DE1070695B - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diskriminatoranordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem reflektierend abgeschlossenen Leitungsabschnitt, an den zwei Gleichrichter derart angeschaltet sind, daß ihre gleichstromseitige Differenzschaltung eine von der Frequenz der in den Leitungsabschnitt eingespeisten Betriebswellen abhängige Gleichspannung abgibt.

Diskriminatoranordnungen dieser Art werden beispielsweise zur Demodulation frequenzmodulierter Wellen oder als Anordnung zur Erzeugung einer Nachstellspannung in Frequenzregelorganen von Oszillatoren für sehr kurze elektromagnetische Wellen benötigt. Meist sind diese Diskriminatoren in der Weise aufgebaut, daß an einem total reflektierend abgeschlossenen Koaxial- oder Hohlleitungsabschnitt zwei Gleichrichterorgane in Längsrichtung der Leitung um eine Viertelbetriebswellenlänge gegenseitig versetzt angekoppelt sind. Die Gleichrichterorgane sind gleichstromseitig in eine Differenzschaltung mit einbezogen, welche die Ausgangsspannung des Diskriminators abgibt. Nachteilig an diesen Diskriminatoranordnungen ist unter anderem deren Eigenschaft, daß sie nicht nur in einem bestimmten Frequenzband eine frequenzabhängige Ausgangsspannung ergeben, sondern auch bei relativ weit von der Mittenfrequenz des Diskriminators abliegenden Frequenzen. Außerdem wird es in manchen Fällen als störend empfunden, daß die beiden Gleichrichter räumlich entfernt voneinander an den Leitungsabschnitt angekoppelt sind. Letzteres macht sich vor allem dann störend bemerkbar, wenn der Diskriminator über einen größeren Frequenzbereich durchstimmbar ausgebildet werden soll. In diesen Fällen wurde aus dem vorgenannten Grund der Leitungsdiskriminator völlig verlassen und statt dessen entweder ein in zwei gegenseitig entkoppelten Schwingungszuständen angeregter Hohlraumresonator verwendet oder ein durchstimmbarer Hohlraumresonator an dessen Eingang eine erste Gleichrichtersonde und an dessen Innenraum eine weitere Gleichrichtersonde angekoppelt sind. Beide Ausführungen sind jedoch ebenfalls mit gewissen Nachteilen behaftet, die unter anderem darin liegen, daß die Erregung zweier gegenseitig entkoppelter Schwingungszustände in einem Hohlraumresonator in definierter Weise auch gar nicht einfach ist, und daß die letzterwähnte Anordnung von zwei Gleichrichtersonden eine fürFrequenzregelzwecke nicht brauchbare Kennlinie besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, eine Diskriminatoranordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen unter anderem gerade hinsichtlich der vorerwähnten Schwierigkeiten wesentlich zu verbessern.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Diskri-Diskriminatoranordnung für sehr kurze
elektromagnetische Wellen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Claus Colani und Dipl.-Ing. Laurentius Freyberger, München, sind als Erfinder genannt worden

minatoranordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem reflektierend abgeschlossenen Leitungsabschnitt, an dem zwei Gleichrichter derart angeschaltet sind, daß ihre gleichstromseitige Differenzschaltung eine von der Frequenz der in den Leitungsabschnitt eingespeisten Betriebswellen abhängige Gleichspannung abgibt, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der eine der beiden Gleichrichter auf das elektrische Feld in der Leitung ansprechend und der andere der Gleichrichter auf das magnetische Feld in der Leitung ansprechend, vorzugsweise wenigstens angenähert in einer Querschnittsebene des Leitungsabschnittes liegend, an diesen angekoppelt sind.
Durch die Verwendung einer auf das elektrische und einer auf das magnetische Feld ansprechenden Gleichrichtersonde entfällt die beim bekannten Leitungsdiskriminator zwingende Voraussetzung der gegenseitigen Versetzung der beiden Gleichrichtersonden längs des reflektierend abgeschlossenen Leitungsabschnittes.

Die unerwünschte Ausgangsspannung derartiger Diskriminatoranordnungen in den sogenannten WeitabBereichen läßt sich in der Weise beseitigen, daß entweder eine Weitab-Sperre vorgesehen wird oder daß an den hierzu Resonanzlänge aufweisenden Leitungsabschnitt die Quelle der Betriebswellen nur sehr lose angekoppelt wird und zugleich der Leitungsabschnitt mit einem auf die Mittenfrequenz des Diskriminators abgestimmten Resonanzkreis in besonderer Weise verbunden wird.

909 688/305

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Diskriminatoranordnung, die nach der Lehre der Erfindung ausgebildet ist, bestehend aus einem Koaxialleitungsabschnitt 2 von Resonanzlänge der an einem Ende mit einem auf die gewünschte Mittenfrequenz der Diskriminatorkennlinie abgestimmten, vorzugsweise durchstimmbar ausgebildeten Hohlraumresonator 1 und am anderen Ende mit einer der Einspeisung der Betriebswellen dienenden Koaxialleitung 5 jeweils über eine Koppelschleife verbunden ist. Die Länge des Koaxialleitungsabschnittes 2 ist elektrisch zu einem Viertel der der Diskriminatormittenfrequenz entsprechenden Wellenlänge gewählt. Im Abstand von etwa einem Achtel dieser Wellenlänge, gemessen von der Ankopplungsstelle des Resonators 1 aus, sind vorzugsweise in der gleichen Querschnittsebene des Koaxialleitungsabschnittes 2 eine induktiv wirkende Koppelsonde 3 und eine kapazitiv wirkende Koppelsonde4 angeordnet, die beide mitGleichrichtern verbunden sind, welche gleichstromseitig in einer Differenzschaltung liegen, die an den Klemmen A, A' eine von der Frequenz der zugeführten Betriebswellen nach Größe und Vorzeichen abhängige Ausgangsspannung abgibt.

Die Wirkungsweise dieser Diskriminatoranordnung kann man sich etwa so vorstellen, daß bei reflektierendem Abschluß des Leitungsabschnittes 2 durch den Resonator 1 auf dem Leitungsabschnitt 2 eine stehende Welle ausgebildet wird, bei der Strom und Spannung je nach dem Abschluß durch den Resonatorl gegenseitig phasenverschoben sind. Die Verteilung entspricht in etwa der in Fig. 2 gezeigten, worin der Spannungsverlauf gestrichelt und der Stromverlauf stark ausgezogen angedeutet ist. Die dargestellte 90° Verschiebung von Strom und Spannung gilt dabei für den Fall, daß die Resonanzfrequenz des Resonators 1 wesentlich verschieden ist von der Frequenz der zugeführten Betriebswellen. An der Ankopplungsstelle der induktiven Sonde 3 und der kapazitiven Sonde 4 sind durch entsprechende Wahl der jeweiligen Kopplungsstärke und der Widerstände in dem jeweiligen Gleichrichterkreis die Ausgangsspannungen der kapazitiven Koppelsonde 4 und der induktiven Koppelsonde 3 gleich groß. Bei Annäherung der Frequenz der zugeführten Betriebswellen an die der geforderten Diskriminatormittenfrequenz entsprechende Resonanzfrequenz des Resonatorsl ändert sich die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Leitung und demzufolge auch die in der Differenzschaltung gebildete Ausgangsspannung der Diskriminatoranordnung. Tritt z. B. infolge der manchmal unvermeidbaren unterschiedlichen Gleichrichterkennlinien die Forderung nach Unterbindung einer Ausgangsspannung der Diskriminatoranordnung in den Weitab-Bereichen hinzu, so kann dieser Forderung in der Weise sehr einfach genügt werden, daß die Betriebswellenzuführung 5 sehr lose an den Koaxialleitungsabschnitt 2 angekoppelt wird. In diesem Fall nimmt nämlich der Koaxialleitungsabschnitt 2 im wesentlichen nur bei der Resonanz des Resonators 1 Energie aus der Zuführungsleitung 5 auf. Die Gleichrichtersonden 3 und 4 führen dann nur in Nähe der Resonanz des Resonators 1 Richtstrom. Als besonders vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, den Koaxialleitungsabschnitt2 so stark an den Resonator 1 anzukoppeln, daß die durch die Koppelschleife 6 transformierte Impedanz des Resonators 1 im Resonanzfall wenigstens 4 Z (Z = WellenwiderstanddesKoaxialleitungs- 7c

abschnittes 2) beträgt. Mit stärker werdender Kopplungsinkt zwar die Frequenzempfindlichkeit (Steilheit der Diskriminatorkennlinie im Arbeitspunkt), die Frequenzempfindlichkeit ist aber bei einer Wahl der transformierten Impedanz zwischen etwa 4 Z und IOZ noch ausreichend für alle technischen Belange.

Die vorerwähnten Werte der elektrischen Länge zwischen dem Resonator 1 und der Querschnittsebene, in der die Koppelsonden 3, 4 liegen und der elektrischen Länge des Koaxialleitungsabschnittes 2, haben sich als Optimalwerte erwiesen, doch sind, ohne daß die Brauchbarkeit im vorerwähnten Sinne nennenswert beeinflußt wird, Abweichungen von diesen Längenangaben zulässig, so daß die Diskriminatoranordnung über ein relativ weites Frequenzgebiet, z. B. eine halbe Oktave, durch Durchstimmung des Resonanzkreises 1 abstimmbar ausgebildet werden kann.

Auf die Wahl besonderer Kopplungsverhältnisse kann in Weiterbildung der Erfindung dann verzichtet werden, wenn so, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, die Quelle 7 der Betriebswellen an eine am anderen Leitungsende reflexionsfrei abgeschlossene Hilfsleitung 9 angeschaltet wird, die über einen Richtungskoppler 8 mit dem Leitungsabschnitt 2 gekoppelt ist. Der Richtkoppler ist dabei derart an die Leitung 2 angeschaltet, daß die von der Quelle 7 eingespeiste Energie sich zunächst in Richtung zu den Koppelsonden 3, 4 hin im Leitungsabschnitt 2 ausbreitet. An dem dem Resonator 1 abgewandten Ende des Leitungsabschnittes 2 wird eine weitere, galvanisch, kapazitiv oder induktiv angekoppelte Gleichrichtersonde 10 angeschlossen, deren Ausgangsstrom über einen Widerstand R' geführt wird, an den die Widerstände 7? der Differenzschaltung der beiden Gleichrichter in der dargestellten Weise mit angeschaltet sind. Die Kopplung der weiteren Gleichrichtersonde 10 wird derart groß gewählt, daß in dem Weitab-Bereich in dem eine Ausgangsspannung an den Klemmen A, A' der Differenzschaltung vermieden werden soll, die Spannung am Widerstand R' höher ist als die größte der Spannungen an einem der Widerstände R. Auf diese Weise wird eine Weitab-Sperre in der Diskriminatoranordnung erzwungen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist hinsichtlich der Sonden 3, 4 etwa die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 1. Unterschiedlich hierzu ist jedoch eine derartige Ankopplung des Resonators 1 an den Leitungsabschnitt 2, daß dieser für die Mittenfrequenz der gewünschten Diskriminatorkennlinien durch den Resonator 1 wenigstens nahezu reflexionsfrei abgeschlossen wird. Wenn also von der Quelle 7 her auf einer weit von der Diskriminatormittenfrequenz abliegenden Frequenz eingespeist wird, so wird am Eingang des Resonators 1 eine Totalreflexion auftreten, und die volle übergekoppelte Generatorspannung erscheint an der Gleichrichtersonde 10, welche die Gleichrichtersonden 3 und 4 sperrt. Bei Annäherung der Frequenz der eingespeisten Wellen an die Resonanzfrequenz des Resonators 1 wird schließlich der Punkt überschritten, in dem eine Sperrung der Gleichrichter 3, 4 durch die weitere Gleichrichtersonde 10 aufgehoben wird. Nun arbeitet die Diskriminatoranordnung praktisch gleichartig zu der nach Fig. 1, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß infolge der zunehmenden Anpassung des Resonators 1 an den Leitungsabschnitt 2 bei zunehmender Annäherung der Betriebsfrequenz an die Resonanzfrequenz des Resonators 1 der am Eingang des Resonators 1 reflektierte Wellenanteil immer geringer wird und schließlich bei exakter Ubereinstimmung der Resonanzfrequenz des

Claims (7)

Resonators 1 mit der Betriebsfrequenz unter Voraussetzung vollkommener Anpassung zu Null wird. Die Unvvirksammachung einer Ausgangsspannung im Weitab-Bereich kann indes z. B. auch derart erfolgen, daß die Gleichspannung am Ausgang der Sonde zur Betätigung eines Abschalterelais benutzt wird. R' kann dann entfallen. Die an Hand der beiden Ausführungsbeispiele aufgezeigten beiden neuartigen Methoden zur Vermeidung einer Diskriminatorausgangsspannung in den Weitab-Bereichen kann auch bei anderen Diskriminatoren, so z. B. auch bei dem einleitend geschilderten bekannten Leitungsdiskriminator mit Vorteil angewendet werden. 15 Patentansprüche:

1. Diskriminatoranordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem reflektierend abgeschlossenen Leitungsabschnitt, an den zwei Gleichrichter derart angeschaltet sind, daß ihre gleichstromseitige Differenzschaltung eine von der Frequenz der in den Leitungsabschnitt eingespeisten Betriebswellen abhängige Gleichspannung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Gleichrichter auf das elektrische Feld in der Leitung ansprechend und der andere der Gleichrichter auf das magnetische Feld in der Leitung ansprechend, vorzugsweise wenigstens angenähert in einer Querschnittsebene des Leitungsabschnittes liegend, an diesen angekoppelt sind.

2. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1, bei dem die Betriebswellen an einem der Enden des Leitungsabschnittes zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das der Einspeisungsstelle abgewandte Ende des Leitungsabschnittes mit einem auf die Mittenfrequenz des Diskriminators abgestimmten Resonanzkreis abgeschlossen ist.

3. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt Resonanzlänge hat und lose mit der Quelle der Betriebswellen gekoppelt ist.

4. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Resonanzkreis und dem Leitungsabschnitt derart stark gewählt ist, daß im Resonanzfall die in den Leitungsabschnitt transformierte Impedanz des Resonanzkreises etwa zwischen dem 4fachen und dem IOfachen des Wellenwiderstandes im Leitungsabschnitt liegt.

5. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Leitungsabschnitt und dem Resonanzkreis derart gewählt ist, daß der Leitungsabschnitt im Resonanzfall durch den Resonanzkreis wenigstens angenähert reflexionsfrei abgeschlossen wird.

6. Diskriminatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt mit der Quelle der Betriebswellen über einen Richtungskoppler verbunden ist.

7. Diskriminatoranordnung, bei der ein Leitungsabschnitt mit zwei Gleichrichtern versehen ist, deren gleichstromseitige Differenzschaltung eine .von der Frequenz der Betriebswellen abhängige Gleichspannung abgibt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt über einen Richtungskoppler derart an die Quelle der Betriebswellen angeschaltet ist, daß sich die Betriebswellen in dem Leitungsabschnitt zunächst zu den beiden Gleichrichtern hin ausbreiten, daß das in dieser Ausbreitungsrichtung gelegene Ende des Leitungsabschnittes für die Diskriminator-Mittenfrequenz reflexionsfrei und für die anderen Frequenzen unterschiedlich reflektierend abgeschlossen ist, vorzugsweise mittels eines auf die Diskriminator-Mittenfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreises, und daß das andere Ende des Leitungsabschnittes mit einer weiteren Gleichrichteranordnung versehen ist, die in den WeitabBereichen der Diskriminatorkennlinie die beiden anderen Gleichrichter sperrt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 556 377.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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