DE973564C

DE973564C - Kuenstliche Hochfrequenzleitung

Info

Publication number: DE973564C
Application number: DEP1332D
Authority: DE
Inventors: Gustav Dipl-Ing Guanella
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1942-10-13
Filing date: 1942-10-13
Publication date: 1960-03-31

Description

Es ist bekannt, unsymmetrische Hochfrequenzleitungen mit Spulen nachzubilden, welche aus einem auf einen Metallzylinder isoliert aufgewickelten Leiter bestehen. Die Kapazität des Spulendrahtes gegenüber dem geerdeten Metallzylinder ist verhältnismäßig groß, während die Selbstinduktion durch den metallischen Spulenträger vermindert wird. Diese Einrichtungen können daher zur künstlichen Verlängerung von eindrahtigen Leitungen verwendet werden.

Es sind auch Spulenanordnungen bekannt, welche aus aufgewickelten Doppelleitungen bestehen, wobei die beiden Leiter z. B. verdrillt oder auch übereinander bzw. nebeneinander angeordnet sind.

Solche Anordnungen können als aufgewickelte Lecherleitung aufgefaßt werden, und sie sind z. B.

ähnlich wie gestreckte Lecherleitung«! als abgestimmte schwingfähige Systeme in Hochfrequenzgeräten verwendbar (vergleiche z. B. schweizerische Patentschrift 201 746, Fig. 1).

Die Verwendung von derart aufgewickelten Doppelleitungen wurde auch vorgeschlagen zur symmetrischen Übertragung von gegenphasig fließenden Wechselströmen bei gleichzeitiger Unterdrückung der in beiden Leitern gleichphasig auftretenden unerwünschten Wechsel- bzw. Hochfrequenzströmen durch die verhältnismäßig hohe Längsinduktivität der Spulenleitung. Es zeigte sich jedoch, daß Doppelspulen dieser Art zur Symmetrierung von Hochfrequenzströmen nicht ohne weiteres geeignet sind, weil die beiden Leiter solcher Spulen störende Unsymmetrien aufweisen,

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welche sich namentlich bei höheren Frequenzen störend auswirken. Diese Unsymmetrien sind durch zusätzliche induktive und kapazitive Kopplung zwischen Leiterelementen begründet, die erst im aufgewickelten Zustand nebeneinander zu liegen kommen und die vom Anfang oder Ende der Doppelleitung ungleiche Abstände aufweisen, so daß die in diesen Elementen auftretenden Ströme und Spannungen nicht gegenphasig sind. Sie wirken ίο sich namentlich am Anfang und Ende der Spule aus und machen das ganze System bei sehr hohen Frequenzen für Symmetriezwecke ungeeignet.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine künstliche Hochfrequenzleitung mit zwei voneinander isolierten und nebeneinander verlaufenden Leitern, welche so spulenartig aufgewickelt sind, daß in jedem Querschnitt senkrecht zur Spulenachse dieselben auf einem zur Spulenachse konzentrischen Kreis regelmäßig angeordnet sind. Die erwähnten ao Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß bei Anwendung einer solchen Leitung für Symmetrierzwecke die auf einem Durchmesser dieses kreisförmigen Querschnittes sich gegenüberliegenden Leitungselemente die gleichwertigen Strom- bzw. Spannungsverhältnisse wie gegenüberliegende Leitungselemente einer Lecherleitung aufweisen und daß gleichzeitig die Ganghöhe jeder Windung kleiner ist als ihr Durchmesser.

Führt eine Lecherleitung, welche als Spule ausgebildet ist, zu einem unsymmetrischen Verbraucher, so erzielt man durch eine erfindungs- _ .gemäße Hochfrequenzleitung eine Symmetrierung der fließenden Ströme. In Fig. ι ist beispielsweise die Zusammenschaltung einer Gegentakt-Röhrenschaltung 6 mit symmetrischem Ausgang mit einem einpoligen Hochfrequenzkabel 7 gezeigt. Für gegenphasige Schwingungsvorgänge (ausgezogene Pfeile) stellt das Spulensystem 8 eine Leoherleitung bestimmter Länge dar. Für gleichphasige Vorgänge (gestrichelte Pfeile) stellt das System .8 dagegen eine erhebliche Induktivität dar, so daß dieselben nicht übertragbar werden. Auch wenn die Ausgangsseite bei symmetrischem- Eingang einpolig geerdet ist, können deshalb nur gegenphasige Ströme fließen. Man erhält damit eine symmetrische Belastung des Generators trotz der unsymmetrischen Erdung des angeschlossenen Kabels. Die durch das System bewirkte Symmetrierung der Ströme führt dazu, daß der Leiterstrom J₁ stets genau gleich und gegenphasig zum Mantelstrom i₂ ist, d. h. zusätzliche unerwünschte Ausgleichströme über dem Kabelmantel werden vermieden.

Das gezeigte Spulensystem kann zusätzlich zu Anpassungszwecken verwendet werden, wenn der Wellenwiderstand der aufgewickelten Lecherleitung mit dem geometrischen Mittel der inneren Widerstände der anzuschließenden Systeme übereinstimmt und wenn zudem die wirksame Länge annähernd eine Viertelwellenlänge beträgt. Die Anpassung zweier Systeme mit ungleichem innerem Widerstand (z. B. 9 und 10 in Fig. 2) ist bekanntlich möglich mit einer Lecherleitung, deren AVellenwiderstand vom Anfang gegen das Ende hin zu- bzw. abnimmt. In analoger Weise kann auch bei einer Zweidrahtspulenanordnung ein zunehmender bzw. abnehmender Wellenwiderstand vom Anfang gegen das Ende der aufgewickelten Leitung vorgesehen werden. Eine Spulenanordnung mit zunehmendem Abstand zwischen den einzelnen Windungen und entsprechend zunehmendem Wellenwiderstand von den Eingangsklemmen 11, 12 gegen die Ausgangsklemmen 13, 14 hin ist in Fig. 3 gezeigt.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in verschiedenen abgeänderten Ausführungsformen ebenfalls anwendbar. Die Windungen der Spule brauchen nicht unbedingt auf einen Isolator aufgewickelt zu werden. Sind die Leiter starr genug, so können diese als frei tragende Spule ohne Kern ausgebildet sein. Sollen die Windungen gegen Erdeeine große Kapazität besitzen, so können diese auf einen geerdeten Metallzylinder, vorzugsweise auf einen Hohlzylinder, aufgewickelt werden. An Stelle eines solchen im Innern der Spule angebrachten Zylinders kann ein sich außerhalb derselben befindlicher Hohlzylinder, welcher sich den Windungen anschmiegt, vorgesehen sein. Ein solcher dient gleichzeitig als mechanischer Schutz der Drahtspule. Wird eine isolierende Schicht zwischen den Metallzylindern und die Windungen geschoben, so lassen sich blanke Spulendrähte verwenden, welche direkt auf der Isolationsschicht aufliegen.

Die Länge der durch die Leitungsnachbildung dargestellten Hochfrequenzleitung läßt sich nicht nur durch Vermehren der Spulen win düngen vergrößern, sondern auch dadurch, daß die Spule in ein Medium größerer Dielektrizitätskonstante und größerer Permeabilität gebracht wird, weil dadurch die Phasengeschwindigkeit der hochfrequenten Schwingungen verkleinert wird. Daher kann eine Leitungsverlängerung auch dadurch erzielt werden, daß die Spule in einen die Spulendrähte vollständig umgebenden Träger eingebettet wird, welcher beispielsweise aus einer Mischung eines Bindemittels von großer Dielektrizitätskonstante mit feinen Eisenteilchen besteht. Eine ähnliche Ausführungsform kann auch darin bestehen, daß die Drähte nur teilweise in ein solches Medium versenkt sind oder daß sie auf einem solchen nur aufliegen. Um im letzteren Fall zu erreichen, daß möglichst viele elektrische und magnetische Kraftlinien das Medium durchdringen, empfiehlt sich die Verwendung von Leitern mit rechteckigem Querschnitt, weil bei diesen die Berührungsfläche mit dem Medium möglichst groß ist. Durch Verändern des Abstandes der Windungen lassen sich die Kapazität und die Selbstinduktion der nachgebildeten Mehrfachleitung und damit die durch diese dargestellte Leitungslänge ebenfalls variieren.

Der Wellenwiderstand der Spule kann zwecks Anpassung an die äußeren Kreise nicht nur dadurch an den beiden Enden verschieden groß gemacht werden, daß die Ganghöhe der Spulenwindungen über die Spulenlänge an beiden Enden verschieden ausgeführt wird. Der veränderliche

Wellenwiderstand kann auch durch veränderliches Dielektrikum, veränderliche Leiterstärke oder schließlich durch Verwendung einer konischen Spule erzielt werden. Wird ein Kern mit in seiner Längsrichtung veränderlichem Wert der Dielektrizitätskonstante parallel zu sich selbst verschiebbar angeordnet, so erhält man eine künstliche Leitung, deren Wellenwiderstand während des Betriebes veränderbar ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Künstliche Hochfrequenzleitung mit zwei voneinander isolierten und nebeneinander verlaufenden Leitern, welche so spulenartig aufgewickelt sind, daß in jedem Querschnitt senkrecht zur Spulenachse dieselben auf einem zur Spulenachse konzentrischen Kreis regelmäßig angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung einer solchen Leitung für Symmetrierzwecke die auf einem Durchmesser dieses kreisförmigen Querschnittes sich gegenüberliegenden Leitungselemente die gleichartigen Strom- bzw. Spannungsverhältnisse wie gegenüberliegende Leitungselemente einer Lecherleitung aufweisen und daß gleichzeitig die Ganghöhe jeder Windung kleiner ist als ihr Durchmesser.
2. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Spule ein Kern aus ferromagnetischem Material angeordnet ist.
3. Hochfrequenzleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Spule ein Kern aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante angeordnet ist.
4. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Spule ein Kern angeordnet ist, dessen Materialkonstanten oder Querschnitt vom Anfang gegen das Ende hin veränderlich sind.
5. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in Richtung der Spulenachse verschiebbar ist.
6. Hochfrequeiizleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule im Innern eines gleichachsigen Hohlkörpers angeordnet ist.
7. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser längs der Spulenachse zunimmt, so daß die Spule eine konische Form aufweist.
8. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Leiter in einem die Leiter mindestens teilweise umhüllenden Träger eingebettet sind.
9. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ferromagnetisches Material enthält.
10. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Leiter mindestens teilweise umhüllende Träger Material mit hoher Dielektrizitätskonstante enthält.
11. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet daß die Materialkonstanten des die Leiter umhüllenden Trägers längs der Spule verschieden sind.
12. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Spulenwindungen vom einen Ende der Spule gegen das andere Ende hin zunimmt.
13. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Leiter ein längs desselben verschiebbarer Schleifkontakt vorgesehen ist.
14. Hochfrequenzleitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte miteinander elektrisch verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 157346, 589834, 184, 720 123;

schweizerische Patentschrift Nr. 201 746;

französische Patentschriften Nr. 724213, 734445, 897086;

USA.-Patentschriften Nr. 2 102 410, 2 126 541, 230 364;

H. E. Hollmann, »Physik und Technik der ultrakurzen Wellen«, Bd. 2, Berlin, 1936, S. 197 und 198;

Banneitz, »Taschenbuch der drahtlosen TeIegraphie und Telephonie«, 1927, S. 317.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 889 765, 921 525.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©; 909 742/16 3,60