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Anpassungsschaltung zur Ankopplung eines Verbrauchers an einen für
Wellenwechsel eingerichteten Hochfrequenz-Röhrensender Das Patent 866 676 betrifft
eine Anpassungsschaltung zur Ankopplun.g eines Verbrauchers an einen, für Wellenwechsel
eingerichteten Hochfrequenz-Röhrensender unter Verwendung von )./4-Resonanznetnverken
als quasistationäre Ersatzschaltungen für zwei je 2/q. lange Leitungen von derartiger
Bemessung, daß die Quadrate ihrer Wellenwiderstände im gleichen Verhältnis zueinander
stehen wie die aneinander anzupassenden Widerstände der Senderendstufe und des angeschlossenen
Verbrauchers; .dabei sind die Blindwiderstände der einen Art abstimmbar, während
die Blindwiderstände der anderen Art als bei der Abstimmung unveränderliche Widerstände
ausgebildet sind.
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Die Schaltung gemäß dem genannten Patent besitzt besonders günstigeBreitbandeigenschaften,die
auch beim Wellemvechsel innerhalb eines großen Bereiches erhalten bleiben und daher
ihre Anwendung auch in Mittel- und Langwellensendern für Rundfunkzwecke mit hohen
Qualitätsanforderungen zulassen. Die Abstimmung auf eine andere Betriebswellenlänge
kann dabei allein durch Änderung der Blindwiderstände der einen Art, insbesondere
der Induktivitäten, vorgenommen werden, wobei das durch das Verhältnis der Wellenwiderstände
der beiden 2./4-Resonanznetzwerke bestimmte Transformationsverhältnis erhalten bleibt.
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In dem genannten Patent wurden Ausführungsformen einer derartigen
Anpassungsschaltung angegeben, in denen die beiden A/4-Resonanznetzwerke durch die
Reihenschaltung eines senderseitigen n-Netzwerkes, bestehend aus zwei kapazitiven
Quergliedern
und einem induktiven Längsglied, mit einem kabel- bzw. verbraucherseitigen T-Netzwerk,
bestehend aus einem kapazitiven Querglied und zwei induktiven Längsgliedern, gebildet
wurden. Es ergab sich demnach eine Schaltung mit drei veränderbaren Spulen. und
drei bei der Abstimmung nicht veränderten Kondensatoren.
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Erfindungsgemäß sollen beide .gemannten elektrisch ungefähr .1/q.
langen Resonanznetzwerke als n-Netzwerke mit kapazitiven Quergliedern ausgebildet
sein. Die Eigenschaften der so ausgebildeten Schaltung sind hinsichtlich der durchgelassenen
Bandbreite unter sonst gleichen Bedingungen noch besser als die einer Schaltung
mit einem n-Glied und einem T-Glied. Ferner ist auch die Oberwellensiebung 'besser.
Darüber hinaus besitzt die Schaltung nach der Erfindung noch weitere erwünschte
Eigenschaften, welche bei der Schaltung des Patentes 866 676 nicht oder doch noch
nicht in gleichem Maße vorhanden waren und welche in Verbindung mit der Beschreibung
eines besonderer Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden. Durch die Verwendung
einer Schaltung -mit zwei az-Gliedern, welche kapazitive Querglieder aufweisen,
sind zunächst zwei Längsinduktivitäten und vier Querkapazitäten erforderlich, von
denen die beiden mittleren Kapazitäten miteinander vereinigt werden können. Es ergibt
sich daher eine Grundschaltung mit zwei Spulen und drei Kondensatoren, welche ohne
einen Mehraufwand gegenüber der Schaltung des genannten Patentes (welche drei Spulen
und drei Kondensatoren besitzt) um einen zwischen dem senderseitigen n-Netzwerk
und der Senderendstufe als Querglied eingeschalteten Parallelresonanzkreis erweitert
werden kann. Die Querkapazität dieses Parallelresonanzkreises kann mit der senderseitigen
Querkapazität des senderseitigen n-Netzwerkes zu einem Kondensator vereinigt sein.
Durch die Hinzunahme des Parallelresonanzkreises wird der notwendige Aufwand an
Bauelementen gegenüber der Grundschaltung mit zwei jr-Gliedern nur um eine Spule
bzw. ein Variometer und gegenüber der Schaltung des genannten Patentes gar nicht
erhöht. Mit der so ergänzten Schaltung lassen sich jedoch noch weitergehende Aufgaben
lösen als mit der Schaltung des genannten Patentes.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der
Erfindung mit der erwähnten Ergänzung durch einen Parallelresonanzkreis dargestellt.
Die einzelnen Bauelemente sind darin mit Buchstabenbezugszeichen versehen. Mit E
ist die Endröhre eines Hochfrequenzsenders bezeichnet, deren Gleichstromversorgung
nicht dargestellt ist; Rk ist der Verbraucherwiderstand, der beispielsweise durch
den Wellenwiderstand eines zur Antenne führenden koaxialen Kabels gebildet sein
kann. Die Kapazitäten C2 und C3 bilden zusammen mit der Spule L2 von veränderbarer
I.rnduktivität das senderseitige n-Glied und die Kapazitäten C4, C5 zusammen mit
der ebenfalls einstellbaren Spule L3 das verhraucherseitige ir-Glied. Der Parallelresonanzkreis
besteht aus der Spule L1 von veränderbarer Induktivität- und der Kapazität Cl. Wie
schon erwähnt, können die Kapazitäten. Cl und C2 in dem Kondensator Ca und die Kapazitäten
C3 und C4 in dem Kondensator C, zusammengefaßtwerden. Eine ähnliche Möglichkeit
der Zusammenfassung ergibt sich an der Verbraucherseite, wenn die verhältnismäßig
kleine. unvermeidliche Induktivität Lk der Zuleitung zum Verbraucher durch eine
Querkapazität C6 kompensiert werden soll. In diesem Falle ist eine Zusammenfassung
von C5 und C6 in dem Kondensator Ch möglich. Diese Kompensation ist bei nicht zu
großem Lk praktisch noch frequenzunabhängig, so daß Rk unter vernachlässigbarer
Änderung bei dem mit unterbrochener Linien eingezeichneten Rh wieder erscheint.
Man erkennt, daß durch die Berücksichtigung von Lk praktisch nur der Kapazitätswert
des Kondensators Ck in geringem Ausmaß beeinflußt, jedoch kein zusätzliches Bauelement
erforderlich ist.
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Die Wellenwiderstände der beiden z-Glieder sind mit Z" und Zk bezeichnet.
Das verbraucherseitige n-Glied transformiert .den Widerstand Rh in den in der Mitte
:der Schaltung wirksamen Widerstand R.. und das senderseitige n-Glied diesen wiederum
in den als Belastungswiderstand der Röhre erscheinenden Wert Ra, der durch den parallel
liegenden Schwingungskreis L1, Cl nicht weiter verändert wird.
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Die Breitbandeigenschaften der Schaltung nach der Erfindung lassen
sich noch verbessern, wenn die Wellenwiderstände der beiden @/4-Netzwerke so bemessen
werden, daß ihr Produkt gleich dem Produkt der beiden aneinander anzupassenden Widerstände
ist, oder anders ausgedrückt, daß folgende fünf Widerstandswerte eine geometrische
Reihe bilden: Der Widerstand Rk bzw. Rk des Verbrauchers, der Wellenwiderstand Z"
des anschließenden @/4-Netzwerkes, der durch dieses in die Mitte der Schaltung transformierte
Widerstand R,n, der Wellenwiderstand Z" des senderseitigen 2./4-Netzwerkes und der
Außenwiderstand Rd der Röhre E.
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Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung bietet auch erhöhte Möglichkeiten
der Regelung. In, der Praxis wird im allgemeinen gewünscht, das durch das Verhältnis
der Wellenwiderstände der beiden @l/4-Netzwerke an sich bestimmte Transfo.rmationsverhältnis
ändern zu können, und zwar für folgende Zwecke: i. zum Ausgleich unvermeidbarer
Fabrikationstoleranzen der Bauelemente gegenüber den bei der Berechnung zugrunde
gelegten Größen, 2. zum Ausgleich betriebsmäßig auftretender Änderungen, z. B. der
Fehlanpassung der Antenne, 3. zur Änderung der abgegebenen Leistung des Senders
in weiten Grenzen, beispielsweise im Verhältnis 1::2.
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Während bei den Schaltungen des genannten Patentes der Ausgleich der
zu i genannten Abweichungen nur innerhalb der Grenzen der zugelassenen Herstellungsverschiedenheiten
möglich war, wofür ein Stufenkondensator aufgewendet werden mußte, und der Regelbereich
häufig noch nicht zum Ausgleich praktisch vorkommender Fehlanpassungswerte :des
Antennenwiderstandes
ausreichte, ist diese Aufgabe mit der Schaltung
entsprechend dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
in vollem Umfange lösbar und darüber hinaus auch die Leistungsveränderung innerhalb
praktisch in Betracht kommender Grenzen möglich; dabei ist der Stufenkondensator
entbehrlich, und die Breitbandeigenschaften werden über den ganzen Änderungsbereich
aufrechterhalten. Die Schaltung hat auch eine besonders hohe Oberwellendämpfung,
da die unmittelbar an der Röhre E liegende Eingangskapazität um den Wert Cl vergrößert
ist, der groß gewählt werden kann.
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In der Schaltung des genannten Patentes wurde die Leistungsvariation
durch Änderung des Transformationsverhältnisses und diese wiederum durch Änderung
des Wellenwiderstandes des T-Gliedes unter Aufrechterhaltung eines Winkelmaßes von
9o° bewirkt. Dies erforderte die gleichzeitige Änderung aller drei Bauteile des
T-Gliedes, also auch des kapazitiven Quergliedes, was einen größeren Aufwand bedeutete
als bei der Schaltung nach der Erfindung. In dieser wird die Leistungsänderung dadurch
ermöglicht, daß man die als Variometer ausgebildete In:duktivität L. des senderseitigen
n-Netzwerkes ändert, ohne gleichzeitig .die zugehörigen Kondensatoren C1 und C,
mit zu verändern. Durch diese einseitige Veränderung des induktiven Zweiges wird
das nach der zugrunde liegenden Bemessungsregel auf eine elektrische Länge von ungefähr
44. gebrachte Netzwerk in einer Weise verstimmt, die man bisher in derartigen Schaltungen
für nicht zulässig hielt. Die elektrische Länge weicht dann, von 1/4 ab, und zwar
um so mehr, je größer die Verstimmung ist. Die rechnerische Untersuchung hat aber
bezeigt, daß solche Abweichungen des wirksamen Winkelmaßes innerhalb gewisser Grenzen
zulässig sind und daß die zur Erfüllung der praktischen Regelungsaufgaben mit der
Schaltung nach der Erfindung notwendigen Abweichungen des Winkelmaßes von dem zugrunde
gelegten Wert von 9o° sich innerhalb dieser Grenzen halten. Der Eingangswiderstand
des Netzwerkes wird dabei komplex. Da jedoch ohne Mehraufwand von Bauelementen gegenüber
der Schaltung des genannten Patentes auf der Eingangsseite ein Parallelresonanzkreis
gebildet werden kann, besteht die Möglichkeit, durch Nachstimmung des Parallelresonanzkreises
die röhrenseitige Blindkomponente zu kompensieren, so daß der Belastungswiderstand
Ra für die Röhre wieder oh.misch wird.
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Besonders einfach gestaltet sich die Abstimmung der Schaltung des
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Während die Schaltung des genannten
Patentes im Leerlauf, also mit abgeschalteter Last Rk, abgestimmt werden mußte und
die Einstellung dann nicht mehr geändert werden durfte, wird hier mittels des Parallelresonanzkreises
die Abstimmung im ungedämpften Zweig ermöglicht. Bei einer beliebigen Einstellung
der Variometer L2 und L3 kann durch Ändern von I_1 und Einstellung nach dem Minimum
der Anodengleichstromaufnahme immer auf besten Wirkungsgrad eingestellt werden,
auch während des Betriebes. Da ein besonderes Abstimmkriterium nicht zu berücksichtigen
ist, erübrigen sich alle Abstimmhilfsgeräte. Die Schaltung gestattet nicht nur,
senderseitig die einen schlechten Röhrenwirkungsgrad verursachenden Blindkomponenten
infolge Fehlanpassung von Rj, auszugleichen, sondern auch mittels L2 selbst bei
fehlangepaßtem Rk die die Leistungsaufnahme bestimmende Wirkkomponente von Ra auf
jeden gewünschten Wert innerhalb eines großen Bereiches einzustellen.
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Wenn eine Leistungsänderung in einem größeren Verhältnis, z. B. im
Verhältnis i :2, verlangt wird, so bemißt man zweckmäßigerweise die Wellenwiderstände
Z, und Z" so, daß bei der Hauptbetriebswellenlänge bzw. am langwelligen Ende eines
Wellenbereiches bei der mittleren Leistung des verlangten Leistungsbereiches der
mittlere Widerstand R. der Schaltung ungefähr den. der geometrischen Reihe entsprechenden
Wert hat. Verringert man von diesem Zustand ausgehend L2, so wird das wirksame Winkelmaß
des senderseitigen n-Netzwerkes dadurch etwas kleiner als 9o°. während der für die
Transformation wirksame Wert Z" abnimmt, womit gleichzeitig Ra abnimmt und die Leistung
steigt. Für diese Einstellung, mit der es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die
verlangte größte Leistung des Regelbereiches zu erreichen, liegt dann Rm etwas oberhalb
des für diesen neuen Wert von Ra gültigen Wertes nach der geometrischen Reihe.
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Über .die Frequenzdurchlässigkeit bzw. Breitbandigkeitder Schaltung
kann gesagt werden, daß diese auch bei den praktisch in Betracht kommenden Abweichungen
des Winkelmaßes von go° für das senderseitige -c-Netzwerk noch mindestens so hervorragend
gut ist wie bei den Schaltungen entsprechend den Ausführungsbeispielen ,des genannten
Patentes. Wie bei den letzeren, ist auch bei der Schaltung nach der Erfindung die
Anwendung des Gegentaktprinzips möglich.
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Die Oberwellensiebung ist bei der Schaltung nach der Erfindung ihrer
Natur nach gut, da sämtliche Kondensatoren in Querzweigen liegen. Sie läßt sich
noch verbessern, wenn ein oder mehrere Kondensatoren im Längszweig oder eine oder
mehrere Parallel- oder Reihenspulen in einem oder mehreren Querzweigen vorgesehen
und für die Erhöhung der Oberwellendämpfung bemessen sind.