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Siebkette zur Übertragung von Schwingungen eines bestimmten Frequenzbereiches.
Es ist bekannt, daß man aus verschiedenen elektrischen Schwingungen eine bestimmte
Frequenz dadurch aussondern kann, daß man einen elektrischen Schwingungskreis verwendet
der auf diese bestimmte Schwingungszahl abgestimmt ist. Er spricht auf die gewünschte
Frequenz an, während alle übrigen Frequenzen mehr oder weniger stark unterdrückt
werden. Schaltet man mehrere solcher Schwingungskreise hintereinander, so verschwinden
mit jedem folgenden Kreise die abweichenden Frequenzen immer mehr und die gewünschte
Schwingungszahl erscheint immer reiner. Man nennt diese hintereinandergeschalteten
elektrischen Schwingungskreise daher eine Siebkette.
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Siebketten werden sowohl bei der drahtlosen Telegraphie und Telephonie
verwendet als auch bei der Hochfrequenztelegraphie und -telephonie über Leitungen.
Nun genügt es aber bei diesen Verwendungsarten nicht, eine einzige Schwingungszahl
aufzunehmen, da die Sendefrequenz nicht immer genau eingehalten werden kann. Die
Siebketten müssen vielmehr, wenn sie ihre Aufgabe erfüllen sollen, alle Schwingungen
durchlassen, die innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches liegen. Bei der Verwendung
eines einzigen Schwingungskreises läßt sich dies durch eine etwas stärkere Dämpfung
erreichen; je größer nämlich die Dämpfung, um so flacher verläuft tiie Resonanzkurve.
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In Abb. i ist I die Resonanzkurve bei geringerer Dämpfung, 1I die
Resonanzkurve bei größerer Dämpfung. Als Abszissen sind die Schwingungszahlen, als
Ordinaten die Stromamplitüden aufgetragen.' Der Schwingungskreis ist auf die Schwingungszahl
w, abgsstimmt. Im Bereich co' bis w" sollen die Schwingungen noch gut übertragen
werden, bei geringeren oder größeren Frequenzen gar nicht mehr. Die Abbildung zeigt,
daß ein Schwingungskreis mit der durch vergrößerte Dämpfung erzielten Resonanzkurve
1I nur ein Notbehelf ist. Denn die Schwächung derjenigen Frequenzen, die genau der
Abstimmungsfrequenz entsprechen, ist schon
stark fühlbar, und anderseits
werden Frequenzen, die eigentlich ausgeschieden werden sollten, nicht genügend unterdrückt.
Das Ideal wäre eine Resonanzkurve von rechteckigem Verlauf, wie sie in Abb. 2 dargestellt
ist. Hier würden alle Frequenzen zwischen co' und ui" gleich gut übertragen werden,
alle anderen Frequenzen so gut wie völlig unterdrückt.
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Bei Verwendung von Siebketten kann man den zu übertragenden Frequenzbereich
dadurch verbreitern, daß man für eine enge Kopplung der einzelnen Schwingungskreise
Sorge trägt. Es entstehen dann Kopplungsfrequenzen, deren Maxima um so weiter voneinander
entfernt ist, je enger die Kopplung ist. Abb. 3 stellt die Resonanzkurve einer S
gliedrigen Siebkette dar und zeigt, daß diese Kurve einer rechteckigen wie in Abb.
2 schon etwas näher kommt als die gedämpfte Resonanzkurve 11 der Abb. i. Man kann
nun durch Veränderung der Abstimmung, der Dämpfung und des Kopplungsgrades der verschiedenen
Glieder der Siebkette die Resonanzkurve in ihrer Form verändern, und man könnte
vielleicht durch Ausprobieren Siebketten herstellen, die der idealen Forderung befriedigend
nahekommen. Ein derartiges Ausprobieren ist aber ein zeitraubendes und unsicheres
Verfahren und gibt keinerlei Gewähr, daß man dabei das Beste erreicht, was mit den
vorhandenen Mitteln möglich wäre.
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Gegenstand der Erfindung sind nun bestimmte Arten von Siebketten,
bei denen sich durch ein rechnerisches oder zeichnerisches Verfahren eine günstige
Form der Resonanzkurve erzielen läßt. Daß die Bestimmung der hierzu erforderlichen
Abstimmungsfrequenzen, Dämpfungen und Kopplungsgrade vor dem Zusammenbau der Kette
möglich ist, gibt der Erfindung eine große Überlegenheit gegenüber den bisherigen
Siebketten.
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Die Siebketten gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß
der Kopplungsgrad zwischen zweien ihrer Glieder so lose ist, daß zwischen diesen
zwei Gliedern keine Kopplungsschwingungen oder nur geringfügige Kopplungsschwingungen
auftreten können, während die Kopplung zwischen allen übrigen Gliedern enger ist,
nämlich so eng, daß ausgesprochene Kopplungsschwingungen auftreten. Die lose Kopplungsstelle
trennt also die ganze Kette in zwei Teile, wobei jeder Teil für sich betrachtet
seine eigene Resonanzkurve hat. jede der beiden Kurven weist eine Anzahl Maxima
auf, die um so deutlicher ausgeprägt sind, je enger die Kopplung zwischen den einzelnen
Gliedern des Kettenteiles ist. je größer man bei demselben Kopplungsgrade die Dämpfung
macht, um so mehr nähern sich die Maxima einander. Man kann die Zahl und die Entfernung
der Maxima rechnerisch bestimmen. Die Rechnung wird besonders einfach, wenn man
jeden Teil der Kette an sich homogen macht, d. h. allen Gliedern des betreffenden
Kettenteiles die gleiche Abstimmungsfrequenz und die gleiche Dämpfung gibt und den
Gliedern untereinander den gleichen Kopplungsgrad. Auch wenn die Dekremente nicht
miteinander übereinstimmen, so kann man doch für die Rechnung ein gemeinsames mittleres
Dekrement zugrunde legen, allerdings nur, wenn die Zahl der Glieder nicht zu groß
ist. Man erhält nun durch lose Aneinanderfügung beider Kettenteile eine der rechtwinkligen
nahekommende Resonanzkurve, wenn man die Maxima und die Minima jedes Teiles so gewählt
hat, daß die Maxima der einen Resonanzkurve zwischen die Maxima der anderen Resonanzkurve
fallen. Besonders leicht läßt sich dies durchführen, wenn der eine Teil eine gerade
Anzahl von Gliedern, der andere Teil der Kette eine ungerade Anzahl von Gliedern
aufweist. Dann liegt bei der ersteren ein Minimum, bei der letzteren ein Maximum
in'der Mitte. Sorgt man auch im übrigen dafür, daß die Maxima der einen mit den
Mixima der anderen Kurve zusammenfallen, so entsteht eine Kurve, wie sie beispielsweise
in Abb. 5 dargestellt ist. Sie ist entstanden durch Übereinanderlagerung der beiden
Resonanzkurven 11:I, und IV in Abb. 4.. ' 111 ist die Resonanzkurve einer
Kette mit zwei Schwingungskreisen, IV - die einer Kette mit drei Schwingungskreisen.
Die Kreise sind in Abb. 6 schematisch dargestellt. Der erste Teil der Kette besteht
aus den Schwingungskreisen i und 2, die untereinander eng gekoppelt sind und durch
die Windungen 6 angeregt werden. Der zweite Teil der Kette besteht aus den Schwingungskreisen
3, .l, 5. Der fünfte Schwingungskreis gibt die Energie an die Windungen 7 weiter,
die sie irgendeiner Aufnahmevorrichtung zuführen. Die Kopplung zwischen i und 2
ist so eng, daß ausgesprochene Kopplungswellen entstehen, wie sie in der Kurve 111
der Abb. .I erkennbar sind. Auch die Schwingungskreise 3, 4, 5 sind untereinander
so eng gekuppelt, daß die Kopplungsfrequenzen sich deutlich bemerkbar machen (Kurve
IV Abb. .I), wenn es auch zur Ausbildung mehrerer Maxima noch nicht gekommen ist.
Werden nun der erste Teil der Kette und der zweite miteinander verbunden, indem
die Schwingungskreise 2 und ; lose gekoppelt werden, so überlagern sich die Kurven
111 und IV. Um die Stromamplitüden, die bei konstanter Erregung durch die Windungen
6 an die Windungen 7 weitergegeben werden, als Funktion der Frequenz zu ermitteln,
braucht man nur die zusammengehörigen Werte der Kurven 111 und IV miteinander zu
multiplizieren und erhält dann die in Abb. 5 dargestellte Resonanzkurve der gesamten
aus fünf Gliedern bestehenden Kette. Es zeigt sich, daß diese Kurve in der Tat der
rechteckigen Form schon recht nahekommt. Die geringen Schwankungen
im
horizontalen Teil der Kurve zwischen c und (i stören so gut «2e gar nicht, so daß
alle Schwingungen, die zwischen diesen beiden Frequenzen liegen, praktisch gleich
gut durchgelassen werden. Vor dem Punkte c und hinter dem Punkte d dagegen fällt
die Kurve überaus steil ab.
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Bei der Leichtigkeit, mit der sich aus den Kurven III und IV die Kurve
Abb. 5 berechnen läßt (durch Multiplikation der zusammengehörigen Größen von III
und I`@, ist es nicht schwer, auf dem Papier diejenigen Formen der Kurven III und
IV auszuwählen, die zusammen eine möglichst günstige gemeinsame Kurve ergeben. Die
Formen für die Kurven III und IV anderseits lassen sich, wie oben erwähnt, durch
Änderung der Dämpfungen und Kopplungsgrade leicht beliebig variieren.
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Die Vorteile der Erfindung machen sich auch schon geltend, wenn der
eine Teil der Kette nur aus einem einzigen Gliede und der andere Teil der Kette
aus zwei Gliedern besteht. Wählt man die Dämpfung für das eine Glied so, daß die
Kurve V der Abb. ; entsteht, und wählt man Dämpfung und Kopplungsgrad der beiden
Glieder des anderen Teiles so, daß die Resonanzkurve VI entsteht, so ergeben beide
Kurven zusammen eine Resonanzkurve nach Abb. 8, wie man sieht, eine für praktische
Zwecke schon recht günstige Kurve.
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Die Resonanzkurve der ganzen Kette läßt sich aus den Resonanzkurven
ihrer Teile nur dann durch einfache Multiplikation der zusammengehörigen Werte finden,
wenn die Kopplung der beiden Teile lose ist. Hat man aber durch Probieren auf dem
Papier die günstigsten Verhältnisse für die Dämpfungen und Kopplungsgrade zwischen
den Gliedern der einzelnen Teile festgelegt, so gelingt es häufig, durch eine geringe
Vergrößerung des Kopplungsfaktors zwischen den beiden Teilen die Kurvenform noch
zu verbessern. Abb. 9 zeigt wieder die Resonanzkurven VII und VIII der einzelnen
Teile, durch deren Überlagerung sich die Resonanzkurve der ganzen Kette Abb. io
ergibt.' Der ausgezogene Teil von Abb. io ist die Resonanzkurve bei loser Kopplung
zwischen den beiden Teilen der Kette. Die Abbildung zeigt, daß die beiden seitlichen
Maxima bei e und f erheblich höher sind als das mittlere Maximum bei g. Hat man
die Dämpfung und Kopplung für die einzelnen Teile der Kette so bestimmt; daß sich
die Kurve nach Abb. io ergibt, so kann man nunmehr auch die Maxima bei e und f so
weit herabsetzen, daß sie das Maximum bei g nicht mehr überragen, und zwar läßt
sich das durch eine engere Kopplung zwischen den beiden Teilen der Kette erreichen.
`Wird nämlich diese Kopplung so eng gewählt, daß die Ausbildung von Kopplungsschwingungen
zwischen den beiden Teilen gerade beginnt, so sind die Punkte der Kurve nach Abb.
io nicht mehr einfache Produkte aus den Kurven VII und VIII der Abb. 9, es tritt
vielmehr eine kompliziertere Rechnung an die Stelle des einfachen Multiplizierens.
Immerhin genügt ein ein- oder höchstens zweimaliger Versuch, um denjenigen Grad
der Kopplung festzustellen, der die drei Maxima e, f, g ungefähr auf dieselbe Höhe
bringt. Der Kopplungsgrad zwischen den beiden Teilen der Kette muß aber immerhin
noch geringer sein als die Kopplungsgrade innerhalb jedes Teiles, da andernfalls
die weniger vollkommene Kurve einer gewöhnlichen fünfgliedrigen Kette entstehen
würde, wie Abb. sie zeigt.
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Es steht nichts im Wege, an eine aus zwei lose gekoppelten Teilen
bestehende Kette noch einen dritten Teil durch lose Kopplung anzufügen, um durch
Überlagerung einer dritten Resonanzkurve der Rechteckform noch näher zu kommen.