DE3315474C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungsresonator, der einen Außenleiter und einen hohlen zylindrischen Innenleiter aufweist und mit einer Anregungseinrichtung kombiniert ist, um elektromagnetische Wellen innerhalb des Resonators zu erzeugen, wobei zur Einstellung der Resonanzfrequenz eine veränderbare Serieninduktivität am Innenleiter vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die Konstruktion von Hohlraumresonatoren für das untere VHF-Fernsehband ist ein besonderes Problem. Idealerweise soll ein solcher Resonator minimale Größe und möglichst kleines Gewicht haben und die erforderliche Bandbreite mit der größtmöglichen Leistungsverstärkung bringen. Für den VHF-Bereich von 54 bis 88 MHz (Fernsehkanäle 2 bis 6 in den USA) ist es sehr schwierig, diese Forderungen gleichzeitig zu erfüllen. Größe und Gewicht können durch Verwendung von konzentrierten Elementen im Ausgangskreis gering gehalten werden, jedoch werden das Produkt von Verstärkung und Bandbreite sowie die Schaltungsstabilität gewöhnlich durch Streukapazitäten und parasitäre Resonanz verschlechtert. Ein Ausgleich zwischen Leistungsvermögen und Größe kann durch Ausgangsresonatoren in Koaxialbauweise erzielt werden, wobei man gewöhnlich eine gewisse Einbuße im Produkt von Verstärkung und Bandbreite in Kauf nimmt, um zu verhindern, daß der Resonator zu groß wird.

Es wurde festgestellt, daß bei einem Leitungsresonator, der einen Wellenwiderstand (Z₀) im Bereich von 85 bis 100 Ohm und einen Innenleiter mit einem Durchmesser von etwa 7,62 bis etwa 10,16 cm hat, eine Resonatorlänge von nur ungefähr 36 cm erforderlich ist, um eine Resonanz der mit Röhre und Resonator gebildeten Schaltung bei 88 MHz mit sehr geringer gespeicherter Energie und nahezu optimalem Produkt von Verstärkung und Bandbreite zu erzielen. Um jedoch beim selben Wellenwiderstand auf 54 MHz abzustimmen, wäre eine Resonatorlänge von etwa 81 cm erforderlich und das Produkt von Verstärkung und Bandbreite wäre auf etwa 20% des bei 88 MHz erzielten Wertes reduziert.

In der US-Patentschrift 24 35 442 ist eine kapazitive Abstimmeinrichtung für einen konzentrisch gebauten Leitungsresonator beschrieben. Eine kapazitive Abstimmeinrichtung kann jedoch den gewünschten Frequenzbereich nicht mit einer vernünftigen Resonatorlänge bringen.

Die US-Patentschrift 23 63 641 offenbart eine kompakte, mit mehreren Hohlräumen arbeitende Abstimmeinrichtung, bei welcher der ansonsten ungenutzte Raum innerhalb eines konzentrischen Leitungstuners genutzt wird, um einen oder mehrere zusätzliche hintereinandergeschaltete Abstimmteile aufzunehmen. Diese Struktur ist in erster Linie ein stufenweise einstellbarer Resonator, der durch die Hinzufügung einer ganzen Zahl zusätzlicher hintereinandergeschalteter Abstimmteile grob abgestimmt werden kann. Eine kontinuierliche Frequenzverstellung erfolgt mittels einer abgestimmten Kapazität, die zwischen den Endplatten der hintereinandergeschalteten Abstimmteile gebildet ist. Der Abstimmbereich einer solchen Kapazität ist jedoch begrenzt. Die in Rede stehende Struktur ergibt zwar einen kompakten Abstimmresonator, sie ist jedoch nicht geeignet, eine Abstimmung über den breiten Frequenzbereich des unteren VHF-Fernsehbandes zu bringen, ohne die Größe und das Gewicht des Resonators unvernünftig groß werden zu lassen.

Aus der deutschen Patentschrift 10 26 381 ist ein abstimmbarer Leitungsresonator der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem eine zur Einstellung der Resonanzfrequenz am Innenleiter vorgesehene Serieninduktivität durch eine Wendel gebildet wird, deren Wirksamkeit durch Verschieben einer Abdeckhülse verändert werden kann. Bei einer derart kontinuierlich veränderbaren Induktivität besteht jedoch die Gefahr, daß sich die Hülse nach vorgenommener Einstellung im Herstellerwerk ungewollt verschiebt, etwa beim Versand oder während der Montage. Ein weiterer Nachteil ist, daß der mögliche Änderungsbereich der Serieninduktivität im bekannten Fall in direkter Beziehung zum räumlichen Stellbereich der Hülse steht, d. h. wenn man einen weiten Bereich unterschiedlicher Serieninduktivität ermöglichen will, muß man einen entsprechend großen Raum für die unterschiedlichen Stellungen der Hülse lassen. Bei gegebener Resonatorlänge ist dieser Raum jedoch begrenzt. Will man also einen abstimmbaren Leitungsresonator schaffen, der sich durch geringe Größe und kleines Gewicht auszeichnet, dann muß dies im bekannten Fall auf Kosten des Einstellbereichs für die Serieninduktivität gehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leitungsresonator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung so auszubilden, daß der durch Einstellung der Serieninduktivität mögliche Abstimmbereich breiter als im bekannten Fall ist und dennoch Größe und Gewicht des Resonators in vernünftigen Grenzen bleiben. Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs dadurch gelöst, daß die Serieninduktivität gebildet ist durch eine stromleitende Überbrückung einer Unterbrechung des Innenleiters mittels eines oder mehrerer diskreter, lösbar befestigter leitender Streifen, die sich in Längsrichtung erstrecken und deren Anzahl und/oder Abmessungen und/oder Positionen zur Änderung des Induktivitätswertes der Serieninduktivität wählbar sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Leitungsresonator genügt es zur Realisierung unterschiedlichster Induktivitätswerte der Serieninduktivität innerhalb eines weiten Bereichs, einen Vorrat an Streifen zu haben, die wahlweise als Überbrückungsglieder an der Unterbrechung des Innenleiters eingesetzt werden können. Bisher mußte ein Hersteller, der den Markt für Leitungsresonatoren unterschiedlicher Frequenzen innerhalb eines derartigen Bereichs befriedigen wollte, mehrere verschieden große Resonatorkörper bereithalten, deren jeder nur einen Teil dieses Frequenzbereichs abdecken konnte. Mit der Erfindung gelingt es, eine aufwendige Lagerhaltung verschieden großer Resonatoren und die damit verbundenen kommerziellen Risiken zu vermeiden.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen Leitungsresonator für eine Hochleistungstetrode;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Leitungsresonator für eine Hochleistungstetrode;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie 6-6 in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht von oben eine Alternative gegenüber der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 5 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehungen zwischen Resonatorlänge und Frequenz für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei der Innenleiter des Resonators einen Innendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der in Fig. 2 dargestellten Röhre ist.

In der Fig. 1 ist ein Viertelwellenlängen-Ausgangsresonator 10 für VHF dargestellt, der als Koaxialleitungsresonator ausgebildet ist. Der Resonator 10 weist einen rechteckig geformten Außenleiter 12 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt und einen zentral angeordneten rohrförmigen Innenleiter 13 auf. Im Bereich zwischen den Leitern 12 und 13 werden elektromagnetische Wellen des TEM-Typs (transversalelektro- magnetisch) erzeugt, und zwar durch irgendeine geeignete Anregungseinrichtung, wie sie mit der Leistungsröhre 16 dargestellt ist. Bei der Anregungseinrichtung kann es sich z. B. um eine Röhre des Typs RCA 8976 handelt oder um irgendeine andere geeignete Elektronenröhre. Die Röhre 16 ist eine Tetrode mit einer Kathode 18, einem Steuergitter 20, einem Schirmgitter 22 und einer Anode 24. Der Innenleiter 13 des Resonators 10 ist für Wechselströme über einen Platten- Koppelkondensator 26 mit der Anode 24 verbunden. Der Außenleiter 12 des Resonators 10 wird vorzugsweise auf dem HF-Massepotential betrieben und ist über einen Ableitkondensator 28 mit dem Schirmgitter 22 der Röhre 16 verbunden. Im hier beschriebenen Fall wird die Röhre 16 in einer Kathodensteuerschaltung betrieben, sie kann jedoch genausogut auch gittergesteuert sein. Die genaue Form der Elektronenröhre, die zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen zwischen den Leitern 12 und 13 verwendet wird, bildet keinen Teil der Erfindung; es läßt sich vielmehr jede geeignete Elektronenröhre für den genannten Zweck verwenden. Beim gewöhnlichen Typ solcher Resonatoren bilden die Elektroden der Röhre 16 selbst einen Teil der Begrenzung der Resonanzkammer. Die Länge des Resonators 10 kann mittels eines Kurzschlußschieber 30, der zwischen den Leitern 12 und 13 angeordnet ist, um etwa 22 cm verändert werden. Der Kurzschlußschieber 30 ist an mehreren Steuerstangen 32 befestigt, die an einem Ende 34 des Resonators herausstehen. Die Ausgangskopplung vom Resonator 10 erfolgt über eine Koppeleinrichtung 36, die zwischen den Leitern 12 und 13 angeordnet ist. Der beschriebene Resonator 10 ist herkömmlicher Bauart, und seine Ausgangsfrequenz wird durch die Länge des Resonanzraums bestimmt. Zur Realisierung eines Leitungsresonators für die Frequenzen des unteren VHF-Fernsehbandes, d. h. für den Frequenzbereich von 54 MHz bis 88 MHz, mußte bisher in Spezialanfertigung ein Resonator ausreichender Länge für die fünf Fernsehkanäle innerhalb des unteren VHF-Bandes gebaut werden. Ein solcher Resonator war jedoch nicht wirkungsvoll bei allen Frequenzen innerhalb des unteren VHF-Bandes und daher mußte man zur Erzielung optimalen Leistungsvermögens einen Kompromiß schließen.

Die Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen verbesserten Leistungsresonator 10, der einen Außenleiter 12 und einen neuartigen Innenleiter 14 aufweist. Der Außenleiter 12 hat einen quadratischen Querschnitt von z. B. etwa 43 cm Seitenlänge. Die Röhre 16 ist zentral innerhalb des Resonators 10 angeordnet, wobei das Schirmgitter 22 über den Ableitkondensator 28 mit einer Masseebene 38 gekoppelt ist, die mit dem Außenleiter 12 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die elektrischen Anschlüsse für die Röhre nicht dargestellt. Der Plattenkondensator 26 ist integral mit dem Kurzschlußschieber 30 ausgebildet. Die Röhre 16 enthält einen Röhrenradiator 40, der eine Vielzahl wärmeabstrahlender Rippen (nicht dargestellt) aufweist, die an der Außenfläche der Anode 24 befestigt sind. An den äußeren Enden der Rippen ist ein dünner Haltezylinder 42 befestigt. Der Radiator 40 liegt in einem Luftstrom oder irgendeiner anderen Kühlmittelströmung. Der Radiator 40 ist herkömmlicher Bauart und ausführlicher in der US-Patentschrift 29 51 172 beschrieben. Die Koppeleinrichtung für die Ausgangsankoppelung ist bei 36 dargestellt.

Die körperliche Länge des Resonators 10 kann geändert werden von etwa 59 cm, wobei der Kurzschlußschieber 30 voll zum Ende 34 des Resonators angehoben ist, bis auf etwa 37 cm, wobei der Kurzschlußschieber 30 tiefer im Resonatorhohlraum liegt.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weist der Innenleiter 14 einen ersten Teil 14 c und einen zweiten Teil 14 d auf, die zylindrisch und hohl sind und zwischen denen sich ein Dielektrikum befindet, im dargestellten Fall ein hohler Zylinder 70 aus dem Stoff "Synthane". Der erste Teil 14 c des Innenleiters 14 ist über den Haltezylinder 42 des Röhrenradiators 40 gelegt und daran befestigt. Beide Teile des Innenleiters 14 haben einen Innendurchmesser von etwa 21 cm, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Haltezylinders 42 des Röhrenradiators 40 ist. Ferner ist eine Vielzahl von in Längsrichtung angeordneten Streifen 72 vorgesehen, die lösbar mit ihrem einen Ende am ersten Teil 14 c des Innenleiters und mit ihrem anderen Ende am zweiten Teil 14 d des Innenleiters befestigt sind. Durch Änderung der Anzahl und des Ortes dieser Streifen bei gleichbleibender Streifengröße und Resonatorlänge können verschiedene Resonanzfrequenzen innerhalb eines weiten Frequenzbereichs eingestellt werden. Die nachstehende Tabelle I veranschaulicht dies für den Fall, daß die Resonatorlänge fest auf etwa 47 cm eingestellt ist, daß die Ankoppeleinrichtung 36 die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Lage hat, daß die Streifen 72 eine Breite von 1,9 cm, daß der Winkelabstand benachbarter Streifenorte (gemessen von Mitte zu Mitte) 45° beträgt und daß die Höhe des Synthane-Zylinders 70 bei etwa 18 cm liegt. Die Streifen sind an einem oder mehreren der in Fig. 3 gezeigten Orte vorgesehen. In der Fig. 3 sind insgesamt sechs solcher Orte 72 a bis 72 f dargestellt, von deren in Wirklichkeit aber nur höchstens vier Orte gleichzeitig von jeweils einem Streifen besetzt sind.

Tabelle II

Bei Vorhandensein eines einzigen Streifens 72 am Ort 72 b liegt die Resonanzfrequenz des Resonators 10 bei 54,00 MHz. Wenn weitere Streifen 72 an den in der Tabelle I angegebenen und in Fig. 3 gezeigten Orten hinzugefügt werden, wird die Resonanzfrequenz des Resonators 10 höher. Beim Vorhandensein von drei Streifen 72 an den Orten 72 a, 72 b und 72 c ist die Frequenz des Resonators 10 gleich 75,72 MHz. Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß wenn vier Streifen zwischen dem ersten und dem zweiten Teil 14 c und 14 d des Innenleiters 14 befestigt sind, die Frequenz davon abhängt, welche Lage die Streifen 72 relativ zueinander und relativ zum Außenleiter 12 haben. Bei der beschriebenen Struktur wird die Resonanzfrequenz des Resonators stufenweise durch Änderung des Wellenwiderstandes des durch den Resonator gebildeten Ausgangskreises verändert, was durch Hinzufügung oder Entfernen der Streifen 72 in der oben beschriebenen Weise geschieht. Anzahl und Ort der Streifen 72 ändern sowohl die Längsinduktivität als auch die Querkapazität des Resonators 10.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Breite der längs verlaufenden und lösbar befestigten Streifen 72, die Höhe des Synthane-Zylinders 70 und der Durchmesser des Innenleiters 14 die gleichen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3, jedoch ist der Winkelabstand (von Mitte zu Mitte) zwischen benachbarten Streifenorten auf 30° vermindert. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind sieben Streifenorte 72 g bis 72 m vorgesehen. In der nachstehenden Tabelle II sind verschiedene Streifenkonfigurationen aufgelistet, und für jede Konfiguration sind die sich bei unterschiedlichen Resonatorlängen ergebenden Resonanzfrequenzen eingetragen. Die Ergebnisse der Tabelle II sind graphisch in Fig. 5 dargestellt, wobei längs der Ordinate die Resonanzfrequenz des Resonators 10 in MHz und längs der Abszisse die Resonatorlänge in Zentimetern aufgetragen ist. Die Kurven D bis J gelten für die verschiedenen, in der Tabelle II aufgelisteten Konfigurationen (Anzahl und Ort) der Längsstreifen 72. Die Kurve K zeigt zu Vergleichszwecken, wie sich die Frequenz abhängig von der Resonatorlänge im Falle eines herkömmlichen Innenleiters 13 ändert, der einen Innendurchmesser von etwa 21 cm hat, aber die erfindungsgemäße veränderbare Impedanzeinrichtung nicht aufweist.

Tabelle II

Aus der Tabelle II läßt sich ersehen, daß bei Vorhandensein einer geraden Anzahl von Streifen 72 an Streifenorten wie z. B. den Orten 72 i und 72 j oder den Orten 72 j und 72 k die Resonatorfrequenzen für eine gegebene Resonatorlänge jeweils gleich sind, da in diesem Fall die Gruppen von Streifenorten symmetrisch bezüglich des Außenleiters 12 liegen. Für einen Fachmann wird zu erkennen sein, daß der Streifenort, der Abstand zwischen benachbarten Streifen und die Anzahl von Streifen gegenüber der Ankoppeleinrichtung 36 variiert werden kann, um die gewünschte Resonatorfrequenz und optimale Ankopplungscharakteristiken zu erzielen.

Es wurde auch eine zusätzliche Versuchsreihe durchgeführt, bei welcher die lösbar befestigten Längstreifen 72 am Synthane-Zylinder 70 nach Fig. 2 fortgenommen und durch lösbar befestigte Streifen ersetzt waren, die zu Spulen geformt und wendelförmig teilweise um das Synthane- Element geschlungen waren. Die in Fig. 5 dargestellte Kurve L veranschaulicht den Bereich von Resonatorfrequenzen bei Änderung der Resonatorlänge von etwa 59 cm bis etwa 40 cm für den Fall, daß zwischen den Teilen 14 c und 14 d des Innenleiters 14 ein 1,6 cm breiter wendelförmiger Streifen angeordnet ist, der den Synthane-Zylinder 70 mit einer vollen 360°-Windung umschlingt. Die Kurve M zeigt den sich für die in Fig. 5 aufgetragenen Resonatorlängen ergebenden Bereich der Resonatorfrequenzen im Falle eines wendelförmigen Streifens, der die gleiche Breite wie bei der Kurve L hat, aber den Synthane-Zylinder 70 nur über 270° umschlingt. Die Kurve N gilt für den Fall, daß ein Streifen, der die gleiche Breite wie bei den Kurven L und M hat, den Zylinder 70 über etwa 180° umschlingt. Die Kurve P stellt die Resonatorfrequenzen im Falle eines Streifens dar, der eine Breite von etwa 1,9 cm hat und den Zylinder 70 über einen Bogen von etwa 90° umschlingt.

Aus den Kurven L bis P der Fig. 5 läßt sich erkennen, daß die Resonatorfrequenzen für die verschiedenen gewendelten Streifen abnehmen, wenn sich die Streifenlänge einer vollen Windung annähert.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen natürlich nicht erschöpfend alle möglichen Variationen dar, wie der Durchmesser des Innenleiters, die Länge und die Breite der Streifen oder die Anzahl der Windungen geändert werden kann, um die Serieninduktivität des Innenleiters zu modifizieren. Allgemein kann die Resonanzfrequenz des Leitungsresonators durch Änderung jedes einzelnen der Resonatorparameter oder jeder Kombination dieser Parameter, entweder nacheinander oder gleichzeitig, variiert werden.

Claims (1)

1. Leitungsresonator, der einen Außenleiter und einen hohlen zylindrischen Innenleiter aufweist und mit einer Anregungseinrichtung kombiniert ist, um elektromagnetische Wellen innerhalb des Resonators zu erzeugen, wobei zur Einstellung der Resonanzfrequenz eine veränderbare Serieninduktivität am Innenleiter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Serieninduktivität gebildet ist durch eine stromleitende Überbrückung einer Unterbrechung des Innenleiters (14) mittels eines oder mehrerer diskreter, lösbar befestigter leitender Streifen (72), die sich in Längsrichtung erstrecken und deren Anzahl und/oder Abmessungen und/oder Positionen zur Änderung des Induktivitätswertes der Serieninduktivität wählbar sind.