DE2727079A1

DE2727079A1 - Energieversorgung fuer wanderwellenroehre

Info

Publication number: DE2727079A1
Application number: DE19772727079
Authority: DE
Inventors: Leif Ronny Carlsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1978-01-05
Also published as: CH618546A5; SE7607244L; US4101804A; GB1544164A; SE399987B; JPS531441A; FR2358015A1; FR2358015B1; NL7706215A

Description

IBERLIN 33 3 8 MÜNCHEN

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TELEX: 183788 TELEX: 522787

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Telefonaktiebolaget UI Ericsson, S 126-25 Stockholm, Schweden Energieversorgung für Wanderwellenröhre

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Die Erfindung betrifft eine Energieversorgung für eine impulsbetriebene Wanderwellenröhre mit abgeflachter Sammelekektrode.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Energieversorgung einer impulsbetriebenen Wanderwellenröhre, die bei Plugzeugradareinrichtungen vorgesehen wird, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Gewichts- und Volumenbegrenzung gestellt werden.

Bei einem Mikrowellenverstärker der Wanderwellenart wird ein Elektronenstrahl von der Kathode der Röhre zur Sammelelektrode ausgesendet und der Elektronenstrahl wird mit einer elektromagnetischen Welle in Wechselwirkung gebracht, die sich entlang eines wellenmäßigen Aufbaus bewegt, der Schraubenlinienform aufweist oder von verbundenen Hohlräumen gebildet wird und um den Elektronenstrahl in der Rehre herum angeordnet ist. Die Folge ist, daß Elektronen Energie an die Wanderwelle in dem wellenmäßigen Aufbau abgeben, wobei eine Verstärkung erzielt wird, während die Elektonen auf ihrem Weg zur Sammel-, elektrode an Geschwindigkeit verlieren.

Der Wirkungsgrad der Wanderwellenröhre ist unter anderem abhängig von der Elektronengeschwindigkeit an der Sammelelektrode. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erwünscht, daß die Elektronengefrchwindigkeit an der ftammelelektrode so gering wie möglich ist, so daß kein unnötiger Energieverlust gebildet wird. Vorkehrungen sind getroffen worden, um das Potential der Sammelelektrode relativ zur Kathode zu verringern

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(sogenannte herabgesetzte Sammelelektrode) und es hat sich dabei herausgestellt, daß das Potential der Sammelelektrode ungefähr 50 % des Potentials an der Kathode entsprechend dem wellenmäßigen Aufbau sein kann, ohne daß die Fokussierung des Elektronenstrahls und damit die Verstärkung der Welle beeinflußt werden. Bekannte Energieversorgungen für Wanderwellenröhren mit vertiefter Sammelelektrode sind im allgemeinen mit zwei getrennten Spannungsquellen ausgerüstet, wobei eine Spannungsquelle das Sammelelektrodenpotential der Röhre relativ zur Kathode und die andere Spannungsquelle das Potential des wellenmäßigen Aufbaus relativ zur Kathode bestimmen. Bei impulsbetriebenen Wanderwellenröhren, d.h. wenn der Elektronenstrahl mittels einer außenbefindlichen Impulsquelle gesteuert wird, sind ferner Kondensatoren zwecks Energiespeicherung zu jeder Spannungsquelle parallelgeschaltet. Der Vorteil bei zwei verschienenen Spannungsquellen besteht darin, daß der Kollektorstrom und der Strom des wellenmäßigen Aufbaus verteilt wird, aus welchem Grund der Spannungsabfall an der Kathoder während des Impulses innerhalb eines zulässigen Bereichs gehalten werden kann. Der Kollektorstrom, der beträchtlich größer als der Strom durch den wellenmäßigen Aufbau ist, wird folglich von dem Kondensator abgegeben, zu dem der Kathoden-Sammelelektroden-Strompfad parallel geschaltet ist, wobei der Impulsspannungsabfall an diesem Kondensator für die Röhre verhältnismäßig unkritisch ist. Durch die Stromverteilung kann die Kapazität des Kondensators, der den Kathodenstrom abgibt, gering gewählt werden. Die gespeicherte Energie wird daher klein, was die Notwendigkeit eineB sogenannten Hebe-

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eisens" vermindert, d.h. eine Schutzeinrichtung zum Kurzschließen zwischen der Kathode und dem wellenmäßigen Aufbau der Röhre, die sonst infolge der in dem den Kathodenstrom abgebenden Kondensator gespeicherten zu hohen Energie notwendig sein würde. Eine solche Schutzeinrichtung weist ein verhältnismäßig großes Volumen sowie eine unzuverlässige Arbeitsweise auf und ist gegen äußere Störungen empfindlich. Der erwähnte Aufbau der Energieversorgung erfordert jedoch einen

verhältnismäßig großen Raumbedarf (z.B. für die beiden Spannungsquellen) und der zu dem Kathoden-Sammelelektroden-Strompfad der Röhre durchgeschaltete Kondensator muß verhältnismäßig groß gestaltet werden.

Es sind Energieversorgungen bekannt, die nur eine Spannungsquelle aufweisen und bei denen ein Widerstand zwischen die Spannungsquelle und die Sammelelektrode geschaltet ist, um eine Herabsetzung zu erzielen. Eine solche Schaltung eliminiert jedoch nicht die Notwendigkeit des sog. "Hebeeisens", da der Gesamtstrom d.h. der Kollektorstrom und der Strom zu den wellenmäßigen Aufbaueinrichtungen von nur einem Kondensator abgegeben wird, der zur Energieversorgungsquelle parallel geschaltet ist.

' Ein Ziel der Erfindung ist es, für eine Energieversorgung für eine impulsbetriebene Wanderwellenröhre mit herabgesetzter-

! Sammelelektrode zu sorgen, die einen vergleichsweise kleinen

j Raumbedarf hat und einen besseren Wirkungsgrad aufweist. J Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

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Beschreibung der Zeichnung.
In letzterer sind:

Fig. 1 ein Schaltbild einer impulsbetriebenen Wanderwellenröhre mit vertiefter Sammelelektrode, die zu einer erfindungsgemäßen Energieversorgung geschaltet ist, Pig, 2a bis c ein Zeitdiagramm bestimmter Spannungen, das den Betrieb der Energieversorgung gemäß Fig. 1 wiedergibt und

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Energieversorgung, die an eine Wanderwellenröhre mit verschiedenen, vertieften Sammelelektroden gelegt ist.

Nach dem Schaltbild der Fig. 1 weist eine Wanderwellenröhre 1 eine Kathode 2, eine Sammelelektrode 3 und ein Gitter 4 auf, an das eine nicht dargestellte Impulsquelle zur Steuerung des Elektronenstrahls zwischen der Kathode 2 und der Sammelelektrode 3 geschaltet ist. Ein wellenmäßiger Aufbau 5 in. Form einer Schraubenlinie oder gekoppelter Hohlräume ist schematisch dargestellt. Eine Spannungsquelle E mit einem zugeordneten Innenwiderstand Zi ist zur Kathode 2 der Röhre und zu einem Bezugspotential O geschaltet. Die Spannungsquelle E weist eine Größe von 30 kV auf. Ein erster Kondensator 01 ist zur Spannungsquelle E, Zi, zu dem wellenmäßigen Aufbau und zum Bezugspotential 0 parallelgeschaltet. Ein zweiter Kondensator 02 ist zwischen die Kathode 2 und die Sammelelektrode 3 der Röhre geschaltet. Ein Wechselstromwiderstand Z ist zwischen die Kondensatoren 01 und 02 und das Bezugspotential 0 geschaltet. Die Spannung am Kondensator 01 bestimmt die Nachbeschleunigung sspannung der Elektronen in dem Elektronenstrahl von der Kathode der Röhre zur Sammelelektrode hin. Die Spannung am

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Wechselstromwiderstand Z bestimmt das Potential der Sammelelektrode relativ zu dem Bezugspotential O, d.h. den Grad der Herabsetzung. Der Strom Ib und Jcoll. zu dem wellenmäßigen Aufbau 5 bzw. zu der Sammelelektrode 3 wird von dem Kondensator 01 bzw. dem Kondensator 02 abgegeben. Das Gitter 4-weist eine äußere Anschlußklemme s auf, an die die Steuerimpulse für die Röhre gelegt werden.

Wenn die Röhre durch die Steuerimpulse über die Klemme s impulsbetrieben wird, wird sie abwechselnd leitend und gesperrt.

In Fig. 2a ist ein Steuerimpulls gezeigt, der zur Zeit ti den Wert vom negativen Potential Us1 zum positiven Potential Us2 relativ zum Kathodenpotential verändert. Hierauf wird die Röhre leitend und ein Elektronenstrom fließt beschleunigt durch die negative Spannung am Kondensator C1 von der Kathode zur Sammelelektrode. Fig. 2b zeigt das Potential U1 der Kathode, d.h. die Spannung am Kondensator 01, die während der Zeitintervalls gegen den Wert Null anwächst, d.h. es tritt eine Entladung des Kondensators 01 ein. Im Zeitpunkt ti + T verändert der Steuerimpuls Us die Polarität und die Röhre wird gesperrt, wodurch die Entladung des Kondensators C1 eingestellt wird und letzterer stattdessen von der Spannungsquelle E₁Zi aufgeladen wird. Der Impulsspannungsabfall U1 wird durch das Verhältnis Δ U - iT/Ci bestimmt, wobei i der momentane Betriebsstrom durch den Kondensator 01 ist. Wenn dieser Kondensator zwischen den wellenerzeugenden Aufbau 5 und die Kathode 2 geschaltet wird, gilt i ■ Ib, wobei Ib von

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der Größe einiger Zehntel des Kathodenstroms Ik ist (lb*o,2 Ik) Hierdurch wird wiederum bewirkt, daß der Impulsspannungsabfall U gering oder kleiner als ein bestimmter vorgeschriebener Wert E in fig. 2 gehalten werden kann, selbst wenn die Kapazität des Kondensators 01 klein ist, wodurch die Verwendung einer Schutzeinrichtung in Form eines "Hebeeisens" vermieden wird. Während des Zeitintervalls ti + T, ti + T wird der Kondensator 01 von der Spannungsquelle E,Zi aufgeladen.

In Fig. 2c ist das Potential U2 der Sammelelektrode, d.h. die Spannung an der Impedanz Z dargestellt. Wenn die Röhre während des Zeitintervalls t1,t1 + T leitend ist, gibt der Kondensator C2 den Kollektorstrom Icoll an die Röhre ab. Folglich liefert der Kondensator 02 den gesamten Kollektorstrom an die Röhre, wenn sie im leitenden Zustand ist, und der gesamte Impulsspannungsabfall an der Röhre erscheint am Kondensator 02, der klein gewählt werden kann, übertragen auf das Verhältnis <i U - iT/C. Der Wechselstromwiderstand Z hat die Funktion, die Entladung des Kondensators 01 über den Kondensator 02 zu verhindern, was sonst bedeuten würde, daß ein größerer Strom als der für den wellenmäßigen Aufbau erforliche von Kondensator 01 abgegeben werden würde. Aus dem Diagramm in Fig.2c geht hervor, daß während der Zeit, während der die Röhre leitend ist, eine gewünschte Herabsetzung der Sammelelektrode von einem Wert der Spannung der Sammelelektrode der nahe bei Null liegt, auf einen minimalen Wert U2-min erzielbar ist, der durch die Folrussierungserfordernisse der Röhre bestimmt wird. Der Mittelwert U2m - U2min/2 bestimmt

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den durchschnittlichen Herabsetzungsgrad während des Zeitintervalls, während der die Röhre leitend ist, wodurch schätzungsweise ein Wirkungsgrad der Röhre von ungefähr 25 % gegeben ist. Die Größe der Impedanz Z und die Kapazität des Kondensators C2 werden geeigneter Weise so gewählt, daß U2min E/2- 15 KV ist, wenn E« 30 kV ist.

Durch die vorgeschlagene Auslegung der Energieversorgung gemäß Fig. 1 wird erreicht, daß der Strom Ib zu dem wellenmäßigen Aufbau und der Kollektrorstrom Icoll von unterschiedlichen Kondensatoren abgegeben werden können, die von ein und derselben Spannungsquelle aufgeladen werden. Eine Schutzeinrichtung in Form eines "Brecheisens" ist nicht erforderlich und ein bedeutender Raumgewinn kann im Vergleich zu einer Energieversorgung mit unterschiedlichen Spannungsquellen erzielt werden, was insbesondere bei in Flugzeugen eingebauten Einrichtungen wichtig ist. Als Beispiel der Dimensionierung der Komponenten der Energieversorgung dienen folgende Werte: 01 - 25nF,T/T - 1%,Ik - 8A.

Die vorgeschlagene Schaltung der Energieversorgung kann auch in Wanderwellenröhren mit verschiedenen herabgesetzten Sammelelektroden verwendet werden, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Wanderwellenröhre weist eine Anzahl Sammelelektroden 31, 32,33 auf. Der Kondensator 01 liefert wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, den Strom Ib zu dem wellenmäßigen Aufbau 5, und die Kondensatoren 02,03,04 liefern den Kollektorstrom zu den Sammelelektroden 31,32,33· Die Impedanzen Z1,Z2 und Z3 dienen für denselben Zweck wie die Impedanz Z in der Fig. 1,

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und zwar zur Sperrung des Stroms vom Kondensator 01, so daß dieser hauptsächlich nur Strom zu dem wellenmaßigen Aufbau liefert.

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Claims

Patentansprüche

Energieversorgung für eine Wanderwellenröhre mit einer vertieften Sammelelektrode, mit einer Kathode, einem Gitter, einem Kollektor und einem in Längsrichtung der Höhre angeordneten wellenmäßigen Aufbau, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (E,Zi), die mit der Kathode (2) der Höhre und mit einem Bezugspotential (O) verbunden ist, durch ein erstes kapazitives Element (C1), das mit der Spannungsquelle verbunden ist, die Strom an den wellenmäßigen Aufbau (5) während des Zeitraumes liefert, über den die Röhre leitend ist, durch ein zweite» kapazitives Element (2), das zwischen die Kathode der Röhre und die Sammelelektrode (3) geschaltet ist und Strom zur Sammelelektrode der Röhre während desselben Zeitintervalls liefert, und durch eine Impedanz Z, die zwischen die kapazitiven Elemente, (01,02) geschaltet ist und das Fließen eines Stromes vom ersten kapazitiven Element (01) zum zweiten kapazitiven Element (02) und umgekehrt verhindert.
2. Energieversorgung für eine Wanderwellenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz von einem Wider stand gebildet ist.
3. Energieversorgung für eine Wanderwellenröhre nach Anspruch 1, wobei letztere eine Anzahl vertiefter Sammelelektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Anzahl an zweiten kapazitiven Elementen (02) wie die Anzahl der Sammelelektroden zwischen die Kathode (2) der Röhre und

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jede der Sammelelektrode (31, 32, 33) geschaltet ist, und daß die gleiche Anzahl an Impedanzen (Z) wie die der Sammelelektroden zwischen jedes kapazitives Element (C2,C3,C4-) und das erste kapazitive Element (C1) geschaltet ist.

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