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Steuerbare Impedanz für Hochfrequenzzwecke Die Erfindung bezieht sich
auf eine steuerbare Impedanz für Zwecke der Hochfrequenztechnik, bestehend aus der
Reihenschaltung eines Kondensators und zwei gegensinnig für eine an ihnen anliegende
Hochfrequenzspannung parallel geschalteten Richtleitern, in deren kapazitiv überbrückten
Gleichstromkreis die Steuerspannungsquelle und eine konstante, die Gleichrichter
in Flußrichtung vorspannende Spannungsquelle eingeschleift sind.
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Bekanntlich kann eine steuerbare Reaktanz mit Richtleitern auf zweierlei
Weise erhalten werden. Bei der ersten Art wird in Reihe mit einer Kapazität eine
Gleichrichterkombination geschaltet, die in Abhängigkeit von einer Steuerspannung
den wirksamen Kapazitätswert durch Stromflußwinkelsteuerung beeinflußt. Die andere
Art verwendet die Gleichrichter, die in Flußrichtung betrieben werden, als gesteuerten
Widerstand, wobei sich bei bestimmter Wahl des Widerstandswertes in Abhängigkeit
von der Reihenkapazität innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches eine relativ
lineare Änderung des Blindwiderstandes in Abhängigkeit von der Steuerspannung erreichen
läßt.
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Die Erfindung bezieht sich auf die letztgenannte Art von steuerbaren
Impedanzen, wobei ihr die Aufgabe zugrunde liegt, die diesen Anordnungen eigene
Abhängigkeit des Mittelwertes der in der Impedanz in Erscheinung tretenden Blindkomponente
von Temperaturschwankungen und von Schwankungen der Amplitude der an der Impedanz
anliegenden Hochfrequenzspannung wesentlich zu vermindern.
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Ausgehend von einer steuerbaren Impedanz für Zwecke der Hochfrequenztechnik,
bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators und zwei gegensinnig für eine
an ihnen anliegende Hochfrequenzspannung parallel geschalteten Richtleitern, in
deren kapazitiv überbrückten Gleichstromkreis die Steuerspannungsquelle und eine
konstante, die Gleichrichter in Flußrichtung vorspannende Spannungsquelle eingeschleift
sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß in den Gleich-Stromkreis
der Gleichrichter als Vorspannungsquelle eine von einem konstanten Gleichstrom durchflossene
Heißleiter-Widerstands-Kombination eingeschaltet ist, deren Werte in Abhängigkeit
von den Gleichrichtern derart bemessen sind, daß bei einer Kompensation von Temperatureinflüssen
auf die Gleichrichter die konstante Vorspannung wesentlich größer als die durch
Gleichrichtung der Hochfrequenzspannung im Gleichrichterkreis anfallende Gleichspannung
ist, und daß parallel zu den beiden hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Gleichrichtern
ein zusätzlicher Kondensator geschaltet ist, dessen Kapazitätswert derart in Abhängigkeit
von der Vorspannung gewählt ist, daß sich innerhalb des mit der Steuerspannung überstrichenen
Bereiches für die Impedanz eine praktisch reine Blindwiderstandsänderung ergibt.
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Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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An Hand der Fig. 1 wird zunächst die Wirkungsweise der Reihenschaltung
eines Kondensators Cs mit dem Blindwiderstand X, sowie der Gleichrichterkombination
mit den beiden Richtleitern R 1 und R 2 erläutert.
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Die Reihenschaltung eines festen Blindwiderstandes X, = 1/co
Cs mit co = 2@cf (f = Frequenz der Hoehfrequenzspannung) und einem steuerbaren,
durch die beiden Richtleiter R 1 und R 2 für die Hochfrequenzspannung gebildeten
Wirkwiderstand RS wirkt bei einem bestimmten Verhältnis von XS/RS, nämlich XS<Rs
- 1, wie die Parallelschaltung einer gesteuerten reinen Kapazität C, = C,/2
und eines festen Wirkwiderstandes Rn = 2R,.
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Die entsprechenden Verhältnisse sind in der Fig. 2 in einem Diagramm
angedeutet mit danebenstehendem Ersatzschaltbild. Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist
ersichtlich, daß bei RS = X" (Arbeitspunkt P) eine Änderung von RS praktisch ausschließlich
eine Änderung des Parallel-Blindwiderstandes Xp ergibt. Der so geschaffene steuerbare
Widerstand kann daher, beispielsweise durch Parallelschaltung zu dem frequenzbestimmenden
Resonanzkreis eines Oszillators, als Frequenzmodulator Anwendung finden. Damit die
steuerbare
Impedanz in der. beschriebenen Weise arbeitet, ist es jedoch erforderlich, daß die
Richtleiter positiv, also in Flußrichtung, vorgespannt sind. Dies geschieht durch
eine Vorspannungsquelle, die in der Fig. 1 durch den Teilabgriff an einem Potentiometer
Pot eingestellt wird, das von einer konstanten Spannungsquelle gespeist wird. In
dem Gleichrichterkreis, der für die Hochfrequenz mittels einer Kapazität Co überbrückt
ist, fließt somit stets ein Ruhestrom.
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Bei derartigen Anordnungen zeigt sich nun, daß beispielsweise bei
Verwendung der steuerbaren Reaktanz als Frequenzmodulator die Mittenfrequenz des
Oszillators sehr inkonstant ist. Bereits geringe Temperaturschwankungen beeinflussen
die Mittenfrequenz ebenso stark wie Änderungen der Amplitude der an der steuerbaren
Impedanz anliegenden Hochfrequenzspannung. Diesem Nachteil kann in überraschend
einfacher Weise begegnet werden, wenn eine Schaltung mit den Merkmalen der Erfindung,
wie die des Ausführungsbeispiels der Fig. 3, angewendet wird. In der Fig. 3 ist
zusätzlich ein Schwingkreis SK mit eingezeichnet, zu dem die steuerbare Reaktanz
parallel geschaltet sein soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist parallel zu dem
Gleichrichtern R 1 und R 2, und zwar für die Hochfrequenzspannung, eine zusätzliche
Kapazität Co' geschaltet. Weiterhin ist die konstante Vorspannung durch die
Kombination eines Heißleiters Th mit einem parallel geschalteten Widerstand R 3,
in Verbindung mit einem Potentiometer erzwungen. In an sich bekannter Weise ist
die Steuerspannung Umod, die im Ausführungsbeispiel als reine Wechselspannung angenommen
ist, in Reihe mit der Vorspannungsquelle in den Gleichstromkreis der Richtleiter
eingeschleift, und zwar mittels eines Übertragers Tr.
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Die Widerstandswerte in den Schaltelementen Th, R 3 und Pot sind nun
derart gewählt, daß zwei Bedingungen erfüllt sind. Einerseits soll über den Heißleiter
Th im Zusammenwirken mit dem Reihenwiderstand und dem Parallelwiderstand eine Temperaturkompensation
der Richtleiter R 1 und R 2, die beispielsweise Germaniumdioden sind, erreicht werden.
Andererseits soll die an der Kombination von Heißleiter und Widerständen auftretende
positive Vorspannung U, wesentlich größer als die an Co anfallende Richtspannung
U,. sein, die durch Gleichrichtung der an der steuerbaren Impedanz anliegenden Hochfrequenzspannung
entsteht. Hierdurch wird eine bessere Unabhängigkeit der steuerbaren Reaktanz von
der Amplitude der an ihr anliegenden Hochfrequenzspannung erreicht. Das hätte zunächst
zur Folge, daß sich keine reine Änderung des Parallelblindleitwertes der Impedanz
in Abhängigkeit von der Steuerspannung ergibt. Dies läßt sich aber bei dieser höheren
Vorspannung trotzdem in überraschend einfacher Weise dadurch erreichen, daß der
zusätzliche Kondensator mit dem Kapazitätswert Cn vorgesehen wird. Dieser Kapazität
C" sind die an sich vorhandenen Streukapazitäten des Gleichrichters in Verbindung
mit den Schaltkapazitäten hinzuzurechnen.
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Für die steuerbare Reaktanz ergibt sich damit ein Ersatzschaltbild,
wie es in der Fig. 4 angedeutet ist, und das sich bei der durch Wahl eines entsprechenden
Gleichrichters stets zulässigen Vernachlässigung der Induktivität L, des Gleichrichterkreises
zu dem in der Fig. 5 angedeuteten Ersatzschaltbild umformen läßt. Im Widerstandsdiagramm
ergeben sich dann die in der Fig. 6 angedeuteten Verhältnisse, wobei die Bezugszeichen
entsprechend den Fig. 4 und 5 anzuwenden sind. Die reine Parallelschaltung von C,'
und Rs = 1/G, würde bei Änderung von RS eine reine Widerstandsänderung ergeben.
Durch Hinzufügen des kapazitiven Blindwiderstandes X, wird jedoch der den stark
ausgezogen eingezeichneten Bereich enthaltende Bereich mit dem Mittelpunkt M auf
der Ordinate um den Betrag X$ verlagert, so daß sich als neuer Mittelpunkt M' ergibt.
Damit wird die Änderung dB in einer Weise verlagert, daß die Änderung in sehr guter
Annäherung tangierend längs eines Kreises konstanten Wirkleitwertes G verläuft.
Bei Änderungen von RS ist auf diese Weise eine praktisch reine Blindwiderstandsänderung
erhalten, mit dem Vorteil, daß Temperaturschwankungen und Schwankungen in der Amplitude
der anliegenden Hochfrequenzspannung wesentlich in ihrem Einfluß auf die Mittenfrequenz
vermindert sind. Wie aus dem Diagramm der Fig. 6 weiterhin ersichtlich ist, ist
es hierbei von großer Bedeutung, daß die Kapazität Cn derart in Abhängigkeit von
X, sowie dem durch die Richtleiterkombination angebotenen Wirkwiderstand RS und
damit von der konstanten Vorspannung bzw. dem durch diese erzwungenen Flußstrom
gewählt ist, daß sich der Kurvenabschnitt dB möglichst gut an einen Kreis konstanten
Wirkleitwertes G im Diagramm anschmiegt.
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Um einen überblick über das mit einer Schaltung nach der Fig. 3 Erreichbare
zu geben, ist in der Fig. 7 der Verlauf des Wirkwiderstandes RS und des Blindwiderstandes
Xs eines Richtleitpaares bei einer Frequenz von etwa 900 MHz in Abhängigkeit von
der Spannung U,, aufgetragen. In der Fig. 8 ist hierzu die Modulationskurve in Form
des durch die steuerbare Impedanz angebotenen Parallel-Wirkwiderstandes R" und der
bei Anschaltung an einen Resonanzkreis mit einer Mittenfrequenz von 900 MHz erzielten
Frequenzänderung A wiedergegeben. C, hatte hierbei einen Wert von etwa 0,05 pF,
während die Kapazität der Richtleiter zusammen mit der zusätzlichen Kapazität C,
etwa 2,5 pF betrug. Wie aus der Fig. 8 ersichtlich, ist in einem relativ weiten
Bereich um den mittleren Betriebspunkt P der Parallel-Blindwiderstand Rp näherungsweise
konstant, und der erreichte Frequenzhub A ist relativ linear von der anliegenden
Spannung U, abhängig. In die Spannung U" ist für das Diagramm der Fig. 7 und 8 die
Steuerspannung Umod mit einbezogen.