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Band-Spreiz-Verfahren

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Papers » Basic principles of radio technique » Band-Spreiz-Verfahren
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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12.Apr.16 15:25
 
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Band-Spreiz-Verfahren (band spreading) finden Anwendung einerseits bei Empfängern, die über einen großen Frequenzbereich (ohne Bereichs-Umschaltung) abgestimmt werden können und dabei eine genaue (und reproduzierbare) Einstellung der Sender erlauben sollen. Andererseits gibt es bei Rundfunk-Empfängern nur für ausgewählte Frequenzbereiche den Bedarf einer Spreizung, nämlich dort, wo auch Rundfunk-Aussendungen stattfinden. Dadurch vereinfacht sich das Problem der Spreizung.

Einen Überblick über die wichtigsten Methoden (vor der Einführung digitaler Anzeigen und der Phasenregelschleifen, PLL ) gibt folgende Aufstellung. [1]

Mechanische Spreizung

Den größten technischen Aufwand erfordert die mechanische Bandspreizung. Diese wird daher insbesondere bei Meßgeräten und bei kommerziellen Empfängern angewendet.

Hier ein Beispiel dazu aus einem Pegel-Sender.

Man erkennt links unten die aufwendige Box mit dem Präzisions-Getriebe (mit der Doppel-Achse für Grob- und Feintrieb) und darüber die Skala in Form eines Films. Auf der Rückseite sind zwei Zahnräder mit Schrägverzahnung zu sehen, wobei das größere davon eine Verspannung hat, damit das Getriebe kein Spiel hat. Darüber ist eine Filmdose angeklebt, in der sich ein Reserve-Film für die Skala befindet. Entsprechend zur mechanischen Stabilität des Antriebs ist auch die schwere Konstruktion des Doppeldrehkos ausgeführt.

Die zugehörige Oszillator-Schaltung benötigt selbstverständlich eine entsprechende Frequenz-Stabilität. Andernfalls wäre der mechanische Aufwand illusorisch.

Manche kommerziellen Geräte haben auch noch eine entsprechende Abstimmeinheit für den kHz-Bereich als "Interpolations-Oszillator". In diesen Fällen läßt sich der MHz-Bereich z.B. alle 100 kHz "einrasten". Im Beispiel würde man auf die 7,2 MHz Marke einrasten und den Zwischenbereich (von 100 kHz) mit dem Interpolations-Oszillator überstreichen, wodurch eine Auflösung im Hz - Bereich möglich würde. (Das ist dann allerdings bereits eine elektrische Band-Spreizung.)

Bei Rundfunk-Empfängern wird der mechanische Aufwand (aus Kostengründen) nicht so hoch getrieben, aber ein spielfreier Antrieb der Skala ist auch da gefordert. Einige "größere" Empfänger haben immerhin einen Grob- Fein-Antrieb mit Planeten-Getriebe, wie z.B. die Kammermusik-Schatullen von Siemens (z.B. 76W, 85W, 95W, 780W). 

Elektrische Spreizung

Verbreitet bei Rundfunk-Empfängern ist die elektrische Band-Spreizung, speziell des KW-Bereichs, weil diese nicht allzu viel mechanischen Aufwand bedeutet. Dabei wurden von den Empfängerbau-Firmen unterschiedliche Konzepte gewählt.

Die hierbei grundsätzlich angewendeten Möglichkeiten sind in Fig. 17 dargestellt. [2]

  • Der Drehkondensator wird an einen kapazitiven Spannungsteiler und nicht direkt an die Spule gelegt. Dadurch verringert sich die Kapazitätsvariation für den Schwingkreis und damit die Frequenzvariation. Man erhält damit eine Spreizung eines schmaleren Frequenzbandes über die gesamte Abstimmskala.
  • Die (hier nicht dargestellte) Methode des induktiven Teilers durch den Anschluß des Drehkondensators an eine Anzapfung der Spule ist in der Praxis schwieriger zu realisieren, weil die Verkopplung der beiden Teile der Spule "unvollständig" ist, wodurch es zu (unerwünschten) Resonanzen mit Hilfe der Streuinduktivität kommen kann. 
  • Eine Variometer-Spule (hoher Induktivität) wird der Schwingkreisspule parallel geschaltet, allerdings so, daß dadurch keine magnetische Verkopplung entsteht.
  • Eine Variometer-Spule (geringer Induktivität) wird zu der Schwingkreisspule (entkoppelt) in Serie geschaltet.
  • Bei den beiden letzten Möglichkeiten kann auch das Variometer als Schwingkreisspule aufgefaßt und die "Auxillary Inductance" zur Verminderung der Größe der Variation gesehen werden.

Durch alle diese (elektrischen) Spreizungen wird aber nur ein definiertes (schmales) Frequenzband (z.B. das 49m Band) auf der Abstimmskala gespreizt und nicht wie im obigen Beispiel der mechanischen Spreizung ein breiter Empfangsbereich an beliebiger Stelle. Zur Spreizung der anderen Rundfunk-Bänder im KW-Bereich müssen dann die Kreise umgeschaltet werden. 

Die Abb. 241 [3] ist ein Beispiel für die Methode der kapazitiven Bandspreizung für zwei Kurzwellen-Bänder.

Die gezeichnete Schaltstellung ist die (nicht gespreizte) Mittelwelle, bei der mit Hilfe des Trimmers T ein Abgleich am oberen Frequenz-Ende möglich ist. (Am unteren Ende wird der Gleichlauf induktiv mit LM abgegelichen. Nicht gezeichnet.)

Der Serien-Kondensator Cs wird erst für die Schalterstellungen K1 und K2 wirksam. Dann wird auch noch der Parallel-Kondensator Cp zum Drehko geschaltet.

 

 

Die Abb. 246 [3] ist ein Beispiel für die Methode der Parallelschaltung eines Variometers.

Hier wird die Mittelwelle mit Hilfe eines Variometers abgestimmt und dieses dient dann in der Schalterstellung 2 & 3 zur gespreizten Abstimmung der beiden KW-Bänder. 

Zum Abgleich haben die KW-Bänder jeweils einen Trimmer parallel zu den KW-Spulen. Das eigentliche Schwingkreis-C ist hier der linke Kondensator C und identisch mit dem Schwingkreis-C für MW

 

 

Aber auch Mischformen wurden realisiert, wie in Abb. 245.[3]

Hier werden LW, MW & KW einerseits "konventionell" mit C abgestimmt (a, b. c), während in (d, e) eine gespreizte Abstimmung mit parallelem KW-Variometer für 2 KW Bänder realisiert ist. Als Schwingkreis-C gibt es C1 & C2, jeweils mit parallelem Trimmer.

Die mechanische Kopplung zwischen der Abstimmung für den Drehko und dem KW-Variometer (für Vorkreis und Oszillator) ist in Abb. 245a gezeigt. Eine mit dem Drehko gekoppelte Kurvenscheibe bewegt die Kerne (E) für die beiden Variometer.

 

 

Abb. 244 [3] ist eine Band-Abstimmung mit Serien-Variometer für insgesamt 4 KW Bereiche, für die 2 Spulen und 4 Kondensatoren verwendet werden.

MW ist auch hier "konventionell" abgestimmt.

Die in Serie geschaltete Variometer-Spule Sp kann z.B. auch das Abstimm-Variometer für den UKW-Bereich sein, das dann bei KW als "KW-Lupe" entsprechend zu Abb. 244 geschaltet wird.

 

 

Beispiele zu KW-Lupen, kombiniert mit UKW-Teilen:

Telefunken 1951/52 (links) Telefunken UKW-Box (rechts); Die Spule für die KW-Lupe sitzt jeweils rechts.

Die KW-Lupe beim Saba Bodensee W3 ist rechts vertikal neben der UKW-Box und wird über einen Seilzug (braune Seilrollen) zusammen mit der induktiven Abstimmung der UKW-Box betätigt.

 

 

 

 

 

Eine ähnliche Ausführung der Serienschaltung eines Variometers zur Schwingkreisspule wird bei Philips angewendet. Die Kondensatoren C1 - C3 sind ein dreifacher "Schiebe-Kondensator" .[4]

Hier gibt es bei einigen Groß-Supern (z.B. 990X) aus den '30er Jahren keine Drehkos, sondern "Schiebe-Kondensatoren" mit spiralförmig aufgewickelten Elektroden, die in einander eintauchen. Die feststehende Elektrode (links in Abb. 66 [5]) ist dabei so geformt, daß ein günstiger Verlauf der Kapazitätsvariation über der Eintauchtiefe entsteht, Abb. 68.[5]

Auch diese Abstimmkondensatoren C1, C2, C3 haben einen Variationsbereich von ca. 12 pF - 500 pF. Durch Verschieben der (gemeinsamen) Stange für die kleineren Elektroden um nur ca. 1,5 cm wird der gesamte Bereich überstrichen. Die Konstruktion eignet sich für voreingestellte Sender, die mit Hilfe von Schrauben an K einzustellen sind.

Eine Spezialform der Bandabstimmung für einzelne KW-Rundfunkbänder zeigen Abb. 242 & Abb 243.[3]

Hierbei sind der "normale" Drehko C und ein "Spezial-KW-Drehko" Ck mechanisch gekoppelt (z.B. auf einer gemeinsamen Achse). Der "Clou" sind die sternförmigen Rotor-Platten des KW-Drehkos. Ist der Rotor zunächst ganz ausgedreht, so taucht zuerst ein (b) Segment in das Stator-Paket ein. Da dessen Radius groß ist, hat man pro gedrehtem Grad einen großen Flächen-Zuwachs und damit einen großen Kapazitätszuwachs. Ist das erste (b) Segment ganz innerhalb des Stators, ergibt sich durch dieses dann keine weiterere Kapazitätserhöhung. Aber nun taucht das kürzere (a) Segment ein - mit entsprechend geringerer Kapazitätserhöhung pro gedrehtem Winkelgrad. Damit hat man im Bereich (a) eine Bandspreizung, weil hier mehr Skala für weniger Frequenzband als im Bereich (b) zur Verfügung steht. In dem Beispiel Abb. 242/243 hat man 2 KW-Bereiche mit je 2 gespreizten Rundfunkbändern zur Verfügung. Durch Abgleich ist dafür zu sorgen, daß die gespreizen KW-Bänder für beide Bereiche auf der Skala  genau über einander liegen. Der Rest des KW-Bandes kann hier aber auch empfangen werden, allerdings ist der dann nicht gespreizt - und entsprechend schwieriger einzustellen. 

Eine ausführliche Beschreibung einer Bandabstimmung, genannt "Kurzwellen-Mikroskop", gibt es für einen Empfänger von Paillard.

Literatur:

[1] Radio Designer's Handbook

[2] Radio Engineering

[3] Lehrbuch der Funkempfangstechnik

[4] Fortschritte der Funktechnik 6

[5] Verstärker und Empfänger

Bernhard Nagel
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12.Apr.16 19:29
 
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Der Stern-Drehkondensator fand Anwendung bei den Telefunken-Modellen T5000 (1950) und T5001 (1951). Den tatsächlichen Aufbau zeigt der Ausschnitt einer Chassisaufnahme (Bild: M. Philipp):

Jede Kammer enthält ein "normales" Plattenpaket für MW/LW und rechts daneben das Sternblech-bestückte Paket für KW.

Beide Radios haben 3 KW-Bereiche, durch entsprechende Anordnung der Bänder (etwa übereinander auf den Skalen) erreicht man die wirksame Spreizung für alle Bereiche.

Skalen der 3 KW-Bereiche mit jeweils 2 Band-Pärchen (49m und 41m, 31m und 25m, 19m und 16m). Die unterste Skala zeigt den UKW-Bereich.

Wolfgang Eckardt
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Es ist für mich interessant, wenn man solche Zusammenstellungen in kompakter Form zu lesen bekommt, die dazu noch mit entsprechenden Beispielen ergänzt sind. Nicht immer hat man derartiges "Grundwissen" abrufbereit zur Hand.
Ich möchte zu den veschiedenen Möglichkeiten der Bandspreizung, die Prof. Rudolph aufgeführt hat, noch ein paar konkrete Modellbeispiele ergänzen.

1. Die KW-Lupe parallel zur Oszillatorspule des KW-Bereiches geschaltet. Da hat Görler das Modell F304 geschaffen, dass baugleich mit dem BS1 aus Meuselwitz ist.

Aber auch EAK (später Stern-Radio Sonneberg) hat in seinen Modellen 65/49WKS (und folgende) eine KW-Lupe nach diesem Prinzip eingebaut, allerdings mit einer ziemlich aufwändig gestalteten Mechanik gekoppelt.


2. Die KW-Lupe in Reihe mit der Oszillatorspule des KW-Bereiches geschaltet. Das hat z.B. Stern-Radio Sonneberg im Modell Erfurt 4 eingebaut. Mit einem Stellrad, das durch einen Schlitz in der Schallwand ragt, kann die Dehnung des KW-Bereiches vorgenommen werden.


3. Die KW-Lupe als Bestandteil des UKW-Tuners bzw. seine mechanische Kopplung mit ihm. Das hat z. B. auch Rema in seinem Modell 2001 so eingebaut.

 


4. Hier möchte ich noch eine Möglichkeit aufzeigen, die bisher nicht konkret erwähnt wurde, in Industriegeräten aber wohl nicht angewendet wurde. (oder? Mir ist das Prinzip der verschiebbaren Kurzschlusswicklung bisher nur bei einem MW-Variometer in einem Modell von 1923 begegnet.)

Durch eine einzige kleine bewegliche Kurzschlusswindung, die über die KW-Oszillatorspule geschwenkt wird, kann durch eine einfache mechanische Montage eine Dehnung eines beliebigen KW-Bandes durchgeführt werden, da sich ja die Induktivität der KW-Spule verändert. Eine solche KW-Lupe hat die Firma GN (Gustav Neumann, Creuzburg) mit ihrem Modell K401 gebaut. In meiner "Jungbastlerzeit" habe ich einmal so etwas verbaut im Zusammenhang mit einem Superspulensatz SSp136, doch leider existiert dieses "Bauwerk" nicht mehr und ich besitze auch leider dieses Bauteil nicht mehr, so dass ich nur ein Prospektbild zeigen kann.
(Hat noch jemand eine solche KW-Lupe von GN in seiner "Bastelkiste"?)

Wolfgang Eckardt

 

 

This article was edited 15.Apr.16 10:26 by Wolfgang Eckardt .

Bernhard Nagel
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15.Apr.16 20:27

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Zumindest bei Tonfunk und dem Meisterklang AM/FM D (ein 8/11-Kreis Empfänger von 1951) kommt die KW-Lupe mittels schwenkbarem Kurzschlussring (oder -Windung) vor. Sie arbeitet genau wie die GN-Kurzwellenlupe aus dem vorangehenden Post:

Der rechte Knopf an der Frontseite bedient die Schwenkeinrichtung, die KW-Oszillatorspule befindet sich darüber. Tonfunk nennt diese Bandspreizung "Kurzwellenmikroskop", an der rechten Skalenseite befindet sich die senkrechte Anzeige. Tonmeister II zeigt dieselbe Anordnung der Skala als Nonius bezeichnet.

(Bilder: BN)

Wolfgang Eckardt
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24.Apr.16 11:07

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 Ich erhielt von Herrn Grötzer Post, in der er das Modell einer Bandspreizung zeigt, die wahrscheinlich parallel (oder doch in Reihe??) zur KW-Oszillatorspule geschaltet wird. Er weiß aber leider nicht den Hersteller und in welchem Empfänger diese "KW-Lupe" eingebaut war. Nach seinen Angaben hat die Spule eine Induktivität zwischen 7 und 12,5 µH.

Vielen Dank Herrn Grötzer für die Ergänzung unserer KW-Lupen.

W.E.

This article was edited 24.Apr.16 11:59 by Wolfgang Eckardt .

  
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