DE969968C - Abstimmbares Resonanzgebilde fuer ultrakurze Wellen - Google Patents

Description

Bei einem Resonanzsystem für ultrakurze Wellen stellt sich z. B. die Aufgabe, die in dem Resonanzsystem vorhandene Schwingung in ihrer Frequenz zu ändern, unter Umständen periodisch. Besondere Anwendung einer derartigen Anordnung stellen Apparaturen für die Abstamdsbestimmung dar, welche nach dem Verfahren der Frequenzverwerfung arbeiten, beispielsweise derart, daß die Größe der aus einer direkt empfangenen und einer ihr überlagerten reflektierten Welle resultierenden Schwebungsfrequenz ein Maß für die Entfernung des Reflexionsortes bildet. Als Resonanzsysteme können einzelne oder aber mehrere abgestimmte gestreckte Leiter, beispielsweise in Form von Doppelleitungen (Ledherleitungen), dienen, welche abgeschirmt oder nicht abgeschirmt sein mögen. Mit Vorzug verwendet man als Resonanzsysteme konzentrische Lecherleitungen und insbesondere Hohlraumschwingungskreise mit Innenleiter.

Es ist bekannt, die Frequenz derartiger Resonanzgebilde durch einen verschiebbaren Abschlußschieber zu verändern. Ferner ist eine kontinuierliche Veränderung der Frequenz durch Veränderung der Kapazität zwischen Innen- und Außenleiter, wie dies z. B. bei einer exzentrischen Lagerung des Innenleiters zum Außenleiter durch Rotation des einen Leiters gegenüber dem anderen feststehenden und' geeignet ausgebildeten Leiter bewirkt werden kann, bekanntgeworden. Bei derartigen Anordnungen besteht jedoch bei periodischen Veränderungen die Gefahr der Übertragung störender Schwingungen durch die von außen auf das System

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einwirkenden treibenden Kräfte. Ebenfalls sind Abstimmeinrichtungen bekanntgeworden, bei denen der Innenleiter eine Unterbrechungs stelle aufweist und die Enden der sich an dieser Stelle gegenüberstehenden Leiterteile als Kondensatoorplatten ausgebildet sind. Eine Veränderung der Kapazität derartiger Einrichtungen wird durch Abstandsänderung oder Verdrehung der Kondensatorplatte gegeneinander bewirkt.

ίο Jedoch kann mit diesen Abstimmeinrichtungen selbst bei. einer großen Verstellung der Kapazitätsplatten nur eine geringfügige Veränderung der Frequenz des Schwingkreiseis erreicht werden, da infolge der angewandten Bauweise die Mittelebene der veränderlichen Kapazität in einem Stromknoten der sich ausbildenden Welle zu liegen kommt.

Demgegenüber bewirkt bei dem erfindungsgemäßen Resonanzgebilde bereits eine kleine Verstellung der Kapazitätsflädhen eine wesentliche Frequenzbeekiflussung des Kreises.

Es stellt ein aus zwei gestreckten Leitern, einer konzentrischen Lecherleitung oder einem Hotalraumschwingungskreis mit Innenleiter bestehendes abstimmbares Resonanzgebilde für ultrakurze WeI-len dar, bei dem der Innenleiter mit einer Unterbrechumgsstelle versehen ist und die Teile des Innenleiters an der Unterbrechungsstelle so gestaltet bzw. profiliert sind, daß bei Drehung eines oder beider Teile um ihre Längsachse (also ohne Längsverschiebung der.oder eines der Teile) eine (allenfalls periodische) Veränderung der von der Unterbredhungsstelle gebildeten Kapazität eintritt, bei der erfindungsgemäß die Mittellinie der Kapazität an einer Stelle eingefügt ist, die vom Ort eines Stromknotens heraus in Richtung auf einen Strombauch verschoben ist.

Ein Ausführangsbeispiel sei an Hand der Fig. 1 erläutert. Eine Lecherleitung mit dem. Außenleiter 1 und dem Imnianileiter 2 sei auf der Seite 3 an einen Generator für ultrahochfrequente Schwingungen, insbesondere für dm- oder cm-Wellen, angeschlossen. Am Ende 4 ist diese konzentrische Energieleitung durch einen Kolben 5 der gezeichneten Form abgeschlossen, der — um an den Kontaktstellen 6 die Übergangswiderstände klein zu halten — die Länge λ/4 erhält. Der Innenleiter dieser Energieleitung ist mit einer Unterbrechung an der Stelle 7 (Unterbrechungsstelle) versehen. Die Unterbrechungs stelle bildet eine Kapazität (Reihenkapazität) gewisser Größe. Verschiebt man den Kolben 5, so kann dadurch die von dem ultrahochfrequenten Generator erzeugte Wellenlänge unter Umständen verändert werden. Die Energieleitung der Fig. ι kann zum Ziehen, (stetigen Verändern) der Wellenlänge dienen. Befindet sich die im Zuge des Innenleiters 2 angeordnete Kapazität 7 an, der Stelle eines Spainnungsbauches (vergleidhe die Spannungsverteilung 8 längs der Energieleitung, solange die Kapazität 7 als unendlich groß betrachtet werden kann), so hat die Kapazität 7 auf diese Spannungsverteilung und auf die Wellenlänge praktisch keinen Einfluß, auch wenn sie von dem unendlich großen Wert auf endliche Werte herabgesetzt wird.

Wird, dagegen die Kapazität 7 aus dem Spannungsbauch heraus in Richtung nadh einem Strombauch verlegt, z. B. in die Lage, in welcher sie sich in Fig. ι befindet, so muß nun bei Änderung dieser Kapazität 7 eine Änderung der Verteilung von Strömen und Spannungen längs der Energieleitung in Fig. ι und damit eine Veränderung der Wellenlänge der im Resonanzsystem vorhandenen Schwingungen eintreten. Veränderungen der Kapazität 7 wirken um so größer, je näher die Kapazität 7 einem Strombauch angeordnet wird.

Für die Zwecke der Abstandsbestimmung ist es erwüscht, periodische Änderungen der Wellenlänge und zu diesem Zwecke eine Änderung der Kapazität 7 mit einer Frequenz von 10 bis 100 — beispielsweise 50 — Perioden pro Stunde zu bewirken, und zwar ohne daß an der Apparatur größere Kräfte angreifen müssen oder auf diese störende Vibrationen übertragen werden. Diese Aufgabe kann nun dadurch gelöst werden, daß man den den Kolben 5 durchsetzenden Teil 9 des Innenleiters von einem bei 14 angekoppelten Motor als Welle drehen läßt, z. B. mit einer Drehzahl von 3000 je Minute. Bei einer Umdrehung der Welle 9 tritt dann eine periodische Änderung der Kapazität 7 ein, wenn die Enden der Stücke 9 und 2 des Innenleiters nicht durch Ebenen senkrecht zur Achse begrenzt werden, sondern irgendeine als geeignet befundene Ausbildung besitzen·.

In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab im Aufriß und im Seitenriß eine solche Ausbildung des freien Endes, von Leiter 2 bzw. Leiter 9 (an der Unterbrechungsstelle 7) dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Leiter 2 über eiruem'Halbkreis seines Querschnittes eine größere Länge, bildet also einen Fortsatz 10 gegenüber der anderen Hälfte von Leiter 2. Auch Leiter 9 ist in gleicher Weise ausgebildet, und die Fortsätze 10 von Leiter 9 und 2 stehen sich im einem engen, den Feldraum der Kapazität bildenden Spalt dicht gegenüber. Bei Drehung des Leiters 9 und feststehendem Leiter 2 ergibt sich nun in Abhängigkeit vom Drehwinkel ψ die in Fig. 3 dargestellte lineare Veränderung der Kapazität 7. In den Punkten 11, wo die Kapazität ein Maximum ist, stehen sich die beiden Fortsätze 10 exakt gegenüber, in den Punkten 12 dagegen sind die beiden Fortsätze 10 der Leiter 2 und 9 um i8o° zueinander versetzt, und die Kapazität geht auf ο bzw. einen kleinen Wert zurück.

Wird beispielsweise eine sinusförmige Veränderung der Kapazität 7 gewünscht, so kann der eine Leiter, z. B. der Leiter 2, wie in Fig. 2 ausgebildet werden, während das bei 7 befindliche Ende des Leiters 9, wie in Fig. 4 im Seiten- und im Aufriß dargestellt, ausgeführt wird. Die sinusförmige Variation wird nämlich dann erhalten, wenn an Stelle des Fortsatzes 10 in Fig. 2 von halbkreisförmigem Querschnitt an dem Leiter 9 (bei 7) ein Fortsatz 13 von der Form eines abgeflachten Kreises verwendet wird. Wie aus dem Ausdruck für die in Abhängigkeit des Drehwinkels sich überdeckende Fläche eines Fortsatzes 13 nach Fig. 4 und eines Fortsatzes 10 nach Fig. 2 sich ergibt, muß der

Fortsatz 13 in Fig. 4 mit den Polarkoordinaten r und ψ der Gleichung genügen

worin D der Radius des Leiters 9 ist. Die Kapazität 7 verändert sich dann in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Welle 9, wie in Fig. 5 dargestellt, die das Analogen zur Fig. 3 ist.
Wird die veränderliche Kapazität 7 in der Weise ausgebildet, wie es die Fig. 2 und 4 in zwei Ausführungsbeispielen zeigen, so ist ihr erreichbarer Maximalwert durch die Abmessungen des Leiterquerschnittes bzw. des Querschnittes der profilierten Ansätze 10 und 13 begrenzt und damit auch der Kopplungsgrad der beiden Leiterteile 2 und. 9. Zur Erzielung einer festeren Kopplung, wie sie insbesondere für eine periodische Frequenzänderung erforderlich ist, können die beiden aneinanderstoßenden Leiterenden vorteilhaft derart ausgebildet werden, wie dieses die Fig. 6 und 6 a zeigen. Der Leiter 2 erhält beispielsweise die gleiche Form wie in Fig. 2 und ist mit einem Ansatz 10 von einem halbkreisförmigen Querschnitt versehen. Der ihm gegenüljerstehende Teil 16 des anderen Leiters ist gegenüber dem Schaft 9 stark ausgebildet und erhält eine exzentrische Bohrung 17, in welche der Ansatz 10 des Leiters 2 hineinragt. Rotieren beide oder einer der Leiterteile 2 und 9 um ihre Längsachse, so tritt infolge der periodischen Änderung des· Abstandes der Außenflächen des Ansatzes 10 von den Innenflächen der exzentrischen Bohrung 17 auch eine periodische Änderung der Kapazität 7 auf. Diese ist am kleinsten, wenn in der Fig. 6 die ebene Fläche 15 des Ansatzes 10 nach unten weist.

Die Kapazität zwischen den Stirnflächen 18, 19 bleibt dagegen unverändert und bildet also eine konstante Zusatzkapazität.

Durch geeignete Längenbemessung der Bohrung 17 und des in sie hineinragenden Ansatzes 10 kann der veränderlichen Kapazität 7 jeder gewünschte Wert gegeben werden. Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Bohrung 17 und der Ansatz 10 eine andere geeignetere Form erhalten, so daß sich die Reihenkapazität nach einer beliebigen vorgegebenen Funktion ändert, beispielsweise linear oder sinusförmig, wie es in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist.

An Stelle einer Ankopplung des Resonanzgebildes nach der Erfindung an einen schwingungsanfachenden Generator kann eine Ankopplung des Resonanzgebildes an eine Energieleitung treten, deren Abstimmung durch dasselbe periodisch geändert wird. Auf diese Weise kann an Stelle einer direkten Frequenzabstimmung des schwingungserzeugenden Generators eine mittelbare Abstimmung auf die gewünschte ultrahochfrequente Wellenlänge durchgeführt werden. Als Kopplung kann jede bekannte Kopplungsart — eine galvanische, kapazitive, induktive oder eine Strahlungskopplung — verwendet werden. Ist das erfindungsgemäße Resonanzgebilde in Form einer konzentrischen Rohrleitung ausgebildet, so kann die Kopplung mit einer gleichartigen Energieleitung vorteilhaft über eine geeignet bemessene feste oder veränderliche spaltförmige Öffnung erfolgen.

Ist das Resonanzsystem der Fig. 1 an den bei 3 befindlichen Generator sehr lose gekoppelt, so erhält man durch die periodischen Änderungen der Kapazität 7 nicht eine periodische Änderung der Wellenlänge, sondern eine periodische Änderung der Amplitude, auf welche das in seiner Abstimmung periodisch geänderte Resonanzsystem sich aufschaukelt. Man kann also mit der Anordnung nach Fig. 1 nicht nur periodische Änderungen der Wellenlänge eines Ultrakurzwellengenerators, sondern bei festgehaltener Wellenlänge auch periodische Änderungen eimer Kopplung und damit beispielsweise periodische Änderungen, also Modulation, der von einem Antennensystem ausgestrahlten Energie hervorrufen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann die periodische Änderung der Abstimmung bzw. Kopplung durch rotierende und nicht durch hin und her gehende Apparateteile bewirkt werden, wodurch die bei hin und her gehenden Teilen unvermeidlichen Vibrationen vermieden werden.

Anstatt die Reihenkapazität periodisch zu ändern, kann diese vorteilhaft auch dazu verwendet werden, um die durch das erfindungsgemäße Resonanzgebilde bewirkte Frequenzabstimmung bzw. den erziehen Kopplungsgrad von einem festen Wert auf einen anderen festen Wert willkürlich zu ändern. Die drehbaren Leiterteile werden in diesem Fall nicht in dauernde Rotation versetzt, sondern entweder von Hand oder automatisch in Abhängigkeit \^ron einer beliebigen Regelgröße jeweils um einen bestimmten. Winkel gedreht. Diese Drehung kann beispielsweise mit Hilfe eines Magnetsystems erfolgen. Es findet also keine periodische Änderung der Reihenkapazität statt, sondern lediglich eine ein- oder mehrmalige Änderung ihres Wertes. Diese Maßnahme kann entsprechend wie die periodische Änderung der Reihenkapazität zur Frequenzänderung eines Generators bzw. zur Änderung der Abstimmung von einer oder mehreren Energieleitungen sowie zur Veränderung des Kopplungsgrades zwischen einem Gnerator und einer Energieleitung, zwischen einem von. diesen und einem Strahler oder zwischen mehreren Energieleitungen verwendet werden.

Eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß durch Drehung des rotierenden Leiterteiles um jeweils i8o° die Reihenkapazität und damit der Kopplungsgrad von ihrem Minimalwert auf den Maximalwert oder umgekehrt ge- bracht wird. Mit einer derartigen Anordnung kann eine bequeme und einwandfreie Antennentastung (Primärstrahler und Sefcundärstrahler) durchgeführt werden, welche gegenüber einer Tastung durch mechanische Unterbrechung den für Ultrakurzweilen wesentlichen Vorzug besitzt, daß veränderliche Übergangswideirstände an der Unterbrechungsstelle und die damit notwendigerweise verbundenen Energieschwankungen vermieden werden.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Resonanzgebildes zur Variation der Frequenzabstim-

mutig bzw. des Kopplungsgrades ist naturgemäß nicht aiuf die Verwendung in Kombination mit ultraihochfrequente Schwingungen erzeugenden Generatoren beschränkt, sondern kann ebensogut vorteilhaft im Empfängern' für die gleichen Zwecke benutzt werden.

Verwendet main beispielsweise auf der Senderseite und auf der Empfängerseite gleichartige Resonanzgebilde der erfindungsgemäßen Ausf ührungsfarm, welche eine synchron erfolgende periodische Änderung der abgestimmten Frequenz bewirken, so kann, zwischen zwei derartigen Stationen ein ungestörter Nachrichtenverkehr durchgeführt werden. Die Synchronisierung dar periodischen Frequenzänderung erfolgt vorteilhaft vom Sender aus, beispielsweise durch eine Impulsgabe.

Die Einwirkung der veränderlichen Kapazität 7 auf Abstimmung bzw. Kopplung des Resonanzsystems ist bei Anbringung dieser Kapazität in einem Spanrauoigsbaudh am kleinsten, bei- Anbringung im Strombauch am größten. Durch Verschieben ihrer Lage können beliebige Zwisdhenwerte der Einwirkung eingestellt werden.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Aus zwei gestreckten Leitern, einer konzentrischen-Lecherleitung oder einem Hohlraumschwingungskreis mit Innenleiter bestehendes abstimmbares Resonanzgebilde für ultrakurze Wellen:, bei dem der Innenüeiter mit einer Untarbrechungsstelle versehen ist und die Teile des Innenleiters an der Unterbrechungsstelle so gestaltet bzw. profiliert sind, daß bei Drehung eines oder beider Teile um ihre Längsachse (also ohne Längsverschiebung der oder eines der Teile) eine (allenfalls periodische) Veränderung der von der Unterbrechungsstelle gebildeten Kapazität eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene der Kapazität an einer Stelle eingefügt ist, die vom Ort eines Stromknotens heraus in Richtung auf einen Strombauch verschoben ist.

2. Resonanzgebilde für ultrakurze Wellen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Kapazität an der Unterbrechungsstelle (7) nur einer der beiden Leiterteile (9) um eine Achse drehbar eingerichtet ist.

3. Resonanzgebilde für ultrakurze Wellen nach Anspruch 2, dadurdh gekennzeichnet, daß der drehbare Teil in einer abschirmenden bzw den Außenleiter abschließenden Metallscheibe gelagert ist.

4. Resonanzgebilde für ultrakurze Wellen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Teil in einem eine Viertelwellenlänge langen, vorzugsweise kolbenförmigen Überbrückungsglied (5, 6) gelagert ist.

5. Resonanzgebilde für ultrakurze Wellen nadh einem dar Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestaltung bzw. Profilierung der Teile an der Unterbrechungsstelle (7) so gewählt ist, daß die Größe der Kapazität an der Unterbrechungsstelle (7) bei einer Rotation ■ sinusförmig verläuft.

6. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei Hohlraumgeneratoren (zwecks Abstimmung oder Kopplungseinstellung).

7. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei Anordnungen mit periodischer Frequenzänderung, insbesondere für die Zwecke der Entfernungsmessung.

8. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem 'der Ansprüche 1 bis 5 zur Abstimmung bzw. Ankopplung von Empfängern.

9. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Abstimmung bzw. Ankopplung von Energieleitungen.

10. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ^{zur ver}~ änderlichen Ankopplung von Antennen.

11. Die Anwendung des Resonanzgebildes naah einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Tastung von Primärstraihlern oder Sekundärstrahlexn.

12. Die Anwendung des Resonanzgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Sende- und Empfangsstationen mit synchron erfolgender periodischer Frequenzänderung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 124432;
USA.-Patentschrift Nr. 1 927 393;
französische Patentschrift Nr. 762 304.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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