DE1116743B - Schaltung zur transformatorischen Kopplung einer Antenne an einen Schwingungskreis - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P23895IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 5. F E B RUAR 1941

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DEK AUSLEGESCHRIFT: 9. NOVEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur transformatorischen Kopplung einer Antenne an einen Schwingungskreis, welcher Schwingungskreis im Gitterkreis einer Verstärkerröhre eingeschaltet ist; dabei wird bezweckt, das in solchen Schaltungsanordnungen auftretende Rauschen zu vermindern.

Das Rauschen, das sich insbesondere bei der Übertragung schwacher Signale sehr störend bemerkbar macht, wird teilweise von in der Schaltung vorhandenen Entladungsröhren, teilweise von den übrigen Schaltelementen herbeigeführt und kann daher in Röhrenrauschen und Schaltungsrauschen unterschieden werden. Das Schaltungsrauschen wird durch spontane Spannungsschwankungen hervorgerufen, die infolge der thermischen Bewegung der Elektronen an den Enden jedes Leiters auftreten. Es ist um so stärker, je größer der Ohmsche Widerstand des betreffenden Leiters und je höher seine Temperatur sind. So tritt z. B. über einem im Eingangskreis einer Hochfrequenzverstärkerröhre aufgenommenen Schwingungskreis eine solche Rauchspannung auf, die gewöhnlich mit »Kreisrauschen« bezeichnet wird.

Das Röhrenrauschen wird hervorgerufen durch spontane Schwankungen der Emission einer Kathode und der Ströme zu den anderen Röhrenelektroden und kann bei der Berechnung berücksichtigt werden durch einen äquivalenten Rauschwiderstand, der ein Maß für die Stärke des Röhrenrauschens bildet, kann als ein Ohmscher Widerstand definiert werden, der durch die an ihm auftretende Rauchsspannung bei der Einschaltung in den Steuergitterkreis einer ganz rauschfreien Röhre von gleicher Type einen Rauschstrom im Anodenkreis herbeiführen würde, der dem in Wirklichkeit im Anodenkreis auftretenden, das Röhrenrauschen verursachenden Rauschstrom gleich ist. Im allgemeinen bildet das Rauschen ein kontinuierliches Frequenzspektrum, von dem nur jener Teil störend ist, der von der Schaltungsanordnung durchgelassen wird.

Es wird gewöhnlich angenommen, daß zur Erhaltung eines möglichst günstigen Signal-Rausch-Verhältnisses die Antenne derart mit dem Eingangskreis gekoppelt werden muß, daß eine maximale Signalspannung am Steuergitter der ersten Röhre auftritt. Zu diesem Zweck muß bei der üblichen Transformatorkopplung zwischen dem Antennenkreis und dem Eingangskreis der auf die Sekundärseite transformierte Antennenwiderstand R_a der Kreisimpedanz R^ gleichgemacht werden. Dieselbe Bedingung gilt auch für andere Antennenkopplungen, bei denen dann unter dem transformierten Antennenwiderstand stets der Reziprokwert der von der Antenne auf den Eingangskreis ausgeübten Dämpfung ver-Schaltung zur transformatorischen Kopplung einer Antenne an einen Schwingungskreis

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G.m.b.H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 31. Januar 1940 (Nr. 96 775/40)
und 8. August 1940 (Nr. 98 586/40)

Maximiliaan Julius Otto Strutt

und Cornelius Jan Bakker,

Eindhoven (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

standen werden muß. Die Erfüllung dieser Bedingung läßt aber nur dann ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis erreichen, wenn das Röhrenrauschen das Schaltungsrauschen weit übertrifft. Es ist auch tatsächlich deutlich, daß, falls nur das Röhrengeräusch berücksichtigt zu werden braucht, ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis dadurch erhalten werden kann, daß für eine maximale Steuergitter-Signalspannung gesorgt wird.

Falls dagegen das Schaltungsrauschen das Röhrenrauschen weit übertrifft, so daß nur das Schaltungsrauschen berücksichtigt werden muß, wird ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis dadurch erhalten, daß die Antenne unmittelbar an das Steuergitter angeschlossen wird. Das in der Antenne auftretende Signal-Rausch-Verhältnis kann dann durch Zufügung weiterer Schaltelemente ja nur vermindert werden. In diesem Falle würde das günstigste Signal-Rausch-Verhältnis also durch eine möglichst feste Kopplung zwischen der Antenne und dem Eingangskreis erhalten werden, d. h., die Bedingung für die höchste Rauschfreiheit lautet: R_a = 0.

In der Praxis müssen sowohl das Röhrenrauschen als auch das Schaltungsrauschen berücksichtigt werden; gemäß der Erfindung wird das günstigste Signal-Rausch-Verhältnis erhalten für einen Wert von R_a, der zwischen den beiden genannten Werten liegt, und

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zwar wird das Übersetzungsverhältnis der transformatorischen Kopplung von einer Signalquelle, z. B. einer Antenne, mit einem inneren Widerstand R_a zu einem Schwingungskreis mit dem Resonanzwiderstand Rk und einer effektiven Rauschspannung Eic, welcher Schwingungskreis ini Gitterkreis einer Verstärkerröhre mit einer effektiven äquivalenten Rauscheingangsspannung Eb eingeschaltet ist, derart gewählt, daß der auf die Sekundärseite transformierte innere Widerstand R_a' der Signalquelle angenähert bestimmt ist durch die Gleichung

die Frequenzkomponenten innerhalb eines Frequenzbereiches Δ f betrachtet, gleich

Ric Rb

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 stellt eine Hochfrequenz-Eingangsschaltung eines Radioempfängers dar. Die Antenne A ist trans- ao formatorisch gekoppelt mit der Selbstinduktion L, die mit dem Kondensator C einen auf die Signalfrequenz abgestimmten Eingangskreis bildet, der im Gitter-Kathoden-Kreis der Verstärkerröhre B eingeschaltet ist. Das Übersetzungsverhältnis der transformatorischen Kopplung sei gleich v.

Fig. 2 zeigt die äquivalente Schaltung, in der auch die Rauschquellen vE_a, Eh und £& eingetragen sind.

Widerstandsrauschen entsteht bekanntlich dadurch, daß die Elektronen in einem Widerstand teilnehmen an der Molekularbewegung. Diese Bewegung der Elektronen erzeugt an den Klemmen des Widerstandes eine Rauschspannung von unregelmäßigem Verlauf. Wie bekannt, ist das mittlere Quadrat der Rauschspannung an den Klemmen eines Wirkwiderstandes R mit einer absoluten Temperatur T °K, wenn man nur worin K = 1,38 · ΙΟ"²³ W ■ sek/Grad die Boltzmannsche Konstante darstellt und T die absolute Temperatur ist.

Im Widerstand Rk, der den Resonanzwiderstand des LC-Kreises darstellt, ist also ein Rausch-EMK Ek wirksam. In Reihe mit dem Widerstand R_a' = v² R_a, der den transformierten inneren Widerstand R_a der Antenne darstellt, sind die transformierte Rauschspannungsquelle vE_a sowie die transformierte von der Antenne empfangene Signalspannung vS wirksam. Die Röhre B kann man sich rauschfrei denken, wenn man z. B. im Gitterkreis eine äquivalente Rauschquelle Eb einfügt.

Die Signalspannung vE_s erzeugt am Gitter der Röhre eine Eingangssignalspannung

E_s' =

Rk

■vE_s

V²Ra + Rk

Ebenso erzeugen die Rauschquellen vE_a und
am Gitter die Rauschspannungskomponenten

Rk

v² Ra + Rk

V²Rg

E₁ =

beziehungsweise

E₂ =

Die verschiedenen Rauschquellen sind nicht kohärent. Die totale effektive Rauschspannung E_r ist daher nicht gleich der Summe der Rauschspannungskomponenten, sondern gleich der Wurzel aus der Summe der Quadrate:

Er =

v* R_k* Eg* + v^l Rg?

+ Rk)*

„ „. , „ , λγ ι "u · E,' ■ u± ■ Röhre darstellt, so kann man auch schreiben

Das Signal-Rausch-Verhältnis -~ erreicht, wie gezeigt werden kann, als Funktion vom Transformationsverhältnis ν einen Maximalwert, wenn der transformierte innere Antennenwiderstand v²R_a

R_a' = v² Ra = -

R_a' =

Rk

1 +

Rk Rb

1 +

Ei? E_b ²

ist.

Bisher hatte man immer angenommen, daß zur Erhaltung eines möglichst günstigen Signal-Rausch-Verhältnisses die Antenne derart mit dem Eingangskreis gekoppelt werden muß, daß eine maximale Signalspannung am Steuergitter der ersten Röhre auftritt; es sollte also gelten v² R_a = Ric, oder mit anderen Worten, der transformierte Antennenwiderstand R_n,' sollte dem Resonanzwiderstand Rk des Eingangskreises gleich sein.

Wie oben gezeigt wurde, muß das Übersetzungsverhältnis ν jedoch kleiner sein.

Da für eine solche Schaltung mit rauschenden Widerstanden weiter gilt:

E_k ² =

wobei Rb den äquivalenten Rauschwiderstand der Die oben abgeleitete Beziehung gilt für die Schaltung nach Fig. 1, in der drei nichtkohärente Rauschquellen vorhanden sind. Wenn in der Schaltung noch weitere Widerstände oder Dämpfungen eine Rolle spielen, so muß die Formel entsprechend ergänzt werden.

Eine rauschfreie Dämpfung des Eingangskreises kann herbeigeführt werden durch eine geeignete Gegenkopplung. Wird z. B. in der Kathodenleitung der Röhre eine kleine Selbstinduktion aufgenommen, so erzeugt diese Selbstinduktion über die Gitter-Kathoden-Kapazität eine Gegenkopplung, wodurch eine rauschfreie Dämpfung des Eingangsschwingungskreises herbeigeführt wird.

Bei der Berechnung von Rk für die obenerwähnte Beziehung ist dann die mittels der Kathodeninduktivität hervorgerufene Dämpfung des Eingangskreises außer Betracht zu lassen. Dasselbe gilt für Dämpfungen und Entdämpfungen, die durch das Anbringen von Mitteln zur Verminderung des Sekundäremissions- und des Verteilungsrauschens verursacht werden.

In der obengenannten Gleichung muß für R_k also der Reziprokwert der Gesamtdämpfung des Eingangskreises ausgefüllt werden, oder mit anderen Worten,

bei der Berechnung von R^ müssen nur die Eigenverluste des Kreises, sowie gegebenenfalls in Serie oder parallel zum Kreis angebrachte Dämpfungswiderstände berücksichtigt werden; eine entsprechende Korrektur ist erforderlich, wenn die Laufzeitdämpfung eine wesentliche Rolle spielt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Schaltung zur transformatorischen Kopplung einer Antenne mit einem inneren Widerstand R_a an einen Schwingungskreis mit dem Resonanzwiderstand Ric, welcher Schwingungskreis im Gitterkreis einer Verstärkerröhre mit einem äquivalenten Rauschwiderstand Rb eingeschaltet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis der transformatorischen Kopplung derart gewählt ist, daß der auf die Sekundärseite transformierte innere Widerstand R_a' angenähert bestimmt ist durch

   Ra' =

   Ric

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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