-
Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Schwingungen Zur Erzeugung
frequenzmodulierter Schwingungen, insbesondere für kurze und ultrakurze Wellen,
verwendet man mit Vorteil Sender; die eine steuerbare Kapazität enthalten. Als steuerbare
Kapazität wird insbesondere eine durch eine steilheitsgesteuerte Röhrenschaltung
gebildete Kapazität, im folgenden Kapazitätsröhre genannt, benutzt. Das Schema einer
gebräuchlichen Form eines frequenzmodulierten Senders zeigt Fig. i. Der Schwingkreis
LCR wird durch eine Röhre V1 erregt, seine Frequenz durch eine zweite als veränderbare
Kapazität wirkende Röhre V2 gesteuert. Die Schwingkreisfrequenz sei mit üoa, die
gesamte Frequenzänderung mit d «) bezeichnet. Nimmt man an, daß der relative Frequenzhub
klein gegen i bleibt, was praktisch immer der Fall ist, so kann gesetzt werden
Die Kapazitätsröhre liefert bei voller Aussteuerung und Einstellung der Gittervorspannung
auf größte Steilheit nur einen begrenzten (Wechsel-) Strom, der für eine bestimmte
Röhrentype (EF 1q.) z. B. io mAejf beträgt. Dieser Strom kann durch Veränderung
der Gittervorspannung und entsprechende Änderung der Steilheit nur bis zu etwa 2
mA heruntergeregelt werden, wenn die Regelung noch halbwegs linear mit der Vorspannung
gehen soll. Der ausnutzbare Strom ist demnach noch geringer und beträgt beispielsweise
ä,
= 8 mA. Er bestimmt die Größe der möglichen Kapazitätsänderung, wenn die Schwingkreisspannung
U gegeben ist; dabei gilt
Es sei beispielsweise angenommen, die Trägerfrequenz
sei 50' MHz und die Schwingkreiskapazität C betrage 50 PF. Wenn für die gesamte
Frequenzänderung
nun 2 MHz (-#- z MHz) gefordert wird, d C also q. pF sein soll, erhält man als größtzulässigen
Wert der Schwingkreisspannung: Umaa = 6,4 V. Dieser Wert ist aber sehr niedrig.
Er hängt nicht von der Trägerfrequenz, sondern nur vom Frequenzhub ab und ist nicht
-wie bei einfachen Sendern durch die Leistungsfähigkeit der Schwingröhre, sondern
nur durch jene der Kapazitätsröhre begrenzt. Bei so niedrigen Schwingkreisspannungen
ist es schwierig oder unter Umständen gar nicht möglich, die nötigen Steuerspannungen
für die Schwingröhre und für die Kapazitätsröhre herzustellen. Man muß sich dann
mit kleineren Frequenzhüben begnügen.
-
Durch die Erfindung wird es nun möglich, bei gegebener Kapazitätsröhre
und gleichem Frequenzhub die Schwingkreisspannung erheblich zu erhöhen bzw. bei
für die Rückkopplung noch ausreichender Schwingkreisspannung den Frequenzhub stark
zu vergrößern. Dies wird dadurch erreicht, daß der resultierende Blindleitwert der
Schwingschaltung Y (co) durch Einschalten weiterer Elemente in der -Umgebung der
Resonanzfrequenz ä)o klein gehalten wird, so daß sich eine kleinere Steilheit des
Blindleitwertes
(Phasensteilheit) ergibt als beim ursprünglichen Schwingkreis. .
-
Für.den Blindleitwert des Zweipols in der Nähe Senderfrequenz coo
gilt: Y (0) = Y' (@o) ' d Co.
-
Der veränderliche Blindleitwert der gesteuerten Kapazität ist co,
4 C.
-
Die Frequenz co = coo + d co stellt sich so ein, daß die Summe der
Blindleitwerte verschwindet. Es gilt also (0ö d C = Y' (a),) d w.
(3)
Diese Formel ist die Verallgemeinerung von Gleichung (2). Für den einfachen
Schwingkreis ist nämlich Y' (ooo) = 2 C, so daß Gleichung (3) in Gleichung (2) übergeht.
-
Um mit kleinen Kapazitätsänderungen große Fre= qüenzänderungen zu
erhalten, wird gemäß der Erfindung an Stelle des Schwingkreises ein Zweipol mit
geringer Steilheit des Blindleitwertes, also geringer Phasensteilheit oder kleiner
Laufzeit gesetzt. Da die Röhrenkapazität gegeben ist, muß der Zweipol auf alle Fälle
eirrie die Klemmen überbrückende Kapazität enthalten. Es genügt, geeignete Zweipole
für die Trägerfrequenz Null (sogenannte Ausgangsschaltungen) anzugeben, da man aus
diesen durch eine einfache Frequenztransformation entsprechende, für die Trägerfrequenz
co, geeignete Netzwerke ableiten kann. Dabei werden die Spulen L des Aüsgangszweipols
durch Reihenkreise (1, K) mit der Resonanzfrequenz r)o, die Kondensatoren C durch
Parallelkreise (L, C) mit derselben Resonanzfrequenz ersetzt: Der Frequenz D des
Ausgangszweipols entspricht die Frequenz im transformierten Zweipol, wenn wir setzen:
dann geht nämlich der Scheinwiderstand einer Spule:
richtig in den Scheinwiderstand eines Reihenkreises über, und entsprechendes gilt
für den Kondensator und den abgeleiteten Parallelkreis.
-
Für relativ kleine Frequenzabweichüngen d o), wie bei der vorliegenden
Aufgäbe, gilt einfach ,S2 = 2d0) (,d Co = ü) -(0o).
-
Wie im vorhergehenden erörtert, brauchen wir als Ausgangsschaltung
einen Zweipol, dessen Klemmen von einer gegebenen Kapazität überbrückt sind, mit
möglichst geringer Steilheit des Blindleitwertes bei der Frequenz Null. Anders ausgedrückt
heißt dies, die gegebene Kapazität soll teilweise oder ganz kompensiert werden.
Im einfachsten Falle kann man hierzu bekanntlich eine Entzerrungsspule verwenden,
die in Reihe mit dem Abschlußwiderstand R geschaltet wird, wie dies Fig. 2 a zeigt.
-
Wir setzen dann L - n CR2' wobei n ein frei wählbarer Faktor
ist, der .den Grad der Kompensation bestimmt (0 <,n < z).
-
Fig.2b zeigt den aus Fig.2a hervorgegangenen transformierten Zweipol,
dabei gilt die Bemessung:
Zur Berechnung des Scheinleitwertes von Fig. 2 a bzw. 2b führen wir die normierte
Frequenz ein: ii _ OCR.
-
Man erhält dann für den Scheinletwert G -f- jY die folgende
normierte Form
Führt man eine normierte Steuerkapazität @ = R(radC ein,
so ergibt sich der einer bestimmten Frequenzabweichung zugehörige Wert aus der B
edingung s = R l' zu
wobei k = i - n gesetzt ist.
-
Der reelle Anteil des Scheinleitwertes des Zweipols hat die Form
Für den einfachen Schwingungskreis (ia L = 0,
L = 0, h = x) gilt Wählt man
n > 0, so wird die für eine bestimmte Frequenzabweichung rj nötige Kapazitätsänderung
nach Form i (5) kleiner, und zwar für kleine i im Verhältnis 7z = i - n.
-
In Fig. 3 ist in Kurve i (gestrichelt) die Formel (5) für den praktisch
günstigen Fall k =
ausgewertet. Man erkennt, daß die Kurve bis zu Verstimmungen von etwa rj
= ± o,25 bzw. Kapazitätsänderungen von @ = ± o,o5 gegenüber dem einfachen
Schwingungskreis (strichpunktiert) im Verhältnis i : 5 versteilert ist. Das heißt,
man kann mit fünfmal kleineren Kapizitätsänderungen dieselben Frequenzänderungen
erzielen wie beim einfachen Schwingkreis.
-
Als ein geringer Nachteil der Schaltung ist zu betrachten, daß der
Wirkanteil des Scheinleitwertes nicht konstant bleibt, sondern, wie Formel (6) und
Kurve 3 zeigen, ebenfalls von 17 abhängt. Hierdurch ist eine geringe Amplitudenmodulation
bedingt (im Takte der doppelten Modulationsfrequenz), deren Größe im übrigen -noch
vom Aufbau der Schwingschaltung abhängt.
Um in einem möglichst weiten Gebiet von rj einen linearen Gang des Imaginärteils
Y und damit der Steuerkapazität @ zu erzielen, sei gefordert, daß das Verhältnis
von den ersten beiden Gliedern von Zähler und Nenner des Imaginärteiles gleich ist,
also
Ferner sei das Versteilerungsverhältnis k = i -f- q - ra eingeführt.
Dann erhält man für die Faktoren n und q
die Werte Wenn sich n dem Werte i
nähert, wird die Kurve immer steiler, für n = i im Nullpunkt unendlich steil, d.
h. in diesem Falle erzielt man in unmittelbarer Umgebung der Trägerfrequenz endliche
Frequenzänderungen mit unendlich kleinen Kapazitätsänderungen. Es ist dies aber
der Grenzfall eines labilen Zustandes. Für n > i wird die Steilheit in einem gewissen
Bereich von rj negativ. In diesem Bereich ist: eine stabile Schwingung nicht möglich,
die Frequenz des Senders überspringt dieses Gebiet. Solche Frequenzsprünge sind
natürlich unerwünscht. Deshalb soll man an den labilen Zustand n = i nicht zu nahe
herangehen. Der gezeichnete Fall (k = 0,2, n = o,8) ist aber noch ganz sicher.
-
Wie gezeigt, ist die einfache Schaltung (Fig. 2) nur für relative
Verstimmungen bis @ = -# o,25 brauchbar. Fig. 4. zeigt demgegenüber eine
Schaltung, die mehr leistet. Die Ausgangsschaltung (Fig. q.a) ist wieder eine bekannte
Entzerrungsschaltung, die eine Kompensation der Kapazität eines Widerstandes in
höherem Grade gestattet. In dieser Schaltung ist parallel zum Kondensator eine Reihenschaltung
von Induktivität L und Kapazität I1 angeordnet, wobei parallel zu 1i der
Abschlußwiderstand R liegt. Durch Frequenztransformation erhält man hieraus die
Schaltung nach Fig. q.b, die aus den beiden durch den Reihenkreis 1i1, h gekoppelten
Parallelkreisen L, C und Ii2, 1, besteht. Für die Bemessung der Elemente
gelten folgende Beziehungen
Die normierte Form des Scheinleitwertes dieser Schaltung lautet, wenn i = S2 CR
wieder die normierte Frequenz und n, q zwei frei wählbare Faktoren sind
Aus der Bedingung @ = R Y ergibt sich die reduzierte Steuerkapazität als Funktion
der Frequenzabweichung e
während der reelle Anteil des Scheinleitwertes des Zweipols die
Form hat
In Fig. 3 sind die entsprechenden Kurven wieder für den Fall
gezeichnet. Kurve 2 zeigt die reduzierte Steuerkapazität @ als Funktion der Frequenzäbweichung
il. Die Kurve bleibt bis etwa 77 _ J: 0,5 bzw. @ = -# o,i praktisch geradlinig.
Man hat also gegenüber dem einfachen Fall einen Faktor 2 an Frequenzbereich gewonnen.
Eine geringe Verbesserung erzielt man auch im Verlauf des Wirkanteils G des Seheinleitwertes,
wie Kurve q: zeigt.
-
Die Spüle h läßt sich häufig nicht mit einer Eigenkapazität klein
gegen KI ausführen. Es ist dann zweckmäßig; den Reihenkreis an eine Anzapfung der
Spule L und gegebenenfalls 1, zu legen, so daß die Spule h dann entsprechend
niederohmiger dimensioniert werden kann. Das sich ergebende Schema zeigt die Fig.
5.