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Einrichtung zur Einstellung der Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung
eines Höchstfrequenzmeßsenders ' Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung
der Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung eines Höchstfrequenzmeßsenders mit
als Wellenleiter ausgebildeten Dämpfungsgliedern an einem Hohlraumresonator und
mit in den Wellenleiter verschiebbar angeordneten Sonden zur Leistungsmessung und
zur Spannungsauskopplung.
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Bekannte Meßsender liefern im allgemeinen ein Ausgangssignal, dessen
Frequenz und Amplitude einstellbar ist. Es ist ferner bei diesen Meßsendern üblich,
Einrichtungen zur Messung der Frequenz und der Ausgangsleistung vorzusehen.
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Die Ausgangssignale eines Meßsenders sind jedoch von der zugeführten
Spannung und anderen Betriebsbedingungen abhängig, so daß es im allgemeinen nicht
möglich ist, einfach die Einrichtung zur Überwachung der Leistung konstant einzustellen,
wenn eine praktischen Bedingungen genügende Meßgen.auigkeit vorgegeben ist. Es ist
deshalb erforderlich, die Überwachungseinrichtung bei aufeinanderfolgenden Messungen
oder bei längerem Betrieb von Zeit zu Zeit erneut zu eichen.
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Bei bekannten Meßsendern finden für eine derartige Eichung z. B. Meßgeräte
Verwendung, die von Zeit zu Zeit an den Meßsender angeschlossen werden, mit deren
Hilfe eine erneute Einjustierung der Überwachungseinrichtung erfolgt. Die bekannten
Einrichtungen gewährleisten jedoch nicht, daß die Eichung des Meßsenders nach einer
gewissen Zeit oder nach Änderung der Einstellung der Leistung noch gewährleistet
ist.
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Die Erfindung vermeidet die genannten Nachteile durch eine Einrichtung,
durch die ein Meßsender durch Einstellung eines besonderen vorgesehenen Einstellknopfes
zum Einstellen der Leistung geeicht werden kann, wodurch auf einem Meßgerät eine
Ablesung erfolgen kann, mit deren Hilfe ein vorbestimmter Eichpunkt einstellbar
ist. Die Anzeige des Meßgeräts bleibt dieselbe, solange das Ausgangssignal des Meßsenders
nicht durch Änderungen der Temperatur, der Leitungsspannung od. dgl. verändert wird.
Das Meßgerät ergibt deshalb - eine ständige Anzeige der richtigen (oder falschen)
Eichung des Meßoszillators. Die Anzeige dieses Meßgerätes wird nicht durch die Änderung
der Ausgangsleistung bei entsprechender anderer Einstellung des Meßoszillators beeinflußt.
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Eine Einrichtung zur Einstellung der Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung
eines Höchstfrequenzmeßsenders mit als Wellenleiter ausgebildeten Dämpfungsgliedem
an einem Hohlraumresonator und mit in den Wellenleiter verschiebbar angeordneten
Sonden zur Leistungsmessung und zur Spannungsauskopplung ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisches Getriebe vorgesehen ist, das in proportionaler
Abhängigkeit von der Verstellung des Betätigungsorgans die Sonden gleichzeitig in
die Wellenleiter hinein oder heraus zu verschieben gestattet, und daß ein weiteres
Getriebe mit Teilen des erstgenannten Getriebes ein Differentialgetriebe bildet,
das eine an einer Anzeigevorrichtung ables- und einstellbare zusätzliche Verschiebung
der Sonde zur Spannungsauskopplung bewirkt.
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Die Erfindung soll an Hand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert werden:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die die Ausgangsleistung
eines Meßsenders gemäß der Erfindung zu regeln gestattet; Fig. 2 ist eine schematische
Darstellung einer Abstimmeinrichtung, die in Verbindung mit einer Korrekturvorrichtung
für den Frequenzgang nach Fig. 3 arbeitet; Fig. 3 ist eine schematische Darstellung
einer Korrekturvorrichtung für den Frequenzgang, die für die Regelvorrichtung nach
Fig. 1 bestimmt ist; Fig.4 ist eine von vorn gesehene schaubildliche Darstellung
einer Regelvorrichtung für einen Meßsend'er gemäß der Erfindung; Fig. 5 ist eine
von hinten gesehene schaubildliche Darstellung einer Regelvorrichtung für einen
Meßsender gemäß der Erfindung;
Fig. 6 ist eine schaubildliche Darstellung
der Korrekturvorrichtung für den Frequenzgang der Regelvorrichtung nach Fig. 5,
wobei Teile weggelassen sind, um die inneren Teile der Apparatur zu zeigen.
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An Hand der -Fig. 1 bis 3 -kann das Wesen des Erfindungsgegenstandes
am besten erläutert werden. In Fig. 1 ist eine Hochfrequenzoszillatorröhre für die
Vorrichtung in Form eines- Klystrons 11 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen,
daß. die Erfindung nicht die Einzelheiten einer :elektronischen Hochfrequenzschaltung
betrifft, und däß der. Anwendungsbereich der Vorrichtung nicht auf Meßsender beschränkt
ist, die Klystrons verwenden, sondern daß die Vorrichtung tatsächlich ganz allgemein
auf HF-Meßsender anwendbar ist. Im Klystron Il ist eine Kathode 12 zu sehen. Das
Klystron 11 ist als Reflexklystron mit einem Reflektor 13 versehen. Um den Oszillator
eine Impulsmodulation oder eine andere Modulationsform zu geben, ist ein Modulationsgitter
14 vorhanden.
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Die Klystronröhre 11 liegt innerhalb eines koaxialen Hohlraumresonators
15. Die Röhre 11 arbeitet mit dem koaxialen Hohlraumxesonator 15 über zwischengeschaltete
Gitter 16 zusammen, wobei innerhalb des Hohlraums Hochfrequenzschwingungen entstehen.
Der Hohlraumresonator 15 wird mit einem beweglichen Kolben 17 abgestimmt. Außerdem
wird die Spannung am Reflektor 13; die über eine elektrische Leitung 18 angelegt
wird, so gesteuert, daß die gewünschte Ausgangsfrequenz erzeugt wird, wie später
noch genau zu erklären ist.
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Es sind Wellenleiterabschnitte 19 und 21 angeschlossen, um die Hochfrequenzenergie
aus dem Hohlraumresonator 15 auszukoppeln. Die Wellen leiterabschnitte 19 und 21
weisen einen geringen Durchmesser im Vergleich zu der Wellenlänge des Signals auf,
das von der Klystronröhre 11 erzeugt wird. Die Wellenleiter 19 und 21 übertragen
demnach Wellen, deren Wellenlänge unterhalb der Grenzwellenlänge der Wellenleiter
19 und 21 liegt. Die in die Wellenleiter 19 und 21 eintretenden Signale werden daher
längs derselben stark gedämpft; die Signalamplitude ist an einem vorgesehenen Punkt
am Wellenleiter 19 bzw. 21 eine logarithmische Funktion des Abstandes zwischen dem
Eingangspunkt zum Wellenleiter und dem zu betrachtenden Punkt im Wellenleiter. Die
Wellenleiter 19 und 21 liegen symmetrisch zueinander, so daß die Signalamplitude
an entsprechenden Stellen beider Wellenleiter im wesentlichen dieselbe ist.
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Eine Sonde 22 ist koaxial innerhalb des Wellenleiters 19 gleitend
gelagert und trägt eine Koppelschleife 23 zur Auskoppelung der Hochfrequenzspannung.
Vom Aufnahmeelement 23 her wird das Signal über eine Übertragungsleitung 24 zu einer
Hochfrequenzausgangsklemme 25 übertragen. Die ilbertragungsleitung 24 enthält z.
B. ein koaxiales Kabel öder einen anderen Wellenleiter.
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Nach Fig. 1 ist die Sonde 22 mechanisch mit einem parallel zu seiner
Achse verschiebbaren Zahnrad 26 gekuppelt, so daß eine Translationsbewegung i des
Zahnrads 26 auf die Sonde 22 übertragen werden kann. Man kann diese Anordnung auch
abändern, um eine Korrektur der Frequenz bei Verschiebung der Sonde 22 zu ermöglichen,
was in Verbindung mit Fig. 3 noch erörtert wird. i Eine weitere Sonde 27, die einen
temperaturempfindlichen Widerstand 28 trägt, ist gleitend in dem Wellenleitcrabschnitt
21 koaxial angebracht und ragt in diesen hinein. Der temperaturempfindliche Widerstand
28 kann z. B. ein Thermistor sein. Die am Ende der Thermistorsonde 27 auftreffende
Hochfrequenzenergie bewirkt einen Temperaturanstieg des Thermistors und verursacht
auf diese Weise eine Änderung von diesen Widerstand. Die Widerstandsänderung des
Thermistors 28 kann gemessen werden, so daß eine Anzeige für die am Ende der Sonde
27 im Wellenleiterabschnitt 21 gemessene Ausgangsleistung der Klystronröhre 11 erhalten
wird.
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Es sei betont, daß das spezielle Verfahren zur Messung der Leistung
an einem gegebenen Punkt im Wellenleiter 21 nicht Gegenstand der Erfindung ist.
Eine beliebige andere Methode zur Messung der Leistung an einer gewünschten Stelle
längs des Wellenleiters 21 könnte bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Die besondere, in Fig. 1 als Beispiel gegebene Anordnung enthält einen Leiter 29
vom Thermistor 28 zu einer Brückenschaltung 30. Der Thermistor 28 bildet den einen
Zweig der Widerstandsbrücke 30. Die anderen Brückenzweige werden aus den Widerständen
31 bis 33 gebildet. Das Instrument zur Anzeige des Gleichgewichts der Brücke 30
ist ein Meßinstrument 34, das in Serie mit einem Widerstand 35 in einer Diagonalen
der Brücke 30 liegt.
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Die oben dargestellte Anordnung ist eine übliche Vorrichtung zur Messung
der Hochfrequenzenergie an einem vorgegebenen Punkt innerhalb eines Wellenleiters.
Beim Betrieb kann die Brücke bei abgeschaltetem Oszillator 11 abgeglichen werden;
hiernach kann der Oszillator 11 eingeschaltet werden. Die auf dem Thermistor 28
treffende Hochfrequenzenergie bewirkt dessen Aufheizung und bringt die Brückenschaltung
30 aus dem Gleichgewicht. Sodann kann das Meßinstrument 34 abgelesen werden, so
daß sich eine Anzeige für die Leistung am Aufnahmeende der Sonde 27 ergibt.
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Andererseits kann ein Widerstand der Brücke verändert werden, so daß
damit die Brückenschaltung wieder ins Gleichgewicht gebracht werden kann; diese
Widerstandsänderung kann ebenfalls dazu benutzt werden, um die Leistung am Ende
der Thermistorsonde 27 anzuzeigen.
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Es sei betont, daß diese Anordnung nur der Veranschaulichung dient
und daß andere Leistungsmeßapparaturen in gleicher Weise genausogut verwendet werden
könnten.
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Die Verschiebung der Thermistorsonde 27 wird von einer Zahnstange
36 bewirkt, die mit dieser Sonde in Verbindung steht. Die Zähne der Zahn-Stange
36 greifen in entsprechende Zähne eines Zahnrads 37 ein. Das Zahnrad 37 ist drehbar
im Rahmen der Vorrichtung gelagert und steht auch mit den Zähnen eines Abschnittes
39 einer weiteren verschiebbar gelagerten Zahnstange 38 zur Einstellung der Leistung
im Eingriff. Wie man erkennen kann, wird die Verschiebung der Stange 38 über das
Zahnrad 37 übertragen; um eine gleichartige Bewegung der Zahnstange 36 und also
auch der Thermistorsonde 27 hervorzurufen. Mit dieser Anordnung wird auf eine einfache
Weise ein Richtungswechsel bei der Bewegung der betreffenden Teile ermöglicht; natürlich
könnte eine andere gleichwertige, mechanische Anordnung benutzt werden, um dasselbe
Ergebnis zu erzielen.
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Die Stange 38 zur Einstellung der Leistung weist außerdem einen zweiten
Abschnitt 41 mit Zähnen
auf. Diese Zähne stehen mit einem Ritzel
42 im Eingriff, das um eine Welle 43 drehbar im Rahmen der Regelvorrichtung gelagert
ist. Die Welle 43 wird über ein Schneckenrad 44 von einer Schnecke 45 angetrieben,
die auf einer Welle 46 mit einem Einstellknopf 47 zur Einstellung der Leistung sitzt,
der ebenfalls an der Welle 46 befestigt ist.
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Wenn man den Einstellknopf 47 dreht, bewirkt die damit verbundene
Drehung der Schnecke 45 auch eine Drehung der Welle 43 und eine Translationsbewegung
der Stange 38 zur Einstellung der Leistung. Diese Bewegung wird auf das Zahnrad
37 und die Zahnstange 36 übertragen, wobei ihre Bewegungsrichtung geändert wird
und sich die Thermistorsonde 27 verschiebt. Wenn man auch allgemein eine Anordnung
aus einer Schnecke und einem Zahnrad verwendet, um die Feineinstellung der Thermistorsonde
zu erleichtern, können auch andere mechanische Anordnungen benutzt werden, die dasselbe
Ergebnis liefern.
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Auf der Welle 43 befindet sich auch ein großes Zahnrad 48. Dieses
läuft daher gemeinsam mit dem Ritzel 42 um. Der Durchmesser des Zahnrads 48 ist
jedoch doppelt so groß wie der des Ritzels 42. Die Zähne des Zahnrads 48 greifen
in den einen mit Zähnen versehenen Abschnitt 51. einer Differentialzahnstange 49
ein. Die Zahnstange 49 ist verschiebbar gelagert, so daß eine Drehung des Zahnrads
48 eine Translationsbewegung der Zahnstange 49 bewirkt.
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Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß die Stange 38 zur Einstellung
der Leistung und gleichzeitig die Differentialzahnstange 49 durch eine Drehung des
Knopfes 47 verschoben werden, daß aber die Bewegung der Zahnstange 49 doppelt so
groß wie die der Stange 38 erfolgt, was durch den größeren Durchmesser des Zahnrads
48 im Vergleich mit dem des Ritzels 42 bedingt ist.
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Die Differentialzahnstange 49 weist eine weitere Reihe Zähne 52 auf,
die mit dem Zahnrad 26 im Eingriff stehen. Das Differentialzahnrad 26 ist mit Hilfe
einer Zahnradführung parallel zu seiner Achse verschiebbar. Seine Führung ist in
Fig. 1 nicht dargestellt. Wie bereits erklärt, ist die Dämpfungssonde 22 mechanisch
mit dem Differentialzahnrad 26 verbunden und verschiebt sich mit diesem.
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Einige Zähne des Differentialzahnrads 26 greifen in die Zahnstange
52 und in einen mit Zähnen versehenen Abschnitt 54 einer weiteren Differentialzahnstange
53 ein. Diese ist ebenfalls verschiebbar gelagert, so daß sie parallel zur Bewegungsrichtung
der Differentialzahnstange 49 und des Zahnrads 26 gleiten kann.
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Die Bewegung des Zahnrads 26 wird nun unter der Annahme erklärt, daß
die Differentialzahnstange 53 festgehalten wird. Wenn die Differentialzahnstange
49 infolge einer Drehung des Einstellknopfes 47 nach rechts bewegt wird, läuft das
Differentialzahnrad 26 um und rollt an der Differentialzahnstange 53 entlang. Da
ja keine Relativbewegung zwischen den Zähnen am Umfang des Differentialzahnrads
26 und den Zähnen des Abschnittes 54 der Differentialzahnstange 53 stattfindet,
ist die Verschiebung der Achse des Zahnrads 26 (die mitten zwischen den Eingriffspunkten
der Zähne des Zahnrads mit den Zähnen des Abschnittes 54 und den Zähnen des Abschnittes
52 liegt) halb so groß wie die Verschiebung der Differentialzahnstange 49. Man kann
also sehen, daß die Verschiebung des Differentialzahnrads 26 halb so schnell wie
die Bewegung der Differentialzahnstange 49 abläuft, wenn man annimmt, daß die Differentialzahnstange
53 festgehalten wird.
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Wie bereits betont wurde, ist die Verschiebung der Stange 38 zur Einstellung
der Leistung und daher die der Thermistorsonde 27 halb so groß wie die der Differentialzahnstange
49. Also ist die Verschiebung des Differentialzahnrads 26 und die sich daraus ergebende
Verschiebung der Sonde 22 für eine vorgegebene Drehung des Knopfes 47 zur Einstellung
der Leistung der Verschiebung der Thermistorsonde 27 gleich.
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Das Differentialzahnrad 26 kann auch infolge einer Gleitbewegung der
Differentialzahnstange 53 umlaufen. Diese Zahnstange ist mit einer zweiten Reihe
Zähne 55 versehen, die mit einem Zahnrad 56 im Eingriff stehen, das an einer Welle
57 drehbar im Rahmen der Regelvorrichtung gelagert ist. An der Welle 57 ist ebenfalls
ein Schneckenrad 58 befestigt, das mit einer Schnecke 59 im Eingriff steht, die
auf einer Welle 61 zur Regelung der Dämpfung sitzt. Diese Welle dreht sich bei einer
Drehung eines Einstellknopfes 63 zur Einstellung der Dämpfung.
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Ein Ritzel 62 sitzt auf der Welle 61 und läuft gemeinsam mit dieser
um; es steht mit einer Zahnscheibe 64 zur Anzeige der Dämpfung im Eingriff. Eine
Skalenscheibe 65 läuft gemeinsam mit der Zahnscheibe 64 um; in der Nähe dieser Scheibe
ist ein Zeiger 60 vorgesehen, der die Dämpfung eines Bezugssignals und auf diese
Weise die Stärke des Ausgangssignals z. B. in Dezibel unterhalb 1 mW angibt.
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Die zuvor beschriebene mechanische Kupplung für die Dämpfungseinrichtung
braucht nicht die einzige mechanische Anordnung zu sein, die für diesen Vorgang
geeignet ist. Auch andere mechanische Kupplungen können benutzt werden, um dasselbe
Ergebnis im Bereich der Erfindung zu erzielen.
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Die Einrichtung zur Regelung der Dämpfung kann derart eingestellt
sein, daß sich die Dämpfungssonde 22 und die Thermistorsonde 27 in derselben Stellung
relativ zueinander an ihrem betreffenden Wellenleiterabschnitt 19 bzw. 21 befinden,
wenn die Skalenscheibe 65 auf Null eingestellt ist.
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Wenn die Dämpfungssonde 22 an denselben Platz am Wellenleiter 19 wie
die Thermistorsonde 27 am Wellenleiter 21 gebracht wird, ist die auf diese beiden
Elemente einfallende und von ihnen aufgenommene Leistung gleich. Unter diesen Voraussetzungen
wird die vom Aufnahmeelement 23 aufgenommene und zur HF-Ausgangsklemme 25 übertragene
Leistung an dem Leistungsinstrument 34 angezeigt, wenn die Sonden 22 und 27 um das
gleiche Stück in ihren betreffenden Wellenleitern 19 bzw. 21 eingeführt sind. Beim
Betrieb des Meßsenders wird die Thermistorsonde 27 mit dem Einstellknopf 47 verstellt,
so daß das Leistungsmeßinstrument in der Eichstellung abgelesen werden kann; z.
B. kann eine Bezugsleistung von 1 mW am Ende der Thermistorsonde 27 vorhanden sein.
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Da der Wert der Bezugsleistung stets am Ende der Thermistorsonde 27
auftritt, folgt daraus, daß dieselbe Bezugsleistung an der HF-Ausgangsklemme 25
vorhanden sein würde, wenn die Dämpfungssonde 22 an einem Ort gebracht würde, der
dem der Thermistorsonde 27 entspricht. Wie bereits erklärt wurde, ist die Einrichtung
zur Regelung der Dämpfung derartig eingestellt, daß an der Skalenscheibe 65 der
Wert
0 Dezibel (wenn der absolute Wert der Leistung in Dezibel angegeben werden soll,
wobei als Bezugspunkt 1 mW als 0 Dezibel entsprechend gesetzt wird) abgelesen wird,
falls sich die beiden Sonden in derselben Stellung zueinander befinden; auf diese
Weise wird die Leistung an der HF-Ausgangsklemme 25 angezeigt.
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Die durch die Wellenleiter 19 und 21 hervorgerufene Dämpfung ist eine
logarithmische Funktion des Abstandes längs des Wellenleiters. Daher bewirkt eine
Verschiebung der Dämpfungssonde um eine Einheit eine konstante proportionale Dämpfung
des Signals oder, mit anderen Worten ausgedrückt, eine Dämpfung um einen festen
Wert in Dezibel. Der Abstand, um den sich die Dämpfungssonde von dem Punkt aus verschiebt,
der der Einstellage der Thermistorsonde 27 entspricht, ist direkt der Anzahl Dezibel
,proportional, um die die Ausgangsleistung an der Ausgangsklemme 25 vom Bezugswert
1 mW abweicht. Dieser Unterschied zwischen den Orten der Dämpfungs- und Thermistorsonde
wird an der Skalenscheibe 65 angezeigt. Die Einstellscheibe kann daher direkt und
etwa linear in Dezibel geeicht werden. Wenn die Skalenscheibe direkt in Dezibel
geeicht ist, kann die an der HF-Ausgangsklemme 25 austretende Leistung unmittelbar
an der Skalenscheibe 65 abgelesen werden, falls das Leistungsmeßinstrument 34 bei
einer bestimmten Einstellung des Knopfes 47 in derselben Eichstellung festgehalten
wird.
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Die Fig. 1 zeigt eine praktische Regelvorrichtung für einen Meßsender
mit einer einzigen Frequenz oder innerhalb eines begrenzten Frequenzbereiches. Für
andere Betriebsfrequenzen wird der Knopf 47 zur Einstellung der Leistung bei der
Nullstellung der Skalenscheibe eingestellt und dadurch das Meßinstrument 34 in dieselben
Eichstellungen zurückgestellt. Hierbei wird gleichzeitig die Ausgangsleistung an
der Ausgangsklemme 25 auf den Bezugswert eingestellt, ohne daß die Ablesung an der
Skalenscheibe beeinflußt wird. Bei Wellenleitern 19 und 21, die eine praktisch anwendbare
Größe besitzen, ist die Dämpfung je Längeneinheit auch eine Funktion der Frequenz
oder der Wellenlänge. Es ist daher einleuchtend, daß die Dämpfung (in Dezibel) an
der HF-Ausgangsklemme 25 nicht nur eine lineare Funktion der Differenz zwischen
den Stellungen der Thermistorsonde 27 und der Dämpfungssonde 22 ist, sondern daß
sie auch eine Funktion der Frequenz ist.
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Fig.3 zeigt eine Korrekturvorrichtung für die Frequenz, die in ein
Gerät nach Fig. 1 eingebaut werden kann, so daß der Meßsender innerhalb eines weiten
Frequenzbereiches arbeiten kann, ohne daß beträchtliche Fehler bei der Eichung der
Skalenscheibe 65 hineinkommen. Nach Fig. 3 ist die Dämpfungssonde 22 nicht unmittelbar
an die verschiebbare Führung 66 angekuppelt, auf der das Differentialzahnrad 26
drehbar untergebracht ist. Die Dämpfungssonde 22 ist nämlich an der Führung 66 mit
Hilfe eines Bundes 68 verschiebbar angebracht, der an ihr befestigt und verschiebbar
in einem aufwärts laufenden Ausleger 67 der Zahnradführung 66 untergebracht ist.
Der Bund 68 wird durch Federn 69 vom Wellenleiter 19 weggezogen, die an einem aufwärts
ragenden Arm 71 der Zahnradführung 66 festgemacht sind.
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Die Verschiebung der Dämpfungssonde 22 gegenüber der Zahnradführung
66 wird von einem Führungsarm 72 beeinflußt, der schwenkbar um einen Stift 73 der
Zahnradführung gelagert ist. Der Führungsarm 72 weist einen nach unten vorspringenden
Schenkel 74 auf, der gegen den Bund 68 zusammen mit der Dämpfungssond'e 22 gegen
die Kraft der Federn 69 auf den Wellenleiter 19 zu drückt. Das obere Ende 75 des
Führungsarmes 72 trägt eine Rolle 76, die dort auf einem Stift 78 drehbar gelagert
ist. Die Rolle 76 wird von einer Feder 80 angedrückt, damit sie an einem Hebelarm
79 entlangrollt, der um einen Stift 81 schwenkbar auf den Rahmen des Gerätes gelagert
ist. Die Neigung des Hebelarmes 79 wird von einer Führungsscheibe 82 verändert,
die auf einer Welle 83 umläuft. Die Welle 83 ist ein Teil der Abstimmvorrichtung
des Meßsenders, die später noch beschrieben wird. Der Drehwinkel der Welle 83 ist
direkt der eingestellten Frequenz des Meßsenders proportional. Eine weitere Rolle
84 ist am Hebelarm 79 auf einem Stift 85 drehbar gelagert und bildet ein Nachlaufelement
für die Führungsscheibe 82. Die Rolle 84 wird von einer Feder 86 oder einem anderen
elastischen Teil, der am Hebelarm 79 befestigt ist, gegen die Fläche der Führung
82 gedrückt.
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Wenn der Umfang der Führung 82 derart gestaltet ist, daß eine lineare
Beziehung zwischen der Verschiebung der Rolle 84 und der Drehung der Welle 83 besteht,
ist der Winkel, den der Hebel mit der Waagerechten bildet, ungefähr linear von der
eingestellten Frequenz des Meßsenders abhängig. Nach Wunsch kann die Führung 82
so ausgebildet werden, daß eine genaue lineare Beziehung zustandekommt.
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Es sei nun angenommen, däß sich die Zahnradführung 66 verschiebt und
die Dämpfungssonde 22 vom Wellenleiter 19 weggeführt wird und daß die Frequenz des
Meßsenders so eingestellt wird, daß der Hebelarm 79 die in Fig. 3 dargestellte Neigung
erhält. Wenn sich dann die Zahnradführung 66 nach Fig. 3 waagerecht nach links bewegt,
rollt die Rolle 76 am Hebelarm 79 entlang und wegen dessen Neigung unter der Spannung
der Feder 80 nach oben. Die Aufwärtsbewegung der Rolle 76 ermöglicht unter der Spannung
der Feder 80 eine Schwenkung des Führungsarmes 72 im Uhrzeigersinn. Wenn der nach
unten vorspringende Schenkel 74 des Führungsarmes in Uhrzeigerrichtung schwenkt,
bewegt sich die Dämpfungssonde 22 unter der Kraft der Federn 69 relativ zur Zahnradführung
66 nach links. Auf diese Weise kommt zu der normalen Verschiebung der Dämpfungssonde
22 relativ zum Wellenleiter 19, die durch das Zahnrad 26 und die Führung 66 bedingt
ist, eine weitere Verschiebung infolge der Relativbewegung der Dämpfungssonde hinsichtlich
der Zahnradführung 66 hinzu. Die Gesamtverschiebung der Dämpfungssonde ist deshalb:
m=s+ds, (1)
worin m die Gesamtverschiebung der Sonde am Wellenleiter, s die
Verschiebung der Zahnradführung bei Verstellung der Regelköpfe und As die
Verschiebung der Sonde gegenüber der Zahnradführung zur Frequenzkorrektur ist.
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Es sei jedoch beachtet, daß die Größe und Richtung der zusätzlichen
Verschiebung As von der Neigung des Hebelarmes 79 abhängt. Wenn dieser waagerecht
ist, kommt überhaupt keine zusätzliche Verschiebung As zustande. Obgleich auch die
zusätzliche Verschiebung As eine nichtlineare Funktion der Frequenz sein könnte,
wünscht man jedoch im allgemeinen,
sie ungefähr linear von der Frequenz
abhängig zu machen.
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In diesem Fall ist: As = k - f s, (2)
daher ist: m=s+kfs
(3)
oder m = s(1 -I- k - f) , (4)
wobei k ein Proportionalitätsfaktor
und f .die Frequenz ist. Aus Gleichung (4) kann man entnehmen, daß die Gesamtverschiebung
m der Dämpfungssonde relativ zum Wellenleiter fast gleich s (s ist direkt der Drehung
der Skalenscheibe proportional) plus einem Korrektionsfaktor ist, der direkt proportional
der Frequenzeinstellung des Meßsenders ist. Infolge der Kupplung der Dämpfungssonde
22 nach Fig. 1 über die Korrekturvorrichtung nach Fig. 3 mit dem Differentialzahnrad
26 ist es möglich, frequenzabhängige Dämpfungsänderungen im Wellenleiter bei der
Eichung der Skalenscheibe selbsttätig zu korrigieren und so eine Regelvorrichtung
herzustellen, die in einem weiteren Frequenzbereich genau arbeitet.
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Es sei beachtet, daß die Ausbildung der Korrektionsvorrichtung nach
Fig.3 für die Frequenz als Kupplung zwischen dem Differentialzahnrad 26 und der
Dämpfungssonde 22 eine Möglichkeit zur Frequenzkorrektur bei der Verschiebung der
Dämpfungssonde 22 bildet, die unabhängig davon ist, ob sie infolge einer Drehung
des Knopfes 63 oder des Knopfes 47 zur Einstellung der Leistung zustande kommt.
Die Anordnung hat sich sowohl in mechanischer als auch in elektrischer Hinsicht
als praktisch erwiesen und wird daher anderen Anordnungen vorgezogen-Es sei jedoch
hervorgehoben, daß die Frequenzkorrektur bei dieser Vorrichtung auch bei der Kupplung
z. B. zwischen den Zähnen 55 und den Zähnen 54 der Differentialzahnstange 53 angewendet
werden könnte. Die Zahnstange 53 müßte dann in zwei Teile zerlegt werden, die relativ
zueinander verschoben werden müssen; die Führung 66 der Korrekturvorrichtung nach
Fig. 3 müßte dann auch mit ihrem Rahmen an dem einen Teil der Differentialzahnstange
53 befestigt werden, während der verschiebbare Bund 68 an dem anderen Teil festgemacht
werden müßte.
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Wenn der Meßsender auf diese Weise konstruiert wird, würde die Frequenzkorrektur
nur auf die Kupplung zur Dämpfungsregelung wirken. Da der Betrag der Verschiebung
der Dämpfungssonde, der durch die Stange 38 zur Regelung der Leistung zustande kommt,
verglichen mit der Verschiebung der Dämpfungssonde klein ist, die von der Differentialzahnstange
53 herrührt, ist es relativ ohne Bedeutung, ob die Frequenzkorrektion bei der Summe
beider Verschiebungen, die durch die Bewegung des Differentialzahnrades 26 gegeben
ist, oder allein bei der Verschiebung der Differentialzahnstange 53 angewendet wird.
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Während die dargestellte Anordnung, bei der eine Vorrichtung zur Frequenzkorrektur
zwischen dem Differentialzahnrad 26 und der Dämpfungssonde 22 vorgesehen ist, wegen
des einfachen mechanischen Aufbaus und aus anderen Gründen vorzuziehen ist, könnten
die wesentlichen Vorteile der Erfindung auch erreicht werden, indem die Vorrichtung
zur Frequenzkorrektur allein bei der Kupplung zur Dämpfungsregelung oder bei der
Differentialzahnstange 53 oder anderweitig vorgesehen würde.
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Die Abstimmvorrichtung und die Vorrichtung zur Anzeige der Frequenz
sind in Fig. 2 schaubildlich dargestellt. Ein Abstimmknopf 87 sitzt auf einer Welle
88, die drehbar im Rahmen des Meßsenders gelagert ist. Ein Kegelrad 89 läuft mit
der Welle 88 um und steht mit einem weiteren Kegelrad 91 im Eingriff, das an einer
Welle 92 drehbar im Rahmen des Meßsenders gelagert ist.
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Auf der Welle 92 befindet sich ebenfalls ein Sprossenrad 93 mit einer
Anzahl Zähnen 94. Die Zähne 94 greifen in Löcher 95 in einem Metallband 96 ein.
Das der Anzeige dienende Metallband besteht vorzugsweise aus einem elastischen Metall,
z. B. Federstahl, der ständig das Band um sich selbst aufzurollen sucht.
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Ein Abschnitt des Bandes 96 wird straff von einer Führungsleiste 97
(die in den Fig. 4 und 5 zu sehen ist) an einem Platz gehalten und bildet eine Frequenzskala
für den Meßsender. Das Band ist mit entsprechenden Zeichen, z. B. Markierungen 100
versehen, die eingeprägt, geritzt, geschnitten, eingedruckt oder andersartig auf
dem Streifen angebracht sein können. Ein Zeiger 90 (Fig. 4) kann auch vorgesehen
sein, um an den Markierungen 100 die Einstellung der Frequenz des Meßsenders anzugeben.
Frei drehbare Spulen 98 und 99 nehmen die losen Enden des elastischen Metallbandes
auf, damit eine Störung der anderen Teile der Vorrichtung durch sie ausgeschaltet
ist.
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Es. sei hervorgehoben, daß kein Aufnehmer weder an der Spule 98 noch
an der Spule 99 erforderlich ist und daß das Band 96 nicht an den Spulen 98 und
99 befestigt zu werden braucht, da es auf den Spulen infolge der eigenen Elastizität
festgehalten wird, die es auf diesen Spulen aufzurollen sucht. Wenn auch Metall
offenbar das passendste Material für das Band 96 ist, kann der Streifen auch aus
Kunststoff oder anderen elastischen Stoffen hergestellt sein.
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Die Erfindung umfaßt notwendige Verbesserungen an der Abstimmung eines
Meßsenders und an der Regelvorrichtung für die Ausgangsleistung, damit der Meßsender
einen außergewöhnlich breiten Frequenzbereich recht zuverlässig bestreichen kann.
Demzufolge würden die bisher zur Anzeige der Frequenz benutzten, runden Skalenscheiben
für die vorliegende Ausführungsform der Erfindung nicht brauchbar sein. Falls die
Skalenmarkierungen in einem solchen Abstand angebracht werden sollen, daß sie genau
abgelesen werden können, müßte der Durchmesser der runden Skalenscheibe beim vorliegenden
Meßsender, der einen Frequenzbereich von 6000 MHz besitzen kann, mehr als 30 cm
betragen. Eine derartige Skalenscheibe würde sehr lästig sein und die Vorrichtung
beträchtlich vergrößern. Das in Fig. 3 gezeigte elastische Skalenband nimmt andererseits
nur den fünften Teil des Raumes ein, der für die übliche, runde Skalenscheibe erforderlich
wäre.
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Die der Abstimmung dienende Welle 88 trägt auch eine Schnecke 101,
die in ein Schneckenrad 102 eingreift, das an der Welle 83 gemeinsam mit einer Führungsscheibe
103 für die Abstimmung befestigt ist. Diese dient der Abstimmung des Hohlraumresonators.
Sie ist an ihrem Umfang derart gestaltet, daß auf diesem ein Nachlaufelement rollen
kann und dem Abstimmkolben 17 des Hohlraumresonators eine Bewegung
erteilt,
damit der Hohlraum auf die vom Zeiger 90 am Frequenzband angezeigte Frequenz abgestimmt
wird. Diese Kopplung ist durch die gestrichelte Linie 110 angedeutet, die in den
Fig. 1 und 2 zu sehen ist. Man wünscht allgemein, daß die Führungsscheibe 103 nach
Fig. 5 verstellbar ist, so daß geringfügige Veränderungen an ihrem Umfang angebracht
werden können, die die Änderungen der Kennlinien der verschiedenen Oszillatorröhren
kompensieren.
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Ein Zahnrad 104 zum Antrieb eines Potentiometers ist ebenfalls an
der Welle 83 befestigt, die der Abstimmung dient. Dieses Zahnrad 104 steht mit einem
weiteren angetriebenen Zahnrad 105 im Eingriff, das mit der Welle eines Potentiometers
106 in Verbindung steht, wie durch die in den Fig. 1 und 2 dargestellte, gestrichelte
Linie 1:20 angedeutet ist.
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Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist das Potentiometer 106 fortlaufend
veränderbar und hat eine solche Charakteristik, daß die richtige Spannung am Reflektor
13 des Klystrons 11 in allen Teilen des Abstimmbereiches hergestellt werden kann.
Schaltwiderstände 111 und 112 können zu den abgegriffenen Abschnitten des Potentiometers
106 parallel geschaltet werden, so daß die Spannung am Reflektor des Klystrons 11
plötzlich auf einen gegebenen Punkt im Frequenzbereich geschaltet werden kann, damit
das Klystron in verschiedener Weise arbeitet und der gesamte Frequenzbereich des
Klystrons und somit des Meßsenders erweitert wird. Die Einschaltung auf einen gegebenen
Punkt im Frequenzbereich kann mit einem Mikroschalter 109 erfolgen, dessen Nachlaufelement
108 auf einer Schaltführungsfläche 107 abläuft, die mit dem angetriebenen Potentiometerzahnrad
105 gemeinsam umläuft. Die besondere Anordnung zur Abstimmung des Hohlraums und
des Reflektors, die hier benutzt wird, bildet kein bedeutsames Merkmal der Erfindung;
andere Anordnungen dieser Art. können ebenfalls in gleicher Weise benutzt werden.
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Eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis
3 ist in den schaubildlichen Darstellungen der Fig. 4 bis 6 zu sehen. In Fig. 4
ist eine Regelvorrichtung für einen Meßsender mit einer Grundplatte 113 und einem
kastenartigen Rahmen 114 dargestellt, der verschiedene Elemente der Vorrichtung
trägt. Von der Vorderseite des Rahmens 114 geht die Welle 88 aus, an der der Abstimmknopf
87 befestigt ist. Vom Abstimmknopf 87 aus wird das Metallband 96 des Meßsenders
über die zwischengeschalteten Kegelräder 89 und 91 angetrieben, wie bereits an Hand
der Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Die Welle 88 läuft in den Rahmen 114 hinein,
wo sie die Schnecke 101 trägt, die das an der Welle 83 sitzende Schneckenrad 102
antreibt.
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Der Drehwinkel der Welle 83 ist direkt der Frequenz proportional,
die von dem Zeiger 90 auf dem Metallband 96 angezeigt wird. Auf der Welle 83 sitzen
das Antriebsrad 104 für das Potentiometer, die Führungsscheibe 82 zur Frequenzkorrektur
und die Führungsscheibe 103 zur Abstimmung des Hohlraums. Das Potentiometerzahnrad
105 steht mit einer Welle 115 des Potentiometers 106 in Verbindung. Das Potentiometer
106 kann daher so angeschlossen werden, daß die richtige Reflektorspannung für einen
Klystronoszillätor zustande kommt, dessen Spannung selbsttätig mit den Änderungen
der eingestellten Frequenz des Meßsenders veränderbar ist. Wenn die Frequenz des
Signalgenerators durch Drehung des Knopfes 87 verstellt wird, dreht sich auch die
Führungsscheibe 103, wodurch ein Anstieg oder ein Sinken einer Nachlaufrolle 116
bedingt ist. Die Rolle 116 steht über eine Stange 117 mit einem Abstimmblock 118
des Hohlraumresonators in Verbindung; dieser Block kann senkrecht an Führungsstangen
119 und 121 verschoben werden.
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Eine Vorrichtung zur Abstimmung des Hohlraumresonators ist deutlicher
in Fig.5 wiedergegeben. Dort bemerkt man, daß sie sich an dem Klystro 15 befindet,
das von einem Halter 122 in einer bestimmten Stellung gehalten wird. Der verschiebbare
Kolben 17 (in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt) ist innerhalb des Resonators mit
Abstimmstäben 123 verbunden. Die Stäbe 123 stehen ihrerseits mit einer Scheibe 124
in Verbindung, so daß eine Bewegung der Scheibe 124 eine geregelte und zwangläufige
Bewegung des Abstimmkolbens 17 innerhalb des Hohlraums 15 des Klystrons bewirkt.
Eine Kappe 125 ist an der Scheibe 124 mit Hilfe von Schrauben befestigt, die eine
Verstellung des Abstands zwischen den beiden Teilen ermöglichen. Die Kappe 125 steht
über Federn 126 mit dem Abstimmblock 118 in Verbindung und wird an diesen herangezogen.
Die Stellung der Kappe 125 relativ zum Abstimmblock 118 kann mit Hilfe eines eingeschraubten
Anschlagkörpers 127 verändert werden.
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Aus der bisherigen Beschreibung geht die Arbeitsweise der Regelvorrichtung
zur Abstimmung eines Hohlraumresonators hervor. Eine Drehung des Abstimmknopfes
87 bewirkt eine Drehung der Führungsscheibe 103 und eine damit verbundene Vertikalverschiebung
des Abstimmblocks 118. Der Block 118 ist an den Abstimmkolben innerhalb des Hohlraums
des Klystrons 15 angekuppelt, so daß die Resonanzfrequenz des Hohlraums infolge
einer Drehung des Abstimmknopfes 87 verändert wird, der aus der Vorderseite des
Rahmens 114 der Regelvorrichtung herausragt.
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Die Lage des Kolbens 17 innerhalb des Resonanzhohlraums kann auf Null
gestellt oder durch Verstellung des Anschlags 127 auf einen Anfangswert eingestellt
werden. Vorzugsweise soll die Führungsscheibe 1.03 zur Abstimmung des Hohlraums
die in Fig. 5 gezeigte Form aufweisen. Die Führungsscheibe 103 in Fig. 5 ist mit
Schlitzen 128 versehen, so daß die Umfangsfläche eine bestimmte Form erhalten kann.
Die Umfangsfläche der Führungsscheibe 103 kann. durch Festziehen von Sperrgliedern
129 festgelegt werden. Wenn die Führungsfläche 103 zur Abstimmung des. Hohlraums
wie in Fig. 5 einstellbar ist, können charakteristische Frequenzänderungen infolge
einer Auswechselung der Klystronröhre 11 kompensiert werden, wodurch die Genauigkeit
der Ausgangsfrequenz des Meßsenders verbessert wird.
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In Fig: 4 ist auch der Knopf 47 zur.Einstellung der Leistung zu sehen,
dessen Wirkungsweise bereits ausführlich beschrieben wurde. Bei einer Drehung des
Knopfes 47 dreht sich auch die Welle 46 und über das Schneckengetriebe auch das
Zahnrad 48. Die Drehung des Zahnrads 48 bewirkt eine Verschiebung der Stange 38,
die durch Führungen 131 linear geführt wird. Die Zähne 39 der Stange 38 stehen mit
den Zähnen des Zahnrads 37 im Eingriff, das auch in die Zähne an der Stange 36 eingreift.
Die Verschiebung der Stange 38 wird auch auf die Stange 36 übertragen, wobei die
Bewegungsrichtung geändert
wird. Die Stange 36 ist an einer Fassung
132 der verschiebbar gelagerten Thermistorsonde angebracht, die auf Führungsstangen
133 und 134 nur lineare Verschiebungen ausführen kann. Die Thermistorsonde
27 ist über ein Zwischenstück 135 am Rahmen 132 befestigt. Weiterhin ist sie mit
einem Anschlußstück 139 ausgestattet, damit elektrische Leitungen an den Thermistor
28 angeschlossen werden können, der innerhalb des Wellenleiters 21 von der Vorrichtung
27 festgehalten wird.
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Aus der bisherigen Beschreibung ist zu erkennen, daß die Vorrichtung
zur Einstellung der Leistung nach den Fig. 4 und 5 die in Fig. 1 schematisch angedeuteten
Arbeitsvorgänge ausführt.
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Die Regelungseinrichtung für die Dämpfung des Meßsenders befindet
sich ebenfalls an der Vorderseite des Rahmens 114. Der Knopf 63 zur Einstellung
der Dämpfung sitzt an der Welle 61, die aus der Vorderseite des Rahmens 114 herausragt.
Das Ritzel 62 sitzt auf der Welle 61 und greift in die Zahnscheibe 64 zur Einstellung
der Dämpfung ein. Die Skalenscheibe 65 ist an die Zahnscheibe 64 zwecks gemeinsamer
Bewegung angekuppelt. Eine Drehung des Knopfes 63 bewirkt über ein Getriebe eine
Translationsbewegung der Zahnstange 53 nach Fig. 6, wie bereits in Verbindung mit
Fig. 1 beschrieben wurde. Bei der Erörterung der Fig. 1 wurde bereits hervorgehoben,
daß die Drehung des Knopfes 47 zur Einstellung der Leistung eine Verschiebung der
Zahnstange (Fig. 6) bewirkt.
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Es sei bemerkt, daß die Fig. 6 das Innere des Rahmens 114 von unten
zeigt, wobei die der Abstimmung dienende Führungsscheibe 103 vorn zu sehen ist.
Diese Scheibe befindet sich daher in der oberen rechten Ecke der Fig. 6. Der Rahmen
114 und andere Teile der Regelvorrichtung sind in Fig. 6 weggelassen, um Einzelheiten
der in Fig. 3 schematisch dargestellten Korrektionsvorrichtung für die Frequenz
gut wiederzugeben.
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Die Führung 66 des Differentialzahnrads 26 ist verschiebbar an den
Differentialzahnstangen 49 und 53 mit Hilfe der Führungen 131 und 132 angebracht.
Sie besitzt den aufwärts laufenden Ausleger 67, der verschiebbar auf einem Bund
68 lagert, der die Sonde 22 festhält. Die Lage dieser Sonde 22 innerhalb des Wellenleiters
19 hängt sowohl von dem Ort der Führung 66 als auch von dem Ort des Bundes 68 relativ
zum Ausleger 67 ab. Der Führungsarm 72 ist schwenkbar im Ausleger 67 gelagert und
weist einen nach unten vorspringenden Schenkel 74 auf, der den Bund 68 führt. Der
Bund 68 wird von den Schraubenfedern 69 in Fig. 6 nach links getrieben, die eine
Verbindung zwischen dem Bund 68 und dem Arm 71 bilden, der an der Rückseite der
Zahnradführung 66 angebracht ist. Der aufwärts laufende Ausleger 75 des Führungsarmes
72 trägt die Rolle 76, die an dem schwenkbaren Hebelarm 79 zur Korrektur der Frequenz
entlangrollt. Der Führungsarm 72 kann gegen den Hebel 79 von Federn 80 nach oben
gezogen werden, die eine Verbindung zwischen der Welle 78 mit der Rolle 76 und dem
aufwärts laufenden Ausleger 67 der Zahnradführung 66 bilden. Der Hebel 79 wird innerhalb
des Rahmens 114 von der starren Führungsstange 133 getragen. Die Neigung des Hebels
79 wird von der Führungsscheibe 82 gesteuert, die an der Welle 83 zur Regelung der
Frequenz befestigt ist, wie bereits beschrieben wurde.