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Mikrowellengenerator zur Erzeugung impulsphasenmodulierter Signale
Die Erfindung betrifft einen Mikrowellengenerator zur Erzeugung impulsphasenmodulierter Signale mittels einer Schwingung, welcher einen selbsterregten Mikrowellenoszillator und einen Modulator ent- hält.
Bei impulsphasenmodulierten Nachrichten-Übertragungssystemen erfolgt die Übertragung der Infor- mationen durch den Abstand des Signals von einem gegebenen synchronisierenden Signal. Die zusätzli- che statistische. Änderung dieses Signalabstandes wirkt sich als Geräusch aus. Die Nachrichtenübertragung erfolgt derart, dass durch die phasenmodulierten Impulse eine Mikrowellen-Trägerwelle in ihrer Ampli- tude moduliert wird. Zur Aussendung gelangt das amplitudenrnodulierte Mikrowellensignal. Die Hüllkur- ve des Mikrowellensignals wird-wie bekannt-durch ein Trapezsignal mit möglichst steiler Vorderflan- ke gebildet. Im Mikrowellensender, in welchem die Amplitudenmodulation der Trägerwelle erfolgt, ent- steht auch ein zusätzliches Geräusch, das sogenannte Sendegeräusch.
Dieses Geräusch entsteht infolge der statistisch schwankenden Phasenabweichungen zwischen den beiden Punkten auf der Hüllkurve des ausge-, sandten Mikrowellensignals und auf der Kurve des modulierenden Signals, deren Amplituden je die Hälf- te der entsprechenden Höchstamplituden betragen.
Zur Erzeugung des amplitudenmodulierten Mikrowellensignals dienen im allgemeinen als Signalgeneratoren Mikrowellentrioden, die als selbsterregte Oszillatoren geschaltet werden. Es ist bekannt, dass die Hüllkurven-Amplitude der Oszillatoren während der Anlaufzeit von der am Gitter der Oszillatorröhre vorhandenen anfänglichen Spannungsamplitude SL abhängig ist. Es kann mit guter Annäherung angenommen werden, dass die Hüllkurve im Laufe der Einschwingung des selbsterregten Oszillators von diesem Anfangswert a. ausgehend exponentiell ansteigt, wobei die Zeitkonstante jeweils den gleichen Wert hat.
Diese Zeitkonstante des Hüllkurvenanstieges wird durch die Oszillatorröhre selbst, durch die Rückkopplung usw. bestimmt und dieser Wert kann annäherungsweise als konstant betrachtet werden. Infolgedessen wird der Abstand T eines Punktes bestimmter Amplitude auf der Hüllkurve von dem Punkt des Erscheinens des modulierenden Signals - wie dies aus der Zeichnung in Fig. 1 ersichtlich ist-grundsätzlich durch die Anfangsamplitude a. des Signals mitbestimmt. Bei einer höheren Anfangsamplitude 80" wird die Zeit T, die von der Einschaltung des Oszillators bis zum Anstieg der Hüllkurvenamplitude auf einen gegebenen Wert notwendig ist, geringer. Bei der Übertragung von phasenmodulierten Signalen erfolgt die Einschaltung des Oszillators beim Ankommen des modulierenden Signals.
Die Lage der Hüllkurve des auszusendenden Mikrowellensignals wird auf Grund der vorbeschriebenen Erörterung durch die im Hohlraum des Oszillators vorhandene Anfangsamplitude a, mitbestimmt.
Falls diese Anfangsamplitude au, dite zur Erregung der Schwingung dient, die Amplitude der im Hohlraum vorhandenen Geräuschspannung ist, so wird sich dieser Wert statistisch ändern. Infolgedessen ändert sich statistisch auch die Lage der Hüllkurve im Vergleich zu dem Signal, d. h. es entsteht ein Sendegeräusch.
Ein bekanntes Verfahren zur Herabsetzung des Sendegeräusches besteht darin, dass indem Hohlraum des Oszillators jeweils ein Mikrowellensignal mit konstanter Amplitude eingeführt wird (Locksender). In diesem Fall hat die Anfangsamplitude a. jeweils denselben Wert und die Einschwingung erfolgt von der
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Amplitude des eingeführten Mikrovellensignals aus.
Durch diese Lösung wird erzielt, dass der Oszillator jeweils von dem Höchstwert jener Schwingung mit der Amplitude \ des Einschwingsignals einschwingt, welche nach dem Ankommen des modulieren- den Signals, d. h. nach dem Einschalten des Oszillators, zuerst erscheint. Infolgedessen kann zwischen dem modulierenden Signal und dem entsprechenden Punkt der Hüllkurve lediglich eine Zeitabweichung, die der Hälfte der Wiederhölungszeit des Einschwingsignals entspricht, auftreten. Mit diesem Verfahren kann aber das Sendegeräusch nur bis zu einem gewissen Pegel herabgesetzt werden, da das Einschwing- signal und das modulierende Signal nicht kohärent sind und sich die Phasendifferenz bei jedem Impuls ändert.
Das Ziel der Erfindung bestehr in der Ausbildung eines Mikrowellengenerators, dessen Sendegeräusch auf einen möglichst geringen Wert herabgesetzt werden kann.
Eine Verminderung des Sendegeräusches erhält man, wenn als Einschwingsignal ein MiJtrowellensi- gnal, welches bei jedem Impuls mit dem modulierenden Impuls in gleicher Phase ist, angewendet wird.
DieEinschwingung des Oszillators wird durch dieses modulierende Signal bzw. durch ein mit diesem Si- gnal gleichphasiges Signal veranlasst ilnd nicht durch das Geräusch oder durch ein nichtkohärentes, von aussen her eingeführtes Mikrowellensignal.
Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgewertet, dass bei nichtlinearen Elementen, z. B. Dioden, bei einer entsprechenden Einstellung des Arbeitspunktes aus dem zu diesem Arbeitspunkt gehörenden steilen Impuls mit entsprechender Anlaufzeit und grosser Amplitude, durch welchen die Diode ins Sättigungsge- biet gesteuert wird, Signale mit äusserst hohem Oberharmonischengehalt gewonnen werden können.
Dementsprechend ist erfindungsgemäss zur Erzeugung eines in starrer Phasenverbindungmit dem Steuer- impuls des Modulators befindlichen Einschwingungssignals der Ausgang des Modulators mit den Klemmen eines im Schwingkreis des selbsterregten Oszillators vorgesehenen nichtlinearen Elementes - z. B. einer Diode - verbunden. Durch das im Oszillatorkreis angeordnete nichtlineare Element entstehen in dem Energiespeicher-Hohlraum zahlreiche. höhere Harmonische, aus welchen durch den Hohlraum die der Hohlraumresonanzfrequenz entsprechende Harmonische, auf welcher auch der Oszillator schwingt, ausgewählt wird. Die Amplitude. a des auf diese Weise gesicherten Anlaufsignals ist lediglich vom Arbeitspunktdesnichtlinearen Elementes und von der Anlaufzeit des das nichtlineare Element steuernden Impulses abhängig. Werden diese Parameter in an sich bekannter Weise, z.
B. mittels entsprechender Stabili- sierungodernegativerRückkopplung usw., konstant gehalten, so kann das Sendegeräusch auf einen geringen Wert herabgesetzt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert, welche eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Mikrowellengenerators zeigt.
Gemäss Fig. 2 ist ein selbsterregter Schwingungserzeuger 3, z. B. eine Mikrowellen-Triode, Tunneldiode usw. innerhalb eines Resonatorhohlraumes 4 angeordnet. Die Rückkopplung wird durch ein Rückkopplungselement 7-in vorliegendem Fall z. B. durch eine Rückkopplungsschleife - und die Energieauskopplung durch ein Element 11 - ebenfalls eine Auskopplungsschleife-gesichert. Dieser Hohlraumresonator 4 enthält darüber hinaus ein nichtlineares Element 2, z. B. eine Siliziumdiode, welche zwischen die Kathode und das Gitter der Mikrowellen-Triode geschaltet ist. Eine mikrowellenmässige Geschlossenheit des Hohlraumresonators 4 wird durch die Tiefpässe 8, 9 und 10 gesichert.
Durch die entsprechende Wahl der Spannung der Vorspannungsbatterie 5, sowie durch die entsprechende Einstellung des Teilungsverhältnisses am Spannungsteiler 6 wird der Arbeitspunkt des nichtlinearen Elementes 2 derart eingestellt, dass der aus dem Impulsgenerator 1 über den Spannungsteiler hindurch ankommende Impuls im Hohlraumes Hohlraumresonators 4 einen Oberharmonischengehalt veranlasst, dessen im Frequenzbereich des Hohlraumes liegende Komponenten bedeutend höhere Energie als diejeni- gen des im Hohlraum vorhandenen Geräusches aufweisen. In diesem Falle schwingtder selbsterregte Oszillator 3 in Phase mit dem modulierenden Signal ein.