-
Schaltungsanordnung zur Frequenz- bzw. Phasenmodulation von Dezimeterwellen
unter Verwendung von steilheitsgesteuerten Blindwiderständen In der Hochfrequenztechnik
werden häufig einstellbare Scheinwiderstände benötigt, so z. B. zum Abstimmen von
Brücken in Meßgeräten, zum Abstimmen von Schwingungskreisen in Empfängern oder auch
in Sendern, beispielsweise bei der Übertragung eines Meßwertes durch bestimmte Wahl
der Sendefrequenz oder zur periodischen Änderung einer Sendefrequenz für verschiedene
Meßzwecke und für andere Zwecke mehr. Besonders wichtig ist die Anwendung derartig
einstellbarer Scheinwiderstände für die Frequenz- bzw. Phasenmodulation.
-
Man hat zu diesem Zweck bereits Schaltungsanordnungen verwendet, bei
denen die Raumladungserscheinung von Röhren ausgenutzt wurde. Beispielsweise kann
ein elektrostatisch regelbarer Kondensator dadurch gebildet werden, daß bei einer
ionisierten, mit Gas gefüllten Röhre, in der sich eine gegenüber dem umgebenden
Gas negativ geladene Elektrode befindet, die sich um diese Elektrode bildende Schicht
von positiven Ionen als regelbare Kapazität benutzt wird, deren Regelung durch Veränderung
der Dicke der erwähnten positiven Ionenschicht erfolgt, z. B. durch entsprechende
Änderung der Ionisationsstärke oder durch Spannungsänderung der negativen Elektrode.
Derartige Schaltungen haben in einem gewissen Bereich befriedigende Ergebnisse gezeigt.
Es zeigte sich jedoch in der
Praxis, daß die Anwendung von sogenannten
steilheitsgesteuerten Blindwiderständen sowohl in bezug auf die Anwendung vorhandener
Schaltelementtypen als auch auf die Anwendbarkeit im Kurzwellen- und Ultrakurzwellengebiet
bedeutend günstiger ist, insbesondere bezüglich der Frequenzmodulation. Benutzt
man nämlich regelbare Kapazitäten, .die durch Ausnutzung der Raumladung von Röhren
gebildet sind, so ist es bei vielen Anwendungszwecken, insbesondere bei der Verwendung
für Frequenz- bzw. Phasenmodulation, sehr schwierig, zwischen Gitter und Kathode
eine genügende Hochohmigkeit zu erhalten. Außerdem ist die Modulationskennlinie
beiVerwendung derartiger Schaltungen nicht ausreichend linear. Die Anordnung selbst
ist außerdem auch sehr störungsanfällig; beispielsweise können Verzerrungen durch
Temperaturschwankungen auftreten.
-
Im Dezimeterwellengebiet ergeben sich nun andererseits bei Anwendung
von steilheitsgesteuerten Blindwiderständen häufig schwer realisierbare Werte für
die erforderlichen Schaltelemente. Die bisher vorwiegend benutzten steilheitsgesteuerten
Blindwiderstände werden durch Schaltungen gebildet, bei denen zwischen Anode und
Gitter ein Blindwiderstand induktiven oder kapazitiven Charakters und zwischen Gitter
und Kathode ein Ohmschei Widerstand angeordnet ist oder umgekehrt. Sie beruhen auf
einer mit etwa go° Phase behafteten Spannungsteilung zwischen Anoden- und Gitterspannung.
-
Zur Frequenzmodulation bzw: Phasenmodulation im Dezimeterwellengebiet
kann auch der Gitter-Anoden-Widerstand einer Röhre benutzt werden, der sich wie
eine fast reine Kapazität verhält, die im wesentlichen nur von der Steilheit abhängt.
Der gesteuerte Blindwiderstand wird dabei nur aus den natürlichen gegenseitigen
Kapazitäten der Elektroden einer Röhre gebildet, so daß außerhalb der Röhre keine
zusätzlichen, für Dezimeterwellen schwer realisierbaren Widerstandswerte erforderlich
sind.
-
Das Verhalten des Gitter-Anoden-Widerstandes einer Röhre in Abhängigkeit
von der Steilheitsänderung wird im folgenden an Hand der Fig. i und 2 betrachtet.
Der Eingangsleitwert @" errechnet sich aus der Anordnung nach Fig. i zu
Dieser Ausdruck wird übersichtlich, wenn man ihn im Ersatzschaltbild der Fig. 2
betrachtet. Für die Widerstandsänderung sind danach die von der Steilheit abhängigen
Wellenwiderstände S - R., # R,., und R i bestimmend. Da die erforderliche
Modulationsspannung verhältnismäßig gering ist, kann vorausgesetzt werden, daß die
Raumladung in der Röhre nahezu konstant bleibt. Damit bleibt auch die Kapazität
im wesentlichen unverändert. Aus dem Ersatzschaltbild ergibt sich noch, daß die
beiden steuernden Größen S - R"k - Rak und Ri in bezug auf Kapazitätsänderung
gegensinnig arbeiten. Mit steigender Frequenz wird jedoch Ri gegenüber Rak immer
größer, so daß es bei Frequenzen oberhalb von 500 MHz meist ganz unberücksichtigt
bleiben kann. Die geringe Wirkung der steuernden Widerstände auf die Amplitude des
Senders ist durch die Hochohmigkeit der Gesamtanordnung gegeben.
-
In Fig. 3 ist beispielsweise eine Anordnung dargestellt unter Benutzung
eines röhrengesteuerten Blindwiderstandes zur Frequenzmodulation. Links von der
gestrichelten Linie ist der Generatorteil dargestellt, der in üblicher Weise aufgebaut
ist und nicht näher behandelt wird. Die Gitter-Anoden-Anschlüsse der Röhre V werden
parallel zum Abstimmkondensator C über einen kleinen Koppelkondensator C, an das:
Schwingsystem angeschlossen. Zur Modulation benutzt man dabei vorteilhaft die gleiche
Röhrentype wie zur Schwingungserzeugung. Die Modulatiönsspannung wird über den Übertrager
Ü und die Drossel Dy zwischen Gitter und Kathode der Röhre V angelegt. Für die Steuerung
des Frequenzhubes ist dabei allein die Änderung der gegenseitigen Elektrodenkapazitäten
bzw. des inneren Widerstandes maßgebend. Außerhalb der Röhre werden für den gesteuerten
Blindwiderstand keine zusätzlichen Schaltelemente benötigt.
-
Mit einer derartigen Modulationsschaltung wurden bei Versuchen mit
Wellenlängen von 50 cm und i m die in der Fig. q. in den Kurven z und 2 angegebenen
Modulationskennlinien erreicht. Es ist aus diesen Kurven ersichtlich, däß die Modulationskennlinie
im Bereich dieser Wellenlänge bis zu einem Gesamtfrequenzhub von etwa 5oo kHz bzw.
8oo kHz vollkommen linear verläuft. Die gleichzeitig auftretende Amplitudenmodulation
ist äußerst gering. Sie liegt in jedem Falle unter 10/0.
-
Die Erfindung sieht nun bei einer Schaltungsanordnung zur Frequenz-
bzw. Phasenmodulation unter Verwendung von steilheitsgesteuerten Blindwiderständen
eine solche Ausbildung vor, daß die Elektronenlaufzeit in der Röhre größenordnungsmäßig
der Schwingungsdauer der Betriebsfrequenz entspricht. Bekanntlich wird die Steilheit
bei Betriebsfrequenzen, deren Schwingungsdauer in die Größenordnung der Laufzeit.
der Röhren kommt, komplex. Die Laufzeiteinflüsse bringen dabei also ebenfalls noch
einen Anteil zur Kapazitätsänderung. In Fig. 5 ist die Ortskurve der Steilheit abhängig
vom Laufzeitwinkel (0 -c, Gitter-Kathode) aufgetragen. Aus dieser Darstellung
ist der komplexe Verlauf der Steilheit bei derartigen Betriebsfrequenzen zu ersehen.
Die Erfindung sieht nun weiter vor, den Laufzeitwinkel so zu bemessen, z. B. durch
Vergrößerung der Elektrodenabstände, @daß die Steilheit rein imaginär wird.. Dies
ist in der in Fig. 5 dargestellten Ortskurve der Fall an den Punkten A und B. An
diesen Punkten wird die Steilheit rein induktiv bzw. rein kapazitiv. Es wird so
möglich, nur durch Laufzeiteffekte eine reine Blindwiderstandssteuerung zu erreichen.