DE756315C - Device and method for constant frequency amplitude modulation of generators for ultra-high frequency electromagnetic oscillations - Google Patents

Description

Einrichtung bzw. Verfahren zur frequenzkonstanten .Amplitudenmodulation von Generatoren für ultrahochfrequente elektromagnetische Schwingungen Bei Generatoren für ultrakurze elektromagnetische Wellen, vor allem im Zentimeter-und Dezimetergebiet, bestehen Schwierigkeiten, eine frequenzkonstante Amplitudenmodulation zu erhalten, da oft die Änderung der Betriebsdaten, beispielsweise der an den Elektroden einer Elektronenröhre liegenden Spannungen, welche die abgegebene Leistung modulieren, gleichzeitig eine Änderung der Frequenz der Trägerwellen zur Folge hat. Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur frequenzkonstanten Amplitudenmodulation von derartigen Generatoren. Bei der Einrichtung bzw. dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Modu-Tation von Generatoren für ultrahochfrequente elektromagnetische Schwingungen wird die Änderung der an den Elektroden der Generatoren (Elektronenröhren) liegenden Spannungen so vorgenommen, daß der Arbeitspunkt der Röhre dem krummlinigen Verlauf einer Kurve konstanter Frequenz eines Schwingbereiches folgt.Device or method for frequency-constant amplitude modulation of generators for ultra-high frequency electromagnetic oscillations In generators for ultrashort electromagnetic waves, especially in the centimeter and decimeter range, there are difficulties in obtaining a frequency-constant amplitude modulation, there is often a change in the operating data, for example that on the electrodes of a Electron tube lying voltages, which modulate the output power, at the same time results in a change in the frequency of the carrier waves. The invention now relates to a device or a method for frequency constants Amplitude modulation from such generators. At the establishment or the procedure according to the present invention for modulating generators for ultra-high frequencies Electromagnetic oscillation is the change in the electrodes of the generators (Electron tubes) lying voltages made so that the operating point of the Tube the curvilinear course of a curve of constant frequency of an oscillation range follows.

Insbesondere wird dieses dadurch erreicht, daß den Elektroden von Elektronenröhren zusätzliche Wechselspannungen zugeführt werden, die von eigentlichen Modulations- Wechselspannungen abhängig und in der erforderlichen Weise verzerrt sind.In particular, this is achieved in that the electrodes of Electron tubes additional alternating voltages are supplied by the actual Modulation AC voltages dependent and in the required Way are distorted.

In Abb. i sind die bei der Modulation einer Elektronenröhre auftretenden Verhältnisse näher erläutert, und zwar ist als Ausführungsbeispiel eine Bremsfeldröhre gewählt. Die hierbei auftretenden Verhältnisse sind im Diagramm Abb. i wiedergegeben. Als Abszisse ist die positive Gitterspannung Ug, als Ordinate die negative Bremselektrodenspannung UU der Röhre aufgetragen. 1, 2, 3, 4, 18, i9 ist eine Linie, längs welcher eine konstante Frequenz ausgesendet wird. 17 bedeutet die Umrandung des Gebietes, innerhalb welchem die Röhre schwingt, d. h. des Schwingbereiches. Zwischen den Punkten 2, 3 und .4 findet ein Anstieg der Leistung statt, so daß bei gleichzeitiger Veränderung der Gitterspannung U, und der negativen Spannung LTt, das Kurvenstück 2, 3, .I bestrichen werden kann. In erster Näherung genügt es, wie bereits vorgeschlagen ist, die beiden Spannungen linear zu verändern, so daß an Stelle des Kurvenstückes 2, 3, 4. die gerade Verbindungslinie zwischen Il, 3 und 13 bestrichen wird. Der Umstand, da.B diese gerade Verbindungslinie 11, 3, 13 von der Kurve 2, 3, 4. abweicht, hat zur Folge, daß die ausgesandte Strahlung in ihrer Trägerwelle nicht vollkommen konstant ist.In Fig. I are those that occur during the modulation of an electron tube Relationships explained in more detail, namely a braking field tube as an exemplary embodiment chosen. The conditions occurring here are shown in the diagram in Fig. I. The abscissa is the positive grid voltage Ug, and the ordinate is the negative brake electrode voltage UU applied to the tube. 1, 2, 3, 4, 18, i9 is a line along which a constant frequency is transmitted. 17 means the border of the area within which the tube vibrates, d. H. of the vibration range. Between points 2, 3 and .4 there is an increase in power, so that with a simultaneous change the grid voltage U, and the negative voltage LTt, the curve piece 2, 3, .I painted can be. In a first approximation, as has already been suggested, it is sufficient to use both To change voltages linearly, so that in place of the curve piece 2, 3, 4. the straight connecting line between II, 3 and 13 is painted. The fact that B. this straight connecting line 11, 3, 13 deviates from the curve 2, 3, 4, has to The result is that the carrier wave of the emitted radiation is not completely constant is.

Erfindungsgegenstand sind nun Einrichtungen, bei denen durch Benutzung der krummlinigen Kennlinie einer zum Generator hinzugeschalteten Elektronenröhre zur Modulation eines Ultrakurzwellengenerators eine kummlinige Kurve der konstanten Frequenz nachgebildet wird.The subject of the invention are now facilities in which by use the curvilinear characteristic of an electron tube connected to the generator for modulating an ultra-short wave generator, a curvilinear curve of the constant Frequency is simulated.

In Abb. 2 ist eine derartige Schaltung dargestellt. Bei 28 wird die Modulätionsspannung angelegt. Sie erregt die Primärwicklung 29 eines Transformators, auf dessen Kern die Sekundärwicklungen 30, 32 aufgebracht sind. 33 ist die Ultrakurzwellenröhre, bei diesem Ausführungsbeispiel ein Bremsfeldgenerator. Das Gitter erhält eine hohe positive Spannung von der Batterie 34.. Sie soll mit der Gitterspannung entsprechend dem Punkt 3 in Abb. i übereinstimmen. Dieser Gitterspannung der Batterie 34 wird dann die Wechselspannung der Sekundärwicklung 30 überlagert, und bei voller Aussteuerung durch eine rein sinusförmige Spannung hat dieses zur Folge, daß in Abb. i die Projektion der Bewegung des Arbeitspunktes 3 längs des Kurvenstückes 2, 3, .I auf die Abszissenachse im Intervall 5, 6, 7 nach einer reinen Sinusfunktion erfolgt. Erfindungsgemäß wird nun zu dieser vorgegebenen Veränderung der Gitterspannung die Anodenspannung derart eingestellt, daß im Diagramm der Abb. i tatsächlich die Kurve 2, 3 und 4 bestrichen wird. Dieses geschieht dadurch, daß an die Bremselektrode der Röhre 33 zunächst eine Gleichspannung angelegt wird. Sie wird der Stromquelle 35 entnOmmen. In Abb. i entspricht diese der Ordinate 3, 6. Mit ihr in Reihe könnte man beispielsweise eine rein sinusförmige Wechselspannung legen, die zunächst den Arbeitspunkt 3 (in Abb. i) veranlaßt, die Gerade i i, 3, 13 zu bestreichen. Diesem Spannungsverlauf der Bremselektrode hätte man nun noch eine Spannung hinzuzufügen, die durch die Abweichung der Kurve 2, 3, 4. von der Geraden 11, 3, 13 gegeben ist. Bei dem Ausführungsbei@spiel in Abb. 2 ist noch eine Vereinfachung vorgenommen, indem an die Bremselektrode eine Wechselspannung gelegt wird, die bereits den erforderlichen Verlauf hat. Dieses geschieht durch den Übertrager 36, der im Anodenkreis einer Verstärkerröhre 38 liegt. Das Gitter der Verstärkerröhre 38 wird nämlich von der Wicklung 32 mit der Modulationsspannung 39 gesteuert. Erfindungsgemäß werden nun die Charakteristik der Röhre 38 und die Betriebsdaten der Röhre so gewählt, daß bei rein sinusförmiger Variation der Gitterspannung der zugehörige Anodenstrom eine derartige Verzerrung aufweist, daß am Bremsfeldrohr eine Anodenspannung entsteht, die der durch die Kurve 2, 3, 4. (Abb. i) geforderten entspricht.Such a circuit is shown in Fig. 2. At 28 the modulation voltage is applied. It excites the primary winding 29 of a transformer, on the core of which the secondary windings 30, 32 are applied. 33 is the ultra-short wave tube, in this embodiment a braking field generator. The grid receives a high positive voltage from the battery 34 .. It should correspond to the grid voltage according to point 3 in Fig. I. This grid voltage of the battery 34 is then superimposed on the alternating voltage of the secondary winding 30 , and with full modulation by a purely sinusoidal voltage this has the consequence that in Fig the abscissa axis in the interval 5, 6, 7 is based on a pure sine function. According to the invention, for this predetermined change in the grid voltage, the anode voltage is now set in such a way that curves 2, 3 and 4 are actually crossed in the diagram in FIG. This is done in that a direct voltage is first applied to the brake electrode of the tube 33. It is taken from the power source 35. In Fig. I this corresponds to the ordinate 3, 6. With it in series one could, for example, place a purely sinusoidal alternating voltage, which initially causes the operating point 3 (in Fig. I) to line the straight line ii, 3, 13. A voltage that is given by the deviation of curve 2, 3, 4 from straight line 11, 3, 13 would now have to be added to this voltage curve of the brake electrode. In the exemplary embodiment in Fig. 2, a simplification has been made by applying an alternating voltage that already has the required profile to the brake electrode. This is done by the transformer 36, which is located in the anode circuit of an amplifier tube 38. The grid of the amplifier tube 38 is namely controlled by the winding 32 with the modulation voltage 39. According to the invention, the characteristics of the tube 38 and the operating data of the tube are now selected in such a way that with a purely sinusoidal variation of the grid voltage, the associated anode current has such a distortion that an anode voltage arises on the braking field tube that corresponds to the curve 2, 3, 4. Fig. I) corresponds to the requirements.

In vielen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, hier eine Röhre mit veränderlicher Charakteristik zu verwenden. Durch diese Schaltung ist es also bei geeigneter Wahl der Betriebsdaten der Röhre 38 möglich, mit sehr großer Genauigkeit die Kurve 2, 3, 4, d. h. die Kurve konstanter Frequenz nachzubilden, so da ß die Frequenzkonstanz ganz erheblich besser wird als bei Modulation längs der geraden Linie i 1, 3, 13.In many cases it can also be useful to have a tube with you variable characteristic to be used. So by this circuit it is at suitable choice of the operating data of the tube 38 possible, with very high accuracy the curve 2, 3, 4, d. H. to simulate the curve of constant frequency so that the Frequency constancy is considerably better than with modulation along the straight line Line i 1, 3, 13.

Der Erfindungsgegenstand ist nicht darauf beschränkt, daß die Elektronenröhre zur Erzeugung des nichtlinearen Verlaufes der Modulationsspannung benutzt wird. Es könnte an Stelle davon auch irgendein anderer, nichtlinearer Widerstand, z. B. aus einem geeigneten Halbleiter, benutzt werden.The subject matter of the invention is not limited to the electron tube is used to generate the non-linear course of the modulation voltage. Any other non-linear resistor, e.g. B. made of a suitable semiconductor.

Die Abb. 3 zeigt z. B. ein Ausführungsbeispiel, bei dem zur Erzeugung der verzerrten Modulationsspannung eine Gleichrichteranordnung verwendet wird. Es ist in dieser Abbildung 51 ein Transformator, bei dem an die Wicklung :a.5 die Modula,tionsspannung gelegt wird, 4.o ist eine Ultrakurzwellenröhre, in diesem Beispiel ein Bremsfeldgenera.tor. Die Gitterspannung, welche von der Batterie 4.i geliefert wird, soll so eingestellt sein, daß der Arbeitspunkt 3 auf der Kennlinie gemäß Abb. i erhalten wird. Diese Gitterspannung wird dann der Modulations"vechselspannung der Sekundärwicklung 43 überlagert. Die Bremselektrodenspannung, welche von der Batterie 42 geliefert wird, wird ebenfalls so eingestellt, daß der Arbeitspunkt mit dem Punkt 3 der Abb. i übereinstimmt. Auch ihr wird eine Modulationswechselspannung aus der Wicklung 44 überlagert. Bei richtiger Dimensionierung der Phasenlage beider Wechselspannungen zueinander erreicht man, daß der Arbeitspunkt sich entlang der Geraden 1i, 3, 13 bewegt. Um die Kurve 2, 3, 4 zu erreichen, soll erfindungsgemäß zur Eremselektrodenwechselspannung eine von der Modulationsspannung abhängige verzerrte Spannung hinzugefügt werden, welche an. den Spannungsspitzen die Strecke 13 bis 4 bzw. ii bis 2 in Abb. i ausmacht. Diese verzerrte zusätzliche Spannung wird an einem Widerstand 5o (Abb. 3) ge- wonnen, der mit der Wicklung 44 in Reihe in dem Bremselektrodenkreis eingeschaltet ist. Der Spannungsabfall am Widerstand 5o entsteht durch einen Strom, der über die beiden in Doppelweggleichrichtung geschalteten Gleichrichter 48 und q9 sowie die Wicklungen 46 und 47 fließt. Die verzerrte zusätzliche Spannung ist unter Berücksichtigung der Charakteristik der Gleichrichter derart zu wählen, daß die Strecke 2 bis 3 derjenigen ii bis 2 und die Strecke 3 bis 4 derjenigen 13 bis 4 in Abb. i entspricht. Da während einer Halbperiode der Modulationswechselspannung immer nur ein Gleichrichter durchlässig ist, bewirkt der eine Gleichrichter das Durchlaufen des Kurvenstückes 3 bis 4 und der andere das Durchlaufen des KurvenstÜckes 2 bis 3. Sind die beiden Kurvenstücke in ihrer Abweichung von der Geraden verschieden, so läßt sich immer erreichen, z. B. durch verschiedene Spannungen an den Gleichrichtern, oder durch zwei Gleichrichter mit verschiedenen Kennlinien, daß der Arbeitspunkt sich entlang der Kurve 2, 3, 4 bewegt. Damit ist eine frequenzkonstante Amplitudenmodulation erreicht.Fig. 3 shows z. B. an embodiment in which a rectifier arrangement is used to generate the distorted modulation voltage. In this figure 51 it is a transformer in which: a.5 the modulation voltage is applied to the winding, 4.o is an ultra-short wave tube, in this example a braking field generator. The grid voltage, which is supplied by the battery 4.i, should be set in such a way that the operating point 3 on the characteristic curve according to Fig. I is obtained. This grid voltage is then superimposed on the alternating modulation voltage of the secondary winding 43. The braking electrode voltage, which is supplied by the battery 42, is also set so that the operating point corresponds to point 3 of FIG 44. If the phase position of the two alternating voltages is correctly dimensioned, the operating point moves along the straight lines 1i, 3, 13. In order to achieve the curve 2, 3, 4, a distorted voltage dependent on the modulation voltage should be used according to the invention for the alternating voltage of the electrode be added, which in. the voltage spikes the track 1 to 4 or 3 to 2 ii in Fig. i represents. This distorted additional voltage is gained overall resistance at a 5o (Fig. 3) connected to the winding 44 in series is switched on in the brake electrode circuit it flows through the two rectifiers 48 and q9, which are connected in full-wave rectification, as well as the windings 46 and 47. The distorted additional voltage is to be selected, taking into account the characteristics of the rectifier, in such a way that the path 2 to 3 corresponds to those ii to 2 and the path 3 to 4 to those 13 to 4 in Fig. I. Since only one rectifier is permeable during a half cycle of the alternating modulation voltage, one rectifier causes the curve section 3 to 4 and the other to run through the curve section 2 to 3. If the two sections of the curve are different in their deviation from the straight line, it can be always reach, e.g. B. by different voltages on the rectifiers, or by two rectifiers with different characteristics that the operating point moves along the curve 2, 3, 4. A frequency-constant amplitude modulation is thus achieved.

' Der Erfindungsgegenstand ist anwendbar auf Modulationseinrichtungen, bei denen die Modulation entweder ausschließlich im krummlinigen Bereich von Kurven konstanter Frequenz eines Schwingbereiches vorgenommen wird oder sowohl im krummlinigen und geradlinigen Bereich. Ausgeschlossen vom Erfindungsgegenstand sind Modulationseinrichtungen, bei denen die Modulation nur im geradlinigen Bereich von Kurven konstanter Frequenz eines Schwingbereiches erfolgt. Gegenüber dem letztgenannten, bereits bekannten Modulationsverfahren zeichnet sich das Modulationsverfahren nach der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß bei ihm die Beschränkung des Modulationsbereiches auf den geradlinigen Teil von Kurven konstanter Frequenz eines Schwingbereiches in Fortfall kommt. Es wird demnach durch die Erfindung ermöglicht, die frequenzkonstante Amplitudenmodulation über einen sehr großen Bereich der Kurven konstanter Frequenz eines Schwingbereiches vorzunehmen.'' The subject matter of the invention is applicable to modulation devices, in which the modulation either exclusively in the curvilinear area of curves constant frequency of an oscillation range is made or both in the curvilinear and rectilinear area. Modulation devices are excluded from the subject matter of the invention, where the modulation is only in the straight-line area of curves of constant frequency of a vibration range takes place. Compared to the latter, already known Modulation method is characterized by the modulation method according to the invention in advantageous from the fact that with him the limitation of the modulation range on the straight part of curves of constant frequency of an oscillation range in failure comes. It is therefore made possible by the invention, the frequency constant Amplitude modulation over a very large area of the constant frequency curves of a vibration range.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß als Ultrakurzwellengenerator ein Bremsfeldgenerator benutzt wird.It is not absolutely necessary that as an ultrashort wave generator a braking field generator is used.

Die Erfindung läßt sich auch für andere Arten von Ultrakurzwellengeneratoren, z. B. für Magnetrongeneratoren oder für Röhrengeneratoren in Rückkopplungsschaltungen, anwenden. Bei Bremsfeldgeneratoren läßt sich der Erfindungsgegenstand außer auf Gitter-und Bremselektrodenspannung vorzugsweise auch zum Steuern des Emissionsstromes und der Bremselektrodenspannung anwenden.The invention can also be used for other types of ultrashort wave generators, z. B. for magnetron generators or for tube generators in feedback circuits, use. In the case of braking field generators, the subject matter of the invention can be excepted Grid and braking electrode voltage, preferably also for controlling the emission current and apply the brake electrode voltage.

Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil Anwendung finden, wenn die Modulation auf dem ansteigenden Ast der Leistungskurve einer Bremsfeldröhre vorgenommen wird. Eine ganz besondere Frequenzkonstanz ergibt sich insbesondere bei Verwendung von Elektronenröhrenanordnungen, bei denen ein von elektrisch leitenden Flächen praktisch allseitig begrenzter Hohlraum (Hohlraumresonator) als Resonator verwendet wird, der die Elektronenströmung umgibt.The invention can be used with particular advantage when the Modulation made on the rising branch of the power curve of a braking field tube will. A very special frequency constancy results especially when used of electron tube assemblies in which one of electrically conductive surfaces practically all-round limited cavity (cavity resonator) used as a resonator that surrounds the electron flow.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur frequenzkonstanten Amplitudenmodulation von Generatoren für ultrahochfrequente elektromagnetische Schwingungen, insbesondere Bremsfeldgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Elektroden der Generatoren (Elektronenröhren) liegenden Betriebsspannungen derart geändert werden, daß die Verlagerung des Arbeitspunktes der Röhre entsprechend dem krummlinigen Verlauf von Kurven konstanter Frequenz eines Schwingbereiches erfolgt. PATENT CLAIMS: i. Method for frequency-constant amplitude modulation of generators for ultra-high frequency electromagnetic oscillations, in particular Brake field generators, characterized in that the electrodes on the generators (Electron tubes) lying operating voltages are changed in such a way that the Shift of the working point of the tube according to the curvilinear course of Curves of constant frequency of an oscillation range takes place. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Verlagerung des Arbeitspunktes der Röhre auf einer Kurve konstanter Frequenz an den krummlinigen Teil dieser Kurve einer Elektrode des Generators eine Hilfswechselspannung zugeführt ist. 2. Facility for implementation of the method according to claim i, characterized in that to adapt the displacement the working point of the tube on a curve of constant frequency on the curvilinear An auxiliary AC voltage is fed to part of this curve of an electrode of the generator is. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Hilfswechselspannung durch einen nichtlinearen Widerstand, insbesondere durch eine Elektronenröhre mit mindestens teilweise krummer Anodenstrom-Gitterspannüngs-Charakteristik bestimmt ist. q.. 3. Device according to claim 2, characterized in that the course of the Auxiliary AC voltage through a non-linear resistor, in particular through a Electron tube with at least partially crooked anode current-grid voltage characteristics is determined. q .. Einrichtung nach den Ansprüchen r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung von der Modulationswechselspannung abgezweigt ist. Device according to claims r to 3, thereby characterized in that the auxiliary AC voltage is different from the modulation AC voltage is branched off. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung dem Generator über eine Gleichrichteranordnung, vorzugsweise einen Doppelweggleichrichter, zugeführt ist. 5. Device according to claim 2 or one of the following, characterized characterized in that the auxiliary AC voltage is fed to the generator via a rectifier arrangement, preferably a full wave rectifier is supplied. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelweggleichrichteranordnung aus zwei Teilen mit verschiedener Charakteristik besteht. 6. Device according to claim 5, characterized in that the full wave rectifier arrangement consists of two parts with different characteristics. 7. Verfahren nach Anspruch r, insbesondere unter Verwendung der Einrichtungen nach den Ansprüchen z bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ansteigenden Teil der Schwingleistungskennlinie des Generators gearbeitet wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 624o89; französische Patentschrift N r. 742538. 7. The method according to claim r, in particular using the devices according to claims z to 5, characterized in that work is carried out on the rising part of the vibration power characteristic of the generator. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: German Patent No. 624o89; French patent no. 742538.