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Einrichtung zur Abstimmung von Übertragungssystemen für Dezimeterwellen
Bei Übertragung von Dezimeterwellen, insbesondere bei der Übertragung der Energie
vom Sender auf die Sendeantenne, aber auch von der Empfangsantenne auf den Empfänger,
ist es häufig notwendig, Leitungen einzuschalten, deren Länge vergleichbar mit der
Wellenlänge oder größer ist. Bei solchen Leitungen ist es schwierig, von vornherein
die Dimensionierung so vorzunehmen, daß die Anpassungsbedingungen an allen Stoßstellen
erfüllt sind. Es ist deshalb zweckmäßig oder notwendig, Abstimmittel vorzusehen.
Bei Anlagen, die immer mit der gleichen Frequenz betrieben werden, kann man solche
Abstimmittel bei der Inbetriebnahme einmal abgleichen und braucht ihren Wert nicht
mehr zu verändern, falls auch sonst alles konstant bleibt. Bei vielen Anlagen ist
es aber notwendig, dafür Sorge zu tragen, daß die Sendefrequenz geändert werden
kann; das erfordert, daß diese vorgesehenen Abstimmittel dann j edesmal in ihrer
Einstellung verändert werden müssen. Das ist lästig und zeitraubend und erfordert
geschultes Bedienungspersonal.
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Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, welche es gestattet,
die Abstimmung der beschriebenen Übertragungssysteme wenigstens weitgehend selbsttätig
vorzunehmen. Erfindungsgemäß sind an zwei oder mehreren räumlich voneinander getrennten
Punkten
der Energieleitung Blindleistungs- oder Spannungsmesser
eingeschaltet, deren Ausgangsströme oder -spannungen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung
geeigneter Übertragungseinrichtungen, einzeln oder im Zusammenwirken die zur Abstimmung
dienenden Mittel betätigen. Die Ströme oder Spannungen können z. B. Motoren zugeführt
werden, welche die Abstimmmittel, z. B. Widerstände oder Kopplungselemente, verstellen.
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Die Abstimmung kann im wesentlichen nach zwei verschiedenen Gesichtspunkten
geschehen: erstens mit dem Ziel, eine optimale Leistungsübertragung zu erzielen,
zweitens mit dem Ziel, bestimmte Scheinwiderstandsbedingungen zu erfüllen. Es kann
z. B. zweckmäßig sein, den Eingangswiderstand des an den Senderausgang angeschlossenen
Kabels reell zu machen, um auf diese Weise die Rückwirkung auf die Frequenz des
Senders möglichst klein zu halten.
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Für einen vollständigen Abgleich ist es notwendig, eine Abstimmung
nach Betrag und Phase vorzunehmen, wobei die Regelvorrichtung vorzeichenartig arbeiten
muß, d. h. bei Verstimmung nach positiver oder negativer Seite muß die Regeleinrichtung
ebenfalls nach verschiedener Richtung arbeiten. In manchen Fällen genügt auch der
Abgleich nur einer Komponente.
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Ein Beispiel für eine Anordnung nach der Erfindung ist in Fig. i skizziert.
Hier ist die Aufgabe so gelöst, daß die Regelgrößen von zwei Blindleistungsmessern
i und 2 gewonnen werden, die an verschiedenen Stellen, z. B. im Abstand von ungefähr
A/8, in die Leitung 3 eingeschaltet sind. Mit den Ausgangsgleichspannungen dieser
Geräte werden unter Zwischenschaltung geeigneter Verstärker und Schaltmittel q.
und 5 die Motoren 6 und 7 betrieben, die ihrerseits die Abstimmmittel 8 und 9 betätigen.
8 sei eine Kopplungseinrichtung, mit deren Hilfe die Anpassung der Antenne an das
Kabel geändert werden kann. 9 sei ein veränderlicher Blindwiderstand, z. B. ein
Kondensator oder eine Leitung veränderlicher Länge. Die Verhältnisse sind nun so
gewählt, daß sich bei Betätigung der Kopplungseinrichtung 8 im wesentlichen die
Anzeige des Meßgerätes i, nicht aber die des Meßgerätes 2 ändert, und umgekehrt,
daß sich bei einer Veränderung des Abstimmittels 9 die Anzeige von 2, nicht aber
die von i ändert. Wenn man die Verhältnisse so wählt, bekommt man eine besonders
günstige Regelung. Durch die so aufgebaute Regeleinrichtung erreicht man, daß die
Blindleistung an zwei räumlich getrennten Punkten ein Minimum wird. Die beschriebene
Anordnung kann entweder vor Beginn der Übertragung oder auch während des Betriebes
eingeschaltet sein und sorgt dann selbsttätig jeweils für die günstigste Abstimmung.
Dabei kann der Sender entweder unmoduliert oder mit Amplitudenmodulation oder auch
mit Frequenzmodulation betrieben werden. Im letzteren Falle sorgt die Trägheit der
Regeleinrichtung dafür, daß über die schnellen Frequenzänderungen gemittelt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, an Stelle von Thermoumformern, wie sie in
Fig. i gezeichnet sind, Dioden zu verwenden. Es ist bekannt, daß man wattmetrische
Instrumente nach dem gleichen Prinzip unter Verwendung von Dioden bauen kann.
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Man kann sowohl Thermoumformer als auch Dioden für eine andere Art
der Selbstabstimmung anwenden, die darauf beruht, daß im Falle der günstigsten Abstimmung
die Spannungsverteilung längs der Leitung konstant ist, daß sich im ungünstigsten
Falle jedoch stehende Wellen auf der Leitung ausbilden. Diese Tatsache kann man
zur Messung und Regelung benutzen.
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In Fig. 2 ist z. B. diese Möglichkeit veranschaulicht. Mit den Dioden
io, 1i, 12 wird die Spannung an verschiedenen Punkten des Systems gemessen, die
z. B. etwa a/8 voneinander entfernt sein können. Die Einzelheiten darüber, wie diese
Spannungen in ihrem Zusammenwirken zur Einstellung der Abstimmelemente verwendet
werden, wird im folgenden näher erläutert. An Stelle des motorischen Antriebs kann
man hier wie auch im vorigen Beispiel gesteuerte Abstimmelemente, z. B. vormagnetisierte
Spulen oder elektrisch veränderbare Kapazitäten, verwenden. Wie man aus den Anzeigen
der Spannungsmesser bzw. Blindleistungsmesser die Regelgrößen für die Betätigung
der Abstimmelemente ableiten kann, zeigen die nachfolgenden Überlegungen: I. Abstimmung
mit Spannungsmessern.
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Nach den Leitungsgleichungen ist die Spannung an der Stelle x der
Leitung 3 in Fig. 3
worin U, die Spannung am Leitungsende, Z den Wellenwiderstand, N den komplexen Abschlußwiderstand
der Leitung bedeutet und das Fortpflanzungsmaß y = j a als rein imaginär
angenommen ist.
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Daraus folgen die Verhältnisse der Spannungen in den drei in Fig.
3 eingezeichneten Meßpunkten.
Nach diesen Gleichungen ist es durch keine Wahl von ß., ß1 oder ß2 möglich, eine
der Spannungen oder ein Spannungsverhältnis nur vom Absolutwert R oder der Phase
(p oder nur vom Wirkwiderstand x = R cos 99 oder Blindwiderstand y = R -
sin cp abhängig zu machen. Eine Trennung ist aber folgendermaßen möglich: Durch
eine einfache Umrechnung ergibt sich für den Spezialfall: ß1 = ß
für den `'Wert
Abstand des mittleren Meßpunktes vom Leitungsende wird sin ß, = z, cos p, = sin
2ß,) = 0 cos 2 ß, = - r . Mithin gilt
wenn der mittlere Meßpunkt von dem Leitungsende einen Abstand von @/4 hat.
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Aus den letzten Gleichungen folgt
Der erste Wert ist nur vom Gesamtwert R, der zweite nur vom Imaginärteil y abhängig.
Bei Anpassung ist R reell = Z; mithin gibt praktisch der erste Wert den Realteil,
der zweite den Imaginärteil.
Für ß = 4 = 45° ( 8 Abstand der bleßpunkte) er- |
hält man die besonders einfachen Werte
cR2 |
7Z12 + n22 = I +' '72 (lm Anpassungsfall = 2) |
n12 - n22 = I (im Anpassungsfall = 0). |
Um die beiden Abstimmittel unabhängig voneinander einzustellen, hat man also nach
vorstehender Rechnung die Werte
zu messen. Die Messung der Größen kann z. B. dadurch geschehen, daß man mit quadratischen
Gleichrichtern, d. h. Gleichrichtern mit parabolischer Kennlinie, direkt die Werte
U12, U22, U,2 mißt und von U12 und U22 Summe und Differenz bildet, z. B: an Widerständen.
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Da die Differenz durch 0 geht, kann dieser Wert unmittelbar zur vorzeichenrichtigen
Nachstellung der Blindkomponente benutzt werden. Die Summe und U,1 könnte man z.
B. auf einen Quotientenmesser geben, dessen Abweichung vom Sollwert 2 dann die Regelgröße,
z. B. die Motorspannung für die Nachstellung der Wirkkomponente, ergibt. Zur Vermeidung
des Quotientenmessers kann an Stelle der Summe der durch 0 gehende Wert U12 + U22
- 2 U,2 zur Messung benutzt werden.
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II. Für die Abstimmung mit Blindleistungsmessern erhält man aus den
Leitungsgleichungen
Mithin ist die Leitung, wenn mit J- der konjugiert komplexe Wert von J bezeichnet
wird,
Im Anpassungsfall mit y =
0, R = Z wird Nb = 0. Im allgemeinen Fall wird
Setzt man die beiden Blindleistungsmesser an die
Stelle a x = 2 (44. Abstand vom Leitungsende und |
a x = 4 ( $ Abstand, so zeigt der erste Leistungs- |
messer nur das erste Glied, der zweite Leistungsmesser nur das
zweite Glied an. Da beide Werte durch 0 gehen, kann Blind- und Wirkteil unabhängig
nachgestellt werden. Die Unabhängigkeit gilt praktisch nur für eine Nachstellung
in einem gewissen Bereich um die Grundwelle." Für größere Änderungen der Sendefrequenz
kann man eine Nachstellung von Hand aus vornehmen, wobei es sich empfiehlt, durch
mechanische Kopplung der Meßorgane (Blindleistungsmesser oder Spannungsmesser) dafür
zu sorgen, daß beim Übergang auf eine andere Grundwelle die richtigen gegenseitigen
Abstände der Meßorgane sowie ihr Abstand von dem Leitungsabschluß automatisch eingestellt
werden. Diese Nachstellung kann auch elektrisch in Abhängigkeit von der Frequenz
erfolgen.