NO146266B - Fremgangsmaate til aa skille faser som foreligger i en fler-fase-blanding. - Google Patents

Description

Innretning til å frembringe minst tre innbyrdes 90° faseforskjøvne deler av en elektromagnetisk bølge.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en innretning til å frembringe minst tre

90° faseforskjøvne deler av en elektromagnetisk bølge under anvendelse av et balanseringsledd. Slike anordninger behøves

f. eks. for matning i fasekvadratur. Ved dette forstås som bekjent matning av en forbruker som har flere, f. eks. fire, tilslutninger, på en slik måte at de bølgedeler som innmates i de enkelte tilslutninger, har en innbyrdes faseforskjell på 90°. En slik forbruker kan f. eks. være en rundstråle-antenne med fire strålere som er jevnt for-delt rundt en mast.

I høyfrekvens-koblingsteknikken, særlig i koblingsteknikken for retningsanten-ner og rundstråleantenner, blir slike forbrukere ofte parallell- eller seriekoblet i fasekvadratur for bedring av tilpasningen. F. eks. i en rundstråle-enhet bestående av fire kvadratisk anordnede dipol-enhetsfelt mater man således de fire felt i faserotasjon eller to og to motstående felt i fasekvadratur. Forbrukernes forbindelse med det felles matningspunkt skjer på vanlig måte over ledninger eller kabler hvis elektriske lengde er forskjellige, svarende til de ønskede faser. En fasekvadratur blir på denne måte bare oppnådd ved den frekvens hvor lengdeforskjellen utgjør \/\. Ved stør-re frekvensområder bestemmer man i al-minnelighet lengdeforskj ellen 1/ 4 for om-rådets midtre frekvens og må for lavere og høyere frekvenser ta med på kjøpet en faseforskjell som avviker fra kvadraturen med en verdi Aa resp. — Aa.

Denne form for frekvensavhengighet av faseforskjellen ytrer seg ofte på meget forstyrrende måte. Fra den stammer f. eks. større usymmetrier i det horisontale strål-ingsdiagram for en bredtbånds-rundstråle-enhet av den nevnte art, dersom driftsfre-kvensen ligger i nærheten av båndgrensene. For slike anvendelsestilfeller er det ønske-lig å ha et koblingselement som muliggjør fasekvadratur over et bredt bånd.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å forbedre en ledningskobling i denne henseende, nemlig for meter-, desi-meter- og centimeter-bølgeområdet.

På basis av en innretning til å frembringe minst tre 90° faseforskjøvne deler av en elektromagnetisk bølge under anvendelse av et balanseringsledd løses denne oppgave i henhold til oppfinnelsen ved at der fra hver av balanseringsleddets to mottaktutganger fører en koaksial- eller hul-ledning til en tilslutning for en bølgedel, at disse to ledninger har samme elektriske lengde og er forbundet med hverandre over en sløyfeformet koaksial- eller hul-ledning, og at dennes elektriske lengde, dens tilkoblingssteder til de to like lange ledninger og den elektriske avstand fra mottaktutgangene til en tredje tilslutning på sløyfeled-ningen er slik valgt at den bølgedel som står til rådighet ved den tredje tilslutning, har en faseforskjell på 90° i forhold til hver av de bølgedeler som står til rådighet ved de to andre tilslutninger.

For å frembringe fire innbyrdes fase-forskjøvne bølgedeler er det å anbefale ved den tredje tilslutning å tilkoble en ytter-, ligere tilslutning som tjener til å mate enj forbruker med motsatt polaritet i forhold til den tredje tilslutning. i

En annen fordelaktig mulighet for :å skaffe fire innbyrdes faseforskjøvne bølge-deler består i at en ytterligere sløy f ef ormet ;j koaksial- eller hul-ledning er tilkoblet de to i elektrisk henseende like lange ledninger, og at den elektriske lengde av denne ytterligere ledning, dennes tilkoblingssted til de to i elektrisk henseende like lange ledninger samt et til en fjerde tilslutning førende uttak på denne ytterligere ledning er valgt slik at den bølgedel som står til rådighet ved den fjerde tilslutning, har en faseforskjell på 180° fra den bølgedel som. står til rådighet ved den tredje tilslutning.

Videre er det fordelaktig å anordne ekko-feller til å undertrykke og/eller kompensere bølgedeler som reflekteres fra til-slutningene.

I det følgende vil oppfinnelsen bli be-lyst nærmere ved utførelseseksempler.

Koblingens virkemåte er som følger: Først blir der over et egnet element frembragt to bølger E, og E2 som i hvilken som helst avstand fra det felles utgangs-punkt V befinner seg i faseopposisjon, så E, = — E2. De to bølger blir i hvert sitt forgreningspunkt V, resp. V, spaltet opp i to bølger, henholdsvis En, É12 og E2I, E22. Bølgene E,, og E21 blir ført videre over ledninger som er like lange, regnet fra V. De leverer matningsfaser på f. eks. 0° og 180°. Bølgene Ei2 og E22 blir over forskjellig lange ledninger ført sammen i en bølge E.t i et punkt V3 på en slik måte at E|y ligger 90° Aa foran bølgen En og <E>22~ ligger 90° Aa etter bølgen E21. Bølgen É.,, som sum av E,2 og E^g får således en fase på 90° i bredtbåndskvadratur i forhold til fasene for bølgende En og E,,. Et eksempel på koblingen er vist på fig. 1. Den koaksiale inngangsledning 1, 2, som er usymmetrisk med hensyn på jord, bringes i symmetri ved hjelp av balanseringsleddet 4, som er av kjent utførelse og er beskyttet av kappen 3. Den symmetriske lednings to ledere 5, 6 er kortsluttet ved K,. Ved V blir den symmetriske ledning overført til to like lange koaksialledninger 7, 8 og 9, 10 som ligger i serie. Ved V, grener ledningen 7, 8 seg i ledningene 11, 12 og 13, 14. Ledningen 11, 12 har lengden 1, og fører til punktet V3. Ledningen 13, 14 har leng den Åm/4, hvor lm er den midlere bølge-lengde i frekvensbåndet som skal overføres, og fortsetter i ledningen 15, 16 med lengde lv Ledningen 9, 10. går over i ledningen 17, 18 med lengde ?s„/4. Denne grener seg ved V, i ledningen 19, 20 med lengde lm/ 4 og ledningen 21, 22 med lengde 1,. Ledningen Ii9, 20 fortsetter i ledningen 23, 24 som med lengde 1, fører til punktet V3. Fra P, og P, •fører ledningene 25, 26 og 27, 28, som hver -har en lengde 12, til de ensartede forbrukere A, og Ag. Fra V3 går ledningen 29, 30 med lengde 13 ut. Denne ledning grener seg ved V, i ledningene 31, 32 >og 33, 34, som hver har en lengde 1, og i sin tur fører til forbrukerne A3 og A,. For lengdene l.„ 13 og 14 gjelder 12 = 1;! + 1,.

Ledningenes bølgemotstander kan være valgt .som følger.: 1,2/11, 12/13, 14/15, 16/25, 26/21, 22/27, 28/19, 20/23, 24/31, 32/33,34 :

60 ohm,

7,8/9, 10/17, 18/29,30 : 30 ohm.

Har forbrukerne hver en inngangsmotstand på 60 ohm, så er også koblingens inngangsmotstand lik 60 ohm ved båndets middelfrekvens. Koblingen inneholder ingen transformasjontrinn.

Man skal nu betrakte fasene i punktene P,, P2 og V3. I punktene P, og P, fore-ligger bredtbåndsfaseopposisjon. Er fasen f. eks. 0° ved P,, så er fasen 180° ved P2. For en bølge over V, og V, fremkommer der-ved V., i forhold til fasen ved P, en frekvensavhengig faseforskjell på 90° ± Aa i foranliggende retning. For en bølge over V, til V:1 fremkommer der ved Vs i forhold til fasen ved P2 en frekvensavhengig etterliggende faseforskjell på 90° ± Aa. På fig. 2 er der som eksempel valgt fasesammenhengen ved en lavere frekvens en båndets middelfrekvens. TJ, og US) skal betegne spenningene ved P, og P2. De er i faseopposisjon. U.u og U.;(2 skal betegne spenningene av bølgene over V, og V2 ved V3. Hver av disse lar seg dekomponere i en del med 90°, resp. — 90°, og en del med 0°, resp. 180°, til U, resp. U2. De deler som står loddrett på TJ, og U2> er i fase innbyrdes og frembringer en bølge i retning V,. De deler som står parallelt med TJ, og U,, er i faseopposisjon og blir reflektert i retning V. Da 12 = 1;1 + 1,, blir A, og A2 matet i faseopposisjon, og Al og A3 resp. A4 samt A, og A3 resp. A4 blir matet i fasekvadratur.

Ved en båndbredde av <f>m.,x</f>mill = 1,3 : 1 er forholdet mellom henholdsvis spenningene ved A, og A, og spenningene ved A3 og A4 mindre enn 1 : 0;98. Ved en båndbredde -av f„,„/<f>mill = 1,7 : 1, er forholdet mellom de nevnte spenninger mindre enn 1 : 0,93. Frekvensavhengigheten av balanseringsleddet 4 kan kompenseres ved hjelp av en seriekoblet sugeledning 35, 6. Balanseringsleddets frekvensavhengighet, eventuelt i forbindelse med sugeledningens frekvensavhengighet kan tjene til å kompensere den feiltilpasning som fremkommer som følge av de bølgedeler som reflekteres ved

Er forbrukerne A,—A,, like meget feil-tilpasset med hensyn til størrelse og fase, så inntrer der for A, og f. eks. A3 ved V, og for A2 og f. eks. A4 ved V, en fasekompensasjon som følge av forskjellene på 2 . A,m/4 i overføringsveienes lengde. De restdeler av de reflekterte bølger som løper fra V, og V2 til V, får ved V en annen fasekompensasjon. Feiltilpasningen av ensartede forbrukere blir således kompensert to ganger ved hjelp av den beskrevne kobling.

Er feiltilpasningen av forbrukerne så stor at den forskjellig store effektoppdeling som finner sted ved V, og V2, får en forstyrrende innflytelse, kan der innskytes en kompensator ved V, og en ved V9. Disse kompensatorer fremtvinger en jevn effektoppdeling og fører samtidig de reflekterte energideler til en absorpsjonssvekker. Kom-satorene består i eksempelet på fig. 3 i det ene tilfelle av det ca. A.,,/4 lange delavsnitt av ledningen 7, 8, hvori innerlederen er slisset, samt balanseringsleddet 36, 37 og absorpsjonssvekkeren 38, og i det annet tilfelle av det ?Sl/4 lange delavsnitt av ledningen 17, 18, hvori innerlederen er slisset, samt balanseringsleddet 39, 40 og absorpsjonssvekkeren 41.

Også de restdeler av den reflekterte energi som løper til V, kan tilføres en absorpsjonssvekker, idet balanseringsleddet 4 utvides til en kompensator. Et eksempel på dette er vist på fig. 4. Den for balanseringsleddet virksomme kortslutning dannes her av K2. Absorpsjonssvekkeren er betegnet med 4~2.

Den beskrevne kobling leverer fasene 0°, 90° og 180°. Hvis der for en rundstråle-enhet bestående av fire antennefelt ønskes et dreiefelt, så oppnår man dette på enkel måte ved at ett av feltene A;!, A4 ompolari-seres f. eks. ved mekanisk dreining 180°.

En faserotasjon i form av en firedob-belt fasekvadratur kan også ved passende supplering av koblingen leveres direkte ved hjelp av denne. Et eksempel på dette er vist på fig. 5. Som det ses, er koblingen på fig. 1 her supplert symmetrisk. Ledningen 43, 44 med lengde Xni./4 og ledningene 45, 46 og 47,. 48, hver men lengde 11; er tilkoblet. T-for-greningen 31, 32 resp. 33, 34 faller bort. A3 er .tilsluttet ledningen 29, 30, hvis lengde nu er l^, og A4 er tilsluttet ledningen 49, 50, som likeledes har lengden l2.

For jevn effektoppdeling kan ledningenes bølgemotstander velges som følger: •1,2/15, 16/21, 22/29, 30 og 49/50 : 60 ohm, 13,14 log 17, 18 : 40 ohm, 11,12/19, 20/23, 24/43, '44/45, 46 og 47, 48 :

120 ohm,

7, 8 og 9, 10 : .30 ohm.

Har forbrukerne en inngangsmotstand på 60 ohm, så er også koblingens inngangsmotstand ved båndets middelfrekvens lik 60 ohm. Koblingen inneholder ingen trans-formasjonstrinn.

Er fasen 0° ved P,, så er fasen 180° ved P2. Ved V3 fremkommer da en bølge i retning A., med fase 90°, og ved V- fremkommer en bølge i retning A, med fase — 90°.

Er forbrukerne A, — A4 likt feiltilpas-set, så leverer koblingen en enkelt fasekompensasjon.

De beskrevne koblinger kan særlig i centimeterbølge-området også realiseres med hulledninger.

Claims (4)

1. Innretning til å frembringe minst tre innbyrdes 90° faseforskjøvne deler av en elektromagnetisk bølge i meter-, desi-meter- eller centimeterområdet under anvendelse av et balanseringsledd, karakterisert ved at der fra hver av balanseringsleddets (4) to mottaktutganger (V) fører en koaksial- eller hul-ledning til en tilslutning (A, resp. A2) for en bølgedel, at disse to ledninger har samme elektriske lengde og er forbundet med hverandre over en sløyfeformet koaksial- eller hulledning (11, 12 — 23, 24), og at dennes elektriske lengde, dens tilkoblingssteder til de to like lange ledninger og den elektriske avstand fra mottaktutgangene til en tredje tilslutning (A3 resp A4) på sløyfeledningen er slik valgt at den bølgedel som står til rådighet ved den tredje tilslutning, har en faseforskjell på 90° i forhold til hver av de bølge-deler som står til jrådighet ved de to andre tilslutninger.

2. Innretning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at der for frem-bringelse av fire 90° faseforskjøvne bølge-deler til den tredje tilslutning (A;1) er tilkoblet en ytterligere tilslutning (A4) som tjener til å mate en forbruker med motsatt polaritet i forhold til den tredje tilslutning.

3. Innretning som angitt i påstand 1, karakterisert ved at en ytterligere sløyfeformet koaksial- eller hul-ledning (43—48) er tilkoblet de to i elektrisk henseende like lange ledninger, og at den elektriske lengde av denne ytterligere ledning, dennes tilkoblingssteder til- de to i elektrisk henseende like lange ledninger samt et til en fjerde tilslutning førende uttak på denne ytterligere ledning er valgt slik at den bølgedel som står til rådighet ved den fjerde tilslutning (A,), har en faseforskjell på 90° i forhold til den bølgedel som står til rådighet ved den tredje tilslutning (A3).

4. Innretning som angitt i en av på-standene 1—3, karakterisert ved ekkofeller til å undertrykke og/eller kompensere bølgedeler reflektert ved tilslut-ningene.