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Abstim-inungskreis für hohe Frequenzen. nut einem Leite; der im Verhältiüs
zu eiriei7 niit einer rdpl.ätte pä.rälleleiri Drehachse exzentrisch drehbar gelagert
ist Bei höhen' Frequenzen können die üblichen, mit Röndensätoren abgestimmten Schwitigühgskfeise
flieht verwendet werden, da deren Wirküngsgräd sehr niedrig wird, sobald die Kreiskapazitäten
auf höhere Werte `vefäildert werden. Unter der Vöraüssetzüng, däß die Gütezahl Q
des Kreises selbst eine Impedanz Afiäubt; die die passende Belastung für den Anödenkfeis
der Röhre gilt föigeiider Ausdruck für den Wifkungsgrs.d eines ()szillätör-Scliwingungskreises
In dieseln Atisdrück bezeichüet e den Wirküügsgrad des- Sehwingüngskreises, t dessen
ilesöiiänzftequenz, C desseh Kapä"zität, R die passende Belästütig für den Ariodenkrels
der Röhre und Q die Gütezahl des Schwingungskreises selbst.
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Wenn man unter Verwendung dieses Ausdruckes den Wirkungsgrad eines
Schwingungskreises berechnet, der mit Konderisätorabstimmung einen Frequenzbereich
von 200 bis 400 MHz deckt, findet man, daß der Wirkungsgrad des Kreises bei 400
MHz ungefähr #O ,/b beträgt, wenn die Mindestkäpäzität 5 pF ist. bei 20Ö MHz beträgt
die Kapazität das Vier= fache, was damit gleichbedeüttiid ist, däß der Wifkungägrad
bis auf 75114 heräbgetrilndert ist.
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Damit mäti im Sclhwingungskreis einen möglichst höhen Wirktirigskrad
erhält, soll eine Verstärkerröhre mit kleiner innerer Anoden-Kätfiöden=Käpazltät
und mit niedrigem innerem Widerstand gewählt werden. Letzteres bedeutet, daß maii
eine Röhre wählen sollte, die bei hohem Strom und bei niedriger Spannung arbeitet.
Wenn man jedoch in einer Verstärkerstufe für Ulträhochfreqtien'z die Spannung über
die Röhre erhöht, steigt in der Regel rief optimale Belästungswiderständ an, und
der Wirkungsgrad geht hierdurch herab, so daß die Ausgangsleistung nicht mit erhöhter
Spannung zunimmt. Der soeben angeführte Ausdruck für deh Wirkungsgrad zeigt, däß
ein hoher Wirkungsgrad auch durch einen höhen 0-Wert des Kreises zu erreichen ist,
jedoch bringt dies den Nachteil, daß die StäbilAt des Kreises niedrig wird. Deshalb
müssen allzu hohe Q-Werte vermieden werden.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 3 einige bekannte Anordnungen
zur Abstimmung eines Oszillator-Schwingungskreises.
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Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung zur induktiven Abstimmung, bei
der eine Kurzschlußbrücke 1 entlang einer Leltung 2 verschiebbar ist, die zwischen
einer Spannungsquelle und der Anode einer Röhre 3 liegt. Diese Ariordriüng ermöglicht
an und für sich einen hohen Wirkungsgrad, führt,jedoch zu großen Schwierigkeiten
bei den Gleitköntäkteiri, da bei diesen ein' Höchstwert für den Sröm auftritt.
Außerdem werden die Anordnungen zur Kopplung des Kreises an' eine Belastung öder
an ändere Röhren kompliziert, da zu diesem Zweck eine Kopplungsschleife verwendet
wird, ;durch die die Kufzschlußbrücke hindurchge$eü muß vizd die mit der kopplüng'sbrücke
beweglieh sein muß und äüBerdeiü eire mit der P'esonärizfrequenz veränderliche Größe
haben sollte. Auch der zur Vefschiebüng der Kürzschlußbrücke erforderliche Mechänisinüs
wird kostspielig und verwickelt. Außerdem kann die Anordnung nur mit größer Schwierigkeit
so -ausgebildet *erden', daß eine lineare Frequenzskala erhalten wird.
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Fig. 2 zeigt eine Abänderung _ der induktiven Ab-
stimmung,
bei der eine Kürzschlußplatte 4 um eine Achse 5 in denn magnetischen Feld der Leitung
2 drehbar ist. Die Leitung 2 ist, wie im vorstehenden Fäll, zwischen eine Spannungsquelle
-f- und die Äraode einer Röhre 3 eingeschaltet. Diese Anordnung zeichnet sich jedoch
durch einen sehr niedrigen Q-Wert bei der höchsten Frequenz innerhalb eines einiger=
mäßeh breiten Frequenzbereiches äüs.
Fig.3 zeigt eine Schaltung,
die bei Ultrahochfrequenz-Abstimmungseinheiten' für Fernsehgeräte oft verwendet
wird. Bei der Anordnung besteht der Abstimmungskreis aus einer Leitung 6, die in
Reihe mit einem veränderbaren Kondensator 7 zwischen Erde und der Anode einer Röhre
3 liegt. Hochspannung wird dem Abstimmungskreis und der Röhre von einer Spannungsquelle
-I- über eine Drosselspule 8 an einem Punkt der Leitung 6 zugeführt. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß die Mindestkapazität des Kondensators -sehr klein wird, wenn
eine hohe Bandbreite zu -erhalten ist, wodurch die Anordnung bei hohen Leisiungen
wegen der über den Kondensator auftretenden hohen Spannungen nicht verwendet werden
kann. Bei dieser Schaltung fließt des weiteren Hochfrequenzstrom durch die Lagerungen
des veränderbaren Kondensators, was dort zu Kontaktschwierigkeiten =führen kann.
Schließlich ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verbindung des Kreises mit einer
Belastung, da eine zu diesem Zweck benutzte Kopplungsschleife, -die eine Läge entsprechend
einem Stromhöchstwert an der Leitung einnehmen muß, beweglich ausgebildet werden
muß, damit sie bei der Abstimmung die Verschiebungen des Stromhöchstwertes mitmachen
kann.
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Es ist auch bekannt, einen Abstimmungskreis für hohe Frequenzen mit
einer Leitung und einem Kondensator-so aufzubauen, daß der Abstand der parallelen
Leiter und. die Kapäzität'durcli eine mechanische übertragungsvorrichtung gleichzeitig
verändert wird. Bei diesem -bekannten Abstimmungskreis erfolgt aber die Stromzuführung
mittels Gleitkontakten oder durch biegsame Leiter, wodurch z. B. Kontaktschwierigkeiten
entstehen können, Die Nachteile der bekannten Anordnungen werden gemäß der Erfindung
vermieden. Die Erfindung setzt voraus, daß der Abstimmungskreis einen Leiter enthält,
der im Verhältnis zu einer mit einer Erdplatte parallelen Drehachse exzentrisch
drehbar gelagert ist. Gemäß der Erfindung ist jedes Ende des Leiters mit den beweglichen
Platten eines Kondensators derart unmittelbar verbunden, daß -die Leitung aus dem
Leiter und der Erdplatte in Reihe mit den beiden Kondensatoren den Abstimmungskreis
bildet, wobei die Lagerungen der Drehachse so ausgebildet sind, daß über sie keine
Zuführung der Hochfrequenz erfolgt.
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In der Zeichnung zeigt Fig.4 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Abstimmungskreis,
Fig.5 ein Schaltschema für den Anschluß des Kreises an eine Belastung, Fig. 6 eine
Anordnung - mit zwei hintereinandergeschalteten Verstärkerstufen mit Abstimmungskreisen
gemäß der Erfindung und Fig. 7 eine Abänderung-der Erfindung.
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Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung umfaßt eine Elektronenröhre 3,
deren Anode mit einer Hochspannungsquelle -f- über eine Hochfrequenzdrossel 8 verbunden
ist. Zwischen der Anode und Erde liegt der Abstimmungskreis, der aus einer Leitung
9 mit veränderbarem Wellenwiderstand besteht, der mit zwei Kondensatoren 10 und
11 in Reihe geschaltet ist, von denen der Kondensator 10 zwischen dem Leiter 9 und
Erde und der Kondensator 11 zwischen dem Leiter 9 und der Anode liegt. Die Veränderung
des Wellenwiderstandes der Leitung wird dadurch erzeugt, daß der Leiter 9 mit Bezug
auf eine Drehachse 12 exzentrisch gelagert ist, die zur Erdplatte 13 parallel liegt.
Die beweglichen Platten der beiden Kondensatoren 10 und 11 sind mit dieser Achse
verbunden, während die feste Platte des Kondensators 10 mit der Erdplatte 13 und
die des Kondensators 11 mit der Anode der Röhre 3 in Verbindung steht. Da das induktive
Element, d. h. die Leitung, zusammen mit den beweglichen Platten der Kondensatoren
drehbar ist, ergibt sich kein Hochfrequenzstrom in den Lagerungen, so daß keine
hierauf zurückzuführenden Probleme aufkommen.
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Bei Drehung der Teile um die Drehachse 12 ändert sich die Resonanzfrequenz
des Abstimmungskreises durch gleichzeitige Änderung der Kapazität der Kondensatoren
10 und 11 und des Wellenwiderstandes der Leitung. Mit dieser Anordnung erhält man
eine große Bandbreite mit mäßigen Schwankungen sowohl der Kapazität der Kondensatoren
wie auch des Wellenwiderstandes der Leitung. Hierdurch bleiben die Spannungen über
die veränderbaren Kapazitäten in mäßigen Grenzen, und der kleinste Q-Wert der Leitung
bleibt verhältnismäßig hoch, wodurch eine große Bandbreite mit hohem Wirkungsgrad
möglich ist. Um die Verwendung von allzu kleinen Kapazitäten im Kreis zu vermeiden,
können eventuell die Kapazitätsschwankungen des Kondensators 10 bedeutend größer.
gemacht -werden als die des Kondensators 11. -Wenn in der Anordnung gemäß Fig. 4
die Reaktanz des Kondensators 10 mit- X1, die Reaktanz der Reihenschaltung der Röhre
3 mit dem Kondensator 11 mit X", der Wellenwiderstand der Leitung mit Zo, die Fortpflanzungskonstante
der Leitung mit a und deren Länge mit S bezeichnet werden, erhält -man unter der
Voraussetzung, daß Widerstand und Ableitung der Leitung klein sind, folgenden Ausdruck,
aus dem die Länge der Leitung ermittelt werden kann:
Wenn man z. B. annimmt, daß die Mindestkapazität des Kondensators 10 bzw. der Reihenschaltung
des Kondensators 11 mit der Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhre 3 ungefähr 4 pF
beträgt sowie daß der Wellenwiderstand der Leitung bei 400 MHz ungefähr 50 Ohm ist,
gibt dieser Ausdruck eine Leitungslänge von ungefähr 27 cm. -In der Fig. 5 wird
gezeigt, wie eine Belastung in. geeigneter Weise an einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Schwingungskreis angeschlossen werden kann. Zwischen dem Kondensator 10 und Erde
-liegt hier ein Bodenkopplungskondensator 13, der seinerseits mit der Belastung
14 parallel geschaltet ist. In dieser Figur ist die Röhre 3 durch ihre Anoden-Kathoden-Kapazität
15 und ihren inneren Widerstand 16 ersetzt. Wenn dieser innere Widerstand mit Ra,
die Anoden-Kathoden-Kapazität mit Ca, die Belastung 14 mit Rb und die Kapazität
des Kopplungskondensators 13 mit Cb bezeichnet wird, gilt bei hohen Frequenzen folgende
einfache Abhängigkeit zwischen diesen Größen:
Mittels dieses Ausdrucks kann z. B. die Größe des Kopplungskondensators 13 - zu
etwa 50 pF ermittelt werden, wenn eine Belastung von 50 Ohm an den
Schwingungskreis
angeschlossen werden soll, und die passende Anodenbelastung für die Röhre ungefähr
5000 Ohm und deren Anoden-Kathoden-Kapazität ungefähr 5 pF,betragen.
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Eine Anordnung zur Frequenzvervielfachung; die Abstimmungskreise gemäß
der Erfindung enthält, wird in der Fig. 6 -gezeigt. Diese Anordnung enthält eine
erste Verstärkerröhre 17, an deren Gitter über eine Leitung 18 eine Schwingung
der Frequenz f zugeführt wird. Im Ausgangskreis dieser Röhre befindet sich ein Abstimmungskreis
mit einem Kondensator 11a, einer Leitung 9" mit veränderbarem Wellenwiderstand und
ein Kondensator 10a. Es wird angenommen, daß dieser Kreis auf eine Frequenz von
3 f abgestimmt ist, so daß somit in dieser Stufe eine Frequenzverdreifachung herbeigeführt
wird. Über eine Leitung 19 wird die Schwingung dieser neuen Frequenz dem Gitter
einer zweiten Röhre 20 zugeführt, die in ihrem Ausgangskreis einen Abstimmungskreis
11b, 9b, 10b enthält, von dem angenommen wird, daß er auf 9 f abgestimmt ist. Es
wird angenommen, daß eine in der Zeichnung nicht dargestellte Belastung über ein
Koaxialkabel 21 an den Kopplungskondensator 13 angeschlossen ist, der bei dieser
Ausführungsform zusammen mit dem Kondensator 10b eine Einheit bildet. Diese Anordnung
wird besonders einfach, da überhaupt keine Kopplungsschleifen verwendet werden müssen,
und die Spannungsverteilung zwischen dem Anodenkreis und dem darauffolgenden Gitterkreis
im direkten Verhältnis der entsprechenden Kapazitäten erfolgt.
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Bei niedrigeren Frequenzen, z. B. von der Größenordnung 100 MHz, kann
eine Leitung vom bisher beschriebenen Typ größere Ausmaße erhalten, als bequem räumlich
unterzubringen ist, und man kann sie dann in der Form einer Schleife ausbilden,
wie in der Fig. 7 dargestellt ist Bei dieser Anordnung ist zwischen den Kondensatoren
10 und 11 eine kreisförmige Leitung 9 angeschlossen, wobei eine feste Scheibe 22,
die innerhalb der Schleife angeordnet ist, als Erdplatte dient. Die Schleife 9 ist
als exzentrisch drehbar mit Bezug auf die Scheibe 22 vorausgesetzt, so daß hierdurch
der Wellenwiderstand der von der Schleife gebildeten Leitung verändert werden kann.
Die Schleife kann eventuell auch fest ausgebildet werden, wobei die Schleife drehbar
ist, was dieselbe Wirkungsweise ergibt.
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In der Regel ist ein lineares Verhältnis zwischen dem Drehungswinkel
der Abstimmungsachse und der Frequenz erwünscht. Dies kann in einfacher Weise durch
passende mechanische Ausbildung der Platten der veränderbaren Kondensatoren und
des Querschnitts der veränderbaren Leitung herbeigeführt werden. Durch die Anordnung
von kapazitiven Schrauben, d. h. mit dem einen Kondensatorbelag verbundenen Schrauben,
deren Abstand zum anderen Belag veränderbar ist, entlang des Drehungswinkels der
Kondensatorplatten, können weiterhin die Frequenzen bei verschiedenen Winkellagen
getrimmt werden, so daß das Trimmen der verschiedenen in Frage kommenden Verstärkerstufen
keine Schwierigkeiten bereitet. Außerdem können ähnliche Schrauben entlang der veränderbaren
Leitung untergebracht werden, wodurch eine Feineinstellung des Wellenwiderstandes
der Leitung bei verschiedenen Drehlagen durchgeführt werden kann.
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Zur Fernsteuerung der Frequenz eines Rundfunksenders- oder -empfängers
ist es oft erwünscht, ein Zehnersystem zu verwenden, das aus Grobstufen und Feinstufen
zusammengesetzt ist. Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Abstimmungskreis können-
die Grobstufen -leicht durch Drehung der 'Leitungsachse und die Feinstufen durch
eine kleinere Einwirkung auf den Wellenwiderstand der Leitung herbeigeführt werden.
Damit diese Feineinstellung sowohl bei den höchsten wie bei -den niedrigsten Frequenzen
denselben Frequenzumfang hat; wird sie vorteilhafterweise durch ein bewegliches
Blech gebildet, das sich mit Bezug auf die Leitung auf der der eigentlichen Erdplatte
entgegengesetzten Seite befindet. In der Fig. 4 ist ein Beispiel eines derartigen
Bleches dargestellt, wobei durch die voll ausgezogene Linie 23 eine Lage dieses
Bleches angedeutet ist und durch die gestrichelte Linie 24 eine andere Lage desselben.
Durch die Anordnung des beweglichen Bleches in der angegebenen Weise wird erreicht,
daß eine und dieselbe Verschiebung des Bleches bei niedrigeren Frequenzen eine größere
prozentuale Veränderung des Wellenwiderstandes der Leitung als bei früheren Frequenzen
erzeugt. Es ist ferner möglich, die Erdplatte derart auszubilden, daß deren Abstand
von der Drehachse der Leitung in verschiedenen Abschnitten der Erdplatte einstellbar
ist. Letztere kann z. B. aus weichem Blech hergestellt sein, dessen Abstand zur
Drehachse durch Schrauben einstellbar ist. Hierdurch kann ein Trimmen der Frequenz
des ganzen Kreises an einer Anzahl von Punkten ermöglicht werden. Bei einem vollständigen
Abstimmungssystem können mit Vorteil die Erdplattenschrauben zum Grobtrimmen verwendet
werden, wobei eine Anzahl von kleineren Schrauben entlang dem Umfang des einen veränderbaren
Kondensators als kapazitive Schrauben angeordnet werden, um dort ein Feintrimmen
zu ermöglichen.
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Bei der bisherigen Beschreibung des Abstimmungskreises wurde davon
ausgegangen, daß beide Kondensatoren 10 und 11 veränderbar sind. Unter Umständen
genügt es jedoch, wenn nur der eine veränderbar und der andere fest ist. Damit,
wie vorher schon ausgeführt wurde, keine Hochfrequenzströme auf Stützlagerungen
der Leitung durchgehen können, ist es dabei erforderlich, den einen Belag auch des
festen Kondensators auf der Drehungsachse der Leitung anzuordnen, wobei der gegenüberstehende
Belag dieses Kondensators sich um die Drehungsachse herum ringförmig erstreckt,
so daß also die Kapazität dieses Kondensators unabhängig vom Drehungswinkel der
Leitung einen festen Wert hat.