, sinngemäß angewendet werden.
-
Weitere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens, die sich hauptsächlich
für mittlere und lange Wellen eignen, zeigen die Fig. 5 bis B. Die Ausführungsform
nach Fig.5 transformiert im Verhältnis i : g. Die Zweigleitungen sind hier zur Erhöhung
der die hochohmige Seite belastenden Reaktanzen zu Spulen aufgewickelt. Hierbei
wurdedie die Zweigleitung b belastende, aus dem Außenleiter von c bestehende Spule
auf die Spule, die aus der Zweigleitung b bzw. den bis zum Verzweigungspunkt ig
als Leitung r gemeinsam geführten Zweigen b und c hergestellt ist, aufgesetzt und
mit ihr gekoppelt. Dies ist möglich, da das Potential am Ende des Außenleiters von
c bei gleicher Phasenlage die doppelte Größe hat wie das des Endes des Außenleiters
von b. Zur Erfüllung der Laufzeitbedingung muß das vom Verzweigungspunkt ig aus
gemessene Ende des Zweiges c für den Zweig b nachgebildet werden, bevor die Reihenschaltung
erfolgt. Der Außenleiter dieses Laufzeitgliedes am Ende des Zweiges b braucht keine
Induktivität zu haben. Die Zweigleitungen b und c werden bis zum Verzweigungspunkt
ig gemeinsam als eine Leitung r mit halbem Wellenwiderstand geführt. Dies ist meist
aufwandsmäßig günstiger als die Parallelführung der Außenleiter, wie in Fig. 6 dargestellt.
Letztere Ausführung ist jedoch dann vorteilhafter, wenn die unvermeidliche Kapazität
des Laufzeitgliedes gegen seine Umgebung stört, da dieses dann (unterhalb der Spule)
auf Erdpotential liegt. Außerdem unterscheidet sich die Anordnung nach Fig. 6 noch
von der nach Fig. 5 durch das Hinzukommen der vierten Zweigleitung d, für die das
gleiche gilt wie in Fig. 5 für c, womit die Anordnung das Transformationsverhältnis
i : 16 erhält.
-
Eine Verringerung des Aufwandes läßt sich häufig dadurch erreichen,
daß man die Leitungsstücke, die lediglich zur Erhöhung der Laufzeit der verschiedenen
Zweigleitungen auf den Betrag der Laufzeit der längsten Zweigleitung dienen, in
an sich bekannter Weise durch quasistationäre Anordnungen, und zwar durch Spulen
mit quer geschalteten Kondensatoren, ersetzt, wie dies z. B. in Fig. 7 für den Zweig
a durch die Spule 21 und die gegen Erde geschalteten Kondensatoren geschieht. Eine
derartige Anordnung ist unterhalb einer vorgegebenen
Grenzfrequenz
elektrisch ein vollwertiger Ersatz für ein Leitungsstück. Bedingung ist nur, daß
die erwähnte Grenzfrequenz höher liegt als die höchste Betriebsfrequenz, da eine
derartige sogenannte »Spulenleitung« Tiefpaßeigenschaften hat. Die erwähnte Bedingung
für die Grenzfrequenz ist immer erfüllbar, und zwar durch genügend feine Unterteilung
der Spulen und der Kondensatoren, bedeutet also keine Einschränkung.
-
Die Spule 22, die die den Zweig c belastende, zur Erfüllung der Kompensierbarkeitsbedingung
zusätzlich notwendige Reaktanz darstellt, ist in den Fig. 5 bis 8 zur Erhöhung der
Gesamtinduktivität mit der aus den Außenleitern der Zweigleitungen gebildeten Spulenanordnung
gekoppelt.
-
Schließlich ist in der Anordnung Fig. 7, die das Transformationsverhältnis
i : 9 herstellt, das Laufzeitglied am Ende der Zweigleitung b nach Fig. 5 dadurch
vermieden, daß der Verzweigungspunkt i9 höher gelegt und das Laufzeitglied für b,
in ähnlicher Weise wie das Ende des Zweiges c als Spule ausgebildet, in rückwärtiger
Verlängerung des Zweiges c angeordnet und mit der Gesamtanordnung gekoppelt ist.
In ähnlicher Weise hat die Anordnung nach Fig.8 für das Transformationsverhältnis
i : 16 zwei Verzweigungspunkte innerhalb der Spulenanordnung: Punkt i9, in dem sich
die innere Spule in die Zweige c und d gabelt, und Punkt 23, in dem die Zweigleitung
b abzweigt. Mit den Spulenanordnungen der Fig. 7 und 8 ist es möglich, durch geeignete
Wahl der Abmessungen gleichzeitig die Kompensierbarkeitsbedingung und die Laufzeitbedingung
zu erfüllen, also die elektrische Länge aller Zweigleitungen mit Ausnahme der Zweigleitung
a, vom ersten Verzweigungspunkt i aus gemessen, gleichzumachen. Sollte sich nach
Fertigstellung eines voraus geplanten Aufbaues dieser Art ergeben, daß die verschiedenen,
die einzelnenZweigleitungen belastendenReaktanzen nicht genügend gleich ausgefallen
sind, so ist es leicht möglich, sie durch Zuschaltung äußererReaktanzen, also Kondensatoren
und Spulen, die wieder mit dem Gesamtaufbau gekoppelt sein können, nachträglich
abzugleichen.
-
Auch büi den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 8 sind die Kompensationselemente
yyz und p zur Ergänzung als Hochpaß-II-Glied angefügt.
-
Als weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist es zur Anwendung
bei längeren Wellen zweckmäßig, in an sich bekannter Weise (Deutsche Patentschrift
72d. 131) die koaxialen Leitungen in den Zweigen durch Spulen mit quer ,geschalteten
Kapazitäten zu ersetzen. Die in Fig.9 als Beispiel dargestellte Anordnung entspricht
der nach Fig. 5 zur Transformation im Verhältnis i : 9. Sie läßt sich entsprechend
für die Anordnungen der Fig. 6 bis 8 angeben. Der Leitungszweig a., der nur als
Laufzeitglied wirkt, ist - wie schon erwähnt -als Spulenleitung ausgeführt. Das
gleiche gilt für das Leitungsstück b, wobei jedoch der Unterschied zu berücksichtigen
ist, daß dieses Leitungsstück als Ganzes, also auch mit seinemAußenleiter, auf dem
Potential der Zweigleitung a liegt. Die Zweigleitung r in Fig.5 ist mit ihrem Außenleiter
an einem Ende mit Erde verbunden, während das andere Ende die Spannung des Zweiges
a gegen Erde führt und durch die Ausbildung als Spule (entsprechend Spule 26 in
Fig. 9) eine gewisse Induktivität L gegen Erde hat. Betrachtet man diesen zur Spule
aufgewickelten Leitungszweig unabhängig von der Fig. 5 für sich und erregt man ihn
an seinem Außenleiter im Punkt i9 gegen Erde mit einer hochfrequenten Spannung,
wozu ein Strom erforderlich ist, der durch die Induktivität L und die erregende
Frequenz bestimmt ist, so nimmt der Innenleiter im Punkt i9 die gleiche Spannung
an, und zwar infolge der für die Koaxialleitung eigenartigen Kopplung des Innenleiters
mit dem Außenleiter (»Abschirmwirkung«). Erregt man dagegen den Innenleiter im Punkt
i9 gegen Erde, wobei man sich den Innenleiter an der Erdungsstelle des Außenleiters
ebenfalls geerdet denkt, so hat der Außenleiter am Punkt i9 ein niedrigeres Potential.
Die Ursache hierzu liegt darin, daß der Innenleiter eine größere Induktivität gegen
Erde hat als der Außenleiter, da er zusätzlich mit dem inneren Magnetfeld der Koaxialleitung
verkettet ist. Die exakte physikalische Analyse ergibt, daß man eine derartig zur
Spule aufgewickelte Iioaxialleitung durch die aus den Spulen 26 und 27 in Fig. 9
mit den quer geschaltetenICondensatoren dargestellte Ersatzanordnung ersetzen kann,
wenn die beiden Spulen so fest gekoppelt sind, daß ihre Gegeninduktivität 117 gleich
der Induktivität L der den Außenleiter der aufgewickelten Koaxialleitung darstellenden
Spule 26 ist (vgl. Deutsche Patentschrift 724 13i). Auch bei dieser Spulenanordnung
nimmt das obere (frei gedachte) Ende der Spule27 die gleiche Spannung gegen Erde
an (Kurzschluß bei Z angenommen) wie das obere Ende der Spule 26, wenn man letztere
mit einer hochfrequenten Spannung gegen Erde erregt, wobei sie den durch ihre Induktivität
bestimmten Strom aufnimmt. Die quer geschalteten Kondensatoren wirken dann lediglich
als Äquipotentialverbinder und bleiben selbst stromlos. Diese quer geschalteten
Kondensatoren sind jedoch erforderlich, um den beiden Spulen (für gegeneinaiidergerichtete
Ströme) die Eigenschaften einer Spulenleitung zu geben, die den gewünschten Wellenwiderstand
(hier 3Z) hat und deren Grenzfrequenz (durch genügend feine Unterteilung) hinreichend
hoch liegt (vgl. Deutsche Patentschrift 724 131). Die beiden gekoppelten Spulen
26 und 27 mit den quer geschalteten Kondensatoren stellen auf diese Weise die Ersatzschaltung
des Leitungszweiges r als Spulenleitung dar. Die weiteren Teile der Fig. 5 sind
in Fig. 9 ebenfalls durch quasistationäre Anordnungen nachgebildet und mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. So entsprechen die Spulen 2:4 und 25 dem Außen- bzw. dem
Innenleiter des Leitungszweiges c in Fig. 5, und zwar hat die Spule 24 die gleiche
Induktivität L, wie der Außenleiter von c und die Spule 25 die gleiche Induktivität
L2 wie der Innenleiter von c, während die Kopplung beider Spulen wiederum so bemessen
sein muß, daß die koppelnde Gegeninduktivität
31 beider
Spulen gleich L1 ist. Auch die Laufzeit- und Kompensierbarkeitsbedingungen sind
die gleichen wie für Fig. 5. Die Spule 22 dient zur induktiven Belastung des Zweiges
c in gleicher Weise wie in Fig. 5. Die Elemente m und p dienen zur
Kompensation im großen Frequenzbereich durch Ergänzung zum Hochpaß-H-Glied.