DE484845C - Phasenzahlwandler, insbesondere fuer die Zwecke der Hochfrequenz-Nachrichten-UEbermittlung laengs Leitungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
23. OKTOBER 1929

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a * GRUPPE

Wired Radio, Inc. in East Orange, V. St. A.

Patentiertem Deutschen Reiche vom 11. Juni 1926 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Phasenzahlwandler, der hauptsächlich, aber nicht ausschließlich für die Zwecke der Hochfrequenz-Nachrichten-Übermittlung, z. B. der drahtgerichteten Hochfrequenz- Fernmeldung, bestimmt ist.

Die Erfindung besteht darin, daß um eine Mittelelektrode vier sich paarweise gegenüberstehende bogenförmige Elektroden angeordnet und den Elektrodenpaaren phasenverschoben© Spannungen zugeführt werden, so daß zwischen der Mittelelektrode und den bogenförmigen Elektroden ein seine Richtung änderndes elektrostatisches Feld entsteht; der Einwirkung dieses Feldes wird eine der herzustellenden Phasenzahl entsprechende Anzahl von Zwischen elektroden, die zwischen der Mittelelektrode und den äußeren bogenförmigen Elektroden angeordnet sind, ausgesetzt, so daß In₁ diesen Zwischenelektroden durch das zwischen Mittelelektrode und Außenelektroden erzeugte veränderliche Feld Wiechselspannungen induziert werden.

Der Phasenzahlwandler nach der Erfindung arbeitet also mit einem elektrostatischen Drehfeld, im Gegensatz zu den bekannten, mit einem magnetischen Drehfeld arbeitenden Phasmzahlwandlern.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die in den Zwischenelektroden erzeugte MehrphasenJiochfrequenzwechselspannung dazu benutzt, eine entsprechende Anzahl von Verstärkerröhren zu steuern, deren Strom ζ. B. einer Mehrphasenkraftleitung, die zur Fortleitung der Hochfrequenz wellen dient, zugeführt wird.

Die zur Speisung der beiden Elektrodenpaare erforderliche Zweiphasenspanimmg wird erfindungsgemäß, wenn es sich um Hochfrequenzspannung handelt, aus einem Einphasenstrom gleicher Frequenz mit Hilfe einer an sich bekannten, aber für die Zwecke derartiger Phasenwandler noch nicht benutzten Schaltung erzeugt: Die Schaltung besteht aus zwei Sc'hwingungskreisen, von denen der eine zu Schwingungen der gewünschten Frequenz erregt wird, während der andere, der genau oder annähernd auf die gleiche Schwingungszahl abgestimmt ist, so mit dem ersten gekoppelt ist, daß die Schwingungen in beiden Kreisen ganz oder annähernd um 90⁰ gegeneinander versetzt sind. Die an den Kapazitäten der beiden gekoppelten Kreise auftretenden Spannungen, die ebenfalls ganz oder annähernd um 90⁰ versetzt sind, werden dann den beiden Elektrodenpaaren zugeführt.

Die Abbildungen zeigen Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung.

Abb. ia, ib., ic, Id₁ zeigen die elektrostatische Drehfeldeinrichtunig. Abb. 2 zeigt einem Phasenzahlwandler, der eine Zweiphasenspannung in Dreiphasenspanrourag umwandelt, nebst der Einrichtung zur Erzeugung der Zweiphasenspannung atns einer Emphasenspannung.

ίο Abb. 3 ist das Schaltungsschema eines vereinigten Schwingungserzeugers, Wandlers, Verstärkers und Modulators, in dem Einphasenhochfrequenzstrom erzeugt, in Dreiphasenbochfrequenzstrom umgewandelt, verstärkt, entsprechend den zu übermittelnden Zeichen moduliert und auf eine Dreiphasenkraftleitemg übertrageini wird.

Abb. 4 ist das Schaltungsschema einer anderen Wandleranordnung, in der Einphasenhiochfrequenizstrom zur Hervorbringung zweier Spannungen mit einer Phasenverschiebung von 90° benutzt wird und die zur Erzeugung von Sechsphaserihochfrequenzstrom geeignet ist.

Die elektrische Drehfeldeinirichtung nach Abb. ιa bis id besteht aus einem zylindrischen Leiter 1, drei bogenförmigen Leiterstücken 2, 3, 4, die um 120⁰ gegeneinander versetzt sind, und vier bogenförmigen Leiterstücken 5, 6, 7, 8, die um 90⁰ gegeneinander versetzt sind. Die Stücke 2, 3 und 4 sind vorzugsweise gelocht oder aus Drahtgewebe hergestellt oder in ähnlicher Weise gebaut, wie in Abb. ic angedeutet. Jedes der Stücke 1 bis 8 stellt die Platte eines Kondensators, dar, wie man ohne weiteres sieht. Jedes der Stücke ι bis 8 ist von dem anderen durch ein geeignetes Dielektrikum, das in dein meisten Fällen Luft sein wird, elektrisch isoliert. Unterstützungen für die Stücke sind nicht dargestellt, aber in der praktischen Ausführung müssen notwendigerweise geeignete Gestelle vorgesehen sein.
Wenn an die Stücke 5 und 7 eine Einphasenspannungsquelle angelegt wird, entsteht zwischen ihnen ein elektrisches Wiedhsielfeld. Wenn, eine zweite Einphasenspannungsquelle von gleicher Höhe und Frequenz an die Teile 6 und 8 angelegt wird, so entsteht zwischen diesen ein zweites elektrisches Wechselfeld, Wenn die Phasenverschiebung zwischen den beiden Einphasenspannungen 90⁰ beträgt, entsteht ein elektrisches Drehfieild, wie für den Fachmann leicht ersichtlich. Mit anderen Worten, in dem von den Stücken 5, 6, 7, 8 eingeschlossenen Raum entsteht ein elektrisches Feld, das die Resultante der erwähnten Felder bildet und dessen Achse gleichförmig um den Mittelpunkt 9 (Abb. ia) umläuft.

In elektrischen Kondensatoren, die aus drei oder mehr voneinander isolierten Platten aufgebaut sind und bei denen nur die Endplatten an Spannung gelegt sind, ist bekanntlich in jedem Augenblick die Summe der Eineelspannungen zwischen benachbarten Platten gleich der Spannung zwischen den Enden. Z. B. enthalte ein Kondensatoraufbau vier Platten in gleichem Abstand, und die End-' platten seien an eine Wechselstromquelle angelegt. Wenn der Höchstwert der Spannung über ,alles beispielsweise 99 Volt beträgt, so beträgt die Höchstspanniung zwischen benachbarten Platten 33 Volt, da hier drei dielektrische Räume vorhanden sind.

In Abb. ia können die Stücke 1, 2, 3 und 4 als die Zwischenplatten eines Kondensators, entsprechend den Zwischenplatten des Kondensators in dem obenerwähnten Beispiel, aufgefaßt werden. Ersichtlich ruft das elekirische Drehfeld Spannungen zwischen den Stücken 1 und jedem der Stücke 2, 3 und 4 hervor, und jede dieser Spannungen steigt und fällt und kehrt sich um, genau oder annähernd nach einem Sinusgesetz. Außerdem haben ersichtlich diese drei Spannungen eine Phasenverschiebung von 120⁰ gegeneinander.

Daraus folgt, daß sich eine Dreiphasenspannung durch Einrichtungen der in Abb. ia bis id dargestellten Art erzeugen läßt, wenn Zweiphasenspannung zur Verfügung steht. Auch können natürlich mit ähnlichen Einrichtungen Spannungen von jeder höheren Phasenizahl erzeugt werden, wenn eine entsprechend größere Anzahl von Platten nach Art der Stücke 2, 3 und 4 angewandt wird.

In Abb. 2 ist die elektrische Drehfeldeinrichtung der Abb. ia in Verbindung mit geeigneten Schaltungen zur Umwandlung von Einphasenhochfrequenzspannung in Zweiphasenhochfrequenzspannung dargestellt, die ihrerseits in der oben beschriebenen Art in Dreiphasenspannung umgewandelt wird. Ein Einphasenhochfrequenzstrornerreger 10 ist induktiv durch Spulen 11 und 12 mit einem Kreis 13 gekoppelt, der vorzugsweise, wenn auch nicht notwendig auf die Frequenz der Quelle 10 abgestimmt ist. Der Kreis 13 enthält einen Kondensator 14, der veränderlich oder nicht veränderlich sein kann, und ferner eine veränderliche Induktanz 1.5 und eine Spule 16. Die veränderliche Induktanz 15 ist nicht wesentlich, aber zweckmäßig für die Abstimmung, besonders wenn Kondensator 14 fest ist. Die Klemmen des Kondensators 14 sind mit den Stücken 6 und 8 der Drehfeldeinrichtung verbunden.

Ein zweiter abgestimmter Kreis 17, der einen Kondensator 18, eine veränderliche Induktaniz 19 und eine Spule 20 enthält, ist induktiv mit dem Kreis 13 gekoppelt. ■ Wenn

die Spulen 16 und 20 richtig gekoppelt sind, ist die Hochfrequemzspannung am Kondensator 18 um 90⁰ außer Phase gegen die am Kondensator 14. Die Entstehung der Phasenverschiebung soll nicht erklärt werden, sondern möge als eine Tatsache hingenommen werden, die außerdem den, Fachleuten ohne weiteres erkennbar ist.

Durch den Einphasenhoehfrequenzerzeuger 10 und die richtig abgestimmten und gekoppelten Kreise 13 und 17 entstehen drei Wechselspannnungen von 120⁰ Phasenverschiebung zwischen dem geerdeten Stück 1 und den drei Stücken 2, 3 und 4.

Eine Anwendungsform der Anordnung nach Abb. 2 in Verbindung mit Vakuumröhrenverstärkern und Modulatoren ist in Abb. 3 dargestellt.

In Abb. 3 ist ein Vakuumröhrenschwinguiigserzeuger 10, entsprechend dem Erzeuger 10 in Abb. 2, in induktiver Kopplung mit einem abstimmbaren Kreis 13, entsprechend dem Kreis 13 der Abb. 2, dargestellt. Alle Stücke des Kreises 13 in Abb. 3 entsprechen denen des Kreises 13 aus Abb. 2, nur daß in den erstgenannten noch ein Milliamperemeter 21 eingeschaltet ist. Ebenso entspricht der Kreis 17 in Abb. 3 dem Kreis 17 der Abb. 2, bis auf die Einschaltung des Milliampieremeters

22. Die Milliamperemeter gestatten eine bequeme Feststellung der Spannungen an den Kondensatoren 14 und 18. Wenn diese Kondensatoren genau gleiche Kapazität haben und den Stückepaaren 5, 7 und 6, 8 je gleiche Spannungen aufgezwungen werden sollen, so ist es nur nötig, die Ströme in den Kreisen 13 und 17 gleich einzustellen.

Der Schwingungserzeuger 10 in Abb. 3 kann von beliebiger Art sein (dargestellt ist eine Vakuumschwingungsröhre bekannter Art). Drei Vakuumröhrenverstärker von der Dreielektrodenbauart 23, 24, 25 sind dargestellt. Die Gitter dieser Röhren sind mit den Stücken 2, 3 und 4 verbunden, und die Fäden sind durch eine gemeinsame Erdleitung mit dem Stück 1 der elektrischen Drehfeldeinrichtung verbunden.

Die Gitter der Verstärkerröhren erhalten zweckmäßig eine negative Vorspannung. In dem dargestellten Beispiel wird diese durch eine Gitterbatterie 26 hervorgerufen, die mit den drei Gittern durch Hochohmwiderstände 27, 28 und 29 verbunden ist.

Der Anodenstrom für die Verstärkerröhren 23, 24, 25 geht von dem Gleichstromgenerator 30 durch eine Drosselspule 31 mit Eisenkern und durch Hochfrequenzdrosselspulen 3²> 33, 34· Die Modulatorröhren, ,35, 36, 37 empfangen ihre Anodenspannung von dem Gleichstromerzeuger 30 durch die Drosselspule 31. Die Drosselspule 31 dient in bekannter Art dazu, den von der Quelle 30 gelieferten Strom praktisch gleich zu erhalten. Die Hochfrequenzdrosselspulen32_jl 33, 34 in Verbindung mit Blockkondensatoren 42, 44, 46 verhindern in bekannter Art den Durchgang von Gleichstrom durch die Ausgangskreise der Röhren 23, 24, 25 und den Rückfluß von Hochfrequenzstrom zur Quelle 30 und den Röhren 35, 36, 37.

Die telephonische Modulation wird mit einem Mikrophon 38, das mit der Primärwicklung eines geeigneten Transformators 39 in Reihe geschaltet ist, vorgenommen;, die Sekundärwicklung des Transformators liegt in den parallelen Gitterkreisen der drei Modulatorröhren 3S₃ 36, 37. -

Die als Folge der vom Mikrophon 38 aufgenommenen Spracheindrücke o. dgl. den Gittern der Modulatorröhreni aufgezwungenen Potentialänderungen bewirken entsprechende Änderungen in der Raumimpedanz der Modulatorröhren. Die Anodenkreise aller Verstärker- und Modulatorröhren liegen parallel (da sie zwischen der Leitung 40 und Erde liegen), und alle erhalten ihren Strom von dem Erzeuger 30, der ebenfalls zwischen Leitung 40 und Erde geschaltet ist. Wegen der mit dem Erzeuger 30 in Reihe liegenden Drosselspule 31 von hoher Induktanz bleibt die Strom- _go stärke praktisch gleich. Deshalb ruft jede Änderung in der Stärke des auf die Modiulatorröhren entfallenden Stroms eine entsprechende Wirkung auf den Strom in den Verstärkerröhren hervor. Dies entspricht dem Prinzip der sogenannten Modulation bei gleichbleibendem Strom.

Die Hochfrequenzleistung der Verstärkerröhren wird entsprechend moduliert. Wenn auch gerade dieses Modulationsverfahren dargestellt und beschrieben ist, so können doch natürlich auch andere Verfahren benutzt werden.

Die Anoden,- oder Ausgangskreise der drei Verstärkerröhren 23, 24, 25 enthalten je die Primärwicklung der Hochfrequenztransformatoren 41, 43, 45 in Reihe mit Kondensatoren 42, 44 und 46.

Bei dieser Anordnung sind die drei Hochfrequemzströme in den Verstärkerausgangskreisen gegeneinander um praktisch 120⁰ versetzt.

Die drei Sekundärwicklungen 47, 48, 49 sind im Stern an die Klemmen eines Dreiphasennetzes, bestehend aus den Leitungen 50, 51 52, angelegt. Diese können die Leitungen eines Dreileiter-Dreiphasenkraftnetzes in einer elektrischen Kraftverteilungsanlage sein. Jede der drei Leitungen 50, 51, 52 ist mit einem regelbaren Kondensator 53, 54, 55 und einer regelbaren Induktanz 56, 57, 58 zum Zwecke der Abstimmung ausgerüstet. Die Leitungen

können dadurch auf die Übertragungshachfrequenz abgestimmt werden.

Das Rechteck 59 deutet eine Belastung an. Diese Belastung kann in einem Dreiphasenkraftverteilungsnetz bestehen, das mit einer Anzahl von Drahtrundsendung-Teilnehmerstel len in dem vorher festgelegten Sinne verbunden ist, oder auch in einer vielphasigen Kraftfernleitung oder auch in einer in geeigneter Weise angeschlossenen Radioantenne oder mehreren solchen.

Die in Abb. 3 gezeichnete Anordnung stellt

natürlich nur eine von vielen brauchbaren Anordnungen dar, die ebensogut benutzt werden können, um die vorliegende Erfindung zu verkörpern.

In Abb. 4 ist eine abweichende Anordnung zur Umwandlung von Einphasenhochfreuqenzspannung in zwei Phasen und darauf in sechs Phasen gezeigt. Sie läßt sich ebensogut zur Erzeugung einer beliebigen Phasenzahl benutzen.

In dieser Abbildung ist ein Einphasenhochfrequenz-Schwingungserzeuger 60 in Reihe mit den Kondensatoren 61 und 62, einem Widerstand 63 und einer regelbaren Induktanz 64 geschaltet. Der Kondensator 62 und der Widerstand 63 sind vorzugsweise regelbar. Die regelbare Induktanz 64 kann, muß aber nicht angewandt werden, je nach Zweckmäßigkeitsgründen.

Bekanntlich sind in einem Wechselstromkreis mit Kapazität und Widerstand in Reihe die Spannungen am Widerstand und an der Kapazität immer annähernd um 90⁰ gegeneinander verschoben. Im vorliegenden Beispiel ist daher die Spannung am Widerstand 63 immer um 90⁰ gegen die Spannung am Kondensator 62 verschoben. Diese Anordnung liefert also eine Zweiphasenspannung, aus der in der vorher beschriebenen Weise jede beliebige Phasenzahl hergestellt werden kann. Die Teiles', ⁶'> 7^f> 8' der Abb. 4 entsprechen je den Teilen 5, 6, 7, 8 der Abb. la. Die gemeinsame Klemme 65 von Widerstand 63 und einstellbarem Kondensator 62 ist mit den Teilen 6' und 7' verbunden, während die Klemmen66 und 67 je mit den Teilens' und 8' verbunden sind. Dadurch wind ein elektrisches Drehfeld erzeugt.

Sechs gelochte bogenförmige Stücke 6S-73, öle in ihrer Wirkung den Teilen 2, 3 und 4 der Abb. ia entsprechen, sind in dem elektrischen Drehfeld Bach Abb. 4 zusammen mit einem zylindrischen Stück 1, das dem zylindrisehen Stück 1 der Abb. la entspricht, angeordnet. Die Teile 68-73 siaa gegeneinander um Winkel von· 6o° versetzt. Auf diese Art entsteht ersichtlich eine Sechsphasenhochfrequenzspannung.

Die an die Stücke 68-73 angeschlossenen Leitungen können je zu dem Gitter einer Verstärkerröhre führen, ähnlich wie bei der Anordnung nach Abb. 3, und das Stück 1' kann ebenso durch eine gemeinsame Erdleitung mit den Fäden dieser Verstärkerröhren verbunden sein. Da die Dreielektrodenvakuumröhre ihrer Natur nach ein spannungsabhängiges Gerät ist, läßt sich der elektrische Vielphasenerzeuger der beschriebenen Art vorteilhaft in Verbindung mit Hochfrequenzvakuumröhreniverstärkern benutzen.

Zahlreiche Abänderungen der beschriebenen Anordnung fallen noch in den Bereich der Erfindung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Phasenzahlwandler, insbesondere für die Zwecke der Hochfrequeniz-Nachrichten-Übermittlung längs Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß um eine gemeinsame Mittelelektrode herum vier sich paarweise gegenüberstehende bogenförmige Elektroden angeordnet sind, daß ferner den beiden Elektrodenpaaren phasenverschobene Spannungen derart zugeführt werden, daß zwischen Mittel- und Gegenelektroden ein elektrisches Drehfeld entsteht, in dem eine der gewünschten Phasenzahl entsprechende Anzahl von Zwischenelektroden angeordnet ist.

2. Phasenzahlwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zwischenelektroden Röhrenverstärker angeschlossen sind.

3. Phasenzahlwandler nach Anspruch 1 . und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiphasenspannung mittels zweier Stromkreise erzeugt wird, von denen der eine zu einphasigen Schwingungen erregt und - der zweite, ganz oder annähernd auf die Schwingungszahl abgestimmte unter solchen Bedingungen mit dem ersten gekoppelt ist, daß die in den Kreisen fließenden Ströme wesentlich um 0.0⁰ gegeneinander verschoben sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen