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Verfahren zur Steuerung von Hochfrequenzsemlern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad von Hochfrequenzsendern, besonders
Telephoniesendern, zu verbessern. In dieser Beziehung ist ein Vorschlag bekannt, der nach folgendem
Grundprinzip arbeitet.
Von den Modulationsströmen wird ein Gleichstrom abgeleitet, der den Arbeitspunkt in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude verschiebt (vgl. z. B. österr. Patent 125427). Hiedurch wird erreicht, dass die Trägeramplitude im wesentlichen gerade so gross ist, dass sie voll durchmoduliert wird, d. h. keine Übersteuerung stattfindet. Es sind auch eine Reihe von Ergänzungen dieses Verfahrens bekannt, die sich zur Aufgabe gestellt haben, Verzerrungen in Empfängern mit nicht linearer Gleichrichtung zu vermeiden. Durch dieses Verfahren wird eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt. Die Erfindung soll jedoch ein Verfahren schaffen, bei dem die Wirkungsgradverbesserung noch grösser als bei dem bekannten Verfahren ist.
Diese Aufgabe gewinnt immer mehr an Bedeutung, da der Energiebedarf eines Grosssenders mit allen seinen Nebeneinrichtungen beträchtlich ist, so dass durch eine Wirkungs- gradverbesserung die laufenden Unkosten wesentlich herabgesetzt werden können.
Die Erfindung ist im folgenden an einigen Beispielen erläutert.
Fig. 1 bis 6 sind Diagramme, die sich auf die Wirkungsweise von Einrichtungen beziehen, die im Sinne der Erfindung ausgebildet sind. Fig. 7 ist das Schema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Der Erfindung gemäss wird in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude gleichzeitig die Anodenspannung und Gittervorspannung gesteuert. Der Unterschied gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, dass die Anodenspannung und Gittervorspannung gleichzeitig gesteuert werden, wodurch sich die nachstehend erläuterten Vorteile oder physikalischen Unterschiede der beiden Verfahren ergeben.
Bei dem erwähnten bekannten Verfahren wird entweder nur die Anodenspannung oder nur die Gittervorspannung in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude gesteuert, jedoch diese Steuerung nicht gleichzeitig für beide Spannungen durchgeführt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der Wirkungsgrad der Röhren bei den bisher gebräuchlichen Sendern deshalb sehr schlecht ist, weil die Spannungsausnutzung im Durchschnitt sehr schlecht ist, denn die grössten Modulationsamplituden treten nur kurze Zeit auf. Der höchste Wirkungsgrad wird nur dann erreicht, wenn die Röhre voll ausgenutzt wird. Gemäss der Erfindung wird daher die Anodenspannung für die jeweilige Modulationsamplitude so gewählt, dass die Röhre gerade voll ausgenutzt wird. Steigt die Modulationsamplitude, so wird die Anodenspannung vergrössert und so eine höher liegende Kennlinie ausgewählt, die ebenfalls voll ausgenutzt wird.
Es ist wichtig, die Betriebsspannung U, gross gegenüber der Sättigungsspannung UB zu machen.
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ausnutzen, um einen Wirkungsgrad von 72% zu erhalten, da bei der Amplitudenmodulation bei voller Ausnutzung die Amplituden sich zwischen Null und dem doppelten Wert des Trägers ändern. Aus diesem Grunde darf der Träger im Ruhezustand (Modulationspause) nur bis zur Mitte der Kennlinie ausgesteuert werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Damit fällt aber die Spannungsausnutzung h auf die Hälfte, also auf 45%, und dadurch auch der Wirkungsgrad von 72% auf 36%. Wird nun der Träger moduliert, u. zw. für den Grenzfall (höchste Modulationsamplitude) mit m = 1, dann ergibt sich die in Fig. 3 gezeigte Darstellung.
Die Stromaussteuerung bleibt in diesem Falle für jeden Punkt annähernd die gleiche. Es ändert sich aber die Spannungsausnutzung, u. zw. zwischen Null und dem vollen Wert (h = 0 bis 90%). Die Anodengleichstromaufnahme bleibt dieselbe, es ändert sich aber die Wechselstromleistung, diese wird für m =. 1 gleich 1 + m% (wobei der Ruhewert der Leistung'gleich 1 gesetzt ist). Die Leistung (Ausgang) steigt damit um die Hälfte von 1 auf 1-5 und der Wirkungsgrad der Röhre von 36% auf
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sie im Mittel nur 10 bis 15% beträgt. Bei Telephoniesendern ist daher der mittlere Wirkungsgrad der Endröhren nur wenig grösser als 36%.
Bezüglich verschiedener Modulationsgrade ergibt sich aus Fig. 4, dass nur für die volle Aussteuerung m = 1 in den grössten Spitzen die volle Spannungsausnutzung von h = 90% erreicht wird, während die Spannungsausnutzung für m = 0 im Mittel am geringsten, nämlich gleich h = 45%, ist. Für alle Zwischenwert liegen die Spitzenwerte für einen bestimmten Modulationsgrad unter h = 90%.
Um nun die Spannungsausnutzung zu verbessern, wird der Erfindung gemäss die Anodengleichspannung Ut in Takte der Modulationsgradschwankungen so geändert, dass die Spitzen der Hochfrequenzamplituden dauernd eine Spannungsausnutzung von h = 90% haben. Für die folgende Betrachtung sei der Durchgriff der Röhre theoretisch gleich Null angenommen. Um für alle Modulationsgrade in den Spitzen eine Spannungsausnutzung von 90% zu haben, muss man die Anodengleichspannung zwischen 0'5
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Anodenspannung nach dem normalen Verfahren der Wirkungsgrad sieh zwischen 36% und 54% bei wachsender Modulation ändert. Der mittlere Wirkungsgrad und damit die Ersparnis gegenüber der normalen Schaltung richtet sich nach dem mittleren Schwankungsverhältnis der Modulation.
In vorstehendem ist der Durchgriff theoretisch gleich Null gesetzt, um die Anodenrückwirkung vernachlässigen zu können ; dieses ist aber praktisch nicht der Fall. Bei der Berücksichtigung der Anodenrückwirkung ergibt sich bei der Änderung der Anodengleichspannung folgendes : Man erhält für verschiedene Anodengleichspannungen eine Schar von Kennlinien (Fig. 5). Beim normalen Telephoniesender wird der Arbeitspunkt meist in den Nullpunkt der Kennlinie gelegt (Punkt I, Kennlinie A). Wird die Anodenspannung auf die Hälfte herabgesetzt, dann arbeitet man auf der Kennlinie B. Der Arbeitspunkt liegt nun nicht mehr im Nullpunkt II der Kennlinie B, sondern für diese Kennlinie B im negativen Teil bei Punkt I, u. zw. ist der Arbeitspunkt für die Kennlinie B und D. Urins Negative verschoben.
Hiemit ist die wirksame Steuerwechselspannung für die Kennlinie B um den gleichen Betrag gesunken.
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Trägerstrom bei veränderlicher Anodengleichspannung zu haben wie bei konstanter Anodenspannung, wird diese durch die Anodenrüekwirkung hervorgerufene Verschiebung des Arbeitspunktes der Erfindung gemäss ausgeglichen durch Beeinflussung der Gittervorspannung. Es muss erreicht werden, dass für jede Grösse der Anodengleichspannung für diese betreffende Kennlinie der Arbeitspunkt im Nullpunkt dieser Kennlinie liegt, für die halbe Anodengleichspannung z. B. im Punkt II (Fig. 5). Es wird daher die Gittergleichspannung so eingestellt, dass für den Trägerruhewert der Arbeitspunkt im Nullpunkt der Kennlinie für die halbe normale Anodengleichspannung liegt.
Wird der Sender jetzt moduliert, so wird bei steigender Anodenspannung die Gittervorspannung nach der negativen Seite hin vergrössert, u. zw. für jede Vergrösserung der Anodenspannung Us um D. Ua. Damit wird erreicht, dass der Trägerwert der Hochfrequenz in der Antenne immer die gleiche konstante Grösse beibehält, wie es auch heute bei normalen Sendern mit konstanter Anodenspannung der Fall ist (Fig. 6).
In Fig. 7 ist die Endstufe des Hochfrequenzsenders mit E bezeichnet. Der Steuersender mit den Vorstufen des Senders ist mit St bezeichnet. Durch die Modulationseinrichtung M, die aus einem Mikrophon und einem Verstärker besteht, wird sowohl der Anodenspannungsgleichrichter G als auch die Gittervorspannung der Endstufe gesteuert. Der Anodengleichrichter wird aus einem Wechselstromnetz N gespeist. Die Anodengleichspannung wird in bekannter Weise vom Gleichrichter über eine Sieb- anordnung S oder eine Hochfrequenzdrossel H der Endstufe zugeführt. Die Anodenspeisung des Steuersenders oder der Vorstufen ist nicht gezeigt, da sie für die Erfindung unwesentlich ist.
Die Modulations-
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Durch die Gittersteuerungseinrichtung des Gleichrichters A wird die Spannungsabgabe des gittergesteuerten Gleichrichters G durch Verlagerung des Zündpunktes in an sich bekannter Weise beeinflusst. Es kann hier jede der bekannten Steuerungsschaltungen für solche Gleichrichter Anwendung finden. Es
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ist auch möglich, statt des gittergesteuerten Gleichrichters eine andere, regelbare Spannungsquelle, z. B. eine Maschine, zu benutzen. Die Modulationsfrequenzen werden aber auch anderseits durch den Gleichrichter B gleichgerichtet und beeinflussen über eine Kette K die Gittervorspannung der Endröhre E.
Die für die Steuerung des Anodengleichrichters und des Gitters der Endstufe aufgewendete Leistung ist gering gegenüber der eingesparten Leistung. Die Einsparung nicht aufgenommener Gleichstromleistung richtet sich nach dem Schwankungsverhältnis der Modulation. Dieses Schwankungsverhältnis ist, über längere Zeit betrachtet, sehr klein und liegt, wie neuere Untersuchungen gezeigt haben, bei cr = 0'2, wobei schon ein grosser Sicherheitsfaktor miteingerechnet wurde.
Für diesen Wert von o und eine Anodenspannungsänderung von 0'5 U auf l. ergibt sich eine Ersparnis an Gleichstromaufnahme von etwa 40%. Damit ist der Wirkungsgrad der Senderröhre im Mittel auf 60% gestiegen, während er beim normalen Sender nur unwesentlich über 36% liegt. Soll die Anodenspannung aus Modulationsgründen nicht so tief gesenkt werden, so ergibt sich z. B. für dasselbe o = 0'2 und einer Spannungs- änderung zwischen 0'6 U, und 1. Zeine Ersparnis an Gleichstromaufnahme von etwa 331/3%'welches einem mittleren Wirkungsgrad für die Röhre von ungefähr 54% entspricht.
Die Ersparungsmöglichkeiten durch das neue Verfahren sind also beträchtlich.
Der Wirkungsgrad wird aber noch besser, wenn gemäss der weiteren Erfindung das eben vorgeschlagen Verfahren mit dem eingangs erwähnten bekannten Verfahren kombiniert wird, also dem Verfahren, durch welches der Arbeitsruhepunkt in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude verschoben wird. Die Steuerung muss hiefür gleichzeitig so eingerichtet werden, dass der Arbeitsruhepunkt verschoben wird, d. h. man muss die Gitterspannungssteuerung, deren Wirkung mit Bezug auf Fig. 5 erläutert ist, wegfallen lassen. Dadurch wird für eine fallende Anodenspannung der Träger kleiner. Man könnte sich nun für einen bestimmten Durchgriff D einen bestimmten Trägerruhewert einstellen. Da aber der Durchgriff für einen Wert meistens festliegt, kann man noch eine zusätzliche Steuerung des Gitters nach dem bekannten Verfahren einführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Steuerung von Hochfrequenzsendern, dadurch gekennzeichnet, dass Anodenspannung und Gitterspannung in Abhängigkeit von den mittleren Amplitudenschwankungen der Modulationsfrequenzen gleichzeitig, jedoch in verschiedenem Masse gesteuert werden.