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Abstimmvorrichtung für Hochfrequenz mit durch verstellbaren Abgriff
regelbarer Selbstinduktion Die Erfindung bezieht sich auf die Abstimmung von Hochfrequenzkreisen
und betrifft eine diesem Zweck dienende Abstimmvorrichtung, deren wirksame Selbstinduktion
durch veränderbaren Spulenabgriff geregelt werden kann.
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Es ist hierbei im allgemeinen üblich, die wirksame Selbstinduktion
zwischen einem festen Spulenanschluß und einem verstellbaren Schleifkontakt abzugreifen.
Bei einer bekannten Spule dieser Art ist die Wicklung und damit die Selbstinduktion
ungleichförmig über die Länge verteilt, um so in Abhängigkeit von der Verstellung
des Schleifkontakts eine bestimmte, im allgemeinen eine lineare Änderung der Frequenz
zu erzielen. Diese Vorrichtungen haben jedoch, vor allem bei ultrahohen Frequenzen,
eine geringe Einstellgenauigkeit wegen der starken Induktionsänderung bei geringem
Stellweg des Schleifkontakts.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Abstimmvorrichtung für Hochfrequenz,
deren wirksame Selbstinduktion durch veränderbaren Abgriff an einer Spule mit ungleichförmig
über die Länge verteilter Selbstinduktion regelbar ist. Eine Vorrichtung dieser
Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in festem Abstand
voneinander angeordnete und von der Spule isolierte Abgriffglieder für kapazitive
Energieübertragung einerseits und die Spule mit ungleichförmiger Wicklungsverteilung
andererseits relativ zueinander in der Längsrichtung der Spule verstellbar sind.
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Mit dieser Anordnung wird einmal eine äußerst hohe Feinheit in der
Einstellung infolge des längeren Stellwegs für eine bestimmte Frequenzänderung ermöglicht.
Zugleich werden für den betreffenden Hochfrequenzkreis, insbesondere bei ultrahohen
bzw. Fernsehfrequenzen, günstigste Bedingungen, unter anderem eine hohe Kreisgüte,
erzielt. Dabei ist auch der Fortfall der Schleifkontakte und beweglichen Zuleitungen
von Vorteil. Im übrigen kann mit der Vorrichtung nach der Erfindung ein großer Abstimmbereich
überdeckt werden, der sich durch Verlängerung der Selbstinduktionswicklung entsprechend
steigern läßt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Schleifvariometer mit großer
Einstellgenauigkeit bei extrem kleiner Variation, insbesondere für Ultrakurzwellen,
dadurch auszustatten, daß zwischen zwei Stromabnehmern ein Variometerspulenabschnitt
derart angeordnet ist, daß sich beim Drehen der Windungsdurchmesser und als Funktion
davon die an den beiden Anschlüssen auftretende Selbstinduktion stetig, aber verhältnismäßig
sehr langsam, ändern.
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Die in festem Abstand angeordneten Abgriffglieder nach der Erfindung
sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Spule über einen kleineren oder größeren
Teil ihres Umfangs umfassen, ohne sie leitend zu berühren. In vielen Fällen können
die Abgriffglieder die Form von geschlossenen Hülsen besitzen, welche die bewegliche
Spule in sich aufnehmen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnung, in der die Erfindung an Ausführungsbeispielen veranschaulicht
ist; und zwar ist eine Abstimmvorrichtung dargestellt, die sich zur Verwendung in
den Höchstfrequenz- und tieferen Ultrahochfrequenzbereichen des Frequenzspektrums
eignet, sowie gewisse Änderungen und Abwandlungen derselben. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 einen teilweise geschnittenen Grundriß einer derartigen Abstimmvorrichtung
für drei gleichzeitig abstimmbare Kreise, wie sie etwa bei Fernsehempfängern verwendet
werden kann, Fig. 2 eine Einzelheit im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig.
3 und 4 eine geänderte Form der Abgriffglieder in der Aufsicht und der Seitenansicht
und Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Ausführungen von Spulen in der Aufsicht.
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Die Darstellung in Fig. 1 beschränkt sich im wesentlichen auf die
Abstimmelemente, die den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bilden. Wie ersichtlich,
ist die Abstimmvorrichtung in einem Abschirmgehäuse 11 angebracht, welches wiederum
in beliebiger Weise an einer Platte 12 befestigt ist. Sowohl das Abschirmgehäuse
11 als auch die Platte 12 sind gewöhnlich aus einem metallischen Werkstoff wie Kupfer,
Messing, Aluminium oder Stahlblech gefertigt. Das Abschirmgehäuse 11 ist in der
Längsrichtung durch zwei metallische Zwischenwände 13 und 14 unterteilt, so daß
im
Innern des Abschirmgehäuses drei parallele Kammern gebildet werden,
die im wesentlichen elektrisch voneinander isoliert sind. In jeder der drei Kammern
des Gehäuses 11 ist eine Abstimmvorrichtung nach der Erfindung vorgesehen. Es ist
ohne weiteres möglich, daß kleinste Vakuumröhren'sowie die anderen Bestandteile
des Kreises, die zu dem betreffenden Gerät gehören, in - dem Abschirmgehäuse zwischen
den Trennwänden oder auf der entgegengesetzten Seite der Platte 12 angebracht werden,
wobei die Verbindungsdrähte durch kleine Löcher in der Platte 12 hindurchgeführt
werden können. Lediglich um zu zeigen, in welcher Weise derartige Teile in Verbindung
mit der Abstimmvorrichtung nach der Erfindung verwendet werden können, sind in der
Zeichnung einige Festwiderstände 15 dargestellt. Dagegen sind die Einzelheiten der
Röhren und Kreise, die gewöhnlich mit der Abstimmvorrichtung vereinigt sind, nicht
angegeben, da sie nicht zur Erfindung gehören und nicht vom gebräuchlichen abweichen.
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Jede der Abstimmeinheiten nach der Erfindung besteht aus zwei Abgriffgliedern,
die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als leitende Hülsen 17 und 18 ausgebildet
sind. Eine der Hülsen 18, die zum Unterschiede mit 186 bezeichnet ist, ist länger
als die anderen Hülsen 18 dargestellt. Diese längere Ausbildung der Hülse 186 stellt
eine in manchen Fällen erwünschte Abwandlung der Erfindung dar, die in einem späteren
Abschnitt näher besprochen wird.
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Die Abgriffglieder 17 und 18 können auf irgendeine geeignete Weise
so angebracht werden, daß sie in gewissem Abstand isoliert voneinander und gleichachsig
miteinander liegen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Hülsen 17 und 18 in massiven
Blöcken 20 angebracht, die aus verlustarmem wärmehärtendem bildsamem Stoff gefertigt
sind, der gute Hochfrequenzeigenschaften besitzt. Aus Gründen, die sich noch ergeben
werden, sind die Hülsen 17 und 18 vorzugsweise mit einer dünnen Schicht 21 aus glattem
plastischem Stoff ausgekleidet, so daß eine dünne isolierende Hülse gebildet wird,
die eng bzw. fest in das Innere der Hülsen 17 und 18 paßt.
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Eine Selbstinduktion, die vorzugsweise als eine ziemlich lange, aus
einer einzigen Lage bestehende Spule 22 ausgebildet ist, ist gleitend beweglich
in je zwei Hülsen 17 und 18 angeordnet. Da bei dem Beispiel der Fig. 1 die drei
Kreise gewöhnlich im wesentlichen über denselben Frequenzbereich abstimmbar sein
sollen, sind die Spulen 22 im wesentlichen gleich dargestellt. Gegebenenfalls können
die Spulen in der Weise hergestellt werden, daß die ganze Oberfläche eines Stabes
aus verlustarmem plastischem Stoff mit einer Folie oder Plattierung bzw. einem Überzug
aus Kupfer oder Aluminium überdeckt wird und dann gewisse Teile derselben bzw. desselben
weggeschnitten werden, so daß eine bandförmige Induktionsspule entsteht, wie sie
in Fig. 1 und mit mehr Einzelheiten in Fig.5 dargestellt ist. Hierbei ist zu beachten
und wichtig, daß die Selbstinduktion der Spule 22 je Längeneinheit nicht von einem
zum anderen Ende konstant ist, sondern im Gegenteil sich über die Länge der Spule
stetig ändert. Wenn also beispielsweise eine gegebene Länge der Spule 22 nahe dem
linken Ende derselben bei Betrachtung von Fig. 1 und 5 überbrückt würde, so wäre
die Selbstinduktion zwischen diesen beiden Punkten viel größer, als wenn dieselbe
Spulenlänge im Mittelteil oder nahe dem rechten Ende überbrückt würde. Tatsächlich
kann die Selbstinduktion am rechten Ende, und zwar hinter dem Ende der ausgeschnittenen
Nut 23, sehr nahe an Null herabgesetzt werden, da die Selbstinduktion im äußersten
Fall nur die des geraden rohrförmigen Leiters selbst ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Änderung der Selbstinduktion durch Bewegen der Spule 22
durch die Hülsen 17 und 18 hindurch.
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Bei der Herstellung eines Radiogerätes unter Verwendung der Abstimmvorrichtung
nach der Erfindung werden die Leitungen, die gewöhnlich zu der Schwingkreis- bzw.
Topfspule führen, an die Hülsen 17 und 18 angeschlossen. In der in Fig. 1 dargestellten
Lage der Spulen 22 ist die Abstimmvorrichtung nicht in Betrieb, da im wesentlichen
keine Energieübertragung zwischen den Spulen 22 und den Hülsen 18 bzw. 186 stattfinden
kann. Wenn jedoch die Spulen 22 nach links bewegt werden, wird bewirkt, daß das
freie Ende jeder der Spulen 22 in die Hülse 18 oder 186 eindringt. Hierdurch wird
eine verhältnismäßig große Kapazität zwischen der Spule und der Hülse hergestellt
und ein leichter Austausch von Hochfrequenzenergie zwischen der Spule 22 und dem
an die Hülse 18 oder 186 angeschlossenen äußeren Kreis ermöglicht. In gleicher Weise
greifen die Hülsen 17 eng über die Spule 22, und die Kapazität zwischen beiden ist
ausreichend, um einen leichten Energieaustausch auch an diesem Ende der Spule 22
zuzulassen. Als Beispiel für eine Vorrichtung, mittels welcher die Spulen 22 gleichzeitig
in bezug auf die Hülsen 17 und 18 verschoben werden können, ist ein Joch 24 dargestellt,
das in beliebiger Weise betätigt werden kann.
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Wenn die linken Enden der Spulen 22 gerade in die Hülsen 18 eindringen,
hat der Selbstinduktionswert, der durch die Hülsen 17 und 18 wirksam überbrückt
wird, seinen Höchstwert. Wenn die Spulen 22 weiter nach links bewegt werden, wird
die an den äußeren Kreis angeschlossene Selbstinduktion kleiner und kleiner, bis
sie schließlich fast zu Null wird, wenn das rechte Ende der Nut 23 in die Hülse
18 gelangt.
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Für die Abstimmvorrichtung nach der Erfindung werden vorzugsweise
in der angegebenen Weise ausgebildete Spulen verwendet, bei denen die Breite des
leitenden Streifens nach derjenigen Seite der Spule zunimmt, nach der die Windungszahl
je Längeneinheit abnimmt. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist, können
durch eine derartige Ausführung, wenn sie richtig ausgeführt wird, vollständig innere
mechanische Spannungen bzw. Beanspruchungen in der Folie oder dem Band, welches
die Spule bildet, vermieden werden, trotz eines radikalen Unterschiedes in der Windungszahl
je Längeneinheit von einem Teil der Spule zum anderen.
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Gegebenenfalls kann die Auskleidung 21 in den Hülsen 17 und 18 weggelassen
werden und statt dessen die Spule 22 mit einer dünnen Schicht eines isolierenden
Stoffes überzogen werden. Diese Ausführung hat einen besonderen Vorteil insofern,
als eine dünne Schicht aus plastischem bzw. Preßstoff oder einem anderen harten
Isolierstoff auf der Oberfläche der Spulen diesen einen beträchtlichen mechanischen
Schutz 'gegen Beschädigungen verleiht. Da jedoch die Spulen gewöhnlich nicht aus
der Abstimmvorrichtung entfernt werden, kann die Isolierhülse für die meisten Zwecke
ebenso zweckmäßig an den Hülsen 17 und 18 vorgesehen sein, wie in der Zeichnung
dargestellt ist.
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Die verlängerte Hülse 186 ist wahlweise als weitere Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, die in manchen Fällen besonders vorteilhaft sein kann,
um eine unterschiedliche Kapazität der Stromkreiselemente mit der Spule zu bewirken.
Es ist zu beachten, daß bei jedem der Abstimmelemente in Fig. 1 mit kurzer Hülse
18 nach einer wesentlichen Bewegung der Spule 22 nach links ein freies Ende der
Spule auf der linken Seite der Hülse 18 übersteht. Manchmal werden durch dieses
freie
Ende unerwünschte Nebenresonanzen hervorgerufen, die zu ;;toten Punkten. im Arbeiten
des Kreises führen, d. h. zu Frequenzen, bei denen das Gerät nicht einwandfrei arbeitet,
und es kann sich als vorteilhaft erweisen, zur Beseitigung dieser Resonanzen die
Spulen mehr oder weniger mit einer verlängerten Hülse zu überdecken. In manchen
Fällen kann sich herausstellen, daß die freien Spulenenden keine toten Punkte oder
Unstetigkeiten in der Abstimmkurve verursachen, und es können alsdann die normalen
Hülsen 18 verwendet werden. Bei manchen Anwendungen kann die Verwendung von verlängerten
Hülsen nach Art der Hülse 18a für alle abgestimmten Kreise angezeigt sein. In noch
anderen Fällen, wie dem in Fig. 1 dargestellten, kann es genügen, eine verlängerte
oder einhüllende Hülse 18a auf einem bestimmten abgestimmten Kreis, etwa dem örtlichen
Schwingungserzeuger im Empfänger, zu verwenden, während die normalen Hülsen für
die anderen Kreise ausreichend sind.
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In manchen Fällen kann eine dritte einhüllende oder teilweise einhüllende
Hülse längs der Achse der Spule, und zwar rechts oder links von den aktiven Hülsen
17 und 18, hinzugefügt werden, um eine oder mehrere Nebenresonanzen zu beseitigen.
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In Fig. 3 und 4 ist eine abgewandelte einfachere Bauart des Abgriffgliedes
dargestellt, welches in vielen Fällen an Stelle der Energieübertragungshülsen 17
und 18 mit Vorteil verwendet werden kann. Hier ist ein Halter 120 vorgesehen, der
aus einem geeigneten verlustarmen Isolierstoff besteht und zwei Kontaktglieder 118
und 117 trägt. Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, können diese Kontaktglieder
in geeigneter Weise an dem Halter 120 in entsprechendem Abstand befestigt werden.
Die Glieder 117 und 118 sind mit einem vorspringenden Kontaktteil ausgebildet, der
so geformt ist, daß er eine Spule, etwa die Spule 22 nach Fig. 5, aufnimmt und teilweise
umgibt.
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Offensichtlich sind einfache mulden- oder hakenförmige Abgriffglieder
wie die Glieder 117 und 118 wesentlich billiger als die Hülsen 17 und 18 und arbeiten
in vielen Anwendungsfällen einwandfrei, bei denen der Frequenzbereich, über den
abgestimmt werden soll, nicht zu groß ist. Der mit offenen Haltern nach Art der
Elemente 117 und 118 erhaltene kapazitive Kopplungsgrad ist kleiner, als er von
einer vollen Hülse erwartet werden kann, und daher sind offene Halter bei Frequenzen
im Hochfrequenz- und tieferen Höchstfrequenzbereich nicht besonders geeignet. Wenn
demnach der Kreis in diesen tieferen Bereichen des Frequenzspektrums abgestimmt
werden soll, werden vorzugsweise die vollen Hülsen nach Fig. 1 als Abgriffglieder
verwendet. Im übrigen wird offensichtlich ein größerer kapazitiver Kopplungsgrad
mit einer länglichen Hülse 18a als mit der kürzeren Hülse 18 erzielt. Somit können
in manchen Fällen verlängerte Hülsen zwecks guter Kopplung in dem niedrigen Frequenzbereich
erwünscht sein, selbst wenn diese Hülsen nicht erforderlich sind, um Nebenresonanzen
in dem unbenutzten Teil der Spule zu verhindern.
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In Fig. 6 und 7 sind zwei andere Ausführungen der Spule dargestellt.
Beispielsweise zeigt Fig. 6 eine Spule, bei der das linke Ende der Spule aus eng
gewickelten Drahtwindungen besteht, die weiter rechts allmählich Abstand erhalten,
bis schließlich einige Windungen vom rechten Ende entfernt der Draht in ein Band
übergeht, dessen Breite kontinuierlich zum Ende der Spule zunimmt. Diese Spule 32
nimmt, wie ersichtlich, im Innern des Körpers einen magnetisch durchlässigen Kern
33 auf, der aus einem der zahlreichen feinverteilten magnetischen Stoffe gefertigt
ist, die heute für diese Zwecke zur Verfügung stehen. Der Kern 33 ist am linken
Ende der Spule 32 angeordnet. Wenn man sich die Spule 22 bei der Vorrichtung nach
Fig. 1 durch die Spule 32 ersetzt denkt, so ist ersichtlich, daß die obere Grenze
des Frequenzbereichs der Spule 32 im wesentlichen dieselbe wie bei der Spule 22
ist, da in der Stellung der größten Frequenz der Spule 32 der eng gewickelte Teil
der Spule einschließlich des den Kern 33 enthaltenden Teiles sich ganz außerhalb
des Kreises befindet - @rielleicht sogar in eine verlängerte Hülse 18 völlig eingeschlossen
ist. Wenn andererseits die Spule 32 nach rechts bewegt wird, so spielt der Kern
33 eine zunehmende Rolle bei der Festlegung der gesamten Selbstinduktion, bis in
der Stellung der kleinsten Frequenz der Spule ein großer Teil des Kerns 33 sich
in dem Raum zwischen den Hülsen 17 und 18 befindet.
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Durch Verwendung von Spulen nach der in Fig.6 dargestellten Art konnte
ein stabiles und wirksames Arbeiten über Abstimmbereiche von mehr als 25:1 mit hohem
Gütefaktor über das gesamte Band erreicht werden.
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In Fig. 7 ist eine Spule dargestellt, die in der Ausführung derjenigen
nach Fig. 5 im wesentlichen entspricht, jedoch nicht in der Weise hergestellt ist,
daß ein Isolierstab vollständig mit leitendem Material überzogen und in dieses eine
schraubenförmige Nut eingeschnitten wird, wie im Falle der Spule nach Fig. 5, sondern
vielmehr Metallfolie oder Metallband auf einem Isolierkörper aufgewickelt ist.
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Da die Energieübertragung zur Spule durch kapazitive Kopplung bewirkt
wird, muß der äußere Kreis im Nebenschluß gespeist sein, so daß kein Gleichstrom
in der Spule zu fließen braucht.
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Obgleich keine zusätzliche Kapazität unmittelbar zwischen den Abgriffgliedern
angegeben ist, kann eine solche Kapazität selbstverständlich im Bedarfsfall verwendet
werden.
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Bei den meisten Höchstfrequenz- und Ultrahochfrequenzkreisen ist die
Röhren- und Leitungskapazität des äußeren Kreises die gesamte Abstimmkapazität,
die notwendig oder erwünscht ist, und in diesem Fall braucht kein besonderer Kondensator
verwendet zu werden.
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Außerdem sind die jeweilige Windungszahl, die Querschnittsfläche der
Spule und andere derartige bauliche Einzelheiten von dem Frequenzbereich abhängig,
der mit der betreffenden Abstimmvorrichtung überdeckt werden soll, und können j
e nach den Erfordernissen verändert werden. Bei der Durchbildung der Abstimmvorrichtungen
nach der Erfindung sind gewisse Grundsätze festgelegt worden, die nachstehend lediglich
zur Erläuterung dargelegt werden, ohne daß ihnen eine einschränkende Wirkung zukommt.
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Bei der Ausbildung von Abstimmvorrichtungen für Schwingkreise besteht
für die Bemessung der Kapazität der Hülse zur Spule das Kriterium, daß die Reihenschaltung
dieser beiden Kapazitäten angenähert das Zehnfache der im Nebenschluß zur Spule
liegenden effektiven Kapazität des Kreises betragen soll. Wenn die Erfindung bei
einer Abstimmvorrichtung für einen Verstärker zur Anwendung gelangt, ist es gewöhnlich
erwünscht, die Kapazität von Spule zu Hülse sogar im Verhältnis zur Kreiskapazität
noch größer auszuführen, um die Reihenresonanzfrequenz der Kapazitäten und der Spule
möglichst weitgehend aus dem Frequenzbereich zu entfernen, in dem die Eigenresonanz
des Resonanzkreises liegt, welcher die Spule in Parallelschaltung mit der Röhren-
und Stromkreiskapazität umfaßt.
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Obgleich im vorstehenden gewisse Ausführungsformen der Erfindung bis
ins kleinste beschrieben sind, ist
selbstverständlich die Erfindung
nicht auf diese besonderen Ausführungen beschränkt. Selbstverständlich sind im Rahmen
des Grundgedankens der Erfindung zahlreiche Abwandlungen in der besonderen Ausbildung
der Vorrichtung denkbar. Beispielsweise können an Stelle der Spulen mit geraden
zylindrischen Kernen Spulen verwendet werden, die in der Achsrichtung nicht gerade
und im Querschnitt nicht rund zu sein brauchen. Tatsächlich lassen sich bei gewissen
Anwendungen mechanische Vorteile daraus ziehen, daß die Spulen auf gebogene Kerne
gewickelt und mit entsprechend geformten Abgriffgliedern versehen werden.