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Anordnung zur Beseitigung der Wirkung von Störstellen auf Lecherleitungen
In der Ultrakurzwellentechnik, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimeterwellengebietes,
spielen Lecherleitungen in Form von Hohlrohrleitungen mit oder ohne Mittelleiter
oder Zweidrahtleitungen eine große Rolle. Häufig ist auch eine homogene Leitung
gegeben, die aus einem Draht oder Band besteht, welcher parallel zu einer leitenden
Fläche verläuft. Dabei läßt es sich nicht vermeiden, daß auf diesen Leitungen Störstellen,
z. B. in Form von Halterungen, Winkelstücken usw., auftreten. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf die Beseitigung der Wirkung derartiger Störstellen.
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Die Erfindung sei an Hand der Abbildungen näher erläutert. In Abb.
z ist beispielsweise eine konzentrische Leitung dargestellt, die aus dem Außenleiter
g und dem Innenleiter?, besteht. In der Leitung ist eine irgendwie geartete Störstelle
5 vorhanden, die man als Vierpol auffassen kann. Um die Transformationseigenschaft
der Störstelle experimentell zu untersuchen, sei die Leitung zunächst am rechten
Ende durch einen verschiebbaren Kurzschlußkolben 3 abgeschlossen, der mit Hilfe
des Rohres q. bewegt werden kann. An dieser Stelle bildet sich ein Spannungsminimum
aus. Unter der Annahme, daß die Leitung verlustlos ist, eine Annahme, die insbesondere
für konzentrische Leitungen praktisch erfüllt ist, sind auf beiden Seiten der Störstelle
5 stehende Wellen vorhanden. Links von der Störstelle sei bei M ein Spannungsminimum.
Verschiebt man den Kurzschlußkolben 3 um eine Strecke x, so verschiebt
sich
das auf der anderen Seite der Störstelle gelegene Spannungsminimum M um eine Strecke
y. Trägt man die gemessenen Werte von x und y graphisch auf, so erhält man nach
Abb.- 2 eine Zickzackkurve C, die sich um eine unter 45° geneigte Gerade windet.
Auf den Achsen des Koordinatensystems sind die Werte der Verschiebung x und y aufgetragen.
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Die Kurve C läßt sieh analytisch durch den Ausdruck
wiedergeben. Hierbei bedeuten Z1 und Z2 die Wellenwiderstände rechts und links der
Störstelle 5, und x. und yo sind die Punkte, in denen die Kurve C die größte Steilheit
hat (vgl. Abb. 2). Man kann die Gleichung (z) auch schreiben:
mit
Die Größe m gibt dabei die größte Steilheit (im Punkte xo, y,) der Kurve C an.
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Mit obenstehenden Beziehungen ist die Transformationseigenschaft der
als Vierpol aufgefaßten Störstelle eindeutig bestimmt. Die Gleichungen (z) und(?,)
sagen
aus, daß eine bei x. angeschlossene Impedanz an der Stelle y, als Impedanz k - R
erscheint. Ist insbesondere Z, = Z2, so ist k = m, d. h. der Transformationsfaktor
ist gleich der größten Steigung der Kurve C: Der Erfindungsgedanke besteht nun in
folgendem: Aus Abb. = ist ersichtlich, daß der Vierpol 5 den Wert einer Impedanz
an der Stelle xo, bezogen auf die Stelle y. in den Wert k - sR, transformiert. Hieraus
folgt umgekehrt, daß eine bei y, angeschlossene Impedanz R, bezogen auf die Stelle
xo, den Wert
hat. Zur Kompensation kann man nun an den ersten Vierpol 5 einen zweiten, genau
gleichen Vierpol, aber in - umgekehrter Richtung, anschließen. Seine Entfernung
vom ersten Vierpol ist derart zu wählen, daß das y, des zweiten Vierpols mit dem
y, des ersten Vierpols zusammenfällt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere unsymmetrische
Störstellen kompensieren. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Übergang der Leitung
auf andere Durchmesser. Es sei der Wellenwiderstand rechts von der Störstelle Z1
und links davon Z2. Dann ergibt sich der Faktor k zu
aus Kurve C gemäß Abb. 2 bzw. der Gleichung (2).
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Ein anderes Beispiel stellt die Knickstelle einer Leitung dar: Häufig
muß die Leitung einen rechten Winkel bilden. In diesem Falle kann man zunächst einen
Winkel von 45° konstruieren und sodann in entsprechender Entfernung, die sich aus
Kurve C gemäß Abb. 2 ergibt, einen zweiten 45°-Winkel vorsehen, und man erhält auf
diese Weise insgesamt einen störungsfreien 9o°-Winkel. In entsprechender Weise kann
man auch andere Winkel konstruieren.
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Aus Abb. 2 folgt noch eine weitere Eigenschaft des Vierpols. -Für
den Fall, daß Z, = Z2 ist, kann man aus dem Kurvenverlauf ohne weiteres ablesen,
daß eine an der Stelle x, 2/4 angeordnete Impedanz R auf die Stelle y. ± A/4 bezogen,
in den Wert transformiert wird. Diese Eigenschaft läßt sich bei Leitungen, deren
Wellenwiderstände auf beiden Seiten der Störstelle gleich groß sind, d. h. Z1 =
Z2, ebenfalls zur Kompensation verwenden. Man muß dann zwei gleiche bzw. zwei gleichwirkende
Störstellen in einem solchen Abstand hintereinanderschalten, daß das x, des zweiten
Vierpols von dem y. des ersten Vierpoles um 2/4, 3/4 A, 5/4 A ... bzw. eine
dieser äquivalenten Strecke entfernt ist. In Abb. 3 ist diese Anordnung schematisch
angedeutet. Zwischen den Punkten a und b einer Lecherleitung befindet
sich die Störstelle 5, die eine an der Stelle a gemessene Impedanz R auf den Wert
m # N transformiert, bezogen auf die Stelle b. Zwischen b und c ist die Störstelle
5' vorgesehen, deren Abstand von 5 derart gewählt ist, daß die bei b erscheinende
Impedanz m - N, bezogen auf die Stelle c, um den Faktor m verkleinert wird, d. h.
bei c erscheint wieder die Impedanz N. Die Wirkung beider Störstellen 5 und 5' ist
demnach so, als ob das Leitungsstück zwischen a und c überhaupt nicht vorhanden
wäre, d. h. als ob a und c zusammenfallen würden. Sind die Vierpole symmetrisch,
so ist diese Lösung identisch mit der oben angegebenen Maßnahme der gegensinnig
gekoppelten Vierpole, wie die Durchrechnung ergibt.
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Die angeführten Überlegungen lassen sich auch auf Übergänge von konzentrischen
Paralleldrahtleitungen auf Hohlrohrleitungen (ohne Mittelleiter) übertragen. Dies
ist dann möglich, wenn die Konstruktion so ausgeführt ist, daß in dem Hohlrohrleiter
jeweils nur eine Wellentype sich fortpflanzen kann. Mit einer analog zu Abb. z ausgeführten
-Anordnung gemäß Abb. 4 wird experimentell ebenfalls eine Kurve C (Abb. 2) gemessen,
wenngleich man bei einer derartigen Leitung nicht mehr von einem Widerstand im gewöhnlichen
Sinne sprechen kann. In Abb.4 geht bei 6 die aus dem Außenleiter z und dem Innenleiter
2 bestehende konzentrische - Lecherleitung in eine Hohlrohrleitung über, indem der
Innenleiter 2 in den Hohlraum hineinragt und die Kopplung bewirkt, während der Außenleiter
= in die Hohlrohrwandung =a übergeht. Die Kopplung kann auch anderweitig erfolgen.
Die Abb. 4 stellt nur ein Beispiel dar. Mit 3 ist wieder der Abstimmkolben am Rohr
4 bezeichnet: Hierbei sind allerdings wegen der im Hohlrohr anderen Wellenlänge
%.' statt der Entfernung x und y die Koordinaten x/A' bzw. y/A' aufzutragen. Für
die Kompensation gelten dann analog die Überlegungen, wie sie oben für unsymmetrische
Störstellen durchgeführt sind.
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Die Transforrnationseigenschaften eines Vierpols sind frequenzabhängig,
d. h. der Abstand, in dem gemäß Kurve C die beiden Störstellen hintereinander anzuordnen
wären, ist ebenfalls frequenzabhängig,
d. h. wiederum, die Kompensation
wirkt ganz exakt im allgemeinen nur für eine Frequenz.
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Diese Tatsache läßt sich andererseits zur Konstruktion von Ultrakurzwellensiebgliedern
oder anderer frequenzabhängiger erwünschter Vierpole ausnutzen. Für die eingestellte
Frequenz übt der Vierpol keinerlei Störung aus, während er für andere Frequenzen
z. B. jede Anpassung aufheben kann. Hohlrohrleitungen haben besonders in der Nähe
der Grenzwellenlänge stark frequenzabhängige Transformationseigenschaften. Derartige
Anordnungen kommen daher insbesondere für scharfe Siebglieder in Frage.
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Der Erfindungsgegenstand läßt sich allgemein bei Anordnungen zum Erzeugen,
Empfangen, Verstärken oder Fortleiten von ultrakurzen elektrischen Wellen anwenden.
Mit besonderem Vorteil ist er in Anordnungen mit Hohlraumresonatoren anwendbar.