Kopplungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf abgestimmte Hochfrequenzkopplungs- systeme zur selektiven Übertragung von modulierten Trägerwellen. Solche Systeme werden zum Beispiel bei Rundfunkempfän gern angewendet.
Die Wiedergabegenauigkeit von Sprache oder Musik erfordert wesentlich gleichmässige Gesamtübertrabgung der Trägerfrequenzseiten- bänder, welche sich nahezu von 50 Hertz bis zu Frequenzen zwischen 5000 und 1.5,000 Hertz zu beiden Seiten der Trägerfrequenz erstrecken, je nach dem Charakter des Pro grammes. Es ist indessen zu beachten, dass Bandbreiten dieser Grössenordnung nicht immer frei von Interferenzen, die von fre- quenzbenachbarten Stationen oder von sta tischen Einflüssen herrühren, erzielbar sind.
Im Einzelfall können gewisse Stationen frei von Überlagerungen empfangen werden, während andere dem grossen Einfluss von kräftigen oder nahen Stationen, die auf be nachbarten Wellenbändern arbeiten, unter- worfen sein können. Um Stationen der ersten Type wiedergabegetreu zu empfangen, ist es wünschenswert, dass die Selektivität des Empfängers herabgesetzt wird.
Stimmt man dagegen auf eine Station der zweiten Art ab, so ist es zwecks grösserer Störfreiheit wünschenswert, die Selektivität auf Kosten der Tonqualität zu erhöhen..
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung mindestens zweier abgestimmter elektrischer @Schwingunb kreise, bei welcher eine Kopplungsänderung zum Zwecke der Baadbreitenänderung vorgenommen werden kann und bei welcher die zur Kopplungs änderung notwendige Veränderung der den Schwingungskreisen .gemeinsamen Kopp lungsimpedanz zwangläufig verbunden ist mit der Veränderung einer nicht gemein samen Impedanz in jedem einzelnen Schwin gungskreis, und zwar derart,
dass die durch die Veränderung der Kopplungsimpedanz hervorgerufene Verschiebung der mittleren Bandfrequenz in der Frequenzskal-a. durch die gleichzeitige Veränderung der genannten nicht gemeinsamen Kreisimpedanzen prak tisch kompensiert wird.
Ganz besonders bei der Anwendung auf die Zwischenfrequenzstufe eines Superhetero dyneempfän;gers ist es höchst wichtig, dass ein solcher Selektivitätswechsel ohne Ver- schiebung ges Resonanzbandes in der Fre- quenzska)la vollzogen werden kann.
Die mitt lere Frequenz :des Resonanzbandes muss also bei Änderung der Selektivität in ihrer Lage in der Frequenzskala erhalten bleiben, eine Forderung, die bei der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung erfüllt ist, hingegen bei bekannten Einrichtungen nicht erfüllt war.
Im folgenden werden anhand der Zeich nung Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig.1 zeigt erfindungsgemässe Kopplungs einrichtungen im Zwischenfrequenzteil eines Superheterodyneempfängers; Fig. 2 zeigt die Erhaltung der Lage der mittleren Bandfrequenz in der Frequenz skala, wenn die Breite des Bandes variiert wird; Fig. 3 bis 6 und 11 zeigen weitere Aus führungsbeispiele der erfindungsgemässen Kopplungseinrichtung; Fig. 7 und 8 zeigen Schemas der beschrie benen Ausführungsbeispiele;
Fig. 9 ist eine Vorderansicht eines Kopp lungskondensators und Fig. 10 ein Schnitt nach Linie 10-10 der Fig. 9 ; Fig. 12 ist ein Schnitt entsprechend der Fig.10 durch einen Kondensator nach Fig.11. Fig. 1 zeigt Antenne 1 und Erde 2, die den Eingang zu einem Superheterodyne- Rundfunkempfänger darstellen,
worin die Radiofrequenzstufen und der Oszillator- lZodulatorteil des Systems schematisch durch das Rechteck 3 dargestellt sind. Die Mo.du- latoranode (nicht gezeichnet) ist durch die Leitung 4 mit der obern Klemme einer Spule L'a verbunden, deren untere Klemme bei 5 über .die Modulator-Anodenbatterie 6 geerdet ist.
Die Modulatorkathode (nicht ge zeichnet) ist bei 7 geerdet, so dass die modu lierte Leistung über Spule L',; weitergeleitet wird.
Die Spule L'. bildet .den Eingang zu einer abgestimmten Kopplungseinrichtung T" die später ausführlicher beschrieben wird und deren Ausgang eine ähnliche Spule L', enthält, die zwischen Erde 8 und dem Gitter G: der Vakuumröhre V1 geschaltet ist, die als Zwischenfrequenzverstärker wirkt. Die Kathode der Röhre V1 ist über die vorspan nende Impedanz 9 wirksam geerdet.
Eine Kopplungseinrichtung T, ähnlich T1 überträgt die Zeichen vom Ausgang der Röhre V, zum Eingang einer zweiten Zwi- schenfrequenzvenstärkerröhre V2. Zu diesem Zweck ist die Anode A, der Röhre V" durch Leitung 10 mit der obern Klemme einer Ein gangsspule L, ähnlich L'" verbunden, deren untere Klemme bei 11 über die Anoden batterie 12, .die die Röhre V1 speist, geerdet ist.
Die Ausgangsspule L, des Systems T_ ist mit Erde 13 und über die Leitung 14 mit dem Gitter G.2 der Röhre V@ verbunden, deren Kathode h_ über die vorspannende Impedanz 1.5 geerdet ist.
Die zwischen der Anode A" und der ge erdetes Kathode K2 der Röhre V-. entwickelte Zeichenspannung wird durch die Verbin dungen 16 und 17 an den Teil des Emp fängers, der den Detektor und Tonfrequenz verstärker enthält und der schematisch durch das Rechteck 1-8 bezeichnet ist, angelegt, dessen Leistung sich auf den Lautsprecher 20 überträgt.
Die Kopplungseinrichtung T. der Fig. 1 enthält zusätzlich zu den Eingangs- und Ausgangsspulen L, und L, ein Paar von ab gestimmten Kondensatoren C,; und Cy, die mit ;den entsprechenden Spulen verbunden sind, und verschiedene zusätzliche Konden satoren C" Cb und Ce, die mit Kontakten eines Wechselschalters H, verbunden sind.
Die Verbindungen sind so, dass die Betäti gung des Schaltarmes II, zu den Kontak ten<I>m</I> die Kondensatoren C", und C, in :Serie mit den entsprechenden Kondensatoren Cx und C, über die entsprechenden Spulen L$ und L,, verbindet. Die Betätigung des Schal ters zur Stellung n trennt die Kondensatoren C., und C, ab und setzt an ihre Stelle einen gemeinsamen Kopplungskondensator Cd.
Die resonanten Kreise Lx, CY, Ca, und Ly, C, und C" die durch Betätigung des Schalters H, zur Stellung m entstehen, sind lose induktiv gekoppelt, wie durch M an gedeutet. Wenn die Kopplung M unter- krilisch ist, erzeugt sie eine einzelgebuckelte, scharf zugespitzte Resonanzkurve, wie durch Kurve k der Fig. 2 dargestellt.
Bei Stellung des Schalters Hz auf die Kontakte n. werden die Kondensatoren Ca und C, durch den einzigen Kopplungskon densator Cb ersetzt, der für den Eingangs kreis LK, C, und den Aus,gaugskreis Ly, Cy des Kopplungssystems gemeinsam ist.
Der Kondensator Cb ist so bemessen, dass er die durch Kurve l der Fig. 2 dargestellte, breite, doppeltgebuckelte Resonanzlinie hervorbringt, die der überkritischen Kopplung entspricht.
Um sicher zu sein, dass die Resonanz bänder 1 und k (Fix. 2) symmetrisch bezüg lich der mittleren Frequenz f für beide Stel lungen,des Schalters H2 angeordnet sein wer den, werden folgende einleitenden Einstellun- gen gemacht: Mit dem Sehalter in Stellung n wird der Kopplungskondensator Cb so ein gestellt, dass er die gewünschte überkritische Kopplung, Kurve 1, .ergibt und dadurch eine grosse Bandbreite für hohe Wiedergabetreue beim Fehlen von Störungen sichert.
Die Kon densatoren C" und C, werden dann variiert, um die Zwischenfrequenz f im wesentlichen im Zentrum des Resona,nzba-üd@es anzuordnen.
Der :Schalter H- wird,daraufhin zur Posi tion 7n verschoben, um das hochselektive Pesonanzband, Kurve k, zu schaffen, und die Kondensatoren C,4 und C,. werden variiert, um dieses schmale Resonanzband in bezug auf die Zwischenfrequenz f symmetrisch an zuordnen.
Der Kondensator 21 zwischen Spule L, und Erde 13 ist von hinreichend grosser Kapazität, um die Hochfrequenz nicht zu beeinflussen. Er ist bloss ein Blo-ekierungs- kondensator, welcher dazu dient, den Kurz- schluss der Anodenspannung 1'2 zu verhin dern und auch dazu, .diese Anodenspannung von dem Gitter der Röhre VZ fernzuhalten.
Wenn gewünscht wird, das Gitter der Röhre V, durch eine automatische Leistungs- steuerung zu steuern, wird ein zweiter Blockierungskondensator in .der Verbindung 22 erforderlich sein.
Die genauen Verbin dungen hierfür sind bei der Kopplungsein- richtung T1 dargestellt, wo eine automatische Steuervorspannung vom Gleichrichterausgang über den Leiter 23 zum Gitter der Röhre V, über Spule L'9 geleitet wird.
Die Wechsel stromkomponenten der so angelegten Vor spannung werden bei 8 zur Erde ausgefiltert durch den Blockierungskondensator 24 der Kopplungseinrichtung T, Der Blockierungs- kondensator 25 isoliert die Batterie 6 ' von Erde B.
Die Kopplungseinrichtung T, ist in jeder Hinsicht in Konstruktion und Wirkung der Einrichtung T. identisch. Beide können durch eine einheitliche Steuerung U betätigt werden, um ;
gleichzeitig und gleichartig beide Kopplungseinrichtungen entweder auf Kurve<I>k</I> oder auf Kurve l einzustellen. Die gemeinsamen Kopplungskondensatoren Cb und C'b müssen so ausgewählt werden, @dass die überkritische Kopplung nicht zu fest ist, wenn nicht sonstwie Vorkehrungen getroffen sind, um die Neigung zur Bildung aus geprägter Spitzen in der Gesamtresonanz- kurve,
welche die extremen Modulations- frequenzen nachdrücklich betonen, zu redu zieren.
Solche Vorkehrungen können in der Ver wendung geeigneter Widerstände, die im Nebenschluss zu den Spulen L'", L', usw. geschaltet oder in -diesen Spulen eingeschlos sen sind, bestehen.
Statt .diesen Widerständen könnte auch eine dritte Kopplungseinrichtung, die dauernd auf scharfe, unterkritische Resonanz ein gestellt ist (Kurve k) mit dem Ausgang der Röhre VZ verbunden und so eingestellt wer den, dass die Spitze der Kurve k, die durch diese Kopplung geschaffen wird, die Sen- kung, die zwischen den Spitzen der Kurve l besteht, ausfüllt.
Die Kopplungseinrichtung der Fig. ä, die von derselben Art wie diejenige der F'ig. 1 ist; sieht drei Bandbreiteneinstellungen vor, die durch Betätigung des ,Schalters h' zu den Stellungen m, o und n bewirkt werden.
Durch die Schalterstellung m werden Ab stimmungskondensatoren C, und C, in Serie mit den entsprechenden Kondensatoren Ca, und C, über die entsprechenden Spulen L, und L, geschaltet.
Durch die Schalterstel- lung o werden die Abstimmungskondensa toren C, und C, entsprechend mit den Kon densatoren Cd und C, in Serie geschaltet und über den gemeinsamen Kopplungskonden sator Cf zur Erde verbunden. Durch die Schalterstellung n werden die Abstimmungs kondensatoren C, und Cy nur über den ge meinsamer Kopplungskondensator Cb geerdet.
Die Einstellung dieser Einrichtung ist derjenigen, die in Verbindung mit der Ein richtung der Fig. 1 beschrieben ist, analog. Für die Schalterstellung n wird der Konden sator Cb so eingestellt, dass er,die .gewünschte überkritische Kopplung ergibt, und die Kon densatoren C, und Cy werden so eingestellt, dass sie das Resonanzband relativ zur Fre- duenzmitte symmetrisch anordnen.
Bei der Schalterstellung m für unterkritische Kopp lung werden die Kondensatoren Ca und so eingestellt, dass die Trägerfrequenz in die Mitte der Resonanzkurve zu liegen kommt. Bei der Schalterstellung o wird der Konden sator Cf so eingestellt, dass eine Kopplung resultiert, die zwischen den Kopplungen der Schalterstellungen<I>m</I> und n liegt; die Kon densatoren Cd und C" werden so variiert, dass die Zwischenfrequenz in die Mitte der Reso nanzkurve zu liegen kommt.
Fig. 4 und 5 zeigen Kopplungseinrichtun gen, in denen die Resonanzbandbreite in Stu fen durch Induktanzen, wie L. LI einstell bar ist; diese Induktanzen ersetzen die Kapa zitäten, wie C= C,#, im Kopplungssystem der Fig. 1.
In Fig.4 verbindet die Betätigung des Schalters H zur Stellung rn :die Spulen L, und L,, in .Serie über den Kondensator C, und die Spulen LV und L, in Serie über den Kondensator Cy. Die Kopplung zwischen den Spulen L, und L, oder zwischen den Spu len La, und L,
oder zwischen beiden erwähn ten Paaren von Spulen ist dann so ein gestellt, dass die unterkritische Kopplung resultiert, wie sie durch Kurve k .der Fig. 2 zum Ausdruck kommt. Durch Drehung ,des Schalters zur Stellung n, um die Spulen La, und L, durch die gemeinsame Kopplungs spule Lb zu ersetzen, wird die Kopplung überkritisch und führt zur Kurve l der Fig . 2.
Die Kondensatoren C, und C, wer den dann so eingestellt, dass das Band in bezug auf die Trägerfrequenz f zentriert ist. Der Schalter wird wieder zur Stellung 7n gedreht und die schmale Bandresonanz in bezug auf die Trägerfrequenz durch die Ein stellung der Spulen L., und L, zentriert.
Fig. 5 zeigt die Kopplungseinrichtung der Fig. 4 modifiziert, indem ein Zweiwick- lungskopplun;gstransTormator L'b zur Anwen dung gelangt, dessen untere Klemmen über einen Blockkondensator 21, der zur Gleich spannungsisolierung des Sekundärkreises LV, C, dient, verbunden sind. Die Anodenspan nung wird über,die B+-Leitung an den Pri märkreis L" C, angelegt.
Die Einstellung der Einrichtung nach Fig.,5 ist ähnlich der jenigen der Einrichtung nach Fig. 4.
Bei der Massenherstellung von Radio empfängern, irdenen Kopplungseinrichtun gen wie diejenigen der F'ig. 4 und 5 verwen- .det werden, würden die Spulen La,, Lb, L,# oder L'b normalerweise nur in einem Modell einstellbar sein. Die handelsüblichen Tole ranzen,der Empfänger sind eng .genug, dass .die In.duktanzen dieser Spulen auf Grund des Modelles fixe Werte für alle Empfänger erhalten können.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Kopplungs einrichtung, die einen variablen Kondensator D von besonderer Konstruktion verwendet, der geeignet ist, die Resonanzbandbreite ste tig zu variieren, während er das Band in bezug auf die Trägerfrequenz in,der Art der Kurven<I>k</I> und<B>1</B> (Fix. 2) symmetrisch an- geordnet erhält. Dieser Kondensator, dessen mechanischer Zusammenbau in Fig. 9 und 10 beschrieben wird, ist schematisch in Fig. 6 durch die voneinandergerückten Platten<I>q, r,</I> s, t, u, dargestellt.
Die Platten r und t, wel- clie isoliert montierte Statorplatten sind, durchschiessen variable Platten q, s und u, die zur Erklärung in Fig. @6 als vertikal ein ste.llhar .gezeigt sind, während sie bei der mechanischen Konstruktion nach Fig. 9 und <B>10</B> drehbar .sind.
Die .Statorplatte r ist mit dem Eingangs kreis verbunden, der die Spule L, die durch einen Abstimmungskondensator C, neben geschlossen ist, enthält und :der bei 13 über den Blockierungskondensator 21 geerdet ist. Die ,Statorplatte t äst mit d em Ausgangskreis verbunden, der eine Spule L, enthält, die durch einen Abstimmungskondensator C5. nebengeschlossen ist; :dieser Ausgangskreis ist ebenfalls bei 13 geerdet.
Die Rotorplatten <I>q,</I> s und u sind. :durch erznen Leiter 26 bei 27 geerdet.
Man sieht, dass :die zwischen den Stator- pla.tten <I>r</I> und<I>t</I> vorhandene Kapazität eine kapazitive Kopplung Cr_t bildet, die zwi schen die abgestimmten Kreise La, C" und LV, C, oin,geschoben ist.
Die Grösse dieser Kopplung hängt von der Ausdehnung ab, bis zu* welcher die eingeschobene, geerdete, vertikal einstellbare Platte s die Statorplatten <I>r</I> und<I>t</I> durchschiesst. Die Kapazitäten C,_, und C, die durch die Überlappung der einstellbaren Platten q und s und :
der Stator- platte r bestimmt werden, sind wirksam parallel zueinander und. zum Abstimmungs- kondensator C,;. Die Kapazitäten Ce_t und C"-t zwischen den einstellbaren Platten s und u und der Statorplatte t sind parallel zuein ander und zur Abstimmungskapazität C.
Nimmt man an, @dass die Kapazität Cr_t allein :durch Abwärtsb.eweglzeg ,der Platte S erhöht werden könnte, ohne :dass eine Ver änderung der :direkten Kapazität :
der Plat ten r und t zur Erde eintreten würde, so würde die Kopplung Cr_t ansteigen unter Verbreiterung des Resonanzbandes, welches doppelt .gebuckelt wird, wenn :die kritische Kopplung passiert wird. Diese Resonanzver breiterung würde indessen durch eine Ver schiebung des Resonanzbandes in Richtung auf niedere Frequenzen begleitet.
Da indes sen diese Erhöhung in C,_t durch eine Ab- wärtsbewegung der Platte s tatsächlich die Kapazitäten C, und Cut ständig vermin dert wird, das Zentrum des Resonanzbandes wieder in Richtung auf die höheren Frequen zen verschieben. Weil :der Abstand zwischen den Platten r-s und s-t geringer ist als der Abstand zwischen den Platten r und t, wird der letztere Effekt vorherrschen, und :
die resultierende Verschiebung wird in Richtung der höheren Frequenzen stattfinden.
Anderseits werden gleichzeitige vertikale Bewegungen der Platten q und. u zur Er höhung der Kapazitäten C,_, und C"_t dazu neigen, das Resonanzbaud in Richtung der niederen Frequenzen zu verschieben. Wenn .die Platten q und u in bezug auf die ent sprechenden Platten <I>r</I> und<I>t</I> in geeigneten .
Abstand gebracht werden und mit der Platte s ,gleichzeitig bewegt werden, wie durch Ver wendung einer starren Verbindung 26 an gedeutet sein soll, kann daher ,die Resonanz- bandbreite ohne irgendwelche wesentliche Versehiebung ihrer Mittelfrequenz variiert werden.
Fig. 9 und. 10 stellen ein konstruktives Ausführungsbeispiel des vorstehend erläuter- ten Kondensators<I>D</I> dar. Die Statorplatten <I>r</I> und t werden isoliert getragen auf den ent sprechenden Stäben 36, 37 und .38, 39-, die sieh isoliert durch relativ :grosse Öffnungen 40 :des Gehäuses 41 und von @da durch iso lierende Seitenklötze, wie 42, 43 und 44, die an der äussern Oberfläche .des Gehäuses ver nietet sind, hindurch erstrecken.
Die Rotor platten q, s und u sind leitend auf einer dreh baren Achse 45 montiert, :die durch Öffnun gen des Gehäuses 41, um Lagerstützen zu schaffen, herausragt. Die Rotor- und Stator- platten sind von halbkreisförmiger Gestalt. Die Rotorplatte s ist an der Achse 45 den Rotorplatten q und u gegenüberliegend an geordnet.
Um das Resonanzband ohne merkliche Verschiebung der Mittelfrequenz zu vari ieren, wird der Abstand zwischen,den Plat ten q, <I>r</I> und<I>t,</I> u normalerweise grösser sein als der zwischen<I>r, s</I> und s, t. Dieselben Resultate können indessen auch durch An passung der Plattengrösse erzielt werden.
In den Fig. 11 und 12 ersetzen,die Plat tengruppen q1, R'2; r2, ra; s1, s2, sa; t1, t2, ta und u1, u2 die einzelnen entsprechenden Platten <I>q, r, s,</I> t und u der Fig. 6 und 10.
Die Be- tätigung der in Fig. 11 beschriebenen Kopp lungseinrichtung ist die gleiche wie die jenige für,das System der Fig. 6.
In Fig. 1,1 stellt die Kapazität Cq_r die Summe der zwi schen den Platten q1, rl; r1, q,2 und q2, r2 vor handenen Kapazitäten dar;
die Kapazität C,t ist ,die Summe der Kapazitäten zwischen den Platten r2, t1; <I>r3,</I> t1 und r3, t2, die Kapa zität Cg_t diejenige zwischen den Platten s,, t1; s.,, t1 und sa, t,2 und die Kapazität C"--t diejenige zwischen den Platten t2, ui;
t3,tc,, und<I>t3,</I> u2.
Die Kopplungseinrichtungen der Fig. 1, <B>3</B>, 4 und. 5 sind vom Schema der Fig. 7, wo die gemeinsame Kopplungsimpedanz Zb in Serie in jedem der parallelen Abstimmkreise L,#, CX und Ly, C, eingeschlossen ist.
Bei Erhöhung der Reaktanz von Zb steigt daher die Kopplung an und- neigt dazu, die zwei Kreise L., C.. und Ly, C, zunehmend mitein- ander zu koppeln.
Um die relativ schmale Bandselektivität .der Fig. 2 zu sichern, muss die Impedanz Zb bei der mittleren Frequenz klein im Vergleich zu den Reaktanzelementen der Seitenkreise sein.
Daher muss, wenn Zb eine Induktanz ist, diese klein im Vergleich zu Ly und Ly Sein, und wenn sie eine Kapa zität ist, muss sie ,gross im Vergleich zu C,; und C, sein.
Die Kopplungseinrichtungen der Fig. G und 11 sind vom Schema der Fig. 8, wo die Kopplungsimpedanz Zb in Serie zwischen die parallelen Seitenkreise L., CY und Ly, C, ge stellt ist. Wenn Zb verkleinert wird, werden die Seitenkreise Lb, C,;
und Ly, C, zunehmend gekoppelt. Wenn Zb eine Induktanz sein soll, welche die relativ schmalen Ban@dselek- tivitäten der Fig. 2 schaffen kann, muss säe gross im Vergleich zu den Induktanzen L., und Ly Sein, und wenn sie ,eine Kapazität ist, muss sie klein im Verhältnis zu C,
und Cy sein.
Bei Anwendung einer Mehrzahl von Kopplungseinrichtungen nach Fig. 6 und 11 in einem Rundfunkempfänger werden die Rotorelemente aller Kondensatoren D vor- zugsweise durch ,eine Einheitssteuerung be tätigt; bezüglich Fig. 10 und 12 heisst das, dass die Rotorelemente der verschiedenen Kopplungskondensatoren auf einer ,gemein samen Achse 45 montiert würden.
Die erfindungsgemässe Kopplungseinrich- tung braucht nicht, wie :die @beschräebenen, auf zwei gekoppelte Kreise beschränkt zu sein, sondern es könnten auch nach denselben Prinzipiendrei, vier oder mehr abgestimmte Kreisse in :der Kopplungseinrichtung kombi niert sein.