DE1182711B

DE1182711B - Line circuit with capacitive tuning device

Info

Publication number: DE1182711B
Application number: DES84845A
Authority: DE
Inventors: Horst Wohlgemuth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-08-24
Filing date: 1963-04-24
Publication date: 1964-12-03

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: H 03 jBoarding school Class: H 03 j

Deutsche Kl.: 2t a4 - 69 German class: 2t a4 - 69

Nummer: 1182711Number: 1182711

Aktenzeichen: S 84845IX d/21 a4File number: S 84845IX d / 21 a4

Anmeldetag: 24. April. 1963 Registration date: April 24th. 1963

Auslegetag: 3. Dezember 1964Opening day: December 3, 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitungskreis für elektrische Schwingungen mit Innen- und Außenleiter, bei dem an ein Ende des Innenleiters eine kapazitive Abstimmeinrichtung angeschaltet ist.The invention relates to a line circuit for electrical oscillations with inner and outer conductors, in which a capacitive tuning device is connected to one end of the inner conductor.

Zur Abstimmung von Leitungskreisen ist es bekannt, die wirksame Länge und damit den Betriebsfrequenzbereich durch Betätigung von Kurzschlußschiebern zu verändern. Neben diesen Abstimmeinrichtungen sind auch in ihrer Kapazität veränderliche Anordnungen bekannt, die, zwischen Innen- und Außenleiter eingeschaltet, durch eine Kapazitätsvariation eine Änderung der elektrisch wirksamen Länge des Leitungskreises ermöglichen. Bei derartigen kapazitiven Abstimmeinrichtungen haben sich Anordnungen als besonders zweckmäßig herausgestellt, die in ihrem Aufbau im wesentlichen Tauchkondensatoren entsprechen. Hierbei ist ein rohrförmiger Kapazitätsbelag vorgesehen, in dessen Innerem ein metallischer Kolben als zweiter Kapazitätsbelag z. B. durch Betätigung einer Spindel verstellbar ist. Die Metallteile der beiden Kapazitätsbeläge sind dabei zylindrisch ausgebildet. To coordinate line circles, it is known the effective length and thus the Change the operating frequency range by actuating the short-circuit slide. In addition to these voting facilities are also known in their capacity variable arrangements that, switched between inner and outer conductor, by a Capacity variation allow a change in the electrically effective length of the line circuit. With such capacitive tuning devices, arrangements have proven to be particularly useful highlighted, which correspond in their structure essentially immersion capacitors. Here is a tubular capacitance covering provided, in the interior of which a metallic piston as a second capacitance covering z. B. is adjustable by actuating a spindle. The metal parts of the two capacitance coverings are cylindrical.

Bei der Abstimmung von Leitungskreisen mit derartigen Einrichtungen ergibt sich die Schwierigkeit, daß die Änderung der Abstimmfrequenz nichtlinear mit der Längsverschiebung des Kolbens des Tauchkondensators erfolgt, wodurch bei den verschiedenen Betriebsfrequenzen ungleichmäßige Abstimmgenauigkeiten auftreten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß mit zunehmender Frequenz die Kreisgüte abnimmt und dadurch z. B. der erzielbare Verstärkungsfaktor kleiner wird.When coordinating management groups with such institutions, the difficulty arises that the change in the tuning frequency is non-linear with the longitudinal displacement of the piston of the immersion capacitor takes place, whereby uneven tuning accuracies at the different operating frequencies appear. Another disadvantage of the known arrangements is that with increasing Frequency decreases the circular quality and thereby z. B. the achievable gain factor is smaller.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, diesen bei Abstimmeinrichtungen für Leitungskreise auftretenden Schwierigkeiten in möglichst einfacher Weise zu begegnen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die kapazitive Abstimmeinrichtung durch einen sich zum Ende des Leitungskreises hin verjüngenden leitenden Körper gebildet ist, welcher mit einem dielektrischen Stoff derart umgeben ist, daß eine zylindrische Außenfläche entsteht, auf der ein mit dem Außenleiter verbundener zylindrischer Kapazitätsbelag längsverschiebbar angeordnet ist, und daß die Verjüngung des leitenden Körpers so bemessen ist, daß bei Abstimmung auf hohe Frequenzen, d. h. wenn der Kapazitätsbelag an das Ende des Leitungskreises verschoben wird, durch die dabei erfolgende Verlängerung des Innenleiters eine derartige Veränderung der Kopplung zwischen dem Leitungskreis und der daran angeschlossenen Schaltung eintritt, daß die Kreisgüte angehoben wird.The present invention is primarily based on the object of this in the case of voting devices to deal with difficulties that arise for management groups in the simplest possible way. According to the Invention this is achieved in that the capacitive tuning device by a to End of the line circle tapering conductive body is formed, which with a dielectric Fabric is surrounded in such a way that a cylindrical outer surface is created on which one with the outer conductor connected cylindrical capacitance covering is arranged to be longitudinally displaceable, and that the taper of the conductive body is dimensioned so that when tuned to high frequencies, i. H. if the capacitance per unit length is shifted to the end of the line circuit by the resulting extension of the inner conductor such a change in the coupling between the line circuit and the circuit connected to it occurs that the circular quality is increased.

Leitungskreis mit kapazitiver
AbstimmeinrichtungLine circuit with capacitive
Voting device

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

München 2, Wittelsbacherplatz 2Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Horst Wohlgemuth, MünchenHorst Wohlgemuth, Munich

Es ist zwar bekannt, für den Kapazitätswert von Drehkondensatoren durch bestimmte Formgebung eine vom Drehwinkel abhängige Funktion festzulegen. Die bekannten Anordnungen dieser Art sind der wellenlängengerade Drehkondensator, bei dem die Platten nierenförmig ausgebildet sind, und der frequenzgerade Drehkondensator, bei dem die Platten die Form von Sicheln haben.It is known for the capacitance value of variable capacitors due to certain shaping define a function that depends on the angle of rotation. The known arrangements of this type are the wavelength straight variable capacitor in which the plates are kidney-shaped, and the Variable frequency capacitor with a straight frequency, in which the plates have the shape of sickles.

Derartige Kondensatoren sind jedoch für die Ab-Stimmung von Leistungskreisen sowohl wegen der Art ihrer mechanischen Abstimmbewegungen als auch wegen des großen Raumbedarfs nicht geeignet. Dagegen ermöglicht die gemäß der Erfindung aufgebaute kapazitive Abstimmeinrichtung bei Leitungskreisen die bereits erprobte Art der Abstimmung nach dem Prinzip der. Tauchkondensatoren beizubehalten und ohne besonderen technischen Aufwand und ohne großen Raumbedarf eine frequenzgerade Abstimmung zu erzielen. Gegenüber einer Abstimmung mit Tauchkondensatoren läßt sich aber durch den auf dem Innenleiter geführten äußeren Kapazitätsbelag eine Verschiebung des Anzapfpunktes längs der Leitung ermöglichen, wodurch die wirksame Länge des Leitungskreises vergrößert und damit eine Verbesserung des Gütefaktors erzielt wird. Der innere Kapazitätsbelag wird hierzu in vorteilhafter Weise so ausgelegt, daß für den Frequenzbereich, bei dem die Güte angehoben werden soll, die wirksame Länge des Leitungskreises durch eine entsprechende Verschiebung des äußeren Kapazitätsbelages und damit des Anzapfungspunktes vergrößert wird. Da in der Regel bei wachsender Frequenz eine Abnahme der Güte der Leitungskreise eintritt, wird dementsprechend der innere Kapazitätsbelag so ausgestaltet, daß der äußere Kapazitätsbelag zur Erzielung kleinerer Kapazitätswerte (entsprechend einer höheren Abstimmfrequenz) nach' dem Leitungsende hinSuch capacitors are, however, for the tuning of power circuits both because of the Type of their mechanical tuning movements as well as not suitable because of the large amount of space required. In contrast, the capacitive tuning device constructed according to the invention enables line circuits the already tried and tested type of voting according to the principle of. Maintain immersion capacitors and a straight frequency without any special technical effort and without large space requirements Attain vote. Compared to a vote with immersion capacitors, however, can be the outer capacitance layer on the inner conductor is a longitudinal displacement of the tapping point enable the line, thereby increasing the effective length of the line circle and thus a Improvement of the quality factor is achieved. The inner capacitance per unit length is more advantageous for this Way designed so that for the frequency range in which the quality is to be increased, the effective Length of the line circuit by a corresponding shift of the outer capacitance and thus the tapping point is enlarged. As a rule, there is a decrease with increasing frequency the quality of the line circuit occurs, the internal capacitance is designed accordingly, that the outer capacitance per unit length to achieve smaller capacitance values (corresponding to a higher Tuning frequency) towards the end of the line

409 730/250409 730/250

verschoben und dadurch die Länge des wirksamen Teiles des Leitungskreises vergrößert wird.shifted and thereby the length of the effective part of the line circuit is increased.

Der innere Kapazitätsbelag ist zweckmäßig als Kegel bzw. Kegelstumpf ausgebildet, wodurch sowohl die Herstellung als auch der Überzug mit Isoliermaterial zur Erzielung einer zylindrischen Außenfläche in einfacher Weise zu bewerkstelligen ist. Der innere Kapazitätsbelag wird zweckmäßig mit seiner Längsachse fluchtend zu der des Innenleiters angeordnet.The inner capacitance layer is expediently designed as a cone or truncated cone, whereby both the production as well as the coating with insulating material to achieve a cylindrical External surface can be done in a simple manner. The inner capacity coverage is expedient with its longitudinal axis is arranged in alignment with that of the inner conductor.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenFurther details of the invention are explained in more detail using exemplary embodiments. Show it

F i g. 1 und 2 einen koaxialen Leitungskreis im Längs- bzw. Querschnitt,F i g. 1 and 2 a coaxial line circuit in longitudinal and cross-section,

F i g. 3 einen aus Leiterstreifen aufgebauten Resonanzkreis, F i g. 3 a resonance circuit made up of conductor strips,

F i g. 4 und 6 eine schematische Darstellung von Leitungskreisen mit unterschiedlichen Abstimmstellungen, F i g. 4 and 6 a schematic representation of management groups with different voting positions,

F i g. 5 und 7 die Ersatzschaltbilder zu den F i g. 4 und 6.F i g. 5 and 7 the equivalent circuit diagrams for FIGS. 4 and 6.

In F i g. 1 ist der Außenleiter 1 des Leitungskreises in Form einer Kammer mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, in deren Innerem ein Innenleiter 2 mit entsprechender Länge angeordnet ist. Der Leitungskreis wird z. B. über eine Hochfrequenzröhre 3 und eine Koppelleitung 4 erregt. An Stelle dieser Ankopplung können auch kapazitive oder induktive Koppelschleifen verwendet sein, die von anderen Kreisen gespeist werden. An dem der Röhre 3 abgewandten Ende des Innenleiters 2 ist ein Ansatz 5 vorgesehen, der den inneren Kapazitätsbelag einer kapazitiven Abstimmeinrichtung bildet, deren Außenbelag mit 6 bezeichnet ist. Der innere Kapazitätsbelag 5 besteht aus einem kurzen zylindrischen Teilstück 5 a, das mit dem Innenleiter 2 verlötet ist, und einem angesetzten Kegelstumpf 5 b. Der innere Kapazitätsbelag ist mit einem Dielektrikum 7 in der Weise überzogen, daß eine glatte zylindrische Oberfläche entsteht, die als Führung für den äußeren Kapazitätsbelag 6 dient, der in Richtung der Längsachse des Innenleiters 2 verschiebbar ist. Über eine Lasche 8 wird eine galvanische Verbindung zum Außenleiter 1 hergestellt, wozu an diesem Gleitführungen 9 und 10 vorgesehen sind, die das eine Ende der Lasche 8 einschließen und z. B. durch hier nicht dargestellte Klemmschrauben nach der Abstimmung einen sicheren Kontakt gewährleisten. In der Lasche 8 ist eine öffnung 11 vorgesehen, durch die mittels eines Stiftes der äußere Kapazitätsbelag 6 bei der Abstimmung verschiebbar ist. Die Form des inneren Kapazitätsbelages 5 wird so gewählt, daß eine im wesentlichen lineare Abstimmkurve für die Betriebsfrequenz des Leitungskreises in Abhängigkeit von der Längsverschiebung des Außenbelages 6 entsteht.In Fig. 1, the outer conductor 1 of the line circuit is designed in the form of a chamber with a square cross-section, in the interior of which an inner conductor 2 of a corresponding length is arranged. The management team is z. B. excited via a high-frequency tube 3 and a coupling line 4. Instead of this coupling, capacitive or inductive coupling loops can also be used, which are fed by other circuits. At the end of the inner conductor 2 facing away from the tube 3, a projection 5 is provided which forms the inner capacitance layer of a capacitive tuning device, the outer layer of which is denoted by 6. The inner capacitance covering 5 consists of a short cylindrical section 5 a, which is soldered to the inner conductor 2, and an attached truncated cone 5 b. The inner capacitance layer is covered with a dielectric 7 in such a way that a smooth cylindrical surface is created, which serves as a guide for the outer capacitance layer 6, which is displaceable in the direction of the longitudinal axis of the inner conductor 2. A galvanic connection to the outer conductor 1 is established via a tab 8, for which purpose sliding guides 9 and 10 are provided which enclose one end of the tab 8 and e.g. B. ensure secure contact after the vote by clamping screws not shown here. An opening 11 is provided in the tab 8, through which the outer capacitance layer 6 can be displaced during the tuning by means of a pin. The shape of the inner capacitance covering 5 is chosen so that an essentially linear tuning curve for the operating frequency of the line circuit is produced as a function of the longitudinal displacement of the outer covering 6.

In F i g. 3 ist die Anwendung der Abstimmeinrichtung bei einem aus streifenförmigen Leiterbahnen aufgebauten Leitungskreis gezeigt, bei dem in einer metallischen Platte 14 Aussparungen 15 und 16 vorgesehen sind, durch die ein Innenleiterstreifen 17 gebildet wird. Derartige flache Aufbauten sind besonders für Halbleiterverstärker geeignet, weil diese Bauelemente, wie durch den Transistor T angedeutet, geringere Ausdehnungen in Richtung senkrecht zur Platte 14 ergeben als z. B. Röhren. Für derartige Anordnungen, wie sie insbesondere auch in der deutschen Patentanmeldung S 81095 IXd/21 a 4 beschrieben sind, ist die Abstimmeinrichtung gemäß der Erfindung infolge ihres geringen Raumbedarfs besonders geeignet. Die Abstimmeinricbtui^ selbst, die aus dem inneren Kapazitätsbelag 18, dem Dielektrikum 19 und dem längsverschiebbaren äußeren Kapazitätsbelag 20 besteht, entspricht im wesentlichen dem in den Fig. 1 und 2 bereits erläuterten Aufbau. Das Dielektrikum 19 ist mit seinem Ende in hier nicht näher dargestellter Weise mechanisch an der PlatteIn Fig. 3 shows the use of the tuning device in a line circuit made up of strip-shaped conductor tracks, in which recesses 15 and 16 are provided in a metallic plate 14, through which an inner conductor strip 17 is formed. Such flat structures are particularly suitable for semiconductor amplifiers because these components, as indicated by the transistor T , result in smaller expansions in the direction perpendicular to the plate 14 than z. B. Tubes. The tuning device according to the invention is particularly suitable for such arrangements, as they are also described in particular in German patent application S 81095 IXd / 21a 4, due to its small space requirement. The tuning device itself, which consists of the inner capacitance layer 18, the dielectric 19 and the longitudinally displaceable outer capacitance layer 20, corresponds essentially to the structure already explained in FIGS. The end of the dielectric 19 is mechanically on the plate in a manner not shown here

ίο 14 gehalten und ergibt so für das freie Ende des Innenleiters 17 eine mechanische Abstützung. Über die Lasche 21, die durch eine Klemmleiste 22 mit Schrauben 23 und 24 gehalten ist, wird der Kontakt zu der als Außenleiter wirkenden Platte 14 hergestellt. ίο 14 and thus results in the free end of the Inner conductor 17 a mechanical support. Via the tab 21, which is connected by a terminal strip 22 Screws 23 and 24 is held, contact is made with the plate 14 acting as an outer conductor.

In F i g. 4 ist an der mit A bezeichneten Stelle der Anschluß des Verstärkerelementes, z. B. eines Transistors, zugeführt, dessen Ausgangskreis der Leitungskreis bildet. Auf dem Innenleiter 26 ist der äußere Kapazitätsbelag 27 so weit verschoben, daß er in unmittelbarer Nähe des Anschlußpunktes A liegt. In dieser Stellung weist die Kapazität zwischen dem Innenleiter 26 und dem äußeren Kapazitätsbelag 27 den größten Wert auf. Die Abstimmung liegt somit im unteren Betriebsfrequenzbereich, für den die Güte des Leitungskreises ausreichend hoch ist. In der Ersatzschaltung nach Fi g. 5 liegt der Anschlußpunkt A am oberen Ende des durch den Leitungskreis gebildeten Parallelresonanzkreises.In Fig. 4 is at the point marked A , the connection of the amplifier element, for. B. a transistor, the output circuit of which forms the conduction circuit. The outer capacitance layer 27 is shifted so far on the inner conductor 26 that it lies in the immediate vicinity of the connection point A. In this position, the capacitance between the inner conductor 26 and the outer capacitance layer 27 has the greatest value. The coordination is therefore in the lower operating frequency range for which the quality of the line circuit is sufficiently high. In the equivalent circuit according to Fi g. 5 is the connection point A at the upper end of the parallel resonance circuit formed by the line circuit.

In F i g. 6 ist der äußere Kapazitätsbelag 27 weit nach außen verschoben, was infolge des sich verjüngenden inneren Kapazitätsbelages 20 eine Verringerung des Kapazitätswertes und eine Vergrößerung der wirksamen Länge des Innenleiters 26 mit sich bringt. Dadurch wird die Güte dieses Kreises angehoben, weil, wie aus F i g. 7 ersichtlich ist, der Ankopplungspunkt A nunmehr nicht mehr am obersten Ende des Parallelkreises liegt, sondern durch die Anzapfung innerhalb des Resonanzkreises eine Wider-Standstransformation auftritt. Der Innenwiderstand R₁ des als Spannungsquelle angedeuteten und dem Leitungskreis vorgeschalteten Verstärkerelementes wird durch den transformatorischen Anschluß an den Parallelresonanzkreis in einen Widerstand R{ transformiert, der größer ist als der Widerstand R₁. Damit ist, da der Widerstand /?,' die Belastung des Kreises darstellt, die Güte des Kreises angehoben worden. Dies ist besonders wichtig, weil mit wachsender Frequenz an sich die Güte der Kreise geringer wird, was hier durch eine gegenläufige Tendenz ganz oder zum Teil ausgleichbar ist.In Fig. 6, the outer capacitance layer 27 is shifted far outward, which, as a result of the tapering inner capacitance layer 20, brings about a reduction in the capacitance value and an increase in the effective length of the inner conductor 26. This increases the quality of this circle because, as shown in FIG. 7 it can be seen that the coupling point A is no longer at the uppermost end of the parallel circuit, but a resistance transformation occurs due to the tapping within the resonance circuit. The internal resistance R _{1 of} the amplifier element, which is indicated as a voltage source and precedes the line circuit, is transformed by the transformer connection to the parallel resonance circuit into a resistance R { which is greater than the resistance R ₁ . Since the resistance / ?, 'represents the load on the circle, the quality of the circle has been increased. This is particularly important because the quality of the circles decreases with increasing frequency, which can be fully or partially compensated for by an opposing tendency.

Zur Herabsetzung der Abstimmsteilheit und zur Verbreiterung des Abstimmbereiches können auch zwei oder mehr äußere Kapazitätsbeläge in Form von Hülsen od. dgl. auf den Innenleiter isoliert aufgesetzt werden. Ist der zu überstreichende Frequenzbereich sehr groß, z. B. bei den Fernsehbändern IV und V, so kann durch Abnahme eines der äußeren Kapazitätsbeläge die Abstimmung weitergeführt werden. Dabei ist es zweckmäßig, die äußeren Kapazitätsbeläge unterschiedlich lang zu machen, damit auch nach Abnahme eines der beiden Beläge eine Überlappung der Abstimmfrequenzen erzielt werden kann. Der innere Metallkonus der Abstimmeinheit hat vorteilhaft die Länge etwa zweier äußerer Kapazitätsbeläge und ist etwa ein Drittel so lang wie der Innenleiter des Leitungskreises. Durch die Erfindung läßt sich eine besonders niedrigere Anfangskapazi-To reduce the tuning gradient and to widen the tuning range, you can also Two or more outer capacitance coverings in the form of sleeves or the like are placed on the inner conductor in an insulated manner will. If the frequency range to be swept is very large, e.g. B. in TV bands IV and V, voting can be continued by removing one of the external capacitance units. It is useful to make the outer capacitance coverings of different lengths so that an overlap of the tuning frequencies can be achieved even after removing one of the two pads can. The inner metal cone of the tuning unit advantageously has the length of approximately two outer capacitance coverings and is about a third as long as the inner conductor of the circuit. Through the invention a particularly lower initial capacitance

tat realisieren, wobei ein Variationsbereich von 1:16 überdeckbar ist.did realize, with a range of variation of 1:16 can be covered.

Es ist zweckmäßig, die kapazitive Abstimmeinrichtung so auszugestalten, daß beim Übergang vom Innenleiter auf den konischen Ansatz bei weiter nach außen verschobenem äußerem Belag möglichst kein oder nur ein sehr geringer Wellenwiderstandssprung auftritt.It is useful to design the capacitive tuning device so that the transition from If possible, no inner conductor on the conical approach if the outer surface is shifted further outwards or only a very small surge in surge impedance occurs.

Claims

Patent claims:

1. Line circuit for electrical oscillations with inner or outer conductor, with which at one end a capacitive tuning device is connected to the inner conductor, characterized in that that the capacitive tuning device is formed by a conductive body which tapers towards the end of the line circuit which is surrounded with a dielectric material such that a cylindrical outer surface arises on which a cylindrical capacitance layer connected to the outer conductor can be moved lengthways is arranged, and that the taper of the conductive body is dimensioned so that at Tuning to high frequencies, d. i.e. when the capacitance per unit length is at the end of the line circuit is shifted by the resulting extension of the inner conductor such Change in the coupling between the line circuit and the one connected to it Circuit occurs that the circular quality is increased.

2. line circuit according to claim 1, characterized in that the tapered conductive Body is designed as a cone or truncated cone.

3. line circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the tapered conductive body with its longitudinal axis in alignment with that of the inner conductor.

4. line circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the There is a connection between the cylindrical capacitance surface and the outer conductor in a tab, which is held in a guide device.

5. line circuit according to one of the preceding claims using in recesses inner conductors arranged as a metallic plate and designed as conductor strips, characterized in that the tapered conductive body at the free end of a such conductor strip is attached.

6. line circuit according to one of the preceding claims, characterized in that on the dielectric two outer coverings are arranged to be longitudinally displaceable independently of one another.

7. line circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the Dielectric protrudes beyond the free end of the inner conductor.

Considered publications:
German interpretative document No. 1135 527.

1 sheet of drawings