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Anordnung zur Modulation bzw. Tastung von sehr schnellen elektrischen
Schwingungen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Modulation -bzw.
Tastung von sehr schnellen elektrischen Schwingungen, bei der die Leistung eines
Generators über zwei oder mehr parallel geschaltete, in ihren elektrischen Eigenschaften
veränderbare, keine Verstärkungsmöglichkeit aufweisende Kreise dem Verbraucher zugeführt
wird.
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Es sind Modulationsanordnungen bekannt, bei denen eine doppelpolige
Energieleitung über einen großen Teil ihrer Länge von einer im Modulationsrhythmus
gesteuerten Gasentladung überbriickt wird. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, eine
Energieleitung, die einen Generator mit einem Verbraucher (Strahler) verbindet,
mittels konzentrierter veränderbarer Wirk- oder Blindwiderstände zu überbrücken,
um auf diese Weise den Betrag der an den Verbraucher abgegebenen Energie im Takt
der Modulationsschwingungen ändern zu können.
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Es sind auch bereits Modulationsanordnungen bekannt, bei denen eine
Modulation der Schwingungen dadurch erfolgt, daB diese über zwei verschiedene Wege,
die Möglichkeiten zur Änderung der Phasenlage der Schwingungen enthalten, vom Generator
zum Verbraucher geleitet und dort zu einer amplitudenmödulierten Schwingung zusammengesetzt
werden. In diesen bekannten Anordnungen werden im Zuge der Energieübertragung abgestimmte
Kreise aus konzentrierten Induktivitäten und Kapazitäten verwendet. Derartige Kreise
sind in der Nähe der kesonanzlage außerordentlich störungsempfindlich. In ihnen
treten relativ große Blindleistungen auf; bei einer Verstimmung wird nicht nur die
Phasenlage, sondern auch schon die Amplitude der über die einzelnen Zweige übertragenen
Schwingungen vor ihrer Zusammensetzung geändert. Temperatureinflüsse und Erschütterungen
der Schaltel.ernente können dabei eine Störmodulation ergeben, die in. der Größenordnung
der Nutzmodulation liegt. Ein einwandfreies Arbeiten der Modulationsanordnung hängt
außerordentlich stark davon ab, ob die Resonanzkurven ,der zusammenarbeitenden Schwingkreise
völlig gleichartig sind und ob außerdem die Arbeitspunkte auf den Ästen dieser Kurve
richtig gewählt sind. Diese Schwierigkeiten erhöhen sich zudem mit anwachsender
Frequenz.
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In der vorliegenden Erfindung handelt es sich ebenfalls um eine Art
Energieleitungsmodulation, bei der durch Ausnutzung von Interferenzeffekten auf
einem verzweigten Leitungsgebilde zwischen Generator und Verbraucher eine Modulation
der dem Verbraucher zugeführten Energie in außerordentlich vorteilhafter Weise mit
einem relativ kleinen Aufwand an Steuerleistung und mit konstruktiv einfachen Mitteln
ermöglicht wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daB alle Kreise, über
die der konstante Leistung abgebende Generator mit einem oder mehreren Verbrauchern
verbunden ist, zur Übertragung der fortschreitenden Wellen als Energieleistung mit
verteilter Induktivität
und Kapazität (Zweige einer Umwegleitung
ausgebildet sind, daß die Längen der Leitungen von der Größenordnung der Betriebswellenlänge
sind oder -ein :Mehrfaches davon, betragen und daß die elektrisch wirksame. Länge
einer oder aller Leitungen im Moduljtions- bzw. Tastrlivtlnnus veränderbar ist.
t den Kreisen zwischen Generator und Verbraucher werden also keine Amplitudenänderungen
bei Änderung der elektrischen Länge hervorgerufen. In den erfindungsgemäßen Anordnungen
sind zur Modulation verhältnismäßig große Änderungen der elektrischen Daten der
Energieübertragungskreise erforderlich (ohne daß aber größere Modulationsleistungen
erforderlich werden), so daß der Einfluß ungewollter Änderungen v ernachlä ssigt
werden kann.
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Es ist nun keinesfalls erforderlich, die gesamte Energieleitung doppelt
vorzusehen. Es genügt, insbesondere bei nur einem Verbraucher, wenn ein relativ
kleiner Teil der Leitung zwischen Generator und Verbraucher in mindestens zwei Zweige,
d. h. in: eine sogenannte Umwegleitung aufgeteilt wird.
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Zur Durchführung des Erfindungsgedankens wird nun ein Zweig der Umwegleitung
oder es werden alle Zweige in. ihrer elektrischen Länge abweichend von den anderen
geändert. Sind z. B. zwei Zweige vorgesehen und beide elektrisch gleichwertig, so
erhält der Verbraucher über jede Umwegleitung d-en halben vom Generator gelieferten
Energiebetrag, letzten Endes also die volle Leistung. Unterscheiden sich die beiden
Zweige der Umwegleitting aber um den Betrag ± il. # ?/2, so tritt an der
Verbraucherstelle zu jeder Zeit eine Auslöschung der elektrischen Schwingungen ein,
und der Verbraucher erhält keine Energie. Zwischen diesen beiden Grenzwerten läßt
sich der dem Verbraucher zugeführte Energiebetrag stetig oder stufenweise je nach
Belieben ändern. Die Längenänderungen der Umwegleitungen können nun geometrisch
z. B. durch eingeschaltete Posaunenschieber oder elektrisch durch geeignete Quer-
oder Längswiderstände, und zwar vorzugsweise zur Vermeidung von Verlusten durch
mechanisch oder elektrisch zu betätigende Scheinwiderstände L, C herbeigeführt werden.
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In den Abb. i bis io sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt.
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An Hand der Abb. i und 3 soll die erfindungsgemäße Anordnung und ihre
Wirkungsweise erläutert werden. G stellt einen Generator, L' einen Verbraucher dar.
Beide sind durch eine Speiseleitung L,, L., L3 verbunden. Zur Durchführung des Erfindungsgedankens
könnte die Energieleitung L, die normalerweise als Doppeldrahtleitung oder als konzentrisches
Kabel ausgebildet ist, aus zwei getrennten Wegen, z. B. L', L", bestehen,
so daß zwischen G und l' insgesamt vier Lei-@r gen liegen würden (Abb. 3.). Praktisch
#9, e nügt es vollkommen, nur einen Teil, z. B.
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' den Abschnitt L., in zwei Zweige, d. 1i. in eine Umwegleitung Ui,
U., zu gabeln. Sind beide Zweige dieser Leitung elektrisch gleichwertig, so fließt
in jedem Zweig die halbe Energie. Die beiden Ströme AI und .-I.= treffen am Punkt
P.- wieder zusammen und erg°ben dort die volle Hochfrequenzleistung A,. (Abb, ib).
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Verändert man aber nach irgendeiner Weise die elektrische Länge eines
Zweiges der Umwegleitung, und zwar um den Betrag -i- 1t # i/2, so tritt die Auslöschung
ein, Lind dem Verbraucher wird keine Energie zugeführt (Abb. 2b ). Zur vollen
Au-, inodulation muß man also die Weglängenditferenz tan i12 verändern, indem man
z. B. in einer Anordnung nach Abb. i den Anschlußpunkt P, des Generators oder P.,
des Verbrauchers uni. i/4 nach links oder rechts verschiebt.
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Zweckmäßig wird man den Generator G bzw. den Speiseleitungsabschnitt
L, annähernd in der Mitte einer Seite der in sich geschlossenen Umwegleitung und
den Verbraucher V bzw. den Leitungsabschnitt L3 in der -Mitte der gegenüberliegenden
Seite fest anschließen. Weiterhin wird man in einem oder beiden Zweigen der Umwegleitung
veränderbare Längs- oder Querwiderstände vorsehen, die so bemessen und betätigt
werden. daß <I1 dein Verbraucher zugeführte Energie zwischen einem -Maximum und
einem 1liniinuni verändert werden kann.
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In Abb.2 ist ein Längswiderstand in Form einer veränderbaren Indüktivitä
t I dargestellt. der in den Zweig C", der Umwegleitung eingeschaltet ist.
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Die in den Abb. i b und 2 b gezeigten Kurven stellen nicht den Energieverlauf
dar, sondern sie veranschaulichen bei einem spannungsgekoppelten Verbraucher den
Spannungsverlauf bzw. bei einem stromgekoppelten Verbraucher den Stromverlauf auf
der Uinwegleitung.
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Die beiden Zweige der Umw-leitung müssen nicht immer geometrisch völlig
gleichwertig sein. Der eine Zweig kann z. B. um st # 2, von dem anderen verschieden
sein, trotzdein kann man dann von zwei elektrisch gleichwertigen Zweigen sprechen.
wenn U, = L'_ -I- fa # n, ist, da sich dann am Svminetriepunkt P. die von
beiden Seit:n lieranströmenden Wellen ebenfalls additiv überlagern.
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In Abb.d. ist parallel zu den beiden Leitern des Zweiges U, ein Querwiderstand
K in Form einer veränderbaren Kapazit«it geschaltet, wodurch ebenfalls eine 1'eränderung
der
elektrischen Länge der Leitung bewerkstelligt werden kann.
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Bei höherfrequenten Modulationsschwingungen wird man Modulationsorgane
benötigen, die völlig trägheitslos den Modulationsschwingungen folgen können. Außerdem
besteht oft der Wunsch, die Energie in einfacher Weise fernsteuern zu können. In
solchen und ähnlichen Fällen -wird man als veränderbare Längs- oder Querwiderstände,
d. h. als Modulationsorgane, evakuierte oder gasgefüllte Entladungsröhren, z. B.
Glimmerlampen usw., verwenden.
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In Abb. 5 ist eine spezielle Ausführungsform des Erfindungsgedankens
gezeigt. Als Verbraucher ist ein Strahler S vorgesehen. Die Modulation erfolgt in
beiden Zweigen der Umwegleitung mit Hilfe von zwei Modu-Iationsorganen117i und 11i12,
die im Gegentakt betrieben, werden.
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In Abb. 6 ist eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens dargestellt.
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Bei den bisher gezeigten Ausführungen wurde stets der Fall angenommen,
daß .der nicht verbrauchte Teil der hochfrequenten Energie auf den Schwingungsgenerator
zurückgelenkt wird. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, daß der z. B. nicht
im Verbraucher V, verzehrte Energiebetrag anderswo; z. B. in b'2, verbraucht wird,
damit der Generator mit konstanter Leistung arbeiten kann. Die Maßnahme, den Generator
immer im Oberstrich zu betreiben, hat die Vorteile, daß einerseits .die Anodenerwärmung
ein Minimum bleibt und daß andernteils Unstetigkeiten im Schwingungsvorgang, die
beim Arbeiten in der Nähe von Reißgebieten auftreten können, sicher vermieden werden.
Der Gedanke, die von einem Generator entnommeneEnergie komplementär auf zwei Verbraucher,
z. B. einen Strahler und einen äquivalenten Ersatzwiderstand im Modulationsrhythinus
zu verteilen, ist für die Praxis in verschiedenen Fällen wertvoll. Es ist nun absolut
nicht notwendig, den Differenzbetrag zwischen der Energie, die dem Nutzwiderstand
zugeführt wird und die vorn Generator geliefert wird, in einem Ersatzwiderstand
zu vernichten. Man kann vielmehr .an Stelle des Ersatzwiderstandes einen zweiten
Nutzwiderstand, z. B. auch einen Strahler, anschließen., - dessen Strahlung sich
aber von der des ersten Nutzstrahlers entweder in der Richtung oder der Polarisation
unterscheiden muß, damit am Empfangsort keine konstante, sondern eine im Modulationsrhy
thmus schwankende Empfangsfeldstärke entsteht. Die Modulationsorgane sind im gezeichneten
Fall über kleine Stichleitungen angeschlossen, um die Umwegleitung konstruktiv einfacher
gestalten zu können. In Abb. 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, die sich besonders
zur Bildung von Leitstrahlen eignet. An die Umwegleitung sind z. B. im Abstand i/4
voneinander zwei Strahler S,. und S2 angeschlossen. Die Antennen sind so angeordnet,
daß die Hauptvektoren der Strahlungen einen Winkel miteinander bilden. Auf der gegenüberliegenden
Seite der Umwegleitung ist ein Umschalter 7' vorgesehen. Die beiden Kontakte des
Schalters sind mit den Punkten Pi' und PI"' der Umwegleitung über 2/2 lange Stichleitungen
verbunden. Die Punkte Pi und Pi' sind um z. B. ,?/q. vom Symmetriepunkt der Umwegleitung
nach verschiedenen Seiten versetzt. Je nach der Lage des Schalters erhält einmal
der Strahler S, die volle Leistung und der Strahler S2 nichts bzw. umgekehrt.
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Die Ausführung des Erfindungsgedankens ist keinesfalls etwa auf eine
Umwegleitung mit zwei Zweigen beschränkt. In Abb. 8 ist eine Anordnung gezeigt,
bei der die Umwegleitung aus z. B. drei räumlich um 12o° versetzten Zweigen. besteht.
Die Zweige können natürlich auch abgeschirmt und räumlich nebeneinander angeordnet
werden. An jedem dieser Zweige sind Strahler SI, S2, S3 und Modulationsorgane 11"
Q112, 313 vorgesehen, welche zweckmäßigerweise mit einer Phasenverschiebung von
12o° betätigt werden, so daß man eine rotierende Strahlung erhält.
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Diese Umwegkombinationen lassen sich beliebig vervielfachen, so daß
man von einem Schwingungserzeuger aus mehrere verschieden modulierte Strahler speisen
kann.
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In Abb.9 ist ein solcher Fall dargestellt. Die verschiedenen Sendesysteme
I, II und III sind über zweckmäßig gleich lange Leitungen LI, LII, LIII an einen
Schwingungserzeuger G angeschlossen. Jedes Sendersystem besitzt eine Umwegleitung,
1\Iodulationsorgane und zwei insbesondere äquivalente Verbraucher, z. B. einen Strahler
S und einen Ersatzwiderstand W. Auf diese Weise ist es möglich, die von einem und
demselben Generator gelieferte Energie zur Übertragung verschiedener Nachrichten
zu verwenden, ohne daß ein System auf das andere bz-w. auf den Generator rückwirkt.
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Es sind z. B. Fälle denkbar, in denen eine willkürliche Lastverteilung
auf den oder die Nutzverbraucher nach einer egebenen Funkt' tion bzw. eine völlig
gleichmäßige oder sonstwie verlaufende Belastung des Schwingungserzeugers gefordert
wird.
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In Abb. ro ist eine Anordnung dargestellt, in der neben den z. B.
zwei Hauptverbrauchern V1 und V. ein Ausgleichsverbraucher VA unsymmetrisch zur
elektrischen Mitte der Umwegleitung angeordnet ist. Beabsichtigt man, mit einer
derartigen Anordnung z. B.
eine gleichmäßige Belastung des Generators
G zu erzielen, so wird man den Ausgleichsverbraucher VA zweckmäßig so anordnen,
daß er bei gleichmäßiger Verteilung der Energie auf die beiden Hauptverbraucher
1% i und V2 praktisch keine Energie aufnimmt, da er sonst entgegen seiner Aufgabe
eine konstante Last aufnehmen würde.