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Verfahren und Anordnung zum selbständigen Abstimmen von elektrischen
Netzwerken Die Abstimmung von Wechselstrom-Netzwerken, wie Brückenschaltungen, Kompensatoren,
Filter od. dgl., durch Ändern von zwei Netzwerkskomponenten auf einen vorbestimmten,
durch die beiden Komponenten bestimmten Zustand (Nullabgleichung, Abstimmung auf
Maximurn oder einen gewünschten Impedanzwert) erfolgte bisher derart, daß die veränderbaren
Komponenten, beispielsweise Reaktanzen des Netzwerkes, einzeln abwechselnd so lange
verändert werden, bis der gewünschte Wert erreicht ist. Es ist auch bereits bekannt,
diesen Abstimmvorgang selbsttätig durchzuführen und beispielsweise die Reaktanzen
durch jeweils einen Servomotor durchzustimmen und diese Servormotoren in Abhängigkeit
von zwei Meßeinrichtungen für Betrag und Phase richtungsabhängig zu steuern. So
ist es beispielsweise bei einer Senderendstufe bekannt, zur Transformation einer
gegebenen Antennenimpedanz in einen vorgegebenen reellen Widerstandswert ein Reaktanznetzwerk
mit einem abstimmbaren Längs- und Querzweig zwischenzuschalten und die Änderung
des Längs-und Querzweiges über Servomotoren durchzuführen. Der Längszweigmotor wird
dabei in Abhängigkeit vom Phasenwinkel über eine entsprechend ausgebildete Phasenwinkelvergleichseinrichtung
und der Querzweigmotor in Abhängigkeit von der Größe des Netzwerksimpedanzwertes
über eine Impedanzwertvergleichseinrichtung gesteuert. Da das Abschaltkriterium
für jeden Motor jeweils nur durch die dem entsprechenden Motor zugeordnete Meßeinrichtungen
geliefert wird, ist der Abgleich dieser bekannten Anordnung relativ umständlich
und nur langsam durchführbar.
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Es ist auch bereits eine Abstimmanordnung dieser Art mit einem durch
einen Servomotor durchstimmbaren Variometer bekannt, bei der zusätzlich noch ein
durch einen zweiten Servomotor in Umgebung eines vorbestimmten Festwertes gewobbelter
Kondensator vorgesehen ist. Das allein zur Abstimmung dienende Variometer wird bei
dieser Anordnung beim Abstimmen beispielsweise langsam durchgedreht, und gleichzeitig
wird der Wert des Kondensators in Umgebung seines vorbestimmten Festwertes gewobbelt.
Diese Wobbelung dient bei der bekannten Anordnung jedoch lediglich zur Indikation
der Abstimmung, nämlich dazu, den Resonanzpunkt durch das Nunwerden der aus der
Wobbelung erzeugten Amplitudenänderung genau zu bestimmen, und zwar unter Ausnutzung
der Richtungsabhängigkeit mittels eines -üblichen Diskriminators. Nach Bestimmung
des Resonanz punktes durch die Veränderung des Variometers wird lediglich der Wert
dieses Variometers festgehalten, während der Wert des Kondensators wieder seinen
stets gleichbleibenden mittleren Festwert annimmt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und sicher arbeitendes
Verfahren zum Abstimmen von Netzwerken aufzuzeigen, das einen schnellen und genauen
Abgleich der Netzwerkskomponenten zur Erzielung eines gewünschten Zustandes erlaubt,
sowie eine Anordnung zur Ausführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zum selbsttätigen
Abstimmen von elektrischen Netzwerken, insbesondere von Anpassungsnetzwerken der
Endstufen von Kurzwellensendern, mittels zweier veränderbarer Netzwerkskomponenten
auf einen vorbestimmten, durch die beiden Komponenten definierten und zwischen zwei
Netzwerkspunkten auftretenden Impedanzwert, bei welchem der Wert der einen Komponente
stetig relativ langsam geändert wird und gleichzeitig der Wert der anderen Komponente
im Vergleich zur Änderung der ersten Komponente zwischen gegebenen Grenzwerten relativ
schnell periodisch geändert wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Erreichen
des gewünschten Impedanzwertes die Änderung der beiden Komponenten gleichzeitig
oder nacheinander unterbrochen wird und diese so bestimmten beiden Komponentenwerte
als Abstimmwerte beibehalten werden.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird nach Erreichen
des gewünschten Impedanzwertes zunächst die relativ langsame Änderung der ersten
Komponente unterbrochen und daraufhin nochmals der Wert der zweiten Komponente jedoch
stetig und relativ langsam geändert, bis erneut der gewünschte Impedanzwert erreicht
ist und auch diese Änderung der zweiten Komponente unterbrochen wird.
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Das Verhältnis der Geschwindigkeiten, mit welchen die beiden Komponenten
geändert werden, ist im wesentlichen
von der gewünschten Genauigkeit
der Ab-
stimmung abhängig. Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der'Erfindung
wird jedoch die zweite Komponente im Vergleich zur ersten mindestens mit der hundertfachen
Geschwindigkeit verändert. Solche Änderungsgeschwindigkeiten lassen sich am besten
mit elektronischen Mitteln, wie Kapazitätsdioden, elektrisch gesteuerten Widerständen
über Röhren, Transistoren, oder mit Magnetvariometer od. dgl. erreichen.
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Bei Abgleichvorgängen, bei welchen die Stellung der Komponenten nach
dem Abgleich von Bedeutung ist, beispielsweise bei Meßbrückenschaltungen od. dgl.,
kann die Anzeige der KomponentensteRungen beispielsweise bei mechanisch bewegten
Komponenten über mechanisch gekuppelte Skalen erfolgen oder bei rein elektrisch
durchgestimmten Komponenten über die zugehörigen Steuerspannungen. Bei sehr schnellen
Abgleichvorgängen kann auch ein elektronischer Zähler-mitlaufen, der im Abgleichmoment
stillgesetzt wird, so daß auf diese Weise eine digital arbeitende Meßanordnung geschaffen
werden kann.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Transformation
einer gegebenen Impedanz in einen vorgegebenen reellen Widerstandswert unter Zwischenschaltung
eines veränderbaren Reaktanznetzwerkes mit durch Servomotoren veränderbaren Reaktanzen
geeignet. Zu diesem Zweck ist nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung
die Anordnung so getroffen, daß zunächst der Wert einer ersten Reaktanz bei periodisch
geändertem Wert einer zweiten Reaktanz durch einen Motor stetig verändert wird,
bis der am Eingang des Netzwerkes bei Resonanz periodisch auftretende Spitzenspannungswert
einen vorbestimmten, durch. den gewünschten reellen Widerstand gegebenen Wert erstmals
überschreitet, wodurch der Motor der ersten Reaktanz stillgesetzt wird und daraufhin
der Wert der zweiten Reaktanz durch einen Motor stetig verändert wird, bis am Eingang
des Netzwerkes wiederum der vorbestimmte Spitzenspannungswert erreicht ist, wodurch
auch der Motor der zweiten Reaktanz stillgesetzt wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Abstimmen einer Verstärkerendstafe; F i g. 2 zeigt den sich am Eingang
des Transformationsaetzwerkes nach F i g. 1 einstellenden Spannungsverlauf
in Abhängigkeit vom Drehwinkel des einen Reaktanzabstimmzweiges; F i g. 3
zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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F i g. 1 zeigt das Schaltbild einer üblichen Verstärkerstufe,
beispielsweise der Endstufe eines Senders, mit einer Röhre 3 und einem nachgeschalteten
Reaktanznetzwerk 1. Durch entsprechende Abstimmung der Reaktanzen des Netzwerkes
1 soll der Arbeitswiderstand 2, beispielsweise ein Verbraucher mit kompleren
Widerstandswert, wie eine nicht abgestimmte Antenne od. dgl., auf einen vorbestimmten
reellen Wert, z. B. den Arbeitswiderstand der Röhre 3, transformiert werden.
Zu diesem Zweck sind die Reaktanzen des Netzwerkes 1 abstimmbar ausgebildet,
und zwar in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Querzweigreaktanz 1 als
veränderbare Kapazität 4 und die Längszweigreaktanz H als veränderbare Induktivität
5. Die beiden in ihrem Wert veränderbaren Zweige I und II können über Servomotoren
6 und 7 verstellt werden. Die Steuerung der Servomotoren erfolgt über
eine Steuer- bzw. Meßeinrichtung 8, mittels welcher die Spannung UE am Eingang
10 des Netzwerkes gemessen und nach Auswertung zur Bestimmung des Abschaltzeitpunktes
der Motoren herangezogen wird. Der Reaktanzwert des Zweiges 11 kann periodisch
verändert werden, und zwar bei Ausbildung des Zweiges H als Variometer über einen
Motor, beispielsweise den Servomotor 7. Das periodische Ändern kann auch
über eine gesonderte Einrichtung 11 erfolgen, beispielsweise in Form eines
zu der Spule 5 parallelgeschalteten Magnetvariometers oder einer parallelgeschalteten
Blindröhre.
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Der Zweig II kann selbstverständlich auch durch den Kondensator 12
gebildet sein, der dann zur periodischen Änderung vorzugsweise als Drehkondensator
ausgebildet ist und durch die Einrichtung 11 bzw. den Motor 7 durchstimmbar
ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anord-nung ist folgende:
Am Eingang 10 des Netzwerkes 1
wird eine konstante Hochfrequenzspannung
eingespeist. Die Hochfrequenzspannung kann dabei entweder über die eigentliche Verstärkerstufe
3 zugeführt werden oder über einen gesonderten Meßgenerator am Punkt
10 von außen eingespeist werden. Der Wert des Kreises 11 wird periodisch
verändert, beispielsweise mit einer Frequenz von 5 kHz, und der Wert des
Kreises I wird gleichzeitig durch den Motor 6 relativ langsam verändert,
und zwar beispielsweise mit einem Durchstimmvorgang pro Sekunde.
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Bei diesem Vorgang stellt sich am Eingang 10 des Netzwerkes
1 in Abhängigkeit vom Drehwinkel cc des Kreises 1 die in F i
g. 2 gezeigte Spannungsverteilung ein. Durch das relativ schnelle periodische
Ändern des Wertes des Kreises II und des sich relativ langsam ändernden Wertes des
Kreises 1 werden in jeder Periode am Eingang 10 verschiedene ResonanzsteRen
R durchlaufen, bei denen der Eingangswiderstand des Netzwerkes einen reellen Wert
annimmt und die Spannung UE ein Maximum ist.
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Die Einrichtung 8 ist so ausgebildet, daß sie bei dem Drehwinkel
etK, bei welchem die Spannung UE einen vorbestimmten und durch den reellen Netzwerkseingangswiderstand
gegebenen Wert UK besitzt, die Motoren 6 und 7 bzw. die Einrichtung
11- stillsetzt.
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Um zu gewährleisten, daß die Einrichtung 8 genau an dem Punkt
RK die Motoren abschaltet, ist die Einrichtung 8 vorzugsweise als Spitzenspannungsmesser
ausgebildet, der bei Erreichen des während des Durchdrehens des Kreises I erstmals
auftretenden Spitzenspannungswertes UK anspricht und die Motoren genau im Scheitelpunkt
RK stiUsetzt.
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Da das periodische Ändern des Kreises II durch die Einrichtung 11
bzw. den Motor 7 im Verhältnis zur Änderungsgeschwindigkeit des Kreises I
sehr schnell erfolgt, ist es im allgemeinen schwierig, den Antrieb der beiden Kreise
gleichzeitig genau in dem gewünschten Resonanzpunkt Rl< stillzusetzen. Insbesondere
bei periodischer Änderung des Kreises II durch eine gesonderte Einrichtung 11 muß
die Spule 5, deren eigentlicher Wert bei der periodischen Änderung nicht
geändert wurde, durch den Motor 7
auf den ermittelten Wert gebracht werden.
Zu
diesem Zweck wird weiterhin vorgeschlagen, den oben beschriebenen Abgleich nur für
das Stillsetzen des Antriebes des KreisesI zu benutzen und den Kreis II in einem
gesonderten zweiten Abstimmvorgang langsam stetig zu ändern und diesen zweiten Abstimmvorgang
nach erneutem Erreichen des ResonanzpunktesR,K zu unterbrechen. Nach dem oben beschriebenen
ersten Abgleichvorgang für den Kreis I wird daher anschließend mittels des Motors
7 der Kreis II langsam verändert, bis wiederum der vorbestimmte Spitzenspannungswert
Uj( am Eingang des Netzwerkes auftritt und über die Einrichtung 8 auch der
Motor 7 in diesem Punkt stillgesetzt wird. Das Netzwerk 1 ist durch
diesen Abgleichvorgang für die am Eingang eingespeiste Frequenz genau auf Resonanz
abgestimmt, und zwar auf einen ganz bestimmten reellen Eingangswiderstandswert.
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Zur Bestimmung des Abschaltzeitpunktes der Servomotoren kann insbesondere
für den Motor des Kreises II beim zweiten Abstimmvorgang an Stelle des vorgesehenen
Spitzenspannungsmessers eine Differentiationsschaltung verwendet werden, die in
F i g. 1 bei 13 gestrichelt angedeutet ist und durch die mathematisch
genau der Scheitelpunkt der beim Durchdrehen der Kreise durchlaufenen Resonanzkurve
und damit der genaue Resonanzpunkt bestimmt wird.
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Eine weitere Möglichkeit zum periodischen Ändern des Kreises II und
zur Bestimmung des genauen Resonanzpunktes beim Abgleich des Kreises II ist in F
i g. 3 gezeigt. Auch hier ist ein Schaltbild einer üb-
lichen Senderendstufe
mit einer Endröhre 3, einem Anpassungsnetzwerk 1 und einem Verbraucher
2 gezeigt. Das Netzwerk 1 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei
durch Servomotoren 6 und 7 veränderbaren Kondensatoren 21 und 22 sowie
einer festen Induktivität 23.
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Parallel zum Kondensator 22, d. h. parallel zum Kreis II, ist
eine im Betrieb der Endstufe abschaltbare Kapazitätsdiode 24 geschaltet, deren Kapazitätswert
sich bekanntlich mit der angelegten Spannung ändert. Am Eingang 10 des Netzwerkes
wird aus einem Meßgenerator 25 über einen Vorwiderstand 15
eine konstante
HF-Spannung eingespeist. Durch eine Wobbeleinrichtung 26 wird in der Schalterstellung
30
eine relativ große Wobbelspannung und in der Schalterstellung
31 eine kleinere Wobbelspannung der Kapazitätsdiode 24 zugeführt. Die am
Eingang 10 sich einstellende Spannung UE wird den Meßeinrichtungen
27 und 29 zugeführt. Die Einrichtung 27 entspricht in ihrem
Aufbau der Einrichtung 8 nach F i g. 1 und ist beispielsweise mit
einem auf den Spannungswert UX ansprechenden Spitzenspannungsmesser ausgestattet.
Der Motor 6 kann durch diese Einrichtung in Abhängigkeit von der Größe des
am Eingang 10 gemessenen Spitzenspannungswertes stillgesetzt werden. Die
Einrichtung 29 ist eine Flankendemodulationseinrichtung, durch die der Motor
7
beispielsweise über eine entsprechende Schalteinrichtung, wie eine übliche
Flip-Flop-Schaltung od. dgl. beim Erreichen des Scheitelpunktes RK stillgesetzt
werden kann.
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Die Wirkungsweise der in F i g. 3 gezeigten Schaltung ist folgende:
Durch die an die Kapazitätsdiode angelegte große Wobbelspannung (Schalterstellung
30) wird die Kapazitätsdiode 24 weit ausgesteuert und damit der Kapazitätswert
dieser Diode periodisch geändert, so daß auch der Wert des Abstimmkreises 11 periodisch
geändert wird. Der Kreis I, d. h. der Kondensator 21, wird über den Motor
6 langsam durchgedreht, bis der vorbestimmte Spitzenspannungswert U,K (F
i g. 2) erreicht ist und der Motor 6 über die Einrichtung
27 stillgesetzt wird, wie dies bereits im Zusammenhang mit F i
g. 1 beschrieben wurde.
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Daraufhin wird mittels des Motors 7 der Kondensator 22 langsam
durchgedreht und gleichzeitig an die Kapazitätsdiode 24 eine geringere Wobbelspannung
(Schalterstellung 31) angelegt. Dadurch wird der einer frequenzmodulierten
Meßspannungseinspeisung entsprechende Spannungsverlauf am Netzwerkseingang erzielt,
d. h., der Eingangswiderstand des Netzwerks ändert sich periodisch um einen
bestimmten Betrag. Durch eine einer Flankendemodulation ähnlichen Gleichrichtung
des Spannungsverlaufs am Netzwerkseingang mittels der Einrichtung 29 kann
auf diese Weise der Resonanzpunkt RK genau bestimmt werden, da in dem Scheitelpunkt
Rg der Resonanzkurve die periodische Änderung des Eingangswiderstandes ein Minimum
ist und dieses Minimum als genaues Abschaltkriterium für den Motor 7 herangezogen
werden kann. Das Netzwerk ist dadurch genau auf den vorbestimmten Eingangswiderstand
abgestimmt.
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An Stelle einer Eingangswiderstandsänderung durch die gewobbelte Kapazitätsdiode
kann auch an das Netzwerk direkt eine frequenzmodulierte Meßspannung angelegt werden
und, wie oben beschrieben, das Minimum der in der Einrichtung 29 gewonnenen
Demodulationsspannung als Kriterium für den Resonanzpunkt herangezogen werden. Die
Einspeisung der frequenzmodulierten Meßspannung kann dabei durch einen gesonderten
Generator 25 erfolgen oder direkt durch die eigentliche Verstärkerstufe
3 zugeführt werden, insbesondere dann, wenn eine bei manchen Sendeeinrichtungen
vielfach bereits vorhandene Frequenzmodulationseinrichtung hierfür verwendet werden
kann.
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Die Einspeisung einer gesonderten und in der Leistung wesentlich herabgesetzten
Hochfrequenzspannung als Meßspannung wird jedoch bevorzugt, da dadurch im Moment
des Abgleichs nur eine geringe Energie dem Verbraucher 2 zugeführt wird und z. B.
beim Abgleich einer Senderendstufe nur eine geringe Energie abgestrahlt wird.
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Durch die Verwendung einer Flankendemodulationseinrichtan
29 zur Bestimmung des Resonanz-, 9
punktes ist ein eindeutiges, von
der Drehgeschwindigkeit der Servomotoren unabhängiges und unter allen Betriebsbedingungen
sicheres Kriterium für die Ab-
schaltung des Motors 7 gegeben.
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Die Servomotoren können mit Einrichtungen zum Umsteuern der Drehrichtung
ausgestattet sein. Die Umsteuerung kann dabei so erfolgen, daß durch eine entsprechende
Einrichtung festgestellt wird, ob der Momentanwert des abzustimmenden Kreises gerade
auf dem ansteigenden oder absteigenden Ast der Resonanzkurve liegt. In Abhängigkeit
von dieser Feststellung kann dann der entsprechende Abstimmzweig durch den zugeordneten
Motor auf kürzestem Wege in den Resonanzpunkt gedreht werden.