DE863095C - Schaltungsanordnung zur Frequenzvervielfachung - Google Patents

Description

Ein früherer Vorschlag betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzvervielfachung, bei der die gewünschte Frequenz als ganzzahliges Vielfaches einer Grundfrequenz erhalten wird, unter Verwendung eines Hilfsoszillators, dessen Schwingkreis annähernd auf die gewünschte Frequenz abgestimmt ist. Bei dieser Schaltungsanordnung war eine Modulationsanordnung vorgesehen, durch die der Oszillator im Takt der Grundfrequenz zum Ein- und Ausschwingen gebracht wurde und bei der der Anstoß des Einschwingvorgangs mit der Grundfrequenz derart erfolgt, daß im Hilfsoszillator untereinander und in ihrer Lage zu jeder Grundfrequetizperio.de gleiche S chwingungsvorgänge entstehen. Wird die Grundschwingung mit Z₁ bezeichnet und schwingt der Hilfssender mit einer Frequenz, die angenähert U'f_t beträgt, so entstehen ganzzahlige Vielfache der steuernden Grundfrequenz /_l3 von denen a · /_x und die benachbarten Harmonischen (■«+ Ij -Z₁, (ß-f 2). /_x... und (C-I)-Z₁, ifl—2) X f _x... erhebliche Amplituden besitzen. Man erhält also in der Nähe der Eigenfrequenz des Hilfssenders eine Reibe von Frequenzen im gleichen Abstand voneinander mit großen Amplituden, die Vielfache von Zi sind und untereinander den Abstand Z₁ haben.

Gemäß der Erfindung wird eine solche Schaltungsanordnung zur Herstellung von Einzelfrequenzen, z. B. zur Träger Stromerzeugung für die Trägerstromnachrichtenübertragung, insbesondere für kurze und ultrakurze Wellen benutzt und die jeweilige Einzelfrequenz über Filtermittel gewonnen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch Heraiussiebung einer der Vielfachen die Lücken zwischen Schwingungsaussatz und Schwingungseinsatz ausgefüllt werden können, so daß eine gleichmäßige Schwingung entsteht. Die Frequenzkonstanz der so

gewonnenen Einzelfrequenz hängt einzig und allein von der Frequenzkonstanz der Grundfrequenz ab, für die, wie anderweitig bereits vorgeschlage|n wurde, besonders vorteilhaft ein Steuersender großer Frequenzkonstanz, vorzugsweise ein kristallgesteuerter Sender benutzt wird. Die Frequenzkonstanz wird in keiner Weise durch Frequenzschwankungen des Hilfssenders beeinflußt, vielmehr kann sich ein Ändern der Hilfssehderfrequenz

ίο lediglich in einer Amplitudenänderung der erzielten konstanten Frequenz bemerkbar machen.

Der Frequenzvervielfacher nach der Erfindung gibt 'die Möglichkeit, frequenzkonstante Sender für die.Frequenzgebiete herzustellen, in denen sich eine , 15 Konstanthaltung nur schwierig oder unzureichend bewerkstelligen läßt. Die Erfindung ist ganz besonders für Kurzwellen- und Ultrakurzwellensender von Bedeutung, bei denen wegen der hohen Frequenz eine unmittelbare Stabilisierung durch Kristalle nicht mehr möglich ist.

Gegenüber den bekannten Schwingungserzeugern, deren Frequenz durch konstant gehaltene Generatoren geringerer Frequenz stabilisiert werden kann, ergibt :die Verwendung eines Frequenzviervielfachers nach der Erfindung erhebliche Vorteile. Bei den bekannten Anordnungen wird z. B. aus der ober·- wellenreichen Grundschwingung einer stabilisierten Steuerfnequenz.. eine Harmonische herausgesiebt, oder es wird ein. Hilfssender mit einer Harmo;-nisdhen der stabilisierten Steuerfrequenz mit-

_: gezogen. Auf diese Weise lassen sich jedoch größere Vervielfachungswerte nur schwer erreichen, da die Amplituden der höheren Harmonischen sehr klein sind. Auch müssen hierbei erhebliche Leistangen aufgebracht werden, um eine durch Aussiebung einer höheren Harmonischen entstandene verhältnismäßig schwache Schwingung mit ausreichender Amplitude zu erhalten. Ebenso ist auch zum Mitziehen eines Hilfssenders eine Leistung erforderlich, die 'nur durch beträchtliche Verstärkung einer verhältnismäßig schwachen höheren Oberwelle der stabilisierten Grundfrequenz zu erzielen ist. Demgegenüber lassen sich bei der Vervielfachung nach der Erfindung bedeutend größere Vervielfachungszahlen erreichen, und die Leistung des Schwingungserzeugers hängt nur von der Leistung des Hilfssenders ab und nicht von dem Maß der Vervielfachung. Dadurch wird nicht allein ein besonders günstiger Wirkungsgrad erzielt, sondern vor allem sind keine Verstärker notwendig, deren. Verwendung für sehr hohe Frequenzen außerordentliche Schwierigkeiten macht. Im Ultrakurzwellengebiet gelingt es nur schwier, mit den bekannten Vervieifachern zu arbeiten. Demgegenüber ermöglicht «die Verwendung eines Vervielfachers nach der Erfindung die Herstellung eines Ultrakurzwellensenders von außerordentlich großer Frequenzkonstanz.

Die Aussiebung der Frequenz muß in jedem Fall so gut sein, daß die der Trägerfrequenz henachharten Frequenzen genügend stark unterdrückt sind, so daß beim Überlagerungsempfang keine Pfeif töne durch die Nachbarfrequenzen entstehen. Die Unterdrückung der Nachbarfrequenzen laßt sich dann besonders gut erzielen, wenn eine getoügend -hohe Grundfrequenz Z₁ zugrunde gelegt wird. Die Grundfrequenz /_x wird so groß gewählt, 'daß bei Frequenz-Schwankungen der Hilfsfrequenz a · f_± die Hilfsfrequenz immer in der Nähe der Hauptfrequenz α -f_x liegt und daß die Nachbarfrequenzen durch die Siebung genügend unterdrückt werden können. Andererseits muß die' Grundfrequenz f_t 90 tief gewählt werden, daß der Aufbau kristallstabilisierter Sender keine Schwierigkeiten bereitet. Däese Bedingungen sind für ultrahohe Frequenzen bei einer Steuerfrequenz, die beispielsweise etwa Vio bis ¹AoO der zu erzielenden Frequenz beträgt, leicht zu erfüllen.

Da ein Filter, welches nur eine vervielfachte Frequenz durchläßt, eine sehr große Einschwingzeit hat, kann diese Frequenz dauernd am Filter vorhanden sein und unter Umständen als störende Frequenzspannung den Einschwingvorgang des Vervielfachungssenders beeinflussen. Um dies zu verhindern, ist es zweckmäßig, den Vervielfachungssender gegen darauffolgende Filter z. B. durch Trennstüfen oder Elektronenkopplung in der Senderöhre zu entkoppeln.

Damit der Einschwingvorgang sich unbeeinflußt wiederholen kann, müssen die Schwingungen des vorausgegangenen Wellenzuges unter dein Rauschund Fremdspannungspegel abgeklungen sein, bevor die neuen Schwingungen einsetzen. Es soll daher während einer Grundperiode das Ein- und Ausschwingen möglichst rasch erfolgen, so daß sich die Hüllkurve der gedämpften Schwingung der günstigen rechteckigen Form nähert. Man verwendet daher mit Vorteil Sender ohne ausgeprägte Eigenfrequenz (Kippschaltungen), bei welchen das Ein- und Ausschwingen innerhalb einer oder weniger Perioden erfolgt. Zur Steuerung der Kippschaltungen wird vorteilhaft eine rechteckige Spannung oder eine durch Spannungsbegrenzer trapezförmig deformierte Sinusspannung verwendet.

Außer den Filtern können noch zusätzliche Vorrichtungen vorgesehen sein, mit denen sich eine Amplitudenbegrenzung bewerkstelligen läßt. Auf diese Weise ist es möglich, die durch Frequenz!- änderungen des Hilfssenders hervorgerufenen Änderungen der Amplitude der erzielten konstanten Frequenz weitgehend auszugleichen. Weiterhin ergibt sich durch die Verwendung einer derartigen Amplitudenbegrenzungsanordnung der Vorteil, daß eine Welligkeit, die bei der Vereinigung der als gedämpfte Schwingungen anzusehenden Wellenzüge zu einer einzigen ungedämpften Schwingung unter Umständen nicht vollständig zu vermeiden ist, unterdrückt werden kann. Hierdurch läßt sich also eine weitgehende frequenzkonstante und amplitudenkonstante Schwingung erzeugen.

Ein erheblicher Vorteil bei dem Sender nach der Erfindung ist in der besonders günstigen Modulation zu erblicken. Eine Modulation der Trägerfrequenz kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung ohne weiteres in der üblichen Weise erfolgen,, wobei sich auch der steuernde Sender modulieren läßt. Es muß dann darauf geachtet werden, daß die höchste Modulationsfrequenz klein gegen die

Grundfrequenz J₁ ist, weil sonst die Frequenzzerler gung nicht mehr einwandfrei stattfindet. Es ergibt sich hieraus der bedeutende Vorteil, daß man eine reine Amplitudenmodulation mit extrem kleiner Frequenzmodulation erhält.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. ι zeigt ein einfaches Schaltungsbeispiel für eine Vervielfachung mit einem rückgekoppelten

ίο Röhrengenerator. Die Generatorfrequenz sei /₃, wobei Z₁ angenähert a · f_t ist, d. h. in der Nähe der gewünschten Vielfachen der Grundfrequenz f_x liegt. An Stelle der Anodengleichspannung wird eine Wechselspannung zugeführt, deren Frequenz mit der Grundfrequenz /_x· übereinstimmt. Der Sender schwingt nur bei positiver Anode und erzeugt gedämpfte Schwingungen, deren Form in Fig. 2 dargestellt ist. Die Dämpfung des Senderkreises muß dabei genügend groß sein, damit die Schwingungen rasch abklingen können, so daß der nächste Einschwingvorgang unbeeinflußt erfolgt. Durch Aussiebung der Frequenz a · Z₁ werden dann weiterhin die Lücken zwischen Schwingungsaussatz und Schwingungseinsatz ausgefüllt, so daß eine gleichmäßige Schwingung mit der Frequenz,«·Z₁ entsteht, die in Fig. 3 abgebildet ist.

In Fig. 4 ist eine Kippschaltung mit zwei Röhren dargestellt. Die Modulation erfolgt hierbei über das Gitter der einen Röhre, z.B. an den Anschlüssen 1 und 2, Bei 3 und 4 tritt bei dieser Multivibrator¹-schaltung eine stark rechteckförmige Ausgangsspannung auf, deren Verlauf in Fig. 5 schematisch dargestellt ist.

Mit diesen Kippschaltungen, z. B. Multivibrator-Schaltungen, lassen sich Frequenzen bis zu einigen Megahertz erzielen. In diesem Frequenzgebiet können hohe Vervielfachungszahlen besonders gut erreicht werden. Es bestehen hierbei keine Schwierigkeiten, Vervielfachungszahlen in der Größenordnung von ι: 1000 zu erzielen, da die von einer solchen Schaltung gelieferte Ausgangsspannung, insbesondere bei rechteckiger Modulationsspannung mit einem Zeitabstand, bei dem α größer ,als b ist (Fig. 5), sich sehr weitgehend der angestrebten Kammform nähert.

An Stelle von zwei Röhren kann bei dieser Anordnung auch eine Röhre mit mindestens fünf Elektroden, also z. B. eine Pentode oder Hexode, verwendet werden. Ein Schaltungsbeispiel hierfür ist in Fig. 6 dargestellt. Die Modulationsspannung wird in diesem Fall an 1 und 2 dem ersten Gitter zugeführt. Falls keine .,auf den Schwingungserzeuger folgende Trennstufen vorgesehen sind, wird der Ausgang mit Vorteil !entkoppelt ausgebildet, so daß unmittelbar an dem Ausgang Filter angeschlossen werden können, ohne daß dadurch das Ausschwingen verlangsamt wird.

Bei Rückkopplungsschaltungen mit Schwingkreisen muß für !eine genügende Dämpfung dieser Kreise gesorgt werden, damit die Schwingungen genügend rasch abklingen können. Während bei Meßgeräten (Frequenzmessern) diese Dämpfung dauernd am Kreis verbleiben kann, ist es bei Vervielfachungsstufen in Leistungssendern wegen des besseren Wirkungsgrades günstig, die Dämpfung nur während der Abklingperiode an den Kreis zu schalten. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß zwei Röhren verwendet werden, von denen die eine positive und die andere negative Rückkopplungsispannungen erhält. Diese Röhren werden durch die Modulationsspannung abwechselnd gesperrt und geöffnet. Ein entsprechendes Schaltungsbeispiel ist in Fig. 7 dargestellt.

Eine ähnliche Schaltung läßt sich auch mit einer Mehrgitterröhre durch Ausnutzung der Stromverteilung zwischen Anode und Schirmgitter ausführen. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltungsanordnung. Über die Anode ist hierbei eine positive und über das Schirmgitter eine negative Rückkopplungswirkung vorhanden. Die Modulationsspannung liegt an den Anschlüssen 1 und 2.

Für größere Sender ist es unter Umständen vorteilhaft, ein Rohr abwechselnd positiv oder negativ zurückzukoppeln. Dies ist in Fig. 9 dargestellt. Die Modulationsspannung wird an den Anschlüssen 1 und 2 dem Übertrager 3 und weiterhin über die Drosseln 4 und 5 den Gittern der Röhren 6 und 7 zugeführt. Die Röhre 6 bewirkt dann negative und Röhre 7 positive Rückkopplung. Die Röhren 6 und 7 wirken dabei als Teilwiderstände von Spannungsteilern im Rückkopplungskreis und nicht als Verstärker.

Obgleich es an sich möglich ist, mit einer Vervielfachungsanordnung nach der Erfindung jedes beliebige Vervielfachungsverhältnis zu erzielen, so bestehen doch für einen bestimmten Vervielfachungsbereich günstigere Vervielfachungsbedingungen, und bei der Wahl der Grundfrequenz, die für eine gewünschte Senderfrequenz vervielfacht werden soll, muß auf ein günstiges Vervielfachungsverhältnis geachtet werden. So ist es z. B. bei kleinen Vervielfachungszahlen schwer, den Ein- und Ausschwingvorgang genügend rasch erfolgen zu lassen. Bei höheren Vervielfachungszahlen treten dagegen insofern Schwierigkeiten auf, als es nur schwer gelingt, [genügend selektive Filter zu bauen. Man muß daher für Vervielfachungsstufen in Leistungssendern mit einer vervielfachten Frequenz im Ausgang einen geeigneten Zwischenwert zwischen diesen Grenzen wählen. In Fig. 10 ist eine Gegentaktmodulationsanordnung zur Frequenzvervielfachung auf dem Ultrakurzwellengebiet dargestellt. Die Modulationsspannung kann im Gitterkreis an den Anschlüssen 1 und 2, im Anodenkreis an den Schlüssen 3 und 4 oder in den Gitterkreis und Anodenkreis gleichzeitig eingeführt werden. Im letztgenannten Fall werden die beiden Modulationsspannungen um 18 o° verschoben gepolt. Die Modulationsspannungen, die Anodengleichspannung und die unter Umständen positive Gittervorspannung J werden so dimensioniert, daß in der einen HaIbperiode eine starke Anfachung und in der anderen eine starke Diämpfung (Gitterstrom) erfolgt.

Fig. 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für Ultrakurzwellensender, wobei Rückkopplungssender zur Verwendung kommen.

Im' Antennenkreis sind Filter F vorgesehen., durch die; -die Trennung der Ausgangs Schwingungen von Nachbarfrequenzen iund die Ausfüllung der Lücken zwischen Schwingungsäussatz und Schwingungseinsatz bewirkt wird. Die Filter können hierbei aus Leitungsstücken bestehen.

Fig. 13 zeigt ein Schaltungsbeispiel für einen Barkhausen-Kiurzwellensender und Fig. 14 einen ■Magnetrionsender. Die Modulation erfolgt bei dem Magnetronsender mit Vorteil durch, einen Übertrager, der an der Kathode liegt, um dadurch die hohe Spannung von den Übertnagerwicklungen fernzuhalten. Die Modulation kann auch als MagnetfeldmOdulation durchgeführt werden.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Schaltalgsanordnung zur Frequenzvervielfachung, bei der die gewünschte Frequenz als

   ao ganzzahliges Vielfaches einer Grundfrequienz erhalten wird, unter Verwendung einer Modulationsianordnung, durch, die der Oszillator im Takt der Grundfrequenz zum Ein- und Ausschwingen gebracht wird und bei der der Anstoß des Einschwingvorgangs mit der Grundfrequenz derart '.erfolgt, daß im Hilfs oszillator untereiniander und in ihrer Lage zu jeder Grundfrequenzperiode gleiche Schwingungsvorgänge entstehen, 'dadurch gekennzeichnet, daß. sie zur Herstellung von Einzelfrequenzen, z. B. zur Trägerstromerzeugung für die Trägerstromnachrichtenübertragung, insbesondere für kurze und ultrakurze Wellen benutzt und die jeweilige Einzelfrequenz über Filtermittel gewonnen wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hilfssender und darauffolgenden Filtern leine oder mehrere Trennstufen vorgesehen sind..
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Hilfssenders entkoppelt, vorzugsweise durch Elektronenkopplung ausgebildet ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den zur Heraüssiebung der gewünschten Frequenz dienenden Filtern V'orrichtungen zur Amplitudenbegrenzung der gewünschten Frequenz vorgesehen sind.
5. 5. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des Hilfssenders verwendeten Spannungen rechteckförmig oder trapezförmig sind.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Hilfsschwingung leine Kippschaltung, z. B. eine Multivibrators'chaltung, zur Verwendung kommt.
7. 7. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Hilfssender mit Rückkopplung ein rasches ' Einschwingien und Abklingen der Schwingungen jeweils durch positive oder negative Rückkopplungswirkung erzielt wird.
8. 8. Schaltungsanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modulation der Trägerfrequenz dadurch erzielt wird, daß die steuernde Grundfrequenz moduliert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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