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Ultrakurzwellen-Anordnung
Zur Kontrolle des Änpassungszustandes oder
zur Bestimmung der Durchgangsleistung bei einer Hochfrequenzleitung ist es bereits
bekannt (Patentschrift 737 877), an einer Stelle der Leitung eine der hochfrequenten
Leitungsspannung U proportionale Hochfrequenzspannung q U (Spannungsspannung) und
eine dem hochfrequenten Leitungsstrom J proportionale Hochfrequenzspannung p. J
(Stromspannung) zu erzeugen. Von diesen beiden Spannungen wird die Vektorsumme US
und/oder die Vektordifferenz UD gebildet. Die Faktoren q und p werden dabei so gewält,
und zwar p = q#Z, daß die Vektordifferenz im Fall der Anpassung, also für U = Z
# J verschwindet. wobei Z den Wellenwiderstand der Leitung bedeutet. Das Verschwinden
dieser Differenz kann als Kriterium für den Anpassungszustand benutzt werden, in
dem z. B. die Differenz einem Gleichrichter zugeführt wird und der erzeugte gleichstrom
beim Überschreiten eines Schwellwertes eine Relaisvorrichtung betätigt. welche den
auf die Hocbfrequenzleitung arbeitenden Sender abschaltet.
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Man kann auch aus der gleichgerichteten Vektorsumme. US und der gleichgerichteten
Vektordifferenz UD bei quadratischer Gleichrichtung durch unmittelbare Gegeneinanderschaltung
unmittelbar
die hochfrequente Leistung, d. h. die Durchgangsleistung
durch die Leitung erhalten entsprechend der Gleichung US2UD2=g2 (U + ZJ)2-q2 (UZJ)2=2
q2 Z UJ.
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Bei linearer Gleichrichtung kann man durch Überlagerung der erzeugten
Gleichspannungen über eine Brückenanordnung U5 + UD und U5 UD erhalten, deren Produkt,
in einem Dynamometer gemessen, wieder die Durchgangs leistung ergibt, während ihr
Quotient, in einem Quotientenmeßinstrument gemessen, die Fehlanpassung darstellt.
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Bisher wurde die Stromspannung mit Hilfe eines Hochfrequenztransformators
(Spannungswåndlers) gemessen, der in Reihe mit dem Innenleiter der koaxialen Hochfrequenzleitung
lag und sekundärseitig auf einen kleinen Ohmschen Widerstand arbeitete. Bei sehr
kurzen Wellen bereitet dieser Transformator Schwierigkeiten, da er dann nicht mehr
mit genügend kleiner Eigenwelle und kleiner Eigenkapazität herzustellen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie Abb. I beispielsweise
zeigt, zur Bildung der dem Strom proportionalen Spannung der Außenleiter 24t A2
der dargestellten koaxialen Hochfrequenzleitung durch einen Widers tands ring R
unterbrochen und die Hochfrequenzspannung an der Unterbrechungsstelle zwischen den
beiden Außenleiterteilen S12 22 außerhalb der Leitung abgenommen. Damit diese Spannung
nicht durch zufällige Erdungen der beiden Außenleiterteile auf der Außenseite kurzgeschlossen
wird, wird die Meßstelle nach außen hin durch eine Hülse bzw.
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Haube H vollkommen abgeschirmt, die so groß ist, daß der parallel
zu R erscheinende induktiveWiderstand der durch Hülse und Außenleiterenden gebildeten
Leiterschleife groß gegenüber dem Widerstandswert des Ringes R ist.
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Die der Spannung proportionale Spannung wird in diesem Fall zweimal
gebildet, und zwar durch kapazitive Aufteilung der zwischen Innenleiter und Außenleiter
herrschenden Hochfrequenzspannung mittels der beiden rechts und links von R angeordneten
Metallscheiben M1, M2. Die zwischen M1 und 241 sowie zwischen M2 und 242 auftretenden
Spannungsspannungen werden den Gleichrichtern (Dioden) D1 und D2 gleichphasig zugeführt,
während die Stromspannung die beiden Gleichrichter gegenphasig beaufschlagt. Die
Metallscheiben und der Widerstandsring müssen dabei so angeordnet und bemessen werden,
daß der Widerstand des Ringes R = q#Z ist, wenn, q das Aufteilungsverhältnis der
Spannung durch die Metallringe M1, M2 ist. -Der Widerstandsring R ist im vorliegenden
Fall als praktisch völlig geschlossener kreiszylindrischer Ring ausgebildet und
ist zweckmäßig so beschaffen, daß seine Dicke im verwendeten Wellengebiet klein
gegenüber der Eindringtiefe der Wellen ist. Dann ist der innere induktive Spannungsabfall
am Widerstand gegenüber dem Ohmschen Spannungsabfall völlig zu vernachlässigen.
Wegen der Zirkularsymmetrie des Magnetfeldes ist außerhalb der Leitung nur der Ohmsche
Spannungsabfall q ZJ zu messen.
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Bei der dargestellten Anordnung wird zwar, abgesehen von der eigentlichen
Stromspannung q Z J, eigentlich an Stelle der gewünschten Spannungsspannung q U
an dem einenGleichrichter die Spannung
wirksam, am anderen Gleichrichter die Spannung q
der zusätzliche Betrag # q²JZ/2 ist aber vernachlässigbar klein, da U tei üblichen
Abmessungen und einer Leistung von io kW in der Größenordnung von 1000 V liegt,
während q2JZ/2 in der Größenordnung von 1 V liegt.
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Man kann auch gemäß Abb. 2 die Stromspannung zweimal und die Spannungsspannung
nur einmal erzeugen, indem man den Außenleiter an zwei dicht nebeneinanderliegenden
Stellen auftrennt und die Außenabschnitte A1, A2 mit dem kurzen mittzieren Abschnitt
20 durch je einen Widerstandsring RU 2 gleicher Größe verbindet. Die Spannungsspannung
q U wird dann zwischen dem einzigen Metallring M und dem mittleren Abschnitt 20
abgenommen. Die beiden Stromspannungen q Z J werden der 1)uodiode D im Gegentakt
zugeführt, während ihr die Spannungsspannung im Gleichtakt zugeführt wird.
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An Stelle der in Abb. 1 und 2 vorhandenen ringförmigen Schichtwiderstände
kann man auch gemäß Abb. 3 eine Reuse aus einzelnen Widerständen, z. B. Widerstandsdrähten,
verwenden. In diesem Fall ist es allerdings zweckmäßig, zur Vermeidung von Meßfehlern
das äußere Streufeld der Einzeldrähte, neben der Abschirmung durch die Hülse H,
nochmals getrennt abzuschirmen, dadurch, daß die beiden Außenleiterenden über die
Widerstandsreuse mit einem durch Einfräsung erzeugten Abstand so weit weitergeführt
sind, daß nur ein sehr schmaler Schlitz S zwischen ihren Enden besstehenbleibt.
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Die bisher dargestellten zylindrischen Ringwiderstände besitzen immer
noch eine gewisse Induktivität. Diese kann man ganz vermeiden, wenn man gemäß Abb.
4 den Widerstandsring aus zwei Ringscheiben R' aufbaut Hierbei ist eine Schaltung
mit einfacher Stromspannung und doppelter Spannungsspannung entsprechend Abb. 1
vorausgesetzt.
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Bei einer Schaltung mit doppelter Stromspannung und einfacher Spannungsspannung
ähnlich Abb. 2 sieht man zweckmäßig gemäß Abb. 5 zwei Scheibenringe R1', R2' zwischen
den Enden der Außenleiterabschnitte i 42 und einem kurzen mittlerenAbschnitt A0'
größeren Durchmessers vor.
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A0' trägt zwei Ringplatten Pl, P2, die mit einer dem Metallring M
in Abb. 2 entsprechenden isoliert angeordneten Platte P die kapazitive Spannungsaufteilung
bewirken.
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Da eine symmetrisch gespeiste Scheibe oder Ringscheibe keine Induktivität
besitzt, sind die
Widerstände R' in Abb. 4 bzw. R,' und R2'praktisch
induktionsfrei. Die Verwendung der Ringplatten P3, P, P2 bedingt dementsprechend,
daß auch der kapazitive Spannungsteiler selbst bei sehr kurzen Wellen praktisch
induktionsfrei ist.
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Der Raum zwischen P1 und R1' bzw. zwischen P2 und R2'wirkt wie je
eine in Reihe geschaltete Induktivität L,, L2 gemäß dem Ersatzschaltbild in Abb.
6. Diese Induktivitäten können so bemessen werden, daß ein T-Glied vom Wellenwiderstand
Z der Hochfrequenzleitung gebildet wird. Auch be den übrigen dargestellten Anordnungen
kann die \meßstelle zu einem Kettengleiter (T- oder ll-Glied) vom Wellenwiderstand
des Kabels ergänzt werden.
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Der Phasenfehler, der durch den durch die Hülse H gegebenen induktiven
Nebenschluß zum ringförmigen Widerstand bzw. zu den ringförmigen Widerständen bedingt
ist, kann, falls noch erforderlich, dadurch in einem weiten Frequenzbereich unschädlich
gemacht werden, daß die Kapazität zwischen den Metaliringen M bzw. P oder M1 und
M2 einerseits und dem Außenleiter andererseits durch parallel geschaltete Widerstände
gedämpft wird.