CH618546A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für eine impulsbetriebene Wanderfeldröhre mit einer Kathode, einem Gitter, einem Kollektor und einer in Längsrichtung der Röhre angeordneten Wendelleitung, bei welcher Röhre die Kollektorspannung gegenüber der Spannung über der Wendelleitung herabgesetzt ist.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Stromversorgung einer impulsbetriebenen Wanderwellenröhre, wie sie bei Flugzeugradareinrichtungen verwendet wird, und an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Gewichts- und Volumenbegrenzung gestellt werden.

Bei einem Mikrowellenverstärker mit Wanderfeldröhren fliesst ein Elektronenstrahl von der Kathode zum Kollektor. Dieser Elektronenstrahl wird mit einer elektromagnetischen Welle in Wechselwirkung gebracht, die sich entlang einer Wendelleitung bewegt, die eine Schraubenlinienform aufweist oder von gekuppelten Hohlräumen gebildet wird und um den Elektronenstrahl in der Röhre herum angeordnet ist. Die Folge ist, dass Elektronen Energie an die Wanderwelle in der Wendelleitung abgeben, wobei eine Verstärkung erzielt wird, während die Elektronen auf ihrem Weg zum Kollektor an Geschwindigkeit verlieren.

Der Wirkungsgrad der Wanderfeldröhre ist unter anderem abhängig von der Elektronengeschwindigkeit am Kollektor. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erwünscht, dass die Elektronengeschwindigkeit am Kollektor so gering wie möglich ist, so dass keine unnötige Verlustenergie entwickelt wird. Durch die Verwendung eines Kollektors mit gegenüber der Kathodenspannung kleiner Kollektorspannung derart, dass das Potential des Kollektors relativ zur Kathode nur noch etwa 50% des Potentials an der Kathode relativ zu der Wendelleitung entspricht, ohne dass die Fokussie-rung des Elektronenstrahls und damit die Verstärkung der Welle beeinflusst werden. Bekannte Stromversorgungen für Wanderfeldröhren sind im allgemeinen mit zwei getrennten Spannungsquellen ausgerüstet, wobei eine Spannungsquelle das Kollektorpotential der Röhre relativ zur Kathode und die andere Spannungsquelle das Potential der Wendelleitung relativ zur Kathode bestimmt. Bei impulsbetriebenen Wanderfeldröhren, das heisst, wenn der Elektronenstrahl mittels einer ausserhalb befindlichen Impulsquelle gesteuert wird, sind ferner Kondensatoren zwecks Energiespeicherung zu jeder Spannungsquelle parallelgeschaltet. Der Vorteil bei zwei verschiedenen Spannungsquellen besteht darin, dass der Strom zum Kollektor und der Strom durch die Wendelleitung verteilt wird, aus welchem Grund der Spannungsabfall an der Kathode während des Impulses innerhalb eines zulässigen Bereichs konstant gehalten werden kann. Der Kollektorstrom, der beträchtlich grösser ist als der Strom durch die Wendelleitung, wird folglich von dem Kondensator abgegeben, zu dem der Kathoden-Kollektor-Strompfad parallel geschaltet ist, wobei der Impulsspannungsabfall an diesem Kondensator für die Röhre verhältnismässig unkritisch ist. Durch die Stromverteilung kann die Kapazität desjenigen Kondensators, der den Kathodenstrom abgibt, klein gewählt werden. Die gespeicherte Energie wird daher klein, was die Notwendigkeit einer Schutzeinrichtung zum Kurzschliessen der Kathode mit der Wendelleitung der Röhre, die sonst infolge der in dem den Kathodenstrom abgebenden Kondensator gespeicherten zu hohen Energie notwendig sein würde, vermindert Eine solche Schutzeinrichtung weist eine unzuverlässige Arbeitsweise auf und ist gegen äussere Störungen empfindlich. Der erwähnte Aufbau der Energieversorgung erfordert zudem einen verhältnismässig grossen Raumbedarf (zum Beispiel für die beiden Spannungsquellen) und der zum Kathoden-Kollektor-Strompfad parallel geschaltete Kondensator muss verhältnismässig gross dimensioniert werden.

Es sind Stromversorgungen bekannt, die nur eine Spannungsquelle aufweisen und bei denen ein Widerstand zwischen die Spannungsquelle und den Kollektor geschaltet ist. Eine solche Schaltung eliminiert jedoch nicht die Notwendigkeit einer Schutzeinrichtung, da der Gesamtstrom, das heisst der Kollektorstrom und der Strom durch die Wendelleitung von nur einem Kondensator abgegeben wird, der zur Stromversorgungsquelle parallel geschaltet ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stromversorgung für eine impulsbetriebene Wanderfeldröhre zu schaffen, die einen vergleichsweise kleinen Raumbedarf hat und trotzdem einen guten Wirkungsgrad aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungs-gemäss so gelöst, wie dies aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 hervorgeht.

Einzelheiten einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus den Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer impulsbetriebenen Wanderfeldröhre, an die die erfindungsgemässe Stromversorgung angeschlossen ist,

Fig. 2a bis c den zeitlichen Verlauf bestimmter Spannungen, um den Betrieb der Stromversorgung gemäss Fig. 1 zu veranschaulichen, und

Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemässen Stromversorgung, die an eine Wanderfeldröhre mit mehreren Kollektoren gelegt ist.

Nach dem Schaltbild der Fig. 1 weist eine Wanderfeldröhre 1 eine Kathode 2, ein Kollektor 3 und ein Gitter 4 auf, an das eine nicht dargestellte Impulsquelle zur Steuerung des Elektronenstrahls zwischen der Kathode 2 und dem Kollektor 3 gelegt ist. Eine Wendelleitung 5 in Form einer Schraubenlinie oder gekoppelter Hohlräume, die der Verzögerung der elektromagnetischen Welle auf die Geschwindigkeit der Elektronen im Strahl dient, ist schematisch dargestellt. Eine Spannungsquelle E mit einer Impedanz Zi ist zwischen der Kathode 2 und einem Bezugspotential 0 angeordnet Die Spannungsquelle E weist 30 kV auf. Ein erster Kondensator Cl ist parallel zur Spannungsquelle und der Wendelleitung geschaltet. Ein zweiter

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Kondensator C2 ist zwischen die Kathode 2 und den Kollektor 3 geschaltet, wobei letzterer über eine Impedanz Z mit dem Bezugspotential 0 verbunden ist. Die Spannung am Kondensator Cl bestimmt die Nachbeschleunigungsspannung der Elektronen im Elektronenstrahl von der Kathode zum Kollektor hin. Der Spannungsabfall über der Impedanz Z bestimmt die Grösse des Potentials am Kollektor relativ zum Bezugspotential 0. Die Ströme Ib und Icoh durch die Wendelleitung 5 bzw. den Kollektor 3 werden durch die Kondensatoren Cl bzw. C2 bestimmt. Das Gitter 4 weist eine äussere Anschlussklemme Us auf, an die die Steuerimpulse für die Röhre gelegt werden.

Wenn die Röhre über die Klemme Us mit Steuerimpulsen belegt wird, wird sie abwechselnd leitend und gesperrt.

In Fig. 2a ist der Verlauf eines Steuerimpulses dargestellt, wobei das Potential zur Zeit tl vom negativen Potential Usi zum positiven Potential Us2 relativ zum Kathodenpotential ansteigt. Dadurch wird die Röhre leitend und ein Elektronenstrom, beschleunigt durch die negative Spannung am Kondensator Cl, fliesst von der Kathode zum Kollektor. Fig. 2b zeigt den Potentialverlauf U1 an der Kathode, das heisst den Spannungsverlauf am Kondensator Cl, dessen Spannung während des Zeitintervalles x gegen Null ansteigt, das heisst es tritt eine Entladung des Kondensators Cl ein. Im Zeitpunkt tl + t ändert sich die Polarität des Steuerimpulses Us und die Röhre wird gesperrt, wodurch die Entladung des Kondensators Cl durch dessen Aufladung durch die Spannungsquelle E, Zi abgelöst wird. Der Verlauf der Spannung U1 wird durch die Beziehung À U1 = ii t/C1 bestimmt, wobei ii der momentane Betriebsstrom durch den Kondensator Cl ist. Wenn der Kondensator Cl zwischen die Wendelleitung 5 und die Kathode 2 geschaltet wird, gilt it = Ib, wobei Ib einige Zehntel des Kathodenstroms Ik beträgt (Ib <=» 0,2 Ik). Dadurch wird bewirkt, dass der Impulsspannungsabfall A U1 kleiner als ein vorbestimmter Wert A E (Fig. 2) gehalten werden kann, selbst wenn die Kapazität des Kondensators Cl klein ist. Somit kann die Verwendung einer Schutzeinrichtung vermieden werden.

In Fig. 2c ist der Potentialverlauf U2 am Kollektor, das heisst der Spannungsverlauf an der Impedanz Z dargestellt. Wenn die Röhre während des Zeitintervalls ti, tl + x leitend ist, gibt der Kondensator C2 den Kollektorstrom Icon an die Röhre ab.

Folglich liefert der Kondensator C2 den gesamten Kollektorstrom für die Röhre, wenn diese leitend ist, und der gesamte Verlauf der Spannung U2 wirkt auf den Kondensator C2. Dieser kann, aufgrund des Verhältnisses A U2 = U2 min = h. t/C2 klein gewählt werden, wobei \z der momentane Betriebsstrom durch den Kondensator C2 ist.

618546

Die Impedanz Z hat die Funktion, die Entladung des Kondensators Cl über den Kondensator C2 zu vermindern, um zu verhindern, dass der Kondensator Cl einen grösseren Strom als den für die Wendelleitung 5 erforderlichen abgibt. Aus dem Diagramm in Fig. 2c geht hervor, dass während der Zeit, während der die Röhre leitend ist, eine Herabsetzung der Kollektorspannung von einem Wert nahe bei Null auf einen negativen minimalen Wert U2min erzielbar ist, der durch die Fokussie-rungserfordernisse der Röhre bestimmt wird. Der Mittelwert U2m = U2min/2 bestimmt den durchschnittlichen Herabsetzungsgrad während des Zeitintervalls, während der die Röhre leitend ist, wodurch schätzungsweise ein Wirkungsgrad der Röhre von ungefähr 25% erzielt wird. Die Grösse der Impedanz Z und die Grösse des Kondensators C2 werden vorteilhafterweise so gewählt, dass U2min = E/2 = 15 kV ist, wenn E = 30 kV beträgt.

Durch die Auslegung der Stromversorgung gemäss Fig. 1 wird erreicht, dass der Strom Ib durch die Wendelleitung 5 und den Kollektor Icon von unterschiedlichen Kondensatoren abgegeben werden können, die von ein und derselben Spannungsquelle aufgeladen werden. Eine Schutzeinrichtung ist nicht erforderlich und ein bedeutender Raumgewinn kann im Vergleich zu einer Stromversorgung mit unterschiedlichen Spannungsquellen erzielt werden, was insbesondere bei in Flugzeugen eingebauten Einrichtungen wichtig ist. Als Beispiel der Dimensionierung der Komponenten der Stromversorgung dienen folgende Werte:

Cl = 25 nF C2 = 5 nF

Z = R = 70 kD (rein ohmischer Widerstand)

x/T = 1 %

Ik = 8 A ^coll ' Vj ^

Ib 0,2 Ik

Die vorgeschlagene Schaltung einer Stromversorgung kann auch in Wanderfeldröhren mit mehreren Kollektoren verwendet werden, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Diese Wanderfeldröhre weist eine Anzahl Kollektoren 31,32,33 auf. Der Kondensator Cl liefert, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, den Strom Ib für die Wendelleitung 5, und die Kondensatoren C2, C3, C4 liefern die Kollektorströme Icon für die Kollektoren 31,32,33. Die Impedanzen Z, Z' und Z" dienen demselben Zweck wie die Impedanz Z in der Fig. 1, und zwar der Erschwerung von Stromflüssen der Kondensatoren C2, C3 und C4 zum Kondensator Cl, so dass dieser fast ausschliesslich den Strom für die Wendelleitung liefern kann.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

g

2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

618546 PATENTANSPRÜCHE

1. Stromversorgung für eine impulsbetriebene Wanderfeldröhre mit einer Kathode (2), einem Gitter (4) und zumindest einem Kollektor (3) und einer in Längsrichtung der Röhre angeordneten Wendelleitung (5), bei welcher Röhre die Kollektorspannung gegenüber der Spannung über der Wendelleitung herabgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Spannungsquelle (E, Zi), die mit der Kathode (2) und mit einem Bezugspotential (0) verbunden ist, ein erstes kapazitives Element (Cl), das parallel zu der Spannungsquelle (E, Zi) angeordnet ist, ein zweites kapazitives Element (C2), das zwischen die Kathode (2) und den Kollektor (3) geschaltet ist, und eine Impedanz (Z), die zwischen die kapazitiven Elemente (Cl, C2) geschaltet ist, die das Fliessen eines Stromes vom ersten kapazitiven Element (Cl) zum zweiten kapazitiven Element (C2) und umgekehrt erschwert, aufweist.

2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (Z) durch einen Widerstand gebildet ist.

3. Stromversorgung nach Anspruch 1 für eine Wanderfeldröhre mit einer Mehrzahl von Kollektoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kathode (2) und jedem der Kollektoren (31,32,33) je ein zweites kapazitives Element (C2, C3, C4) angeordnet ist, und dass zwischen jedes zweite kapazitive Element (C2, C3, C4) und das erste kapazitive Element (Cl) je eine Impedanz (Z, Z', Z") angeordnet ist