DE862625C

DE862625C - Anordnung zur Leistungsregelung des Ausgangssignals eines Ultrahochfrequenzverstaerkers mit einer Wanderfeldroehre

Info

Publication number: DE862625C
Application number: DEL9485A
Authority: DE
Inventors: Pierre Marcel Lapostolle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-08-07
Filing date: 1951-07-05
Publication date: 1953-01-12
Also published as: FR1023060A; CH302757A; NL73932C; GB689226A; US2611832A

Description

Die Erfindung bezieht .sich auf eine Einrichtung zur Amplitudenbegrenzung von Signalen, welche in einem sehr breiten Ultrahochfrequenzband arbeitet.

Ein Zweck der Erfindung ist die Ausbildung eines Begrenzers, welcher von einer oder mehreren Wanderfeldverstärkerröhren Gebrauch macht und unmittelbar mit Ultrahochfrequenz arbeitet, wobei die Verstärkung der Röhre oder Röhren, in Abhängigkeit von der am Ausgang der Einrichtung abgenommenen Ultrahochfrequenzenergie durch Vermittlung eines Kreises gebracht wird, der im folgenden als Rückkopplungsschleife bezeichnet wird; die Einrichtung besitzt besondere Eigenschaften auf Grund einer periodischen Hilfsamplitudenmodulation, welcher das zu begrenzende und dem Eingang der Einrichtung zugeführte Signal, vor seiner Verstärkung durch die Verstärkerröhre oder -röhren unterworfen wird. Die Frequenz dieser Hilf smodulation ist eine Niederfrequenz, die in jedem Falle kleiner ist als die niedrigste Modulationsfrequenz, welche in den zu begrenzenden Signalen auftritt.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Ausbildung eines Begrenzers, der von den Charakteristiken der Elemente dieser Rückkopplungsschleife unabhängig ist.

Es ist zu beachten, daß vorausgesetzt wird, daß die Nutzmodulation der zu verstärkenden Ultrahochfrequenzsignale im allgemeinen eine Frequenzoder Phasenmodulation ist, da wegen der fehlenden Ampiitudenlinearität der Wanderfeldröhren die

Anwendung- der Amplitudenmodulation schwerwiegende Nachteile mit sich bringen würde. -. Die Theorie und der Aufbau der Wanderfeldröhren wurden in. allgemeiner Form von John R. Pierce und Lester M. F i e 1 d beschrieben in der Arbeit »Traveling-wave Tubes« in der Zeitschrift »Proceedings of the Institute of Radio-Engineers«, Vol. 35, S. ioSfL, Februar 1947. Hier ist lediglich darauf hinzuweisen, daß eine derartige Röhre im wesentlichen aus einer Elektronen abgebenden Kathode, einer Anordnung von Elektroden zur Ausbildung eines Elektranenstrahles, die als Elektronenstrahlerzeuger bezeichnet wird und insbesondere eine oder mehrere Beschleunigungselektrodeu umfaßt, die im folgenden als erste, zweite ... Anode bezeichnet werden, ferner aus einer weiidelförmigen Übertragungsleitung, innerhalb welcher der Strahl hindurchgeht und die im folgenden kurz als Wendelleitung bezeichnet wird, und aus einer Auffangelektrode für die Strahlelektronen besteht. Bekanntlich hängt die Verstärkung der Röhre hauptsächlich von den mittleren Potentialen (in bezug auf die Kathode) der Beschleunigungselektroden und der Wendelleitung ab.

Um den Zweck der Erfindung zu erreichen, wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Charakteristiken »Ausgangsleistung — Eingangsleistung« gewisser Typen von Wanderfeldröhren bei verschiedenen Werten der Wendelspannung und bei einer koilstanten Spannung der ersten Anode Maxima von konstantem Wert aufweisen'. Nach dem charakteristischen Verfahren der Erfindung wird nun dem zu begrenzenden Signal, bevor es dem Eingang der Verstärkerröhre zugeführt wird, eine Amplitudenmodulation aufgedrückt und die Wendelspannung selbsttätig auf den Wert geregelt, bei welchem die Ausgangsleistung, die dem Mittelwert der Leistung des so modulierten Eingangssignals entspricht, ein Maximum bei Niederfrequenz ist, wobei die Charakteristiken der veränderten Niederfrequenz- ■ modulation benutzt werden, die am Ausgang der Verstärkerröhre auftritt. Das Verfahren der Erfindung weicht somit von dem bekannten Regelverfahren ab, welches eine Niederfrequenzmodulation benutzt, die in die Verstärkerröhre selbst oder in ihren Ausgangskreis eingeführt wird. Diese

. besondere Anordnung ist nämlich erforderlieh, um eine wirksame Regelung nicht nur hinsichtlich der zufälligen! Änderungen der Speisespannungen der Röhre, sondern auch und besondere hinsichtlich von erheblichen Schwankungen der Leistung des an

: ihrem Eingang zugeführten Signals zu ermöglichen.

Bei anderen Typen von Wanderfeldröhren, 'bei

welchen, die Maxima der Ausgangsleistung für - verschiedene Werte der Wendelspannung und konstante Spannung der ersten Anode keinen konstanten Wert besitzen, kann man Wertepaare »Wendelspannung — Spannung der ersten Anode« finden, bei welchen diese Maxima konstant sind.

Nach dem charakteristischen Verfahren der Erfindung wird in, diesem Falle dann dem zu begreil·- " zenden Signal eine Amplitudenmodulation aufgedrückt, wobei die "Weridelspannung und die Spannung der ersten Anode selbsttätig auf 'die Werte geregelt wird, bei welchen die dem Mittelwert des so modulierten Eingangssignals entsprechende Ausgangsleistung ein Maximum ist. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.

Abb. ι zeigt die Charakteristiken »Ausgangsleistung — Spannung der ersten Anode« einer Wanderfeldröhre bei verschiedenen Werten der Eingangsleistung;

Abb. 2 zeigt die Charakteristiken »Ausgangsleistung — Eingangsleistung« einer Wanderfeldröhre bei verschiedenen Werten der Wendelspannung in dem Falle, wo die Maxima dieser Charakteristiken bei gleicher Spannung der ersten Anode konstant sind;

Abb. 3 zeigt die Charakteristiken »Ausgangsleistung — Eingangslfeistung« einer Wanderfeldröhre, welche konstante Maxima bei verschiedenen Wertepaaren »Wendelspannung — Spannung der ersten Anode« aufweisen;

Abb. 4 zeigt eine bekannte Einrichtung zur Regelung der Leistung einer Wanderfeldröhre;

Abb. 5 zeigt eine Begrenzereinrichtung gemäß der Erfindung;

Abb. 6 zeigt das Einzelschema eines polarisierten Gleichrichters;

Abb. 7 zeigt eine zweistufige Begrenzereinrichtung;

Abb, S: zeigt eine zweistufige Begrenzereinrichtung als Variante der vorhergehenden; :

Abb. 9 zeigt die Charakteristiken »Ausgangsleistung — Eingangsleistung« einer Wanderfeldröhre bei verschiedenen Wertepaaren »Wendelspannung — Spannung der ersten Anode«, unter der Annahme, daß diese Charakteristiken, welche der gleichen Wendelspannung und verschiedenen Spannungen der ersten Anode entsprechen, sich schneiden.

Abb. ι zeigt als Funktion der der ersten Anode einer Wanderfeldröhre zugeführten Spannung V₀ die Werte der Ausgangsleistung dieser Röhre bei verschiedenen Werten der Eingangsleistung und bei konstanter Wendelspannung. Aus dieser Abbildung ergibt sich, daß, wenn man mit der Frequenz /, beispielsweise sinusförmig, die Spannung der ersten Anode verändert, am Ausgang der Röhre ein Signal entnommen wird, welches mit dieser gleichen Frequenz/ um einen gewissen, von* der Leistung des Eingangssignals abhängigen Mittelwert in der Amplitude moduliert ist. Wenn man z. B. die Spannung der ersten Anode um den Wert 50 V sinusförmig mit der Frequenz f verändert, wird die Ausgangsleistung um 13 mW moduliert, wenn die Eingangsleistung 1 mW ist, und um 1,5 mW, wenn die Eingangsleistung 0,1 mW ist.

Abb. 2 zeigt als Funktion der der Wanderfeldröhre zugeführten Eingangsleistung W_e die Leistung W_s, welche am Ausgang bei verschiedenen, zwischen Kathode und Wendel angelegten Potentialdifrerenzen abgenommen wird. Es sei für den Augenblick angenommen, daß die Elektronenoptik

der Röhre so 'beschaffen ist, daß bei beliebiger Potentialdifferenz zwischen Kathode und Wendel der Kathodenstrom und der Strom der Auffangelektrode . konstant . sind. Unter diesen. Umständen zeigen die Kurven 21, 2J, welche verschiedenen Wendelspannungen, z.B. 150Q, 1475, 1450, 1425, 1400, 1375, 1350V, und einer konstanten Spannung der ersten Anode, z. B. 80 V, entsprechen, je ein Maximum, und .diese Maxima sind die

xo gleichen (bei dem dargestellten Beispiel z. B. 100 mW).

Wie ersichtlich, gibt es unabhängig von der dem Röhreneingang zugefiihrten Ultrahochfrequenzleistung eine Wendelspannung, bei welcher die Ausgangsleistung durch ein Maximum hindurchgeht, wenn die Spannung der ersten Anode.konstant gehalten wird.

Beispielsweise geht bei einer Eingangsleistung von ι mW die Ausgangsleistung durch ein Maximum von 100 mW, wenn man zwischen Kathode und Wendel eine Potentialdifferenz von 1500 V anlegt. Wenn, die Eingangsleistung um ± 50% von ι mW abweicht, ändert sich die Ausgangsleistung bei dieser gleichen Wendelspannung nicht mehr als um 3 °/o, und die Änderungen der Ausgangsleistung wären nur 0,03 %, wenn die Eingangsleistung sich um ± 5 % ändern würde.

Aus der Kombination der Abb. 1 und 2 ergibt sich, daß, wenn die Spannung der ersten Anode einer Wanderfeldröhre z. B. sinusförmig geändert wird, bei einem gegebenen Eingangssignal ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches um einen gewissen Mittelwert in der Amplitude moduliert ist, und daß, wenn man dieses in der Amplitude modulierte Signal dem Eingang einer zweiten Wanderfeldröhre zuführt, es für diese zweite Röhre eine Wendelspannung gibt, bei welcher das Ausgangssignal durch ein Maximum geht. Indem man die. Wendelspannung dieser zweiten Röhre in Abhängigkeit von dem Mittelwert des Eingangssignals dieser gleichen Röhre bringt, erhält man eine Begrenzereinrichtung.

Um den Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Einrichtung und einer einfachen Anordnung mit selbsttätiger Verstärkungsregelung hervorzuheben, wie sie bei Ultrahochfrequenz in einfacher Weise verwirklicht werden kann, wird eine Anordnung der letzteren Art an Hand der Abb. 4 beschrieben.

In Abb. 4 ist 400 eine Wanderfeldröhre mit der Kathode 401, Beschleunigungselektroden 402 und 403 des Elektronenstrahlerzeugers, und der Wendelleitung 404. Die zylindrisch-konischen Hohlkörper 405, 406 dienen zur Anpassung der Eingangs- und Ausgangskreise an die Wendelleitung, 407 ist der Schirm, welcher die Elektronen des Strahles nach ihrem Durchgang durch das Innere der Wendelleitung auffängt, 408 und 409 sind koaxiale Leitungen für den Eingang bzw. Ausgang des Signals, 410 und 411 sind leitende Platten, welche die Innenleiter dieser koaxialen Leitungen mit den zylindrisch-konischen Hohlkörpern kapazitiv koppeln. 412 ist die Abschirmung der Röhre, mit welcher die Außenleiter der koaxialen Leitungen 408, 409 verbunden sind, und 413 ist schließlich die Wicklung für die magnetische Bündelung des Strahles.

414 ist eine Wechselstromquelle zur Speisung des Heizfadens, 415 bis 417 sind Batterien zur Speisung der ersten Anode 402 bzw. der zweiten Anode 403 bzw. der Wendelleitung 404 und des Schirmes 407 über die Verbindungen 435 bis 439.

Das Eingangssignal wird der Leitung 408 zugeführt. Ein Bruchteil des verstärkten Signals wird in der Leitung 409 durch die Sonde 452 abgegriffen und durch den Detektor 453 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Gleichspannung wird in dem . Gleichstromverstärker 459 verstärkt und mit einem passenden Vorzeichen zu dem Potential einer der Röhrenelektroden addiert, welche die Verstärkung steuern. Die so gleichgerichtete und verstärkte Spannung kann der Wendelleitung zugeführt werden, und in diesem Falle öffnet man die Verbindung 438 bei 442 und verbindet die Leitung 446 mit den Punkten 443 und 444, wobei die Leitung 445 in W^Tegfall kommt. Dieselbe gleichgerichtete und verstärkte Spannung kann der ersten Anode zugeführt werden, und in diesem Falle öffnet man die Verbindung 436 bei 440, und man verbindet die durch die Leitung 445 verlängerte¹ Leitung 446 mit den Punkten 441 und 442. Zwischen den Punkten 443 und 444 ist dabei keine Verbindung vorhanden.

Betrachtet man z. B. den Fall, wo die gleichgerichtete und verstärkte Spannung der Wendelleitung zugeführt wird, so ist, wie ersichtlich, das beschriebene Regelsystem nichts anderes als eine lineare Abhängigkeitssteuerung. Wenn z. B. die Leistung des Eingangssignals 5 mW und die Wendelspannung 1475 V beträgt, befindet sich der Darstellungspunkt bei A, und das Ausgangssignal hat eine Leistung von 70 mW. Wenn das Eingangssignal zunimmt und z. B. den Wert 8,5 mW erreicht, verschiebt sich der Darstellungspunkt von A nach A' auf der Charakteristik 22. Die Leistung des Ausgangssignals fällt auf 50 mW, während gleichzeitig die Wendelspannung abnimmt.

Der Punkt B, welcher bei der neuen Eingangsleistung 8,5 mW einer Ausgangsleistung von 70mW entspricht, liegt auf der Charakteristik 28 für die Wendelspannung 1455 V. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Charakteristiken der durch die Sonde 452, Detektor 453 und Verstärker 459 gebildeten Rückkopplungsschleife so beschaffen sind, daß, wenn die Ausgangsleistung von 70 mW auf 50 mW abfällt, die Wendelspannung genau von 1475 V auf 1455 V sinkt. Der Arbeitspunkt kehrt dann durch die Wirkung des Regelsystems von A' nach C zwischen A' und B zurück,' wobei der Punkt C einem Ausgangspegel von 60 mW auf der Charakteristik 29 für die Wendelspannung 1465 V entspricht.

Wie ersichtlich, wird, je nachdem ob die Verstärkung des Verstärkers 459 größer oder kleiner ist, die Änderung des Ausgangspegels der Röhre 400 in bezug auf diejenige des Eingangspegels mehr oder weniger herabgesetzt werden, jedoch ändert

sich der Ausgangspegel notwendigerweise mit dem Eingangspegel, da zur Steuerung des Regelsystems eine Fehlerspannung (Spannung zwischen den Ausgangsklemmen des Verstärkers 459) benötigt wird. Der mittlere Ausgangspegel hängt jedoch wesentlich von den Charakteristiken der Sonde452, des Detektors 453 und des Verstärkers 459 ab.

Die t>ei Ultrahochfrequenz benutzten Detektoren besitzen jedoch, wenn sie eine genügende Stabilität zur Verwendung in einer Mischstüfe aufweisen, keineswegs konstante Charakteristiken. Einerseits ändern sich diese Charakteristiken mit der Temperatur und manchmal sogar einfach mit der Zeit. Andererseits ist zwischen mehreren' Detektoren eine sehr beträchtliche Streuung vorhanden. Diese Streuung kann nicht nur den Wirkungsgrad der Detektion beeinflussen, sondern auch durch die bei Ultrahochfrequenz gebildete Impedanz den von der Sonde 452 abgegriffenen Energiebruohteil. Wenn man nicht vorsorglich im Augenblick der Auswechslung eines Detektors eine gewisse Anzahl· von schwierigen Regelungen vornimmt, kann die beschriebene Anordnung am Ausgang Pegel der Ultrahochfrequenzsignale liefern, welche in erheblichen Grenzen, die ohne weiteres 10 db erreichen, schwanken.

Wenn man die Wanderfeldröhre 400 durch eine andere Röhre ersetzt, kommt es ferner häufig vor, daß die Kurvenschar der Charakteristiken nach Abb. 2 nach links oder rechts verschoben wird, wahrend die Maxima der verschiedenen Kurven einen Wert behalten, der bei verschiedenen Röhren gleicher Konstruktion bemerkenswert konstant ist. In Abb. 2 wurde die Verschiebung der Kurvenschar durch eine Verschiebung der Abszissenachse OW_e wiedergegeben, welche dann die Lage O'W'e einnimmt.

Bei der ersten Röhre entspricht der Punkt A

einem Ausgangspegel von 70 mW und einer Wendelspannung von 1475 "V". Die Charakteristiken der Rüokkopplungsschleife sind so beschaffen, daß, wenn der Ausgangspegel auf 50 mW abfällt, die Wendeispannung um 10 V vermindert wird und den Wert 1465 V annimmt. Der Ausgangspegel wird dann- auf 60 mW erhöht.

Bei einer anderen Röhre sind die Kurven z.B. nach links verschoben, d.Jh. daß die Teilung der Achse OWe sich nach rechts verschiebt und nach O'W'e gelangt. Der Darstellungspunkt, welcher einem Signal mit der gleichen Eingangsleistung von 5 mW wie im vorhergehenden Falle und einer gleichen Ausgangsleistung von 70 mW entspricht, befindet sich bei B auf der Charakteristik 28, die einer Wendelspannung von 1455 V entspricht. Wenn die Charakteristiken der Rückkopplungsschleife sich nicht geändert haben, entspricht aber einem Ausgangssignal von 70 mW eine Wendelspannung von 1475 V.

Der Punkt B wird sich somit zu dem Punkt Ä in dem Schnittpunkt der Abszisse 5 mW und der Charakteristik 22 verschieben. Er wird in dem Punkt C mit der Ordinate 60 mW auf der Charakteristik 29 mit der Wendelspannung 1465 V zum Stillstand kommen. Die Regelung, die im vorhergehenden Falle um den Pegel 70 mW stattgefunden hat, wird mit der neuen Röhre um den Pegel 60 mW erfolgen. Die erfindungsgemäße Einrichtung, die nun beschrieben wird, zeigt das wesentliche Merkmal, daß sie einen Ausgangssignalpegel. liefert, der sowohl von 'den Sonden als auch von den Detektoren und den Verstärkern vollkommen unabhängig ist. Eine Änderung der Charakteristiken dieser Letzteren kann höchstens den Regelpunkt der Wendelspannung um das Optimum etwas verändern, die ent' sprechende Änderung des Ausgangspegels ist jedoch ganz zu vernachlässigen.

Abb. 5 zeigt die Begrenzereinrichtung gemäß der Erfindung. Danach sind 500 und 520 zwei Wanderfeldröhren, deren Kathoden mit 501 bzw. 521 bezeichnet sind. 502, 503 bzw. 522, 523 sind die Beschleunigungselektroden der Elektronenstrahlerzeuger, 504 bzw. 524 die durch Wendel gebildeten Leitungen mit langsamer Ausbreitungsgeschwindigkeit. 505 bzw. 525 sind zylindrisch-konische Hohlkörper zur Anpassung der Eingangskreise an die Wendelleitung, und 506 bzw. 526 sind entsprechende Körper für die Anpassung der Ausgangskreise an die Wendelleitung. Schließlich sind 507 bzw. 527 Schirme, welche die Elektronen des Strahles nach ihrem Durchgang durch die Wendelleitung auffangen.

Zur Zuführung und Abführung der Energie dienen die koaxialen Leitungen 508, 509 bzw. 528, 529, deren Außenleiter mit der Abschirmung 512 'bzw. 532 der Röhren verbunden ist und deren Innenleiter durch Platten 510, 511 bzw. 530, 531 abgeschlossen ist, welche mit den zylindrisch-konischen Hohlkörpern kapazitiv gekoppelt sind. 513 und 533 sind die Wicklungen für die Strahlbündelung.

514 ist eine Wechselstromquelle für die Speisung des Heizdrahtes der Röhre 520, während 515, 516, 517 Batterien für die Speisung der ersten Anode 522 bzw. der zweiten Anode 523 bzw. der Wendelleitung 524 und des Schirmes 527 über die Verbindungen 535 bis 539 sind.

534 ist eine Wechselstromquelle für die Speisung des Heizdrahtes der Röhre 500. Die Speisung des Heizdrahtes, der ersten Anode 502, der zweiten Anode 503, der Wendelleitung 504 und des Schirmes 507 erfolgt über die Verbindungen 575 bis 579.

Das Element 550 ist ein Niederfrequenzoszillator, welcher ein Signal mit fester Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise einigen hundert Hertz erzeugt, die kleiner ist als die niedrigste Modulationsfrequenz, welche in den durch die Röhren 500 und 520 verstärkten Signalen auftritt.

Dieses Signal wird über den Transformator 551 der ersten Anode 502 der Wanderfeldröhre 500 zugeführt, welche das durch die koaxiale Eingangsleitung 508 empfangene Ultrahochfrequenzsignal lao verstärkt.

Aus der Charakteristik der Abb. 1 ist ersichtlich, daß, wenn das Potential der Anode 502 sich mit der Frequenz/ ändert, das aus der Röhre 500 über die koaxiale Ausgangsleitung 509 austretende Signal in der Amplitude mit der Frequenz f um die Aus-

gangsleistung W_s moduliert wird, welche der Eingangsleistung We entspricht.

Das Ausgangssignal der Röhre 500 wird dann durch die koaxiale Eingangsleitung 528, welche die Verlängerung der koaxialen Ausgangsleitung 509 bildet, dem Eingang der Röhre 520 zugeführt, die die eigentliche Begrenzerröhre der Einrichtung darstellt.
Aus Abb. 2 ist leicht ersichtlich, daß, wenn die Spannung der Wendel 524 auf das Potential 1475 V festgelegt ist, welches die höchste Ausgangsleistung von 100 mW bei einem Signal mit einer gegebenen mittleren Eingangsleistung von z. B. 2 mW liefert, die Amplitudenmodulation dieses Eingangssignals mit der Frequenz/ zwischen den Geraden201 und

202 eine Amplitudenmodulation des Ausgangssignals mit der Frequenz 2/ zwischen den Geraden

203 und 204 ergibt.

Wenn die Spannung der Wendel· 524 kleiner ist als der vorhergehende Optimalwert und z. B. gleich 1450 V, wird dieselbe Amplitudenmodulation des Eingangssignals eine Amplitudenmodulation des Ausgangssignals zwischen den Geraden 205 und 206 ergeben, welche aus einer Amplitudenmodulation mit der Frequenz 2/ besteht, die einer Amplitudenmodulation mit der Frequenz / in Phase mit der Modulation des Eingangssignals überlagert ist. Wenn die Spannung der Wendel 524 größer ist als der vorhergehende Wert und z. B. gleich 1500 V, wird dieselbe Amplitudenmodulation des Eingangssignals eine Amplitudenmodulation des Ausgangssignals zwischen den Geraden 207 und 208 ergeben, welche aus einer Amplitudenmodulation mit der Frequenz 2/ besteht, die einer Amplitudenmodulation mit der Frequenz / in Phasenopposition mit der Modulation des Eingangssignals überlagert ist.

Ein Bruchteil des Ausgangssignals, welches die Verstärkerröhre 520 durch die koaxiale Ausgangsleitung 529 verläßt, wird durch die Schleife 552 abgegriffen und durchdenDetektor 553gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird in dem selektiven Verstärker 554 verstärkt, der auf die Frequenz/ abgestimmt ist. Auf der Ausgangsleitung 555 dieses Verstärkers steht ein verstärktes Signal mit der Frequenz / zur Verfügung, welches mit dem von dem Oszillator 550 erzeugten Signal in Phase oder in Phasenopposition ist, je nachdem die Spannung der Wendel 524 kleiner oder größer ist als die optimale Spannung (unter Vernachlässigung der geringen Phasenverschiebungen der Übertragung in dem Verstärker 554). Die Signale mit der Frequenz/ am Ausgang des Verstärkers 554 und des Oszillators 550 werden über die Verbindungen 555 bzw. 556 einer Gleichrichterstufe 557 zugeführt, welche auf den Ausgangsverbindungen 558 eine positive Spannung liefert, wenn die beiden Signale in Phase sind, und eine negative Spannung, wenn diese Signale in Phasenopposition sind, und die Spannung Null, wenn das aus dem Verstärker 554 ausgehende Signal Null ist.

Die auf der Ausgangsleitung 558 auftretende Spannung wird in einem Gleichstromverstärker 559 verstärkt, und die von diesem abgehende Spannung wird zwischen den Punkten 543 und 544 zugeführt, d. h. sie dient zur Regelung der Spannung der Wendel 524 der Röhre 520.

Unter der Annahme, daß die Spannung der Wendel 524 kleiner ist als die optimale Spannung, sind die Signale auf den Leitungen 555 und 556 in Phase. Die aus dem Detektor 557 ausgehende Spannung wird positiv sein, die aus dem Verstärker 559 ausgehende Spannung ebenfalls und die Spannung der Wendel wird bis zu ihrem optimalen Wert ansteigen.

Unter der Annahme, daß die Spannung der Wendel 524 größer ist als die optimale Spannung, sind die Signale auf 555 und 556 in Phasenopposition, Die aus 557 abgehende Spannung ist dann negativ, die aus 559 ausgehende Spannung ebenfalls, und die Spannung der Wendel wird bis auf ihren optimalen Wert abfallen.

Die Regelung erfolgt somit auf die optimale Spannung, und der Ausgangspegel ist völlig unabhängig von den Charakteristiken der Sonde 552, des Detektors 553 und von 'der Stabilität der Verstärker 554 und 559. Außerdem kann die Sonde 552 in der einfachen Weise ausgebildet werden, wie sie in Abb. 5 dargestellt ist. Es ist allerdings angebracht, die Kopplung der Sonde 552 und die Anpassung des Detektors 553 in einem möglichst breiten Band vorzusehen, damit ihre Charakteristiken in dem Verwendungsband sich wenig ändern. Ebenso kommt es darauf an, daß die Ausgangsleitung 529 eine Belastung oder eine Antenne speist, die annähernd angepaßt ist, so daß sie nicht der Sitz von stationären Wellen wird. Diese Bedingungen sind jedoch in keiner Weise zwingend, wie sie es bei der Anordnung der Abb. 4 wären, wo die Sonde 452 unbedingt eine solche mit Richtkopplung sein müßte, insbesondere wenn die Leitung 409 nicht angepaßt wäre. Bei der Begrenzereinrichtung gemäß der Erfindung ist eine Sonde dieser Art nicht erforderlich.

Einrichtungen, wie z. B. 557, welche es ermöglichen, aus einem Wechselstromsignal mit einer gegebenen Frequenz ein Gleichstromsignal von gleicher Amplitude zu erhalten, dessen Polarität positiv oder negativ ist, je nachdem dieses Wechselstromsignal mit einem Bezugssignal von gleicher Frequenz in Phase oder in Phasenopposition ist, sind an sich bekannt. Zur Vervollständigung der no Beschreibung ist in Abb. 6 eine solche Einrichtung dargestellt.

Nach dieser Abbildung wird das Signal, dessen Phase zu dem Bezugssignal festgestellt werden soll, durch die Verbindungen 555 der Primärwicklung des Transformators 601 zugeführt, welcher eine Sekundärwicklung mit MittelabgrifT besitzt. Die Spannung jeder Halbwicklung der Sekundärwicklung wird in einer Diode 602 bzw. 603 gleichgerichtet, danach einem Widerstand 604 bzw. 605 zugeführt und durch einen Kondensator 606 bzw. 607 gefiltert. Die Dioden 602 und 603, die Widerstände 604 und 605 sowie die Kondensatoren 606 und 607 sind jeweils einander gleich.

Das Signal, dessen Phase als Bezugsgröße dient, wird durch die Verbindungen 556 der Primär-

wicklung eines Transformators 608 zugeführt, dessenSekundärwicklung zwischen dem gemeinsamen Punkt 609 der Widerstände 604/605 und der Kondensatoren 606, 607 und dem Mittelpunkt 610 der Sekundärwicklung des Transformators 601 eingeschaltet ist. Unter diesen Umständen wird an den ^: Klemmen der Ausgangsleitung 558 eine Gleichspannung abgenommen, die annähernd proportional zu der Amplitude des- bei 556 zugeführten Signals ist und deren.Polarität das vorgesehene Vorzeichen besitzt.

Man kann mit der Anordnung der Abb. 5 nach dem beschriebenen Beispiel einen Ausgangspegel erzielen, der bis auf 0,03% konstant ist, wenn der Eingangspegel einer Schwankung von etwa 5 °/o unterliegt.■_ Die im Zusammenhang mit Abb. 7 beschriebene Anordnung ermöglicht es, den Änderungsbereich des Eingangssignals bis auf etwa 50 ^Q/o" .auszudehnen. Diese Anordnung kennzeichnet sich durch eine Kaskadenschaltung von 2 Anordnungen der.Bauart nach Abb. 5. - ■ Das Element 750 ist ein Niederfrequenzoszillator, welcher ein Signal mit der festen Frequenz/ erzeugt. Über den Transformator 751 wird dieses Signal der ersten Anode 702 der Modulationswanderfeldröhre 700 zugeführt, welche das durch die koaxiale .Eingangsleitung 708 empfangene Ultrahochfrequenzsignal verstärkt.

Das die Röhre 700 durch die koaxiale Ausgangsleitung 709: verlassende Signal ist in der Amplitude mit der Frequenz/ moduliert. Dieses Signal wird ;. dann .durch die koaxiale Eingangsleitung 728, welche eine Verlängerung der Leitung 709 bildet, dem Eingang der Röhre 720 zugeführt. . Ein .Bruchteil des Ausgangssignals, welches die Verstärkerröhre 720 durch die koaxiale Ausgangslei.tung 729 verläßt, wird durch die Schleife 752 abgegriffen, durch den Detektor.753 gleichgerichtet, in dem selektiven, auf die Frequenz / abgestimmten Verstärker. 754 verstärkt und dem polarisierten Detektor 757 zugeführt, welcher auch das von dem --- Oszillator 750 abgegebene Bezugssignal empfängt. Das' Ausgangssignal von 757 wird durch den Gleichstromverstärker 759'verstärkt-und zwischen der Wendel· .724 und der Hochspannung 744 zugeführt. '

Das Element 780 ist ein zweiter Niederfrequenzoszillätor, welcher ein Signal mit der festen Frequenz /' erzeugt, die von /verschieden ist. Über den Transformator 781 wird dieses Signal der ersten Anode 722 der Wanderfeldröhre 720 zugeführt. Das ^: aus der Röhre 720· durch die koaxiale Ausgangsleitung 729 abgehende Signal wird der Röhre 790 durch,die Eingängsleitung 798 zugeführt, welche eine Verlängerung der Leitung 729 bildet.

..Ein Bruchteil- des Ausgangssignals, welches die

- Verstärkerröhre 790 durch die koaxiale Ausgangsleitung 799 verläßt, wird durch die Schleife 762 abgegriffen,· durch den- Detektor 763 gleichgerichtet, in dem selektiven Verstärker 764, der auf die Frequenz /' abgestimmt ist, verstärkt und dem polari-

- sierten Detektor 767" zugeführt, welcher auch das von dem Oszillator 780 abgegebene* Bezugssignal empfängt. Das Ausgangssignal von y6y wird durch den Gleichstromverstärker 769 verstärkt und zwisehen der. Wendel 794, der Wanderfeldröhre 790 und der Hochspannung 744 zugeführt.

Abb. 8 zeigt eine Anordnung, welche der Abb. 7 entspricht, wobei jedoch der Oszillator 780 mit der Frequenz /' weggelassen ist und als Modulationsfrequenz für die zweite Röhre 720 unmittelbar die Harmonische mit der" Frequenz 2 / benutzt wird, welche in der ersten Röhre 700 entsteht.

Der Oszillator 750 erzeugt dann, gleichzeitig die Frequenzen / Und 2/, welche durch die Filter 748 bzw. 749 gefiltert werden, von denen der erste auf die Frequenz / und der zweite auf die Frequenz 2 / abgestimmt ist. Die Bezugszeichen der Abb. 8 bezeichnen dieselben Elemente wie in Abb. 7, jedoch ist der selektive Verstärker 764 auf die Frequenz 2 / anstatt auf die Frequenz /' abgestimmt,. und der polarisierte Detektor 767 empfängt als Bezugsfrequenz die von 'dem Filter 749 abgehende Frequenz 2 /, anstatt der Frequenz /'.

Bisher wurde angenommen, daß die charakteristisehen Kurven der Abb. 2 bei konstanter Spannung der ersten Anode Maxima mit gleicher Ordinate aufweisen. Es kann jedoch, wie in Abb, 3 gezeigt, eintreten, daß die konstante Ordinate des Maximums nicht mehr bei verschiedenen Werten der Wendelspannung erhalten wird (bei konstant gehaltener Spannung der ersten Anode), sondern bei Wertepaaren »Wendelspannung — Spannung der ersten Anode«, ja sogar bei. Wertegruppen »Wendelspannung — Spannung der ersten Anode — Spannung der zweiten Anode«.

Beispielsweise entspricht in Abb. 3 die Kurve 31 einer Wendelspannung 1500 V und einer Spannung an der ersten Anode von 80 V, die Kurve 32 einer Wendelspannung von 1450 V und einer Spannung an der ersten Anode von 70 V, die Kurve 33 einer Wendelspannung von 1400 V und einer Spannung an der ersten Anode von 60 V.

Es ist daher nicht mehr möglich, nur den Wert der Wendelspannung zu ändern, um die Ausgangsleistung W_s auf. ein Maximum zu regeln, welches dem Mittelwert der in der Amplitude modulierten Eingangsleistung W_e entspricht. Vielmehr muß man gleichzeitig die Spannung der ersten Anode verändern. Zu diesem Zweck besitzt der Gleichstromverstärker 559 der Abb. 5 zwei Ausgänge, welche proportionale Gleichspannungen liefern. Es wird der Umstand ausgenutzt, daß: beim Übergang von der Kurve 31 auf die Kurve 32 der Abb. 3 die Wendelspannung sich um —50 V und die Spannung der ersten Anode um —10 V bei diesem Beispiel ändert. Man braucht daher nur an einem Potentiometer, an dessen Klemmen die Korrektions wendelspannung zugeführt wird, eine Spannung abzugreifen, die dieser Spannung proportional und einem Fünftel ihres Wertes gleich ist, um die Korrektionsspannung der ersten Anode zu erhalten.

In Abb. 3 wurde angenommen, daß die charakteristischen Kurven, welche einer konstanten Wendelspannung und abnehmenden Spannungen der ersten Anode entsprechen, annähernd parallele Kurven

sind, die sich nicht schneiden, wie z. B. die Kurve 31 (Wendelspannung 1500 V, Spannung der ersten Anode 80 V), Kurve 34 (Wendelspannung 1500 V, Spannung der ersten Anode 70 V), Kurve 35 (Wendelspannung 1500 V, Spannung der ersten Anode 60 V) usw. Daraus folgt, daß bei konstanter Eingangsleistung W_e die Ausgangsleistung immer eine zunehmende Funktion der Spannung der ersten Anode ist.

Es kann jedoch bei gewissen Röhren eintreten, daß die Charakteristiken, welche der gleichen Wendelspannung und verschiedenen Spannungen der ersten Anode entsprechen, sich schneiden (Abb. 9). Kurve 91 Wendelspannung 1500 V, Spannung der ersten Anode 80 V, Kurve 92 Wendelspannung 1500 V, Spannung der ersten Anode 70 V, Kurve 93 Wendelspannung 1450 V, Spannung der ersten Anode 80 V, Kurve 94 Wendelspannung 1450 V, Spannung der ersten Anode 70 V.

Die Begrenzereinrichtung der Abb. 5 kann dann vereinfacht werden und nur noch eine einzige Röhre enthalten, nämlich die Begrenzerröhre 520. Die Ausgangsspannung des Oszillators 550 wird nicht mehr auf die erste Anode 502 gegeben, sondern auf die erste Anode 522. Zu diesem Zweck wird die Verbindung 576 unterbrochen und die Verbindung 536 nicht direkt mit der Batterie, sondern mit der Sekundärwicklung des Transformators 551 verbunden (gestrichelte Verbindung 536'). Im übrigen kommt die Röhre 500 in Wegfall, und das Eingangssignal wird direkt an der Leitung 528 zugeführt.

Es sei angenommen, daß bei einer Wendelspannung von 1450 V die Spannung der ersten Anode sich mit der Frequenz / zwischen 70 und 80 V andere. Die Leistung des Ausgangssignals wird mit der Frequenz / moduliert, und «eine Amplitude liegt zwischen den Geraden 901 und 902. Diese Modulation ist in Phase mit der Modulation der Spannung der ersten Anode. Wenn diese letztere Spannung ihren maximalen Wert von 80 V erreicht, befindet sich nämlich der Darstellungspunkt bei einem Eingangssignal mit der Leistung W_e bei 95, wo die Leistung des Ausgaagssignals ihren Höchstwert erreicht.

Es sei jetzt angenommen, daß bei einer Wendelspannung von 1500 V die Spannung der ersten Anode sich mit der Frequenz / zwischen 70 und 80 V andere. Die Leistung des Ausgangssignals wird mit der Frequenz / moduliert, und seine Amplitude liegt zwischen den Geraden 903 und 904. Diese Modulation ist in Phasenopposition zu der Modulation der Spannung der ersten Anode. Wenn diese letzte Spannung nämlich ihren Höchstwert von 80 V erreicht, befindet sich der Darstellungspunkt bei einem Eingangssignal von gleicher Leistung IV,, wie im vorhergehenden Falle bei 96, wo die Leistung des Ausgangssignals ihren kleinsten Wert erreicht.

Im ersten Falle wird die Wendelspannung zunehmen, im zweiten Falle jedoch abnehmen. Diese Spannung stellt sich auf den Wert, z. B. 1475 V, ein, bei welchem der Schnittpunkt der Kurven 97 und 98, welche der gleichen Wendelspannung von V und Spannungen der ersten Anode von 80 bzw. 70 V entsprechen, auf der Geraden 99 mit der Abszisse W_e liegt.

Die Erfindung ist auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, .sie kann vielmehr bei jedem Verstärkersystem Anwendung finden, welches Wanderfeldröhren benutzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Leistungsregelung des Ausgangssignals eines Ultrahochfrequenzverstärkers mit einer Wanderfeldröhre, bei welcher die Ausgangsleistung mit Hilfe einer der Verzögerungsleitung der Röhre zugeführten Regelspannung unabhängig von der Leistung des dem Verstärkereingang zugeführten Signals auf ihrem Höchstwert gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung eine gleichgerichtete Spannung ist, welche aus dem Vergleich der Phasen einer dem zu verstärkenden Signal vor seinem Eintritt in die Röhre aufgedrückten Niederfrequenzmodulation und der resultierenden Modulation des am Röhrenausgang abgenommenen verstärkten Signals abgeleitet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhergehende Amplitudenmodulation der Signale mit Hilfe einer Wanderfeldröhre ausgeführt wird, deren Verstärkung unter der Einwirkung einer Modulations spannung, die einer Elektrode des Elektronenstrahlerzeuger zugeführt wird, veränderlich ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die aufeinanderfolgende Anwendung von zwei Modulations- und Begrenzungsstufen, wobei jede Modulation mit einer abweichenden Frequenz erfolgt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Modulations- und Begrenzungsstufe verwendete Modulationsfrequenz doppelt so groß ist wie die in der ersten Stufe verwendete Frequenz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1 5615 12.52