DE1935026A1

DE1935026A1 - Kompakte Abstimmvorrichtung fuer ultrahohe Frequenzen

Info

Publication number: DE1935026A1
Application number: DE19691935026
Authority: DE
Inventors: Cramer Jun Joseph Francis; Rezek John Richard
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-07-10
Publication date: 1970-01-22
Also published as: US3624515A

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 MDNCHEN 71, 10. Juli 1969

Melchiorstraße 42

Mein Zeichen: M5OP-27O

Motorola, Inc. 94-01 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Kompakte Abstimmvorrichtung für ultrahohe Frequenzen

Die Erfindung betrifft eine kompakte Abstimmvorrichtung für ultrahohe Frequenzen mit einer Vielzahl von durch verstellbare Spulenkerne abstimmbaren Spulen und diese Spulen umfassenden Abschirmbechern, die sich auf Massepotential befinden.

Bei Miniatur-Rundfunkempfängern, wie sie z.B. als zum in der Tasche oder in der Hand zu tragenden Suchempfängern Verwendung finden, besteht die Schwierigkeit, geeignete Abstimmvorrichtungen kleiner Grosse zu schaffen, die die erforderliche Selektivität für ultrahohe Frequenzen aufweisen. Herkömmlich verwendete kapazitive und induktive Elemente können bei derartigen Empfängern keine Anwendung finden. Bisher bekannte Wendelresonatoren, die für derartige Frequenzen geeignet sind, besitzen gegossene Abschirmungen und sind daher verhältnismässig gross und teuer. Es wurden auch schon für

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derartige Zwecke Bandleitungen vorgeschlagen, jedoch sind die zur Verfügung stehenden konstruktiven Ausführungsformen für eine Verwendung "bei Frequenzen unter 1000 MHz verhältnismässig gross und teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Abstimmvorrichtung für Miniaturempfänger zu schaffen, die in einem ultrahohen Frequenzbereich arbeiten. Diese Abstimmvorrichtung soll aus Wendelresonatoren aufgebaut sein und eine möglichst einfache und kostensparende Konstruktion besitzen. Insbesondere soll die Abstimmvorrichtung in einem Frequenzbereich um etwa 450 MHz eine hohe Güte und eine gute Abschirmung aufweisen.

Ausgehend von der eingangs" erwähnten kompakten Abstimmvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Spulen in den Abschirmbechern derart angeordnet sind, dass jeweils ein Wendelresonator entsteht, dass die Wände der aneinander angrenzenden Abschirmbecher mit Schlitzen versehen sind, durch welche eine induktive Kopplung von einer Spule auf die andere erfolgt, wobei die hochfrequenten Signale an eine Spule angelegt und von einer anderen Spule abgegriffen werden.

Bei einer bevorzugten Ausbildungsform sind auf der niederimpedanten Seite der Spule verstellbare Spulenkerne zum Abstimmen vorgesehen, wogegen die hochimpedante Seite der Spule mit einem Kondensator belastet ist.

Von besonderem Vorteil erweist sich eine Abstimmvorrichtung,

die eine Vielzahl von Wendelresonatoren umfasst. Die Wendelresonatoren werden von einer in einem verhältnismässig kostensparend herzustellenden Abschirmbecher untergebrachten Spule gebildet. Die Spulen sind auf Kernhülsen angebracht, die

- 2 - ihrerseits

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ihrerseits auf einer gedruckten Schaltungskarte befestigt sind. In die Kernhülsen sind an dem niederimpedanten Ende der Spule Aluminiumkerne eingeschraubt, die zur Abstimmung der Frequenz dienen und nur einen geringen Leistungsverlust bewirken. In den rechteckigen Abschirmbechern sind Schlitze an aneinander angrenzenden Wänden vorgesehen, durch welche die Spulen miteinander gekoppelt sind. Dabei ist der eine Schlitz grosser als der andere ausgeführt, wobei der kleinere Schlitz den gewünschten Koppelgrad festlegt. Durch diese Schlitzausführung wird bewirkt, dass keine Änderung der Kopplung eintritt, wenn eine geringfügige Verschiebung der Abschirmbecher gegeneinander vorhanden ist. Die Spule des ersten Wendelresonators ist an einen Hochfrequenz-Transistorverstärker angekoppelt und wird von einem parallel und/oder in Serie liegenden Kondensator abgestimmt. Die zweite Spule wird von einem festen Kapazitätswert abgestimmt, der von einem zwischen das hochimpedante Ende und den Abschirmbecher geschalteten Kondensator gebildet wird. Die dritte Spule liefert das Ausgangssignal der Abstimmvorrichtung und kann mit einem festliegenden Kapazitätswert.abgestimmt werden, der ebenfalls zwischen dem hochliegenden Ende der Spule und dem Abschirmbecher angeordnet ist. Parallel zu diesem Kondensator kann auch die Eingangskapazität des nachfolgenden, als Mischer wirksamen Transistors für die Abstimmung von Einfluss sein.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Miniatur-Rundfunkempfänger mit einer Abstimmvorrichtung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Chassis mit der daran angebrachten Abstimmvorrichtung;

" 3 - Fig. 3

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Fig. 3 das Schaltbild der Abstimmvorrichtung und die damit verbundenen Elemente in schematischer Darstellung; .

Fig. 4 konstruktive Einzelheiten der Abstimmspulen und der dazugehörigen Abschirmbecher;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Spul ene iahe it mit dem dazugehörigen Abschirmbecher·,

In Fig. 1 ist ein Miniatur-Kundfunkempfänger dargestellt, bei welchem die Abstimmvorrichtung gemäss der Erfindung Verwendung finden kann. Dieser Empfänger ist für die Verwendung von ultrahohen Frequenzen geeignet und z.B. bei einer Frequenz von 450 MHz einsetzbar. Der Empfänger ist in einem Gehäuse 10 untergebracht, in dem hinter einem durchbrochenen Gehäuseteil 11 ein Lautsprecher für die Wiedergabe angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses kann eine eingebaute Antenne vorgesehen sein; jedoch ist an einem Bügel eine Buchse 12 angebracht, an welche eine Auseenantenne angeschlossen werden kann. Eine weitere, an dem Bügel vorgesehene Buchse 14 dient dem Anschluss eines Zweitlautsprechers bzw. eines Kopfhörers· Eine von Hand bedienbare Einstellvorrichtung 15 ist einerseits als Schalter ausgebildet, mit dem der Empfänger eingeschaltet werden kann, und andererseits für die Lautstärkeregelung vorgesehen. Ein zweiter, als Druckknopfschalter ausgebildeter Schalter 16 kann dazu benutzt werden, um eine weitere Betriebsfunktion auszuführen. Der in Fig· I dargestellte Empfänger ist in einer solchen §rdsse ausgeführt» dass er in der Tafrehe getragen oder in der Hand des Benutzers gehalten werden kann. Das Empfängergehäuse ist etwa 12,7 cm lang, 6,3 cm breit und ©twa 2,7 cm tief. ■ ■·

In Fig. 2 ist ein Teil des Empfängerchassis bei einem abgenommenen Gehäuse dargestellt. Die von der Antenne empfangenen Signale werden einem HF Verstärker zugeführt, der eine

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Abstimmvorrichtung umfasst, die innerhalb von Abschirmbechern 20, 22, und 24 angeordnet ist. Ein Abschirmbeeher 27 ist für weitere Stufen des Empfängers vorgesehen. Diese Abschirmbecher können aus einem dünnen leitenden Metall, z.B. aus Kupferblech, hergestellt sein.

In i"ig. 3 ist die Schaltung des HF Verstärkers und die damit verbundenen Elemente des Empfängers dargestellt. Die Schaltung umfasst aus Wendelresonatoren gebildete Abstimmelemente, die miteinander verbunden sind und die Spulen 30, 32 bzw. innerhalb der Abschirmbecher 20, 22 und 24 enthalten. Die Abschirmungen sind in dem Schaltbild schematisch mit gestrichelten Linien dargestellt und mit den Bezugszeichen 20, und 24 gekennzeichnet.

Die Schaltung funktioniert derart, dass Signale von. der Antenne 36 empfangen und über eine Koppelschaltung mit einer Spule 37 und einem Kondensator 38 an die Basis eines Transistors 39 übertragen werden. Die vom Kollektor des Transistors 39 abgegebenen Signale werden an eine abgestimmte Schaltung mit der Spule 30 und den Kondensatoren 40 und 41 angelegt, von der eine Rückkopplung über einen Kondensator 43 und einen Widerstand 44 zur Basis des Transistors 39 verläuft. Alle Elemente des HF Verstärkers und somit der Transistor 39, die abgestimmte Schaltung aus der Spule 30 und den Kondensatoren 40 und 41 sowie die Rückkopplungsschaltung sind innerhalb des Abschirmbechers 20 angeordnet.

Zwischen den Spulen 30 und 32 erfolgt eine induktive Signalübertragung, "wobei die Spule 32 durch einen Kondensator 46 abgestimmt ist, der zwischen dem hochliegenden Ende der Spule und dem Äbschirmbecher 22 liegt. Es findet ferner eine weitere induktive Signalübertragung von der Spule 32 zur Spule 34 statt, die mit einem Abgriff an der Basis eines Transistors

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50 liegt. Dieser Transistor "besitzt die Punktion eines Mischers, Die Spule 34 wird zumindest zum Teil von der Eingangskapazität des Transistors 50 abgestimmt; es kann jedoch zwischen dem hochliegenden Ende der Spule 34 und dem Abschirmbecher ein Kondensator 48 angeordnet sein, der ebenfalls für die Abstimmung vorgesehen.ist. Die Spulen 30, 32 und 34 sind mit Kernen versehen, die sich von der niederimpedanten Seite her in die Spule erstrecken und der Einstellung der Impedanz dienen.

Ton einer Oszillator- und Vervielfacherstufe 51 aus werden Signale über eine' abgestimmte Schaltung aus einer Spule 52 und den Kondensatoren 53 und 54 an das untere Ende der Spule 34 angelegt. Die Oszillator- und Vervielfacherstufe kann eine achtfache Vervielfachung der Kristallfrequenz bewirken, wobei die abgestimmte, aus der Spule 52 und dem Kondensator 54 bestehende Schaltung diejenigenßignale unterdrückt, welche eine weitere dreifache Multiplikation in der Mischstufe 50 bewirken. An die Basis des Transistors 50 wird die am Kondensator

53 liegende Spannung über die Spulen 52 und 34 als Vorspannung angelegt. Die Oszillatorsignale werden zusammen mit den HF Signalen in die Basis des Transistors 50 eingespeist und liefern am Ausgang der Mischstufe die Zwischenfrequenz. Das Mischstufen-Ausgangssignal steht am Kollektor des Transistors 50 zur Verfügung und wird in einen abgestimmten Schaltkreis

54 eingespeist, der bestimmte Signale der vorgegebenen Zwischenfrequenz auswertet. Diese Frequenz liegt wesentlich niedriger, und es können zur Auswertung der Zwischenfrequenz bekannte abgestimmte Schaltkreise Verwendung finden.

In Fig. 4 ist der konstruktive Aufbau der Spulen und der Abschirmbecher der Abstimmvorrichtung im Detail dargestellt* Die nachfolgende Erörterung besieht sich auf die Darstellung gemäss Fig. 4 in Zusammenhang mit der Darstellung gemäss Fig. 2. Die Spulen 30, 32 und 34 sind jeweils auf Spulen-

- 6 - - zylinder

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zylinder 31» 33 und 35 angeordnet, die ihrerseits auf dem Chassis befestigt sind und durch entsprechende öffnungen auf der Oberseite der Abschirmbecher 20, 22 und 24 ragen. Der Abschirmbecher 20 besitzt gemäss der Darstellung einen Schlitz 21 in der Seitenwand, die dem Abschirmbecher 22 gegenüberliegend ist. Die an diesen Schlitz angrenzende Seitenwand des Abschirmbechers 22 ist mit einem Schlitz 23 versehen, der in seiner Grosse so ausgelegt ist, dass die gewünschte Kopplung zwischen der Spule 30 und der Spule 32 bewirkt wird. Der Schlitz 21 im Abschirmbecher 20 ist. grosser als der Schlitz 23 und wirkt sich daher nicht auf den Kopplungsgrad aus. Durch dia Vergrösserung des Schlitzes 21 wird erreicht, dass die Örtliche Zuordnung der beiden Abschirmbecher 20 und 22 unkritisch ist. Wenn nämlich Schlitze gleicher Grosse verwendet würden und die Abschirmbecher nicht genau aufeinander ausgerichtet wären, würden die seitlichen Kanten der Schlitze je nach der Zuordnung der beiden Becher zueinander eine Verkleinerung der Öffnung bewirken, so dass deren Grosse von der örtlichen Zuordnung der beiden Abschirmbecher abhängen würde.

Die dem Abschirmbecher 24 gegenüberliegende Wand des Abschirmbechers 22 ist ebenfalls mit einer öffnung 25 versehen, der eine entsprechende öffnung in der Wand des Abschirmbechers gegenüberliegt. Die öffnung 25 ist wiederum grosser als die öffnung 26, so dass nur die öffnung 26 für die Einstellung der Kopplung zwischen der Spule 32 und der Spule 34 verantwortlich ist. Es ist offensichtlich, dass jede der beiden öffnungen für die Einstellung der Koppliang verwendet werden kann, wobei die ander© öffnung jedoch grosser sein soll,-damit sie die Kopplung nicht beeinflusst_β Die Dimensionierung der Spulen und der AbscMrmb@ch©r ist derart aufeinander abgestimmt, dass die Kapazität gwise&en dar Spul© maa dem ATbsciiirmbecher mit der Induktivität des Spule zusammenwirkt₉ um durch ©in© ©ansprechende kapazitive Belastung des We&delresenators die Abstimmung auf die gewünschte Frequenz zu

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Ι β M50P-270+GH

In Fig. 5 ist der aus der Spule 32 und dem Abschirmbecher bestehende Wendelresonator im Schnitt dargestellt. Die Spule 32 wird maschinell gewickelt und auf einer Kernhülse 33 an- ' geordnet, die ihrerseits in einer öffnung in dem aus einem isolierenden Material bestehenden Chassis 38 befestigt ist. Die Kernhülse kann aus Fiberglas und das Chassis aus einem Kunstharzglas hergestellt sein. Für die Spule kann ein gewundener keramischer Kern. Verwendung finden, der metallisiert ist. Durch die Chassisplatte, die in Form einer gedruckten Platte ausgeführt sein kann, verläuft eine Verbindung von der Spule 32 zu einem Masseanschluss 39 und ist mit diesem verlötet. Zwischen das induktiv hochliegende Ende der Spule k und den Abschirmbecher 22 ist ein Kondensator 46 geschaltet, der als kapazitive Belastung wirksam ist. Bei einer Abstimmvorrichtung zur Verwendung bei 450 MHz kann der Kondensator 46 einen Wert von etwa 2,2/U/uF aufweisen. Die Spule 32 besteht aus einem Kupferdraht bestimmter Kupferqualität, der mit einer geeigneten Isolation (Formvar) versehen ist.

Der Kern 29 wird in die Kernhülse 33 vom unteren Ende, d.h. vom niederimpedanten Ende der Spule 32 aus eingeschraubt und gestattet eine Feinabstimmung der Induktivität und damit des Wendelresonators. Die Spulen 30 und 34 sind ebenfalls mit derartigen Abstimmkernen versehen. Die Kerne sind aus einem leitenden Material hergestellt, das z.B. aus Aluminium be-} stehen kann, und werden vorzugsweise von unten, d.h. vom niederimpedanten Ende der Spule her in die Kernhülse eingeschraubt, die auf dem Chassis befestigt ist. Auf diese Weise wird der Verlust an hochfrequenter Energie verhältnismässig gering. Die Spulen 30 und 34· sowie die Kernhülsen 31 und 35» auf welchen sie angeordnet sind, können in derselben zuvor für die Spule 32 und die Kernhülse 33 beschriebenen Weise aufgebaut und am Chassis befestigt werden.

- 8 - Die

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Die vorausgehend beschriebene Abstiismvorpichtung eitles sich als besonders vorteilhaft fiii* Miniätür^Sücnempfanger_t deren Trosse und Gewient klein sein soll. Der konstruktive Aufbau ist besonders kostensparend nerÄustellen und erfordert keine gegossenen Abschirmungen oder sonstige spezielle Teile.

- 9 - Patentanspruch«

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Claims

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

Ίο

8 MÜNCHEN 71*10. Juli 1969

Melchlorttreße 42

Mein Zeichen: M5OP-27Ö+GH

]?atentansprüch.e

Kömpakte Äbstimiivorriehtüng für ültranone Frequenzen. mit einer Vielzahl von durch, verstellbare Spulenkerne abstimmbaren Spülen und diese Spulen umfassenden Absehifmbechern, die sieh auf Mässepotential befinden, dadurch, gekennz e i chne t, dass die Spulen (30, 32* 3*) in den Abschirmbechern (20, 22, 24) derart angeordnet sind, dass jeweils ein Wendelresonator entsteht, dass die Wände der aneinander angrenzenden AbsehirBbeeher mit Schlitzen (21, 23» 25, 26) versehen sindi durch welche eine induktive Kopplung von einer Spule auf die andere erfolgt, wobei die hochfrequenten Signale an eine Spule (30) angelegt und von einer anderen Spule (34) abgegriffen werden·

2· Abstimmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Schlitz in den aneinander angrenzenden Wänden der Abschirmbecher von einer bestimmten, den Eoppelgrad bestimmenden Grosse ist, wogegen der in der gegenüberliegenden Wand angebrachte Schlitz grosser und ohne Einfluss auf die Kopplung ist.

3· Abstimmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k β nn ζ β i c h η e t, dass die Spulenkerne auf der niederimpedanten Seite der Spule angeordnet sind und aus einem leitfähigen Material bestehen, das niedere Verlustleistungen bewirkt.

4·. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Spulen hintereinander angeordnet und die hochfrequenten Signale von der ersten über die zweite zur dritten Spule übertragbar sind.

5» Abstimmvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der hochimpedanten Seite zumindest einer Spule und dem, zugehörigen Abschirmbecher ein Kondensator angeordnet ist.

6. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch g e kennz e i c h η e t, dass die erste Spule durch einen ersten Kondensator abgestimmt ist, dass zwischen dem hochimpedanten Ende der zweiten und dritten Spule und dem zugehörigen Abschirmbecher jeweils ein Kondensator angeordnet ist, und dass die dritte Spule über einen Abgriff mit einem Halbleiter verbunden ist, dessen Kapazität zusammen mit dem Kondensator am hochimpedanten Ende der Spule diese abstimmt.

7. Kompakte Abstimmvorrichtung für ultrahohe Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die ultrahohen Frequenzsignale an die Basis eines ersten Transistors angelegt werden, dessen Kollektor mit einer ersten, aus einer Vielzahl von durch verstellbare Spulenkerne abstimmbaren Spulen in Verbindung steht, die zusammen mit einem die jeweilige Spule umgebenden und auf Hasse liegenden Abschirmbecher einen Wendelresonator bilden, dass die Wände der aneinander angrenzenden Abschirm-

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becher mit Schlitzen versehen sind, durch welche eine induktive Kopplung von einer Spule auf die andere erfolgt, und dass die Basis eines zweiten Transistors an dem Abgriff einer weiteren der Vielzahl der Spulen liegt und das abgegriffene Signal kollektorseitig an einen v/eiteren abgestimmten Schaltkreis liefert.

8. Abstimmvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch g e kennz ei ohne t, dass die Schlitze in den aneinander angrenzenden Wänden der Abschirmbecher unterschiedliehe Grosse aufweisen, und dass nur einer der beiden gegenüberliegenden Schlitze durch seine Grosse den Grad der induktiven Kopplung festlegt.

9. Abstimmvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der niederimpedanten Seite der Spule eingeführten Spulenkerne aus Aluminium hergestellt sind.

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