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Abstimmvorrichtung für Hochfrequenzresonanzkreise mit einer Spule
mit verschiebbarem Abgriff Die Erfindung bezieht sich auf Abstimmvorrichtungen für
Hochfrequenzresonanzkreise mit einer Spule mit verschiebbarem Abgriff.
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Es sind abstimmbare Resonanzkreisanordnungen mit einer langgestreckten
Spule und einem Verbindungsglied bekannt, bei denen ein langgestreckter Leiter mit
geringer Induktivität und großer Oberfläche in der Achsrichtung der Spule verläuft
und in bezug auf die Spule feststeht. Das Verbindungsglied ist hierbei mit der Oberfläche
des Leiters direkt verbunden und in der Achsrichtung der Spule bewegbar angeordnet.
Diese bekannten Anordnungen weisen verschiedene Nachteile auf. Ein erster Nachteil
besteht in einer unsicheren und ungenauen Kontaktgabe. Ein weiterer Nachteil dieser
Anordnung besteht darin, daß für eine Änderung der Induktivität nicht nur eine Verschiebung
des Verbindungsgliedes, sondern auch zusätzlich noch eine Drehung der Spule erforderlich
ist, um ein Entlangfahren am Spulendraht zu ermöglichen. Solche Anordnungen sind
mechanisch sehr kompliziert und insbesondere bei höheren Frequenzen infolge der
galvanischen Kontaktgabe sehr unbefriedigend. Außerdem ist man bei diesen bekannten
Anordnungen an die konventionelle Drahtform der Spulenleiter gebunden.
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Es sind auch Hochfrequenzspulen mit mittels eines in axialer Richtung
verschiebbaren, zylindrischen Körpers veränderbarer Induktivität bekannt, bei denen
das durch den Schiebekörper bedeckte Spulenende mit diesem Schiebekörper direkt
oder über eine Kapazität in Verbindung steht, so daß die Stromzuführung zum bedeckten
Spulenteil teilweise über die zwischen diesem Teil und dem Schiebekörper bestehende
Kapazität erfolgt. Diese bekannten Spulen weisen den Nachteil auf, daß das durch
den Schiebekörper bedeckte Spulenende nicht gänzlich als Schaltelement aus dem Resonanzkreis
eliminiert wird, sondern zusammen mit dem Zylinder eine Lecherleitung bildet, welche
sowohl induktiv als auch kapazitativ in den Hochfrequenzresonanzkreis eingeht. Der
nicht überdeckte Spulenteil ist also nicht der einzige Kreisparameter, der einer
Veränderung unterliegt, sondern es findet bei einer Verschiebung des zylindrischen
Schiebekörpers gleichzeitig auch eine Änderung des Lechersystems statt, was zu sehr
unübersichtlichen Verhältnissen führt. Da das von der Schiebehülse überdeckte Teil
der Spule eine sehr geringe Induktivität hat, ist dasselbe auch nicht als Drossel
für den Röhrenkreis auszunutzen, was unter Umständen sehr nachteilig ist, da die
konventionellen Drosseln, welche den Hochfrequenzteil der Schaltung vom Gleichstromteil
oder vom Niederfrequenzteil trennen, bei den in Frage kommenden hohen Frequenzen
als kapazitativer Kurzschluß wirken und aus diesen Gründen nicht verwendbar sind.
Die Erfindung, welche eine Abstimmvorrichtung für Hochfrequenzresonanzkreise mit
einer feststehenden zylindrischen Spule betrifft, längs der ein Abgriffglied beweglich
ist, das mit einem Verbindungsglied leitend zusammenhängt, welche an einem parallel
zur Spule und nahe der Spule angeordneten Leiter verschiebbar ist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Abgriffglied als zur Spule konzentrische Hülse ausgebildet und von dieser
durch eine Isolation getrennt ist und das Verbindungsglied dem feststehenden Leiter
flächenmäßig und dicht benachbart anliegt, der eine große Oberfläche und kleine
Induktivität besitzt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann durch eine zweite Isolation
das Verbindungsglied vom Leiter getrennt werden. Weiterhin können die einen Enden
der Spule und des Leiters an je eine Elektrode einer Vakuumröhre angeschlossen sein
und das andere Ende des Leiters mit einer Spannungsquelle verbunden werden. Vorzugsweise
weist die Spule eine ungleichförmige, von dem der Vakuumröhre benachbarten zum anderen
Ende zunehmende Selbstinduktion auf.
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Das Verbindungsglied kann als zylindrischer Ring im Innern eines rohrförmigen
Leiters verschiebbar sein und durch einen Längsschlitz des Leiters hindurch mit
einer die Spule umfassenden Hülse als Abgriffglied verbunden werden. Das Verbindungsglied
kann auch als U-färmige Klammer auf einem bandförmigen Leiter verschiebbar sein
und mit einer die Spule umfassenden Hülse als Abgriffglied verbunden werden. Gemäß
einer anderen Ausführungsvariante
bildet das Verbindungsglied mit
dem Abgriffglied einen einheitlichen zylindrischen Körper und ist auf einem im Innern
der Spule vorgesehenen stabförmigen Leiter, zweckmäßig mittels Schnurantriebs, verschiebbar
angeordnet. Hierbei kann zwischen Verbindungsglied und Abgriffglied ein Kern aus
magnetischem Material gehalten werden.
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Die Erfindung, welche insbesondere für sehr hohe Frequenzen und Mikrowellen
geeignet ist, gestattet in einem einzigen kontinuierlichen Abstimmvorgang einen
Frequenzbereich zu überdecken, der größer als Zehn zu Eins ist. Die Veränderung
der Kreisresonanzfrequenz findet durch eine einfache Gleitbewegung des Abgriffgliedes
statt, ohne daß Gleitkontakte notwendig sind. Es zeigt Fig. 1 eine schematische
Ansicht einer einfachen Vorrichtung mit Vakuumröhre nach der Erfindung, die beispielsweise
einen örtlichen Oszillator für einen Fernsehempfänger darstellen kann, Fig. 2 einen
Teilschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie 2-2, Fig.3 eine schaubildliche
Ansicht einer anderen baulichen Ausführung der Spule, die bei der Vorrichtung nach
Fig. 1 verwendet werden kann, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, die insofern von besonderer Bedeutung ist, als sie
durch den gebräuchlichen Seilantrieb abgestimmt werden kann, Fig.5 ein Schaltungsschema,
das das elektrische Äquivalent des Hochfrequenzoszillators mit einerVorrichtung
nach der Erfindung darstellt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist der dargestellte Oszillator
oder Verstärker einen Sockel. 11 für eine Zwerg-Vakuumröhre auf. Außerdem
sind Ultrahochfrequenzdrosseln 12, 13 und 14, ein Überbrückungskondensator 15 und
Widerstände, wie der Widerstand 16, vorgesehen, die gebräuchlich sind und an sich
nicht den Gegenstand der Erfindung bilden.
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Die Erfindung betrifft den Resonanzkreis für Hochfrequenz, der zwischen
die Gitteranschlüsse 17 und die Anodenanschlüsse 18 der Röhre eingeschaltet ist.
(Um die Leitungsinduktanz zu verringern, sind Ultrahochfrequenzröhren häufig mit
mehr als einem äußeren Sockelanschluß versehen, die gewöhnlich parallel geschaltet
sind, doch ist zu beachten, daß die dargestellten Anordnungen der Röhre und der
Sockelanschlüsse lediglich Ausführungsbeispiele darstellen.) Neben dem Sockel
11 ist eine langgestreckte Spule 21 angebracht, die auf einem geeigneten
zylindrischen Spulenkörper 22, der verlustarm ist, angeordnet ist. Die Spule 21
weist eine ungleichförmige Induktivität je Längeneinheit auf. Derartige Spulen werden
auch als Spulen mit veränderlicher Steigung bezeichnet; die in Fig. 1 dargestellte
Spulenform, die sich für Geräte dieser Art als außergewöhnlich brauchbar erwiesen
hat, zeichnet sich durch eine veränderliche Steigung, eine veränderliche Leiterbreite
und einen veränderlichen Abstand zwischen benachbarten Windungen aus. Keine dieser
veränderlichen Parameter besitzt bei der dargestellten Spule eine Unstetigkeitsstelle,
vielmehr nehmen die Leiterbreite und der Windungsabstand allmählich (jedoch nicht
notwendigerweise linear) von rechts nach links bei Betrachtung der Spule in Fig.
1 zu. Die Anzahl der Windungen je Längeneinheit nimmt von rechts nach links bei
gleicher Betrachtung der Spule ab. Das äußerste linke Ende der Spule, an dem die
Induktivität je Längeneinheit am kleinsten ist, ist auf eine ganz besondere Weise
ausgebildet bzw, abgewandelt, die sich bei Abstimmkreisen für große Frequenzbereiche
als äußerst bedeutsam erwiesen hat; die Einzelheiten dieser Spulenausbildung sind
weiter unten genauer dargelegt.
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Die besondere Art der Ausbildung der Spule 21 auf dem Spulenkörper
22 ist der Wahl des Konstrukteurs überlassen. Vorzuziehen ist eine Spule, bei der
die Ausbildung des leitenden Bandes photographisch bestimmt wird. Die Spule kann
jedoch durch Auflegen von zugeschnittenem Kupferband oder zugeschnittener Metallfolie
oder auf andere geeignete Weise hergestellt werden. In. jedem Fall wird die fertige
Spule vorzugsweise mit einem zäh verlustarmen Kunststoffüberzug überzogen oder mit
einer dünnen Kunststoffhülse bedeckt. Dieser Überzug schützt die Spule gegen mechanische
Beschädigung und kann zugleich als Isolation zwischen der Spule und dem beweglichen
Abgriffglied dienen, das nachstehend beschrieben wird.
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Das linke Ende 2111 der Spule 21, bei Betrachtung von Fig. 1, ist
unmittelbar mit den Anodenanschlüssen des Sockels 11 mittels eines Bandleiters 23
verbunden, der an Stelle eines Drahtes benutzt wird, um die Stromkreisinduktanz
herabzusetzen. Das andere Ende der Spule 21 kann mit dem positiven Anschluß 24 einer
geeigneten Gleichspannungsquelle über eine Anodendrossel 25 und einen Entkopplungswiderstand
26 verbunden sein. Die Verbindungsstelle der Drossel 25 und des Widerstandes 26
kann zur Erde hin durch einen geeigneten Kondensator 27 überbrückt sein.
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Über der Spule21 ist auf dem Spulenkörper22 gleitend eine Hülse 31
angebracht, die bei der dargestellten Ausführungsform die Spule 21 in der Umfangsrichtung
nahezu ganz umgibt, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist. Die Hülse 31 hat, wie
aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, einen seitlichen Fortsatz 31a, der eine zylindrische
Form hat und in einem geschlitzten zylindrischen Körper 32 gehalten wird. Der Fortsatz
31a ist vorzugsweise mit einer verlustarmen isolierenden Oberfläche versehen, die
in einem Überzug eines verlustarmen Schellacks bestehen oder gegebenenfalls eine
dünne Kunststoffhülse sein kann, die in geeigneter Weise aufgekittet oder in anderer
Weise befestigt ist.
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Die geschlitzte Hülse 32 ist parallel zum Spulenkörper 22 angebracht
und so ausgerichtet, daß ihr eines Ende neben einem der Gitterstufe 17 des Sockels
11 zu liegen kommt. Ein geeigneter Leiter 33 verbindet den zylindrischen Körper
32 mit den Gitterstiften 17, während das andere Ende des Körpers 32 in elektrischer
Hinsicht frei ausläuft. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der zylindrische Körper 32
über seine ganze Länge auf der Seite der Spule 21 mit einem axialen Schlitz versehen,
derart, daß die der Energieübertragung dienende Hülse 31 auf die ganze Länge der
Spule 21 frei gleiten und dabei ihren Fortsatz 31a im Innern des Körpers 32 verschieben
kann.
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Der Körper 32 ist ein Leiter von geringer Induktivität, der dazu dient,
hochfrequente Ströme von der Hülse 31 an die Gitteranschlüsse 17 zu übertragen,
ohne dabei wesentlich zum induktiven Blindwiderstand des Kreises beizutragen. Diese
geringe Induktivität ist durch die sehr große Oberfläche des Körpers 32 erzielt,
die durch dessen geschlitzte zylindrische Form wesentlich erhöht wird. Durch den
isolierenden Überzug 31U wird der Fortsatz 31a von dem Körper 32 isoliert und zugleich
eine glatte Gleitwirkung zwischen den beiden Teilen erleichtert.
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Gegebenenfalls kann die Hülse 31 mit einem aufrechten stabförmigen
Ansatz 34 versehen sein, um die Bewegung der Hülse 31 längs der Spule 21 zu erleichtern.
Selbstverständlich können auch andere Mittel für die Durchführung dieser Verschiebung
verwendet werden. Bei den meisten praktischen Anwendungen
wird
die Bewegung des Abgriffgliedes 31 mit der Bewegung ähnlicher Gleitelemente in anderen
Kreisen gekuppelt, so daß eine mechanische Verbindung nach Art des Stabes 34 zweckmäßig
ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist folgende. Der in erster
Linie wirksame Anteil der Spule 21 bei der Arbeitsweise der Ausführungsform nach
Fig. 1 der Erfindung besteht in demjenigen Teil, der sich zwischen dem mit den Anodenstiften
18 verbundenen Spulenanschluß 21a und der übertragungshülse 31 befindet. Dieser
Teil der Spule liegt in dem Resonanzkreis, der die Schwingungs- oder Verstärkungsfrequenz,
je nach dem besonderen Anwendungsfall, bestimmt. Der übrige Teil der Spule 21 wirkt
als Anodendrossel in Ergänzung der Drosselspule 25.
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Die Energieübertragung zwischen der Spule 21 und der Hülse 31 ist
ihrer Art nach kapazitiv, was auch von der Übertragung der Hochfrequenzenergie zwischen
dem Fortsatz 31a und dem geschlitzten Zylinderkörper 32 gilt.
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Der Resonanzkreis als Ganzes besteht aus einer geschlossenen Schleife,
die in Reihenschaltung folgende Elemente enthält: Die Gitter-Anoden-Kapazität der
Röhre im Sockel 11, den Anteil der Spule 21 zwischen den Anodenstiften 18 und der
Hülse 31, die Kapazität zwischen der Spule 21 und der Hülse 31, die Kapazität zwischen
dem Fortsatz 31a und dem geschlitzten Zylinder 32, die Induktivität desjenigen Teils
des geschlitzten Zylinderkörpers 32, der sich zwischen dem Fortsatz 3111 und den
Gitterstiften 17 befindet. Zusätzlich wird die Resonanzfrequenz dieses Kreises in
gewissem Ausmaß durch die Streuinduktivität und -kapazität des Kreises und durch
dieAufladung des stumpfen bzw. frei auslaufendenTeils des geschlitzten Zylinderkörpers
32 beeinflußt. Es hat sich j edoch gezeigt, daß, solange dieLänge des geschlitzten
Zylinderkörpers wesentlich kleiner als ein Viertel der Wellenlänge bei der höchsten
zu erfassenden Frequenz gehalten wird, die Einwirkung des stumpfen Teiles des Zylinderkörpers
32 unbedeutend ist, sowohl hinsichtlich der Resonanzfrequenz als auch hinsichtlich
der Kreisverluste.
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Die Abstimmung des Kreises wird durch Verschieben der Hülse 31 längs
der Spule 21 bewirkt. Es hat sich gezeigt, daß ein gemäß Fig. 1 ausgebildeter Verstärker
oder Oszillator leicht den ganzen Frequenzbereich, beispielsweise von 60 bis 900
MHz, bestreichen kann, indem die Hülse 31 von dem äußeren Ende der Spule 21 zu dem
dem Sockel 11 benachbarten Ende verschoben wird. Der abgestimmte Kreis besitzt eine
gute Kreisgüte und Stabilität bei jeder Frequenz, die innerhalb des Frequenzverhältnisses
von ungefähr 15:1 gewählt wird.
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Es wurde festgestellt, daß die mit einer gegebenen Spule erreichbare
Höchstfrequenz weitgehend ver= bessert werden kann, wenn die Spule an ihrem Hochfrequenzende
in der Weise ausgebildet bzw. bemessen ist, wie es in der Nähe des Anschlusses 21
in Fig. 1 dargestellt ist. Die Breite des leitenden Bandes, das die Spule 21 bildet,
nimmt mit Annäherung an den Anschluß 21 allmählich zu, bis schließlich in der letzten
Viertelwindung oder so ähnlich seine axiale Breite sehr schnell ansteigt, während
zugleich die Steigung in einem solchen Ausmaß zunimmt, daß die Breite des Leiters
in der Umfangsrichtung wesentlich verringert ist. Die beschriebene Ausbildung ergibt
einen Anschluß, wie er in Fig. 1 dargestellt und in Fig. 3 schaubildlich veranschaulicht
ist, wo das geformte Anschlußende der Spule mit 121a bezeichnet ist.
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Es hat sich herausgestellt, daß die erreichbare Höchstfrequenz ganz
wesentlich größer ist, wenn das Hochfrequenzende der Spule in der dargestellten
Weise ausgebildet ist, als wenn die Spule in der üblichen Weise ausgeführt ist.
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Es erscheint nicht erforderlich, das Schema nach Fig.5 im einzelnen
zu beschreiben, da jeder Fachmann erkennt, daß dieses Schema den elektrischen Kreis
der in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Vorrichtung wiedergibt.
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Bei derAusführungsform der Erfindung nach Fig. 3 ist eine auf einen
Spulenkörper 122 gewickelte Spule 121 vorgesehen, die mit den entsprechenden Teilen
21 und 22 in Fig. 1 übereinstimmen kann. Der Unterschied zwischen der Anordnung
nach Fig. 3 und der zuvor beschriebenen besteht in der Ausbildung der für die Energieübertragung
bestimmten Hülse 131 und ihres Fortsatzes 131a sowie in der Ausbildung des gestreckten
Leiters 132 von geringer Induktivität, der hinsichtlich seiner Aufgabe dem geschlitzten
Zylinderkörper 32 in Fig. 1 entspricht.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Hülsenteil des Übertragungsgliedes
131 im wesentlichen dem entsprechenden Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 gleichen,
doch ist an Stelle des zylindrischen Fortsatzes und des geschlitzten Zylinderkörpers
nach Fig. 1 in Fig.3 eine geschichtete Kopplungsanordnung vorgesehen, bei welcher
der Fortsatz 13111 der Übertragungshülse aus zwei parallelen Flügeln besteht, zwischen
denen ein breiter flacher Leiter 132 gehalten wird. Diejenigen Oberflächen des Fortsatzes
131a, die dem Leiter 132 dicht benachbart sind, können mit einem verlustarmen Kunststoff
überzogen oder in anderer Weise isoliert sein, so daß die Energieübertragung auf
einen kapazitiven Austausch beschränkt wird. Wie bei der Ausführungsform nach Fig.
1 ist das Hochfrequenzende 121a der Spule ständig mit einer der Röhrenelektroden,
etwa der Anode, verbunden und der Leiter 132 von geringer Induktivität fest an eine
andere Röhrenelektrode, etwa das Gitter, angeschlossen.
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In Fig. 4 ist eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt,
die für viele Anwendungen besonders geeignet ist. Bei dieser Ausführung ist eine
Spule 221 auf einen hohlen Körper 222 gewickelt, der in diesem Fall die doppelte
Aufgabe hat, als Halter für die Spule und als Isolation zwischen der Spule und dem
Übertragungselement 231 zu dienen. Das Element 231 besteht hier aus einem zylindrischen
Metallkörper, der mit einer zentralen Öffnung in der Achsrichtung versehen ist und
gleitend auf einer Stange 232 sitzt. Die Metallmuffe 231 ist von der Stange 232
in geeigneter Weise isoliert, etwa durch eine dünne Kunststoffhülse 23111. Statt
dessen kann auch eine entsprechende Isolationsschicht entweder an der Muffe 231
angebracht oder auf die Oberfläche der Stange 232 aufgetragen sein.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Leiter von geringer
Induktivität, weicher dem geschlitzten Zylinderkörper 32 entspricht, von der Stange
232 gebildet, und diese kann unmittelbar mit dem Gitter der Röhre verbunden sein,
bei welcher die Vorrichtung verwendet wird. In gleicher Weise kann das Hochfrequenzende
der Spule 221 fest mit der Anode der Röhre verbunden sein.
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Bezüglich der Ausführungsform nach Fig. 4 ist von besonderer Bedeutung,
daß diese besonders dazu geeignet ist, mit Hilfe der bekannten Faden- oder Schnurantriebe
eingestellt zu werden, die seit vielen Jahren in Radiogeräten gebräuchlich sind.
Um dies zu erleichtern, ist die Muffe 231 an jeder Stirnseite mit einem Auge 233
versehen, an dem das betreffende Ende einer Antriebsschnur 234 befestigt wird. Diese
Schnur
verläuft gewöhnlich über verschiedene Rollen 235 und kann gegebenenfalls mit einem
Skalenzeiger 236 versehen sein.
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Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig.4 gleicht im allgemeinen
derjenigen der beiden anderen Ausführungsformen. Somit ist zu einem gegebenen Zeitpunkt
derjenige Teil der Spule in dem Resonanzkreis wirksam, der sich zwischen der Muffe
231 und dem Hochfrequenzende der Spule befindet, mit dem die Röhre unmittelbar verbunden
ist. Die Induktivität der Stange 232 kann ganz klein gemacht werden, wenn die Stange
einen recht wesentlichen Durchmesser hat, und es besteht keine Schwierigkeit, mit
der Ausführungsform nach Fig. 4 Frequenzen von über 1000 MHz zu erreichen.
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Bei allen dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
kann ein sehr weiter Frequenzbereich mit einer einzigenAbstimmbewegung überdeckt
werden, ohne Bewegung von gleitenden oder rollenden Kontakten, Schaltern oder irgendwelchen
anderen geräuschvollen Teilen, wie dies gewöhnlich bei Abstimmvorrichtungen erforderlich
ist, die-einen Frequenzbereich von mehr als 10:1 überdecken sollen. Die Kapazität
zwischen dem Abgriffglied und der Spule sowie zwischen dem Verbindungsglied und
dem langgestreckten Leiter von geringer Induktivität ist gewöhnlich viel größer
als die Kapazität zwischen denRöhrenelektroden, die einenTeil des abgestimmten Kreises
in einem zusammengesetzten Gerät bildet. Infolgedessen werden die Abstimmeigenschaften
praktisch überhaupt nicht durch die kleinen Änderungen der Kapazität beeinflußt,
die bei der Bewegung des Energieübertragungselements von einem Ende der Spule zum
anderen auftreten. Es hat sich ergeben, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
stabile Abstimmung über Frequenzbereiche von 20 :1 ermöglicht und außerdem geräuschlos
arbeitet und einen hohen Gütegrad besitzt, und zwar bei allen Frequenzen innerhalb
ihres Abstimmbereiches.
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Obgleich einige bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
sind, sollen diese dennoch lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen, und es
sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen hinsichtlich der Ausführungseinzelheiten
denkbar.