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Einrichtung zur genauen Nachstellung der Zwischenfrequenz eines Überlagerungsempfängers
auf eine Sollfrequenz Die Erfindung löst die Aufgabe, die Zwischenfrequenz eines
Überlagerungsempfängers, mittels eines Motors selbsttätig so nachzuregeln, daß sie
mit hoher Genauigkeit mit der Soilzwischenfrequenz übereinstimmt. Die erfindungsgemäße
Regelung arbeitet so genau, daß: z. B. eine. Zwischenfrequenz von i2o kHz auf i
Hz (und weniger) genau eingestellt bleibt.
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Im Empfängerbau ist die sogenannte selbsttätige Scharfabstimmung allgemein
bekannt. Im Zwischenfrequenzteil wird eine von der Größe und Richtung der Frequenzabweichung
der Zwischenfrequenz von der Sollzwischenfrequenz abhängige Regelgleichspannung
erzeugt, die mittels einer Nachstimmröh:re die Überlagererfrequenz im Sinne einer
Übereinstimmung der Zwischenfrequenz mit der Sollzwischenfrequenz selbsttätig nachregelt.
Bei dieser Regelung bleibt jedoch immer eine Restverstimmung bestehen, da andernfalls
keine Regelspannung mehr vorhanden sein würde. Es ist auch bekannt, eine derartige
Regelung mittels eines Motors statt mit einer Nachstimmröhre zu bewirken, jedoch
sind hserbei Relais notwendig, die immer eine bestimmte Schaltempfindlichkeit (Reizschwelle)
besitzen und daher die Regelgenauigkeit beschränken. Eine motorische Frequenzregelung
ist bekanntlich auch ohne Relais durchgeführt worden, nämlich. unter Verwendung
von Induktionsmotoren (Ferraris-Motoren), wie sie in Elektrizitätszählern verwendet
werden. Derartige Motoren erfüllen jedoch nicht die anfangs erwähnte Anforderung
an hohe Genauigkeit. Sie haben nämlich die Eigenschaft, daß das. Drehmoment gerade
bei kleinem Frequenzunterschied nicht mehr ausreicht. Dies ist nachteilig, weil
zur Vermeidung eines Weiterdrehens über die richtige Einstellung hinaus infolge
der Schwungmasse des Motors und
zur Vermeidung einer hierdurch verursachten
Pendelung eine Wirbelstrombremse notwendig ist. Daher erfolgt die Einstellung einer
Frequenz von z. B. 170 kHz nur mit einer Genauigkeit von 1,5, bis 2 Hz.
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Die beschriebenen bekannten Regelverfahren haben ferner den -Nachteil,
daßi die Genauigkeit der Regelung von der Konstanz von Regelspannungserzeugern-(gegensinnig
verstimmte Schwingungskreise nach R o u n d oder Bandfilterschaltung nach Riegger
und Seeley und anschließende Gleichrichter) oder einer Frequenz@brücke und der Netzfrequenz
(Telefunkenmitteilungen Nr. 86, 19411, S.57) abhängig ist. Dagegen dient .bei der
Erfindung in an sich bekannter Weise lediglich eine frequenzkonstante Schwingung
zum Vergleich für die nachzustellende Frequenz.
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Die Erfindung geht von einer anderen bekannten Regeleinrichtung aus.
Bei dieser wird die Zwischenfrequenz (z. B. 12o kHz ± A f) durch Mischung mit einer
hochkonstanten Frequenz (z. B. li 19,95 kHz) in eine für einen Synchronmotor brauchbare,
niedrige, entsprechend der Zwischenfrequenz schwantkende Frequenz (z. B. 5o Hz ±
A f) umgewandelt. Ein zweiter Synchronmotor wird mit der als Normalfrequenz dienenden
Netzfrequenz (5o Hz) gespeist. Beide Motoren treiben die Sonnenräder eines Differentialgetriebes
an, dessen Planetenrad bei einer Drehung um die Achse der Sonnenräder das Frequenznachstellglied
(Drehlzondernsator) des zur Zwischenfrequenzbildung dienenden Oszillators betätigt
und bei Übereinstimmung der beiden Frequenzen bei weiterlaufenden Motoren keine
Drehung um die Achse der Sonnenräder ausführt. Die besonderen Vorteile dieser Einrichtung
werden unten bei der Beschreibung der Abb. i näher erläutert. Als Nachteil dieser
soeben beschriebenen Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Zwischenfrequenz ist
jedoch zu nennen, daß die Genauigkeit der Regelung von- der Konstanz der Netzfrequenz
abhängt.
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Die Erfindung gibt eine Schaltung an, bei welcher der Einfluß- der
Frequenzschwankungen der Netzfrequenz herausfällt. Die Erfindung, die sich auf die
zuletzt beschriebene Regelrichtung bezieht, besteht nämlich darin, daß die zur Umwandlung
der schwankenden Zwischenfrequenz in die für einen Synchronmotor brauchbare niedrige
Frequenz benötigte hochkonstante Oszillatorfrequenz (z. B r 19,95 kHz) aus
einer stabiliserten Frequenz, z. B. einer -der Zwischenfrequenz des Empfängersgleicben
Frequenz (it2o kHz), und (der Netzfrequenz (5o Hz) durch eine derartige Modulation
gebildet wird, daß bei dieser Modulation die eine Seitenfrequenz (i2o,o.5 kHz) und
der schädliche Träger @(i2o kHz kompensiert werden.
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Abb. i zeigt schematisch die bekannte Regelung mit zwei Synchronmotoren
bei der Anwendung auf niedrige Frequenzen, die unmittelbar zur Speisung der- Motoren
dienen können. Die Sollfrequenz wird in dem Generator G, erzeugt urid speist den
Synchronmotor M1. Der andere Synchronmotor M2 wird von der nachzustellenden, Frequenz
f ± A f betrieben, die in dem Generator G2 erzeugt wird. Die beiden Motoren M1 und
M2 drehen über je ein Zahnradgetriebe in entgegengesetzter Richtung die Sonnenräder
S1 und S2, die beide in das Planetenrad P eingreifen. Laufen beide Motoren und damit
beide Sonnenräder S1 und S2 gleich schnell, so dreht sich zwar das, Planetenrad
P, jedoch führt seine Achse a keine Drehung um die Achse A aus, die durch die Hohlachse
H des Sonnenrades S2 hindurchgeführt ist. Drehen sich die beiden Motoren infolge
Nichtübereinstimmung der beiden Frequenzen verschieden schnell, so wird die Achse
A gedreht und betätigt über ein Unterseüzungsgetriebe Ü ein Frequenzregelglied,
z. B. den Drehkondensator eines Röhrengenerators G2, oder beeinfiußt über ein, an
sich bekanntes Regelglied die Drehzahl eines umlaufenden Generators im Sinne einer
Übereinstimmung der Frequenzen.
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Der besondere Vorteil dieser bekannten Einrichtung liegt darin., daß,
die Forderung nach. einem ausreichend starken Drehmoment auch bei der kleinsten
Frequenzabweichung erfüllt ist. Es wird hier die Erscheinung ausgenutzt, da&
bei einem Synchronmotor die Drehzahl immer genau der Frequenz des zugeführten Wechselstromes
entspricht. Steigt die Frequenz an, so steigt auch die Drehzahl. Sinkt die Frequenz,
so sinkt auch die Drehzahl. Voraussetzung-ist, daß die Synchronmotoren so stark
sind, daß sie bei den größten auftretenden Drehmomenten noch nicht außer Tritt fallen
und dann der eine Motor von dem anderen mitgenommen: wird. Die Regeleinrichtung
arbeitet also genau richtig oder gar nicht. Letzteres kann durch eine ausreichende
Bemessung der Motoren verhindert werden. Ist nach Beendigung des Regelvorganges
eine Übereinstimmung der Frequenzen und damit auch der Drehzahlen der beiden Motoren
erreicht, so kann der eine Motor seine Drehzahl- nicht weiter ändern, weil sie immer
der zugeführten Frequenz starr folgt und weil das bei einer Übereinstimmung der
Frequenzen zur Ruhe gekommene Nachstellglied keine weitere Frequenzänderung mehr
bewirken kann. Es findet also keine Regelung über das Ziel hinaus statt, so daß
keine Pendelungen auftreten können und daher auch, keine Bremse zurVermeidung vonPendelungen
notwendig isst. Die Drehzahl des Planetenrades um die Achse der Sonnenräder entspricht
genau der Frequenzabweichung-von der Sollfrequenz und ist bei einer Übereinstimmung
der Frequenzen gleich Null geworden. Damit ist der Regelvorgang beendet. Bei einem
Induktionsmotor dagegen wird bei einer Frequenzabweichung ein dieser Abweichung
entsprechendes Drehmoment erzeugt, welches das Nachstellglied in -Bewegung setzt.
Bei Erequenzübereinstimmung ist dann zwar das Drehmoment zu Null geworden, jedoch
mu& die Geschwindigkeit der sich drehenden Massen erst durch Bremsung zu Null
gemacht wenden. Es ist hier also im Gegensatz zur bekannten Regeleinrichtung nach
Abb. i kein starrer Zusammenhang zwischen Frequenzabweichung und Drehzahl des Nachstellgliedes
vorhanden.
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Vorteilhaft .ist ferner bei der bekannten Einrichtung nach Abb. i,
daß, die Nachsteilgeschwindigkeit von der Größe der Frequenzabweichung abhängig
ist. Sie ist nämlich bei größerer Abweichung ebenfalls
größer.
Die Nachstellgeschwindigkeit. wird auch durch die Größe der Untersetzung zwischen
den Motoren einerseits und dem Frequenznachstellglied andererseits bestimmt. Das
Planetengetriebe wird zweckmäßig etwa in die Mitte der Untersetzung geschaltet,
weil einerseits das Planetengetriebe zweckmäßig nicht mit zu hoher Drehzahl laufen
soll; jedoch andererseits kleine Teilungsfehler in den beiden Sonnenrädern sich
in möglichst kleinem Maße auf das Nachstellglied übertragen und damit die Genauigkeit
der Nachstellung möglichst wenig beeinflussen sollen.
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Wird die Regeleinrichtung nach Abb. i zur Konstanthaltung der Zwischenfrequenz
eines überlagerungsempfängers angewendet, so wird die Zwischenfrequenz von z. B.
12o kHz ± A f zweckmäßig mittels einer frequenzkonstanten Schwingung von z. B. 119,95
kHz auf eine für einen Synchronmotor brauchbare niedrige Frequenz von z. B. 5o Hz
± A f heruntergesetzt und der zweite Synchronmotor mit der Netzfrequenz von 5o Hz
betrieben-. Da hierbei die Höhe der Netzfrequenz von Einffluß auf die Regelgenauigkeit
ist, wird bei dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Abb.
2 und 3 die frequenzkonstante Schwingung von 119,95 kHz durch Modulation einer frequenzkonstanten
Schwingung von 12o kHz, die z. B. von einem Quarz gesteuert wird, mit der Netzfrequenz
erzeugt. Dann fällt nämlich der Einfluß der Schwan, kungen der Netzfrequenz heraus.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung erfüllt bei der Anwendung auf einen
Einseitenbandempfänger hohe Anforderungen. Wird bei trägerloser Sendung der Träger
am Empfänger zugesetzt, so muß. die Frequenz des zugesetzten Trägers mit dem ursprünglichen
Träger des Senders bis auf i Hz genau übereinstimmen, weil sich bei der Demodulation
alle Niederfrequenzen um diesen Frequenzfehler verschieben, was schon bei einigen
Herz Abweichung als Harmoniestörung empfunden würde. Wegen der Inkon.stanz der ,Kurzwellenoszillatoren
muß die Frequenznachregelung imstande sein, 5 Hz nach-zuregeln, ohne daß die Frequenzabweichung
von i Hz überschritten wird. Besser ist es, wenn 2o bis 5o Hz nachgeregelt werden
können. Der gesamte Nach regelbereich soll ± io ooo Hz betragen., weil der Sender
und Empfänger zusammen innerhalb dieses Bereichs schwanken köhnen. Wird dagegen
der Träger am Empfänger durch Aussiebung und Verstärkung eines vom Sender ausgestrahlten
schwachen Trägers gewonnen, so kann eine solche Frequenzabweichung nicht vorkommen,
jedoch ist trotzdem eine Genauigkeit der Frequenzntachstellung von ± io Hz erforderlich,
weil das zur Aussiebung des Trägers dienende Filter sehr schmal ist und die zur
Trennung der beiden Seitenbänder (im Falle der Übermittlung von verschiedenen Nachrichten
auf den beiden Seitenbändern) dienenden Filter eine sehr hohe Flankensteilheit besitzen).
Für Einseitenban.dempfänger mit wahlweise örtlich erzeugten oder vom Sender gesteuerten
Trägern ist natürlich die höhere Genauigkeit von i Hz zu erfüllen.
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Abb. 2 zeigt schematisch die Anwendung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung
auf einen Einseitenbandempfänger, wie er für den Überseeempfang gebraucht wird.
Die von der Antenne A,t empfangenen Schwingungen werden der Reihe nach der Hochfrequenzstufe
HF, der ersten Mischstufe Mi I mit zugehörigem Oszillator 01, dem Zwischenfrequenzvereärker
ZF I, der zweiten Mis.ahstufe Mi II mit zugehörigem Oszillator 02 und dem zweiten
Zwischenfrequenzverstärker ZF 1I zugeführt und gelangen von dort zum nicht dargestellten.
Demodulator. Um einen zusätzlichen frequenzstabilisierten Oszillator für die Regeleinrichtung
zu ersparen, gewinnt man aus demselben quarzstabilisierten Oszillator 02 die Überlagererfrequenz
für die Mischstufe Mi II durch Frequenzvervielfachung im Vervielfacher h und die
der Zwischenfrequenz gleiche Sollfrequenz von rzo@kHz mittelseines.Frequenzteilers,T.
Die im Empfänger aus der Empfangsfrequenz gebildete Zwischenfrequenz von 12o kHz
± A f wird in dem Trägerfilter TF ausgefiltert, in einem schwundgeregelten Trägerverstärker
TV verstärkt und der Mischstufe Mi III zugeführt. Derselben Mischstufe wird die
Sollfrequenz von 12o kHz nach Umwandlung in eine Frequenz von 119,95 kHz zugeführt.
Diese Umwandlung erfolgt auf eine unten bei Abb. 3 näher beschriebene Weise mixt
zwei go°-Schaltungen I und II und zwei Gegentaktgleichrichtern G3 und G4. Am Ausgang
der Mischstufe Mi III erscheint eine Frequenz von 5o Hz ± A f, welche dieselben
Frequenzschwankungen 4, f wie die Zwischenfrequenz des Empfängers ausführt.
Diese Frequenz wird über die Verstärkerstufe E dem einen Motor M2 und die Netzfrequenz
von, 5o Hz dem anderen Motor M1 zugefübrt, die wie .in Abb. i über ein Differentialgetriebe
ein Frequenznachstellglied steuern. Dieses besteht z. B. aus einem Trimmerkondensator
am erstere Oszillator 01. Die gestrichelt gezeichneten Teile werden unten näher
beschrieben.
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Die in Abb. 3 dargestellte Schaltung zur Umwandlung der Frequenz von
12o kHz in i i9,95 kHz mittels der Netzfrequenz von 5o kHz arbeitet nach einer im
Prinzip von C h i r e i x angegebenen Schaltung (Patentschrift 642:23 8, Abb. 6
und Anspruch, q.) und bezweckt, daß, lediglich die Differenzfrequenz 12o kHz - 5o
Hz = 119,95 kHz im Ausgang erscheint, jedoch nicht die ursprünglichen Frequenzen
und die Summenfrequenz. Die ursprüngliche Frequenz von. 12o kHz und die Summenfrequenz
von i2o,o5 kHz würden sich nämlich. durch Filter nur schwer von der gewünschten
Differenzfrequenz von 119,95 kHz trennen lassen. Jeder der beiden Gegentaktmodulatoren
G3 und G4 erzeugt die Summen-und Differenzfrequenz. Infolge der beiden go°-Schaltungen
I und II haben diese Frequenzen nach Abb. q. eine derartige Phasenlage zueinander,
daß sich die Summenfrequenzen gegenseitig aufheben und die Differenzfrequenzen sich
unterstützen. Die go°-Schaltung I besteht aus zwei im Anodenkreis einer Röhre in
Reihe liegenden Schwingungskreisen, die gegensinnig gegen die Frequenz von 12o kHz
so weit verstimmt sind, daS die an den Schwingungskreisen herrschenden Spannungen
um ± q.5° gegen
die ursprüngliche Schwingung phasenverschoben sind.
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Schließlich sollen noch Mittel zur Verbesserung der erfindungsgemäßen
Schaltung angegeben werden. Während bei der obererwähnten bekannten Rrequenznachstellung
für Einseitenbandempfänger mit Ferraris-Motoren beim Herausfallen des Trägers aus
dem ± a5 Hz breiten Trägerfilter der Motor stehenbleibt, verhält sich die neue Anordnung
anders. Es bleibt nur der mit 5o Hz ± A f beschickte Motor M2 stehen, und der vom
Netz getriebene Motor verstimmt den Oszillator 01 in einer Richtung bis zur maximalen
Verstimmung von ± io ooo Hz. Dieser Nachteil ist leicht dadurch zu beheben, daß,
man dem Trägerverstärker TV in Abb. 2 über die Leitung a auch die frequenzkonstante
Schwingung von i2o kHz zuführt. Diese Spannung ist im normalen Betriebsfalle so
schwach, daß, säe gegenüber der Empfangszwischenfrequenz von i2o kHz ± A f keine
Rolle spielt. Fällt jedoch dieser Träger durch eine Schwunderscheinung aus; so wird
er durch die andere gchwingung ersetzt, die gerade so stark ist, daß der Motor 11i12
weiterlaufen kann.
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Wegen der schmalen Filter ist eine Abstimmung des Empfängers von Hand
schwierig. Die Abstimmung geht einfacher vor sich, wenn man die Motoren zu Hilfe
nimmt. Für die beiden. Drehrichtungen legt man die Schalter i und 2 nach oben bzw.
unten. Dann wird der eine Motor durch. die Netzfrequenz betrieben, während der andere
Motor durch Anlegen einer Gleichspannung aus der Gledchspannungsquelle
GI festgehalten wird, damit er nicht von dem anderen Motor über das Differentialgetriebe
bewegt wird. -Eine andere Möglichkeit zur Erleichterung der Abstimmung besteht darin,
die anfangs beschriebene, von Rundfunkempfängern her bekannte selbsttätige Scharfabstimmung
als Grobabstimmung zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Einrichtung anzuwenden.
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Dien erfindungsgemäße Regeleinrichtung regelt in der beschriebenen
Form nur auf Frequenzgleicbheit, jedoch nicht auf Phasenübereinstimmung. Will man
auch dies erreichen, so müßte man den Phasenunterschied der zu regelnden Frequenz
und der Sollfrequenz mittels einer Phasenvergleichseinrichtung, z. B. einer Phasenbrücke,
zur Herstellung einer Regelspannung verwenden,, welche den Stator des einen der
beiden Synchronmotore im Sinne einer Phasenübereinstimmung dreht.