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Hochfrequenz-Sendeeinrichtung Die Erfindung betrifft die Verbreiterung
des Wellenbandes, das von der Antenne eines Radiosenders ausgesandt wird. um eine
deichmäßigere Cbertragung des zu sendenden Bandes zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Hochfrequenz-Sendeanordnung vorgesehen,
in welcher der Sender mit dem Antennenstromkreis über einen Kopplungsstromkreis
verbunden ist, der derart bemessen ist, daß das wirksame Antennenübertragungsband
verbreitert ist, um eine gleichmäßige G1bertragung des in Frage kommenden Bandes
zu ermöglichen. Der Kopplungsstromkreis ist vorzugsweise so bemessen. daß die Spitze
der ursprünglichen Resonanzkurve der Antenne im wesentlichen zwischen zwei Impedanzmaxima
des Kopplungskreises liegt. Ferner ist vorzugsweise im 'NebenschIuß Zur- Induktanz
des Kopplungskreises eine Kapazität gelegt, die eine solche Größe hat, daß Harmonische
unterdrückt werden.
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Die verschiedenen Merkmale und Zweckbestimmungen der Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und aus den Abbildungen besser verständlich,
in welchen Abb. i ein allgemeines Stromlaufschema einer drahtlosen Sendeanlage nach
der Erfindung ist. Abb.2 zeigt eine Kurve, welche die Verbreiterung des Sendebandes
der Antenne mit Ampere als Ordinaten und den Frequenzen als Abszissen veranschaulicht.
Abb.3 zeigt eine Kurve. «-elche die Abhängigkeit der Impedanz (Ordinaten) des Strornkreises
von der Frequenz (Abszissen) für den Stromkreis veranschaulicht, auf den die Leistungsröbren
arbeiten. Abb. -. ist der theoretische Stromkreis (-]er wichtigen Bestandteile des
Kopplungsstromkreises, welcher dem Zweck der Erfindung entspricht.
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Nach Abb. i stellt Stromkreis i. der ein Mikrophon i2, eitre Batterie
13 und die Primärwicklung eines Transformators i 5 enthält, einen beliebigen Stromkreis
zur Erzeugtrrrg von Sprachfrequenzwellen dar. Er kann deshalb eine Fernsprechleitung
sein, die mit einer fernen Gegenstation verbunden ist.
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In dem Stromkreis i erzeugte Sprach= frequenzwellen «-erden mittels
des Transforinators t _# dem Eingangskreis des i-Iodulators ig aufgedrückt.
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Eine Trägerwelle wird dem Modtilator aus einem Hochfrequenz-Schwingungserzeuger
16 geliefert, der von beliebiger Bauart sein kann. Diese Trägerwelle wird den Eingangsstromkreisen
des Modulators i9 aufgedrückt, und die verstärkte Komponente wird durch die Differentialschaltung
der Ausgangsstromkreise unterdrückt. Zweck dieser ersten N-Iodulierungsstufe ist.
eine vollständige Unterdrückung der Trägerwelle zu gewährleisten. Damit dies geschehen
kann, ist die Frequenz
der durch den Schwingungserzeuger 16 gelieferten
Schwingungen verhältnismäßig niedrig und beträgt beispielsweise 30 000 Perioden
je Sekunde. Die beiden modulierten Komponenten von Randbandfrequenzen gehen von
dem Ausgangsstromkreis des Modulators i9 nach einer Bandsiebkette über, welche schematisch
durch das Rechteck 2o angedeutet ist. Diese Siebkette ist derart bemessen, daß sie
nur eine Komponente der Randbandfrequenzen hindurchläßt. Das einfeIne Randband wird
ohne Begleitung eines unmodulierten Trägers an einen zweiten Modulator 22 abgegeben,
der von der gleichen Bauart wie Modulator i9 sein kann.
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Eine Trägerwelle einer Frequenz von etwa go ooo Perioden je Sekunde
wird dem Modulator 22 durch den Schwingungserzeuger 23 zugeführt. Die Erzeugnisse
der Modulierung aus dem Modulator 22 bestehen aus einem Paar von durch annähernd
30 ooo Perioden von der Frequenz der durch den Schwingungserzeuger 23 gelieferten
Wellen getrennten Randbändern. Ausgangsenergie aus dem Modulator 22 wird an eine
Bandsiebkette 24 weitergegeben, welche darauf zugeschnitten ist, nur eines der Randbänder
durchzulassen und folglich dazu dient, das andere Randband und die Trägerfrequenzkomponenten
vollständig zu unterdrücken. Das einzelne über die Siebkette 24 weitergegebene Randband
wird dem Eingangskreis des Verstärkers 25 zugeführt, der durch eine einzige Dreielektrodenentladeröhre
dargestellt ist. Dem Verstärker 25 wird Anodenstrom durch den Erzeuger 26 übet'
eine Drosselspule 28 und ein Anodenstrommeßinstrument A, das schematisch angedeutet
ist, geliefert.
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Der Verstärker 25 ist ein Kraftzwischenverstärker.
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Das verstärkte Randband fließt über einen Wechselstromausgangskreis
des Verstärkers 25, der einen Kondensator 35 und einen mit Erde verbundenen Widerstand
36 enthält. Gleichstrom aus der Quelle 26 wird 'durch den Kondensator 35 daran gehindert,
durch diesen Wechselstromausgangskreis zu fließen. Die verstärkte Welle erzeugt
einen Spannungsabfall über den Widerstand 36, und diese Spannungsschwankung wird
auf den Hochleistungsverstärker, welcher die Röhren 7 3 enthält, übertragen. Diese
Einheiten sind mit ihren Elektroden in der üblichen Weise parallel geschaltet. Heizstrom
wird diesen Röhren aus einer Wechselstromquelle 8o über Transformator gi und über
die geerdeten Kondensatoren 83 geliefert. Anodenstrom wird diesen Röhren aus dem
Erzeuger 82 über die Drosselspule 84 zugeführt.
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Die modulierte und auf hohe Leistung gebrachte Welle fließt über den
Kondensator 77 nach dem Kopplungsstromkreis 78 und wird an die Antennenanlage abgegeben.
Die Erdverbindung für den Widerstand 36 enthält eine Siebkette N, welche aus Reiheninduktanzen
und Parallelkondensatoren und einer Quelle elektromotorischer Kraft 79 besteht.
Die Quelle 79 drückt den Steuerelektroden der Röhren 73 eine stetige Normalspannung
auf. Die Siebkette N dient dazu, irgendwelche Schwankungen in der durch die Quelle
79 gelieferten Spannung zu unterdrücken.
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Der Widerstand 36 ist im Verhältnis zur inneren Eingangsimpedanz der
Entladeröhren von derartigem Werte, daß diese Röhren in verstärkter Form und ohne
Verzerrung die Hochfrequenzwellen übertragen müssen, die ihrem gemeinsamen Eingangskreis
aufgedrückt werden.
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Der Kopplungsstromkreis 78 enthält eine veränderliche Induktanz 9o,
. eine Kopplungsinduktanz 9i und Kapazitäten 92 und 93. Die Induktanz 9i, welche
durch einen einen Widerstand 97 und Kondensator 98 in Reihe enthaltenden Weg nebengeschlossen
ist, ist mit der Induktanzspule 94 gekoppelt, welche in der Erdleitung des Antennenstromkreises
liegt.
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Der Kondensator 92 schafft einen Niederimpedanzweg für die ersten
drei oder vier Ordnungen Harmonische, während der Kondensator 98 in Reihe mit Widerstand
97 dazu dient, die höheren Harmonischen um die Antennenkopplung 9i herumzuführen.
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Der Antennenstromkreis enthält mehrere Abschnitte 95, welche miteinander
parallel geschaltet sind und Adern enthalten, in denen Induktanzspulen 96 liegen
und die sich von den Verbindungspunkten aus nach Erde erstrecken. Dieser Stromkreis
bildet eine Richtantenne bekannter Art, welche keine Besonderheit der Erfindung
darstellt.
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Es soll nun dic Theorie, auf welcher sich die Erfindung aufbaut, mit
besonderer Bezugnahme auf Abb.4 gegeben werden. Wenn man den theoretischen Stromkreis
der Abb. 4 betrachtet, hat man eine Leistungsröhre, welche auf einen Belastungs-
oder äußeren Anodenstromkreis arbeitet, der die zusammengefaßte Induktanz I_, in
Reihe mit ihrem eigenen Widerstand R, enthält, wobei das Ganze durch den Kondensator
C1 nebengeschlossen ist.
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Eine Erdleitung einer Antennenanlage ist mit L= über die gegenseitige
Kopplung M gekoppelt.
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Die Antennenreaktanz seiXs, während die für die Frequenz
f t Null sein soll. RS sei der entsprechende Antennenwiderstand und RS" sei
gleich der Widerstandskomponente, welche in den induktiven Zweig des Ausgangsstromkreises
über
die Kopplung 31 eingeführt wird. R_ soll den gesamten Widerstand des Ausgangsstromkreises
allein darstellen und, wie angenommen, in der InduktanzL" einbegriffen sein. Diese
Annahme bringt sehr wenig Fehler mit sich, weil die Spulenverluste gewöhnlich mehrercinal
größer als die Kondensatorverluste sind. Der Gesamtwiderstand der zusammengefaßten
Induktanz ist deshalb R" = R , -i- R5_.
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Da die Antennenreaktanz-bei der Frequenz ft Null ist, ist die Reaktionskomponente
X5,, die in den induktiven Zweig des Ausgangsstromkreises hineingebracht wird, bei
dieser Frequenz auch Null, und X" ist gleich X,, wo X., die Re aktanz des induktiven
Zweiges allein und X ., - IS, -;- X ist. In dein einfachen, in Abb. q. dargestellten
Falle ist deich
2 ar ft
T.,. Iin allgemeinen hat die Impedanz 7_"
des Ausgangskreises. durch die R;iliren gesehen, sowohl eine Widerstandskoinkonente
R" und eine reaktive Komponuntc# _V". Es ist klar, daß, wenn die Röhren auf einen
reinen Widerstand arbeiten, X" für ,lie Frequenz ,`t gleich Null sein muß, in welcheni
Falle Z" - R,, wo R,, der besondere, der Frequenz
f t entsprechende Wert
von R" ist. Die Bedingungen für einheitlichen Leistungsfaktor sind gegeben, wenn
wo 1, die Reaktanz des kapazitäten Zweiges iles Ausgangskreises ist. Die Bemessung
be-;innt mit der Festlegung des zahlenmäßigen Wertes von R,,. Die richtige Bestimmung
von R. erfordert vorhergehende Versuchskenntnis darüber, «-elche Art von Röhren
zu benutzen ist, weil sie den wirksamen inneren Röhrenwiderstand mit :ich bringt
und dieser wiederum eine Funktion der Anodenbetriebsweise ist. Wenn N die Anzahl
der parallel `eschalteten Röhren ist, dann ist
wo K für eine gegebene Anwendung konstant ist. Wenn Me rmittlung über ein Band von
Frequenzen eintritt, dann hängt die Wahl des Wertes von k in der -Titte des Bandes
von der Weise ab. in welcher die Impedanz sich für höhere und niedere Frequenzen
ändert. Wenn der Ausgangskreis verhindern soll, daß Harmonische aus dem Anodenkreis
die Antenne erreichen, müssen derartige Ströme über Kondensator Cl laufen. Die Impedanz
von C, gegenüber der zweiten Harmonischen soll von der Größenordnung von einem Viertel
der Impedanz sein, die durch den Ausgangsstromkreis der Grundfrequenz geboten wird.
Das heißt
Nach Festlegung des Wertes von R, und Cl sind die notwendigen Daten zur Lösung der
Gleichungen (z) und (2) nach R, und X., verfügbar. R., kann angenähert aus Spulenbeinessungsdaten
erhalten werden, und die Kopplung wird aus dem Ausdruck bestimmt
Die Impedanzfrequenzkennlinie kann nun berechnet werden. Bekanntlich ist die Impedanz
Z,,, die in den Ausgangskreis, und zwar in den induktiven Zweig, durch die Antenne
eingeführt wird, durch den Ausdruck gegeben
Da die Impedanz 7, des induktiven Zweiges allein ist: R., -I- jX#, ist die Gesamtimpedanz:
Zx=Rp+ iXp=Z2+Zs2 = (R2 + R.,2) 4--
9 (X2
+ x,2). Die Ausgangskreisimpedanz
Z" und der Leistungsfaktor werden aus den üblichen Ausdrücken für parallele, abgestimmte
Stromkreise erhalten:
| (Z") = vR"2 + X"2 |
| R Rp X12 |
| " RP 2 + (X, + Xp) 2 |
| X" - X1 Xp (X1 -i" Xp) Rp 2 X1 |
| Rp 2 + (X,+ Xp) 2 |
| Leistungsfaktor |
| Z" |
Wenn Z" gegenüber der Frequenz aufgetragen würde, würde zu finden sein, daß zwei
Spitzen mit einer Einsenkung dazwischen auftreten, und wenn die gesamte Induktanz
auf die Frequenz
f t abgestimmt wäre, würde diese Einsenkung auf
f t fallen. Ferner läßt sich die gegenseitige Höhe der Impedanzspitzen durch
die Kopplung 3T einstellen und ebenso durch eine Veränderung der Induktanz von L
" wie durch die oben gegebenen Formeln gezeigt ist.
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Wenn man X" und X1 gegenüber der Frequenz auftragen würde, und zwar
unter Beachtung, daß X, bei f t Nullwert hat, so würde eine Summierung der
beiden Reaktanzen eine Nullresultierende bei f t und an zwei Punkten zu jeder
Seite dieser Frequenz ergeben. An diesen Punkten würde deshalb der Leistungsfaktor
Spitzenwerte haben, und
zwei Einsattelungen würden zwischen ihnen
gebildet werden:. Eine Prüfung der obigen Formeln wiederum zeigt, daß eine Handhabung
der Kopplung ibl und der Induktanz von L, die Kurve des Leistungsfaktors in dem
Maße in Mitleidenschaft zieht, daß eine Einsattelung gehoben wird, während die andere
herabgedrückt wird.
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Zurückkehrend zum Kopplungsstromkreis 78 sei der in Abb. q. dargestellte
Kondensator Cl dem Kondensator 92 gleichzuachten; die Induktanz des Variometers
go und die Primärwicklung von gi sind als die Induktanz L=, ihr Widerstand als R;
und der Kopplungsfaktor des Transformators gi als M anzusehen.
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Es wäre dann richtig, zu sagen, daß die für den Stromkreis der Abb.
4. gegebenen Daten auf den Kopplungsstromkreis der Abb. i passen.
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Angenommen, daß eine konstante Spannung schwankender Frequenz an den
Gitterkreis des Leistungsverstärkers angelegt wird, und daß die Impedanz der Röhren
Null ist, würde man auf den Ausgangskreis eine konstante Spannung anwenden, die
gleich dem Y-fachen der wechselnden Gitterspannung ist, wobei Y die Verstärkungskonstante
der Röhre ist. Die Antennenstromkennlinie würde sich kaum viel von der Resonanzkurve
(d in Abb.2') der Antenne unterscheiden. Wenn aber dem Umstand Rechnung getragen
wird, daß die Impedanz der Röhren endlich ist, findet man, daß die gleiche Wechselstromspannung
nicht an den Ausgangskreis für alle Frequenzen angelegt wird, sondern für die Frequenzenam
größten ist, fürweiche dieAusgangsimpedanz am größten ist. Es besteht deshalb eine
Neigung, die Antennenstromkennlinie an Stellen hohen Ausganges oder hoher Belastungsimpedanz
zu heben.
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In dem Falle eines Einzelrandbandsenders besteht das Verfahren. der
elektrischen Beinessung des Verstärkerausgangskreises aus zwei Schritten: erstens,
einer vorläufigen Bestimmung der Konstanten des Ausgangskreises und der Antenne
auf der Grundlage einer einzelnen Abstimmfrequenz, und zweitens, einer Prüfung der
Frequenzimpedanzkennlinie des Ausgangskreises durch das Band hindurch, zu dem Zwecke,
die Konstanten derart abzuändern, daß eine praktisch wirksamste Sendekennlinie für
die Anlage (d. h. Antennenstrom gegenüber Frequenz) erhalten wird.
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Bei richtiger Einstellung hat sich gezeigt, daß die Ausgangs- oder
Belastungsimpedanz zwei Spitzen mit einem verhältnismäßig niedrigen Punkt annähernd
halbwegs zwischen beiden haben kann, wie in Abb. 3 dargestellt ist. Diese Kurve
ist nicht maßstabgerecht ausgezogen, sondern soll die allgemeine Gestaltung der
Impedanzfrequenzkennlinie des Belastungsstromkreises veranschaulichen.
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Ein Weg zur Darstellung des Grundes für die beiden Impedanzspitzen
ist folgender: Bei 57 Kiloperioden ft bringt die Antenne nur Widerstand in den Primärkreis
hinein. Für niedrigere Frequenzen wird positive Reaktanz hineingebracht, und bei
der Frequenz des Punktes b ist diese induktive Reaktanz derart, daß der Ausgangsstromkreis
in Gegenresonanz gerät und die Impedanz durch ein Maximum geht. Für höhere Frequenzen
als 57 Kiloperioden wird zu dem induktiven Stamm des Ausgangskreises kapazitive
Reaktanz hinzugefügt, so daß dieser bei der Frequenz der Spitze c in Gegenresonanz
gerät. Die Impedanz an diesen Spitzen ist hoch, während der in den Primärkreis aus
der Antenne eingeführte Widerstand sowohl oberhalb als auch unterhalb von 57 Kiloperioden
viel niedriger als bei der Abstimmfrequenz ist. Dies ist aus der Resonanzkurve der
Antenne (d in Abb. 2) zu ersehen, welche mit der Kennlinie des Antennenwiderstandes
gegenüber der Frequenz zusammenfällt. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, daß der
Leistungsfäktor annähernd Eins bei drei verschiedenen Frequenzen ist, welche in
der Mitte und nahe den Kanten des Bandes auftreten, oder darauf eingestellt werden
kann, daß er sich im wesentlichen konstant bei Eins über einen beliebigen Teil des
Bandes hält, wie beschrieben. Ferner sind die Impedanzen an den Punkten a,
b und c (Abb.3) nicht in irgendeiner festen Beziehung, sondern lassen sich
gegeneinander durch Einstellungen des Stromkreises, wie eben beschrieben, regeln.
Insbesondere vertragen die Impedanzen an den Punkten b und c eine beträchtliche
Regelung derart, daß eine Spitze bedeutend höher als die andere werden kann, wenn
es gewünscht wird, wodurch die Wechselausgangsspannung und die Antennenstromkennlinie
nach Belieben in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Die wirksame Bandbreite läßt sich auf diese Weise mehreremal so groß
als das Resonanzband der Antenne machen, wie vergleichsweise durch die Kurve d und
die punktierte Kurve in Abb. 2 dargestellt ist, wo die wirksame Bandbreite für gewöhnlich
als der Unterschied zwischen den beiden Frequenzen angenommen wird, für welche der
Antennenstrom den halben Maximalwert hat.
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Wie in Abb. 2 dargestellt, ist die gewöhnliche Bandbreite der Antenne
iioo Perioden. Durch Anwendung des Stromkreises 78 zur Kopplung von Hochleistungsröhren
mit der moo-Periodenantenne läßt sich eine im
wesentlichen gleichmäßige
L`bermittlung einer Hochfrequenzwelle, wie durch die punktierte Kurve dargestellt,
mit einer Bandbreite von a5no Perioden oder mehr erreichen. Es hat sich tatsächlich
herausgestellt, daß sich eine Antenne mit einer Bandbreite von 60o Perioden wirksam
zum Senden eines Bandes von 2,50n Perioden oder mehr benutzen läßt.
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Die Amplitude der durch den Ausgangsstromkreis der Leistungsverstärker,
welche aus den Röhren 73 bestehen, fließenden Schwingungen läßt sich mittels eines
Amperemeters i i9 messen, das in dem Ausgangsstromkreis enthalten ist. Dieses Amperemeter
soll so eingeschaltet sein, daß es unmittelbar die Wechselstromkomponente in dem
Ausgangsstromkreis des Leistungsverstärkers mißt. Dies ist nötig, da diese Komponente,
welche zur Erzielung der beschriebenen Ergebnisse gesteigert wird. durch Zunahme
der Belastungsimpedanz einen Spitzenwert annehmen kann, der zweieinhalbmal so groß
wie die einem Verstärker der Art gelieferte Anodenspannung ist, bei welcher ein
pulsierender Strom an den Belastungsstromkreis geliefert wird. Diese Komponente
muß deshalb durch eine Einstellung, wie üblich, im Eingangskreis innerhalb sicherer
Grenzen gehalten werden. Bei der dargestellten Anlage l:ißt die Anordnung des Amperemeters
diese Maßnahme zu, weil der Ausgangsstromkreis abgestimmt ist und deshalb in Wirklichkeit
einem nichtinduktiven Widerstand entspricht.
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Die Erfindung ist nicht auf das veranschaulichte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt.