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Le Cadre rotatif; Die drehbare Rahmenantenne

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Papers » Basic principles of radio technique » Le Cadre rotatif; Die drehbare Rahmenantenne
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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15.Dec.17 14:05
 
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"Le Cadre rotatif" klingt französisch - und ist es auch. Hierunter verbirgt sich eine Spezialität, die nur in französischen Empfängern zu Anfang bis etwa Mitte der '50er Jahre zu finden ist: "Die drehbare Rahmen-Antenne"

Später wurde der "Cadre rotatif" auch hier durch die (drehbare) Ferrit-Antenne verdrängt.

Aufgrund der Größe von Frankreich spielte die Rundfunkversorgung über die Mittel- und Langwelle eine viel größere Rolle als in Deutschland, zumal Frankreich - auch im Rundfunk - zentral organisiert ist, weshalb es, anders als in Deutschland, keine Landesanstalten des Rundfunks gibt. Auch wurde eine Versorgung über UKW viel später als in Deutschland eingeführt und war anfänglich eher ein "Flickenteppich".

Eine großflächige Rundfunkversorgung über Langwelle - und noch mehr die über Mittelwelle - setzt voraus, daß die Empfänger in der Lage sind, allfällige Störungen durch (ausländische) Rundfunkprogramme auf den gleichen Frequenzen bzw. auch auf (unmittelbar) benachbarten Kanälen, zu vermeiden.

Beispiel für "Gleichkanal": LW Kanal 4, 180kHz: die  beiden großen Stationen, denen diese Frequenz zugewiesen wurde, "wichen einander aus", nämlich Oranienburg auf 177kHz und Saarlouis auf 184kHz.
Aber das ist nicht in jedem Fall möglich. Dann hilft nur noch eine drehbare Antenne, mit deren Hilfe man zumindest solche Störer minimieren kann, die vom Empfänger gesehen nicht in der gleichen Richtung liegen.

Beispiele für Empfänger mit einem Cadre rotatif

Im Unterschied zur (früheren) Situation z.B. in Deutschland, wo es (vergleichsweise) nur wenige größere Firmen gab, die Radios herstellten, gab es in Frankreich außer ganz wenigen großen Firmen (z.B. Ducretet ..) zahlreiche kleine bis sehr kleine Firmen, die ihre Radios aus käuflichen Komponenten zusammen bauten. Und es waren insbesondere diese kleinen Firmen, die Empfänger mit einem Cadre rotatif bauten.

Auch für den Cadre rotatif gab es mehrere Anbieter. Dadurch ergibt sich eine gewisse Vielfalt.

Dies ist die Rückansicht des Modells Ondia 165.

Typisch für alle Modelle ist:

  • Der Cadre rotatif ist auf der linken Seite, von hinten gesehen.
  • Um den Cadre rotatif ist (horizontal) eine (in sich kurz geschlossene) "Spule" gewickelt. Diese dient der statischen Schirmung.
  • Jeder Cadre rotatif hat (vertikal gewickelt) sowohl eine LW als auch eine MW Spule, die zusammen mit dem Drehko den "Empfangs-Resonanzkreis" bildet.

Daß die Spulen für LW und MW, so wie beim Ondia 165 neben einander liegen, ist allerdings die Ausnahme. Meist sind die beiden Spule unter 90° zu einander angeordnet, also gegen einander entkoppelt.

Bei diesem Cadre rotatif vom Radio Henry 8269 sind zwar die Spulen für LW (außen) und MW (innen) unter 90° angeordnet, jedoch fehlt die "Abschirmwicklung", die ansonsten praktisch immer vorhanden ist.

Das ist z.B beim Oceanic surcouf (avec Cadre) der Fall. Typisch ist der mit einer "Abschirm-Spule" umwickelte Zylinder, den man häufiger als Cadre rotatif vorfindet. Ein Blick auf das Chassis zeigt die Konstruktion des Cadre.

Bei einem anderen Modell der gleichen Marke, dem Golette 469, ist die Konstruktion des Cadre rotatif ebenfalls zu erkennen.

Wie man durch den Vergleich erkennt, unterschieden sich die beiden Modelle nicht allzu sehr.

Aber auch entsprechende Modelle anderer Firmen, wie hier z.B. der Sonneclair_Combine_HD6_Lux, unterscheiden sich im Chassis nicht allzu sehr. Und das ist wieder typisch für viele dieser kleineren Firmen.

Während man beim Oceanic und beim Sonneclair den Eindruck gewinnen kann, daß (zuminest) der Abschirm-Zylinder selbst gemacht sein könnte, geht aus den Fotos bei anderen Marken hervor, daß Cadres rotatif zugekaufte Teile waren. Dies ist der Bezeichnung auf dem Cadre zu entnehmen.

Hier sieht man den Cadre rotatif des General 130022. Man erkennt hier sehr schön, daß die beiden Rahmen für MW (innen, dunkler Draht) und LW (außen, kupferfarbener Draht) unter 90° zu einander stehen und so (weitestgehend) entkoppelt sind.
Am Drehko mit seinen 3 Paketen ist weiterhin ersichtlich, daß es sich bei diesem Gerät um einen Vorstufen-Super handelt. 

Das ist nun dieser Cadre rotatif von unten. Da hier die Anschlußdrähte für die Rahmenantennen heraus kommen, ist klar, daß es für den Rotationswinkel des Zylinders einen Anschlag gibt, so daß sich dieser nur bis knapp 360° drehen läßt. Der Antrieb des Zylinders erfolgt über eine (schwarze) Gummi-Rolle, hier deutlich zu sehen.

Bei einem ähnlichen Cadre rotatif ist das Trägermaterial auch aus Plastik, obwohl es fast wie Metall aussieht und er ist vom Aufbau her praktisch identisch. (Man erkennt aber auch einen Transportschaden am MW Rahmen: dieser wird durch dünne Plastik-Schnüre erschütterungsfrei gehalten, die aber hier gerissen sind.)

Bei diesem Cadre sieht man am oberen Bildrand den Anschlag, der den Rotationswinkel begrenzt. Der Anschlag besteht aus Metall und ist gleichzeitig die Kurzschlußleiste für die Abschirmspule, die sich außen auf dem Zylinder befindet.

Ein weiterer ähnlicher Cadre, von dem aber nicht bekannt ist, aus welchem Radio er stammt, wurde von Franz-Josef Haffner zur Verfügung gestellt. Mit diesem Cadre werden im weiteren Verlauf Messungen gemacht, siehe weiter unten. Auf der oberen Abdeckung ist eine gestempelte Bezeichnung "6000 RC" noch schwach erkennbar.

Das ist ein Bilck von seitlich unten. Zu sehen ist hier auch der Antriebsmechanismus für die Drehung. Die Achse endet in einem Rad aus Gummi, auf dem der Zylinder steht. Man sieht den Abrieb in der Nähe des Rohrs aus welchem die Anschlußdrähte für die beiden Rahmen (MW & LW) kommen.

So sieht der Cadre von der Seite und von oben aus. Der "Deckel" des Zylinders besteht wie auch der "Boden" aus Hartpappe. Durch die Löcher kann man einen Bilck auf die beiden Rahmen werfen.

Man stellt (etwas verblüfft) fest, daß die beiden Rahmen für LW und MW nicht exakt unter 90° eingebaut sind, sondern um ca. 18° verdreht. An den Nieten, durch die die gestrichelte Linie geht, sieht man aber, daß auch eine genaue 90° Montage möglich gewesen wäre.  (Der Draht zur Aufhängung der Rahmen ist in diesen Hohlnieten festgelötet.)

[Es ist nicht bekannt, weshalb bei diesem Cadre die beiden Rahmen nicht exakt unter 90° montiert wurden.]

Die Abschirmwicklung

Die Abschirmwicklung um den Zylinder sorgt im ersten Moment für "Stirnrunzeln": Wie kommt das zu empfangende Signal überhaupt bis zu den beiden Rahmen, wenn diese außen aufgebrachte und in sich kurz geschlossene "Spule" doch als Schirmung dient?

Um diesen anscheinenden Widerspruch aufzulösen, muß man zurückgehen bis zu den grundlegenden Versuchen von Heinrich Hertz.

 

 

Heinrich Hertz untersuchte bei seinen historischen Versuchen zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen deren Eigenschaften.

Zum Nachweis, daß es sich hier um linear polarisierte Wellen handelte, benutzte er ein "Gitter", bestehend aus einem achteckigen Rahmen mit darauf gespannten Drähten, Bild links: der originale "Polarisations-Rahmen" von Hertz.

Sind die Drähte parallel zu seinem "Sende-Dipol" wird die Wellenausbreitung geblockt. Wird aber der Rahmen um 90° gedreht, geht die Strahlung ungehindert durch diesen Rahmen hindurch.

 

 

 

 

 

 

J.A. Fleming beschreibt dies in " The Principles of Electric Wave Telegraphy and Telephony, Longmans, Green, and Co., 1910", Figure 11, links

In dieser Figur ist der durch Funken erregte Dipol auf der rechten Seite, während der zum Nachweis dienende Dipol links angeordnet ist.

 

 

Die Abschirmwicklung sorgt also dafür, daß nur die vertikalen Komponenten der Empfangsspannung den LW bzw. MW Rahmen (cadre) erreichen können. Dies wirkt sich günstig bei nächtlichem Empfang aus, weil so einige der störenden Mehrwege der Wellenausbreitung unterdrückt werden können. Die totalen Fadings dürften seltener aufgetreten sein. (Messungen hierzu liegen nicht vor.) 

 

Der Cadre im Schaltbild

Hier zunächst ein Ausschnitt aus dem Schaltbild des Schneider Ferres "Romance 57" (aus dem Jahr 1957). Es sind die beiden Cadres eingezeichnet: "Cadre P.O." & "Cadre G.O." (Im Schaltbild links unten)

 

Bei französichen Radios bedeuten:

P.O. "petit ondes" (kleine Wellen: Mittelwelle)

G.O. "grand ondes" (große Wellen: Langwelle)

O.C. "ondes courtes" (kurze Wellen: Kurzwelle)

Bei Schaltbildern aus Frankreich findet man meist die Röhren liegend gezeichnet, so auch hier.

Eine weitere "Spezialität" vieler Schaltbilder ist der "BLOC" oder "bloc accord", ein Spulensatz für die Eingangs- und Oszillator-Kreise. 

Da dieser "bloc" für die meisten kleineren Firmen ein Zukaufteil ist, ist i.a. kein Schaltbild über dessen "Innenleben" verfügbar. Es gibt praktisch nur Blockschaltbilder mit Anschlußbezeichnungen.

(Weiteres zu "bloc" weiter unten.)

Aus dem gezeigten Schaltbild geht nicht hervor, wie bei diesem Gerät der Gleichlauf erreicht wird. Es gibt zwar Trimmer für LW und MW, aber damit allein ist kein 3 Punkt Abgleich, sondern nur ein 2 Punkt Abgleich möglich. Bei der Beschreibung des "bloc" muß folglich noch ein Hinweis darauf existieren, mit Hilfe welcher im Block eingebauten Induktivität der notwendige Gleichlauf abgegelichen werden kann.

 

Im Schaltbild des Oceanic Pilote wird offensichtlich ein anderer (nicht bezeichneter) Bloc verwendet, denn hier sind externe Induktivitäten gezeichnet, die beim 3 Punkt Abgleich benötigt werden.

 

 

 

Der MW Cadre benötigt eine (geringe) Serien-Induktivität, um auf den für einen Drehko mit 450 - 500 pF erforderlichen Wert zu kommen.

Im Unterschied dazu muß dem LW Cadre eine Parallel-Induktivität geigneter Größe zugeschaltet werden.

 

 

 

 

 

Die gleichen Verhältnisse ergeben sich bei dem mir zur Verfügung gestellten Cadre. Die Messwerte mit dem LCR-T5 Multifunktions-Tester sind:

  • LW Cadre: 3,29 mHy / 19,5 Ω (bn / ge)
  • MW Cadre: 170 μHy / 1,7 Ω (ws / bl)

Der LW Cadre benötigt also eine parallele Induktivität, während der MW Cadre eine Serien-Induktivität braucht.

Der "Bloc"

Im Schaltbild des Amplix Alsace 3D gibt es nicht nur für die Bereiche LMK, sondern auch für UKW einen "Bloc", wobei diese auch hier nur durch ihre Anschlüsse für die restliche Schaltung gekennzeichnet sind.

Hier ist der "LMK Bloc" als Tastensatz ausgeführt. Zusätzlich sind hier auch die Positionen der Spulen angegeben, die für den Abgleich erforderlich sind. Allerdings geht auch aus diesem Schaltbild nicht hervor, an welcher Spule aktuell zu drehen wäre. (Ausnahme: RÉJ. 455kHz ist der ZF Sperrkreis.)

Im Unterschied zu den anderen Cadres haben die LW und MW Cadres hier Anzapfungen, womit höhere Güten der Schwingkreise erreichbar sind.

Außerdem handelt es sich bei diesem Gerät um einen Vorstufen-Super, wie am 3-fach Drehkondensator und der HF Vorstufe EF89 zu sehen ist.

Blocks früherer Jahre haben keinen Tastensatz, sondern einen Wellenschalter, wie am Beispiel des "Bloc Champion" als Beispiel gezeigt wird.

Gemessene Resonanzkurven

Der MW Cadre

Mit Hilfe eines Spektrum-Analyzers und des DIP-Zusatzes lassen sich die folgenden Resonanzkurven messen.

 

Resonanzkurven für den MW Rahmen für 600 kHz und 1,5 MHz. Der angeschlossene Drehko hat 400pF max. Kapazität. Auf eine (kleine) Serieninduktivität zum Rahmen wurde verzichtet, da hier ja kein Gleichlauf mit einem Oszillator erforderlich ist.

Das 2 Paket des Drehkos ist an den LW Rahmen angeschlossen. Wird der LW Cadre offen gelassen, ergibt sich eine Rückwirkung auf die Resonanzkurven des MW Cadres. (Alternativ kann man den LW Cadre auch kurzschließen.)

[Daß die Resonanzkurven zu höheren Frequenzen hin anscheinend eine geringere Dämpfung haben, liegt an den Eigenschaften des DIP Zusatzes. Mit dem DIP Zusatz möchte man i.w. die Resonanzfrequenz bestimmen.]

Für die nächsten Messungen wird der MW Cadre mit Hilfe einer MW Rahmenantenne erregt.

         

Hier ist der Meßaufbau und die zur Einspeisung verwendete Rahmenantenne zu sehen. Die Rahmenantenne hat knapp 1 m Diagonale und ca. 8 Windungen 2,5 Quadrat "Starkstrom-Litze". Die Ankopplung an den Generator geschieht über 1 Windung 1,5 Quadrat "Starkstrom-Litze". Der Abstand von Rahmenantenne zu Cadre beträgt ca. 1 m. 

 

Das sind die gemessenen Resonanzkurven (des MW Cadres) für 600 kHz und 1,5 MHz bei Einspeisung mit der MW Rahmenantenne, wobei diese auch auf die jeweilige Resonanz abgestimmt war.

Der LW Cadre

Als erstes die Messungen mit dem DIP Zusatz.

 

Da die Induktivität des LW Cadres mit 3,29 mHy viel zu groß ist, wurde eine Festinduktivität von 6,2 mHy parallel geschaltet, damit mit dem vorhandenen Drehko mit 400 pF das LW Band (so halbwegs) in Resonanz eingestellt werden kann. Aus diesem Grund ist die hier erreichbare untere Frequenzgrenze mit 158 kHz etwas zu hoch für LW. (Sollte 145 kHz - 150 kHz sein. Ein 500 pF Drehko und eine etwas höhere Parallel-Induktivität wären besser.)

Das sind die Resonanzkurven (160 kHz links; 400 kHz rechts) des LW Cadres mit der Einspeisung durch eine LW Rahmenantenne.

 

 

 

Die LW Rahmen-Antenne (links) hat ca. 60 Windungen 1,5 Quadrat "Starkstrom-Litze" (blau) und 4 Windungen zur Ankopplung (rosa). Die Diagonale beträgt 44 cm.

Die MW Ferrit-Antenne

Rechts ist die Ferrit-Antenne zu sehen, die für Vergleichsmessungen dient. Der Ferritstab ist 20 cm lang und hat einen Durchmesser von 1 cm. Die Mitte der LW bzw. MW Spulen ist ca. 4cm von den Enden des Stabes entfernt.

Auch bei der Ferrit-Antenne muß die jeweils andere Spule kurz geschlosssen werden, oder alternativ an ein Paket des Doppel-Drehkos angeschlossen sein, damit keine Rückwirkungen auf die jeweils zu messende Resonanzkurve entsteht.

Zunächst die Resonanzkurven, gemessen mit dem DIP Zusatz.

 

Das sind die mit dem DIP Zusatz gemessenen Resonanzkurven 601 kHz (links) und 1,5MHz (rechts).
Der Drehko hat 2 * 500 pF und stammt aus einer Philetta.

 

Bei Einspeisung über die MW Rahmenantenne ergeben sich die Resonanzkurven für 600 kHz (links) und für 1,5MHz (rechts).

Die LW Ferrit-Antenne

 

Resonanzkurven, gemessen mit DIP Zusatz, 150 kHz (links) und 450 kHz (rechts).

 

Das sind die Resonanzkurven der Ferrit-Antenne bei Einspeisung durch die LW Rahmen-Antenne.

Vergleich Cadre - Ferrit

Die Tabelle zeigt die gemessenen Werte der Maxima im Spektrum bei Einspeisung mit Rahmenantenne.

Vergleich Cadre - Ferrit
  600 kHz 1,5 MHz 160 kHz 400 kHz
Cadre -42,8 dBm -39,8 dBm -58,0 dBm -38,3 dBm
Ferrit -65,1 dBm -54,4 dBm -80,8 dBm -57,2 dBm

Aus dem Vergleich der Meßkurven geht hervor, daß die Empfangsspannungen bei beiden Cadres (LW und MW) um ca. 20 dB (Faktor 10) größer sind, als das bei der (20 cm langen) Ferritantenne der Fall ist. Physikalisch erklärt sich der Unterschied damit, daß die Fläche [genauer: Fläche *(Windungszahl)²] der Cadres größer ist als die entsprechende (wirksame) Fläche der Ferritantenne. Der Ferrit "bündelt" zwar die Feldlinien, so daß effektiv eine größere Fläche entsteht als es der geometrischen Stirn-Fläche des Ferrit-Stabes entspricht, jedoch liefert dieser Effekt hier offensichtlich trotzdem eine um ca. einen Faktor 10 geringere Empfangs-Spannung als bei den Cadres.

 

Mein besonderer Dank gilt Franz-Josef Haffner ([A*T]FJH) und Hans Knoll für die Bereitstellung zahlrecher Fotos zu diesem Beitrag.

MfG DR

This article was edited 15.Dec.17 17:11 by Dietmar Rudolph .

  
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