-
Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von störenden Schwingungen in
Hochfrequenzkreisen mittels Kompensation 1n Hochfrequenzsenderkrrisen macht sich
das X-orhandensein von Störschwingungen, besonders in Form von Ober- oder Neben-«-ellen,
oft in sehr unangenehmer Weise beinerkbar. Ein mit teilweisem Erfolg dagegen angewandtes
Mittel bietet die bekannte Anwendung von sogenannten Zwischenkreisen. Eine andere
auch bereits vorgeschlagene Methode. an die sich im besonderen die Erfindung anlehnt,
besteht in der Kompensation der Störschwingungen, indem man den nicht gewünschten
Schwingungen Schwingungen gleicher Amplitude und, da es sich um Wechselströme handelt,
gleicher Phase überlagert, wodurch ihre Wirkungen sich gegenseitig aufheben. Wenn
es nun auch ein leichtes ist, die Amplituden der Kompensationsschwingungen auf den
gewünschten Wert einzuregulieren, so scheiterte diese Methode bisher fast ausschließlich
an der Einstellung der richtigen Phase, indem man bis jetzt eine vollständige Beherrschung
der Phasenverhältnisse, insbesondere bei verzweigten und komplizierten Schaltungsgebilden,
zu erreichen nicht imstande war. Die durch die vorliegende Erfindung gegebenen Störbefreiungsschaltungen
beheben diese Nachteile, indem man bei der Einstellung der Kompensationsspannung
von den Phasenverhältnissen entweder vollkommen oder aber zum mindesten innerhalb
der für die praktische Wirksamkeit der Methode noch zulässigen Grenzwerte unabhängig
ist. Der
| Erfindungsgedanke kann in kurzen Worten |
| dahingehend zusammengefaßt werden, daß |
| man Wechselströme bzw. Schwingungen von |
| einem Primärkreis (beispielsweise dein Er- |
| zeugerkreis) auf einen Sekundärkreis (bei- |
| spielsweise Verbraucherkreis oder Antenne |
| auf zwei getrennten, in ihrer räumlichen An- |
| ordnung und ihren elektrischen Verhältnissen |
| vollkommen symmetrischen Wegen überträgt, |
| und zwar das eine Mal mit um i8o` ver- |
| schobener Phase, und daß man in einen Über- |
| tragungsweg als Sperr- oder Schluckkreise zu |
| bezeichnende, aus einer Selbstinduktion und |
| Kapazität bestehende Gebilde einschaltet, wo- |
| durch für Schwingungen bestimmter Fre- |
quenz das Auftreten einer Kompensationsspannung im Sekundärkreis verhindert wird.
Durch die genaue Symmetrie der beiden Übertragungswege wird eine gleiche Phasenänderung
in beiden Wegen erzielt, so daß im Sekundärkreis eine die Kompensationswirkung störende
Phasendifferenz nicht auftritt. Um zu diesem Zweck die durch Einschaltung in den
einen C.bertragungsweg von Sperr- oder Schluckkreisen hineingebrachte LTnsymmetrie
praktisch belanglos zu machen, müssen die Übertragungsglieder (meistens Selbstinduktionsspulen)
derartig dimensioniert «-erden, daß sie - im wesentlichen die Phase bestimmen und
die eben erwähnten Änderungen auf die Gesamtwirkung keinen Einfluß haben.
-
Wie im einzelnen die Verhältnisse liegen
müssen, geht
am besten an Hand einer Betrachtung einiger Ausführungsbeispiele zur Verwirklichung
des. Erfindungsgegenstandes, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht
sind, hervor, wobei noch weitere wesentliche, den Erfindungsgegenstand bestimmende
Einzelheiten angegeben werden sollen.
-
Die Ausführungsbeispiele zeigen Schaltungsanordnungen für Hochfrequenzerzeugeranlagen
mittels sogenannter eisenhaltiger Frequenzwandler. Die Anordnung kann aber ohne
weiteres auf jede Art von Wechselstromkreisen, in denen störende Schwingungen auftreten,
beispielsweise bei Röhrensendern, Poulsensendern, bei Anlagen sowohl ohne als auch
mit Draht, wie beispielsweise bei der Wechselstromtelegraphie auf Leitungen u. a.
m., Anwendung finden.
-
Die Schaltungsanordnung kann, je nachdem nur eine störende Welle auszuscheiden
ist oder je nachdem zugleich mehrere Störwellen zu beseitigen sind, unterschieden
werden, und Abb. i zeigt beispielsweise eine Störbefreiungsschaltung zur Beseitigung
einer einzelnen Störschwingung. i bedeutet darin den eine Wicklung :2 tragenden
Eisenkern des Frequenzwandlers. Kapazität 3 und Abstimmselbstinduktion 4 liegen
in dem an die Klemmen des Frequenzwandlers angeschlossenen Vervielfachungskreis
I (bei wechselstromgesättigten Frequenztransformatoren,wie bei den Abbildungen angenommen,
auch Stoßkreis genannt).
-
Die Primärseite des Frequenzwandlers ist an eine geeignete Wechselstromquelle
der zu vervielfachenden Grundfrequenz, beispielsweise eine Hoehfrequenzmaschine
(in der Abbildung nicht veranschaulicht), angelegt zu denken. Die im Vervielfachungskreis
auftretenden unreinen Schwingungen teilen sich nun hinter dem Kondensator 3 in .zwei
Wege, bestehend aus je einer Kopplungsselbstinduktivität 5 und 6, um sich danach
wieder zu vereinigen und über die AbstimmselbstinduktiOn 4 und Frequenzwandlerwicklung
2 zu einem Kreise zu schließen. Die beiden Spulen 5 und 6 sind räumlich sowie elektrisch
genau symmetrisch, und da der Strom bei gleichem Windungssinn in der durch Pfeile
angedeuteten Weise verläuft, so heben sich die Wirkungen zweier ebenfalls symmetrisch
angeordneter, -hintereinandergeschalteter Sekundärspulen 7 und 8, vorausgesetzt,
daß dieselben gleichen Wicklungssinn haben, auf, d. h. es tritt im Kreise II (Zwischenkreis),
bestehend aus den beiden Kopplungsselbstinduktionen 7 und 8, einer Abstimmkapazität
g und einer A>bstimmselbstindv'ktion io sowie einer weiteren Kopplungsinduktivität
i i, eine vollständige Kompensation der übertragenen Schwingungen ein. Mit dem Kreise
Il ist beispielsweise ein Antennenkreis, bestehend aus Antenne 14, Verlängerungsselbstinduktion
13, Kopplungsselbstinduktion 12 und Erdverbindung 15, gekoppelt. Soll
nun vom Vervielfachungskreis I auf den Zwischenkreis II die übertragung einer einzigen
Störwelle verhütet werden, mit anderen Worten, nur diese allein im Kreise II eine
Kompensationsspannung liefern, so wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
man in die eine Verzweigung des Primärkreises I einen auf diese Störwelle a, abgestimmten
sogenannten Schluckkreis, bestehend aus einer Serienschaltung, einer Kapazität und
einer Selbstinduktivität, die auf die zu beseitigende Welle abgestimmt sind, einschaltet
(Spannungsresonanzschaltung). Ein solcher Kreis bietet bekanntlich für die Schwingung,
auf die er abgestimmt ist, den kleinsten Widerstand, und die in seinen Enden auftretende
Spannung entspricht dem reinen, durch die Verluste gegebenen Obmschen Spannungsverlust.
Für alle anderen Schwingungen, die von seiner Eigenfrequenz ajbweichen, bildet er
einen hohen Widerstand. Der Effekt dieser Anordnung ist der, daß bei allen von der
Störwelle a, abweichenden Schwingungen die Symmetrie gestört, d. h. die Kompensation
im Kreise II aufgehoben wird, während dieselbe nur für die Welle as bestehen bleibt.
Um eine ganz genaue Abgleichung zu erreichen, ist es zweckmäßig, in den anderen
Verzweigungsweg einen dem Verlustwiderstand des Kreises 16 entsprechenden O,hmschen
Widerstand 17 einzuschalten. Diese als Differenzkopplungsmethode zu bezeichnende
Methode hat gegenüber der Verwendung eines gewöhnlichen Zwischenkreises den großen
Vorteil, daß sie eine sogenannte Nullmethode darstellt, also eine ungemein schärfere
Einstellmöglichkeit bietet, indem man bei einem Zwischenkreis auf Idas Resonanzmaximum,
das immer flach verläuft und keine ausgeprägte Spitze hat, einstellen muß, während
bei der erfindungsgemäß angewandten Methode die Einstellung auf das Resonanzminimum
sich in äußerst genauer Weise einregulieren läßt. Da ein auf Spannungsresonanz abgestimmter
Kreis (Schluckkreis) einen .reinen Oh mschen Widerstand für die betreffende Welle,
auf die er albgestimmt ist, darstellt, so wird eine zusätzliche, die Symmetrie störende
Phasenverschiebung in dem einen Übertragungsweg nicht hervorgerufen, wodurch der
obererwähnte Nachteil einer Nichtbeherrschung der Phasenverhältnisse bei der vorliegenden
Kompensationsschaltung vollständig behoben ist. Es lassen sich mit der angegebenen
Schaltung
störende Schwingungen, die in ganz unmittelbarer -Nähe der Hauptsclfwingungen liegen,
einwandfrei beseitigen.
-
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich nun auch in einfacher
Weise dazu benutzen, nicht nur eine einzige Störwelle zu beseitigen, sondern alle
Störwellen aufzuheben, so daß nur die -Nutzwelle übrigbleibt. Die hierzu nötige
Schaltungsausführung ist in Abb. a dargestellt.
-
Die Schaltungsanordnung ist, soweit die Bezugszeichen i bis 15 in
Betracht kommen, genau die gleiche wie in Abb. i, nur ist statt des in Abb. i verwendeten,
auf die Störwelle a, abgestimmten Schluckkreises 16 ein sogenannter aus einer Kapazität
und parallel geschalteter Induktivität bestehender Sperrkreis 18 in die eine Verzweigungsleitung
eingeschaltet, der jetzt aber nicht auf die Störwelle a,;, sondern auf die gewünschte
Nutzwelle an abgestimmt ist. Ein solcher Kreis (Stromresonanzschaltung) verhält
sich gerade umgekehrt wie der in Abb. i verwandte Schluckkreis; er bietet für die
Welle, auf die er abgestimmt ist, einen äußerst hohen Widerstand, sperrt also dieselbe
gleichsam ab, während er die anderen Wellen ohne weiteres hindurchläßt. Der Effekt
dieser Schaltung ist also der, daß jetzt die -Nutzwelle allein keine Kompensationsspannung
im Kreise 1I liefert, d. h. allein dort auftritt, während alle anderen Wellen durch
Kompensation in ihrer Wirkung aufgehoben werden. Es ist zweckmäßig, den Sperrkreis
18 mit möglichst großer Kapazität und möglichst kleiner Selbstinduktion zu bemessen,
welch letztere bis auf die Dimension einer einzigen Schleife reduziert werden kann,
dann werden die Schwingungen höherer Frequenz als die Sperrfrequenz (Nutzfrequenz)
über die Kapazität und diejenigen geringerer Frequenz als die Nutzfrequenz über
die Selbstinduktion kurzgeschlossen, d. h. für sie wird die Symmetrie nicht gestört,
während die Nutzschwingungen einen äußerst hohen Widerstand erfahren und dadurch
eine Unsymmetrie hervorrufen. Eine noch weitere Bedingung für die Wirksamkeit einer
derartigen Anordnung ist die folgende: Da ein solcher Sperrkreis für die Wellen
unterhalb seiner Eigenfrequenz einen induktiven, für solche oberhalb derselben einen
kapazitiv en Widerstand darstellt, so kommt dadurch eine zusätzliche Phasenverschiebung
zustande, die eine zusätzliche Unsymmetrie für die Kompensationsschwingungen darstellt.
Dies kann erfindungsgemäß auf einen praktisch unmerklichen Wert vermindert werden,
dadurch, daß man die Kopplungsselbstinduktionen 5 und 6 derart, und zwar möglichst
groß bemißt, so daß durch sie in den Verzweigungskreisen die Phase im wesentlichen
bestimmt ist und die soeben erwähnten kleinen Phasenänderungen auf die Gesamtwirkung
keinen Einfluß haben. Letzteres wird besonders dann der Fall sein, wenn es sich
darum han-,lelt, in symmetrischen Abständen von -der utzwelle liegende Nebenwellen
zu beseitigen, wie sie beim Frequenzwandler der in den Abbildungen veranschaulichten
Mefhode auftreten, bei denen die erzeugten Hochfrequenzschwingungen die Form einer
modulierten Schwingung besitzen, was j e ein rechts und links von der Nutzwelle
liegendes Seitenfrequenzband bedeutet. Da diese Seitenfrequenzen ziemlich nahe an
der Nutzfrequenz liegen, ist auch die Phasenverschiebung gering und hat auf die
Gesamtphasenverschiebung, vorausgesetzt, daß die Induktionsspulen 5 und ö entsprechend
dimensioniert sind, keinen merklichen Einfluß. Um aber dennoch auch für weiter abliegende
Störfrequenzen die Phasenabgleichung vollkommener zu gestalten, kann nach einem
weiteren Erfindungsgedanken in den anderen Zweig der Verzweigungsschaltung noch
ein zusätzlichesWiderstandsabgleichselement eingeschaltet werden. Unterhalb der
Sperrfrequenz liegende Schwingungen können dabei, da diese, wie schon erwähnt, einen
induktiven Widerstand erfahren, durch Einschalten einer Selbstinduktivität i9 von
geeigneter Größe, oberhalb der Sperrfrequenz liegende Schwingungen können, da dieselben
einen kapazitiven Widerstand erfahren, in analoger Weise durch eine Kapazität 2o
von geeigneter Größe ausgeglichen werden. Die Werte der Ausgleichsglieder i9, 2o
stellen günstige Mittelwerte dar, wodurch es erreicht werden kann, daß die Abgleichung
innerhalb der für die Wirksamkeit der Kompensation nötigen Grenzwerte bleibt. Damit
sowohl die Frequenzen oberhalb als auch unterhalb der Nutzfrequenz ausgeschaltet
werden, kann die Anordnung so getroffen sein, daß zwei Verzweigungsanordnungen hintereinander
Verwendung finden, d. h. claß der Kreis II mit dem Antennenkreis in genau der gleichen
Weise wie der Kreis I mit dem Kreis II verbunden ist. Kreis I kann dann beispielsweise
alle Störschwingungen unterhalb der-Nutzfrequenz (Einschalten einer Selbstinduktion
i9) und der Kreis II alle Schwingungen oberhalb der -Nutzfrequenz (Einschalten einer
Kapazität 2o) beseitigen.
-
Je nach den vorhandenen Verhältnissen können die v orbeschriebenen
Schaltungsanordnungen in jeder beliebigen Kombination Anwendung finden. Es kann
beispielsweise die Anordnung gemäß Abb. i vervielfachte Anwendung finden, wenn nur
wenige ganz stark ausgeprägte Störwellen auszuscheiden
sind, oder
es kann auch die Anordnung gemäß Abb.2 zur Verstärkung des Effektes vervielfacht
hintereinander angewendet werden, oder aber auch es können beide kombiniert sein,
wenn beispielsweise einmal eine Reihe von gleich starken Störwellen, dann aber noch
eine oder mehrere besonders stark ausgeprägte Störwellen uniwirksam gemacht werden
sollen. Eine solche Schaltung zeigt beispielsweise die Abb.3, bei der zuerst im
Kreise I Störbefreiung gemäß der Schaltung nach Abb.2 zur Unterdrückung mehrerer
Störwellen und dann im Kreise II Beseitigung einer einzigen noch besonders stark
vorhandenen Welle nach der Schaltungsanordnung gemäß der Abb. i vorgenommen wird.
-
Statt einer bisher beschriebenen galvanischen Verzweigung zur Erzeugung
der Kompensationsspannungen kann auch eine rein magnetische Verzweigung verwendet
werden, wie dies beispielsweise zur Unterdrückung sämtlicher Störfrequenzen durch
die Abb.4 veranschaulicht ist. i bedeutet wiederum den die Wicklung 2 tragenden
Eisenkern des Frequenzwandlers, 3 die Stoßkreiskapazität, 4 die Stoßkreisselbstinduktion,
5 und 6 sind wiederum zwei ,genau symmetrische Kopplungsspulen. Mit letzteren ist
je ein aus ebenfalls symmetrischen-Kopplungselementen 7 bzw. 8 und 9 bzw. io, ferner
Abstimmkapazität i i bzw. 12 bestehender Zwischenkreis gekoppelt, welch beide Zwischenkreise
die Schwingungen auf genau symmetrischen Wegen auf die gleichfalls symmetrischen
Kopplungsspulen 13 und 14 des aus Antenne 15, Verlängerung öselbstinduktivität 16
und Erdleitung 17 bestehenden Antennenkreises übertragen. Die Anschlüsse der Kopplungsspulen
geschehen derart, daß die Übertragung über einen Zwischenkreis in entgegengesetzter
Phase wie über deii anderen Kreis erfolgt. 18 bedeutet den aui die Nutzwelle abgestimmten
Sperrkreis gar/ analog der Anordnung gemäß Abb.2. Ini übrigen gestalten sich die
Verhältnisse genau so wie bei den Anordnungen gemäß Abb. i bis 3, nämlich die Dimensionierung
der Eieinente des Sperrkreises sowie die eventuelle Verwendung von Ausgleichswiderständen,
fernerhin die Anwendung eines Schluckkreises an Stelle des in Abb.4 gezeichneten
Sperrkreises zur Beseitigung nur einer Störschwingung sowie endlich die kombinierte
Verwendung der beiden möglichen Schaltungsanordnungen.