DE890821C - Symmetrieranordnung fuer kurze Wellen - Google Patents
Symmetrieranordnung fuer kurze WellenInfo
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
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-
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 21. SEPTEMBER 1953
E 2366 Villa j' 2Ia*
Zusatz zum Patent 755
Das Patent 755 778 betrifft eine Symmetrieranordnung für kurze Wellen, d. h. eine Einrichtung
zum Übergang einer gegen Erde unsymmetrischen (koaxialen) Hochfrequenzleitung in eine symmetrische
Anordnung. Gemäß dem Hauptpatent ist, wie auch bereits an anderer Stelle bekanntgeworden, an den
Außenleiter der unsymmetrischen Leitung ein Hilfsleiter angeschlossen, der mit dem Ende des Außenleiters
einen Sperrkreis für die Arbeitsfrequenz bildet. Die
symmetrische Anordnung, z. B. eine Dipolantenne, wird dann an die Enden von Außenleiter und Innenleiter
angeschlossen. Das Ende des Hilfsleiters wird vorzugsweise mit dem Ende des Innenleiters verbunden. Der
durch den Hilfsleiter gebildete Sperrkreis verhindert, daß die auf der Innenseite der unsymmetrischen Leitung
fließenden Ströme auf der Außenseite abfließen können. Sie müssen vielmehr vollständig auf den angeschlossenen
Leiter der symmetrischen Anordnung
') Von der Patentsucherin sind als die Erfinder angegeben worden:
Edward Cecil Cork, Baling, Middlesex, und Joseph Lade Pawsey, Hillingdon, Middlesex (Großbritannien)
übergehen. Der Sperrkreis ist dann auf die Arbeitsfrequenz abgestimmt, wenn die Länge des Hilfsleiters
ein Viertel der Arbeitswellenlänge λ oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt. Jedoch kann nach
dem Hauptpatent die (wirkliche) Länge des Hilfsleiters
λ λ
auch von — (bzw. von (ο,η + ι) · — ;n— ganze Zahl)
4 4
abweichen, insbesondere dann, wenn durch einen zusätzlichen Blindwiderstand, z. B. eine zwischen Außenleiter
und Hilfsleiter eingeschaltete Kapazität die
Abstimmung und damit die elektrische Länge von —
wiederhergestellt wird.
Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des genannten Patents, welche'bei einem vom Wellenwiderstand
der unsymmetrischen Leitung abweichenden Anschlußwiderstand der symmetrischen Anordnung die
Widerstände aneinander anpaßt. Im Patent 755 778 ist zwar auch eine Anordnung angegeben, bei der das
letzte — lange Ende der unsymmetrischen Leitung als
Transformationsleitung mit einem anderen Wellenwiderstand ausgebildet ist und dadurch eine Anpassung
ermöglicht. Bei der Erfindung wird jedoch das gleiche Ziel auf einfachere und bequemere Einstellung ermöglichende
Weise dadurch erreicht, daß die Anschlußpunkte der symmetrischen Anordnung auf Außenleiter
und Hilfsleiter und die Länge und/oder der Wellenwiderstand der aus Außenleiter und Hilfsleiter gebildeten
Zweidrahtleitungsschleife derart gewählt sind, daß die symmetrische Anordnung an die unsymmetrische
Leitung angepaßt ist.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung kann man sich folgendermaßen erklären: Schließt
man die symmetrische Anordnung nicht an die Enden von Außenleiter und Hilfsleiter, sondern in einer gewissen
Entfernung davon an, so erscheint ihr Anschlußwiderstand an diesen Enden und damit am Ausgang
der unsymmetrischen Leitung transformiert. Daß man
eine einseitig kurzgeschlossene Zweidrahtleitung in dieser Weise als Transformator verwenden kann, ist an
sich bekannt. Das Transformationsverhältnis hängt von der Lage der Anschlußpunkte und vom Wellenwiderstand
der aus Hilfsleiter und Außenleiter gebildeten Zweidrahtleitung (Schleife) ab. Man kann die
Anordnung so treffen, daß der Wirkanteil des transformierten Anschlußwiderstandes gleich dem Wellenwiderstand
der unsymmetrischen Leitung ist. Der dabei gleichzeitig auftretende Blindanteil kann durch eine
von — abweichende Länge der durch den Hilfsleiter
mit dem Außenleiterende gebildeten Leitungsschleife ausgeglichen werden. Damit ist die Anpassung erreicht.
Die Sperrkreiswirkung bleibt vollständig erhalten, da
die von — abweichende Länge des Hilfsleiters und der 4
durch den Anschluß der symmetrischen Anordnung übertragene Blindanteil sich in ihrer Wirkung auf die
Abstimmung des Sperrkreises aufheben. Man kann daher sagen, daß die elektrische Länge der durch den
Hilfsleiter gebildeten Leitungsschleife nach wie vor —
beträgt.
Die Erfindung enthält auch den Sonderfall, daß als Anschlußpunkte der symmetrischen Anordnung (Antenne)
die Enden von Hilfsleiter und Außenleiter selbst dienen und der Anschlußwiderstand der symmetrischen
Antenne durch Wahl ihrer Lage derart gewählt wird, daß sein Wirkanteil unmittelbar gleich den Wellenwiderstand
der unsymmetrischen Leitung, also der koaxialen Speiseleitung ist. Der Blindanteil des Anschlußwiderstandes
wird dann durch geeignete Länge des Hilfsleiters zu Null gemacht, wobei, wie unten näher
ausgeführt, in die entsprechende Bedingungsgleichung (12) auch der Wellenwiderstand (Z1) der durch
den Hilfsleiter gebildeten Zweidrahtleitung eingeht.
An Hand der als Ausführungsbeispiele dienenden Zeichnung soll die Erfindung näher beschrieben werden.
In Abb. ι ist 3, 4 eine koaxiale Speiseleitung, an deren rechtes Ende beispielsweise ein Sender oder Empfänger
angeschlossen ist. An dem antennenseitigen Ende der Leitung ist ein Hilfsleiter 5 angebracht, der
vorzugsweise denselben Durchmesser und dieselbe Form wie der Leitungsmantel 3 besitzt. Der Hilfsleiter
verläuft, wie dargestellt, zunächst im rechten Winkel zur Speiseleitung und biegt dann so um, daß er auf dem
größten Teil seiner Länge parallel zur Leitung verläuft. Sein Ende liegt gegenüber dem Ende der Speiseleitung.
Das freie Ende des Leiters 5 ist leitend mit dem Innenleiter 6 verbunden. Der Kabelmantel 3 und der Hilfsleiter
bilden wie beim Hauptpatent eine kurzgeschlossene Leitungsschleife, welche an die Speiseleitung angeschlossen
ist.
Der Verbraucher wird durch eine Dipolantenne 7, 8 gebildet, deren Strahlerelemente mit dem Mantel 3 und
dem Hilfsleiter 5 an geeignet gewählten Punkten verbunden sind. Die am freien Ende der Speiseleitung auftretende
Impedanz hängt einerseits von der Impedanz des Verbrauchers, andererseits von der Anschlußstelle
ab. Beide Größen können so gewählt werden, daß die am Antennenende der Speiseleitung wirksame Abschlußimpedanz
gleich dem Wellenwiderstand der Speiseleitung ist. Der Hilfsleiter wirkt also in Verbindung
mit dem Kabelmantel als Transformator.
In Abb. 2 ist das Ersatzschaltbild der Anordnung Abb. ι dargestellt. Die Verbraucherimpedanz besteht
aus dem Ohmschen Widerstand R und dem dazu parallel geschalteten Blindwiderstand. Der Verbraucher sei
an den an den Punkten B, B1 angeschlossen. Es sei nun
Z1 der Wellenwiderstand der durch den Kabelmantel 3 no
und den Hilfsleiter 5 gebildeten Zweidrahtleitung. Der Wellenwiderstand zwischen Innen- und Außenleiter der
Speiseleitung sei mit Z0 bezeichnet. Dann liegt im Ersatzschaltbild zwischen den Punkten A, A1 ein dem
Wellenwiderstand der Speiseleitung entsprechender rein Ohmscher Widerstand der Größe Z0. Um den Verbraucher
an Z0 anzupassen, ist es notwendig, die an den Punkten B1 B1 bei nichtangeschlossenem Verbraucherkreis
wirksame Impedanz gleich einem Wirkwiderstand R parallel mit einem Blindwiderstand X zu
machen. Dies erzielt man durch richtige Wahl der elektrischen Längen O1 und O2 der Teile A-B, B-C
des Hilfsleiters. Die in Bogengraden gemessenen elektrischen Längen sind mit den Strecken A-B und B-C
durch die Beziehungen verknüpft: O1 = --^-.——- 1S5
und Q2 —' -
wobei λ die Wellenlänge der
Arbeitsfrequenz ist. Der Leitungsabschnitt A-B, der im Punkte A durch Z0 abgeschlossen ist, überträgt
auf B die Parallelschaltung eines Widerstandes R1 und
eines Blindwiderstandes X1 folgender Größe:
A1 = Z11IcOS2O1 +--ψ- sin2
/ Z \2
X1= COs2O1 + VH Sm2O1,
X1= COs2O1 + VH Sm2O1,
sin2 O1 / Z1
■ I .
(2)
Der kurzgeschlossene Leitungsabschnitt B-C überträgt auf B den Blindwiderstand X2 der Größe:
X2 = Z1IgQ2. (3)
Die Bedingungen zur Abstimmung und zur Anpassung sind:
1 =0- (4)
X X1
R1 = R. (5)
Zur Befriedigung dieser beiden Bedingungsgleichungen stehen die drei wählbaren Größen Q1, Q2 undZt
zur Verfügung.
Aus den Gleichungen (i) und (5) erhält man:
Aus den Gleichungen (i) und (5) erhält man:
sma 0, =
(6)
Für einen gegebenen Wert des Verbraucherwirkwiderstandes und des Wellenwiderstandes Z1 der durch
3 und 5 gebildeten Zweidrahtleitungsschleife bestimmt die Gleichung (6) O1 und hieraus erhält man den Abstand
von A, an welchem der Verbraucher angeschaltet werden muß. Setzt man diesen Wert von Q1 in Gleichung
(2) ein, so findet man den Wert von X1 bei B, B1.
Durch diesen Wert und durch Einsetzen von X in Gleichung (4) findet man X2 und aus Gleichung (3) den
Wert von Q2, die Länge B-C. Damit ist auch die gesamte
Länge der Schleife für den angenommenen Wert Z1 bestimmt. Eine nähere Betrachtung der Gleichung
(6) zeigt, daß R zwischen den Grenzen Z0 und
~ liegen muß, da sin2 0, zwischen 0 und 1 schwankt.
In der obigen Ableitung wurde der Wert des Wellenwiderstandes Z1 der Schleife beliebig angenommen und
O1 + Q2= — bestimmt. Ein besonderer Fall liegt vor,
wenn Q1 -f- Q2, mit anderen Worten, wenn die Länge
A-C = — der Arbeitswellenlänge ist. In diesem Falle
4
haben Q1 und Z1 bestimmte Werte. Es müssen also dann
Anschlußstelle und Schleifenwellenwiderstand geeignet gewählt werden. Wenn der Verbraucher die Impedanz:
r + Jx = Z0 cos2 Q1 — JZ1 ■ cos Q1 sin Q1 (7)
besitzt und an den Punkten B, B1 in dem elektrischen Abstand Q1 vom Ende A angebracht ist, läßt sich zeigen, daß die Impedanz am Ende rein ohmisch ist und den Wert Z0 besitzt, falls Q1 die Gleichung erfüllt:
besitzt und an den Punkten B, B1 in dem elektrischen Abstand Q1 vom Ende A angebracht ist, läßt sich zeigen, daß die Impedanz am Ende rein ohmisch ist und den Wert Z0 besitzt, falls Q1 die Gleichung erfüllt:
cos2 Q-, =
und Z1 gegeben ist durch
Xo
cos O1 sin O1
(8)
(9)
In den obigen Formeln sind die Verluste in dem Hilfsleiter 5 vernachlässigt, was bekanntlich bei den in
Frage stehenden Hochfrequenzen keine beträchtlichen Fehler bedingt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 3 gezeigt, in welcher die zwei Antennenhälften
mit dem freien Ende des Mantels 3 und des Hilfsleiters 5 verbunden sind. Die A±>b. 3 stellt den Fall dar, in welchem
Q1 = 0 ist. Es sei r + jx die Impedanz der Antenne.
Der äquivalente Wirkwiderstand R und der Blindwiderstand X der entsprechenden Parallelschaltung
sind bekanntlich gegeben durch:
R.
r2 + x2
r H
10
Um R = Z0 zu machen, muß χ durch Veränderung
der Antennenlänge passend eingestellt werden. Die Änderung der Antennenlänge hat einen sehr großen
Einfluß auf x, aber einen relativ kleinen Einfluß auf r. Die Länge muß, wie aus Gleichung (10) für R = Z0
folgt, derart eingestellt werden, daß xz = r (Z0 — r).
Die resultierende Parallelreaktanz X der Antenne ist dann
Die Länge des Hilfsleiters ist derart gewählt, daß er eine Reaktanz — X besitzt. Ist Q die elektrische Länge
wie in Gleichung (3), so ergibt sich:
tgfl = ·
12
Da R größer ist als r, ist die Anordnung nach 3 nur durchführbar für r kleiner als Z0. Dies ist der Fall, der
in der Praxis nicht vorkommt, da der Strahlungswiderstand r eines Dipols sehr rasch mit einer Längenabnähme
abnimmt (und zwar von einem Höchstwert von etwa 70 Ohm bei einer Halbwellenlängenantenne),
während der Wellenwiderstand Z0 der Speiseleitung gewöhnlich 100 Ohm beträgt. Bei der Anordnung der
Abb. ι liegen die Grenzen für den wirksamen Parallel-
wirkwiderstand R bei Z0 und -^- . In Abb. 4 ist ein
anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die Antenne und die Verbindungspunkte
zwischen den Leitungen 3 und 5 gegenüber der Anordnung nach Abb. 1 vertauscht sind. Die Teile 7 und 8
der Antenne sind mit den freien Enden des Mantels r und des Hilfsleiters 5 verbunden, während der Innenleiter
4 durch einen Leiter 6 an einer geeigneten Stelle nach außen geführt und mit dem Hüfsleiter 9 verbunden
ist. Mit Hilfe dieser Anordnung kann eine Antenne mit weit abseits liegendem Wirkwiderstand und
beliebigem Blindwiderstand angepaßt werden. Die Anordnung genügt auch für Verbraucher, deren Wirkwiderstand
im normalen Bereich liegt, deren Blindwiderstand jedoch größer ist. Das äquivalente Ersatzschaltbild
ist in Abb. 5 dargestellt. Die einzelnen Werte werden wie oben berechnet.
In der Praxis ist es lediglich notwendig, den Anschlußpunkt B, B1 so zu wählen, daß der Parallelwirkwiderstand
bei B, B1 bei Fehlen einer Verbindung zwischen B1 und dem Innenleiter gleich Z0 ist. Die
Länge B-C wird dann so gewählt, daß der Parallelwirkwiderstand Null wird. ■*
Eine zweckmäßige Ausbildung der Anordnung nach Abb. 4 zeigt 6. Ein Teil des Kabelmantels 3, der ein
ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge lang ist und daher als Transformator mit dem Übertragungsverhältnis ι: ι wirkt, ist verschiebbar mit den Leitern
3° und 5 verbunden, welche eine Leitung mit dem Wellenwiderstand Z1 bilden. Der Abstand A-B wird
so lange verändert, bis der Parallelwiderstand bei B gleich der Leitungsimpedanz Z0 wird. Ein Kurzschlußglied
9, welches dem senkrechten Teil des Hilfsleiters 5 in den Abb. 1,3-, 4 entspricht und das an geeigneter
Stelle festgeklemmt wird, wird dann so lange verschoben, bis kein Parallelblindwiderstand mehr erscheint.
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Symmetrieranordnung für kurze Wellen, bei der an den Außenleiter der unsymmetrischen Leitung ein Hüfsleiter angeschlossen ist, der mit dem Ende des Außenleiters einen Sperrkreis für die Arbeitsfrequenz bildet nach Patent 755 778, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vom Wellenwiderstand der unsymmetrischen Leitung abweichenden Anschlußwiderstand der symmetrischen Anordnung die Anschlußpunkte der symmetrischen Anordnung auf Außenleiter und Hüfsleiter und die Länge und/oder der Wellenwiderstand der aus Außenleiter und Hüfsleiter gebüdeten Zweidrahtleitungsschleife derart gewählt sind, daß die symmetrische Anordnung an die unsymmetrische Leitung angepaßt ist.
- 2. Symmetrieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anschluß-Widerstand der symmetrischen Anordnung, dessen Wirkanteü (R) gleich der Wellenwiderstand (Z0) der unsymmetrischen Leitung ist, der aber gleichzeitig einen Blindanteil (X) enthält, die symmetrische Anordnung (7, 8) an die Enden von Hüfsleiter (5) und Außenleiter (3) angeschlossen ist und daß die Länge und der Wellenwiderstand der Zweidrahtleitungsschleife (3, 5) derart gewählt sind, daß der Blindanteü (X) des Anschlußwiderstandes der symmetrischen Anordnung kompensiert wird (Abb. 3).
- 3. Symmetrieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (3) und der Hüfsleiter (5) über die Stelle, an der der Innenleiter (4) der unsymmetrischen Leitung mit dem Hüfsleiter verbunden ist, hinaus verlängert sind und daß die symmetrische Anordnung (7, 8) an die Enden der Verlängerungen von Außenleiter und Hüfsleiter angeschlossen ist (Abb. 4).
- 4. Symmetrieranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verlängerung des Außenleitefs (3) ein längs des oberen Teües des Außenleiters gleitbarer Leiter (3ffi) dient und daß der Hüfsleiter (5) mit dem Außenleiter (3) bzw. dem gleitbaren Teü (30) durch eine verschiebbare Kurzschlußbrücke (9) verbunden ist.Hierzu 1 Blatt ZeichnungenI 5427 0.53
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---|---|
DE890821C true DE890821C (de) | 1953-09-21 |
Family
ID=10233765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE890821C (de) |
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US2634371A (en) * | 1953-04-07 | Multichannel antenna system | ||
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US2456679A (en) * | 1941-05-05 | 1948-12-21 | Emi Ltd | High-frequency impedance bridge |
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US5296823A (en) * | 1992-09-04 | 1994-03-22 | James Dietrich | Wideband transmission line balun |
-
1935
- 1935-09-17 GB GB25815/35A patent/GB462911A/en not_active Expired
-
1936
- 1936-09-16 US US100986A patent/US2138906A/en not_active Expired - Lifetime
- 1936-09-18 DE DEE2366D patent/DE890821C/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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GB462911A (en) | 1937-03-17 |
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