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Ohmscher Widerstand für sehr kurze elektrische Wellen Bei sehr hohen
Frequenzen, insbesondere bei Dezimeter- und Zentimeterwellen, benötigt man frequenzunabhängige,
phasenreine Wirkwiderstände, die beispielsweise für den reflexionsarmen breitbandigen
Abschluß von Hochfrequenzleitungen erforderlich sind. Im allgemeinen werden für
diese Widerstandsanordnungen als Wirkwiderstände zylindrische Isolierstäbe verwendet,
die eine gleichmäßige Widerstandsschicht tragen, deren Schichtdicke wesentlich kleiner
ist als die äquivalente Leitschichtdicke. Als äquivalente Leitschichtdicke wird
die Dicke eines ebenen Leiters definiert, der von einem gleichmäßig verteilten Strom
durchflossen wird und denselben Widerstand besitzt wie der Leiter mit Skineffekt.
Somit ist bereits erreicht, daß der Gleichstromwiderstand dieses Widerstandes dem
bei sehr hohen Frequenzen entspricht, da sich der Skineffekt nicht mehr bemerkbar
machen kann. Die räumliche Ausdehnung dieses Widerstandes bedingt jedoch eine Eigeninduktivität
und Eigenkapazität, die man durch entsprechende Formgebung der äußeren Abschirmung
um diesen Widerstand gegenseitig kompensieren kann.
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Es sind bereits einige Ausführungsformen von annähernd frequenzunabhängigen
Ohmschen Widerständen für sehr kurze elektrische Wellen bekannt. Bei der Ausführungsform
nach Fig. i ist der Wirkwiderstand R koaxial in einen Außenleiter eingebaut,
dessen
Durchmesser- exponentiell zum Innenleiter abnimmt. Diese Ausführungsform besitzt
zwar in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband gute elektrische Eigenschaften,
bedingt jedoch einen großen Aufwand für die Fertigung des Exponentialtrichters.
Auch wurde der Wirkwiderstand R nach Fig. 2 in einem einfacher herzustellenden Kegeltrichter
angeordnet. Bei dieser Bauweise ist die Größe des Kegelwinkels 8 meist nach der
Beziehung
festgelegt, wobei a der Abstand zwischen Innen- und Außenleiter und l die Länge
des Kegeltrichters ist. In dem Leitungsquerschnitt i-2 findet der Übergang von der
koaxialen Leitung auf die Kegelleitung statt, in dem der Wellenwiderstand Z der
Leitung und der durch den Aufbau bedingte frequenzabhängige Eingangswiderstand Re
der Kegelleitung aneinandertreffen. Infolge des sprunghaften Überganges zwischen
Anschlußleitung und Abschl.ußwiderstand entsteht hier eine elektrische Stoßstelle,
die zu nicht vernachlässigbaren Reflexionen Anlaß gibt. Insbesondere diese Ausführungtsform
und in geringerem Maße auch die Anordnung nach Fig. i sind bei sehr kurzen Wellen
verhältnismäßig stark frequenzabhängig. Die Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe,
die Übergangsstörungen zwischen ankommender Leitung und Abschlußwiderstand weitestgehend
zu beseitigen.
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Bei einem Ohmschen Widerstand für sehr kurze elektrische Wellen, bestehend
aus einem Körper, der eine in ein am Ende kurzgeschlossenes und zu diesem Ende hin
abnehmenden Leiterabstand aufweisendes Doppelleituugsstück eingeschalteteWiderstandsschicht
trägt, ist gemäß der Erfindung die Länge der Widerstandsschicht in Leitungsrichtung
größer als das einen abnehmenden . Leiterabstand aufweisende Leitungsstück.
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Besonderen Vorteil.bringt die Erfindung bei koaxialen Widerstandsanordnungen.
Während bisher ein genügend frequenzunabhängiger Ohmscher Leitungsabschluß nur mit
Hilfe einer Widerstandsanordnung mit annähernd exponentiell verlaufendem Außenleiter
nach Fig. i möglich war und die Anordnung nach Fig. 2 wegen zu großer Frequenzabhängigkeit
nur bedingt verwendet werden konnte, bringt die Erfindung ohne mechanischen Mehraufwand
den wesentlichen Vorteil größerer Frequenz-Unabhängigkeit bzw. die Möglichkeit,
auch in einer in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängigen Widerstandsanordnung
den sich verjüngenden Außenleiter kegelförmig auszubilden und damit die einfache
Kegelform anzuwenden.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einer Anordnung nach der Erfindung die
Widerstandsschicht zweckmäßigerweise auf einem zyldnderförm,igen Körper angeordnet,
im Zuge des Innenleiters eingeschaltet und der Außenleiter kegelförmig zum kurzgeschlossenen
Ende verlaufend ausgebildet wird, wobei nach der Erfindung die Widerstandsschicht
eine solche Längenabmessung aufweist, daß sie noch um ein Stück in die einen konstanten
Leiterabstand aufweisende koaxiale Leitung ragt. Die Länge, um die sich diese Widerstandsschicht
in die koaxiale Leitung erstreckt, beträgt angenähert
wobei l die Länge der Widerstandsschicht und a der Abstand des Innenleiters
vom Außenleiter der koaxialen Leitung ist. Die Dimensionierung des Kegelwinkels
8 ist im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen Abschlußwiderständen mit kegel-..förmigen
Außenleiter nach der Funktion
angenähert festgelegt. Diese Dimensionierung des Kegelwinkels isst bedingt durch
die Länge der Widerstandsschicht, die größer ist als die Länge des sich verjüngenden
Außenleiterstückes.
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Die Erfindung berücksichtigt durch die Dimensionierung der Längenabmessung
der Ohmschen Widerstandsschicht in - Widerstandsanordnungen insbesondere den Übergang
von Hochfrequenzleitung auf die Widerstandsanordnung und erreicht dadurch, daß der
Eingangswiderstand der . Ohmschen Widerstandsanordnung in einem sehr breiten Frequenzband,
insbesondere noch bei sehr kurzen Wellen frequenzunabhängig gleich dem Wellenwiderstand
der Anschlußleitung ist. Diese Forderung der Gleichheit dieser Widerstände läßt
sich weitgehend berücksichtigen, wenn rnan von der Betrachtung der Wellenflächen
in der Hochfrequenzleitung und in der Widerstandsanordnung ausgeht. Bekanntlich
sind Wellenflächen solche Flächen, durch die weder Verschiebungsströme noch magnetische
Kraftflüsse hindurchtreten.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung und weitere Erläuterungen werden
im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles nach Fig.3 gegeben. Die Figur stellt
einen die Widerstandsschicht R tragenden Körper dar, der in einen kegelförmigen
Außenleiter koaxial eingebaut ist und um die Länge h über den sich verjüngenden
Außenleiter hinaus in die anschließende koaxiale Leitung ragt. In der Figur ist
eine Wellenfläche durch eine gestrichelte Linie W eingezeichnet. Man sieht, daß
sie auf der als sehr gut leitend angenommenen Kegelfläche senkrecht steht. Es hat
sich gezeigt, daß der Eingangswiderstand der Kegelleitung auf der Wellenfläche,
also an den Punkten a-b, für alle Frequenzen bei Dimensionierung des Kegels nach
obiger Beziehung konstant gleich demWiderstandRe ist, der identisch ist mit dem
Gleichstromwiderstand R des Widerstandskörpers. Diesen Widerstand Re bemißt man
so; daß er gleich dem Wellenwiderstand Z der Anschlußleitung ist, wodurch die beste
Anpassung für alle Frequenzen erzielt wird. Würde man den Kegelwinkel 8 nach der
Beziehung
bemessen, d. h: den Winkel, wie bisher üblich kleiner bemessen als bei der Anordnung
gemäß der Erfindung, dann würde bei hohen Frequenzen der Eingangswiderstand der
Kegelleitung von Z abweichen und somit eine starke Reflexionsstelle entstehen.
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Infolge der verschiedenen Neigung der Wellenflächen in der Kegelleitung
und in der Anschbußleitung
bleibt jedoch noch eine schwache Übergangsstörung
bestehen. Der restliche Reflexionsfaktor aü dieser Stelle ist proportional zurr
Frequenz, wie sich durch eine genauere Untersuchung zeigen läßt. Die Übergangsstörung
wirkt sich drabei so aus, als ob an der Übergangsstelle eine Induktivität L, wie
in Fng. 4 gezeigt, in Reihe zu dem Widerstand! R ge-
schaltet wäre. Diese
Ersatzinduktivität I_ läßt sich hereclinen nach der Formel
Dabei bedeutet: Z = Wellenwiderstand der ankommenden koaxialen Leitung und c = Lichtgeschwindigkeit.
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Bei kleinem Kegelwinkel ö wird der Reflexionsfaktor außerordentlich
klein. Infolgedessen ist auch die Ersatzinduktivität L an der Übergangsstelle sehr
klein, wie sich aus der obigen Gleichung unmittelbar ablesen läßt, und es sind in
diesem Fall keine besonderen Maßnahmen zur Kompensation der störenden Induktivität
L notwendig. Erst bei steileren Kegeln ist es nötig, den Reflexionsfaktor durch
eine parallel zum Leitungszug liegende Kapazität C zu verringern; das in diesem
Fall zutreffende Ersatzschaltbild gibt Fig. 5 wieder. Diese bei gegebenem Kegelwinkel
8 erforderliche Parallelkapazität C von der Größe
kann sehr einfach in Form einer meist an sich vorhandenen, entsprechend bemessenen
Stützscheibe verwirklicht werden.
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Die Erfindung gibt somit die Möglichkeit, Olimsche Widerstände herzustellen,
die bis zu sehr hohen Frequenzen in einem breiten Frequenzband verwendbar sind.
Der Vorteil, den z. B. eine Anordnung mit verhältnismäßig langem kegelförmigem Außenleiter
bringen würde, bleibt bei der Anordnung nach der Erfindung auch bei kurzer Ausbildung
dieses Außenleiters erhalten, insbesondere dadurch, daß der Widerstandskörper über
die Länge des Kegelmantels hinaus in die Anschlußleitung ragt und' die bei steilerem
Kegelwinkel 8 auftretende restliche Übergangsstörung durch entsprechend beinessene
Stützscheiben kompensiert wird. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Widerstandsanordnungen,
bei denen das sich verjüngende Außenleiterstück wenigstens zum Teil als Widerstandsschichtträger
dient.