DE971139C

DE971139C - Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, fuer ultrakurze Wellen

Info

Publication number: DE971139C
Application number: DEV3260A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Heinrich Meinke; Dipl-Ing Guenter Pusch
Original assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Current assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Priority date: 1951-04-08
Filing date: 1951-04-08
Publication date: 1958-12-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, für ultrakurze Wellen, vorzugsweise bei Wellenlängen von einigen Dezimetern, bei dem eine Energieleitung mit einem Hohlraumschwingungskreis. durch ein Kopplungsorgan gekoppelt ist.

Es ist bekannt, als Kopplungsorgan sogenannte Kopplungsschleifen zu verwanden, die in ihrer Ausbildung der induktiven Ankopplung der Langwellentechnik entsprechen. Die bekannten Kopplungsschleifen sind gebogene Leiter nach Art der einwindigen Kopplungsspule, deren Enden an die beiden Leiter der Energieleitung angeschlossen sind. Auch ist bei einer bekannten Ausführungsform das eine Ende des gebogenen Leiters an den Innenleiter einer konzentrischen Energieleitung angeschlossen, während das andere Ende galvanisch mit der Innenfläche des Hohlraumresonators in der Nähe der Stelle verbunden ist, an welcher der Außenleiter der Energieleitu/ng in die Wandung des Hohlraumresonators übergeht. Will man von einem mittleren Wert des Wellenwiderstandes sprechen, so liegt dieser bei den bekannten Kopplungsschleifen in der Größenordnung von 200 bis 400 Ohm. Die Kopplungsschleifen haben einen hohen Blindleistungsbedarf und nehmen daher vom Hohlraumresonator aus Blindleistung auf. Dadurch wird der Kopplungsgrad zwischen Resonator und Schleife bzw. Energieleitung herabgesetzt, d. h., es wird die Durchgangsdämpfung erhöht. Ferner hat der hohe Blindleistungsbedarf eine starke Frequenzabhängigkeit der Ankopplung zur Folge. Für eine bestimmte Frequenz läßt sich die aufzubringende Blindleistung durch eine mit der Kopplungsschleife

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in Serie geschaltete Kapazität (Kömpensationskapazität) kompensieren. Dieses ist aber bei Benutzung verschiedener Frequenzen innerhalb größerer Frequenzbereiche, wie sie bei als Bandfilter dienenden Hohlraumresonatoren erwünscht sind, praktisch unmöglich. Man müßte eine Einstellbarkeit der Kompensationskapazität vorsehen, welche automatisch betätigt werden müßte und eine erhebliche Komplikation bedeuten würde. ίο Ähnliche Verhältnisse liegen bei den bekannten sogenannten Stift- oder Stabkopplungen vor, welche darin bestehen, daß eine Fortsetzung des Innenleiters der konzentrischen Energieleitung antennenartig in den Feldraum des Hohlraumresonators hineinragt, und zwar in Richtung der elektrischen Feldlinien. Dabei bedingt die Ankopplung eine kapazitive Belastung dies Hohlraumresonators, welche dementsprechend frequenzabhängig ist.

Es ist ferner bekannt, den Innenleiter einer Energieleitung, deren Außenleiter unmittelbar mit der Außenwand eines Topfkreises verbunden ist, parallel zur Längsachse des Topfkreises durch diesen über dessen ganze Länge hindurchzuführen und an der der Eintrittsstelle gegenüberliegenden Fläche mit dieser galvanisch zu verbinden.

Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand die Ankopplung durch ein Energieleitungsstück im eigentlichen Wortgebrauch der Ultrakurzwellentechnik bewirkt, nämlich durch eine Doppelleitung mit dementsprechend definiertem Wellenwiderstand, der eine in bestimmten gewünschten Grenzen liegende Größe in bezug auf den Wellenwiderstand der ankommenden oder vom Resonator fortführenden Energieleitung erhalten kann und in weiten Grenzen eine frequenzunabhängige Belastung für den Hohlraumresonator darstellt. Jeder Leiter hat eine Kapazität gegen die Umgebung und eine Selbstinduktion. Eine induktive Koppelschleife kann man als eine am Ende kurzgeschlossene Doppelleitung auffassen, deren Länge so gering ist, daß nur die Induktivität wirksam ist, dagegen die Kapazität des Leiters wegen der Nähe der Kurzschlußstelle ohne Wirkung bleibt. Eine kapazitive Stiftkopplung dagegen wirkt wie eine am Ende offene Leitung, die SO' kurz ist, daß nur ihre Kapazität wirkt, aber die Induktivität wegen der Stromlosigkeit "des offenen Endes praktisch unwirksam ist. Die Anordnungen nach der Erfindung, die als Koppelleitungen bezeichnet werden, sind nicht mehr klein gegen die Wellenlänge und sind deshalb als »Leitung« bezeichnet, weil in ihnen bereits Induktivität und Kapazität gemeinsam wirksam sind. Dabei kann für die kurzgeschlossene Koppelleitung angenommen werden, daß in der Nähe des Kurz-Schlusses eine Wirkkomponente R eingekoppelt wird, zu der die Induktivität X_L der Leitung in Serie liegt. Hierzu liegt parallel die Kapazität der Leitung, welche eine breitbandige Kompensation des induktiven Fehlers möglich macht. Bei der am Ende offenen Koppelleitung wird ein Wirkwiderstand kapazitiv eingekoppelt. Parallel dazu liegt die Kapazität der Leitung, die durch die in Serie liegende Induktivität der Leitung kompensiert wird. Es entsteht so ein Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, für ultrakurze Wellen, bei dem eine Energieleitung mit einem Hohlraumschwingungskreis gekoppelt ist, wobei als Kopplungsorgan eine Doppelleitung dient, die von einem stab-, rohr- oder bandförmigen Leiter und der Innenfläche eines Gehäuses des Hohlraumschwingungskreises, vorzugsweise Topfkreises, gebildet wird und bei dem erfindungsgemäß die Koppelleitung als am Ende kurzgeschlossene, vorwiegend induktiv oder am Ende offene, vorwiegend kapazitiv koppelnde Leitung ausgebildet ist, deren Länge innerhalb des Schwingungskreises größer als ein Zwanzigstel, aber vorzugsweise nicht größer als ein Zehntel der Wellenlänge ist und deren Wellenwiderstand unabhängig von Abstimmaßnahmen für alle Betriebsfrequenzen der gleiche ist und zwischen der Hälfte und dem i,5fachen des Wellenwiderstandes der Energieleitung liegt. Der Wellenwiderstand der Kopplungsleitung ist erfindungsgemäß zweckmäßig über deren Länge entweder praktischkonstant oder ständig zunehmend oder ständig abnehmend.

Die Größe des Wellenwiderstandes der Kopplungsleitung kann durch Wahl der Form und des Querschnittes des Kopplungsleiters und seines Abstandes von dem zweiten Leiter bzw. von der Wandung des Hohlraumresonators festgelegt werden. Im Gegensatz zur räumlichen Orientierung des Kopplungsstiftes bei der bekannten Stiftkopplung erstreckt sich beim Erfindungsgegenstand der Kopplungsleiter, was im Wesen der Wahl eines Doppelleitungsstückes eines Kopplungsorgans liegt, nicht in der Richtung, sondern zum mindesten im wesentlichen senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldlinie des Hohlraumresonators.

Ein besonderes Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstandes sind Frequenzweichen, insbesondere zur Verwendung beim gleichzeitigen Senden und Empfangen mittels einer einzigen Antenne. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die von der Frequenzweiche aus einzelne Frequenzen führenden Energieleitungen und die von der Frequenzweiche aus mehrere Frequenzen führende Energieleitung durch je eine Kopplungsleitung· mit Hohlraumschwingungskreisen gekoppelt sind. Insbesondere kann die Einrichtung so getroffen sein, daß verschiedene Hohlraum-Schwingungskreise durch eine gemeinsame Kopplungsleitung an eine das Frequenzgemisch führende Energieleitung angekoppelt sind. Vorzugsweise wird nach der Erfindung eine solche Ausbildung der Frequenzweiche gewählt, daß die Kopplungsleitung in einen beiden Hohlraumresonatoren gemeinsamen Schlitz eintaucht und mit dem Ende des Schlitzes galvanisch verbunden ist. Statt dessen kann auch hierbei die kapazitive Kopplungsleituog Anwendung finden.

In anderen Fällen kann erfindungsgemäß die Einrichtung so getroffen werden, daß sowohl die zum Sender führende Energieleitung als auch die zum Empfänger führende Energieleitung durch je eine Kopplungsleitung mit einem oder je einem Hohlraumschwingungskreis gekoppelt sind, wäh-

rend die zur- Energieleitung des Senders gehörende Kopplungsleitung aus dem zugehörigen Hohlraumsc'hwingungskreis heraus zur Antenne führt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind in den Abb. ι bis 6 Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar in den Abb. ι bis 3 für den im allgemeinen einfachen Fall, daß zwischen einem Empfänger und einem Sender ein Filterkreis in Form eines Hohlraumresonators eingeschaltet sein soll. Die Abb. 4 bis 6 beziehen sich darauf, den Erfindungsgegenstand bei Frequenzweichen zu verwenden. In der Abb. 1 ist ein Empfänger E mit einem Sender S durch einen Hohlraumresonator gekoppelt, der von. einer konzentrischen Leitung mit dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 3 gebildet wird. Die konzentrische Leitung ist an ihren Enden durch die Deckplatten 2, 2' hochfrequenzmäßig abgeschlossen, von denen im Falle der Abb. 1 die Deckplatte 2' in axialer Richtung verschiebbar ist, um eine Abstimmung des Hohlraumresonators bewirken zu können. Der Innenleiter 3 ist derart unterteilt, daß durch zwei flanschartige Ansatzstücke 5, 6 eine die Eigenfrequenz des Hohlraumresonators mitbestimmende Kapazität 5, 6 entsteht.

Die vom Sender kommende konzentrische Energieleitung ist mit 7, 8, die zum Empfänger führende konzentrische Energieleitung mit 11, 12 bezeichnet. Zur Ankopplung des Senders 6¹ und des Empfängers E sind Kopplutigsleitungen vorgesehen, welche von den geradlinigen Kopplungsleitern 9 bzw. 10 und den diesen gegenüberliegenden Leitern des Außenleiters 1 gebildet werden. Durch Wahl des Querschnittes der Leiter 9, 10 und ihres Abstandes vom Außenleiter 1 kann man den Wellenwiderstand der Kopplutigsleitungen g, 1 bzw. 10, r in der gewünschten Weise bemessen. Im Falle der Abb. ι sind »kapazitive Kopplungsleitungen« gewählt, d. h. Leitungen, die an ihrem freien Ende offen bzw. lediglich durch die Kapazitäten belastet sind, welche ihre freien Enden gegenüber der Resonatorwandung bilden.

Die Abb. 2 stellt ein der Abb. 1 ähnliches Ausführungsbeispiel dar mit dem Unterschied, daß beide Endplatten 2, 2' unverstellbar vorgesehen sind, dafür aber der Kondensator 5, 6 einstellbar eingerichtet ist, wie dieses durch den eingezeichneten Pfeil angedeutet ist.

Im Gegensatz zu der in Abb. 1 verwendeten kapazitiven Kopplungsleitung ist in Abb. 2 eine »induktive« Kopplungsleitung sowohl senderseitig als auch empfängerseitig vorgesehen, indem die Kopplungsleiter 9 bzw. 10 mit ihren freien Enden galvanisch mit der Resonatorwandung verbunden, sind, und zwar mit der Endplatte 2. Die erfindungsgemäßen Kopplungsleitungen sind dementsprechend 9, ι bzw. 10, i.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Abb. 1, 2 verlaufen die Achsen der zum Sender und zum Empfänger führenden Energieleitungen senkrecht zur Achse der den Hohlraumresonator bildenden konzentrischen Leitungen 1, 3, und es sind die Kopplungsleitungen dadurch geschaffen, daß die Kopplungsleiter 9, 10 rechtwinklig an die Innenseite der konzentrischen Energieleitungen 7, 8 bzw. 11, 12 angesetzt sind.

Die Abb. 3 zeigt ein Au sführungs bei spiel, bei dem senderseitig eine induktive Kopplungsleitung 13, 2 und empfängerseitig eine kapazitive Kopplungsleitung 14, 2' vorgesehen ist. Der Hohlraumresonator wird von dem zylindrischen Teil 1 mit einer unteren Endplatte 2 und einer oberen Endplatte 2' sowie einem Innenleiterteil 3 gebildet. Um den gewünschten Wellenwiderstand der Kopplungsleitungen herzustellen, gehen die Innenleiter 8 bzw. 12 der ankommenden bzw. vom Resonator fortführenden konzentrischen Energieleitungen 7, 8 bzw. 11, 12 in Kopplungsleiter 13 bzw. 14 über, welche einen anderen, nämlich einen größeren Querschnitt besitzen.

Bei der Abb. 4 handelt es sich um eine Frequenzweiche, bei der der Hohlraumresonator 1, 2, 2', 3 und seine Ankopplungen an den Sender S und den Empfänger E in der in Abb. 2 veranschaulichten Weise (»induktive« Kopplungsleitungen) ausgebildet sind. Der Hohlraumresonator ist als Ganzes mit I benannt. Das Besondere der Anordnung liegt darin, daß die Kopplungsleitung 1, 19, welche dem Sender S zugeordnet ist, in die zur Antenne A führende Energieleitung fortgesetzt ist. Durch Wahl eines vergrößerten Querschnittes des Kopplungsleiters 19 ist die gewünschte Größe des Wellenwiderstandes der Kopplungsleitung 1, 19 erzielt. Vom Sender S erzeugte Schwingungen gelangen über die konzentrische Energieleitung 15, 16 und die Kopplungsleitung i, 19 zu der zur Antenne^! führenden konzentrischen Energieleitung. Zu empfangende Schwingungen werden über diese Energieleitung in den Hohlraumresonator I geführt und gelangen über die Kopplungsleitung 1, 19 und die Energieleitung 11, 12 zu dem Empfänger E. Der von den Teilen 1, 2, 2', 3 gebildete Hohlraumresonator I ist dabei auf die mittlere Wellenlänge des zu empfangenden Wellenbereiches abgestimmt.

Bei der Abb. 4 ist zwischen der Senderenergieleitung 15, 16 und der Empfängerenergieleitung 11, 12 ein einziger Hohlraumresonator I vorgesehen. Demgegenüber sind in der Abb. 5 zwei auf die mittlere Empfangsfrequenz abgestimmte Hohlraumresonator«! I, II vorgesehen, wobei die Bestandteile des Resonators II entsprechend mit 1', 3', 5', 6', 19' bezeichnet sind. Die beiden Hohlraumresonatoren I und II sind durch einen in ihrer gemeinsamen Begrenzungsfläche vorgesehenen Spalt miteinander gekoppelt. Vom Sender S erzeugte Schwingungen gelangen über die konzentrische Energieleitung 15, 16 und die Kopplungsleitung 1, 19 zu der zur Antenne^ führenden konzentrischen Energieleitung. Von der Antenne A herkommende, zu empfangende Schwingungen gelangen über diese Energieleitung in den Hohlraumresonator I, um durch die Kopplung desselben mit dem Hohlraumresonator II über die Kopplungsleitung 1', 19' und die konzentrische Energieleitung 11, 12 zum Empfänger E zu gelangen.

Die Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das hinsichtlich der Ankopplung des Senders oder Emp-

fängers an je einen Hohlraumresonator I bzw. II mit dem Ausführungsbeispiel der Abb. S übereinstimmt. Es kann entweder ein Sender S₂ an der Energieleitung 7, 8 und ein Sender S₁ an der Energieleitung 11, 12 liegen, um gleichzeitig verschiedene Frequenzen aussenden zu können. Andererseits kann es erwünscht sein, über die Energieleitungen 7, 8 bzw. 11, 12 verschiedenen Empfängern E₁, E₂ verschiedene Empfangsfrequenzen zu-

zuführen. Zur gemeinsamen Antenne A führt eine konzentrische Energieleitung 20, 21, deren Innenleiter 20 durch einen kreisförmigen Ausschnitt der Deckplatte 2, 2' der Hohlraumresonatoren in einen beiden Resonatoren gemeinsamen Schlitz führt und mit dessen Ende galvanisch verbunden ist.

In der Abb. 8 ist ein der Abb. 6 entsprechendes Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied dargestellt, daß die beiden Resonatoren mit ihren Grundplatten 2, 2' zusammenstoßen und die Antennenleitung 20, 21 durch einen Schlitz der gemeinsamen Grundplatte 2, 2' geführt wird.

Abb. 7 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Ankopplung eines Verbrauchers an den Anodenschwingungskreis eines Scheibentrioden-Verstärkers. Der Anodenschwingungskreis besteht aus einem koaxialen Plattenresonator mit den Deckplatten 2, 2' und dem Außenzylinder 1. Die Kopplungsleitung wird von den Teilen 9, 1 gebildet und geht in die Energieleitung 7, 8 über, welche zur Antenne führt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, für ultrakurze Wellen, bei dem eine Energieleitung mit einem Hohlraumschwingungskreis gekoppelt ist, wobei als Koppelorgan, eine Doppelleitung dient, die von einem stab-, rohr- oder bandförmigen Leiter (Kopplungsleiter 9 in Abb. i, 2) und der Innenfläche des Gehäuses (1, 2) des Hohlraumschwingungskreises (vorzugsweise Topf kreises 1, 2, 3) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitung als am Ende kurzgeschlossene, vorwiegend induktiv oder am Ende offene, vorwiegend kapazitiv koppelnde Leitung ausgebildet ist, deren Länge innerhalb des Schwingungskreises größer als ein Zwanzigstel, aber vorzugsweise nicht größer afs ein Zehntel der Wellenlänge ist und deren Wellenwiderstand unabhängig von Abstimmaßnahmen für alle Betriebsfrequenzen der gleiche ist und zwischen der Hälfte und dem 1,5 fachen des Wellenwiderstandes der Energieleitung (7, 8) liegt.

2. Schaltungsgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand (Z_k) der Kopplungsleitung (1, 9 in Abb. 1; i, 13 in Abb. 3) längs deren Länge praktisch konstant ist.

3. Schaltungsgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand (Z_k) der Kopplungsleitung nach ihrem der Energieleitung (7, 8) abgewandten Ende hin vorzugsweise kontinuierlich zu- oder abnimmt, beispielsweise durch. Schrägstellung des Kopplungsleiters (9 bzw. 13).

4. Schaltungsgebilde nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumschwingungskreis ein Topfkreis (1, 2, 3) ist, zu dessen Achse die Achse der energiezuführenden oder/und der energieabführenden Energieleitung (7, 8 bzw. 11, 12J senkrecht verläuft, während der Kopplungsleiter (9 bzw. 10 bzw. 13) annähernd parallel oder senkrecht zur Achse des Hohlraumschwingungskreises angeordnet ist.

5. Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Verwendung als Frequenzweiche, insbesondere zum Senden und Empfangen verschiedener Frequenzen mit einer einzigen Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Frequenzweiche aus einzelne Frequenzen führenden Energieleitungen und die von der Frequenzweiche aus mehrere Frequenzen führende Energieleitung durch je eine Kopplungsleitung mit Hohlraum-Schwingungskreisen gekoppelt sind.

6. Schaltungsgebilde, insbesondere Bandfilter, nach Anspruch 1 bis 4 oder einem derselben zur Verwendung als Frequenzweiche, vorzugsweise zum Senden und Empfangen verschiedener Frequenzen mit einer einzigen Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die zum Sender (S) führende Energieleitung (15, 16) als auch die zum" Empfänger (JS) führende Energieleitung (11, 12) durch je eine Kopplungsleitung (1, 19 und i, 19') mit einem oder je einem Honlraumsohwingungskreis gekoppelt sind, während die zur Energieleitung (15, 16) des Senders (S) gehörende Kopplungsleitung (1, 19) aus dem zugehörigen Hohlraumschwingungskreis (I) heraus zur Antenne (A) führt.

7. Frequenzweiche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Hohlraumschwingungskreise (I, ΊΙ) durch eine gemeinsame Kopplungsleitung an eine das Frequenzgemisch führende Energieleitung angekoppelt sind.

8. Frequenzweiche nach Anspruch 7 für zwei Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsleitung in einen beiden Hohlraumresonatoren gemeinsamen Schlitz eintaucht und mit dem Ende des Schlitzes galvanisch verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 873 233,

951366; Buch von Meinke, »Theorie der Hochfrequenzschaltungen«, S. 94;

Buch von R ag an, »Microwave Transmission Circuits«, Bd. 9 der MIT Radiation Laboratory Series, McGraw Hill, New York, 1948, 1. Ausgabe, S. 31S. 316, 346, 660, 668, 669.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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