<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung oder Erzeugung elektrischer Schwingungen, wobei Spannungsschwankungen über einem Weg von einem Punkt der Austrittsleitung einer Elektronenröhre oder von einem mit der Austrittsleitung verbundenen Punkt zu einem Punkt der Eintrittsleitung der Elektronenröhre oder einem mit der Eintrittsleitung verbundenen Punkt geleitet werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass dieser Leitungsweg zwischen den beiden genannten Punkten eine solche Anzahl von halben Wellenlängen lang ist, dass die Spannungsschwankungen an der Anode und am Gitter der Elektronenröhre der Phase nach um 180'gegeneinander verschoben sind. Zweckmässig ist dieser Weg periodisch und kann eine ungerade Anzahl von halben Wellenlängen lang sein.
Mittels der vorliegenden Rückkoppelung erhält man in äusserst einfacher Weise ein frequenzstabiles System ohne Kristalle, komplizierte Audioneinrichtungen und andere für diesen Zweck verwendete kostspielige und schwer zu überwachende Mittel benutzen zu müssen.
In die die Eintritts-und Austrittsseite verbindende Leitung eingeschaltete Kondensatoren bilden keinen wesentlichen Teil des Rückkopplungssystems ; wesentlich ist nur, dass die Länge der Leitung gross ist gegenüber der Wellenlänge. Solche Kondensatoren stellen nur ein mögliches Mittel zur Koppelung der Leitung mit der Austrittsseite dar und werden hinreichend gross gewählt, um keine erhebliche Phasen- änderung in den der Leitung zugeführten Strömen herbeizuführen. Statt solcher Kondensatoren könnte auch eine andere Art der Koppelung verwendet werden, beispielsweise eine Impedanzspule oder eine kapazitive oder induktive Koppelung an der Eintrittsseite der Elektronenröhre od. dgl., um die Leitung damit zu koppeln.
Die Zeichnungen veranschaulichen schematisch verschiedene Ausführungsarten vorliegender Erfindung. Fig. 1 deutet schematisch die Verwendung einer langen Leitung zur Frequenzstabilisierung und Regelung bei einer asymmetrischen Wellenerzeugungsvorrichtung an ; Fig. 2 veranschaulicht, wie einer solchen Leitung eine periodische Beschaffenheit erteilt werden kann ; Fig. 3 zeigt die Verwendung einer Leitung von grosser elektrischer und geringer räumlicher Länge in Verbindung mit einer Schirm- gitterröhre, wodurch eine andere Rückleitung als über diese Leitung verhindert wird ; Fig. 4 veranschaulicht die Verwendung einer Leitung von grosser elektrischer Länge bei einem Rückkoppelungssystem mit einer geraden Anzahl von Röhren :
Fig. 5 veranschaulicht eine ähnliche Einrichtung mit einer ungeraden Anzahl asymmetriseher Vorrichtungen ; Fig. 6 veranschaulicht die Rückkoppelungsverstärkung von Harmonischen durch eine Leitung von grosser elektrischer Länge ; Fig. 7 veranschaulicht die Rückleitung einer zweiten Harmonischen über eine Leitung von grosser elektrischer Länge ; Fig. 8 veranschaulicht eine Ausführung einer Leitung von grosser elektrischer, aber geringer räumlicher Länge.
Fig. 1 zeigt eine asymmetrische Wellenerzeugungsvorrichtung in Form einer Elektronenröhre 2 mit einer Kathode 4 bekannter Art, einer Anode 6 und einer Steuerelektrode 8. Zur Erzeugung ungedämpfter Wellen mittels der Röhre 2 müssen das Gitter 8 und die plattenförmige Anode 6 Spannungen aufweisen, die einen Phasenunterschied von 1800 für die gewünschte Frequenz aufweisen.
Um diese Phasenbeziehung für die Erzeugung ungedämpfter Wellen oder für die wahlweise Verstärkung gemäss der Erfindung zu erzielen, wird eine lange Leitung 12 von einem der Abgabeleitung der Elektronenröhre 2 zugeordneten Punkt 10 zu einem der Eintrittsleitung zugeordneten Punkt. M
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
Anzahl von halben Wellenlängen der gewünschten Frequenz, so treten die Spannungsänderungen bei 10 am Gitter 8 später auf, weil sie sich über die Leitung 12 fortpflanzen müssen, und sind von entgegengesetzter Phase wie die Spannungsschwankungen im Punkt 10. Für eine andere Frequenz der Spannungsschwankungen hat die Leitung 12 nicht die erforderliche Länge, um die richtige Phasenbeziehung zu erzielen ; andere Frequenzen werden dadurch ausgeschieden.
Wellen von der Frequenz, für welche die Leitung 12 eine Länge von einer ungeraden Anzahl von halben Wellenlängen hat, können durch entsprechende Wahl der in Betracht kommenden elektrischen Grössen in beliebigem Masse verstärkt werden, so dass man Verstärkung oder ungedämpfte Wellen erzielt.
Die Anodenspannung wird vom Gitter 8 durch einen Kondensator 14 abgehalten. Die von der Röhre 2 abgegebene Energie wird von einer Impedanz in Form eines Widerstandes oder irgendeiner andern bekannten Einrichtung in der Abgabeleitung der Röhre 2 aufgenommen.
Um Reflexion hintanzuhalten endigt die Leitung 12 in einer Impedanz 18 (Fig. 2) in Form eines Widerstandes, dessen Grösse dem Wellenwiderstand oder der Charakteristik der Leitung 12 entspricht.
Durch eine Anzapfvorrichtung 20 kann der Punkt zur Erzielung der richtigen Phasenbeziehung leicht genau festgelegt werden.
Da die Leitung periodisch ist und daher auf alle durch sie gehenden Wellenformen gleich gut anspricht, und da es erwünscht ist, bloss gewisse Wellenformen zu benutzen, so ist in Verbindung mit ihr oder mit der Eintritts-oder Abgabeleitung eine Vorrichtung zu verwenden, welche eine bestimmte Wellenform auswählt. Führt man die Impedanz 16 als abgestimmte Leitung aus, so wählt die Einrichtung eine bestimmte gewünschte Wellenform aus. Aus diesem Grunde wird die Impedanz 16 vorzugsweise als abstimmbare Leitung ausgeführt. Wird die Länge der Leitung grösser als bloss eine halbe Wellenlänge gemacht, so führt eine abgestimmte Leitung 16 eine Aufeinanderfolge periodischer Impulse in die Leitung 12 ein, die für ein gutes Arbeiten sehr wünschenswert sind.
Werden bei vorliegender Erfindung energiespeichernde Leitungen verwendet, so sollten sie durch Belastung oder in anderer Weise ein hohes Dekrement erhalten, um die eintretende Energie der aufgespeicherten vergleichbar zu machen, denn durch diese Leitung wird die Phase der eingeführten oder der regenerierten Energie bestimmt und von dieser Energie wird die Frequenzstabilisierung bedingt.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen sind bloss für niedrigere Frequenzen geeignet, weil bei solchen die Spannungsschwankungen an den Anoden nicht auf die Steuerelektroden der Röhren unter Vermittlung der Anodengitterkapazität, wegen der hohen Impedanz übergehen, sondern mindestens grösstenteils durch die Kondensatoren 14, 22, Leitung 12 und die Steuerelektroden der Röhren gehen.
Bei höheren Frequenzen hingegen gelangen die Hochfrequenzspannungen an den Punkten 10 leicht durch die Anodengitterkapazität der Röhre, wodurch das richtige Arbeiten des Systems verhindert wird, indem beispielsweise die Entstehung von parasitischen Wellen ermöglicht wird.
Um diesem Mangel zu begegnen, wird die Leitung gemäss der Erfindung zweckmässig in Verbindung mit einer Schirmgitterröhre verwendet, wie z. B. in Fig. 3 gezeigt. Infolge des Schirmgitters 24 der Röhre 26 kann ein Rückfluss der Energie zum Gitter 30 durch die Anodengitterkapazität der Röhre 26 nicht stattfinden, sondern die gesamte Energie muss durch Leitung 32 dahin zurückströmen, deren Länge gleich ist einer ungeraden Anzahl von halben Wellenlängen.
Die Leitung 32 ist in dieser Figur als elektrisch lang, aber räumlich kurz dargestellt ; sie ist nämlich als lange auf einen isolierenden Kern aus Glas, Quarz, Bakelit, Holz od. dgl. gewickelte Spule ausgeführt.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die ganze so gewickelte Spule mit einem Dielektrikum von Schwefel zu umgiessen oder sie in einem flüssigen Dielektrikum, wie Öl, Glyzerin oder reinem Wasser od. dgl., zu versenken. Eine solche Leitung würde eine sehr geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeit entlang des Kernes aufweisen und stellt sonach eine Leitung von grosser elektrischer, aber kleiner räumlicher Länge dar. Bringt man die ganze Leitung und ihren Überzug in ein Gehäuse und regelt man ihre Temperatur, so wird die Wirkung der Schwankungen der umgebenden Temperatur beseitigt und dadurch die Frequenzstabilisierung weiter gesichert.
Die Leitung 32 der Fig. 3 endigt wie in Fig. 1 in einem Widerstand 18, der der Wellenimpedanz oder Charakteristik der Leitung entspricht, und die von der Röhre 26 abgegebene Energie wird durch Klemmen 34 an eine Verbrauchsleitung abgegeben, zwischen welche eine Impedanz 16 eingeschaltet ist.
Es sei hier erwähnt, dass zwar die Anoden Steuerelektrodenkapazität bei der Anordnung nach Fig. 3 berücksichtigt worden ist, nicht aber die Steuerelektrodenkathodenkapazität. Indessen ist die Wirkung dieser letzteren Kapazität für die Frequenzregelung und-stabilisierung nicht allzu nachteilig, sondern verkürzt nur die Leitung, ebenso wie die Kondensatoren 14 und 22. Es braucht daher nur eine etwas längere Leitung verwendet zu werden, wenn diese Kapazitäten vorhanden sind, als theoretisch genau nötig wäre, also bei Röhren, die von Kapazitäten zwischen den Elektroden frei sind.
Fig. 4 und 5 zeigen die Verwendung einer langen Leitung zur Frequenzregelung mehrerer asymmetrischer Vorrichtungen in Kaskadensehaltung. In Fig. 4 wird eine gerade Anzahl von Elektronenröhren 36, 38 benutzt, und da die Spannung im Punkt 40 in Phase mit der im Punkt 42 auftretenden Spannung schwingt und phasenverschoben gegen die Spannung an der Anode der Röhre 36 ist, so wird
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
Der Punkt 40 ist hier der Abgabeleitung der Röhre 36 zugeordnet, ähnlich wie der Punkt 10 der Abgabeleitung der Röhre 2 in Fig. 1. Energie wird von der Abgabeleitung der Röhre 36 an die Steuerelektrode der Röhre 38 durch Vermittlung einer Koppelungsimpedanz 46 abgegeben. Die vom System abgegebene Energie kann auf eine Verbrauchsleitung übertragen werden wie bei 48.
Die Anordnung nach Fig. 5 ist ähnlich der nach Fig. 4, nur ist eine gerade Anzahl von Röhren in Kaskadenschaltung zwecks Verstärkung durch Rückkoppelung verbunden. Die elektrisch lange, aber räumlich kurze Leitung 50 geht vom Punkt 52 der letzten Röhre zur Steuerelektrode der ersten Röhre 54. Da eine ungerade Anzahl von Röhren verwendet wird, so ist die Spannung im Punkt 52 um 1800 gegen die Spannung an der Steuerelektrode der Röhre bei der gewünschten Frequenz verschoben.
Es muss daher die Gesamtlänge der Leitung 50 durch die Anzapfvorrichtung 56 so lange verstellt werden, bis sie an Länge das ganzzahlige Vielfache eines Bruchteiles der Wellenlänge für eine gewünschte Frequenz aufweist, um bei dieser Wellenlänge die gewünschte selektive Verstärkung hervorzurufen. Im vorliegenden Fall musste diese Länge im wesentlichen ein ungerades Vielfaches einer halben Wellenlänge sein. In Fig. 5 ist die Endimpedanz 58 nicht an das äusserste Ende der Leitung 50 angeschlossen, sondern liegt in der Verbindung zum Punkt 56, der die Länge der an die Röhren anzuschliessenden Leitung bestimmt.
Den verschiedenen Elektroden werden geeignete Spannungen zugeführt.
Die vorstehend beschriebene lange Leitung kann zur Verstärkung der Harmonischen verwendet werden. Die allgemeine Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt. In die Abgabeleitung einer Elektronenröhre 60 sind in Reihe zwei abstimmbar Kreise eingeschaltet, von denen einer 62 auf die gewünschte Harmonische und der andere 64 auf die Grundwelle abgestimmt ist. Die Leitung ist an den Punkt 66 hinter der Steuerelektrode der Röhre 60 angeschlossen. Durch geeignete Wahl der Länge der Leitung in diesem Falle gleich einem ungeraden Vielfachen der halben Wellenlänge der Grundwelle und infolge der Abstimmung des Kreises 62 auf die n-fache Schwingungszahl der Grundwelle (wobei n eine ganze Zahl ist) wird neben der Grundwelle die n-te Harmonische regenerativ verstärkt.
Die Verstärkung der Harmonischen ist nicht auf die Anordnung nach Fig. 6 beschränkt. Es kann beispielsweise zur Verstärkung einer zweiten Harmonischen eine Einrichtung nach Fig. 7 verwendet werden. In die Abgabeleitung der Röhre 70 ist ein nach der Grundwelle abgestimmter Kreis 72 und in Reihe damit eine Drosselspule 74 eingeschaltet. Durch Anschluss der Leitung 76 an den Punkt 78 wird die zweite Harmonische über die Leitung 76 der Steuerelektrode der Röhre 70 zugeführt, um verstärkt zu werden.
Eine Bauart der Leitung ist in Fig. 8 dargestellt. Zwischen den Köpfen 80 aus irgendeinem geeigneten Material ist ein isolierender Kern 82 aus Glas, Bakelit od. dgl. eingesetzt, auf den die Leitung 84 aus blankem oder isoliertem Draht in einer oder mehreren Lagen beliebig gewickelt ist. Die Spule ist von einer sie in einigem Abstand umgebenden Umhüllung 86 aus Kupfer oder sonstigem Metall umschlossen, die einen Längsschlitz 88 zur Aufnahme eines Anzapfkontaktes 90 aufweist, wodurch auch die Wirbelströme verringert werden. Man kann mehrere Anzapfkontakte verwenden. Die Umhüllung ist für Ströme von Radiofrequenz geerdet. Endklemmen 88a dienen zur Herstellung von Anschlüssen.
Die Umhüllung schützt die Leitung vor äusseren Störungen und verhindert die Koppelung der Leitung mit in der Nähe liegenden Leitungen ; die durch die Umhüllung eingeführte Kapazität verringert die Fortpflanzungsgeschwindigkeit entlang der Spulenachse, und diese Kapazität kann vergrössert werden, indem man die Spule in feste oder flüssige Dielektriks einbettet, wie vorstehend angedeutet wurde.
Weder die Spule noch die Umhüllung müssen kreisförmigen Querschnitt haben, sondern gewünschtenfalls einen quadratischen, vieleckigen oder andern.
Es können mehrere ähnliche in Reihe geschaltete Spulen in einem geerdeten Metallbehälter untergebracht sein, von denen bloss die Endspulen mit Anzapfkontakten ausgestattet sind, die für die zwischenliegenden Spulen nicht nötig sind. Dadurch wird die Leitung noch weiters gegen äussere Störungen und Einflüsse benachbarter Leitungen geschützt.
Das Gehäuse erleichtert auch die Regelung der Temperatur und damit die Verhütung von Änderungen der Länge der Leitung. Da die Leitung im Betrieb eine gewisse Wärmemenge entwickelt, so wäre ein brauchbarer Vorgang zur Temperaturregelung der, sich das die Leitung enthaltende Gehäuse bis auf eine bestimmte Temperatur erwärmen zu lassen, dann aber mit Hilfe eines Thermostaten eine Tür oder ein Gehäuse zu öffnen, wenn die Temperatur zu hoch wird, oder sie zu schliessen, wenn die Temperatur zu weit sinkt. Mit dem Öffnen der Tür kann auch ein Ventilator in Gang gesetzt werden.
Der am Gehäuse angebrachte Thermostat kann auch eine elektrische Heizvorrichtung einschalten, wenn die Temperatur zu tief, und abschalten, wenn die Temperatur zu hoch wird, wobei auch der bereits erwähnte Ventilator mitbenutzt werden kann.
Endlich kann der Einfluss der Temperatur auf die Länge der Leitung durch entsprechende Ausführung der Spule beseitigt werden, so dass die Temperatur keine Wirkung darauf hat. Es könnte die Spule aus besonderen Legierungen hergestellt werden, bei denen der thermische Ausdehnungskoeffizient ein solcher ist, dass die bei Änderungen der Temperatur auftretenden Änderungen der Konstanten der Legierungen einander gerade entgegenwirken. Die Leitung kann auch so ausgeführt werden, dass die Änderungen der elektrischen Grössen bei Änderungen der räumlichen Abmessungen einander kompensieren.
<Desc/Clms Page number 4>
Die Spule kann auch so ausgeführt werden, dass die Zimmertemperatur ausreicht, um ihre Länge konstant zu halten. In diesem Falle muss man die Spule aus so starkem Draht anfertigen, dass keine grossen Wärmemengen entwickelt werden.
Gewünschtenfalls kann die Leitung nach Einstellung in einen luftdicht geschlossenen Behälter gebracht und ausserdem kann der Behälter bis zu einem beliebigen Grad entlüftet oder mit einem geeigneten Gas gefüllt werden.
Da sich die Induktanz entlang einer einfachen Spule ändern kann, weil infolge der gegenseitigen Induktion der Windungen die mittleren Windungen eine höhere Induktanz aufweisen als die Endwindungen, so kann es geschehen, dass an den Enden der Leitung sich Reflexionen herausbilden, welche eine periodische Übertragung der Energie entlang der Leitung zu verhindern suchen. Um dies zu verhindern und um eine im wesentlichen gleiche Induktanz entlang der ganzen Spule zu erzielen, können die Spulenwindungen an den Enden der Spule enger gewickelt oder von grösserem Durchmesser gemacht werden oder es können diese beiden Massnahmen vereinigt werden. Endlich kann, um eine gleichmässige Induktanz entlang der Spule zu erzielen, die als Schirm wirkende Umhüllung an den Enden der Spule entfernt oder ihr Durchmesser vergrössert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verstärkung oder Erzeugung von elektrischen Schwingungen, wobei Spannungsschwankungen über einen Weg von einem Punkt der Austrittsleitung einer Elektronenröhre oder einem mit der Austrittsleitung verbundenen Punkt zu einem Punkt der Eintrittsleitung der Elektronenröhre oder einem mit der Eintrittsleitung verbundenen Punkt geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Leitungsweg zwischen den beiden genannten Punkten eine solche Anzahl von halben Wellenlängen lang ist, dass die Spannungsschwankungen an der Anode und am Gitter der Elektronenröhre der Phase nach um 1800 gegeneinander verschoben sind.