DE906346C - Verfahren zur Regelung der Betriebsfrequenz von Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektrischen Wellen - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Betriebsfrequenz von Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektrischen Wellen

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DE906346C
DE906346C DEP4044D DEP0004044D DE906346C DE 906346 C DE906346 C DE 906346C DE P4044 D DEP4044 D DE P4044D DE P0004044 D DEP0004044 D DE P0004044D DE 906346 C DE906346 C DE 906346C
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Germany
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DEP4044D
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Inventor
Dr Alfred Allerding
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Julius Pintsch AG
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Julius Pintsch AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/02Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element
    • H03L7/04Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a frequency discriminator comprising a passive frequency-determining element wherein the frequency-determining element comprises distributed inductance and capacitance

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  • Lasers (AREA)

Description

  • Verfahren zur Regelung der Betriebsfrequenz von Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektrischen Wellen Die Erfindung betrifft Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektromagnetischen Wellen des Dezimeter- oder Zentimetergebietes; insbesondere Generatoren bzw. Sender und/oder Empfänger für derartige Wellen.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Frequenzstabilisierung derartiger Ultrakurzwellenanlagen. Es wurde nämlich beobachtet, daß sich die Lage des Spannungsknotens bzw. Spannungsbauches auf einem Schwingungssystem, insbesondere Lechersystem, ändert, wenn die Frequenz der hochfrequenten oder ultrahochfrequenten Wechselspannungen geändert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Betriebsfrequenz von Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektrischen Wellen des Dezimeter-oder Zentimetergebietes ist dadurch gekennzeichnet, daß eine bei Änderung der Betriebsfrequenz durch eine gleichzeitige Änderung der zwischen zwei auf einem Schwingungssystem mit nicht quasistationärer Energieverteilung, insbesondere einem Lechersystem, gewählten Meßpunkten bestehenden Differenz der Schwingungsenergie erzeugte Spannungskomponente zur Regelung der Betriebsfrequenz verwendet wird.
  • Es ist an sich bekannt, durch Aufsuchen der Spannungsbäuche und -knoten auf einem Lechersystem aus dem Abstand derselben die Wellenlänge bzw. Frequenz von Kurzwellen zu bestimmen. Demgegenüber arbeitet die Erfindung mit der Änderung des Spannungszustandes in zwei festliegend gewählten Meßpunkten eines Schwingungs- bzw. Lechersystems.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, als Indikator für die Spannungskomponente eine Glühlampe zu verwenden und die Lichtemission einer derartigen Glühlampe mit einer Fotozelle zu kontrollieren. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf. die erwähnte Anwendung einer Glühlampe beschränkt, sondern es ist beispielsweise auch möglich, statt der Glühlampe eine Gasentladungslampe, insbesondere mit Glimmentladung, zu verwenden. Man kann auch, wie dieses eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, als Indikator einen Gleichrichter an die Stelle eines Spannungsknotens setzen und die an diesem Gleichrichter abgenommenen Spannungen zur Kontrolle der Lage des Spannungsknotens auf der Energieleitung verwenden.
  • Besonders zweckmäßig ist es, die Schwingungssysteme, arndenendie Spannungsverteilung beobachtet wird, aus einem Material großerTemperaturunabhängigkeit herzustellen. Das Schwingsystem (Lechersystem) kann mit besonderem Vorteil so ausgebildet werden, daß eine Verluststrahlung an demselben nicht auftritt, beispielsweise als rohrförmige Leitung mit oder ohne Mittelleiter. Die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist um so größer, je länger im Vergleich zur Wellenlänge das Schwingungssystem, an dem die Lage der Strom- bzw. Spannungsverteilung beobachtet wird, ist. Man wird es daher möglichst mehrere Wellenlängen lang machen. Um dabei nicht zu zu großen räumlichen Ausdehnungen zu gelangen, kann man auch künstliche Verkürzungsglieder in das Schwingungssystem einfügen. Zur automatischen Konstanthaltung der Betriebsfrequenz wird durch diejenigen Glieder, die die Spannungsverteilung kontrollieren, eine automatische Regelung von Abstimmitteln vorgenommen. Insbesondere kann man hierzu auch Kompensationsschaltungen verwenden, mit denen die Spannung mehrerer Indikatoren, insbesondere von zwei Indikatoren, die gegeneinandergeschaltet sind; gemessen wurde, um jeweils eine Regelung im richtigen Sinn, d. h. eine entsprechend der Abweichung der Betriebsfrequenz von der Sollfrequenz erforderliche Verlängerung oder Verkürzung der Betriebswellenlänge zu erreichen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der zwei Abbildungen näher erläutet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Abb. i. Dort wird mit abstrahlungsfreien Energieleitungen gearbeitet, und es wird außerdem eine automatische Regelung der Wellenlänge ermöglicht. Mit 15 ist in dieser Abbildung der Generator, der beispielsweise eine Elektronenröhre mit einem von metallischen Flächen allseitig umgrenzten Hohlraum als Resonator sein kann, bezeichnet. Solche Generatoren sind in eigenen älteren Vorschlägen angegeben. 16 ist ein zusätzlicher Resonator, der es ermöglicht, die Betriebswellenlänge des Generators 15 zu variieren. Natürlich könnte man auch statt einer Änderung der Wellenlänge durch einen Zusatzresonator 16 eine Regelung der Wellenlänge beispielsweise durch Änderungen der Vorspannungen am Generator 15 öder durch eine direkte Beeinflussung des Resonators des Generators 15 bewirken. Solche Zusatzresonatoren, die zur Abstimmung dienen, sind in einem eigenen älteren Vorschlag angegeben. An den Züsatzresonator 16 schließt sich die konzentrische Energieleitung an, die aus einem Außenleiter 17 und einem Innenleiter 18 besteht. An diese Energieleitung sind Verbraucher, im vorliegenden Fall Flächenstrahler i9 und 2o, angeschlossen. Diese Flächenstrahler sind in einem eigenen Vorschlag erläutert.
  • Um nun die Betriebsfrequenz des Generators 15 zu kontrollieren, ist an die Energieleitung 17, i8 eine Abzweigleitung 21, 22 angeschlossen, die den Kontrollresonator 23, 24 mit der Hauptenergieleitung 17, 18 verbindet. Der Kontrollresonator ermöglicht eine um so genauere Kontrolle, je länger er ist. Er ist also zweckmäßig mehrere Wellenlängen lang. Aus Gründen der Raumersparnis ist er parallel zur Hauptenergieleitung allgeordnet. Um weiterhin die Genauigkeit der Kontrolle recht groß zu machen, wählt man den Anschlußpunkt für die Indikatoren recht weit vom Ende 25 des Kontrollresonators entfernt. An den Kontrollresonator sind zwei weitere Resonatoren, die ebenfalls als konzentrische Lecherleitungen ausgebildet sind, nämlich die Resonatoren, bestehend aus den Leitern 26, 27 sowie 28, 29, über Energieleitungen 30, 31 und 32, 33 (Verbindungsleitungen), angeschlossen. Diie Resonatoren 26, 27 und- 28, 29 sind zweckmäßig abstimmbar. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Auschlußleitungen 21, 22 zwischen Hauptenergieleitungen und Kontrollresonator insgesamt eine Wellenlänge. Der rechtwinklige Knick der Leitung 21, 22 liegt dabei in der Mitte, d. h. im Abstand von .?/2 von der Hauptenergieleitung bzw. dem Kontrollresonator. Die Länge der Anschlußleitungen 31, 30 und 33, 32 beträgt 1/4 der Wellenlänge, während die Länge der Resonatoren 26, -27 bz,w. 28, 29 212 ist. Bei allen Längenangaben,,die im vorstehen-den gemacht wurden oder die im folgenden noch gemacht werden, bedeutet der Ausdruck Länge stets auch elektrisch bzw. äquivalent lang.
  • Die Wellenwiderstände der Anschlußleitung 21, 22 und der Verbindungsleitungen 30, 31 bzw. 33, 32 sind relativ klein, um eine geringe Belastung der Hauptenergieleitung oder im Fall der Leitungen 30, 31 und 33, 32 des Kontrollresonators zu erzielen. Der Wellenwiderstand des Kontrollresonators 23, 24 ist hingegen sehr groß, um zu erreichen, daß dieser Resonator eine möglichst geringe Dämpfung aufweist. Die Ankopplung der Energieleitung 21, 22 an die Hauptenergieleitung 17, i8 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so,gewählt, daß ider Mittelleiter 22 nur ein geringes in die Hauptenergieleitung hineinragt. Jedoch kann man auch beliebig andere Ankopplungsarten wählen. Dasselbe gilt auch für den Anschluß der Verbindungsleitungen 31, 30 und 32, 33. Im Spannungsbauch der Resonatoren 26, 27 bzw. 28, 29 ist zwischen Mittelleiter und Außenleiter je ein Indikator, im vorliegenden Fall ein Gleichrichter-(Detektor, Glühdiode), angeordnet.
  • Die Verwendung zweier Indikatoren 34 hat folgenden Sinn: In dem Kontrollresonator 23, 24 bilden sich in der durch die Wellenlinie dargestellten Art Spannungsknoten und Spannungsbäuche aus. Um nun eine automatische Regelung der Betriebswellenlänge zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß ein Kompensationsverfahren angewandt, das an Hand der Abb. i a erläutert werden möge.
  • Hier ist der Einfachheit wegen als Schwingungssystem ein drahtförmiges Lechersystem, bestehend aus den Drähten 35 und 36, gezeichnet. Die Spannungsverteilung gibt die punktierte Wellenlinie wieder. An den Stellen 35' und 35" befinden sich Spannungsknoten. In einem gleichmäßigen Abstand rechts und links von diesen Spannungsknoten sind die Indikatoren (Detektoren usw.) 3.4 angeschlossen. Die Richtströme dieser Indikatoren kann man nun in gegenläufigem Sinn auf einen Widerstand einwirken lassen. Solange sich die Spannungsknoten 35' und 35" in gleichem Abstand von der Anschlußstelle der Indikatoren 34 befinden, tritt eine Kompensation des Spannungsabfalles an dem obenerwähnten Widerstand auf. Sobald aber eine Änderung der Betriebswellenlänge eintritt und die Verlagerung der Spannungsknoten stattfindet, ist dieses Gleichgewicht gestört. Auf diese Art kann man eine eindeutige Anzeige, ob eine Verkürzung oder Verlängerung der Betriebswellenlänge stattgefunden hat, erreichen.
  • In der Abb. i sind nun, wie sich aus der eingezeichneten Spannungsverteilung ergibt, die beiden Resonatoren 26,27 und 28, 29 in der in Abb. i a näher erläuterten Weise in gleichem Abstand von zwei Spannungsknoten an den Kontrollresonatoren angeschlossen. Der gemeinsame Widerstand, auf den die Richtströme der Indikatoren 3.4 einwirken, ist mit 37 bezeichnet. 38 ist ein Anzeigeinstrument, das erkennen läßt, in welcher Richtung eine Änderung der Betriebswellenlänge stattgefunden hat. Der Teil 39 möge einen Verstärker und sonstige erforderliche Regeleinrichtungen enthalten, tun den Motor :Io zu steuern, der über den Antrieb ,a.1 auf den Zwischenresonator 16 einwirkt und somit eine automatische Nachregulierung der Betriebswellenlänge ermöglicht.
  • In vielen Fällen kann es ,#%-eckmäßig sein, den zu überwachenden Generator mit einer besonderen Frequenz, die z. B. bei Telefoniemodulation im überhörbaren Gebiet liegen kann, zu modulieren. In einem solchen Fall wird man an den Indikator, beispielsweise Gleichrichter 34, einen entsprechenden Verstärker mit einem zweiten Gleichrichter anschließen, wobei man den Verstärker auf die 1lodulationsfrequenz abstimmen kann. Wenn die Anlage zum Senden oder Empfang von Telegrafiemodulation verwendet wird, kann der Verstärker auch unmittelbar auf den Telegrafieton abgestimmt sein. Der Kontrollresonator wird zweckmäßig aus einem Material mit geeigneten Temperaturausdehnungskoeffizienten hergestellt. Seine innere Oberfläche soll möglichst gut leitend sein und kann zu diesem Zweck mit irgendwelchen Überzügen aus gut leitendem Material hergestellt sein. Statt den Köntrollresonator aus einem Material geringer Temperaturausdehnung herzustellen, kann man auch eine Kompensationseinrichtung für die Temperaturausdehnung verwenden. Die Erfindung ist beispielsweise zweckmäßig bei Generatoren anwendbar, bei denen sich der frequenzbestimmende Schwingungskreis durch den Betrieb der Anlage erwärmt und bei denen sich erst eine gewisse Zeit nach dem anfänglichen Einschalten der Anlage eine Wellenlängenkonstanz bzw. eine Temperaturkonstanz des frequenzbestimmenden Resonators zeigt. Natürlich kann man statt der Anzeigeinstrumente 38 (Abb. i) auch irgendwelche Signaleinrichtungen akustischer oder optischer Art anbringen, die ein Signal von sich geben, sobald eine bestimmte Grenze der Betriebswellenlänge überschritten ist, auch kann man Einrichtungen mit nur einem Indikator in manchen Fällen zur automatischen Frequenzregelung verwenden.

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung der Betriebsfrequenz von Anordnungen zum Arbeiten mit ultrakurzen elektrischen Wellen, insbesondere des Dezimeter- oder Zentimetergebietes, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei Änderung der Betriebsfrequenz durch eine gleichzeitige Änderung der zwischen zwei auf einem Schwingungssystem mit nicht quasistationärer Energieverteilurrg, insbesondere einem Lechersystem, gewählten Meßpunkten bestehenden Differenz der Schwingungsenergie erzeugte Spannungskomponente zur Regelung der Betriebsfrequenz verwendet wird.
  2. 2. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtung der Strom- bzw. Spannungsverteilung auf einer an die zwischen Generator und Verbraucher liegende Energieleitung angeschlossenen Stichleitung (Kontrollresonator) geschieht.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung (Kontrollresonator) am Ende kurzgeschlossen ist und aus einem Schwingungssystem großen Wellenwiderstandes besteht. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung (Kontrollresonator) über eine Verbindungsleitung kleinen Wellenwiderstandes an die Hauptenergieleitung angeschlossen ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des oder der Indikatoren möglichst weit weg von dem kurzgeschlossenen Ende der Stichleitung erfolgt.
  6. 6. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator eine von der Ultrahochfrequenzleitung gespeiste Lichtquelle (Glühlampe, Glimmröhre) dient, deren Lichtströme optisch oder fotoelektrisch kontrolliert bzw. gemessen werden.
  7. 7. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Indikator ein Gleichrichter (Detektor, Glühdiode usw.) dient. B.
  8. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Indikatoren in gleichen Abständen von ein und demselben Spannungsbauch (rechts und links) angeordnet sind und daß diese Indikatorenauf eine Kompensationseinrichtung (Widerstand 37) einwirken.
  9. 9. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatoren an vorzugsweise abstimmbare Anschlußresonatoren der Stichleitung, die an oder in der Nähe von Spannungsknoten an der Stichleitung angeschlossen sind, angeschaltet werden und die zweckmäßig über Verbindungsleitungen kleinen Wellenwiderstandes mit der Stichleitung verbunden sind. io.
  10. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder alle Energieleitungen abstrahlungsfrei ausgebildet sind. i i.
  11. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrahochfrequenzenergie mit einer Hilfsmodulation, die zweckmäßig im Überhörbereich liegt, moduliert ist. 1a.
  12. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichleitung einen geringen Temperäturausdehnungskoefüzienten aufweist.
  13. 13. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Indikator angeschlossene Verstärker auf die zur Kontrolle dienende Modulationsfrequenz abgestimmt ist. Angezogene Druckschriften: Proceedings of the I. R. E., Bd. 21, S. 29 bis 36.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1197515B (de) * 1959-11-09 1965-07-29 Ibm Anordnung zum Konstanthalten der Frequenz von Oszillatoren
DE3608471A1 (de) * 1986-03-14 1987-09-24 Bbc Brown Boveri & Cie Mikrowellen-oszillator mit stabilisierung durch eine dielektrischen resonator

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