-
Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit einer Laufzeitröhre, insbesondere
Wanderfeldröhre, bei der im Zuge der Eingangsleitung ein Zirkulator liegt, an dem
an einen mittleren im Signalweg gelegenen Arm eine Phasenvorverzerrungseinrichtung
angeschlossen ist, die von dem zu verstärkenden Signal in einer die Phasenverzerrung
der Laufzeitröhre kompensierenden Weise gesteuert wird.
-
Ein solcher Verstärker ist in der Zeitschrift »NEC News«, Juli 1965,
S. 3, aufgezeigt. Dieser bekannten Anordnung liegt das Problem zugrunde, daß die
nutzbare Ausgangsleistung von Laufzeitröhren im allgemeinen durch die Bildung von
Intermodulationsprodukten begrenzt ist. Dieser Intermodulation entsteht hauptsächlich
durch eine aussteuerungsabhängige Phasendrehung, durch die sogenannte AM-PM-Umwandlung.
Die Phasendifferenz zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung nimmt näherungsweise
mit der Ausgangsleistung zu. Im allgemeinen hat man versucht, die nutzbare Ausgangsleistung
dadurch zu erhöhen, daß man die Phasendrehung durch bauliche Maßnahmen an der Laufzeitröhre
selbst verringerte.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine praktische und wirksame
Phasenverzerrungseinrichtung zu schaffen, die es erlaubt, eine Laufzeitröhre stärker
als bisher möglich auszusteuern, so daß der Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden
kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verstärker der eingangs erwähnten
Art wird vorgeschlagen, daß die Phasenvorverzerrungseinrichtung aus einer Kapazitätsdiode
besteht, die den mittleren im Signalweg gelegenen Zirkulatorarm abschließt und der
eine vom zu verstärkenden Signal über einen Richtkoppler ausgekoppelte, über einen
Demodulator und einen Verstärker abgeleitete Steuerspannung zugeführt wird.
-
Man erreicht mit einer erfindungsgemäßen Anordnung, daß das zu verstärkende
Signal im Rhythmus der Aussteueramplitude phasenmoduliert in den Eingang der Laufzeitröhre
gelangt. Bei geeignetem Phasenhub und richtiger Polarität erreicht man eine weitgehende
Kompensation der aussteuerungsabhängigen Phasendrehung der Laufzeitröhre. Damit
verringert sich aber auch die Intermodulation, so daß die Laufzeitröhre unter Zugrundelegung
gleicher Linearitätsforderungen stärker ausgesteuert werden kann.
-
Eine wesentliche Schwierigkeit beim Auffinden der erfindungsgemäßen
Lösung bestand darin, daß die Vorverzerrungseinrichtung extrem schnell steuerbar
sein und eine zuverlässige Kompensation garantieren soll. Diese Forderung sollte
mit einer möglichst einfachen Einrichtung erfüllt werden, damit bei den hohen Frequenzen;
bei,.. denen eine Laufzeitröhre arbeitet, nicht andere Effekte, insbesondere zusätzliche
Laufzeiteffekte, störend auftreten.
-
Die Erfindung stellt eine besonders günstige Lösung dieses Problems
dar und ermöglicht es, den an sich schlechten Wirkungsgrad von Laufzeitröhren ohne
bauliche Maßnahmen an der Laufzeitröhre selbst beträchtlich zu erhöhen.
-
Eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades kann man dadurch erreichen,
daß die eventuell im Demodulator und Verstärker auftretenden Phasenverzerrungen
dadurch ausgeglichen werden, daß man im Zuge des zu verstärkenden Signals, zwischen
dem Richtkoppler und dem Zirkulator, eine Verzögerungsleitung,beispielsweise eineKoaxialkabelschleife,
vorsieht, Die Verzögerungsleitung bildet die Laufzeiten des ausgekoppelten Signals
im Demodulator und Verstärker -nach, so daß die Steuerung des Blind-Widerstandes
synchron mit dem zu verstärkenden, am Blind-Widerstand reflektierten Signal erfolgt.
Diese besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung führt zu einer Verbesserung
des Wirkungsgrads einer Laufzeitröhre bis um den Faktor 3.
-
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten praktischen Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden. An einer Kapazitätsdiode 7 wird das zu
verstärkende Signal, kurz Signal genannt, reflektiert. Das Signal gelangt über eine
Verzögerungsleitung 1, die aus einem koaxialen Leitungsstück besteht, durch den
Zirkulatorarm 3 in den Zirkulator 2, tritt durch den Zirkulatorarm 4 aus und wird
an der Kapazitätsdiode 7, die den Abschluß eines Leitungsstücks 6 bildet, total
reflektiert. Dann gelangt es über den Zirkulatorarm 4 in den Zirkulatorarm
5 und wird dem Eingang einer Wanderfeldröhre 13 zugeführt. Ein Teil des Signals
wird vor der Verzögerungsleitung 1 über einen Richtkoppler 8 ausgekoppelt und in
einem breitbandigen Demodulator 9 demoduliert und in einem breitbandigen Verstärker
10 verstärkt. Das so gewonnene Signal wird der Kapazitätsdiode 7 als Steuersignal
zugeführt. Ein Kondensator 11 dient als Kurzschluß .für die Trägerfrequenz; eine
Drossel 12 legt den Innenleiter des Leitungsstückes 6 für Gleichstrom an Masse,
damit die Kapazitätsdiode 7 definiert vorgespannt werden kann.
-
Man wird die Kapazitätsdiode 7 sinnvollerweise in einem solchen Bereich
ihrer Kennlinie steuern, in dem sich die Kapazität im wesentlichen linear mit der
Steuerspannung ändert. Bei zu großer Kennlinienkrümmung würde das Signal zusätzlich
durch Nichtlinearität der Kapazitätsdiode 7 verzerrt. Die im Rhythmus der Steuerung
erfolgende Änderung des von der Kapazitätsdiode 7 gebildeten kapazitiven Abschlußwiderstandes
des Leitungsstückes 6 bewirkt eine Änderung des Phasenwinkels zwischen der ankommenden
und der an der Kapazitätsdiode 7 reflektierten und wieder in den Zirkulator 2 eintretenden
Welle. Je größer die Kapazität ist, desto größer ist die Phasennacheilung der reflektierten
Welle.
-
Die von der Wanderfeldröhre 13 verursachte aussteuerungsabhängigePhasenänderung
entspricht einer Nacheilung der Ausgangsphase während der Aussteuerspitze gegenüber
der Ausgangsphase bei kleinerer Aussteuerung. Zum Ausgleich dieser Aussteuerungsabhängigkeit
muß die Phase des Eingangssignals so gesteuert werden, daß mit zunehmender Aussteuerung
eine Phasenvoreilung in der Phasenvorverzerrungseinrichtung entsteht. Demnach muß
die Abschlußkapazität des Leitungsstücks 6 während der Aussteuerspitze minimal sein.
Der Arbeitspunkt der Kapazitätsdiode 7 muß so weit im Negativen liegen, daß sie
von dem an ihr reflektierten Signal nicht in den Durchlaßbereich gesteuert werden
kann. Beim Auftreten eines Diodenstroms würden untragbare Signalverzerrungen entstehen.
-
Damit beim Ausgleich der Aussteuerungsabhängigkeit eine Intermodulation
verschwindet, muß die Kompression der verwendeten Wanderfeldröhre 13 im betreffenden
Arbeitspunkt hinreichend niedrig sein.
-
Der breitbandige Verstärker 10 muß das vom
Demodulator
9 gelieferte Signal so weit verstärken, daß es zur Steuerung der Kapazitätsdiode
7 ausreicht. Die Gruppenlaufzeit des Verstärkers 10 muß niedrig sein. Der Abschlußwiderstand
besteht im wesentlichen aus einer Kapazität von der Größe 100 bis 200 pF. Um bei
einer derart frequenzabhängigen Belastung eine weitgehend amplituden-und phasengetreue
Verstärkung zu erreichen, muß die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 10 sehr niedrig
sein.
-
Zum Ausgleich der Phasendrehung, die im Verstärker 10 zwischen seinem
Ein- und Ausgang und im Demodulator 9 entsteht, dient die Verzögerungsleitung 1.
Sie besteht aus einem koaxialen Leitungsstück, dessen Länge so bemessen ist, daß
es bei der höchsten übertragenen Frequenz die gleichen Phasendrehung bewirkt, wie
der Verstärker 10 und der Demodulator 9 zusammen. Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel
betrug die Phasendrehung vom Demodulator 9 und Verstärker 10 bei einer Frequenz
von 5,5 MHz ungefähr 20°, zu deren Ausgleich eine Verzögerungsleitung 1 aus einen
in Schleifen gelegten, etwa 3 m langen 50-Ohm-Koaxialkabel verwendet wurde.
-
Das koaxiale Leitungsstück 6 zwischen dem Zirkulatorarm
4 und der Kapazitätsdiode 7 ist nicht unbedingt nötig. Man kann den
Zirkulatorarm 4 auch direkt mit der Kapazitätsdiode 7 abschließen. Das koaxiale
Leitungsstück 6 ist nur deshalb vorgesehen, um von der räumlichen Anordnung des
Zirkulators 2 unabhängig zu sein. Man könnte im übrigen dieses koaxiale Leitungsstück
6 so bemessen, daß es die Funktion der Verzögerungsleitung 1 übernimmt. In der Praxis
ist jedoch eine vor dem Zirkulator 2
liegende Verzögerungsleitung vorzuziehen,
weil dabei eine geringere Dämpfung des Signals auftritt. Vor dem Zirkulator 2 durchläuft
das Signal nämlich nur einmal die Verzögerungsleitung 1, während das koaxiale Leitungsstück
6 zweimal vom Signal durchlaufen wird.
-
Insgesamt konnte bei dem erprobten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der
beschriebenen Phasenvorverzerrung eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Wanderfeldröhre
um den Faktor 3 erreicht werden.