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Anordnung zum Empfang hochfrequenter Schwingungen, insbesondere sogenannter Ultrakurzwellen.
Es ist bekannt, dass der Empfang von Schwingungen sehr hoher Frequenz auf Schwierigkeiten stösst und mit um so schlechterem Wirkungsgrad erfolgt, je höher die Frequenz ist. In letzter Zeit hat man insbesondere die sogenannte Bremsfeldschaltnng benutzt, deren Resonanzschärfe jedoch zu wünschen übrig lässt und die vor allem den Nachteil hat, dass sie mehrdeutig ist ; auch werden, und dies'liegt in dem Prinzip dieser Schaltung begründet, die Röhren ausserordentlich klein, so dass sie bei Zentimeterwellen kaum mehr hergestellt werden können.
Die Erfindung bezweckt, eine Empfangsschaltung zu sehaffen, die frei von solchen Nachteilen ist, und hat vor allem die Aufgabe, Elektronenröhren anzuwenden, deren Dimensionen für eine Fabrikation geeignet sind. Sie bedient sich hiezu einer Röhre mit geteilter Anode, u. zw. einer Anode, an die der Schwingungskreis symmetrisch angekoppelt ist. Solche Röhren sind für Sendezwecke benutzt worden.
Um sie für Empfangszwecke brauchbar zu machen, wird ohne Anodenstrom gearbeitet. Hiefür kann die Anodenspannung niedrig genug gehalten oder der Durchmesser der geteilten Anoden gross genug gewählt werden. Die Resonanzschärfe wächst, je grösser der Durchmesser der Anoden gewählt wird.
Unterhalb eines bestimmten Anodendurchmessers ist ein Empfang überhaupt nicht möglich.
Die Erfindung ist im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das sich auf die Wirkungsweise der neuen Anordnung bezieht. Fig. 2--6 sind Schaltbilder je eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Gleiche Teile sind mit demselben Bezugszeichen versehen.
Die Röhre R hat einen Heizfaden H und zwei zylindrische Teile A, die eine Anode bilden. Der Entladungsraum dieser Röhre steht in an sich bekannter Weise unter der Wirkung eines konstanten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien parallel zu dem Glühfaden verlaufen. Das Magnetfeld kann durch einen Elektromagneten oder gegebenenfalls durch einen permanenten Magneten erzeugt werden.
An den Anodenzy'inder A, A ist ein Lecher-System L angesehlossen, das in einem Knoten durch einen Kurzschlussbügel K überbrückt ist. Der Kurzschluss des Systems L kann auf einen ersten, zweiten oder dritten Knoten eingestellt sein. Die Anodenspannung wird in der Mitte des Kurzschlussbügels zugeführt, gegebenenfalls über eine Hochfrequenzdrossel Dr. Im Anodenspannungskreise liegt der Empfangsindikator T, der rein schematisch dargestellt ist. Er kann aus einem Telephon oder einem Anzeigeinstrument und überdies aus einem Verstärker bestehen. An das System L sind die beiden Hälften D-i eines Empfangsdipols angeschlossen. Der Anschluss kann induktiv oder kapazitiv statt galvanisch sein.
Die Wirkungsweise ist folgende.
Die vom Glühdraht H emittierten Elektronen fliegen unter dem Einfluss des Magnetfeldes in einer geschlossenen, z. B. kreisförmigen Bahn zur Kathode zurück. Die Umlaufzeit der Elektronen ist lediglich von der magnetischen Feldstärke abhängig. Treten nun an der Anode A, A infolge der im System L aufgenommenen Energie hochfrequente Spannungen auf und stimmt die Dauer einer Periode mit der Umlaufzeit der Elektronen überein, so laufen die Elektronen nicht mehr in Kreisen, sondern in Spiralen, so dass sie schliesslich die Anode erreichen und einen Strom im Anzeigekreis bewirken. Diese Wirkungsweise erfordert, dass die Elektronen ohne die empfangenen hochfrequenten Schwingungen in keiner
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Weise die Anode erreichen.
Demgemäss muss die Anodenspannung sich stets unterhalb eines Wertes befinden, bei dem während des Ruhezustandes der Anodenstrom fliessen würde. Zwischen Magnetismus und Frequenz muss die Beziehung bestehen f =0-3 x 10'H (f in Hertz und H in Gauss). Der sich so ergebende Magnetismus ist der Resonanzmagnetismus. Der Anodenzylinderdurehmesser muss auf alle Fälle grösser sein als r, wobei r definiert ist durch die Beziehung r = 2À (r in Millimeter und X in Meter).
Praktisch hat sich ein Anodendurchmesser bewährt, der das Zehnfache dieses Mindestdurchmessers beträgt. Je grösser der Durchmesser des Anodenzylinders ist, um so mehr Entwicklungsmöglichkeit besteht für die Elektronenspiralen, aber um so grössere Übereinstimmung zwischen empfangener Frequenz und dem Resonänzmagnetismus ist notwendig. Da der Resonanzmagnetismus die empfangene Frequenz völlig eindeutig bestimmt, kann das Lecher-Systemirgendeine der möglichen Resonanzstellungen haben.
Es kommt dadurch keine Mehrdeutigkeit hinein. Die Abstimmung des Lecher-Systems ergibt also die Wahl des Resonanzmagnetismus.
Trägt man den Resonanzmagnetismus Q in Abhängigkeit von der Anodenspannung V auf, so ergibt sich die in Fig. 1 gezeigte Kurve Q'. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass der Resonanzmagnetismus nur konstant ist in einem Spannungsbereich, der von dem Ursprung 0 bis zu dem Wert VI reicht, und dass er dann weiterhin beträchtlich mit der Spannung V ansteigt. Die Erfindung benutzt nur den Bereich 0-VI, in welchem der Resonanzmagnetismus konstant ist und kein Anodenstrom fliesst.
Aus den angegebenen Beziehungen ergibt sich, dass die Anordnung sich für das Gebiet der Ultrakurzwellen eignet, da bei niedrigeren Frequenzen die Röhrendimensionen unhandlich gross werden ; für den Empfang der ultrakurzen Wellen hat sie aber gerade den Vorteil, dass man mit Röhren normaler Abmessungen arbeiten kann, so dass konstruktive Schwierigkeiten nicht entstehen. Auch ergeben sich keine unzulässig hohen inneren Röhrenkapazitäten, die bekanntlich immer wieder die Anwendung der heute gebräuchlichen Schaltungen beschränken.
Die Empfindlichkeit der Anordnung kann dadurch erheblich gesteigert werden, dass der Glühfaden mit einem sogenannten Herausziehgitter G (Fig. 3) umgeben wird. Dieses Gitter bildet in nahem Abstande vom Glühfaden in üblicher Weise eine Spirale geringer positiver Spannung gegenüber der Kathode.
Es ist auf diese Art notwendig, die Anodenspannung auf das Potential des Gitters zu beziehen und die Abmessungen des Anodenzylinders nicht auf die Kathode, sondern ebenfalls auf das Gitter zu beziehen. Das Gitter ist mit andern Worten einfach als Grossenflächenkathode für den Elektronensehwingungsvorgang aufzufassen.
Es ist vorteilhaft, die magnetischen Kraftlinien auf den Raum zwischen Gitter und Anode zu beschränken. Dies ist durch entsprechende Ausbildung der Polschuhe des Magneten oder durch magnetische Abschirmung des Gitterkathodenraumes erreichbar.
Durch den Vorteil, dass das System L nicht auf den ersten Knoten eingestellt zu werden braucht, sondern auch auf einen der auf diesen folgenden Knoten eingestellt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, die Anordnung in einer langen Welle zum Schwingen zu bringen. Dies kann durch stärkeres Erhitzen des Glühfadens geschehen, während die Anordnung bei schwächerem Erhitzen des Glühfadens sich kurz vor dem Einsetzen der Schwingungen befindet. Das System L hat dann die Aufgabe, mehrwellig zu schwingen, erstens in der Grundwelle als Sender und zweitens in einer Oberwelle, die gleich der empfangenen Hochfrequenz ist. Erzeugte Hochfrequenz und empfangene Hochfrequenz stehen also hier in einem harmonischen Verhältnis. In jedem Fall wird die empfangene Hochfrequenz moduliert.
Es treten dann die bekannten Erscheinungen der Armstrongschen Pendelrückkopplung oder des Schwebungsempfanges beim Superhetempfänger auf. Je nach der Einstellung der Anordnung können beide Effekte erzeugt werden.
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eine tonfrequente Wechselspannung zu verwenden. Die Amplitude dieser Wechselspannung muss so gewählt sein, dass bei Nichtempfang kein Anodenstrom auftritt.
Es sei noch erwähnt, dass die Röhren um so besser alle Effekte zeigen, je gasfreier sie sind.
Bei direkt geheizten Kathoden kann das geringe elektrische Feld, das der Heizstrom im Glühfaden erzeugt, stören. Es ist bekannt, an den Stirnflächen des Anodenzylinders Abdeckscheiben mit negativem Potential zu verwenden, um den Entladungsraum abzuschliessen. Vorteilhaft wird nun diesen Abdeckscheiben auch noch eine Potentialdifferenz gegeneinander gegeben, derart, dass der Feldeinfluss des Glühfadens kompensiert wird.
Um die für den Empfang notwendigen grossen magnetischen Feldstärken bequem zu erzeugen, ist es zweckmässig, dafür zu sorgen, dass die Luftspalte zwischen dem Anodenzylinder und den Magneten möglichst klein sind. In dieser Beziehung ist es vorteilhaft, wenn die Länge des Anodenzylinders gleich seinem Durchmesser oder kleiner als dieser Durchmesser ist.
Statt des zweiteiligen Zylinders A, A kann eine Anode vorgesehen werden, die aus vier, sechs oder mehr als sechs Teilen besteht.
Wegen der Resonanzschärfe und der Eindeutigkeit der empfangenen Welle ist die Anordnung auch ein guter Wellenmesser für Ultrakurzwellen.
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Die Anordnung nach Fig. 2 und 3 kann gemäss Fig. 4 und 5 in der Weise vervollständigt werden, dass der Röhre eine Zwischenfrequenz zugeführt und der resultierende Strom dem den Anodenteilen gemeinsamen Anodenkreise entnommen wird. Die Modulierung der ankommenden Welle überträgt sich hiebei direkt auf die Zwischenfrequenz. Diese wird verstärkt und gleichgerichtet. Auf diese Weise wird eine hohe Empfindlichkeit des Empfängers erreicht. Eine Verstärkung der hohen ankommenden
Frequenzen ist bekanntlich nicht oder nur sehr schwer möglich.
Die Rohre R besteht aus zwei symmetrischen Teilen A Der Heizfaden ist mit H bezeichnet. Der
Entladungsraum steht unter der Einwirkung eines konstanten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien parallel zu dem Glühfaden verlaufen und dessen Stärke in bezug auf die ankommende Hochfrequenz so gewählt werden muss, wie mit Bezug auf Fig. 1, 2,3 dargelegt ist. An den Anodenzylinder ist das
Lecher-System L angeschlossen, das im Strommaximum durch einen Kurzschlussbügel K (Fig. 4) oder im Stromminimum durch eine Spule E (Fig. 5) überbrückt ist. Die Anodengleichspannung wird in der Mitte des Bügels K oder der Spule E zugeführt. Die Hochfrequenz wird mit Hilfe der Dipolhälften Di aufgenommen.
In der den Anodenteilen A, A gemeinsamen Zuleitung + A für die Anodengleichspannung ist gemäss Fig. 4 ein Zwischenfrequenzgenerator Z eingekoppelt, der beispielsweise eine 1000 m-Welle erzeugt. Die Zwischenfrequenz kann nach den Überlegungen, die den Fig. 1, 2,3 zugrunde liegen, nur dann fliessen, wenn das System hochfrequente Schwingungen empfängt. Es ist dazu ausser der richtigen Wahl der magnetischen Feldstärke nötig, dass die aufgedrückt Amplitude der Zwischenfrequenz einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Dieser Wert ist um so kleiner, je grösser die zusätzliche Anodengleichspannung ist. Die Anodengleichspannung kann auch ganz fehlen, ist jedoch insofern vorteilhaft, als sie die Lautstärke vergrössert.
Die Zwischenfrequenz wird gemäss der niederfrequenten Modulation der aufgenommenen Hochfrequenz moduliert und bei B entnommen. Die entnommene Hochfrequenz stimmt in der Anordnung nach Fig. 4 in der Frequenz mit der aufgedrückten Zwischenfrequenz überein, ist aber im Gegensatz zu dieser moduliert. Dass diese Modulierung bei dem mit Bezug auf Fig. 1, 2,3 gezeigten Empfang modulierter Ultrakurzwellen durch diese Ultrakurzwellen direkt geschieht und sich einfach auf die Zwischenfrequenz überträgt, ist eine der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis.
Die modulierte Zwischenfrequenz gelangt in einen Verstärker N. Die niederfrequente Modulation wird nach dem Gleichrichten dem Empfangsindikator T zugeführt.
Statt die Zwischenfrequenz dem gemeinsamen Anodenzweige zuzuführen, wie in Fig. 4 vorgesehen ist, kann sie einem in der Röhre angebrachten Gitter aufgedrückt werden.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Zwischenfrequenz, wie in Fig. 5 vorgesehen ist, den beiden Anodenteilen in entgegengesetzter Phase aufzudrücken. Dann pulsiert nämlich beim Empfang im Kreise S ein Strom von der doppelten Frequenz der der Spule E aufgedrückten Zwischenfrequenz. Auch der im Kreise Spulsierende Stromvon der doppelten Zwischenfrequenz kann nur zustande kommen, wenn die von dem Dipol Di empfangene Ultrakurzwelle in Gemeinschaft mit dem zugehörigen Resonanzmagnetismus überhaupt das Fliessen von Anodenströmen gestattet. Dadurch aber, dass sich hier die bei Eaufgedrückte Zwischenfrequenz von der bei S resultierenden modulierten Frequenz in der Periodenzall wesentlich unterscheidet, fällt hier eine störende, rein räumliche Beeinflussung von E und S fort.
Es sei erwähnt, dass grundsätzlich in allen Schaltungen dieser Art die Kreise S auch auf Oberwellen der tiefstmöglichen Frequenz abgestimmt werden können.
Sendeseitig braucht die Ultrakurzwelle nur einfach moduliert zu werden. Es ist aber auch möglich, schon dort mit einer Zwischenfrequenzmodulation (Modulation eines Trägers, der seinerseits den eigentlichen Träger moduliert) zu arbeiten. Bei richtiger Wahl der Verhältnisse und Übereinstimmung der Zwischenfrequenz des Senders mit der des Empfängers lassen sich besondere resonanzähnliche Effekte erwarten. Insbesondere gilt dies für Fig. 5 bei Übereinstimmung der Zwischenfrequenz des Senders mit der im Kreise S resultierenden Hochfrequenz oder bei harmonischem Verhältnis beider.
Die Empfindlichkeit von Schaltungen nach Fig. 2 und 3 kann auch mit den Mitteln vergrössert werden, die in Fig. 6 gezeigt sind. In jenen Schaltungen selbst eine Entdämpfung zu bewirken, ist grundsätzlich nicht möglich. Gemäss Fig. 6 ist ein Rohr vorgeschaltet, das in beliebiger Entdämpfungsschaltung arbeitet, z. B. ein normales Elektronenrohr in Rückkopplungssehaltung oder in Bremsfeldschaltung mit Entdämpfung, ein Habann-Rohr mit Entdämpfung usw. Auf diese Art wird eine Empfangseinrichtung geschaffen, welche die Empfindlichkeit einer entdämpften Anordnung und trotzdem die ausserordentlich grosse Selektivität von Einrichtungen der in Fig. 2 und 3 gezeigten Art hat.
Es ist an sich zwar bekannt, bei Röhren, die in normaler Schaltung betrieben werden, Demodulation und Entdämpfung in zwei verschiedenen Röhren zu bewirken. Dabei ist aber eine Röhre verwendet worden, die infolge ihrer spezifischen Eigenschaften eine ausserordentlich hohe Filterwirkung hat.
An einem Dipol Di ist ein in Bremsfeldschaltung arbeitendes Rohr B angeschlossen. Die hohe positive Gitterspannung wird über eine Drossel Dr 1, die Anodenspannung, die geringer als die Gitterspannung ist, über eine Drossel Dr 2 zugeführt. Die Spannungen sind so gewählt, dass die Bremsfeldröhre B entdämpft ist. Ein Gleichrichten der Hochfrequenz findet in ihr nicht statt. An die Röhre B ist eine Habann-Röhre R hochfrequent angeschlossen. Zum Abhalten der Gitter-und Anodengleichspannung der Röhre B von dem Rohr R sind Blockkondensatoren C vorgesehen. Die Verbindung-
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leitungen werden vorzugsweise als Energieleitung ausgebildet, um eine möglichst gute Spannungsübertragung von einem Rohr zum andern zu erreichen.
Das Rohr B hat doppelseitige Zuführungen, um Stoss- stellen an den Einführungen zu vermeiden. An die beiden Anodenteile A, A des Rohres R ist ein symmetrischer Kreis angeschlossen, der aus zwei Lecher : Leitungen L mit verschiebbarem Kurzschlussbügel K besteht. Das Magnetfeld für das Rohr R wird durch zwei Magnete M erzeugt und verläuft längs der Achse des Rohres R. Die Magnete M sind in einer Lage gezeichnet, die zur wirklichen Lage um einen rechten Winkel versetzt ist. Der Glühfaden der Röhre Rist mit F bezeichnet. Die Anodengleichspannung
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symmetrisch gespeist werden. Im Kreise der Anodenspannung8zuführung liegt der Empfangsindikator T, der ein Telephon, ein Niederfrequenzverstärker od. dgl. ist.
Es ist selbstverständlich, dass die Zuführung der Anodengleichspannung und die Abnahme der Niederfrequenz auch über getrennte Zuleitungen erfolgen kann.
Dem Habann-Rohr JB, das gemäss der in Fig. 2 und 3- angegebenen Schaltung arbeitet, fällt die Aufgabe zu, aus dem hochfrequenten, durch die Röhre B verstärkten Frequenzgemisch die gewollte Empfangsfrequenz auszuwählen. Da der Gleiehrichtungseffekt ausserordentlich scharf ist, wird eine sehr
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Statt der hier gezeigten Bremsfeldröhre B kann jede andere Röhre in Entdämpfungsschaltung verwendet werden, also auch z. B. eine solche in gewöhnlicher Rückkopplungsschaltung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Empfang hochfrequenter Schwingungen, insbesondere sogenannter Ultrakurzwellen, bei welcher eine Röhre mit geteilter Anode und den Anodenteilen gemeinsamem, symmetrisch an diesen Teilen liegendem Kreise verwendet wird, wobei der Entladungsraum unter der Einwirkung eines Magnetfeldes steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen so gewählt sind, dass im Ruhezustand kein Anodenstromfliesst und dass ferner die magnetische Feldstärke lediglich in Beziehung zur empfangenen Frequenz steht.