CH439401A - Hochfrequenz-Verstärker mit angeschlossenem Resonator - Google Patents

Description

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    Hochfrequenz-Verstärker      mit      angeschlossenem      Resonator   Die Erfindung bezieht sich auf einen HochfrequenzVerstärker mit angeschlossenem    Resonator   und einer    Eingangssignalquelle,   deren    Frequenz   jeweils von einem Anfangswert auf einen Endwert ansteigt. 



  Solche    Hochfrequenz-Verstärker   werden vorzugsweise in    Teilchenbeschleunigern   verwendet, wo die Beschleunigung in den    Resonatoren   mit    Hilfe   von sich periodisch wiederholenden    Hochfrequenz-Signalzügen   konstanter    Amplitude   und    variabler   Frequenz erfolgt. Ist der    Resonator   nur auf eine feste Frequenz    abstimm-      bar,   so muss der Verstärker eine reaktive    Leistung   liefern, die    umso   grösser ist, je mehr die    Signalfrequenz   von der    Resonanzfrequenz   abweicht und die ein    Vielfaches   der Wirkleistung betragen kann.

   Dies erfordert jedoch eine starke Überdimensionierung des Verstärkers. 



  Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die    Resonanzfrequenz   des    Resonators   mit    Hilfe   eines    Ferritmantels   mit    regelbarer      Permeabilität   ständig der Signalfrequenz anzupassen. Dies ist jedoch schwierig zu realisieren. 



  Es ist das Ziel der Erfindung, einen HochfrequenzVerstärker mit    angeschlossenem      Resonator   zu schaffen, dessen Frequenz innerhalb eines Bereiches ansteigt und der, vorzugsweise    bei   unveränderlicher Spannungsamplitude am    Resonator,   und ohne Veränderung der Resonanzfrequenz des    Resonators,   eine reaktive Leistung mit stark reduziertem    Maximum   und Mittelwert abgibt. 



  Der erfindungsgemässe    Hochfrequenz-Verstärker   mit angeschlossenem    Resonator   ist dadurch gekennzeichnet, dass der    Resonator   zusammen mit einem im    Frequenz-      bereich      kapazitiven      Impedanzglied   eine Serienschaltung bildet, welche die Ausgangsklemmen des Verstärkers    ab-      schliesst,   wobei die elektrische Länge der Leitung n 
 EMI1.44 
 beträgt, worin n = 0, 1, 2 ...

   ist und 1 einer Frequenz des    Eingengssignals   entspricht, und der    Impedanzgang   dieser Serienschaltung innerhalb des Frequenzbereiches mindestens eine Nullstelle aufweist, und    dass   der    Impe-      danzgang   des    Resonators   einerseits und derjenige der abgeschlossenen Ausgangsklemmen des Verstärkers andererseits bei der    Endfrequenz   Pole aufweisen. 



  Die    Erfindung   wird anhand der Figuren beispielsweise erläutert:    Fig.   1 zeigt einen    Hochfrequenz-Resona-      tor   1, der Teile 2    eines      ringförmigen   Vakuumgefässes eines Teilchenbeschleunigers verbindet. Über dem Spalt 3 liege eine    Hochfrequenzspannung      US,   die über die Klemmen 4    eingespeist   wird. Der für den Beschleunigerbetrieb vorgeschriebene Frequenz- und    Amplitudengang   sei in    Fig.   2 wiedergegeben. 



  Will man diesen    Frequenz-   und    Amplitudengang   auf bekannte Weise durch einen    dirket   an den    Resonator      an-      geschlossenen      Hochfrequenz-Verstärker   erreichen, so ergibt sich mit dem    Ersatzschaltbild   nach    Fig.   3    zwischen   der    Anfangsfrequenz      f,   und der    Endfrequenz      f,   die    Fre-      quenzabhängigkeit   von Impedanz    Z",   Spannung    U",   Strom    1a   und reaktiver Leistung W"; =    Ua   - Ja gemäss    Fig.   4.

   Nach    Fig.   3 ist die Ausgangsspannung    U"   des Verstärkers gleich der Spannung    U3   die der    Resonatorspannung   US entspricht und die direkt an dem durch Kapazität    C3   und die    Resonatorinduktivität      L3   gebildeten und auf die    End-      frequenz      f2      abgestimmten      Parallelschwingkreis      liegt.   In der Kapazität    C3   sei neben der    Resonatorkapazität   auch die    Kapazität   des    Verstärkerausganges      aufgenommen.   Um den Vergleich    mit   der nachstehend beschriebenen    

  erfin-      dungsgemässen   Einrichtung möglich zu machen, wurde in    Fig.   4 die maximale reaktive Leistung auf 1 normiert. 



     Das      Ersatzschaltbild   einer ersten    Variante   der    erfin-      dungsgemässen      Einrichtung   sei in    Fig.   5, die    zugehörigen   Charakteristiken in    Fig.   6 wiedergegeben.

   Dabei    liegt   bei offenem    Verstärkerausgang   5, 6 die Ausgangsspannung    U.,   an einer den    Parallelschwingkreis      C,      L,   bildenden    Impedanz      Z,..   Der    Verstärker   ist mit einer Serienschaltung aus der    Impedanz      ZZ   und der durch den    Resonator   gebildete    Impedanz      Z3   abgeschlossen.

      ZZ   besteht dabei aus dem    Serienschwingkreis      C2,      L2   während    Z3   einen durch den    Resonator   1 gebildeten    Parallelschwingkreis      C3,      L3   darstellt.

   Alle drei Schwingkreise    sind   auf die    Endfre-      quenz      f2      abgestimmt,      sodass,   wie man leicht einsieht,    ausser   dem    Impedanzgang   des    Resonators   4 auch der 

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    Impedanzgang   der abgeschlossenen    Ausgangsklemmen   des Verstärkers Z. bei der    Endfrequenz      f2   einen Pol aufweist.

   Da bei dieser Frequenz überdies    ZZ   einen    Kurz-      schluss   darstellt, wird die    Resonatorspannung      US      (U3)      gleich   der    Verstärkerausgangsspannung      US.   



  Für    Frequenzen   f <    f2   wird Z=    kapazitiv   und    Z3   induktiv, sodass der    Impedanzgang      Z'2   der Serienschaltung aus Z= und    Z3   bei einer    in   weiten Grenzen frei einstellbaren Frequenz    f,.   eine Nullstelle aufweist, welche bei dieser    Variante   gleich der    Anfangsfrequenz      f,   ist. 



  Das    Impedanzglied      ZZ   kann statt eines    Serienschwing-      kreises      C2,      Lz   auch von einer Kapazität C2    allein   gebildet werden. Die    wesentliche      Bedingung,   dass    Z2   im Frequenzbereich    kapazitiv   sein muss, bleibt dabei weiterhin erhalten. 



     In   einer zweiten Variante wird bei einer Anordnung gemäss    Fig.   5 die    Serienresonanzfrequenz      fr   der Serienschaltung    Z'2   höher als    f,   gewählt. Durch geeignete Dimensionierung kann man    dann.   überdies erreichen, dass die    Impedanz   Z. der abgeschlossenen Ausgangsklemmen 5, 6 der Verstärkers einen Pol    d.h.   eine Parallelresonanz    bei      f,.   aufweist. Die zugehörigen    Charakteristisken   sind    in      Fig.   7 wiedergegeben.

   Die    reaktive      Leistung   W.; weist    also   drei Nullstellen auf    und   die    maximale   reaktive Leistung ist gegenüber    Fig.   4 um den Faktor 0,3 reduziert. 



     In   den    Praxis   wird man den Verstärker jedoch meist nicht direkt an den    Resonator   anschliessen können. In diesem    Fall   wird zwischen dem    Impedanzglied      Z2   und dem    Resonator   1 eine Leitung eingeschaltet.    Fig.   8 zeigt das    Ersatzschaltbild   einer solchen Anordnung. Sie ist symmetrisch zu Erde ausgelegt.

   Das    Impedanzglied      ZZ   besteht aus zwei Kondensatoren mit je einem    Kapazi-      tätswert   von    2C2,   welche die    Ankopplung   in eine doppelte    Koaxialleitung   7 besorgen, die mit dem    Impedanzglied   4,    d.h.   mit dem    Resonator   1 abgeschlossen ist.

   Die    Koaxialleitung   7 weise eine elektrische Länge von n 
 EMI2.77 
 auf, wobei n eine ganze Zahl ist und 1 einer    Frequenz      innerhalb   des Betriebsbereiches    enspricht.   In diesem Fall wird die Abschlussimpedanz    Z3   der Leitung 7    im   wesentlichen unverändert auf ihren Eingang    transformiert.   Versuche haben ergeben, dass man 1 am besten    entsprechend   der    Anfangsfrequenz      f,_   wählt.    Fig.   9 zeigt die Charakteristiken dieser Anordnung, die sich nicht    wesentlich   von den Charakteristiken    ge-      mäss      Fig.   7 unterscheiden. 



  Für die    Konstanthaltung   der Amplitude der    Resona-      torspannung      U$   =    U3   ist eine Regeleinrichtung vorgesehen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Hochfrequenzverstärker mit angeschlossenem Reso- nator und einer Eingangssignalquelle, deren Frequenz jeweils von einem Anfangswert (1) auf einen Endwert (f2) ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (1, Z3) zusammen mit einem im Frequenzbereich kapazi- tiven Impedanzglied (Z2) eine Serienschaltung bildet, welche die Ausgangsklemmen der Verstärkers abschliesst, wobei die elektrische Länge der Leitung n EMI2.111 beträgt, worin n = 0, 1, 2 ...

   ist und n einer Frequenz des Ein- gangssignals entspricht, und der Impedanzgang (Z'2) dieser Serienschaltung innerhalb des Frequenzbereiches mindestens eine Nullstelle aufweist, und dass der Impe- danzgang des Resonators ( 1, Z3) einerseits und derjenige der abgeschlossenen Ausgangsklemmen (5, 6, Z.) des Verstärkers andererseits bei der Endfrequenz (f2) Pole aufweisen. UNTERANSPRÜCHE 1. Hochfrequenzverstärker gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass 1 der Wellenlänge der Anfangsfrequenz (f1) entspricht. 2.

   Hochfrequenzverstärker gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nullstelle des Impedanzganges (Z'2) der Serienschaltung bei der Anfangsfrequenz (f1) liegt. 3. Hochfrequenzverstärker gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzgang (Za) der abgeschlossenen Ausgangsklemmen des Verstärkers bei der Anfahgsfrequenz (f1) einen Pol aufweist. 4.

   Hochfrequenzverstärker gemäss Patentanspruch gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der am Resonator (1) herrschenden Spannungsamplitude (U., U3).