DE952106C - Laufzeitspule mit veraenderbarer elektrischer Laenge - Google Patents

Description

T 7778

Die Erfindung betrifft eine Laufzeitspule mit — vorzugsweise kontinuierlich — veränderbarer elektrischer Länge.

Solche künstlichen Verzögerungsleitungen werden für vielerlei Zwecke gebraucht. Beispielsweise ist es für Laboratoriumszwecke wünschenswert, die Laufzeit einer Laufzeitspule auf einfache Weise verstellen zu können, da es meist auf eine sehr genaue Bemessung dieser Größe ankommt. Ferner können solche Verzögerungsorgane auch dazu dienen, elektrische Impulse in der Dauer oder Phasenlage zu modulieren.

Bisher hat man sich zur genauen Einstellung der Verzögerungszeit einer Laufzeitspule durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Windungszahl solcher Gebilde beholfen. Diese Methode ist aber äußerst mühsam und zeitraubend.

Es sind veränderbare Induktivitäten bekannt, die aus spiralförmig oder spulenartig gewickelten Drähten oder Bändern bestehen. Die Größe der Induktivität wird bei diesen bekannten Anordnungen durch mechanische Veränderung des Abstandes der Spulenwindungen, welche aus gut federndem Material bestehen, eingestellt. Im Gegensatz zu Laufzeitspulen stellen derartige Induktivitäten reine Zweipole dar, mit welchen weder eine Laufzeitverzögerung elektrischer Wellen beabsichtigt noch möglich ist. Auch die Definition eines Wellenwiderstandes, wie er für Laufzeitspulen charakteristisch ist, erscheint bei einer Induktivität sinnlos.

Es ist auch bekannt, die Veränderung der elektrisehen Länge von Laufzeitorganen auf elektrischem Wege zu gewinnen, beispielsweise durch elektrische

Beeinflussung der dielektrischen oder magnetischen Materialkonstanten. Anordnungen dieser Art machen aber einen zusätzlichen Schaltungsaufwand erforderlich und sind schwierig zu bedienen. Gemäß der Erfindung wird ein von diesen elektrischen Verfahren gänzlich abweichender Weg eingeschlagen. Um die elektrische Länge einer Laufzeitspule — vorzugsweise kontinuierlich — veränderbar zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ίο Teile derselben elastisch auszubilden, und zwar derart, daß durch mechanische Zug- oder Druckbeanspruchung dieser Teile die elektrische Länge des Gebildes veränderbar ist, und die die Längsinduktivität und die Querkapazität bestimmenden Teile derart anzuordnen und auszubilden, daß der Quotient aus der Längsinduktivität und der Querkapazität und damit der Wellenwiderstand der Laufzeitspule bei Veränderung der elektrischen Länge zumindest angenähert konstant bleibt. Dabei ist es möglich, sowohl nicht stromführende ao als auch stromführende Teile der Verzögerungsleitung elastisch zu gestalten.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn der Wicklungskörper für die Spulenwindungen aus einem elastischen Material, beispielsweise aus Gummi, besteht.

Die Erfindung sei im folgenden an einigen in den Abb. ι bis 7 wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Abb. ι zeigt beispielsweise die schematische Darstellung einer an sich bekannten Laufzeitspule, bei welcher zwei Spulen 1 und 2 übereinanderliegend mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf denselben Wicklungskörper 3 aufgewickelt sind. Die beiden Spulen müssen natürlich voneinander isoliert sein, was sich durch Verwendung eines lackierten Drahtes einfach verwirklichen läßt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung soll nun der Trägerkörper 3 dieser Laufzeitspule aus einem elastischen Material, beispielsweise aus Gummi, bestehen, wobei darauf zu achten ist, daß die beiden Wicklungsspulen unverschiebbar auf diesem angeordnet sind. Um dies zu erreichen, empfiehlt es sich, beispielsweise die Spulenwicklungen mit starker mechanischer Vorspannung auf den Trägerkörper aufzuwickeln. Die Veränderung der Laufzeit dieses Gebildes wird dann einfach durch Dehnung des elastischen Trägerkörpers 3 erreicht. Da die Windungen voraussetzungsgemäß unverschiebbar auf dem Gummikörper angeordnet sind, rücken auch diese bei der Dehnung weiter auseinander, was eine Veränderung der Induktivität und Kapazität des Gebildes zur Folge hat. Dabei hat sich gezeigt, daß sowohl die Induktivität L als auch die Kapazität C dieser Laufzeitspule in weiten Grenzen innerhalb des elastischen Bereiches annähernd umgekehrt proportional zu der jeweiligen Gesamtlänge des Trägerkörpers ist, so daß auch das Verhältnis L/C und damit der Wellenwiderstand bei der Dehnung annähernd konstant bleibt. Dieses Verhalten ist für die Praxis von großer Bedeutung, da somit nicht mehr nach jeder Einstellung ein erneuter reflexionsfreier Abgleich vorgenommen zu werden braucht.

Diese vorteilhafte Eigenschaft der beschriebenen Laufzeitspule soll durch die folgende Überlegung verständlich gemacht werden. In Abb. 2 a ist die erfindungsgemäße Laufzeitspule mit den beiden sich kreuzenden Windungslagen im ungedehnten Zustand nochmals dargestellt, wobei zur leichteren Erklärung angenommen ist, daß die Wicklungen aus bandförmigem isoliertem Draht mit rechteckigem Querschnitt bestehen. In diesem Zustand ist die Kapazität proportional der von den dicht bei dicht liegenden Windungen gebildeten Fläche. Wird nun dieses Gebilde beispielsweise auf die doppelte Länge gedehnt,' so bekommen die Windungen einen gegenseitigenAbstand von der Breite des Metallbandes. Wie aus Abb. 2 b hervorgeht, überdecken sich dann nur noch die schraffiert gezeichneten Teile der beiden übereinanderliegenden Bänder, und es ist leicht einzusehen, daß die schraffierte Gesamtfläche gleich der nicht schraffierten ist. Das heißt aber, daß die Kapazität — abgesehen von der Streuung, die bei dicht aufeinanderliegenden Wicklungen vernachlässigbar ist — auf die Hälfte zurückgegangen ist. Für die Induktivität führt eine rechnerische Überlegung zu dem gleichen Ergebnis. Die Induktivität einer langen Spule ist bekanntlich

L₁ = k ■ n² ■ I,

wobei I die Länge der Spule, η die Windungszahl pro cm und k ein Proportionalitätsfaktor ist. Da bei der Dehnung der Spule von der Länge I auf die Länge 2 I die Windungszahl der Spule pro cm auf die Hälfte zurückgegangen ist, gilt für die Induktivität der auf die doppelte Länge gedehnten Spule

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Die Induktivität ist also ebenfalls auf den halben Wert zurückgegangen und damit der Wellenwiderstand der Leitung konstant geblieben.

Die Verzögerungszeit einer Laufzeitspule der beschriebenen Art kann auch dadurch im Sinne der Erfindung veränderlich gemacht werden, daß der Trägerkörper 3 aus einem starren Material besteht, dafür aber die beiden Wicklungen 1 und 2 als elastische Spiralfedern ausgebildet sind. Entgegen der oben beschriebenen Ausführungsform wird hier die Veränderung der Verzögerungszeit durch Ausziehen der beiden Wicklungen 1 und 2 bewirkt, weshalb diese auf dem — vorzugsweise beiderseitig verlängerten — Trägerkörper 3 verschiebbar sein müssen. Bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls der Trägerkörper 3 auch ganz entfallen, wenn die beiden Wicklungen aus einem elastischen Material solch großer Steifigkeit bestehen, daß eine sich selbst tragende Anordnung' entsteht.

In Abb. 3 ist eine andere, ebenfalls an sich bekannte Laufzeitspule dargestellt. Diese besteht aus einem stab- oder hohlzylinderförmigen Trägerkörper 4 mit einer auf dessen Außenwandung aufgebrachten spirallinienförmigen Metallbelegung oder -wicklung 5 und einer in den Trägerkörper eingeführten, die Rückleitung darstellenden, stabförmigen Innenleiter 6. Um die Verzögerungszeit dieser Laufzeitspule im Sinne der Erfindung veränderlich zu machen, kann man an Stelle des hohlzylinderförmigen Trägerkörpers 4 beispielsweise einen Gummischlauch verwenden. Natur-

lieh muß auch hier die äußere Wicklung 5 mit solcher Spannung auf den Schlauch aufgewickelt sein, daß bei Längsdehnung des Schlauches stets eine Veränderung des Windungsabstandes gewährleistet ist. Durchgeführte Versuche haben ergeben, daß für diese Zwecke besonders die im Handel erhältlichen, für Fahrräder üblichen Ventilschläuche geeignet sind. Die Innenelektrode muß bei dieser Ausführungsform der Erfindung natürlich einen gewissen Spielraum gegenüber der Innenwandung des Schlauches besitzen, damit die Dehnung nicht behindert wird.

Abb. 4 zeigt eine Vorrichtung, mit welcher die Dehnung der erfindungsgemäßen Laufzeitspule in einfacher Weise ausgeführt werden kann. Durch 7 ist eine um ihre Achse drehbare Trommel gekennzeichnet, auf deren Mantelfläche das eine Ende 8 des elastisch ausgebildeten Teiles der Verzögerungsleitung 9 befestigt ist, während das andere Ende 10 des elastischen Teiles an einem Festpunkt der Umgebung festgehalten wird. Dabei ist die Verzögerungsleitung derart über die Mantelfläche der Trommel gelegt, daß bei Veränderung des Drehwinkels der Trommel, was beispielsweise mit Hilfe einer für diesen Zweck vorgesehenen Kurbelwelle 11 bewirkt werden kann, der elastisch ausgebildete Teil der Verzögerungsleitung gedehnt wird. Um die Trommel in einer gewünschten Lage zu fixieren, können besondere Mittel, beispielsweise eine Klemmschraube 12, vorgesehen sein.
Bei Verzögerungsleitungen mit sehr langer Laufzeit empfiehlt es sich, die in Abb. 5 dargestellte Anordnung anzuwenden. Dort sind mehrere elektrisch in Serie geschaltete Stücke der Verzögerungsleitung in vorzugsweise paralleler Lage mit den Enden ihres elastisch ausgebildeten Teiles zwischen zwei Haltevorrichtungen 13 und 14 eingespannt, von denen zumindest die eine zur Ermöglichung einer Dehnung des Gebildes in Richtung dieser Stücke verschiebbar ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, bei verhältnismäßig kleiner elastischer Dehnung eine große Veränderung der Verzögerungszeit zu bewirken, und ist daher besonders geeignet, wenn die elektrische Länge der Verzögerungsleitung im Rhythmus einer Nachricht oder eines Wobbeivorganges verändert werden soll. Es braucht dann beispielsweise nur die beweglich angeordnete Haltevorrichtung 14 in Abb. 5 als Membran eines Mikrophons ausgestaltet oder im Rhythmus der Wobbeifrequenz hin und her bewegt zu werden.

Die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung kann auch verwendet werden, um Impulse in der Dauer oder Phase zu modulieren, wozu besonders die zuletzt beschriebene Ausführungsform geeignet ist. Ein Beispiel für eine solche Anwendungsmöglichkeit ist in Abb. 6 dargestellt, die eine Anordnung zur Erzeugung von in der Dauer modulierten Impulsen wiedergibt. Im Anodenkreis einer Röhre 15 liegt eine am Ende kurzgeschlossene und eingangsseitig mit ihrem Wellenwiderstand 16 abgeschlossene Laufzeitspule 17 von der Ausführungsform gemäß Abb. 5. Auf das Steuergitter der Röhre 15 werden Impulse relativ großer Breite oder eine Sinusspannung von einer die Röhre übersteuernden Amplitude gegeben. Wäre der Abschlußwiderstand 16 allein vorhanden, so würde an diesem ein zu dem am Gitter liegenden Impuls gegenphasiger Impuls entstehen, der in Abb. 7 a mit a bezeichnet ist. Dieser auch auf die Verzögerungsleitung gelangende Impuls wird an deren Ende mit umgekehrtem Vorzeichen reflektiert und überlagert sieh dem ursprünglichen Impuls a am Widerstand 16 mit einer der Laufzeit Δ t der Verzögerungsleitung entsprechenden Verzögerung (Impuls b in Abb. 7 a). Das Ergebnis dieser Überlagerung ist die Impulsfolge c, von welcher entweder nur die positiven oder negativen Impulse als Nutzimpulse ausgewertet werden. In Abb. 7b sind die Spannungsverläufe b und c für eine größere Verzögerungszeit der Laufzeitspule nochmals dargestellt, woraus sich ergibt, daß entsprechend der größeren Verzögerungszeit auch die am Widerstand 16 auftretenden Impulse c jetzt eine größere Dauer angenommen haben. Wird somit die elektrische Laufzeit der Verzögerungsleitung 17 rhythmisch geändert, beispielsweise durch Besprechen der Platte 18, so können am Widerstand 16 direkt in der Dauer modulierte Impulse abgegriffen werden, deren eine Flanke veränderlich ist.

Die beschriebene Anordnung ist auch geeignet, um Impulse in ihrer Phasenlage zu modulieren. Bei dieser Anwendung wird aber die Verzögerungsleitung am Ende nicht kurzgeschlossen. Die zu modulierenden Impulse werden auf den Eingang der Verzögerungsleitung gegeben, und an den Ausgangsklemmen können direkt phasenmodulierte Impulse abgegriffen werden, wenn die Verzögerungsleitung im Rhythmus einer Nachricht oder einer Wobbeifrequenz periodisch gedehnt wird.

Claims (1)

95 PATENTANSPRÜCHE:

1. Laufzeitspule mit, vorzugsweise kontinuierlich, veränderbarer elektrischer Länge, dadurch gekennzeichnet, daß Teile derselben elastisch ausgebildet sind, derart, daß durch mechanische Zug- oder Druckbeanspruchung dieser Teile die elektrische Länge des Gebildes veränderbar ist, und daß die die Längsinduktivität und die Querkapazität bestimmenden Teile derart angeordnet und ausgebildet sind,. daß der Quotient aus der Längs-

. induktivität und der Querkapazität und damit der Wellenwiderstand der Laufzeitspule bei Veränderung der elektrischen Länge zumindest angenähert konstant bleibt.

2. Laufzeitspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper für die Spulenwindungen elastisch ausgebildet ist, beispielsweise aus Gummi besteht.

3. Laufzeitspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper hohl, beispielsweise als Hohlzylinder, ausgebildet ist.

4. Laufzeitspule nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwindungen unter mechanischer Vorspannung auf den Trägerkörper gewickelt sind.

5. Laufzeitspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Enden des elastisch ausgebildeten Teiles mehrerer elektrisch in Serie geschalteter Stücke der Verzögerungsleitung, vorzugsweise in paralleler Lage,

zwischen zwei Haltevorrichtungen eingespannt sind, von denen mindestens die eine zur Ermöglichung einer Laufzeitveränderung in Richtung dieser Stücke verschiebbar ist.

6. Einstellanordnung für eine Laufzeitspule gemäß einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das eine Ende des elastisch ausgebildeten Teiles an der Mantelfläche eines zylindrischen und um seine Achse drehbaren Körpers (Trommel) befestigt ist, während das andere Ende an einem Festpunkt festgehalten ist, und daß die Verzögerungsleitung derart über die Mantelfläche des Zylinders gelegt ist, daß bei Veränderung des Drehwinkels des zylindrischen Körpers der elastische Teil der Verzögerungsleitung gedehnt wird.

7. Anordnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Trommel in einer gewünschten Lage zu fixieren.

8. Laufzeitspule gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Beeinflussung des Dehnungsgrades des elastisch ausgebildeten Teiles der Laufzeitspule in Abhängigkeit von einer zu übertragenden Nachricht und durch ihren Einbau in eine solche Stelle einer Impulsmodulationsschaltung, daß den Impulsen die Nachricht als Modulation der Breite oder Phasenlage aufgedrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 292 925, 849 126.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 609 678 11.56