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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der zwei Abbildungen
näher erläutet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.