DE853008C

DE853008C - Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung von Kurz- und Ultrakurzwellen

Info

Publication number: DE853008C
Application number: DEC3138A
Authority: DE
Inventors: Marcel Denis
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1946-10-03
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1952-10-20
Also published as: GB636970A; FR934635A

Description

Man weiß, daß die Frequenz, die von gewissen Oszillatoren für Ultrakurzwellen geliefert wird, durch den Wert der Speisespannungen einer oder mehrerer Elektroden beeinflußt wird. So zieht z. B. die Änderung der Gleichspannung, die an einen Reflektor eines Reflexklystrons gelegt ist, in einem bestimmten Bereich eine Änderung der Frequenz der am Ausgang des Apparats vorhandenen Spannung nach sich.

Diese Tatsache ermöglicht es, die Frequenz zu stabilisieren, indem man in folgender Weise vorgeht: Man entnimmt am Ausgang des Generators einen kleinen Teil der Leistung, den man über Hilf sapparate auf den Generator einwirken läßt, indem sie ihm über eine passend gewählte Elektrode eine Regelspannung zuführen. Zum Beispiel wenn die Frequenz danach strebt, größer zu werden, wird diese Regelspannung in einem derartigen Sinne sich ändern, daß sie eine Verminderung der Frequenz hervorrufen wird und umgekehrt.

Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand, eine Vorrichtung zu verwirklichen, die es gestattet, auf der Grundlage dieses Prinzips eine wirksame Stabilisierung zu erhalten. Das Verfahren besteht im wesentlichen in der Anwendung eines Resonanzraums, dessen Resonanzfrequenz zu beiden Seiten eines mittleren Wertes f_Q mittels eines Hilf sgenerators periodisch veränderlich gemacht wird. Dieser Raumresonator wird andererseits durch einen Bruchteil der Leistung erregt, die am Ausgang des Generators entnommen wird. Am Ausgang des Resonanzraums wird man ein in der Amplitude moduliertes Signal erhalten, dessen Intensität von dem Abstand der Frequenz/ des Generators gegen f₀ abhängt. Dieses Signal wird nach Gleichrichtung und Verstärkung auf die gewählte Elektrode

zurückgeleitet, um als Regelspannung zu wirken. Das System arbeitet also nach Art einer klassischen Schaltung mit Gegenrückkopplung. Jede Änderung der Frequenz, die danach strebt zu entstehen, wird unverzüglich zurückgeführt und geteilt durch einen Regelkoeffizienten K, größer als die Einheit.

Die Schaltungen gemäß der Erfindung haben im übrigen folgende Eigenschaften: i. Das Reguliersignal ist Null, sobald die Ausgangsfrequenz des Generators exakt ihren normalen Wert besitzt; 2. die Regelung ist gleichzeitig wirksam in beiden Richtungen, da das Streben zur Verminderung ebensogut unterdrückt wird, wie das Streben zur Vergrößerung der Generatorfrequenz; 3. der Koeffizient K, der oben definiert ist, ändert sich wenig als Funktion des Abstandes' zwischen dem Wert der Frequenz und ihrem normalen Wert; 4. der Koeffizient K bleibt praktisch konstant, auch wenn »o die durch den Generator gelieferte Leistung sich in großen Grenzen ändert.

Man wird die Erfindung mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstehen, die Beispiele »5 ohne Einschränkung sind.

Man sieht in der Abb. 1 in schematischer Ansicht den Gesamtaufbau einer Schaltung nach der Erfindung.

In G befindet sich der Generator, z. B. ein Reflexklystron, dessen Frequenz stabilisiert werden soll, indem man auf die auf die Refiexelektroden GR gelegte Spannung einwirkt.

In V befindet sich ein Resonanzraum, z. B. ein Gefäß aus versilbertem Invar, das gegen Temperaturschwankungen wenig empfindlich ist.

Eine Kopplungsschleife B' entnimmt einen kleinen Bruchteil der durch das Klystron gelieferten Leistung. Diese Schleife wird von einem Leiter gebildet, dessen eines Ende an die Wand des Apparats gelötet ist. Die Verlängerung dieses Leiters bildet mit einer passenden Umhüllung ein koaxiales Kabel D₁, so daß die Verbindung mit dem Hohlraum V gesichert ist, während das andere Ende des Leiters durch eine andere Schleife B abgeschlossen ist. Die durch B' in G abgenommene Leistung erregt auf diese Weise den Resonanzraum V.

Weiterhin wird ein Modulator m durch eine Stromquelle S von Niederfrequenz über den Transformator T₁ gespeist. Er ist mit V mittels eines koaxialen Kabels D₂ verbunden, welches ebenfalls durch zwei Schleifen O₁ und b₂ abgeschlossen ist. Die auf diese Weise durch m hervorgebrachte Modulation hat zur Wirkung, den Blindanteil der Impedanz und damit die Resonanzfrequenz von V periodisch variieren zu lassen. Diese Modulation kann übrigens auf elektrischem oder mechanischem Wege durchgeführt werden, was an und für sich gleichgültig ist (mechanische Änderung einer geometrischen Abmessung von V).

Die Ausgangsschleife b, die im Innern eines koaxialen Kabels D untergebracht ist, liefert einem Kristalldetektor K den Strom, der in dem zentralen Leiter des Kabels angeordnet ist. Man erhält so am Ende des Kabels ein periodisches Signal, welches im Gegensatz zur Ausgangsspannung der Stromquelle S nicht sinusförmig ist und dessen Amplitude von der Änderung der Frequenz / abhängig ist. Die Kondensatoren C schließen den Ausgang kurz, um die ultrahohen Frequenzen zu beseitigen. Andererseits arbeitet eine Kopplungsschleife b', die im Innern des Klystrons erregt wird, auf ein anderes koaxiales Kabel D', welches gleichfalls einen Kristalldetektor K' enthält und Kondensatoren C₁ um hochfrequente Frequenzen zu beseitigen. Am Ausgang des Ganzen erhält man einen Gleichstrom /₀, der der Ausgangsspannung des Kristalls K entgegenwirkt und die Regelung merkbar unabhängig von der Leistung macht, die durch den Generator geliefert wird. Eine Induktanz L₁, die eventuell einem Abstimmkondensator C₁ zugeordnet ist, hindert die dem Resonanzraum V entnommenen Hochfrequenzsignale daran, gegen K' abzufließen.

Der Kondensator C₀ hält die Gleichströme zurück, die von einem oder dem anderen der Detektoren K oder K' kommen, und führt das Nutzsignal dem Widerstand R zu.

Die sich ergebende Spannung an den Klemmen von R, die von derselben Frequenz wie die der Stromquelle 5" ist, muß zuerst in einem passenden Netz gefiltert werden, auf das eine selektive Verstärkung folgt, so daß ein Signal von Sinusform von der Frequenz der Stromquelle 6" entsteht. Die hierzu erforderlichen Teile sind schematisch in AF dargestellt. Dieses Signal wird alsdann einem Detektor zugeführt. Dieser soll eine gleichgerichtete Spannung liefern, die in gleicher Zeit ihre Richtung ändert wie die Frequenz im Generator G ihren Wert zu ändern bestrebt ist. Man kann zu diesem Zweck mehrere Kombinationen benutzen, von denen ein erstes Beispiel mit der Schaltung der Pentode P gegeben ist. Die Ausgangsspannung von AF ist an das Steuergitter gelegt. Die Kathode ist, wie üblich, positiv gegen Masse durch den mittleren Anodenstrom, der durch den Widerstand R₁ fließt. Das zweite Gitter wird über einen Widerstand R₂ durch die Sekundärwicklung 2 des Transformators T₁ erregt. Das dritte Gitter ist mit der Kathode verbunden. Die Anode endlich wird von der Gleichspannung U_a über einen Belastungswiderstand r gespeist. Die Kapazität C₂ hat die Aufgabe, am Ausgang der Pentode die Wechselspannungen zu beseitigen, und man erhält auf dem Leiter A eine Gleichspannung, deren Änderung in Größe und Vorzeichen von der Frequenzänderung der in der Schleife B' induzierten Spannung abhängt. Der Leiter A ist mit der Elektrode GR verbunden, deren Spannung auf die Frequenz des Generators G wirkt. iao

Die Wirkungsweise des Resonanzhohlraums V ist durch die Abb. 2 dargestellt, in welcher C die Resonanzkurve dieses Hohlraums darstellt, d. h. die Variation der Spannung U, die am Ausgang greifbar ist für eine gewisse Erregung in Hochfrequenz als Funktion der Frequenz / des Genera-

tors. Der Scheitel der Kurve entspricht der normalen Frequenz /₀.

Wenn die Frequenz / des Generators sich zu vermindern strebt, wird die Modulation der Stromquelle S nach Abb. ι den Arbeitspunkt z. B. zwischen M und N schwingen lassen, wobei das Segment MN zur Linken von /₀ gelegen ist. Wenn im Gegenteil / das Streben hat, größer zu werden, wird der Arbeitspunkt zwischen M' und N' schwingen,

ίο wobei das Segment M'N' zur Rechten von f₀ gelegen ist. Man sieht also, daß infolge der Form der Kurve C die Ordinate Mm viel kleiner ist als die Ordinate Nn; andererseits wieder wird M'm viel größer als N'n'. Hieraus folgt, daß die Ver-Schiebung des Arbeitspunktes von M nach N eine Vergrößerung der Spannung am Ausgang des Hohlraums V hervorbringen wird. Die Verschiebung von M' nach JV' wird im Gegenteil eine Verminderung zur Folge haben. Für eine gegebene

ao Änderung im absoluten Wert der Frequenz des Generators G wird die greifbare Spannung am Ausgang von AF der Abb. 1 gegenüber der Frequenz der Stromquelle S also eine Phasenänderung von einer halben Periode erfahren, je nachdem

2$ diese Variation positiv oder negativ sein wird, d. h. je nachdem, ob die Frequenz/, die von G geliefert ist, sich zu vergrößern strebt oder zu vermindern. Aber die Spannung, die auf das zweite Gitter von P gelegt ist und die unmittelbar von der Stromquelle S über den Widerstand R₂ kommt, ist von der gleichen Frequenz wie die Spannung, die von AF kommt und auf das erste Gitter geschaltet ist. Man kann immer erreichen, daß die Durchgänge dieser beiden Spannungen durch Null übereinstimmen. Man kann übrigens zu diesem Zweck, wenn es erforderlich ist, ein passendes Phasenschiebernetz, das nicht dargestellt ist, z. B. zwischen die Sekundärwicklung 2 und R₂ schalten.

Zum Schluß erhält man folgendes Ergebnis: Für eine gewisse Richtung der Frequenzänderung von G werden die Spannungen, die entsprechend auf die beiden ersten Gitter der Pentode P geschaltet sind, genau in Phase sein. Wenn diese Änderung im entgegengesetzten Sinne stattfindet, werden diese beiden Spannungen exakt in Opposition sein. Man sieht, daß der im Anodenkreis gleichgerichtete Strom unter der ersten Voraussetzung größer wird und sich unter der zweiten vermindern wird. Das bedeutet offenbar, daß die Gleichspannung, die zum Schluß auf die Elektrode GR geschaltet wird, eine Änderung erfahren wird, deren Vorzeichen von der Änderung der Frequenz abhängen wird, die in dem Generator G entstehen will. Es ergibt sich also eine Regelung dieser Frequenz. Die veränderliche Gleichspannung, die auf GR geschaltet ist, könnte eventuell ohne feste Spannung in Serie zugeschaltet werden.

Die Abb. 3, 4 und 5 stellen Abänderungen des Detektorsystems dar.

Die Schaltung nach Abb. 3 benutzt zwei Pentoden in Brücke, deren Brückenzweige durch die inneren Widerstände dieser Röhren P₁ und P₂ gebildet werden. Die Widerstandspaare R₁R₁', R₂ R₂, R₃ R₃' und R₄ R₄' sind dazu bestimmt, P₁ und P₂ so ähnlich wie möglich bei solchen Änderungen der Heizung der Fäden und der auf die Anoden angewandten Spannungen zu machen.

Zwischen den Klemmen M und JV der Primärwicklung des Transformators T₁ wird die Ausgangspannung der gesamten Filterverstärkeranordnung AF nach Abb. 1 angelegt. Die Sekundärseite umfaßt zwei symmetrische Wicklungen, die entsprechend mit den Gittern G₁ und G₂ verbunden sind. Zwischen die Klemmen C und D legt man die Wechselspannung der Sekundärwicklung 2 der Abb. i. Endlich kann man zwischen E und F eine Gleichspannung schalten, die proportional der Leistung ist, welche durch den Generator für Ultrakurzwellen geliefert wird. Man erhält dann eine Regelung unabhängig vdn der Leistung und vervollständigt so die Wirkung der bereits für diesen Zweck beschriebenen Anordnung.

Die gleichgerichtete Spannung, die zwischen A und B gesammelt ist, wird nach irgendeinem klassischen Verfahren der Spannung der entsprechenden Elektrode des Generators zugeschaltet.

Die Abb. 4 stellt eine andere Abänderung dar. Die Schaltung umfaßt eine Pentode P, die an Stelle derjenigen nach Abb. 1 in folgender Weise treten kann: Das Ende M des Eingangswiderstandes R₃ ist an den Ausgang von AF geschaltet. Zwischen C und D schaltet man die Sekundärwicklung 2 des Transformators T₁ in der Art, daß auf das zweite Gitter die Niederfrequenzwechselspannung-S" kommt. Zwischen E und F schaltet man die Gleichspannung, die proportional der erhaltenen Leistung ist, die durch den zweiten Kristall K' geliefert wird. Endlich wird die Anode über den Belastungswiderstand r durch eine Gleichspannung U_a gespeist. Der Kondensator C₂ hat auch hier die Aufgabe, die Wechselspannungen zu beseitigen, und der Leiter .4,- der mit der Anode verbunden ist, ist andererseits an die Regelelektrode GR geschaltet. Der Widerstand R₁ dient dazu, die Kathode positiv zu polarisieren.

Die Abb. 5 stellt eine andere Abänderung dar. Die Pentode P ist an Stelle der nach Abb. 1 getreten. Die Unterschiede gegen die Schaltung nach Abb. 4 sind nur folgende: Die Spannung der Stromquelle S, die zwischen C und D liegt, ist unmittelbar auf das zweite Gitter geschaltet, ohne einen Widerstand zwischenzuschalten. Es liegt aber eine Gleichspannung U₀ in Serie mit ihr. Andererseits ist eine Kapazität C₁ an die Klemmen von R₁ geschaltet. Der Rest der Schaltanordnung ist mit der vorausgehenden identisch.

Es ist zu beachten, daß die verschiedenen vorher beschriebenen Änderungen nur Ausführungsbeispiele ohne jede Beschränkung darstellen. Man könnte an ihnen verschiedene Abänderungen im Detail vornehmen, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Im besonderen könnten die Detektorsysteme, die Pentoden enthalten, anders eingerichtet werden und durch jede Schaltanordnung ersetzt werden, die zur gleichzeitigen Wirkung für die Wechselspannung empfindlich ist, die von AF

kommt, und die Spannung derselben Frequenz, die direkt von der Stromquelle 6' kommt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 5

i. Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung von Kurz- und Ultrakurzwellen mittels einer Regelspannung, die auf den Generator geschaltet und als Funktion der Änderungen der Frequenz (/) veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hohlraumresonator enthält, dessen Resonanzfrequenz mit Niederfrequenz in Sinusform um einen mittleren Wert moduliert wird (Z₀) und der mit dem Generator ge-

koppelt ist, ferner einen ersten Detektor, der mit dem Hohlraum gekoppelt ist (dieser Detektor liefert einen Strom, dessen Amplitude von dem Abstand Af = f-f₀ abhängt, dessen Frequenz gleich der sinusförmigen Modulationsfrequenz ist und dessen Phase Φ in bezug auf diese Modulation von ο bis π geht, sobald A f das Zeichen wechselt), und einen zweiten Detektor in elektrischer Verbindung durch seinen Eingang mit dem ersten Detektor und durch seinen Ausgang mit dem Generator, der geregelt werden soll, wobei dieser zweite Detektor Steuerorgane enthält, die durch eine Spannung erregt werden, die dem vom ersten Detektor gelieferten Strom entspricht, und durch eine Spannung, die der Stromquelle für Sinusmodulation entnommen wird und in Größe und Phase so bemessen ist, daß die dem Ausgang des zweiten Detektors entnommene gleichgerichtete Regelspannung in Polarität und Größe von der Abweichung der Generatorfrequenz von ihrem Sollwert abhängt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationstiefe der Resonanzfrequenz und die Güte des Hohlraums derart gewählt sind, daß der Koeffizient der Regelung, der durch die Änderungen der Frequenz des Generators erhalten wird, praktisch unabhängig vor der Abweichung A f ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Detektoren durch eine Gleichspannung polarisiert ist, die proportional der durch den Generator gelieferten Leistung ist und so gewählt ist, daß sie die Regelspannung im wesentlichen unabhängig von dieser Leistung macht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Spannung, die am Ausgang des Hohlraums erhalten ist, auf die Steuergitter von zwei Pentoden geschaltet wird, die in die angrenzenden Zweige einer Brücke geschaltet sind und deren Anoden durch die Spannung gespeist werden, die der Stromquelle für die Sinusmodulation entnommen wird, und daß die Regelspannung, die auf den Generator anzuwenden ist, über die Diagonale der Brücke entnommen wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmgitter der Pentoden einer Gleichspannung unterworfen sind, die proportional der Leistung des zu regelnden Generators ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichtete Spannung, die am Ausgang des Hohlraums erhalten wird, auf das Steuergitter einer Pentode geschaltet wird, dessen Schirmgitter einer Spannung unterworfen wird, die der Stromquelle für die Sinusmodulation entnommen wird, während die Regelspannung, die auf den Generator zu schalten ist, dem Anodenkreis dieser Pentode entnommen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fanggitter der Pentode einer Gleichspannung unterworfen ist, die proportional der Leistung ist, die von dem Generator geliefert wird.

kschriften:

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 669377;
USA.-Patentschrift Nr. 2 041 855.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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