DE804334C - Einrichtung zur UEberfuehrung von sich entlang einer Fortpflanzungsbahn fortpflanzender Wellenenergie in eine andere Fortpflanzungsbahn - Google Patents

Description

Man verwendet Wellenleiter, insbesondere in Form von Rohrleitern, in .großem Maße zum Leiten der Fortpflanzung von Schwingungsenergie entlang einer vorgeschriebenen Bahn, welche zwei voneinander entfernte Punkte, z. B. einen Sender und die dazugehörige Sendeantenne oder einen Empfänger und die dazugehörige Empfangsantenne, miteinander verbindet. Unter dem Ausdruck Wellenleiter soll hierbei ganz allgemein jedes System

ίο länglicher Flächen verstanden werden, welche zur seitlichen Begrenzung elektrischer Wellen dienen und dazu fähig sind, die Richtung der Fortpflanzung solcher Wellen zu bestimmen. Wellenleiter können daher aus einem Paar von parallelen Drähten oder Freileitungen, aus einer einen Innenleiter und einen Außenleiter umfassenden konzentrischen Leitung oder auch aus einem einzigen hohlen Leiter bestehen.

Im allgemeinen ist es erwünscht, daß die Schwingungsenergie sich um oder im Wellenleiter nur in einer Richtung fortpflanzt, denn bei einem Energiefluß in beiden Richtungen ergeben sich stehende Spannungs- und Stromwellen, welche meist ein Zeichen dafür sind, daß der Wellenleiter einen verminderten Wirkungsgrad hat und seine Betriebsverhältnisse unstabil sind.

Allerdings gibt es gewisse Anwendungen von Wellenleitern, bei welchen zwecks Erreichung besonderer Wirkungen vorsätzlich stehende Wellen erzeugt werden. Ein typisches Beispiel einer solchen Anwendung ist die Hochfrequenzwiderstandsmessung, bei welcher ein Widerstand unbekannter

Größe an das eine Ende eines Wellenleiters mit bekanntem Wellenwiderstand angekoppelt wird und ■ die kleinsten und größten Werte der sich im Wellenleiter ergebenden stehenden Wellen gemessen werden, um als Maß der Größe und des Phasenwinkels des unbekannten Widerstandes verwertet zu werden.

In beiden vorgenannten Fällen ist es daher erwünscht, Mittel zur Anzeige des Vorhandenseins

ίο stehender Wellen im Wellenleiter zur Verfügung zu haben, sei es, um unerwünschte Betriebsverhältnisse aufzuzeigen, sei es, um durch Messung der Größe der stehenden Welle die Widerstandsmessung durchzuführen. Überdies ist es auch oft erwünscht, die von einer Energiequelle einer Belastung zugeführte Energiemenge einfach und leicht messen zu können, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob nun im Wellenleiter stehende Wellen vorhanden sind oder nicht.

ao Die Messung der größten und kleinsten Amplitudenwerte einer stehenden Welle, die man gewöhnlich als Messung des Amplitudenverhältnisses der stehenden Welle bezeichnet, sowie der einer Belastung zugeführten Energiemenge wurde bisher mittels des geschlitzten Wellenleiters durchgeführt. Dieser besteht aus einem Wellenleiter, dessen Länge vorzugsweise mehr als eine halbe Wellenlänge beträgt und in dessen Außenleiter ein Längsschlitz vorgesehen ist, durch welchen ein Stift zur kapazitiven Energieentnahme oder eine Schleife zur induktiven Energieentnahme in das elektromagnetische Feld innerhalb des Wellenleiters hineinragt. Dieser Stift oder diese Schleife ist entlang des Schlitzes des Wellenleiters beweglich, und die sich während dieser Bewegung am Stift ergebenden größten und kleinsten Spannungen bzw. die sich in der Schleife ergebenden stärksten und schwächsten Ströme sind ein Maß für das Amplitudenverhältnis der etwa vorhandenen" stehenden Welle. Bei geeigneter Eichung kann man mit Hilfe der erwähnten Anordnung auch die einer Belastung zugeführte Energiemenge messen. Diese Anordnung ist jedoch, obzwaf sie eine weitverbreitete Anwendung gefunden hat, in ihrem Aufbau und in ihrer Handhabung nicht so einfach, wie dies erwünscht wäre; überdies hat sie auch andere wohlbekannte Nachteile, auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht.

In gewissen Fällen der Anwendung von Wellenleitern ist es erwünscht, die in einer Richtung durch den Wellenleiter fließende Energiemenge für sich messen zu können, also unabhängig von der etwa in der entgegengesetzten Richtung fließenden Energie. Eine bekannte Anordnung zur Durchführung einer solchen Messung besteht aus einer zwischen einen Widerstand und einen Anzeigekreis eingeschalteten Drahtschleife, welche in das elektromagnetische Feld eines von zwei gleichachsigen Leitern gebildeten Wellenleiters eintaucht und daher sowohl magnetisch als auch elektrisch mit dem Innenleiter gekoppelt ist. Bei geeigneter Bemessung des Widerstandes sowie der magnetischen und ■ elektrischen Kopplung zwischen der Schleife und dem Innenleiter addieren sich die durch die elektrische und magnetische Kopplung aus dem Energiefluß in der einen Richtung entnommenen Energiemengen, während die sich aus dem Energiefluß in der entgegengesetzten Richtung entnommenen Energiemengen gegenseitig aufheben. Diese Anordnung hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß die mittels der Schleife entnommene Energiemenge mit zunehmender Wellenlänge sehr rasch abnimmt, so daß also die Anordnung stark frequenzabhängig ist. Dies hat seine Ursache darin, daß die Schleife viel kürzer als eine halbe Wellenlänge ist, so daß die Kopplung infolge der Tatsache, daß die Koeffizienten der magnetischen und elektrischen Kopplung zwischen der Schleife und dem Wellenleiter viel kleiner als eins sind, auch im günstigsten Fall sehr schwach ist. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß zur Herbeiführung des richtigen Wertes der gegenseitigen induktiven Kopplung zwischen der Schleife und dem Innenleiter eine bestimmte Winkelstellung der Schleife mit Bezug auf die Achse des Wellenleiters erforderlieh ist und daß die richtige Einstellung der ganzen Anordnung auch ansonsten große Schwierigkeiten macht, zumal sie nicht im voraus bestimmt werden kann, sondern durch Probieren gefunden werden muß.

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Einrichtung zur Überführung von sich entlang einer Fortpflanzungsbahn mit ebener Wellenstirn fortpflanzender Wellenenergie in eine zweite Fortpflanzungsbahn, bei welcher die zweite Bahn aus einem mit der ersten Bahn nur entlang eines zur ersten Bahn parallelen begrenzten Teiles ihrer Länge elektrisch und magnetisch gekoppelten Wellenleiter besteht, in welchem sich die Wellenenergie mit derselben Geschwindigkeit fortpflanzen kann wie entlang der genannten ersten Bahn, wobei dieser Wellenleiter von zumindest zwei Leitern mit zueinander parallelen Leiterteilen gebildet wird, deren gegenseitiger Abstand nur einen Bruchteil ihrer Länge und der Wellenlänge der zu überführenden Wellenenergie beträgt, und der Wellenleiter zumindest an seinem einen Ende durch einen Widerstand abgeschlossen ist, der verhindert, daß aus dem Energiefluß, welcher in dem zum Wellenleiter parallelen Teil der erstgenannten Fortpflanzungsbahn in Richtung von dem genannten einen Ende des Wellenleiters nach seinem anderen Ende zu fortschreitet, Wellenenergie zum genannten anderen Ende des Wellenleiters übergeführt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen die Fig. 1, 2, 4, 5 und 7 bis 10 verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtungen vorstellen, Fig. 3 eine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtung aufgebaute Meßanordnung zeigt, Fig. 3 a eine andere Ausführungsform eines Teiles dieser Meßanordnung veranschaulicht und Fig. 6 ein die Übertragungscharakteristik der Einrichtung gemäß den Fig. 5 und 7 darstellendes Diagramm ist.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält zunächst

einen aus dem Innenleiter 11 und dem diesen gleichachsig umgebenden Außenleiter io bestehenden ersten Wellenleiter zur Übertragung von Trägerzeichen mit einer ebenen Wellenstirn. Unter WeI-lens'tirn ist hierbei eine Ebene zu verstehen, welche parallel zu den aufeinander senkrecht stehenden elektrostatischen und magnetischen Kraftlinien der Welle ist. Eine ebene Wellenstirn ist eine solche, in welcher die elektrischen und die magnetischen Kraftlinien sich nur in zwei Dimensionen ändern, während die Änderung in der dritten Dimension ausschließlich eine Änderung der Zeit ist, so daß die Zeichenenergie sich in einer gewissen Richtung ohne merkliche Änderung der Amplitude fortpflanzt.

Eine ebene Wellenstirn liegt also nur dann vor, wenn die Zeichenenergie sich weder nach außen ausbreitet noch nach innen konzentriert. Unter gleichachsiger Leitung soll hierbei jede Leitung verstanden werden, welche ein aus einem Außenleiter und einem Innenleiter bestehendes Gebilde darstellt, also jede abgeschirmte Leitung, deren Rückleiter den Innenleiter umgibt. Der Außenleiter braucht dabei den Innenleiter nicht vollständig zu umschließen, sondern kann beispielsweise die Form eines dreiseitigen, im Querschnitt rechtwinkligen Troges haben, dessen vierte Seite offen ist, da auch ein solcher Außenleiter eine für viele Zwecke ausreichende Abschirmung des Innenleiters bewirkt. Dieser obengenannte erste Wellenleiter wird im folgenden Hauptleitung genannt, um ihn von dem in der Einrichtung weiterhin verwendeten zweiten Wellenleiter, den wir im folgenden Nebenleitung nennen werden, zu unterscheiden.

Die Nebenleitung, welche ebenfalls einen aus zwei gleichachsigen Leitern gebildeten Wellenleiter darstellt, sitzt auf der einen Seite der Hauptleitung und ist zumindest auf einem Teil ihrer Länge parallel zur Hauptleitung. Sie enthält einen Innenleiter 12, welcher von den Seitenwänden eines auf den Außenleiter 10 der Hauptleitung aufgesetzten und mit diesem in leitender Verbindung stehenden rechtwinkligen leitenden Gehäuses 13 gleich weit entfernt ist. Die Vorderseite des Gehäuses 13 ist auch durch eine leitende Wand abgeschlossen, die aber in der Zeichnung weggelassen ist, um das Innere des Gehäuses zu zeigen. Obzwar die Zeichnung dies im Interesse der Klarheit der Darstellung nicht erkennen läßt, ist es doch erwünscht, daß die Länge der Hauptleitung und der Nebenleitung erheblich größer sei als ihr Durchmesser und ihr gegenseitiger Achsenabstand.

Die Übertragungseinrichtung enthält weiterhin Mittel zur Verschiebung der Nebenleitung quer zur Achse der Hauptleitung, um mittels der dadurch bewirkten Änderung der Kopplung zwischen den beiden Leitungen den Grad der Energieübertragung zwischen den beiden Leitungen zu regeln. Diese Mittel umfassen eine bewegliche Membran 14 aus leitendem Material, welche mit öffnungen 15 und 16 für den Leiter 12 versehen ist. Die Membran 14 ist an einer aus leitendem Material oder aus Isoliermaterial hergestellten Stange 17 befestigt, welche in der an der oberen Wandung des Gehäuses 13 vorgesehenen Hülse 18 verschiebbar gelagert ist. ; Am Umfang der Membran 14 sind federnde Kontaktfinger 19 angebracht, welche mit den Wandungen des Gehäuses 13 in leitender Berührung stehen.

Die beiden Leitungen 10, 11 und 12, 13 sind nur entlang eines Stückes ihrer zueinander parallelen Teile miteinander magnetisch und elektrisch gekoppelt. Diese Kopplung ist durch einen in der gemeinsamen Wandung der Außenleiter der beiden Leitungen vorgesehenen länglichen Schlitz 20 ermöglicht, dessen Länge und Breite das Maß der Kopplung bestimmen. Die von der Länge des Schlitzes abhängige Kopplung ist dann am stärksten, wenn die Länge des Schlitzes gleich einem Viertel oder einem ungeraden Vielfachen eines Viertels einer ausgewählten Wellenlänge der durch die Hauptleitung übertragenen Zeichen ist. Diese Bemessung der Länge des Schlitzes bewirkt nicht nur die stärkste Kopplung zwischen den beiden Leitungen, sondern gibt überdies auch die Gewähr dafür, daß das Maß der Energieübertragung von der Hauptleitung zur Nebenleitung innerhalb eines die ausgewählte Wellenlänge enthaltenden gewissen Wellenbereiches fast gleichbleibend ist. Ein weiterer Vorteil der erwähnten Bemessung der Schlitzlänge besteht darin, daß dabei geradzahlige Harmonischen der in der Hauptleitung übertragenen Welle nicht in die Nebenleitung übergeführt werden, was für viele Anwendungszwecke von Bedeutung ist.

Die Nebenleitung 12, 13 endet an ihren beiden Enden in Widerständen 21 und 22, welche zwischen das Ende des Innenleiters 12 und die Membran 14 geschaltet sind. Der Widerstand an dem einen Ende der Nebenleitung ist so bemessen, daß unter der Einwirkung einer in der Hauptleitung wandernden reinen Wanderwelle, deren Richtung der Riehtung von dem genannten einen Ende der Nebenleitung nach ihrem anderen Ende zu entspricht, sich an diesem Ende der Nebenleitung keine Wellenenergie ergibt. Diese Widerstände werden weiter unten noch eingehender betrachtet.

Durch die entlang des Schlitzes 20 hervorgerufene elektrische und magnetische Kopplung der Hauptleitung und der Nebenleitung wird der Wellenwiderstand dieser Leitungen im Bereich des Schlitzes etwas geändert. Aus diesem Grunde haben die Leiter 11, 12 an dieser Stelle einen etwas vergrößerten Durchmesser, damit der Wellenwiderstand für einen gegebenen gegenseitigen Abstand dieser Leiter entlang der gesamten Länge der beiden Leitungen gleich sei und die Abweichungen der für andere gegenseitige Leiterabstände geltenden Wellenwiderstände vom gewünschten Wert auf ein möglichst kleines Maß herabgesetzt werden. Diese Vergrößerung des Durchmessers ist in der Zeichnung der Klarheit halber übertrieben dargestellt; in Wirklichkeit ist ihr Ausmaß im Hinblick auf die verhältnismäßig schwache Kopplung zwischen den beiden Leitungen sehr klein.

Die Fig. 1 zeigt die Einrichtung nur ganz schematisch, daher sind die den Innenleiter 11 im Außenleiter 10 abstützenden und die den Außen-

leiter 12 an der Membran 14 befestigenden Isoliermittel nicht dargestellt.

Die Wirkungsweise der Einrichtung soll an Hand der Fig. 2 erläutert werden, welche ein Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 1 darstellt. In diesem ist der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung 10, 11 mit R₀ und derjenige der Nebenleitung mit R₀ bezeichnet. An das eine Ende der Hauptleitung 10, 11 ist eine Trägerzeichenquelleo"angeschlossen, und die Hauptleitung endet in der üblichen Weise in einem Widerstand i?₀, dessen Größe gleich derjenigen des Wellenwiderstandes der Hauptleitung ist.

Es kann theoretisch und experimentell nachgewiesen werden, daß der Koeffizient k_L der gegenseitigen Induktivität bzw. der magnetischen Kopplung zwischen den Leitungen 10,11 und 12,13 gleich dem Koeffizienten k^ ihrer kapazitiven bzw. elektrischen Kopplung ist, da das Längsmaß des

ao Schlitzes 20 und der Leitungen viel größer als ihr Quermaß ist. Diese beiden Kopplungen stehen jedoch in solchem Phasenverhältnis zueinander, daß die durch eine sich in der Hauptleitung 10, 11 von der Zeichenquelle S zum Widerstand R₀ fortpflanzende reine Wanderwelle in der Nebenleitung 12, 13 hervorgerufenen Ströme am Widerstand 21 gleiche Phase, am Widerstand 22 jedoch entgegengesetzte Phase haben. Wenn der Wert des Widerstandes 21 in der weiter unten angegebenen Weise richtig gewählt ist, wird an diesem Widerstand die Wellenenergie nicht zurückgeworfen, so daß sich also unter der Einwirkung einer in der Hauptleitung in Richtung von der Zeichenquelle .S zum Widerstand R₀ , fortschreitenden reinen Wanderwelle eine Wellenenergie nur am Widerstand 21 ergibt, nicht aber am Widerstand 22. Hieraus geht hervor, daß die Überführung der Wellenenergie in die Nebenleitung gerichtet vor sich geht, d. h. in Abhängigkeit von der Richtung des Energieflusses in der Hauptleitung. Demnach ergibt sich also infolge eines von dem Widerstand R₀ nach der Zeichenquelle S zu gerichteten Energieflusses, beispielsweise infolge einer vom Widerstand R₀ reflektierten Welle, Energie nur am Widerstand 22, nicht, aber am Widerstand 21, falls auch der Widerstand 22 richtig bemessen ist. Die an den Widerständen 21 und 22 gemessenen Spannungen oder Ströme sind also ein Maß für die in der Hauptleitung in beiden Richtungen fließenden Wellenenergien. Die Einrichtung stellt also eine gerichtete Kopplungsanordnung dar.

Der Wert des Widerstandes 21 oder 22 ist gleich demjenigen des Wellenwiderstandes R₀ der Nebenleitung. Wie vorhin erwähnt, ändert die elektrische und magnetische Kopplung zwischen den beiden Leitungen den Wellenwiderstand dieser Leitungen im Bereich des Schlitzes 20. Es ist erwünscht, daß der Wellenwiderstand R₁ dieses Teiles der Nebenleitung dem Wellenwiderstand R₀ des übrigen Teiles der Nebenleitung entsprechend angepaßt sei, damit in der Nebenleitung an den Enden des Schlitzes 20 keine Wellenreflektion eintritt. Zwecks Herbeiführung dieser Anpassung wird die Nebenleitung so bemessen, daß ihr Wellenwiderstand R₁ folgenden Wert hat:

(χ)

wobei k der für einen gewissen gegenseitigen Abstand zwischen den Leitern ii und 12 gegebene Koeffizient der induktiven oder kapazitiven Kopplung zwischen den beiden Leitungen ist.
Dieser Koeffizient hat folgenden Wert:

C_a

(2)

i-k*

(3)

L_sc und C_sc bedeuten hierin den bei einem gegebenen gegenseitigen Abstand der Leiter 11 und 12 gemessenen induktiven und kapazitiven Widerstand der Nebenleitung, der in der Weise ermittelt wird, daß man die Nebenleitung an ihrem einen Ende und die Hauptleitung an beiden Enden des Schlitzes 20 kurzschließt und die Messung am anderen Ende der Nebenleitung durchführt. L_oc und C_oc bedeuten den in derselben Weise gemessenen induktiven und kapazitiven Widerstand der Nebenleitung in dem Falle, daß die Hauptleitung offen ist.

Es sei hier bemerkt, daß die Nebenleitung keine Energiereflektion in der Hauptleitung verursacht, wenn sie durch die Widerstände 21, 22 in richtiger Weise abgeschlossen ist und im übrigen der Gleichung 1 entspricht. Da diese Gleichung den Kopplungskoeffizienten k enthält, welcher seinerseits vom gegenseitigen Abstand der Leiter 11 und 12 abhängt, fällt die Reflektion am Schlitz nur bei einem bestimmten gegenseitigen Abstand dieser Leiter ganz fort, aber sie hat auch bei anderen gegenseitigen Leiterabständen das geringstmögliche Maß.

Es ist demnach erwünscht, daß der entlang des Schlitzes 20 gegebene Wellenwiderstand R₃ der Hauptleitung derart sei, daß sein veränderter Wert sich dem Wellenwiderstand R₀ des übrigen Teiles dieser Leitung anpaßt, damit am Ende des Schlitzes 20 keine Wellenreflektion eintritt. Dies wird durch eine derartige Ausbildung der Hauptleitung erreicht, daß ihr Wellenwiderstand R₃ den durch die folgende Gleichung bestimmten Wert hat:

Bei einer Übertragungseinrichtung gemäß Fig. 1 wird der Kopplungskoeffizient k gewöhnlich sehr klein gewählt, so daß der Wert des Wellenwider-Standes R₁ der Nebenleitung im Bereich des Schlitzes 20 angenähert gleich ihrem sonstigen Wellenwiderstand R₀ wird. Aus demselben Grunde ist auch der Wellenwiderstand R₃ der Hauptleitung im Bereich des Schlitzes 20 gleich ihrem sonstigen H₀ Wellenwiderstand R₀. Falls in einem Sonderfa'l ein großer Kopplungskoeffizient k erwünscht ist, können entsprechende, durch die Gleichungen 1 und 3 bestimmte Werte der Wellenwiderstände R₁ und R₃ der Hauptleitung und der Nebenleitung durch geeignete Wahl der Abmessungen der Innen-

und Außenleiter beider Leitungen entlang des Schlitzes 20 erreicht werden.

Die Übertragungseinrichtung gemäß Fig. 1 ist so ausgebildet, daß die Größe des Kopplungskoeffizienten k durch Änderung des gegenseitigen Abstandes zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung mittels der Stange 17 geändert werden kann. Eine Vergrößerung dieses Abstandes vermindert den Kopplungskoeffizienten und verringert infolgedessen die von der Hauptleitung in die Nebenleitung übergeführte Wellenenergie. Da die Nebenleitung sich immer zwischen den zueinander parallelen ebenen Seitenwänden des Gehäuses 13 bewegt, ändert sich die Kopplung exponentiell mit der Änderung

X5 des gegenseitigen Abstandes der beiden Leitungen. Gegebenenfalls kann auf der Stange 17 eine geeignete Teilung vorgesehen werden, welche die Dämpfung in Dezibel oder in anderen Einheiten angibt.

Die von der Hauptleitung übertragene Energie wird natürlich um die zur Nebenleitung übertragene Energie vermindert. Das 'Verhältnis der sich am Ausgangsende der Hauptleitung ergebenden Energiemenge zu der an ihrem Eingangsende zugeführten Energiemenge ist ein Maß für den Wirkungsgrad der Energieübertragung durch die Hauptleitung und auch ein Maß für die in die Nebenleitung übergeführte Energiemenge. Die Art und Weise der Änderung des Wirkungsgrades der Übertragung in Abhängigkeit von der in Bogenwinkeln β der übertragenen Welle ausgedrückten Länge des Schlitzes 20 ergibt sich aus folgender Gleichung:

-k'¹

(4)

'' _τ— k- cos- β'

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß der Wirkungsgrad der Übertragung dann am kleinsten und infolgedessen die Energiezufuhr zur Nebenleitung dann am größten ist, wenn die Länge des Schlitzes 20 gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen ist, während das Umgekehrte bei einer einer geraden Anzahl von \^iertelwellenlängen gleichen Schlitzlänge eintritt. Diese Eigenschaft der Übertragungseinrichtung ist insbesondere in Verbindung mit einigen weiter unten zu beschreibenden Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft, welche so beschaffen sind, daß mit ihrer Hilfe leicht ein verhältnismäßig größerer Wert von k erreicht werden kann.

Fig. 3 zeigt eine eine besondere Ausführungsform der Erfindung verkörpernde Meßanordnung. Ihre den Teilen gemäß Fig. 1 entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie dort. Die Hauptleitung 10, 11 dient zur Verbindung einer Zeichenquelle 25 mit einem Zeichenverwerter 26. Die Zeichenquelle; 25 kann beispielsweise ein Sender und das Gerät 26 eine Sendeantenne sein. An jedem Ende der Nebenleitung 12', 13' sind zwei auf dem Innenleiter 12' verschiebbar gelagerte Ringe 27 und 28 aus leitendem Material vorgesehen. Diese Ringe, welche den Außenleiter 13' nicht berühren, haben eine solche Länge, daß man mit ihrer Hilfe eine Widerstandsanpassung herbeiführen kann. An eine Anzapfung des einen Abschlußwider-Standes 21 der Nebenleitung ist ein Gleichrichter 29 angeschlossen, dessen Ausgangskreis einen Strommesser 30, einen veränderlichen Widerstand 31 und die eine Spule32 einesKreuzspulen-Elektrodynamometers 33 mit Nullstellung in der Mittellage enthält. Ebenso ist mit einer Anzapfung des anderen Abschlußwiderstandes 22 in der Nebenleitung ein Gleichrichter 34 verbunden, an welchen sich ebenfalls ein Strommesser 35, ein veränderlicher Widerstand 36 und die andere Spule 37 des genannten Elektrodynamometers 33 anschließen. Im Außenleiter 10 der Hauptleitung ist ein länglicher Schlitz vorgesehen, dessen Länge mindestens einer halben Wellenlänge gleich ist. Durch diesen Schlitz ragt in die Hauptleitung der Auskoppelstift 38 eines Gerätes 39 zum Anzeigen stehender Wellen. Dieses Gerät ist üblicher Art und enthält einen Gleichrichter zur Erzeugung einer von der in der Nähe des Stiftes 38 in der Hauptleitung herrschenden Spannung abhängigen Gleichspannung sowie ein Meßinstrument 40 zur Anzeige der Höhe dieser Gleichspannung.

Um die Meßinstrumente 30, 33 und 35 eichen zu können, sind verschiedene Voreinstellungen durchzuführen. Die Meßinstrumente 30 und 35 werden in Einheiten der in der Hauptleitung \Orwärts und rückwärts fließenden Wellenenergie geeicht, während die Eichung des Meßinstrumentes 33 in Einheiten des Verhältnisses zwischen dem größten und kleinsten Wert der durch stehende Wellen verursachten Spannungen oder Ströme in der Hauptleitung erfolgt. Zuerst muß das Gerät 26 derart ausgebildet oder eingestellt werden, daß sich in der Hauptleitung 10, 11 eine von der Zeichenquelle 25 zum Gerät 26 fortschreitende reine Wanderwelle ergibt. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn das die stehende Welle anzeigende Gerät 39 erkennen läßt, daß die Zeichenspannung entlang der Hauptleitung überall gleich ist. Für diesen Fall ergibt sich aus der obigen Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1, daß die in der Nebenleitung 12', 13' hervorgerufene ganze Zeichenenergie sich am Abschlußwiderstand 21 ansammelt und am Abschlußwiderstand 22 keine Energie vorhanden ist, wenn am Widerstand 21 keine Energiereflektion eintritt. Infolgedessen besteht die zweite Bedingung in der Anpassung des Abschlußwiderstandes 21 an den Wellenwiderstand R₀' der Nebenleitung in der Weise, daß die Meßgeräte 33 und 35 keine Zeichenenergie am Abschlußwiderstand 22 anzeigen. Diese Anpassung kann durch eine geeignete Einstellung der Ringe 27 erreicht werden.

Sobald dies geschehen ist, wird die Nebenleitung 12', 13' im Verhältnis zur Hauptleitung 10, 11 umgedreht, so daß die in der Hauptleitung fortschreitende reine Wanderwelle nur am Abschlußwiderstand 22 Zeichenenergie hervorruft. Dieser Widerstand wird nun mittels der Ringe 28 ebenfalls so angepaßt, daß die Meßgeräte 30 und 33 keine Zeichenenergie am Abschlußwiderstand 21 anzeigen.

Hiernach wird die Nebenleitung im Verhältnis

zur Hauptleitung wieder umgekehrt, und die Hauptleitung wird vor dem Gerät 26 kurzgeschlossen. Dieser Kurzschluß verursacht eine Totalreflektion der von der Zeichenquelle 25 zum Kurzschlußpunkt fortschreitenden Zeichenenergie, so daß nunmehr in der Hauptleitung in beiden Richtungen gleiche Energiemengen fließen. Jetzt werden die veränderlichen Widerstände 31 und 36 so eingestellt, daß der Zeiger des Meßgerätes 33 seine in der Mitte der Skala gelegene, mit dem Unendlichkeitszeichen bezeichnete Nullstellung einnimmt.

Schließlich wird der Kurzschluß der Hauptleitung wieder aufgehoben, und das Meßgerät 30 wird nun in Einheiten der zum Gerät 26 fließenden Zeichenenergie geeicht, wobei die Energiemessung an der Zeichenquelle 25 in üblicher Weise durchgeführt wird. Diese Eichung erfolgt bei der Betriebsfrequenz der die Zeichenquelle 25 und das Gerät 26 umfassenden Anordnung oder aber, falls diese An-Ordnung innerhalb eines gewissen Frequenzbereichs arbeiten soll, bei der Mittelfrequenz dieses Frequenzbereichs. Nunmehr wird die Nebenleitung 12', 13' umgekehrt, und das Meßgerät 35 wird in derselben Weise in Einheiten der zum Gerät 26 fließenden Energie geeicht. Nach abermaliger Umkehrung der Nebenleitung in ihre ursprüngliche Lage ist die Meßanordnung betriebsbereit.

Die Wirkungsweise der Meßanordnung dürfte auf Grund der obigen Darlegung ihrer vorbereitenden Einstellungen ohne weiteres klar sein. Die Mittelstellung des Zeigers des Meßgerätes 33 deutet an, daß in der Hauptleitung in beiden Richtungen gleiche Energiemengen fließen, wobei sich das größte Amplitudenverhältnis der stehenden Welle ergibt.

Der Ausschlag des Zeigers in seine äußerste linke Stellung zeigt an, daß in der Hauptleitung nur eine von der Zeichenquelle 25 zum Gerät 26 fortschreitende reine Wanderwelle vorhanden ist, während der Ausschlag des Zeigers in seine äußerste rechte Stellung ein Zeichen für das Vorhandensein einer vom Gerät 26 nach der Zeichenquelle 25 gerichteten reinen Wanderwelle wäre. Der letztere Fall kann jedoch bei der dargestellten Anordnung nicht vorkommen. Die Größe der von der Zeichenquelle 25 zum Gerät 26 fließenden Zeichenenergie wird vom Meßgerät 30 und diejenige der in der entgegengesetzten Richtung fließenden Zeichenenergie wird vom Meßgerät 35 angezeigt.

Die Fig. 3a stellt eine andere Ausführungsform eines Teiles der Meßanordnung gemäß Fig. 3 dar, bei welcher der Elektrodynamometer 33 durch einen Strommesser 43 ersetzt ist, dessen eine Stromspule 44 an den Ausgangskreis des Gleichrichters 29 und dessen andere Stromspule 45 an den Ausgangskreis des Gleichrichters 34 angeschlossen ist, wobei die magnetischen Felder dieser beiden Spulen einander entgegengesetzt gerichtet sind. Der Strommesser 43 hat seine Nullstellung ebenfalls in der Mittellage des Zeigers, und der Ausschlag des Zeigers in der einen Richtung zeigt einen Energiefluß von der Zeichenquelle 25 zum Gerät 26 an, während der Ausschlag des Zeigers in der anderen Richtung einen reinen Energiefluß in der entgegengesetzten Richtung anzeigen würde. In diesem Fall müssen die Gleichrichter 29 und 34 entweder solche sein, deren gleichgerichteter Ausgangsstrom dem Quadrat der zugeführten Wechselspannung proportional ist, oder sie müssen aus Wärmegeräten bestehen, deren Ausgangsstrom der zugeführten Energie proportional ist.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Einrichtung gemäß Fig. 1. Diese enthält eine aus gleichachsigen Leitern 48, 49 bestehende Hauptübertragungsleitung und eine mit dieser gleichachsige Nebenleitung, welche aus einem Außenleiter 50 und dem Außenleiter 49 der Hauptleitung besteht, der gleichzeitig als Innenleiter der Nebenleitung dient. Die Nebenleitung ist an ihren Enden durch leitende Ringe 51 und 52 abgeschlossen. Der gemeinsame Leiter 49 ist mit einem Schlitz 53 versehen, der gemäß den in Verbindung mit der Einrichtung nach Fig. 1 erläuterten Grundsätzen derart bemessen ist, daß er zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung eine magnetische und elektrische Kopplung von erwünschtem Ausmaß herbeiführt. Mit der Nebenleitung ist an von den Abschlußringen 51 und 52 um je eine Viertelwellenlänge entfernten Punkten dieser Leitung je eine gleichachsige Anschlußleitung 54 und 55 verbunden, welche in je einem zum Abschließen der Nebenleitung dienenden Widerstand 56 und 57 enden. Die zwischen den Anschlußleitungen und dem ihnen benachbarten kurzgeschlossenen Ende der Nebenleitung befindlichen Teile dieser Leitung wirken als Viertelwellenlängen-Widerstandstransformatoren, welche an ihrem von der Anschlußleitung entfernten Ende kurzgeschlossen sind und daher an den Verbindungspunkten der Nebenleitung mit den Anschlußleitungen einen großen Widerstand für die Zeichenenergie darstellen. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im übrigen gleich derjenigen der Einrichtung nach Fig. 1 und braucht daher nicht näher erläutert zu werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher der Außenleiter 61 der aus den gleichachsigen Leitern 60 und 61 bestehenden Übertragungsleitung einen Abschnitt 63 vergrößerten Durchmessers aufweist. Die Nebenleitung ist ebenfalls eine gleichachsige Leitung und besteht zum Teil aus dem an seinen beiden Enden offenen, mit dem Innenleiter 60 der Hauptleitung gleichachsigen, innerhalb des Teiles 63 des Außenleiters 61 liegenden Hohlleiter 62. Den anderen Leiter der Nebenleitung kann entweder der Innenleiter 60 oder der Außenleiter 63 bilden, der dann für beide Leitungen gemeinsam ist. In diesem Fall ist aus den weiter unten zu erläuternden Zweckmäßigkeitsgründen der Leiter 63 als der zweite Leiter der Nebenleitung gewählt worden. Die die Nebenleitung bildenden Leiter sind so bemessen, daß der kombinierte Widerstand der beiden Leitungen gleich dem Wellenwiderstand der Hauptleitung 60, 61 wird und sich zwischen den beiden Leitungen das gewünschte Maß elektrischer und magnetischer Kopplung ergibt. Falls der Wellenwiderstand des außerhalb der Nebenleitung 62, 63 liegenden Teiles 60, 61 der

Hauptleitung R₀" ist, nimmt der Wellenwiderstand der Hauptleitung einen über die ganze Länge dieser Leitung hinweg konstanten Wert an, wenn der Durchmesser des erweiterten Teiles 63 dieses Außenleiters sich zu den Durchmessern der Leiteroo und 62 wie folgt verhält:

R₀' = YR₂ (R₁ +R₂).

(5)

In dieser Gleichung ist R₀ der Wellenwiderstand des von den Leitern 60 und 62 gebildeten Leitungsstückes, während R₁ der Wellenwiderstand der Nebenleitung 62, 63 ist.

An dem einen Ende der Nebenleitung 62, 63 sind zwischen den beiden Leitern dieser Leitung Widerstände 64 vorgesehen, welche die Nebenleitung so abschließen, daß eine in der Hauptleitung in Richtung von diesem Ende der Nebenleitung nach ihrem anderen Ende zu fortschreitende reine Wanderwelle an dein anderen Ende der Nebenleitung keine Zeichenenergie hervorruft. Der zu diesem Zwecke erforderliche Wert der Widerstände 64 ergibt sich zu:

R,

R₁

(6)

Dieser Widerstandswert kann auch wie folgt ausgedrückt werden:

A₁₁₄ = A₁Vi-A². (7)

Hierin bedeutet k den Koeffizienten der elektrisehen und magnetischen Kopplung zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung, dessen Größe sich wie folgt bestimmt:

R,

Γ ^Λι "Γ -"a

In der Praxis ist es im allgemeinen vorteilhaft, das andere Ende der Nebenleitung durch ebensolche Widerstände 66 abzuschließen, welche denselben Wert haben wie die Widerstände 64. Der Wider-Standsabschluß der Nebenleitung an ihrem einen Ende sichert die Gleichmäßigkeit des Wellenwiderstandes entlang der Hauptleitung nur für in einer Richtung fortschreitende Wellen; um diese Vorteile auch für die in der anderen Richtung fortschreitenden Wellen zu erreichen, muß der Widerstandsabschluß an beiden Enden der Nebenleitung vorgesehen werden. Wenn die Übertragungseinrichtung in ähnlicher Weise benutzt werden soll wie im Falle der Fig. 3, können mit den Widerständen 64 und 66 Anschlußleiter 65 und 67 verbunden werden. Die Nebenleitung ist mit der Hauptleitung entlang des Leiters 62 elektrisch und magnetisch gekoppelt. Zwecks Erzielung der stärksten Kopplung soll die Länge dieses Leiters gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen der durch die Hauptleitung übertragenen Zeichen sein. Den Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung gibt die Gleichung 4 an, wenn in dieser die Größe β die Länge des Leiters 62 im Bogenmaß der übertragenen Welle bedeutet. Wie bereits erwähnt, kann die Nebenleitung anstatt aus den Leitern 62 und 63 auch aus den Leitern 60 und 62 bestehen, wobei die Widerstände 66 und 64 zwischen diese beiden Leiter geschaltet werden. Um auch in diesem Fall Stromkreise an die Widerstände anschließen zu können, muß allerdings der Leiter 60 hohl sein, da dann die Anschlußleiter 65 und 67 durch das Innere des Leiters 60 geführt werden müssen. Auch für diese Ausführungsform gelten die Gleichungen 5 bis 7a, wenn die Größen R₁ und R₂ miteinander vertauscht werden. Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß

ι Fig. 5 ist gleich derjenigen der Einrichtung gemäß Fig. i, mit dem Unterschied, daß bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 viel größere Werte des Kopplungskoeffizienten k erreicht werden können. Infolgedessen kann sich der Wirkungsgrad der Übertragung in Abhängigkeit von der Wellenlänge der übertragenen Zeichen in viel größerem Maße ändern, so daß die Einrichtung so ausgebildet werden kann, daß sie eine frequenzabhängige Übertragungscharakteristik bzw. Dämpfungscharakteristik hat. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, welche den Übertragungswirkungsgrad als Funktion der für eine gewisse Wellenlänge der übertragenen Zeichen gegebenen

j Länge der Nebenleitung zeigt. Wie ersichtlich, ergibt sich für Wellenlängen, welche in der Nähe derjenigen Wellenlänge liegen, bei welcher die Länge der Nebenleitung eine ungerade Anzahl vonViertel-

! weilenlängen beträgt, eine große Dämpfung, während die Dämpfung für diejenigen Wellenlängen,

ί bei welchen die Länge der Nebenleitung angenähert gleich einer ganzen Zahl halber Wellenlängen ist, sehr klein ausfällt. Infolge dieser ihrer Eigenschaft kann die Einrichtung als frequenzabhängiges Dämpfungsglied für Trägerzeichen verwendet werden.

Die in Fig. 7 dargestellte Übertragungseinrichtung ist im wesentlichen gleich derjenigen gemäß Fig. 5, und ihre den Teilen der Einrichtung gemäß Fig. 5 entsprechenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort. Der innerhalb des too Leiters 62 liegende Teil 68 des Innenleiters 60' hat dieselben Abmessungen wie der Innenleiter 60 der Einrichtung gemäß Fig. 5, während die Abmessungen des übrigen Teiles des Innenleiters größer sind und der Außenleiter 61' einen über seine ganze Länge hinweg gleichbleibenden, dem Durchmesser des Leiterteiles 63 der Fig. 5 gleichen Durchmesser aufweist. Die Leiterabmessungen sind so gewählt, daß sie die Gleichung 5 befriedigen, so daß der Wellenwiderstand über die ganzeLänge der Haupt-

! leitung hinweg konstant ist. Die Wirkungsweise und die Charakteristik dieser Ausführungsform ist dieselbe wie diejenige der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform.

Die Fig. 8 und 8 a stellen eine als Kolbendämpfungsglied ausgebildete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung in Seitenansicht und im Querschnitt dar. Die Hauptübertragungsleitung 69, 70 endet in einem leitenden Gehäuse 71 rechtwinkligen Querschnitts und ist durch einen Abschlußwiderstand 72 abgeschlossen, dessen Größe gleich dem Wellenwidertand der Hauptleitung ist. Im Gehäuse 71 ist eine in der Längsrichtung des

! Gehäuses bewegliche leitende Platte 73 vorgesehen, welche mittels der Stange 74 verschoben werden kann und mit den Gehäusewänden in Berührung

stehende Kontaktfinger 75 aufweist. Die Nebenleitung besteht aus den die Platte 73 durchsetzenden Leitern 76 und yj, wobei der Innenleiter yy dieser Leitung auf der dem Innenleiter 69 der Hauptleitung zugewendeten Seite der Platte 73 parallel zu diesem Innenleiter 69 verläuft. Die Nebenleitung ist durch einen Widerstand 78 abgeschlossen, welcher einem der Widerstände 21 oder 22 der Einrichtung gemäß Fig. 1 entspricht. Die Höhe w des Gehäuses! ist vorzugsweise erheblich größer als seine Breite t, damit das Maß der magnetischen und elektrischen Kopplung der Hauptleitung und der Nebenleitung hauptsächlich durch ihre größeren Seitenwände bestimmt wird. Dieses Kopplungsmaß ändert sich mit der Entfernung zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung. Die Innenleiter 69 und 76 der Hauptleitung und der Nebenleitung sollen in der Mittelebene des Gehäuses liegen, damit die unerwünschte magnetische Wellentype ge-

ao ringer Dämpfung, für welche die Höhe w des Gehäuses maßgebend ist, nicht erregt oder weitergeleitet wird. Die frei stehenden Teile der Innenleiter beider Leitungen werden zweckmäßig von flachen Metallbändern gebildet, damit sie bei Aufrechferhaltung des erforderlichen Abstandes zwischenihnen fester miteinander gekoppelt werden können. Der Querschnitt des Gehäuses 71 wird so bemessen, daß der Wellenwiderstand der beiden Leitungen auf deren ganzen Länge, einschließlich des innerhalb des Gehäuses liegenden Teiles, konstant sei.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 entspricht in ihrem Aufbau der Einrichtung gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß die Innenleiter der beiden Ubertragungsleitungen einander auf ihrer ganzen Länge innerhalb des Gehäuses 71 frei gegenüberstehen. Zur Erreichung der besten Kopplung zwischen beiden Leitungen muß die Länge des frei liegenden Teiles des Innenleiters 76 der Nebenleitung gleich einer ungeraden Anzahl von Viertel-Wellenlängen sein. Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 8 entspricht derjenigen der in Fig. ι dargestellten Einrichtung und braucht daher nicht wiederholt zu werden.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 7 gleicht, sich jedoch zur Anwendung in Verbindung mit offenen oder ausgeglichenen Übertragungsleitungen eignet. Die aus den beiden parallelen Leitern 80 und 81 bestehende Hauptleitung stellt eine solche offene und ausgeglichene Leitung dar. Die Nebenleitung besteht aus an ihren Enden offenen Hohlzylindern 82, 83, welche je einen der Leiter der Hauptleitung umgeben. Die Länge der Leiter 82, 83 ist, ebenso wie im Falle der Einrichtung gemäß den Fig. 5 und 7, gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen. Die Achse jedes der Leiter 82 und 83 liegt parallel zur Achse des von diesen Leitern umgebenen Leiters 80 bzw. 81, ist aber in bezug auf diese Achse so weit seitlich verschoben, daß die einander zugekehrten Seiten der Leiter 82 und 83 in der Mitte zwischen dem von ihnen umgebenen Leiter und der neutralen Mittelebene zwischen den Leitern 80 und 81 liegen. Die Leiter 82 und 83 liegen demnach in denjenigen Äquipotentialflächen einander gleich großer Potentiale entgegengesetzter Vorzeichen, welche sich um die Leiter 80 und 81 ausbilden würden, wenn die Leiter 82 und 83 nicht vorhanden wären.

Um einen entlang der Hauptleitung 80, 81 konstanten Wellenwiderstand zu erreichen, ist der Durchmesser der innerhalb der Leiter 82 und 83 liegenden Teile 84 und 85 der Leiter 80 und 81 vermindert. Dieser verminderte Durchmesser ist im Verhältnis zum Durchmesser der Leiter 82, 83 und zum Wellenwiderstand der Nebenleitung so bemessen, daß er die folgende Gleichung befriedigt:

In dieser ist R₀'" der Wellenwiderstand der Hauptleitung 80, 81 an einem außerhalb der Leiter 82, 83 gelegenen Punkt dieser Leitung, R₂' das Doppelte des Wellenwiderstandes zwischen dem Leiterteil 84 und dem Leiter 82 bzw. zwischen dem Leiterteil 85 und dem Leiter 83, während R₁ der Wellenwiderstand der Nebenleitung 82, 83 ist.

Die Nebenleitung ist an ihren beiden Enden durch je einen Widerstand 86 abgeschlossen, dessen Größe sich aus folgender Gleichung bestimmt:

(9)

Falls es erwünscht ist, die einem dieser Widerstände oder beiden zugeführte Zeichenenergie messen zu können, kann mit dem betreffenden Widerstand ein in seinen Mittelpunkt eingefügter Strommesser 87 in Reihe geschaltet werden. Die Wirkungsweise der Einrichtung gleicht im wesentlichen derjenigen der Einrichtung gemäß Fig. 5 und 7.

Die Einrichtung gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 9 dadurch, daß die Nebenleitung aus zwei eine offene oder ausgeglichene Übertragungsleitung bildenden parallelen Leitern 82', 83' besteht, welche in gleichen Abständen von je einem der Leiter 80, 81 der Hauptleitung liegen und durch Widerstände 86' abgeschlossen sind. Die für diese Anordnung gültigen Parameter ergeben sich aus den Gleichungen 1 bis 4. Da die Leiter 82' und 83' auf ihrer ganzen Länge frei dem elektrischen und magnetischen Feld der no Leiter 80, 81 der Hauptleitung ausgesetzt sind, ergibt sich dann die beste und gleichförmigste Kopplung zwischen der Hauptleitung und der Nebenleitung, wenn die Länge der Leiter der Nebenleitung gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen ist. Die Wirkungsweise der Anordnung gleicht derjenigen der Anordnung gemäß Fig. 1 und 8.

Die Hauptleitung aller oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist dazu bestimmt, die zu übertragende Wellenenergie entlang einer vorgeschriebenen Bahn zu leiten und dafür zu sorgen, daß die Fortpflanzung der Energie entlang dieser Bahn mit ebener Wellenstirn vor sich geht. Das die Vorbedingung des Vorliegens der ebenen Wellenstirn darstellende zweidimensionale Feld wird bei

der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch erreicht, daß die Länge des Kopplungsschlitzes ein Mehrfaches seiner Breite ausmacht. Im Falle der Anordnung gemäß Fig. io kann die Nebenleitung 82', 83' auch als ein gerichtetes Kopplungsglied zum Einkoppeln von sich im freien Raum fortpflanzender Wellenenergie in die Hauptleitung verwendet werden. Dabei ergibt sich das größte Maß der Energiezufuhr zur Nebenleitung dann, wenn die Achsen der Leiter der Nebenleitung normal auf die Wellenstirn der sich im Raum fortpflanzenden Wellenenergie stehen. In diesem Fall wirkt die Nebenleitung als einseitig gerichtete Antenne und kann als solche verwendet werden. Dasselbe gilt auch für die beispielsweise in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten, aus gleichachsigen Leitern bestehenden Nebenleitungen, wenn ihr Außenleiter mit einem Schlitz zur Herbeiführung einer gerichteten Kopplung zwischen der Nebenleitung und der sich im freien Raum fortpflanzenden Wellenenergie versehen ist.

Aus der vorstehenden kurzen Darlegung der gerichteten Kopplung mit einer sich im freien Raum fortpflanzenden Welle ist ersichtlich, daß die Übertragungseinrichtung gemäß der Erfindung entlang der Fortpflanzungsbahn der Welle mit ebener Wellenstirn angeordnet werden kann und einen Wellenleiter enthält, in welchem sich die Welle entlang einer zweiten Bahn mit annähernd derselben Geschwindigkeit fortpflanzt wie entlang der erstgenannten Bahn. Dieser Wellenleiter besteht aus zumindest zwei parallelen Leitern, deren gegenseitiger Abstand einen Bruchteil ihrer Länge und der Wellenlänge der zu übertragenden Welle beträgt. Zwischen der genannten ersten und zweiten Bahn besteht eine sich nur über ein begrenztes Stück ihrer zueinander parallelen Teile erstrekkende magnetische und elektrische Kopplung, welche entweder durch die Länge der den Feldern der übertragenen Welle ausgesetzten Leiterteile der Nebenleitung begrenzt ist, oder aber dadurch, daß der Innenleiter der Nebenleitung durch einen Außenleiter abgeschirmt ist, welcher einen länglichen Schlitz aufweist, durch den die magnetischen Felder der zu übertragenden Welle in das Innere der abgeschirmten Nebenleitung eindringen können. Die festeste Kopplung ergibt sich, wie bereits erwähnt, bei einer einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen gleichen Länge der zueinander parallelen Teile der beiden vorgenannten Bahnen. Die Richtwirkung der Kopplung ergibt sich aus der Verwendung eines Abschlußwiderstandes an zumindest einem Ende des vorgenannten Wellenleiters, wobei die Größe dieses Widerstandes derart ist, daß sich unter der Einwirkung einer sich entlang der ersten Bahn in Richtung von dem erwähnten einen Ende zum anderen Ende des Wellenleiters fortpflanzenden reinen Wanderwelle keine Wellenenergie an diesem anderen Ende des Wellenleiters ergibt.

Die Energieübertragung von der Fortpflanzungsbahn der Welle in den Wellenleiter hängt von der Wellenlänge und der Länge der zueinander parallelen Teile dieser Bahnen ab, entlang welcher die elektrische und magnetische Kopplung zustande kommt, wenn auch der Kopplungskoeffizient von diesen Größen unabhängig ist. Jedenfalls ändert sich die Energieübertragung in Abhängigkeit von der Wellenlänge in kleinerem Maße, wenn die Länge der Kopplung zwischen den beiden Fortpflanzungsbahnen gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen ist.

Die Tatsache, daß in der vorstehenden Beschreibung zwecks Vereinfachung der Darstellung die eine Leitung Hauptleitung und die andere Leitung Nebenleitung genannt wurde, hat keine Bedeutung bezüglich der Bestimmung dieser Leitungen, da die zwischen den beiden Leitungen bestehende elektrische und magnetische Kopplung sowohl in der Richtung von der einen Leitung zur anderen als auch von der anderen zur einen wirksam ist, so daß es keinen Unterschied macht, welche der beiden Leitungen man als Hauptleitung und welche man als Nebenleitung benutzt.

Die erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung hat den Vorteil, daß mit ihrer Hilfe Wellenenergie aus dem freien Raum in einen Wellenleiter oder von einem Wellenleiter in einen anderen Wellenleiter in der Weise übertragen werden kann, daß die Richtung und Stärke des übertragenen Energieflusses von der Richtung und Stärke des ursprünglichen Energieflusses abhängt. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß sie die Möglichkeit gibt, jede der im freien Raum oder in einem Wellenleiter in zwei Richtungen fließenden Energiemengen genau zu messen. Ferner kann mit Hilfe der Einrichtung ein in einer bestimmten Richtung fließender Teil des Gesamtenergieflusses eines Wellenleiters aus diesem Wellenleiter ausgekoppelt werden. Schließlich kann die erfindungsgemäßeEinrichtung leicht so ausgebildet werden, daß ihre Übertragungscharakteristik derjenigen eines Bandfilters entspricht, wobei die Wellen eines gewissen Frequenzbereiches entweder unterdrückt oder bevorzugt durchgelassen werden.

Claims (21)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Überführung von sich entlang einer Fortpflanzungsbahn mit ebener Wellenstirn fortpflanzender Wellenenergie in eine zweite Fortpflanzungsbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bahn aus einem mit der ersten Bahn nur entlang eines zur ersten Bahn parallelen begrenzten Teiles ihrer Länge elektrisch und magnetisch gekoppelten Wellenleiter besteht, in welchem sich die Wellenenergie mit derselben Geschwindigkeit fortpflanzen kann wie entlang der genannten ersten Bahn, wobei dieser Wellenleiter von zumindest zwei Leitern mit zueinander parallelen Leiterteilen gebildet wird, deren gegenseitiger Abstand nur einen Bruchteil ihrer Länge und der Wellenlänge der zu überführenden Wellenenergie beträgt, und der Wellenleiter zumindest an seinem einen Ende durch einen solchen Widerstand abgeschlossen ist, der verhindert,

   daß aus dem Energiefluß, welcher in dem zum Wellenleiter parallelen Teil der erstgenannten Fortpflanzungsbahn in Richtung von dem genannten einen Ende des Leiters nach seinem anderen Ende zu fortschreitet, Wellenenergie zum genannten anderen Ende des Wellenleiters übergeführt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge desjenigen Teiles der beiden Fortpflanzungsbahnen, an welchem sie miteinander gekoppelt sind, gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen der entlang der erstgenannten Bahn übertragenen Welle ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Koppelteiles gleich einer Viertelwellenlänge der entlang der erstgenannten Bahn übertragenen Welle ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Grades der gegenseitigen Kopplung der beiden Fortpflanzungsbahnen.
5. 5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter an seinem einen Ende durch einen Abschlußwiderstand abgeschlossen ist, dessen Größe gleich dem Wellenwiderstand des Wellenleiters ist.
6. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter an seinen beiden Enden durch Abschlußwiderstände abgeschlossen ist, die verhindern, daß aus dem Energiefluß, welcher in dem zum Wellenleiter parallelen Teil der erstgenannten Fortpflanzungsbahn in Richtung von dem einen Ende des Wellenleiters nach seinem anderen Ende zu fortschreitet, Wellenenergie zum genannten anderen Ende des Wellenleiters übergeführt wird.
7. 7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter aus zwei gleichachsigen Leitern besteht.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den beiden Fortpflanzungsbahnen mittels eines länglichen Schlitzes im Außenleiter des Wellenleiters bewirkt wird.
9. 9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erste Fortpflanzungsbahn von einem Wellenleiter gebildet ist.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenleiter nebeneinander angeordnet sind.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wellenleiter aus zwei gleichachsigen Leitern besteht.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Außenleiters der beiden Wellenleiter für beide Wellenleiter gemeinsam ist und einen länglichen Kopplungsschlitz enthält. *
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellenleiter miteinander gleichachsig sind und einer ihrer Leiter für beide Wellenleiter gemeinsam ist.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen länglichen Kopplungsschlitz im gemeinsamen Leiter.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Leiter des einen Wellenleiters aus einem an seinen beiden Seiten offenen hohlen Leiter besteht, der zwischen den den anderen Wellenleiter bildenden Leitern angeordnet ist, wobei die Abmessungen der Leiter der beiden Wellenleiter so gewählt sind, daß der Gesamtwiderstand der beiden Wellenleiter gleich dem an einem außerhalb seines genannten hohlen Leiters liegenden Punkt des anderen Wellenleiters gemessenen Wellenwiderstand dieses Wellenleiters ist.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußwiderstände zwischen das Ende des genannten hohlen Leiters und einen der anderen Leiter geschaltet sind.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des genannten hohlen Leiters gleich einer ungeraden Anzahl von Viertelwellenlängen der Welle ist, welche durch den von den anderen beiden Leitern gebildeten Wellenleiter übertragen wird.
18. 18. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen aus zwei parallelen Leitern bestehenden Wellenleiter und einen zweiten Wellenleiter, welcher aus zwei je einen der genannten parallelen Leiter umgebenden, zu ihnen parallelen hohlen Leitern besteht, welche so angeordnet sind, daß sich zu beiden Seiten der in der Mitte zwischen den beiden genannten parallelen Leitern liegenden Neutralebene gleiche Abstände zwischen dieser Ebene und dem hohlen Leiter einerseits und zwischen dem hohlen Leiter und dem von ihm umschlossenen parallelen Leiter anderseits ergeben, wobei die Abmessungen der hohlen Leiter und des von ihnen umschlossenen Teiles der parallelen Leiter derart sind, daß der Gesamtwiderstand der beiden Wellenleiter gleich dem an einem außerhalb der genannten hohlen Leiter liegenden Punkt des von den parallelen Leitern gebildeten Wellenleiters gemessenen Wellenwiderstand dieses Wellenleiters ist.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußwiderstände zwischen die Enden der beiden genannten hohlen Leiter geschaltet sind.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der genannten hohlen Leiter gleich einer ungeraden Anzahl von Viertehvellenlängen der Welle ist, welche durch den von den genannten parallelen Leitern geformten Wellenleiter übertragen wird.
21. 21. Einrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen ersten Wellenleiter, welcher

    in einem leitenden Gehäuse endet und durch einen Widerstand abgeschlossen ist, dessen Größe gleich dem Wellenwiderstand des ersten VVellenleiters ist, eine im genannten Gehäuse in der zur Achse des genannten VVellenleiters senkrechten Richtung bewegliche leitende Platte sowie einen aus zur genannten Platte senkrecht verlaufenden zwei gleichachsigen Leitern bestehenden zweiten Wellenleiter, dessen Außenleiter in der genannten Platte endet und dessen Innenleiter die genannte Platte durchsetzt, wobei der in dieser Weise frei liegende Endteil dieses Innenleiters zum Innenleiter des ersten VVellenleiters parallel liegt.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen