-
Kopplungsschaltung für den Ausgang eines Röhrengenerators Die Erfindung
betrifft eine Kopplungsschaltung zur Übertragung der Hochfrequenzausgangsleistung
von einer Röhrengeneratorstufe auf den Verbraucherkreis. Sie vereinigt in sich verschiedene
günstige Eigenschaften, welche bekannte Schaltungen nicht in gleichem Maße oder
nicht gleichzeitig besaßen. Die Schaltung nach der Erfindung ergibt eine Transformation
des Verbraucherwiderstandes in einen rein Ohmschen Widerstand parallel zu den Eingangsklemmen;
sie hat ferner die Eigenschaft, daß Transformationsverhältnis und Kopplungsgrad
innerhalb eines breiten Frequenzbereiches beiderseits der mittleren Betriebsfrequenz,
auf welche die Kopplungskreise abgestimmt sind, sich verhältnismäßig wenig ändern;
außerdem kann durch eine veränderliche Kopplung zwischen zwei Kreisen der Schaltung
die Energieentnahme vom Generator zwischen Leerlauf und Vollauskopplung geändert
werden, ohne daß praktisch eine Verstimmung der in der Schaltung vorhandenen Schwingungskreise
eintritt. Bei einer Kopplungsschaltung zur Übertragung der Hochfrequenzausgangsleistung
von einer Röhrengeneraturstufe auf den Verbraucherkreis, welche mindestens drei
abgestimmte, miteinander gekoppelte Schwingungskreise einschließlich des den Nutzwiderstand
oder sein Äquivalent enthaltenden Verbraucherkreises enthält, werden die erwähnten
vorteilhaften Eigenschaften erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen den mit
den Ausgangselektroden der Röhrenstufe verbundenen Schaltungspunkten außer einem
vorzugsweise vorgesehenen Parallelresonanzkreis geringer Dämpfung ein Reihenresonanzkreis
als Eingangskreis liegt, daß ferner ein mit dem Eingangskreis gekoppelter Zwischenkreis
und der ihm nachfolgende Verbraucherkreis als Reihenkreise abgestimmt sind, so daß
bei derartiger Bemessung des Eingangskreises, daß zwischen den genannten Schaltungspunkten
bei der mittleren Betriebsfrequenz bzw. Trägerfrequenz praktisch kein Blindwiderstand
auftritt, der transformierte
Nutzwiderstand in Form eines reinen
Wirkwiderstandes zwischen den genannten, mit den Ausgangselektroden verbundenen
Schaltungspunkten auftritt. Wie auf Grund dieser besonderen Anordnung die erwähnten
vorteilhaften Wirkungen zustande kommen, wird später an Hand der Zeichnungen erläutert.
-
Es ist eine Schaltung für einen Röhrensender bekannt, dessen aperiodisch
ausgebildeter Anodenkreis mit einem abstimmbaren Antennenkreis variabel kapazitiv
gekoppelt ist. In dieser Schaltung soll die Abstimmung bei Änderungen der Kopplung
dadurch unverändert erhalten bleiben, daß ein variabler Kopplungskondensator mechanisch
in geeigneterWeise mit einem Abstimmglied verbunden ist. Die Schwierigkeiten bei
der Anwendung derartiger mechanischer Kupplungen sind bekannt. Im Falle der bekannten
Schaltung ist auch nur die Korrektur der Abstimmung eines einzigen Kreises beabsichtigt.
Bei mehrkreisigen Anordnungen, wie sie zur Erzielung einer Breitbandwirkung erforderlich
sind, ist die bekannte Anordnung nicht mehr mit Vorteil anwendbar.
-
Eine andere bekannte Anordnung sieht die Verwendung einer Stromverzweigungsschaltung
vor, durch welche ein Erregerkreis mit dem Generator verbunden ist; die Kopplung
des Erregerkreises mit einem Übertragerkreis soll dabei derart erfolgen, da13 eine
gleichmäßige Belastung des kapazitiven und des induktiven Zweiges des Erregerkreises
gegeben ist, so daß durch Änderungen des Kopplungsgrades zwischen Erregerkreis und
Übertragerkreis die Abstimmung des Erregerkreises unverändert bleibt. Diese Anordnung
erforderte bei Änderungen der Betriebsfrequenz einen jedesmaligen Neuabgleich der
Stromverzweigungsschaltung mit Rücksicht auf die entgegengesetzt verlaufenden Blindwiderstände
des induktiven und des kapazitiven Zweiges. Sie ergab auch keine Breitbandwirkung.
-
Es ist außerdem zu erwähnen, daß eine Kopplungsschaltung für die Verbindung
einer Senderausgangsstufe mit der Antenne bekannt ist, in welcher zwischen den Ausgangselektroden
der Gegentaktleistungsröhren ein Parallelresonanzkreis angeordnet ist, der ein besonderes
einstellbares Kopplungsglied zwischen einem Abgriffpunkt und dem geerdeten Symmetriepunkt
aufweist. An den Abgriffpunkt des Kopplungsgliedes ist der erste von mehreren aufeinanderfolgenden
Reihenresonanzkreisen angekoppelt, deren letzter den Verbraucher, d. h. den Antennenwiderstand,
enthält. Bei der bekannten Anordnung tritt der durch die nachfolgenden Serienresonanzkreise
transformierte Verbraucherwiderstand zunächst parallel zu dem einstellbaren Kopplungsglied
in Erscheinung, durch welches der transformierte Widerstand als energieentziehendes
Glied in den Parallelresonanzkreis eingeführt wird. Der Parallelresonanzkreis ist
demnach in der bekannten Anordnung als energieübertragendes und transformierendes
Element wirksam. Im Gegensatz dazu ist bei der Anordnung nach der Erfindung der
Parallelresonanzkreis kein notwendiges Element des zur Anpassung dienenden Transformationsnetzes.
Die Transformation wird vielmehr allein durch die hintereinandergeschalteten Serienresonanzkreise
bewirkt. Wird-ein Parallelresonanzkreis in der gekennzeichneten Weise ergänzend
verwendet, so wird in ihn kein dämpfendes Reihenglied hineintransformiert,und er
selbst nimmt an der Energieübertragung nicht teil. Seine Selektionseigenschaften
kommen infolge der geringen Dämpfung daher in unvermindertem Maße der Oberwellen-
und Störwellensiebungzugute.
-
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen der Schaltung
gemäß der Erfindung dargestellt. Die Abb. i zeigt das allgemeinste Schema der Verwirklichung
des - Erfindungsgedankens. Die elektrische Wirkungsweise wird am leichtesten verständlich,
wenn man die Betrachtung der miteinander gekoppelten Kreise beim Verbraucherende
beginnt und die Transformation des Nutzwiderstandes von Kreis zu Kreis betrachtet.
Der Verbraucherkreis 4. ist mit den Reihenimpedanzen ix und i2- und dem Verbraucherwiderstand
13 in Reihenresonanz auf die mittlere Betriebsfrequenz abgestimmt. Dies wird in
der Zeichnung symbolisch durch den eingezeichneten, die genannten Elemente in Reihe
umfahrenden Pfeil angedeutet. Infolge dieser Serienabstimmung wird nun bekanntlich
aus diesem Kreis auf den vorausgehenden Zwischenkreis 3 über die Kopplung mittels
des Elementes ii nur Wirkwiderstand, keine Blindkomponente, übertragen. Der Zwischenkreis
3 ist mit seinen Elementen g, io, ii ebenfalls in Reihenresonanz abgestimmt, was
durch den entsprechenden Pfeil angedeutet ist. Auf den Eingangskreis z wird daher
aus diesem Zwischenkreis ebenfalls nur Wirkwiderstand übertragen. Der Eingangskreis
2 ist mit seinen Elementen 8 und g nun derartig bemessen, daß zwischen den Abgriffspunkten
14 und 15, welche man als die Eingangsklemmen eines Teiles der Kopplungsschaltung
betrachten kann, bei der mittleren Betriebsfrequenz praktisch kein Blindwiderstand
auftritt. Der Nutzwiderstand 13 tritt also transformiert in Form eines reinen Wirkwiderstandes
zwischen den Punkten 14 und 15 auf.
-
Dieser Wirkwiderstand zwischen den Punkten 14 und 15 kann direkt in
den Ausgangskreis eines Generators, beispielsweise in den Anodenkreis einer Senderendstufe,
eingeschaltet werden. Es ist aber vorteilhaft, als Zwischenglied einen auf die mittlere
Betriebsfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis i mit dem Kondensator 6 und
der Spule 7 vorzusehen. Im Widerstand 5 seien zur Vervollständigung des Schaltbildes
alle parallel erscheinenden Wirkwiderstände zusammengefaßt, einschließlich des Innenwiderstandes
des Generators, dessen Spannung an den Eingangsklemmen liegt. Der Parallelresonanzkreis
r bildet bei der geringen in Betracht kommenden Dämpfung einen sehr hohen Wirkwiderstand
im Vergleich zu dem von der Ausgangsseite her transformierten, zwischen den Klemmen
14, 15 erscheinenden Wirkwiderstand. Der Kreis i ist also für das Transformationsverhältnis
ohne Bedeutung; er verbessert-aber die Wirkungsweise der Schaltung in bezug auf
die übertragbare Bandbreite, wie später noch dargelegt wird.
-
Aus der Tatsache, daß von dem Lastwiderstand 13 in die vorausgehenden
Kreise 3 und 2 nur Wirkwiderstand ohne Blindkomponenten übertragen wird, der schließlich
transformiert zwischen 14 und 15 erscheint, ergibt sich ohne weiteres, daß eine
Änderung der Ankopplung des Verbraucherkreises 4 an den Zwischenkreis 3 oder auch
des Zwischenkreises 3 an den Eingangskreis
2 keine Verstimmung
der Kreise zur Folge hat. Von diesem Vorteil wird bei einer Ausführungsform der
Erfindung Gebrauch gemacht.
-
In den Abb. 2 und 3 sind zwei spezielle Ausführungsformen des allgemeinen
Schemas der Abb. i dargestellt. In Abb.2 sind der Verbraucherkreis 4 mit dem Zwischenkreis
3 und dieser mit dem Eingangskreis 2 durch Kopplungsimpedanzen gekoppelt, welche
innerhalb des Betriebsfrequenzbereiches kapazitive Widerstände darstellen; diese
sind daher in Gestalt von Kondensatoren g und ii angedeutet. Die Elemente 8, io
und i2 sind als Selbstinduktionsspulen von veränderbarer Induktivität ausgebildet,
während die kapazitiven Kopplungselemente als feste Schaltelemente ausgebildet sind.
-
Eine einfache Überlegung zeigt, daß diese Kopplungsschaltung die Übertragung
einer besonders großen Bandbreite ermöglicht. Wenn man mit X" den gemeinsamen Blindwiderstand
der Kreise 4 und 3 und entsprechend mit X23 den gemeinsamen Blindwiderstand der
Kreise 2 und 3, ferner mit R,, den im Kreis 4 vorhandenen Wirkwiderstand bezeichnet,
so ist nach einer bekannten Beziehung der von 4 in den Kreis 3 übertragene Wirkwiderstand
entsprechend wird der aus 3 in den Kreis 2 übertragene Wirkwiderstand, der zwischen
den Klemmen 14, 15 erscheint,
Durch Einsetzen von (i) in (2) erhält man
Setzt man für die X-Werte die entsprechenden kapazitiven Widerstände ein, so ergibt
sich
Die Kopplung ist also frequenzunabhängig, da c) aus dem Ausdruck für R2 herausfällt.
-
Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform mit induktiver Kopplung des Verbraucherkreises
4 mit dem Zwischenkreis 3 und kapazitiver Kopplung des Zwischenkreises 3 mit dem
Eingangskreis 2. Die induktive Kopplungsimpedanz ii ist dabei veränderbar ausgebildet.
Auch für diese Ausführungsform zeigt eine einfache Überlegung, daß sich eine gute
Breitbandwirkung ergibt, und zwar durch Zusammenwirken der in Reihenresonanz abgestimmten
Kreise 2, 3; 4 mit dem Parallelresonanzkreis i. Bei kleinen Frequenzveränderungen
innerhalb eines Bereiches, wie er durch die bei der Modulation auftretenden Seitenbandfrequenzen
gebildet wird, ergibt sich für den Kreis i für Frequenzerhöhungen ein kapazitiver
Blindwiderstand, für Frequenzerniedrigungen ein induktiver Blindwiderstand. In den
Kreisen 2, 3 und 4 treten für Frequenzerhöhungen induktive, für Frequenzerniedrigungen
kapazitive Blindwiderstände auf. Die Kopplungen der Kreise lassen sich so wählen,
daß die resultierende Blindwiderstandsänderung im Kreise 2 ebenfalls in diesem Sinne
verläuft. Für kleine Verstimmungen d f und - 4 f lassen sich dann
für den Kreis i und die zusammengefaßten Kreise 2, 3, 4 die in Abb.3 a und 3 b dargestellten
Ersatzschaltbilder angeben. Abb. 3a zeigt den Fall der Frequenzerhöhung. Der Kreis
i ist dabei kapazitiv, während die Kreise 2, 3, 4 als resultierenden Widerstand
eine Induktivität in Reihe mit dem transformierten Lastwiderstand ergeben. In Abb.
3 b ist die Blindwiderstandsänderung für eine Frequenzerniedrigung entsprechend
dargestellt. Man erkennt daraus, daß für Verstimmungen in der Nähe der Trägerfrequenz
die vom Kreis i und den Kreisen 2, 3, 4 herrührenden Blindwiderstandsänderungen
entgegengesetzten Verlauf haben und sich bei geeigneter Bemessung angenähert kompensieren.
Es wird also eine Breitbandwirkung erzielt.
-
Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung,
welche sich in der Praxis besonders bewährt hat. Es handelt sich um eine Anordnung
mit einer veränderlichen Kopplung zwischen einer mit zwei in Gegentakt geschalteten
Röhren arbeitenden Generatorstufe und einem Verbraucherkreis, der den Lastwiderstand
13 enthält. Dieser kann beispielsweise durch den Fußpunktwiderstand einer Antenne,
den Eingangswiderstand einer Speiseleitung oder den Eingangswiderstand eines $ochfrequenzwärmegerätes
gebildet werden. Der als Zwischenglied dienende Parallelresonanzkreis i liegt zwischen
den Ausgangselektroden der beiden Röhren und ist mit den Abgriffspunkten 14, 15
des Eingangskreises 2 verbunden. In der elektrischen Mitte dieses Kreises ist eine
kapazitive Kopplungsimpedanz g vorgesehen, die gleichzeitig ein Reihenelement des
Zwischenkreises 3 bildet. Die zwischen dem Zwischenkreis 3 und dem Ausgangskreis
4 vorgesehene veränderliche induktive Kopplung ist als Gegeninduktivität zwischen
den Hälften io' und io" der im Zwischenkreis 3 liegenden Primärspule und der im
Verbraucherkreis 4 liegenden Sekundärspule 12 ausgebildet. Zwischen den Hälften
io' und io" der Primärspule ist eine Selbstinduktionsspule io von veränderbarer
Induktivität eingeschaltet, welche mit der Sekundärspule 12 praktisch nicht magnetisch
gekoppelt ist und mittels welcher der Kreis 3 abgestimmt werden kann. Durch die
Änderung der Kopplung zwischen der Spule 12 einerseits und den Spulen io' und io"
andererseits werden die Kreise 2, 3 und 4 nicht verstimmt, wobei der Energieentzug
zwischen Leerlauf und Vollauskopplung regelbar ist. Auch die bei der Besprechung
der Abb. 3 erwähnte Breitbandwirkung ist vorhanden; man erkennt leicht, daß die
Schaltung nach Abb.4 eine erdsymmetrische Ausführung der Schaltung nach Abb. 3 ist.
Eine nochmalige Erörterung der Breitbandwirkung erübrigt sich daher.
-
Die Anordnung nach Abb. 4 ist wegen ihres einfachen Aufbaues und ihrer
guten elektrischen Eigenschaften
besonders für Sendeanlagen großer
Leistung geeignet, welche modulierte Hochfrequenzschwingungen großer Bandbreite
ausstrahlen sollen.