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Frequenzvervielfacher Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher
in Gitterbasisschaltung, insbesondere für sehr hohe Frequenzen.
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Bei der Gitterbasisschaltung fließt der gesamte Anodenstrom durch
die zwischen Kathode und Gitter liegende Impedanz (bei Aussteuerung ins Gitterstromgebiet
fließt auch noch der Gitterstrom durch diese Impedanz). Dieser Strom hat eine zusätzliche
Gitterwechselspannung Ia - Rag zur Folge, die bei reellem Rag eine reine Gegenkopplung
(18o° Phasenverschiebung gegenüber einer von außen angelegten Spannung) bewirkt.
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Bei den Frequenzvervielfachern steuert eine sinUsförmige Gitterwechselspannung
der Frequenz f, durch Verlegen des Arbeitspunktes ins Negative einen stark verzerrten
Anodenstrom aus, der sich bekanntlich nach Fourier in mehrere Partialwechselströme
der Frequenzen f. und n - f, (n = eine ganze Zahl) zerlegen läßt.
Ein oder mehrere Schwingkreise als Anodenimpedanz sieben nun eine oder mehrere gewünschte
Frequenzen n - f o aus. Wenn Rag für n - f o
nicht klein ist, tritt
bei Gitterbasisschaltung eine Gegenkopplung auf, die den Wirkungsgrad des Vervielfachers
herabsetzt.-Bei einem Aufbau des Frequenzvervielfachers in Gitterbasisschaltung
unter Verwendung konzentrierter Bauelemente, z. B. Spulen und Kondensatoren, d.
h. stationärer Kreise, läßt sich die unerwünschte Gegenkopplung
für
die Frequenzen n -.f, bekanntlich dadurch beseitigen, daß für die Frequenz n - f,
zwischen Gitter und Kathode ein Leitkreis eingebaut wird, welcher bei der Grundfrequenz
f, eine kapazitive Reaktanz hat, die mit einer Spule abgestimmt wird. Dies ist bei
größeren Werten von n praktisch nicht erforderlich, da die Impedanz eines Parallelkreises
außerhalb der Resonanzfrequenz klein ist.
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Bei sehr hohen Frequenzen kann man den Frequenzvervielfacher nicht
mehr aus stationären Kreisen aufbauen, sondern muß Leitungskreise verwenden.
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Fig. z zeigt einen aus Leitungskreisen aufgebauten bekannten Frequenzvervielfacher
in Gitterbasisschaltung. Der Innenleiter z einer am Ende kurzgeschlossenen Koaxialleitung
mit dem Außenleiter 2 ist mit der Kathode der Röhre 3 verbunden, deren Gitter mit
dem Außenleiter 2, welcher geerdet sein kann, verbunden ist. Die Leitung ist durch
den Kurzschlußschieber q. abstimmbar. Die zu vervielfachende Frequenz f, wird z.
B. über eine Sonde 5 in den Leitungskreis eingekoppelt. Die Einkopplungsstelle der
Sonde 5 befindet sich eine Strecke b vom Kurzschlußschieber q. entfernt, und die
wirksame Länge des Leitungskreises ist mit a bezeichnet. Die Reaktanz einer am Ende
kurzgeschlossenen Leitung ist bekanntlich
wobei Z den Wellenwiderstand der Leitung, a die Leitungslänge und A; die Wellenlänge
bedeutet. Aus der Gleichung ist ersichtlich, daß sowohl bei wachsender Leitungslänge
als auch bei zunehmender Frequenz (abnehmender Wellenlänge) die Werte von x sich
periodisch wiederholen, d. h., an allen um
vom Kurzschluß entfernten Stellen ist die Reaktanz gleich Null und hat ein serienkreisähnliches
Verhalten. An allen
vom Kurzschluß entfernten Querschnitten ist die Reaktanz unendlich groß und zeigt
ein parallelkreisähnliches Verhalten.
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Wenn die Gitter-Kathoden-Kapazität Gag der z. B. rotationssymmetrisch
aufgebauten Röhre gleich -Null wäre, so müßte der Kurzschluß und damit dieLeitungslänge
a gleich von der Kathode entfernt liegen, damit die Gitter-Kathoden-Impedanz
Rag einem Parallelkreis für die Grundfrequenz f, entspricht. Endliche Werte von
Cag bedingen, daß die Strecke a
kleiner als
sein muß, damit eine Abstimmung auf die Grundfrequenz möglich ist. Für die Oberwellen
soll jedoch Rag möglichst klein werden, um eine Gegenkopplung der zu vervielfachenden
Frequenz zu vermeiden. Nun beträgt der Abstand a für die gewünschte Oberwelle
wenn Cgg = 0 bz-%v. ist kleiner bei Cag > 0 (e1,1 = Wellenlänge der Oberwelle).
Aus der Formel ist ersichtlich, daß von der Röhre aus gesehen für gradzahlige
n bei Cßg = 0 ein Leitkreis vorhanden ist, während bei ungradzahligen
n ein Sperrkreis vorliegt. Bei Car > 0 sind die Verhältnisse nicht so eindeutig,
liefern jedoch ähnliches Verhalten.
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Fig. 3 zeigt einen aus Leitungskreisen aufgebauten bekannten Frequenzvervielfacher,
bei dem der Impedanzverlauf längs des Kathodenkreises durch eine z. B. zwischen
der Einkopplung 5 und der Röhre sich befindende Kapazität (oder ein Leitungsstück
geringeren Wellenwiderstandes 8) derart geändert wird, daß für die Frequenz f, zwischen
Gitter und Kathode ein Parallelkreis, für die Frequenz n - f, auch bei ungeradem
n ein Serienkreis gebildet wird.
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Die praktische Verwendung solcher Anordnung ist jedoch dadurch sehr
erschwert, daß alle den Kathodenkreis des Vervielfachers bildenden Impedanzen (unter
Umständen auch der Innenwiderstand des die Frequenz f, liefernden Generators) in
die Abstimmung von f, und von n - f, eingehen.
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Der erfindungsgemäße Frequenzvervielfacher ist nun dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung einer Serienresonanz für die gewünschte Oberwelle ein auf diese
Oberwelle abgestimmter Sperrtopf verwendet wird, welcher sich in dem aus Leitungen
aufgebauten Kathodenkreis zwischen der Röhre und den Abstimm-und Einkoppelmitteln
für die Grundwelle befindet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend erläutert und
an Hand der Fig. 2 beschrieben.
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Die Serienresonanz zwischen Gitter und Kathode ist für die gewünschte
Oberwelle durch einen an geeigneter Stelle zwischen der Kathode und den Abstimm-
und Einkoppelmitteln für die Grundwelle angebrachten Sperrtopf, welcher im Gegensatz
zur Zeichnung auch am Innenleiter vorgesehen sein kann, für die gewünschte Oberwelle
bewirkt. Der aus einer am Ende kurzgeschlossenen
langen Leitung bestehende Sperrtopf in Koaxialausführung ist in Fig. 2 mit 6 bezeichnet.
AI bedeutet dabei die Wellenlänge der gewünschten Oberwelle. Dieser Sperrtopf hat
eine unendlich hohe, dem Parallelkreis entsprechende Reaktanz für die Oberwelle
und stellt für die Grundwelle einen induktiven endlichen Widerstand dar. Diese hohe
Reaktanz entspricht einer Unterbrechung der Leitung bzw. einem um
entfernten Kurzschluß und bewirkt damit, daß für die Bildung einer Serienresonanz
bei der gewünschten Oberwelle nur die Entfernung des Sperrtopfes von der Röhre,
nicht dagegen die Impedanzen hinter dem Sperrtopf bestimmend sind.
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Um die genaue Lage des Sperrtopfes zu bestimmen, stimmt man den Kathodenraum
mit dem Kurzschlußschieber ¢ auf die gewünschte Oberwelle ab. Der Kurzschlußschieber
ist dann eine Entfernung c von der-Kathode entfernt. In dem Fall sieht die Kathode
für diese Oberwelle einen Parallelkreis. Eine an Stelle des Kurzschlusses angebrachte
Unterbrechung der Leitung, wie sie der Sperrtopf darstellt, bewirkt, daß
die
Röhre dann für die gewünschte Oberwelle einen Leitkreis vorfindet.
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Der Sperrtopf 6 kann auch eine von
abweichende Länge l haben, wenn er am freien Ende durch eine einstellbare Kapazität
7 belastet ist. Eine Einstellung der Kapazität 7 ermöglicht die Abstimmung des Sperrtopfes.
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Die im Leitungszug für f o liegende Sperrtopfreaktanz bedingt eine
Änderung des Abstandes a, so daB unter Umständen im nächsthöheren Knoten abgestimmt
werden muB.