Verstärkeranlage mit Elektronenröhren.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranla ge mit Llektronenröhren zur Speisung von zwei oder mehr Verbrauchern, wie z. B. Antennen, mit Strömen verschiedener relativer Phasenlage.
Bei gerichteten Antennenanlagen, in denen zwei oder mehr Antennen mit Strömen versehiedener relativer Phasenlage gespeist wer derl, ist es gewöhnlich von Wichtigkeit, dass die Grösse und Phasenlage der Ströme sich gegenseitig infolge von Änderungen der Verstärkercharakteristik nicht ändern.
Diese Bedingungen sind insbesondere bei Anlagen für die Navigation von Flugzeugen und Schiffen von Bedeutung, in welchen zwei sich überlappende Felstärke-Diagramme verwendet werden, die auf geeignete rhythmische Weise derart ausgestrahlt werden, dass auf beiden Seiten der den Sehnittpunkt der beiden Diagramme und das Zentrum der Antennen anlage verbindenden Linie ein verschiedenes und leicht zu unterscheidendes Signal ausgestrahlt wird, während auf der Schnittlinie ein I) auersignal erhalten wird.
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das eine Diagramm jeweils während der Zeitdauer ein es Striches und das andere Diagramm wähI end eines Punktintervalles ausgestrahlt wird, wobei die beiden Ausstrahlungen sieh gegenseitig ablösen.
Es ist unter diesen ITmständen zu empfehlen, dass sämtliche Antennen durch die glei che Verstärkeranlage gespeist werden, um jegliche Phasen- oder Amplitudendifferenz zu vermeiden, die bei Verwendung versehiedener Verstärker zwischen den Antennen auftreten könnte. In vielen Fällen ist dies möglich, aber in einigen Anwendungen war es bisher nicht zu vermeiden, getrennte Ver stärker zu verwenden, wobei dann die oben erwähnten Schwierigkeiten auftraten. Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun die Schaffung einer Anlage, in welcher die Verbraueher, z. B.
Antennen, durch den gleieben Verstärker gespeist werden, wodurch gewisse, durch die Änderung der Röhrenver- stärkerfaktoren des Verstärkers, durch Variationen der Steuergittervorspannungen und durch Sehwankungen der Anodenhoehspannungsspeisung auftretende Störe-ffekte unterdrückt werden.
Eine Verstärkeranlage mit Elektronenröhren zur Speisung mindestens zweier Ver brauelier gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeiehnet, dass zwei Verstärkeranordnungen vorgesehen sind, denen ein Signal ans der gleichen Quelle gleichphasig und gleichzeitig gegenphasig zugeführt wird, wobei eine Phasenversehiebung zwischen den gleichphasig und gegenphasig angelegten Sigiialspannungen besteht und dass die Verbraueherkreise derart mit den Ausgangskrd- sen der beiden Verstärkeranordnungen gekoppelt sind, dass die den gleichphasigen und gegenphasigen Signalspannungen entspreehenden Ausgangsleistungen die genannten Ver braucher getrennt speisen,
wobei der Phasen untersehied zwischen den gleichphasig und gegenphasig angelegten Signalspannungen erhalten bleibt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Verstärkeranlage gemäss der vorliegenden Erfindung, wie sie bei einem Leitstrahlsystem verwendet wird, um drei Antennen mit verschiedener relativer Phasenlage und Amplitude zu speisen, wobei die Phasen zweier Antennen um 1800 verschoben sind.
Fig. 2 zeigt die Wellenform der in den Endverstärkerstufen auftretenden Spannungen.
In Fig. 1 bezeichnen A und B Verstärkerröhren mit Gittereingangs- und Anodenausgangskreisen in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz, wobei die Röhrenkreise derart angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig nur in geringfügiger Weise beeinflussen. Die Speisequellen für Kathode, Gitter und Anode sind nicht dargestellt, da diese für die vorliegende Erfindung keine Bedeutung haben und auf jegliche bekannte Weise verwirklicht werden können. Die Gittereingangskreise der drei Röhren X, 7 und Z sind parallel ge schaltet und werden, wie dargestellt, aus einer gemeinsamen Hoehfrequenzquelle gespeist.
Ein Phasenschiebungs-Netzwerk K ist im Gitterkreis der Röhre Z eingefügt, so dass die Phase der an ihrem Gitter angelegten Spannimg, bezogen auf die den Röhren X und Y zugeführte Schwingung, auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.
Es kann nur eine Röhre X bzw. Y gleichzeitig arbeiten, da die Gitter dieser Röhren abwechselnd über eine bei CKS angelegte Tastanlage mit einer Quelle hoher negativer Spannung verbanden sind, die vorzugsweise eine Komplementärtastung mit augenbliek- licher Umschalftrng bewirkt. Wenn also die Röhre X während einer Strichperiode ver stärkt, ist 7 blockiert, während in der folgenden Punktperiode Y verstärkt und die Röhre X blockiert ist.
Die Ausgangskreise der Röhren X und Y sind in Gegentakt geschaltet; sie bestehen aus den Spulen Li und Kapazitä- ten Ci, wobei die Mittelanzapfung der letzteren an die Kathoden der Röhren zllrüekge- führt wird, und die Spulen Li derart geschaltet sind, dass sie die Röhren Ä und B durch die zwischen den Spulen Li und Lo auftretende Kopplung in Gegentakt steuern.
Während die Röhren A und B in Gegentaktsehaltung erregt werden, erhalten sie bei der gleichen Frequenz und gleichzeitig durch die Röhre Z eine Gleiehtaktspeisung iiber ihren Ausgangskreis L2, C2. Die Phasendifferenz zwischen der Gleicht akt- und der Gegentaktspeisung wird durch das Netzwerk IC bestimmt. Die Röhren A und B erhalten auf diese Weise am Gitter eine der Vektoren- summe der Gegentakt- und Gleichtaktspannungen entsprechende resultierende Spannung und verstärken dieselbe zu entspreehenden Spannzungen in den Ausgangskreisen C4Ä.
L4A und C4B und L4B Die Ankopplung der durch die Kapazitäten CO abgestimmten Spulen Ls und der durch die Kapazität C6 abgestimmten Spulen L6 ist derart, dass die an die beiden Antennen P und Q gespeisten Ströme gegeneinander eine Phasendrehung von 1800 aufweisen, während der an die Antenne C gespeiste Strom um einen durch K herbeigeführten Betrag der Phasendrehung von dem an eine Antenne P bzw. Q gespeisten Strom und um 1800 minus diese Phasendrehung gegen die andere Antenne Q bzw. P verschoben ist.
Auf diese Weise wird die allen Antennen gespeiste Leistung von der gleichen Verstärkeranlage (das heisst von A und B) geliefert, so dass jede Änderung der Anodenspannung oder Änderungen der Röhrenkonstanten alle Antennen gleichmässig beeinflussen und daher keine relative Verschiebung der ausgestrahl- ten Feldstärkediagramme, sondern lediglich eine unerhebliche Intensitätsänderung verursachen. Die Verstärkerröhren X, 7 und Z, A und B können auf beliebige Art und Weise betrieben werden, z. B. als C-Verstärker, da Schwankungen der Gittersteuerung den Ausgang nicht beeinflussen. Aus dem gleichen Grund verursacht eine Schwankung in Z keinerlei Änderung der relativen Ausgänge.
Die Röhren X, Y und Z werden vorzugsweise von der gel eichen Anodenspannungsquelle gespeist, so dass Schwankungen auf ein Mindest oaass herabgesetzt werden. Wenn die Röhren in t- oder B-Sehaltung arbeiten, kann, wenn gewünscht, der hochfrequente Eingang mo luliert, und bei der bevorzugten C-Verstärkung können die Röhren 1 und B anoden onoduliert werden.
Ausser den automatisch herbeigeführten relativen Phasenverschiebungen zwischen den Antennen P, Q und C kön nen, wenn gewünscht, weitere Phasenversehie- bungen durch eine Längenänderung der die Antennen speisenden Übertragungsleitungen oder durch die Einschaltung von Phasenschiebungsnetzwerken in der Speisung der ge onsinten Antennen in an sieh bekannter Weise hervorgerufen werden.
In Fig. 2 sind die Amplituden als Ordi- naten über der Zeitachse aufgetragen. Die in den Gitterkreisen der Röhren d und B induzierten Gegentaktspannungen sind mit A' bzw. B' bezeichnet, während die den Röhren A und B gleichzeitig und gleichphasig zugeführte Spannung mit AB' bezeichnet ist. Diese Spannung Ab' hat die gleiche Amplitude wie die Gegentaktspannungen und weist im angenommenen Falle gegenüber diesen eine Phasenverschiebung von + 900 bzw. 900 auf. Die an den Gittern der Röhren A und B angelegten Spannungen sind als die resultierenden Spannungen Ares bzw.
Bres von A' und B' mit AB' in ausgezogenen bzw. punktierten Linien dargestellt; die Anodenspannungen in den Ausgangskreisen L1A, C4A, L4B, C4B verlaufen wie Ares bzw.
Bres. lSs ist leicht ersichtlich, dass diese durch die Überlagerung von zwei Spannungen in Gegentakt und Gleichtakt mit der obengemannten Phasenverschiebung aufgebauten Spannungen Ares bzw. Brs, nach der Verstärkung, durch die Verwendung von Gegentaktund Gleichtaktkreisen in den Ausgangskreisen der Röhren 1 und B wiederum getrennt werden können.
Die Ausgangsspannungen der Röhren A und B müssen den Eingangsspannungen entsprechen, damit die Resultierenden in ihre Komponenten zerlegt werden können. Die Ausgangsspannungen entsprechen den Eingangsspannungen, wenn die Röhren A und B in Ä- oder B-Sehaltung arbeiten. Bei C-Verstärkung wird sogar eine stark verzerrte Ein gangsspannung im Ausgang eine sinusförmige Spannung liefern, so dass diese Art Verstärker nur dann verwendet wird, wenn die Gittereingangsspannungen in dieser Anordnung durchgehend Sinusform aufweisen, in welehem Falle auch durch diese Verstärkungsart Ausgangsspannungen erhalten werden, welche den Gitterspannungen folgen.
Im besonders betrachteten Fall einer in IC (Fig. 1) hervorgerufenen Phasensverschiebung von 900 ist es möglich, eine Antennenanlage in geeigneter Weise für die Verwendung in Navigations- oder Leitstrahlanlagen zu speisen.
Eine zentrale Antenne wird hierbei mit einem Strom konstanter Grösse gespeist und zwei äussere Antennen werden mit -90 und + 90 gegen die zentrale Antenne phasenversehobenen Strömen gespeist, wobei die Phasen der äussern Ströme augenblicklich noll 1800 verschoben werden können, um die gewünschte Änderung des Felddiagrammes zu verhalten.
Die relative Grösse der Ströme kann durch die Regelung der Kopplung zwischen L5 und L4 bzw. L6 und L4 geändert werden.
Wenn die in Gleiehtakt und in Gegentakt geschalteten Kreise wie beschrieben angeord- net sind, findet keine gegenseitige Beeinflus- sung statt, da die durch die benachbarte Gegentaktspule (z. B. L1 oben) in einer Parallelspule (z. B. L2 oben) induzierte Spannung durch eine Gleiche in der untern L2- Spule induzierte Spannung kompensiert wird, während eine Beeinflussung im Gegensinne sieh auf ähnliche Weise anfhebt.
Die obenstehende Beschreibung erklärte den Fall einer Antennenanlage, bei der Mo- mentantastung erforderlich ist. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die beschriebene Anordnung in gleicher Weise auf Anlagen angewendet werden kann, bei denen eine konstante Strahlung stattfindet und mindestens zwei Antennen auf diese Weise gespeist werden.
Eine der Röhren X oder Y kann dann wegge lassen werden. Wenn beispielsweise zwei Antennen vorhanden sind, so wird eine durch die Gleiehtaktspulen Lg und die andere durch die Gegentaktspulen L5 gespeist, in welchem Falle die Kapazität Cs nicht geteilt zu werden braucht. Für drei Antennen kann die beschriebene Schaltung dann verwendet werden, wenn zwei der Antennen um 1800 phasenverschoben gespeist, oder wenn, wie bereits erwähnt, Anpassungsnetzwerke oder -leitungen eingeführt werden. Vier Antennen können in ähnlicher Weise beispielsweise in Paaren gespeist werden, wobei die Spulen L5 das eine Paar und die Spulen Lg das andere Paar speisen.
Wenn gewünscht, können ähnliche Tastanordnungen für die Gleichtaktsp eisung vorgesehen werden. In diesem Falle könnte ein geteilter Speisekreis vorgesehen und zwei Röhren, statt der einen Röhre Z, mit einer wie für die Röhren X und Y beschriebenen Tastanordnimg verwendet werden. Die gleichtakt- und gegentaktspeisenden Tastkreise können dann gleichzeitig angewendet werden.
Obwohl das Phasensehiebungsnctzwerk K im Gitterkreis der Röhre Z dargestellt ulrde, kann es ebensogut im Anodenkreis derselben geschaltet werden. Es ist ein weiterer Vorteil der Schaltung, dass eine Phasendrehnng der Antennenströme in Stromkreisen kleiner Leistung hervorgerufen werden kann, wodurch eine Steuerung leicht durchzuführen ist.
Obwohl in der Beschreibung durchgehend angenommen wurde, dass die Ausgangsleistung als Speisung für eine Antennenanlage zu verwenden sei, soll dies keine Beschrän- kung der Erfindung darstellen, da eine beliebige Verbrauchereinrichtung vorgesehen werden kann. Die Erfindung kann ausserdem bei Schaltungen angewendet werden, die andere Frequenzen als Hochfrequenz verwen- den.
Amplifier system with electron tubes.
The present invention relates to an amplifier system with Llektronenröhren for feeding two or more consumers, such as. B. antennas, with currents of different relative phase positions.
In directional antenna systems in which two or more antennas are fed with currents with different relative phase positions, it is usually important that the size and phase position of the currents do not change as a result of changes in the amplifier characteristics.
These conditions are particularly important in systems for the navigation of aircraft and ships, in which two overlapping field thickness diagrams are used, which are broadcast in a suitable rhythmic manner in such a way that the intersection of the two diagrams and the center of the The line connecting the antenna system emits a different and easily distinguishable signal, while an external signal is received on the intersection line.
This is achieved, for example, in that one diagram is broadcast during the duration of a line and the other diagram during a dot interval, the two broadcasts replacing one another.
Under these circumstances, it is recommended that all antennas are fed by the same amplifier system in order to avoid any phase or amplitude difference that could occur between the antennas when using different amplifiers. In many cases this is possible, but in some applications it has heretofore been inevitable to use separate amplifiers, in which case the difficulties mentioned above occurred. The aim of the present invention is to create a system in which the consumers, e.g. B.
Antennas that are fed by the same amplifier, which suppresses certain interfering effects caused by changes in the amplifier's tube amplification factors, variations in the control grid bias and visual fluctuations in the anode high voltage feed.
An amplifier system with electron tubes for feeding at least two Ver brauelier according to the present invention is characterized in that two amplifier arrangements are provided to which a signal to the same source is supplied in phase and simultaneously in antiphase, with a phase shift between the in phase and antiphase applied signal voltages and that the consumer circuits are coupled to the output cards of the two amplifier arrangements in such a way that the output powers corresponding to the in-phase and anti-phase signal voltages feed the said consumers separately,
the phase difference between the in-phase and anti-phase applied signal voltages is retained.
1 shows an example of an amplifier system according to the present invention as it is used in a beacon system to feed three antennas with different relative phase positions and amplitudes, the phases of two antennas being shifted by 1800.
Fig. 2 shows the waveform of the voltages occurring in the final amplifier stages.
In Fig. 1, A and B denote amplifier tubes with grid input and anode output circuits in resonance with the operating frequency, the tube circuits being arranged in such a way that they only slightly influence each other. The supply sources for the cathode, grid and anode are not shown since they are of no importance for the present invention and can be implemented in any known manner. The grid input circuits of the three tubes X, 7 and Z are connected in parallel and are, as shown, fed from a common high frequency source.
A phase shift network K is inserted in the grid circle of the tube Z, so that the phase of the voltage applied to its grid, based on the vibration supplied to the tubes X and Y, can be set to the desired value.
Only one X or Y tube can work at the same time, as the grids of these tubes are alternately connected to a source of high negative voltage via a key system applied at CKS, which preferably effects complementary keying with an instantaneous switchover. So if the tube X strengthens ver during one line period, 7 is blocked, while in the following dot period Y is amplified and the tube X is blocked.
The output circuits of tubes X and Y are connected in push-pull; they consist of the coils Li and capacitances Ci, the center tap of the latter being led back to the cathodes of the tubes, and the coils Li being connected in such a way that they pass the tubes A and B through the between the coils Li and Lo Control occurring coupling in push-pull.
While the tubes A and B are energized in a push-pull circuit, they are fed with the same frequency and at the same time through the tube Z via their output circuit L2, C2. The phase difference between the common mode and the differential mode feed is determined by the network IC. In this way, the tubes A and B receive a voltage corresponding to the vector sum of the differential mode and common mode voltages on the grid and amplify the same to corresponding voltage tongues in the output circuits C4A.
L4A and C4B and L4B The coupling of the coils Ls tuned by the capacitors CO and the coils L6 tuned by the capacitance C6 is such that the currents fed to the two antennas P and Q have a phase shift of 1800 with respect to one another, while the one to the antenna C fed current is shifted by an amount of phase rotation brought about by K from the current fed to an antenna P or Q and shifted by 1800 minus this phase rotation relative to the other antenna Q or P, respectively.
In this way, the power fed to all antennas is supplied by the same amplifier system (i.e. from A and B), so that any change in the anode voltage or changes in the tube constants affect all antennas equally and therefore no relative shift in the radiated field strength diagrams, but only cause an insignificant change in intensity. The amplifier tubes X, 7 and Z, A and B can be operated in any manner, e.g. B. as a C amplifier, since fluctuations in the grid control do not affect the output. For the same reason, a variation in Z does not cause any change in the relative outputs.
The tubes X, Y and Z are preferably fed by the same anode voltage source, so that fluctuations are reduced to a minimum or the like. If the tubes are operating in the T or B position, the high frequency input can be modulated, if desired, and with the preferred C gain, the tubes 1 and B can be anodes on.
In addition to the automatically induced relative phase shifts between antennas P, Q and C, further phase shifts can, if desired, be made by changing the length of the transmission lines feeding the antennas or by switching on phase shifting networks in the feeding of the ge onsinten antennas in a manner known per se be evoked.
In FIG. 2, the amplitudes are plotted as ordinates over the time axis. The push-pull voltages induced in the grid circles of tubes d and B are designated A 'and B', respectively, while the voltage supplied to tubes A and B simultaneously and in phase is designated AB '. This voltage Ab 'has the same amplitude as the push-pull voltages and, in the assumed case, has a phase shift of + 900 or 900 with respect to them. The voltages applied to the grids of tubes A and B are expressed as the resulting voltages Ares and
Bres represented by A 'and B' with AB 'in solid or dotted lines; the anode voltages in the output circuits L1A, C4A, L4B, C4B run like Ares resp.
Bres. It is easy to see that these voltages Ares and Brs, built up by the superposition of two voltages in push-pull and common mode with the above mentioned phase shift, can be separated again after amplification by using push-pull and common mode circuits in the output circuits of tubes 1 and B. .
The output voltages of tubes A and B must correspond to the input voltages so that the resultants can be broken down into their components. The output voltages correspond to the input voltages when tubes A and B operate in the Ä or B position. In the case of C amplification, even a strongly distorted input voltage will deliver a sinusoidal voltage in the output, so that this type of amplifier is only used if the grid input voltages in this arrangement have a continuously sinusoidal shape, in which case output voltages are also obtained through this type of amplification follow the grid tensions.
In the case particularly considered of a phase shift of 900 caused in IC (FIG. 1), it is possible to feed an antenna system in a suitable manner for use in navigation or beacon systems.
A central antenna is fed with a current of constant magnitude and two outer antennas are fed with -90 and +90 currents that are phase-shifted with respect to the central antenna, whereby the phases of the outer currents can be shifted instantly by 1800 in order to achieve the desired change in the field diagram behavior.
The relative magnitude of the currents can be changed by regulating the coupling between L5 and L4 or L6 and L4.
If the circuits connected in parallel and in push-pull are arranged as described, there is no mutual interference, since the one induced by the adjacent push-pull coil (e.g. L1 above) in a parallel coil (e.g. L2 above) Voltage is compensated by an equal voltage induced in the lower L2 coil, while an influence in the opposite sense lifts in a similar manner.
The above description explained the case of an antenna system that requires momentary sensing. It goes without saying, however, that the arrangement described can be applied in the same way to systems in which constant radiation takes place and at least two antennas are fed in this way.
One of the tubes X or Y can then be omitted. For example, if there are two antennas, one is fed by the common mode coils Lg and the other by the push-pull coils L5, in which case the capacitance Cs need not be divided. The circuit described can then be used for three antennas if two of the antennas are fed out of phase by 1800, or if, as already mentioned, matching networks or lines are introduced. Four antennas can be fed in a similar manner, for example in pairs, with the coils L5 feeding one pair and the coils Lg feeding the other pair.
If desired, similar key arrangements can be provided for common mode feeding. In this case, a split feed circuit could be provided and two tubes, instead of the one tube Z, with a keyboard arrangement as described for tubes X and Y could be used. The common-mode and differential-mode feed sampling circuits can then be used simultaneously.
Although the phase separation mechanism K is shown in the grid circle of the tube Z, it can just as well be switched in the anode circuit of the same. It is a further advantage of the circuit that a phase rotation of the antenna currents can be caused in low-power circuits, whereby control can be carried out easily.
Although it was assumed throughout the description that the output power is to be used as a feed for an antenna system, this is not intended to represent a limitation of the invention, since any consumer device can be provided. The invention can also be applied to circuits that use frequencies other than high frequencies.