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FORSCH U N GSB ER ICHTE
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben durch das Kultusministerium
Nr.724
Professor Dr. Gottfried Eckart
Dr. Friedrich Gemmel
Thilo Conrady
Bernd Scherer
Institut für angewandte Physik und Elektrotechnik der Universität
des Saarlandes, Saarbrücken
Sonderfragen bei Breitband-Schlitzantennen
Als Manuskript gedruckt
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH 1959
ISBN 978-3-663-04129-0 ISBN 978-3-663-05575-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05575-4
Übe r s ich t
Nach einem von G. ECKART verfaßten Bericht über die im Institut laufen
den Arbeiten zu dem gestellten Thema, die mit freundlicher Unterstützung
des Ausschusses für Funkortung durchgeführt werden, geben die anderen
Verfasser Darstellungen ihrer speziellen Arbeiten und Ergebnisse.
G 1 i e der u n g
Überblick über Methode und Programm • . . • . . . . . • • . • S. 4
Gottfried ECKART
Verlustbehaftete Vierpole im Hinblick auf gekoppelte Schlitze S. 5
Dr.rer.nat.Friedrich GEMMEL
Eine unmittelbare experimentelle Realisation einer Breit-
bandantenne • S. 21
Thilo CONRADY
Impedanz einer Schlitzantenne in Abhängigkeit von der Blech-
größe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S. 29
Bernd SCHERER
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Überblick über Methode und Programm
Schlitzantennen wurden sowohl in Deutschland als auch in alliierten
Ländern zu Kriegsende bereits studiert. Sie stellen, wie jede andere
Antennenanordnung, das Breitbandproblem. Dafür bieten sich ganz natür
lich folgende LBsungswege.
1) Anordnung mehrerer gekoppelter verschieden abgestimmter Schlitze.
Diese Methode erfordert zu ihrer systematischen Durchdringung
ein~
gehende Studie über verlustbehaftete cm-Wellen-Vierpole, -6 Pole,
-2 n Pole: Ein Schlitzpaar kann als ein mit Strahlungs\viderständen als
VerlustQuelle versehener Vierpol gelten, Schlitztripel als ein 6-Pol
u.s.f. Es Hurden von Herrn GEMMEL in seiner Dissertation verlustbehaf
tete Vierpole behandelt zunächst unter Beschränkung auf solche Schal
tungen, die durch einfache Messungen und mBglichst mit Kurzschluß
schiebermethoden zu charakterisieren sind. Dabei wurden die Grenzen
ihrer Anwendbarkeit gezeigt. Der folgende Beitrag gibt darüber ge
naue Auskunft.
2) Es erschien sinnvoll, das Problem direkt experimentell anzugehen.
Nach Vorbereitungen von Herrn RUPPERSBERG hat Herr CONRADY eine geeig
nete Ankopplung entwickelt, deren Resultate günstig erscheinen.
Koppelt man den Schlitz, der als eine Parallelschaltung von 2 kurz
geschlossenen Leitungen mit (Strahlungs) Verlusten gedacht werden
kann, unsymmetrisch so an, daß die eine Leitung sehr viel kürzer ist
als die andere, so werden die Resonanzen des längeren Endes durch
die Parallelschal tung ,,'ei tgehend abgeschwächt, so daß man gute Brei t
bandeigenschaften erzielen kann. Herr CONRADY berichtet im folgenden
über seine Arbeit.
3) Es ist zu hoffen, daß diese Ergebnisse erheblich verbessert werden
kBnnen, wenn man eine Meinkesche inhomogene Anpassungsleitung hinzu
nimmt. Eine Diplomarbeit (Herr JÖTTEN) ist im Anlaufen begriffen.
4) Die bisher genannten Arbeiten befassen sich experimentell mit
Schlitzen in ebenen Blechen. Nun hat inzwischen Herr SCHERER Messun
gen vorgenommen über Schlitze in Zylindern und den Einfluß des Zylin
der-Durchmessers studiert. Weitere Messungen der Stromverteilung um
den Schlitz beginnen.
5) Es laufen gegenwärtig eine Reihe anderer Studien, tiber die später
berichtet werden soll, auch tiber dielektrische Antennen. Ebenfalls
wird eine Anordnung zur Messung von Richtcharakteristiken entwickelt.
Sei te 5
Eine Erweiterung der Weißflochschen Transformatorsatzmethode des
verlust losen Vierpols auf verlustbehaftete Schaltungen
1. Einleitung
In der folgenden Arbeit wird untersucht, inwieweit man Kurzschluß
schiebermeßmethoden, in Analogie zur Weißflochschen Transformatorsatz
kurve des verlustlosen Vierpols,anwenden kann, um verlustbehaftete Vier
pole zu charakterisieren. Man kann dabei einmal den Ort des Spannungs
knotens auf der Eingangsleitung des Vierpols über dem Ort des Kurz
schlusses auf der Ausgangsleitung auftragen (die Phasenkurve der Kürze
Iv
halber genannt) oder den Wert des Anpassungsfaktors V . über dem
m1n max
Ort des Ausgangskurzschlusses (Betragskurve genannt). Wenn man über eine
Anlage verfügt, die die eine oder die andere dieser Kurven automatisch
aufzeichnet, so kann man bei nicht allzu kompliziertem Auswerteverfah
ren die Methode für Serienuntersuchungen benutzen.
Die folgende Untersuchung zeigt, daß die Betragskurve in allen Fällen
ausreicht, um aus ihrem Verlauf alle Kenngrößen des Vierpols zu bestim
men. Will man dagegen aus dem Verlauf der Phasenkurve den Vierpol be
schreiben, dann muß man zusätzlich, zur Festlegung der Bezugsstellen auf
der Eingangs- und Ausgangsleitung, die Kurzschlußschieberstelle auf der
Ausgangsleitung ermitteln, die auf der Eingangsleitung den minimalen
Anpassungsfaktor verursacht, sowie den Wert dieses Anpassungsfaktors
selbst.
Bei symmetrischen Vierpolen und Vierpolen mit reinen Serien- oder Paral
lelverlusten (R = 0 oder R = im Weißflochschen Ersatzschaltbild [1 J)
00
s p
braucht zusätzlich zur Phasenkurve nur noch der Kurzschlußschieberort
für minimalen Anpassungsfaktor bestimmt zu werden [2J.
In einem weiteren Kapitel wird ein Korrekturverfahren angegeben, das es
ermöglicht, die Genauigkeit der gemessenen Vierpolkenngrößen zu erhöhen
und die Grenze der zufälligen Fehler anzugeben, innerhalb deren die er
mittelten Kenngrößen liegen.
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2. Eine Analyse verlustbehafteter Vierpole aus Spannungsknotenverschie
bungen
Ein verlustbehafteter Vierpol läßt sich durch das Ersatzschaltbild der
Abbildung 1 darstellen [3J.
T.' 'r r.'
1 2
I
I
L
Zy jB
z w
A b b i 1 dun g 1
Es setzt sich aus folgenden Schaltelementen zusammen: Einer homogenen
Leitung der Länge 11 mit dem Wellenwiderstand Z , den Serien- und
~,
Parallelverlustwiderständen Rund R , einer Blfndimpedanz einem
Z
s p J 2
idealen Transformator mit der Transformation 1 : k, wobei k = n . ~
x
und 1 : das Windungsverhältnis, und einer zweiten homogenen Leitung
der Länge 12 mit dem Wellenwiderstand Z . Die Impedanzen R ,R und
1 x s P
~B sind alle auf den Wellenwiderstand Z normiert. Ist der Vierpol
J y
zwischen homogenen Leitungen angeschlossen, dann lassen sich die Bezugs-
querschnitte T und T auf den Zuleitungen so wählen, daß 1 = 1 = 0
1 2 1 2
gilt.
Zwischen den Bezugsquerschnitten T1 und T2 leistet der Vierpol folgende
Impedanztransformation:
R
p
( 1 ) z R +
s
1 + R (jB + k )
P w
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y y-o x-o
)(
I
1 I •I
•
T ,... I I
T ~ I I
I I [
I I I I
~\lJ I I I I
I I I I
I
I I f---.-..A I
<?--
I I T I
I I
Z W
A b b i 1 dun g 2
Bringt man an eine Stelle x der Ausgangsleitung einen Kurzschluß, Abbil
dung 2 (x wird in Richtung auf den Vierpol positiv gezählt und der Vier
polausgang T2 soll in Xo liegen), dann beträgt im Querschnitt T2 die
Impedanz
w = _j tg 2 Tt (x - xo)
A
x
AX ist die Wellenlänge auf der Ausgangsleitung. An einer Stelle y der
Eingangsleitung befindet sich dann ein Spannungsminimum (die positive
Richtung von y zeigt auf den Sender zu und der Vierpoleingang T befin
1
det sich an der Stelle y ). Die Impedanz am Ort des Spannungsminimums
o
hat den Wert
V .
mln
r = < 1
V
max
und am Vierpoleingang gilt:
2 Tt (y - yo)
r - j tg
A
y
z =
- 2lt (y - Yo)
1 j r tg
A
y
A ist die Wellenlänge auf der Eingangsleitung. Setzt man Gleichung
(2)
und (4) in Gleichung (1) ein,trennt Real- und Imaginärteil und
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berechnet aus dieser Gleichung r und ctg y, dann findet man:
(R + R )2
_ R 2) . x s P - 1
( 1 [k ctg (i' - o)+ BJ 2
s R 2
(5) ctg 2 ( Y - y )= p
0 ,....
(x
2 [k ctg - x ) + BJ.
0
(R + R )2 + 1
(1 + R!) • [k ctg (x - Xo) + BJ2 + -_s-R"""2-=P---
(6 )
P
=
r
R + R
R [k (x - x BJ 2 s
s c t g 0) + +---,...=..P
2
R
p
Zur Abkürzung wurde gesetzt: 'x" y
Aus dem Verlauf der Kurven nach Gleichungen (5) und (6), die durch Mes
sungen festgelegt werden können, lassen sich die Kenngrößen R , R , k
s p
und B des Vierpols bestimmen. 11 und 12 findet man, indem man in einer
ersten Messung den Vierpol am Ausgang T'2 kurzschließt und ihn in einer
2.Messung durch einen Kurzschluß im Querschnitt T'1 ersetzt und in
beiden Fällen den Ort des Spannungsminimums auf der Eingangsleitung
ermittelt.
y
Y
/
/ /
/
/
~ /
/ /
/ /
Yo -------,-- // /
1 / /
I 1 / /
: I / /
I I I / /
Ym,2 - - - - t-- - - - - - -1-- -I - / /
I I / /
1 1 /
/
x /
A b b i 1 dun g 3a A b b i 1 dun g 3b
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x
Zur Auswertung von Gleichung (6) trägt man r als Ordinate über als
Abszisse auf. Die Kurve hat im allgemeinen den in der Abbildung 3 a ge
gebenen Verlauf. Im allgemeinen heißt: der Grenzkreis des Vierpols soll
nicht durch den Wellenwiderstand der Eingangsleitung gehen, oder mit
einem Fehlanpassungskreis der Eingangsleitung zusammenfallen.
Über den Verlauf des Anpassungsfaktors r gemäß Gleichung (6) gilt
folgendes:
x - x
Für = 0 hat r seinen kleinsten Wert
o
r . R .
mln s
Für
-
.....,
(8 ) x' - x = arc ctg (_ 1!)
o k
hat r seinen größten Wert
r = R + R .
max s p
Durch die Gleichungen (1), (8) und (9) sind die Größen R ,R undB-
s p k
bereits bestimmt. Für den Anstieg der Kurve in einem ihrer Schnitt
R
punkte mit der Geraden r R + --12. gilt
m s 2
a k2
(10)
B
wobei x die Abszisse des Schnittpunktes ist, c = - - und
m k
J'
2
2 r ~(1 + R 2).(R + R ) (R + R )2
m s s E s p
a
r 2 - 1 R2 • R2 R2 R +
m s p p s
x ) - . [1 2 x )]
X [ctg (im - 0 c] + ctg (i'm - 0
Mit den Gleichungen (S) und (10) sind dann auch kund B bestimmt.
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