DE969343C

DE969343C - Anordnung zur einstellbaren Anpassung eines frequenzabhaengigen Abschlusswiderstandeseiner Ultrahochfrequenzenergieleitung an den Wellenwiderstand derselben

Info

Publication number: DE969343C
Application number: DEF7594D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albert Weissfloch
Original assignee: FUNKSTRAHL GES fur NACHRICHTE
Current assignee: FUNKSTRAHL GES fur NACHRICHTE
Priority date: 1943-12-25
Filing date: 1943-12-25
Publication date: 1958-05-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur einstellbaren Anpassung eines frequenzabhängigen Abschlußwiderstandes einer Ultrahochfrequenzenergieleitung an den Wellenwiderstand derselben für jede Wellenlänge innerhalb eines größeren vorgegebenen Wellenlängenbereiches, insbesondere für Dezimeterund Zentimeterwellen.

Als Beispiel hierfür sei eine Ultrakurzwellenanordnung genannt, bei welcher z. B. die Empfangsdiode für jede Wellenlänge zwischen io und 20 cm

an eine Energieleitung mit dem Wellenwiderstand Z (= 70 Ω) bzw. an eine Empfangsantenne mit dem Strahlungswiderstand Z anzupassen ist.

Die Abb. 1 zeigt schematisch eine solche Ultrakurzwellenempfangsanordnung. Eine konzentrische Leitung 3, 4 mit dem Wellenwiderstand Z führt von der auf den Wellenwiderstand Z angepaßten Antenne 1 zu der Empfangsdiode 5. Die Antenne 1, deren Strahlungswiderstand der Einfachheit halber als frequenzunabhängig angenommen ist, wird von dem

verlängerten Ende des Innenleiters 3 der Speiseenergieleitung gebildet. Die auf das freie Ende des Außenleiters 4 dieser Leitung aufgesetzte Ringscheibe 2 wirkt hierbei als Antennengegengewicht. Als Hochfrequenzwiderstand Ut der Diode 5 wird in dem Wellenlängenbereich von λ = ίο cm bis λ = 20 cm, bezogen auf die in Abb. 1 bei A angedeutete Stelle, in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine Kurve gemessen, wie sie in Abb. 2 in der komplexen Zahlenebene (Einheitskreisdarstellung) dargestellt ist. Durch eine variable Kapazität ist es, wie sich gezeigt hat, hier nicht möglich, für jede Wellenlänge Anpassung an den Wellenwiderstand Z der Energieleitung 3, 4 zu erzielen.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit wird gemäß der vorhegenden Erfindung im Zuge der Energieleitung ein verschiebbarer, wie ein Transformator mit reellem und von seinem Abschlußwiderstand un-. abhängigem Widerstandsübersetzungsverhältnis wirao kender Vierpol eingeschaltet, der bei einer Änderung der Betriebswellenlänge jeweils so verschoben wird, daß sein Transformatoreingang mit der bzw. mit einer Stelle längs der Energieleitung zusammenfällt, auf die bezogen der frequenzabhängige Abschlußwiderstand derselben rein ohmisch ist, und der in Abhängigkeit von der Gestalt der Energieleitung so geformt ist, daß sich sein Widerstandsübersetzungsverhältnis mit der Wellenlänge in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich entsprechend dem Frequenzgang des frequenzabhängigen Abschlußwiderstandes der Energieleitung ändert. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird für den Vierpol ein verschiebbarer Verdrängerkörper vorgesehen, der entsprechend den vorstehend genannten Bedingungen angeordnet und ausgebildet ist.

Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei welchen der Wellenwiderstand einer Koaxialleitung durch Verformung des Außenleiters, d. h. durch Variation des Durchmessers des Außenleiters, geändert werden kann. Zu diesem Zweck kann der Außenleiter aus zwei schalenartig ausgebildeten Hälften bestehen, oder aber ein den Innendurchmesser des Außenleiters verkleinerndes zylindrisches Leiterstück, welches mit dem ursprünglichen Außenleiter in Kontakt steht, läßt sich längs der Achse verschieben. Bei der letztgenannten Anordnung müssen die Wandströme im Außenleiter beim Übergang auf das eingeschobene Leiterstück den nicht definierbaren Kontaktwiderstand überwinden, so daß eine reproduzierbare Einstellung, d. h. eine einwandfreie Eichung, nicht möglich ist. Weiterhin blieben bei der Konstruktion dieser Anordnung Fragen des Frequenzganges und insbesondere Maßnahmen zu seiner Kompensation unberücksichtigt.

Die vorliegende Erfindung zeigt demgegenüber einen Weg, wie, vorzugsweise mit der besonderen Formgebung von Verdrängungskörpern, welche nicht mit dem Innen- oder Außenleiter in Kontakt stehen, eine einstellbare Anpassung eines frequenzabhängigen Abschlußwiderstandes erreicht werden kann, welche den Frequenzgang kompensiert.

Unter Zugrundelegung der in Abb. 1 schematisch skizzierten Empfangsanordnung und der folgenden Abb. 2 bis 9 sollen die Erfindung und die zu derem Verständnis erforderlichen theoretischen Zusammenhänge nunmehr näher erläutert werden.

Bei der Erfindung wird, um beispielsweise den auf die Stelle A der Abb. 1 bezogenen Impedanzpunkt M =9ΐ (λ = 15 cm)· der Abb. 2 auf laufende Welle zu transformieren, entsprechend dem ersten Hauptmerkmal zunächst der, im Uhrzeigersinn gesehen, erste Schnittpunkt R des durch den Impedanzpunkt K gelegten Transformationskreises mit der reellen Achse ermittelt. Das heißt, es wird die Impedanz ^ nicht mehr auf die Stelle A der Energieleitung in Abb. 1, sondern auf den Ort A' des bzw. eines Spannungsknotens der Energieleitung 3, 4 bezogen. An dieser neuen Bezugsstelle A' erscheint die Impedanz 9ΐ als ein reeller Widerstand der Größe R_min. Ein an der neuen Bezugsstelle A' in die Energieleitung 3, 4 eingeschalteter Transformator mit dem Widerstands-

übersetzungsverhältnis w² =

Rn

ergibt dann,

entsprechend dem zweiten Hauptmerkmal, die Anpassung der Impedanz St an die Energieleitung 3, 4 mit dem Wellenwiderstand Z (ü bedeutet dabei das Spannungsübersetzungsverhältnis).

Als solcher Transformator kann jeder Vierpol mit anschließenden, geeignet gewählten Leitungslängen benutzt werden. Da der Eingang dieses Transformators gemäß dem ersten Hauptmerkmal der Erfindung jeweils in eine solche Entfernung von der Bezugsstelle A zu bringen ist, daß der Transformatoreingang jeweils mit der bzw. mit einer Stellet' der Energieleitung zusammenfällt, auf die bezogen der frequenzabhängige anzupassende Abschlußwiderstand derselben rein ohmisch ist, kommt also als Vierpol insbesondere ein längs der Leitung verschiebbarer Verdrängerkörper in Frage. In der Abb. 1 ist ein solcher Verdrängerkörper bei 6 angedeutet. Unter der Voraus-Setzung, daß der Transformatoreingang des Vierpols, z. B. der des Verdrängerkörpers, jeweils an die richtige StelleA', d.h. an die Stelle eines Spannungsknotens der Energieleitung, hingeschoben ist, können bei den weiteren Überlegungen der Anfang und das Ende des jeweiligen zu einem Transformator ergänzten Vierpols außer Acht gelassen werden, und es ist nur dessen Übersetzungsverhältnis zu beachten.

Aus der Frequenzgangkurve der Abb. 2 ist ohne weiteres zu entnehmen, welches Übersetzungsverhältnis der in die Energieleitung eingeschaltete Transformator für jede einzelne Wellenlänge aufweisen muß, um die frequenzabhängige ohmische Impedanz Rmin auf laufende Welle anpassen zu können. In Abb. 3 ist diese aus der Kurve der Abb. 2 sich ergebende Abhängigkeit in dem zugrunde gelegten Wellenlängengebiet von λ = ίο cm bis λ = 20 cm aufgetragen.

Das zweite oben angegebene Hauptmerkmal der Erfindung besteht nun darin, daß die Form des im Zuge der Energieleitung angeordneten Vierpols, z. B. die des Verdrängerkörpers 6 in Abb. 1, in Abhängigkeit von der Form der Energieleitung so gewählt wird, daß das Widerstandsübersetzungsverhältnis w² des von dem Vierpol gebildeten Leitungstransformators die Frequenzabhängigkeit der anzupassenden Impedanz

annimmt, die in dem betrachteten Ausführungsbeispiel der in der Abb. 3 gezeichneten Kurve entspricht.

An einigen experimentell erprobten Beispielen wird nachstehend gezeigt, daß durch geeignete Formgebung für den Verdrängerkörper die verschiedensten Frequenzgänge der Transformationszahl ü² sich verwirklichen lassen.
Die Kurve in Abb. 4 zeigt z. B. die Abhängigkeit des Widerstandsübersetzungsverhältnisses w² von der Wellenlänge λ bzw. von der Größe Iß unter Zugrundelegung eines von einem homogenen ringförmigen Leitungsstück der Länge Z gebildeten Verdrängerkörpers, wie er in Abb. 1 bei 6 angedeutet ist. Die Verstellvorrichtung für den Verdrängerkörper, die mit einer geeichten Wellenlängenskala versehen sein kann, ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es ist vorausgesetzt, daß die Energieleitung 3, 4 in deren Feldraum und längs welcher der Verdrängerkörper verschiebbar ist, über ihre gesamte Länge homogen ist und daß weiter über den Bereich der axialen Erstreckung des Verdrängerkörpers hinweg der Wellenwiderstand Z der Energieleitung 3, 4 auf den Wert von annähernd Ζ/]/ϊο erniedrigt wird.

Aus der Kurve der Abb. 4 erkennt man, daß, wenn die Transformationszahl ü* in einem Wellenlängenbereich 1:2, z. B. in dem Wellenlängenbereich von λ = ίο cm bis λ — 20 cm, mit zunehmender Wellenlänge abnehmen soll, die Länge I für das Transformationsglied 6 so gewählt werden muß, daß man im Bereich zwischen den Abszissenpunkten B und C der Kurve nach Abb. 4 arbeitet. Dagegen muß man zwischen den Abszissenpunkten C und D arbeiten, wenn eine Zunahme der Transformationszahl ü² mit der Wellenlänge λ gewünscht wird.

In Abb. 5 ist die Abhängigkeit der Transformationszahl M² von der Größe Iß für das in Abb. 6 dargestellte Transformationsglied 7 aufgetragen. Das Transformationsglied 7 unterscheidet sich von dem in Abb. 1 dargestellten Transformationsglied 6 im wesentlichen dadurch, daß der ringförmige Körper 7 hohl ausgebildet und an einer Seite offen ist. Wie aus dem Vergleich der Kurve nach Abb. 4 mit der nach Abb. 5 hervorgeht, erhält man mit dem hohlen Verdrängerkörper nach Abb. 6 eine wesentlich stärkere Abhängigkeit der Transformationszahl ü² von der Größe Iß, als es mit dem Verdrängerkörper 6 nach Abb. 1 der Fall ist. Eine überaus schwache Abhängigkeit der Transformationszahl ü² von der Größe Iß erhält man mit einem ringförmigen Verdrängerkörper, der nur über seine halbe axiale Länge hohl ausgebildet ist. Die Abb. 8 zeigt bei 8 einen solchen Verdrängerkörper. Die zugeordnete (ü², Iß) Kurve ist in Abb. 7 dargestellt.

Zu den Ausführungsbeispielen der Abb. 6 und 8 ist noch zu bemerken, daß die radialen Abmessungen der Verdrängerkörper 7 und 8 hierbei so gewählt sind, daß der Wellenwiderstand der homogenen Energieleitung 3, 4 doppelt so groß wie der Wellenwiderstand

fio der Energieleitung 3, 4 an der Stelle des bzw. der Verdrängerkörper und auch doppelt so groß wie der Wellenwiderstand der von den hohlen Verdrängerkörpern allein gebildeten Energieleitungen ist.

Die erwähnten Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, daß man durch die Größe und die Formgebung der als Verdrängerkörper ausgebildeten Transformationsglieder deren Frequenzabhängigkeit weitgehendst beeinflussen kann, so daß es möglich ist, bei Durchführung einiger orientierender Versuche jeden gewünschten bzw. jeden durch die Frequenzabhängigkeit der anzupassenden Impedanz vorgegebenen Frequenzgang des Widerstandsübersetzungsverhältnisses ü² zu erzielen. Gegebenenfalls können hierzu mehrere der gezeigten Verdrängerkörper miteinander kombiniert werden. Ähnlich wie man also bei einem Drehkondensator durch die Formgebung für die Einzelbelegungen der Kondensatorplatten den Abstimmbereich des Kondensators und die Steilheit dessen Abstimmung beeinflussen kann, kann man demzufolge auch bei den neuen einstellbaren Vorrichtungen zur Anpassung durch die Größe und die Formgebung der Verdrängerkörper in Abhängigkeit von der Form der Energieleitung den Einstellvorgang beeinflussen.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Transformationszahl ü² ist in Abb. 9 angedeutet. Die Leiter der Energieleitung 3, 4 sind hier über den Verstellbereich des Verdrängerkörpers 6 hinweg bei 9 exzentrisch versetzt derart, daß der Wellenwiderstand der Energieleitung 3, 4 selbst sich nicht ändert. Wie sich gezeigt hat, erhält man dann eine von der in Abb. 4 gezeigten (ü², Iß)-Kurve abweichende Kurve.

Der Erläuterung der Erfindung ist vorstehend der Fall der Anpassung einer Empfangsdiode an eine konzentrische Speiseenergieleitung zugrunde gelegt worden. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt, sondern die Erfindung kann auch zur Anpassung anderer frequenzabhängiger Impedanzen, z. B. zur einstellbaren Anpassung einer Antenne an den frequenzunabhängigen Wellenwiderstand der Antennen-Zuleitungen, verwendet werden. Dabei können auch andersartige Energieleitungen, z. B. Hohlrohrleitungen oder abgeschirmte bandförmige Doppelleitungen, vorgesehen sein. Die Form der Transformationsglieder hat man dementsprechend abzuändern. Auch in diesen Fällen kann durch einige orientierende Verusche jeder beliebige Frequenzgang für das in Anwendung kommende Transformationsglied eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur einstellbaren Anpassung eines frequenzabhängigen Abschlußwiderstandes einer Ultrahochfrequenzenergieleitung an den Wellenwiderstand derselben für jede Wellenlänge innerhalb eines größeren vorgegebenen Wellenlängenbereiches, insbeondere für Dezimeter- und Zentimeterwellen, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Energieleitung ein verschiebbarer, wie ein Transformator mit reellem und von seinem Abschlußwiderstand unabhängigem Widerstandsübersetzungsverhältnis wirkender Vierpol eingeschaltet ist, der bei einer Änderung der Betriebswellenlänge jeweils so verschoben wird, daß sein Transformatoreingang mit der bzw. mit einer Stelle längs der Energieleitung zusammenfällt,

auf die bezogen der frequenzabhängige Abschlußwiderstand derselben rein ohmisch ist, und der in Abhängigkeit von der Gestalt der Energieleitung so geformt ist, daß sich sein Widerstandsüber-Setzungsverhältnis mit der Wellenlänge in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich entsprechend dem Frequenzgang des frequenzabhängigen Abschlußwiderstandes der Energieleitung ändert.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Vierpol ein der Querschnittsform der Energieleitung angepaßter Verdrängerkörper dient.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung des Vierpols mit einer geeichten Wellenlängenskala versehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des gewünschten Frequenzganges für das Widerstandsübersetzungsverhältnis des Vierpols die zu der anzupassenden Impedanz führende Energieleitung über den Verstellbereich des Vierpols hinweg inhomogen ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer konzentrischen Energieleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der als Vierpol dienende Verdrängerkörper ringförmig ausgebildet ist (Abb. 1).
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer konzentrischen Energieleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der als Vierpol dienende Verdrängerkörper von einem Abschnitt einer einseitig kurzgeschlossenen konzentrischen Energieleitung gebildet ist (Abb. 6).
7. Anordnung nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch die Kombination eines ringförmigen Verdrängerkörpers mit einem von einem Abschnitt einer einseitig kurzgeschlossenen konzentrischen Energieleitung gebildeten Verdrängerkörper (Abb. 8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1 927 393;
französische Patentschrift Nr. 742537;
britische Patentschrift Nr. 436012;
»Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, Bd. 57, . 17 bis 23,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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