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Überspannungssczhutzeinrichtung für Hochfrequenzsender größerer Leistung
Funkstationen sind infolge ihrer hahen Antenne sehr den Gewittern. ausg=esetzt.
Durch Blitzeinschläge in der Nähe des Senders als auch besonders in die Antenne
selbst können in. der Anlage Überspannungen entstehen und hierdurch Beschädigungen
eintreten, die längere Betriebsunterbrechungen verursachen: Diesen Überspannungen
sind alle Teile der Anlage zunächst ausgesetzt, die elektrisch mit der Antenne gekoppelt
sind, also bei induktiver Kopplung die Antenne, die Abstimmspule A und die Koppelspule
S (Abt. i), bei kapazitiver Kopplung außer der Antenne und der Abstimmspule die
Koppelkapazität C, die Drossel D zur Abführung der statischen Ladungen, das Hochfrequenzzufühnumgskabel
K und die hinter dem Kabel liegenden Sieb-und Abstimmketten (Abb.2).
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Es ist versucht worden, die Sendeanlage dadurch zu schützen, daß m_
an zur ,Elbleitung der Überspannung bzw. des Überstromes eine Funkenstrecke T zwischen
Antenne und Erde legte, die das Eintreten der Überspannungen in die Hochfrequenzanlage
verhindern soll (Abt. i und 2). Zur Begrenzung der Überspannung darf die überschlagspamnung
dieser Funkenstrecke nicht zu hoch gewählt werden. Andererseits darf sie nicht bei
der im Betriebe an der Funkenstrecke vorkommenden Hochfrequenzspannung ansprechen.
Hieraus ist der Mindestabstand der Elektroden bestimmt. Für Telegraphiesender und
Telephoniesender kleinerer Leistung bis etwa ioo Watt genügt diese einfache Gewitterschutzeinrichtung.
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Bei großen Telephoniesendern, insbesondere bei Rundfunksendern, die
eine ziemlich große Hochfrequenzträgerspannung von i o ... i oo kV gerade
im unteren zu erdenden Teil der Antenne infolge ihrer besonders ausgeprägten Bodencharakteristik
aufweisen und bei ioo%iger Modulation bis auf die doppelte Spannungsamplitude kommen,
besteht jedoch die Gefahr, daß bei einer Blitzentladung über die hierdurch ionisierte
Funkenstrecke der Hochfreuqenzstrom nachfolgt und als Hochfnequenzli chtbogen dauernd
stehenbleibt. Bei der hohen Frequenz von etwa i Million Hz findet nämlich keine
Entionisierung der Gasstrecke mehr statt, da die Entionisierungszeit in Luft mindestens
etwa i o-5 Sek. beträgt, also etwa zehnmal länger ist als- die Dauer einer Hochfnequenzperiode
(i o-6 Sek.). Da der Lichtb.ogenwiderstand bei Hochfrequenz rein ohmisch ist, besteht
die Gefahr, daß bei der üblichen Fremdsteuerung des Senders die Röhren überlastet
werden. ,Außerdem werden durch den Kurzschluß die Abstimmkreise verstimmt. Es treten
jetzt in der Energieleitqng stehende Wellen auf, die
erhebliche
überspannungen besonders im Zuführungskabel erzeugen und dies beschädigen können.
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Abb. 3 zeigt schematisch die normale spä nungsverteilung Uo längs
der Energieleit und die Spannungsverteilung U' im Falle eines Kurzschlusses der
Antenne, d. h. Kurzschluß der Schutzfunkenstrecke im Punkte P. Die Überspannung
im Kabel hängt ab von der effektiven Länge der Zuführungsleitung, wobei die Länge
der halben Wellenlänge besonders gefährlich ist. Zu di°ser sich stationär e:usch-,vingenden
Hochfrequenzüberspannung treten noch Wanderwellen hinzu infolge des Schaltvorganges.
Diese können für kurze Zeit die Überspannung noch auf das Doppelte erhöhen. Durch
den Kurzschluß der Schutzfunkenstrecke erhält das Kabel Ü berspannung, die etwa
fünf- bis zehnmal so groß ist wie die reguläre Betriebsspannung. Da die Antenne
durch den Lichtbogen kurzgeschlossen bleibt, kommt der Sender nicht mehr von selbst
in Betrieb, ganz abgesehen davon, daß durch die Überspannung das Kabel zerstört
wird.
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Man hat versucht, den Hochfreqttenzlichtbogen der Funkenstrecke dadurch
zum Verlöschen zu bringen, daß man ihn durch einen Luftstrom anbläst, der die Lichtbogenstrecke,
insbesondere die positive Säule, entionisieren soll. Die Löschwirkung ist jedoch
bei großen Sendeleistungen von etwa über tookW recht zweifelhaft. Bei den hohen
Spannungen entwickeln sich beim Anblasen meterlange Lichtbögen, die eine Brandgefahr
für die Anlage sind und außerdem den Sender unzulässig belasten. Zudem dauert ein
derartiger Ablöschvorgang vel zu lange, als daß überspannungen und Überschläge in
der Anlage verhindert werden können. Schließlich kann sich auch infolge der großen
Antennenkapazität bei zu langsamem Ausziehen des Lichtbogens beim Blasen die Zuleitung
und die Antenne auf hohe Spannungen heraufarbeiten. Ferner wird durch den dauernd
fli13enden Luftstrom die Ansprechverzögerung der Schutzfunken: strecke bei atmosphärischen
Entladungen. vergrößert, die Schutzwirkung also verschlechtert. Außerdem verursacht
das ständig laufende Gebläse dauernd Betriebsunkosten. Der Lichtbogen löscht bei
hohen Sendeleistungen auch deswegen schlecht, weil die Elektroden stark erhitzt
werden und so die Gasstrecke dauernd ionisiert wird, so daß eine Entionisierung
durch Anblasen schwierig ist.
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Alle diese Überlegungen gelten vornehm= ]ich für Telephoniesender;
doch ist auch bei Telegraphiesendern mit einem Nachfließen des Hochfrequenzstromes
zumindestens für die Dauer eines Morsezeichens zu rechnen.
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Was bisher über das Weiterbrennen des Lichtbogens an der Schutzfunkenstrecke
gesagt wurde, gilt natürlich auch bei irgendlchen Überschlägen in der Anlage, die
durch erspannungen, Beschädigungen, Insekten rev. hervorgerufen werden. Eine Löschung
durch Luftstrom ist hier natürlich gar nicht möglich.
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Es sind Anordnungen für Zweiwegesignalverkehr bekannt, bei denen der
Cbertragungsgrad eines Senders durch Einschaltung einer stark negativen Gittervorspannung
herabgesetzt wird. Die Sperrung der Röhre soll jedoch nicht sofort erfolgen, um
ein Abschneiden der Welle durch die Schaltoperationen zu verhindern. Zu diesem Zweck
sind besondere Einrichtungen vorgesehen, die die Umschaltvorgänge verzögern, also
auch die Röhre erst nach einer gewissen Zeit sperren. Eine unmittelbare Herabsetzung
der Kurzschlußleistung eines Senders findet also nicht statt.
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Erfindungsgemäß wird der durch die überspannung an irgendeiner Stelle
der Sendeanlage, insbesondere an der Schutzfunkenstrecke, hervorgerufene Lichtbogen
dadurch zum sofortigen Verlöschen gebracht, daß die Hochfrequenzkurzschlußleistung
des Senders bei Eintreten der Überspannung durch plötzliches Anlegen einer Gitterspannung
in einer Stufe herabgesetzt wird, die in Abhängigkeit vom Hochfrequenzstrm einer
an die Antenne angeschalteten Funkenstrecke gesteuert wird. Die Zuschaltung der
Gitterspannung kann in der Modulationsstufe oder im Gitter der letzten Röhre erfolgen.
Durch die Gittervarspannung wird der Anodenstrom abgeriegelt, und somit werden sämtliche
hinter der Röhre liegenden Kreise spannungsfrei. Die Auslösung dieser Gittersperrspannung
geschieht beispielsweise von einer Photozelle, die durch das Leuchten des Lichtbogens
zur Auslösung kommt, oder durch den Hochfrequeilzstrom in der Erdleitung der Funkenstrecke
oder auch von dem Leistungsvergleich vor und hinter der zu schützenden Stelle oder
durch Isolationsmessung der Zuführungsleitung oder durch einen Überspannungsanzeiger
am Kabel, beispielsweise in der Art einer vorgespannten Röhre.
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Durch die Gitterbeeinflussung in der Röhre läßt sich die Hochfrequenzspannung
in dem' gefährdeten Teil der Anlage außerordentlich schnell herunterregulieren.
Die Gitterkapazitäten sind nämlich so klein, daß schon etwa nach 1/looo Sek. die
Spannung heruntergeregelt ist. Dies wirkt sich aber auch für eine eventuelle überspannungsbeanspruchung
der übrigen Anlageteile günstig aus. Beispielsweise kann man jetzt das Zuführungskabel,
das eigentlich auf die volle Oberspannung im Falle des Kurzschlusses der Funkenstrecke
berechnet werden müßte, durch Einschalten von überspannungsableitern schützen,
welche
die Energie für diese kurze Zeit aufnehmen. Durch das plötzliche Abschalten der
Hochfrequenzleistung im Anodenkreis ist eine Überlastung der Röhren durch die üb:ersp.annung
nicht zu befürchten, da die Auslöschung des Lichtbogens sehr rasch erfolgt und die
Hochfrequenzleistung wieder sehr schnell, etwa schon nach 1!,0o Sek., eingeschaltet
werden kann.