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Anordnung zur Konstanthaltung der Resonanz eines Filters mit einer
zugeführten Schwingung Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Konstanthaltung
der Resonanz eines aus zwei gekoppelten Schwingungskreisen bestehenden Filters mit
einer zugeführten Schwingung hoher Frequenz (z. B. einige kHz) durch Beeinflussung
der Frequenz dieser Schwingung oder durch Änderung der Abstimmung des Filters. Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die an den zwei gekoppelten Schwingungskreisen
des Filters auftretende Phasenabweichung von dem normalen Phasenunterschied von
9o0 auf die unten angegebene Weise in eine Phasenabweichung einer niedrigeren Frequenz
von dem normalen Phasenunterschied o° umgewandelt wird und daß mit diesen Niederfrequenzen
verschiedener Phase ein Motor, z. B. nach Art eines Elektrizitätszählers, betrieben
wird, welcher die dem Filter zugeführte Frequenz oder die Abstimmung des Filters
ändert.
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Die Erfindung besteht, genauer gesagt; darin, daß die Abweichung von
dem bei Resonanz vorhandenen Phasenunterschied von 9o° zwischen den beiden Schwingungskreisen
in der Weise ausgenutzt wird, daß von dem einen Schwingungskreis 7 eine Spannung
abgenommen und mit einer niedrigeren Frequenz (Netzfrequenz) in einem Gegentaktinodulator
16, 16' moduliert wird und die entstandenen Seitenfrequenzen zu einer am anderen
Schwingungskreis 8 abgenommenen Spannung hinzugefügt werden und die dadurch entstandene
niederfrequent modulierte Schwingung in einem Gleichrichter 25 gleichgerichtet wird
und daß die bei einer Resonanzabweichung des Filters 7, 8 in diesem Gleichrichter
25 auftretende niedrige Frequenz (Netzfrequenz) zusammen mit der ursprünglichen
niedrigen Frequenz einen auf Phasenabweichung ansprechenden Motor (Elektrizitätszähler)
betreibt, welcher die Frequenz oder die Abstimmung des Filters ändert.
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Dem Ausführungsbeispiel liegt eine Anordnung gemäß Patent 633
203 zugrunde, nach welchem eine modulierte Hochfrequenz dadurch von der Modulation
befreit wird, daß die ankommende modulierte Hochfreqenz durch Mischung mit einer
örtlich erzeugten Oszillatorfrequenz in eine niedrigere Frequenz von einigen iooo
Hertz umgewandelt, gesiebt und durch Mischung mit derselben Oszillatorfrequenz wieder
auf die ursprüngliche Frequenz gebracht wird. Wegen der sehr viel schärferen Siebwirkung
bei tieferer
Frequenz wird auf diese Weise eine besonders gute Trennung
von den Seitenbändern erreicht.
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In dein .Ausführungsbeispiel -der Fig. i ist lediglich der Teil dargestellt,
welcher sich auf , die Siebung der Hochfrequenz bezieht. In. dem Modulator 3 wird
die Hochfrequenz erj< niedrigt, dann im Filter 7, 8 gefiltert und im Modulator
io, io' wieder mit der Oszillatorfrequenz gemischt, so daß am Ausgang 14, 14' die
gesiebte Hochfrequenz auftritt. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist in dem
Beispiel der Fig. i nun der, zu erreichen, daß die dem Filter 7, 8 zugeführte Frequenz
von einigen iooo Hertz immer in Resonanz ist mit der Eigenfrequenz des Filters 7,
B. Dies wird auf die unten beschriebene Weise durch Regelung des Oszillators 4 (in
Fig. i rechts) erreicht.
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Die Spule i, i' wird von modulierten Hoch-oder Zwischenfrequenzströmen
durchflossen, die nach dem Homodynprinzip gleichgerichtet werden sollen und erregt
den Kreis 2, der an zwei im Gegentakt geschaltete Röhren 3, 3' angeschlossen ist.
In diesen Röhren erfolgt die Frequenzwandlung durch die Wirkung eines örtlichen
Oszillators 4 (rechts), der durch die Spule 5 an den Mittelpunkt des Kreises 2 angekoppelt
ist. Bei 6 erfolgt die übliche negative V orspannung. Die in eine verhältnismäßig
sehr niedrige Frequenz (einige 1Hz) umgewandelten Ströme fließen durch zwei Kreise
7 und 8 von sehr geringer Dämpfung und loser Kopplung zum Zwecke ma-ximaler Selektivität.
Durch die Leitung g wird der Anodenstrom den Röhren 3 und 3' zugeführt. Wie oben
bereits erwähnt, werden die durch die Kreise 7 und 8 ausgesiebten Ströme von neuem
in ihrer Frequenz durch die Röhren io, io' gewandelt, an die einerseits der Kreis
8 und andererseits der örtliche Oszillator 4 über die Spule i i angeschlossen sind.
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Derselbe örtliche Oszillator 4 dient für zwei aufeinanderfolgende
Frequenzwandlungen, und es werden die Ströme, die den auf den Kreis 2 abgestimmten
Ausgangskreis 12 durchfließen, genau die Frequenz der Ströme in dein Kreis 2 haben.
Die Zufuhr des Anodenstromes der Röhren io, io' erfolgt durch die Leitung 13, und
es kann infolgedessen eine E. i Z. K. synchron zu der in i, i' bei 14, 14' abgenommen
und für die Zwecke des Homodynempfangs benutzt werden. Hieraus folgt, daß wegen
der Schwungradwirkung der Kreise 7 und 8 die E. M. K. bei 14, 14' von der
Modulation und von den schnellen Intensitätsschwankungen befreit sein wird, die
z. B. vom Schwund herrühren. Ferner kann die Phase der Spannungen bei i, i' und
14, 14! nach Belieben durch entsprechende Beeinflussung der Phase derjenigen Spannungen
geändert werden, die durch den örtlichen Oszillator in den Spulen 5 und i i erzeugt
"werden. Zu diesem Zwecke kann das Aggre-,gat 4 zweckmäßigerweise durch einen Örtl'ichen
Generator gebildet werden, der parallel zwei Verstärkungsstufen speist, die die
Kopplungsspulen 5 und i i enthalten. Durch entsprechendes Abstimmen der Verstärkungsstufen
kann man die relative Phase von 5 und i i beeinflussen.
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Wie nun eben erwähnt, würde eine solche Anordnung unpraktisch sein,
wenn man sie nicht mit einer Regelung der Hilfsfrequenz versehen würde, die den
etwaigen Änderungen der bei i, i' empfangenen Frequenz folgen muß. Ohne diese Regelung-
würde zwar die bei 14, i4' aufgenommene Frequenz immer mit der Frequenz bei i, i'
synchron sein, da derselbe örtliche Generator dazu dient, nacheinander die einfallende
Frequenz zu erniedrigen und zu erhöhen, es würde sich aber die bei 14, iq.' abgenommene
Amplitude sehr schnell verringern, sobald die Schwebungsfrequenz außerhalb der Frequenzen
fallen würde, die durch das sehr schmale Bandfilter 7, 8 hindurchgelassen weiden.
Die Phasenverhältnisse zwischen i4, i4' einerseits und i, i' andererseits würden
sich in gleicher Weise entsprechend den Verhältnissen der Ströme oder der Spannungen
zwischen den beiden gekoppelten Kreisen 7 und 8 ändern. Es muß deshalb eine Regelung
vorgesehen werden, die eine konstante Phasendifferenz zwischen den Strömen oder
Spannungen in den Kreisen 7 und 8 aufrechterhält. Diese Aufgabe wird durch nunmehr
zu beschreibende weitere Schaltung gelöst.
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Bekanntlich sind, wenn ein mit einem Primärkreis gekoppelter Sekundärkreis
genau auf die einfallende Frequenz abgestimmt wird, die Primär- und Sekundärspannungen
und Ströme um go° gegeneinander versetzt. Es muß also eine Anordnung geschaffen
werden, die auf die Phasenänderungen anspricht, die die Frequenz des Generators
4 steuern, und zwar derart, daß die gewünschte Phasenverschiebung von go° aufrechterhalten
wird. Wenn die Kreise 7 und 8 auf eine gleiche Frequenz abgestimmt sind, wird man
also die Ströme in den Kreisen 7 und 8 zwingen, diese Frequenz zu haben und sich
demnach immer in der Mitte der Durchlaßbreite des Filters zu halten. Eine besonders
einfache Ausführungsform erhält man unter Berücksichtigung folgender Tatsachen.
Wenn eine Welle mit niedriger Frequenz moduliert wird, beispielsweise durch eine
einfache Sinuswelle, und man die Trägerwelle gegenüber den Seitenfrequenzen in der
Phase verschiebt, oder umgekehrt, erhält man nach der
Demodulation
einen niederfrequenten Strom (einfache Sinusfrequenz), der sich beim Hindurchgang
durch Null in dem Augenblick umkehrt, wo die Trägerwelle um 9o° in der Phase verschoben
ist.
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Dieses erkennt man aus den Darstellungen gemäß Fig. 2. Hier sieht
man bei a eine amplitudenmodulierte Welle (Seitenfrequenzen 2 in Phase mit dem Träger
i), bei b eine aniplituden- und phasenmodulierte Welle, bei c eine Welle, bei der
die Amplitudenmodulation verschwunden ist, und bei d und e dasselbe
wie bei b und a., wobei aber der Stromsinn nach der Gleichrichtung umgekehrt
ist.
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Einige Windungen 15, 15' in Fig. i sind mit dem Kreis 7 gekoppelt
und erregen im Gegentakt die Gitter der Röhren i6, 16', die an den gemeinsamen Kreis
17 angeschlossen sind, der auf dieselbe Frequenz wie 7 abgestimint ist. Diese Röhren
werden niederfrequent durch den Transformator 18 moduliert, dessen Primärspule an
das Starkstromnetz von etwa 5o oder 6o Perioden angeschlossen ist. i9 sind die Kondensatoren
für die verhältnismäßig hohe Frequenz des Kreises 7, und 2o ist die negative Vorspannungsquelle
für die Röhren 16 und 16'. Der Kreis 17 wird so von den Seitenfrequenzen 2 der Fig.
2 durchflossen.
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3.n ähnlicher Weise sind zwei Wicklungen 21 mit dein Sekundärkreis
8 gekoppelt und erregen eine Röhre 22, deren Gitterspannung bei -3 abgenommen wird
und in deren :1"nodenl:reis der Widerstand 24. liegt. Man erkennt, daß diese Röhre
nicht niederfrequent moduliert wird, vielmehr besteht ihre Aufgabe darin, die Trägerwelle
i des Diagramms gemäß Fig. 2 zu bilden. Die Trägerwelle und die Seitenfrequenzen
werden in einer Röhre 25 kombiniert, die als Gleichrichter arbeitet, wobei 26 der
Gleichrichterwiderstand ist und die Kondensatoren 27 sowohl die Rolle der Kopplungskapazitäten
als auch der Gleichrichtungskapazitäten spielen. 28 ist ein eventuell regelbarer
Widerstand, der eine Ver-inderung der Amplitude der Seitenfrequenzen gestattet,
Der Anodenkreis von 25 enthält einen N iederfrequenztransformator 29.
30 ist ein auf die Netzfrequenz abgestimmter Kreis, der durch den Kondensator
31 im Nebenschluß zu 29 gelegt ist. Dieser Kreis, der unbedingt nötig ist, dient
dazu, die Niederfrequenz hervorzuheben und insbesondere die 1Iodulation von doppelter
Freciuenz zu unterdrücken, die in dem Falle c cler Fig. 2 erscheint.
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Man nimmt also in der Sekundärspule von 29 5operiodigen Strom auf,
der sich beim Durchgang durch Null umkehrt, wenn die an den Klemmen von 17 und 24
auftretenden Spannungen um 90° gegeneinander versetzt sind, und damit auch die Spannungen
an den ILlemmen von 7 und 8, wenn der Kreis 17 abgestimmt ist. Man kann also bei
entsprechender Einstellung der Regelung von 1; eine Umkehr des 5operiodigen Stromes
mit einer Phasenverschiebung von 9o° in den Kreisen 7 und 8 zusammenfallen lassen,
wenn aus irgendwelchen Gründen die obenerwähnten Phasenverhältnisse nicht durchaus
zwingend sind. Wenn man dieser Umkehr und der Amplitude des Trägers b -ei 2.1 Rechnung
trägt, welch letztere von der Abstimmung des Kreises 8 abhängt, so hat der bei 26
aufgenommene 5operiodige Strom die bekannte Form gemäß Fig. 3, bei der die Maxima
den Phasenverschiebungen von q.5° vor und hinter der Phase bei genauer Resonanz
entsprechen. Der bei :9 austretende Netzstrom kann dann vorteilhafterweise und sehr
einfach den Spulen (Strom) 33 eines einphasigen Zählers 34 zugeführt werden, der
den Rotor eines Kondensators 32 antreibt, dessen Statorplatten parallel zu dem Hauptkondensator
angeordnet sind, der die Frequenz des örtlichen Oszillators q. bestimmt. 35 ist
eine zweite (Spannung) Spule, die direkt und in Phase von dem Netz gespeist wird.
Unter diesen Bedingungen wird der Zähler seine Drehrichtung ändern, wenn der Stromausgang
des Transformators 29 das Vorzeichen ändert, d. h. wenn der Kreis nicht mehr in
Abstimmung ist. Für einen bestimmten Sinn der Verbindungen der Spulen 33 oder 35
wird es eine richtige Regelung geben. Zu bemerken ist noch, und dieses ist ein wichtiger
Punkt, daß der so geschaffene Regler vollkommen astatisch in dem Sinne ist, daß
der Zähler stets in einer solchen Stellung zum Stillstand kommen wird, daß der Zusatzkondensator
32 genau die gewollte Kapazität hat. Dieses würde nicht der Fall sein, wenn man
statt eines Gerätes nach Art eines Zählers ein Gerät nach Art eines Wattmeters benutzen
würde, das eine Rückstellfeder besitzt.
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Wenn es sich um einen Superheterodynempfänger handelt, kann man anstatt
des Generators q., der mit der Zwischenfrequenz zur Überlagerung kommt, einen Hochfrequenzgenerator
betreiben, der mit der Hochfrequenz zur Überlagerung kommt. In diesem Falle ist
die erforderliche Kapazität im allgemeinen äußerst klein und kann direkt auf der
Zählerachse angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist auch für andere Anordnungen als für
Homodynempfang bestimmt. Insbesondere kann sie bei einem Superheterodynempfänger
dazu verwendet werden, um die Zwischenfrequenz auf dem gewollten Wert zu halten.
In diesem Falle werden die Röhren io die letzten Gleichrichter des Empfängers, die
Kupplung i 1
fällt weg, und der Kreis 1z wird evtl. auf die Telegraphiemodulation
abgestimmt, wenn es sich um einen Empfänger handelt, der modulierte Wellen empfangen
soll.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung eignet sich auch für einen Empfänger
ohne Frequenzwandlung, beispielsweise für einen Empfänger mit gekoppelten und abgestimmten
Kreisen, und zwar zu dem Zwecke, die Kreise automatisch auf Abstimmung zu halten,
selbst wenn die zu empfangende Welle ihre Frequenz ändert. Man nehme etwa einen
Empfänger gemäß Fig: i an, aber ohne den Generator .4 und die Kopplungen 5 und i
i. Die Kreise 2, 7, 8, 12 sind dann alle auf die zu empfangende Welle abgestimmt,
während die Röhren 3, 3' und io, io' als Verstärker arbeiten. Der Zähler 34 schließt
dann Kontakte 36 (Fig. 4), die den Drehsinn eines Motors 37 umkehren, der direkt
die Kondensatoren der Kreise 2, 7, 8, 12 antreibt.
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Die Wirkungsweise ist dieselbe, und die Komplikation des umsteuerbaren
Motors kommt ausschließlich von der Tatsache her, daß die verlangte Energie hier
zu groß ist, als daß der Zähler sie direkt liefern könnte.