DE1002410B - Kopplungsanordnung fuer einen Kaskadenverstaerker mit Scheibenroehren in Gitterbasisschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung 1>etrifft eine Kopplungsanordnung mit koaxialen Leitungen für Sdheibenröhren.

Elektrische Entladungsröhren des sogenannten Scheibenröhrentyps werden zuweilen zur Leistungsverstärkung bei hohen Frequenzen, beispielsweise zwischen 300 und 3000 MHz, benutzt. In Röhren dieser Art sind getrennte Glasteile an gegenüberliegenden Seiten einer Metallscheibe oder eines Ringes angeglast, wobei die Scheibe oder der Ring eine Elektrode der Röhre oder den Anschluß an eine denselben darstellt. Beispielsweise wird in einer Triode diese Scheibeneinschmelzung selbst als Steuergitter benutzt, oder als Anschluß hierfür und in einer Tetrode kann ebenfalls eine solche Durchschmelzung als Schirmgitter oder als Durchführung für dasselbe benutzt werden. In Verstärkerschaltungen werden solche Röhren durch koaxiale Leitungsanordnungen in Kaskade geschaltet. Diese Anordnungen besitzen einen hohen Wirkungsgrad.

Es ist bekannt, den Eingangstopfschwinger und den Ausgangstopfschwinger einer als Gitterbasisverstärker arbeitenden Röhre rechtwinklig zueinander derart anzuordnen, daß das offene Ende des Außenrohres des Ausgangstopfschwingers in die Seitenwand des Außenrohres des Eingangstopfschwingers in der Nähe des Kurzschlußendes bzw. in der Nähe eines Spannungsknotens übergeht und daß in einer Öffnung dieser Seitenwand eine Verstärkerröhre derart angeordnet ist, daß die Kathode unmittelbar an dem Innenleiter des Eingangstopfschwingers, das Gitter an dem gemeinsamen Außenrohrteil, d. h. an dem Öffnungsrand und die Anode an das offene Ende des Innenleiters des Ausgangstopfschwingers angeschlossen sind.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Kopplungsanordnung für einen Kaskadenverstärker mit Scheibenröhren in Gitterbasisschaltung, bei dem aufeinanderfolgende Röhren derart an einen koaxialen Leitungsresonanzkreis angeschaltet sind, daß ihre Eingangsimpedanzen an diesen Leitungskreis angepaßt sind, so ausgebildet, daß das axial mit den beiden Scheibenröhren angeordnete, einerseits an die Entladungsstrecke Gitter—Anode der ersten Röhre und andererseits an die Entladungsstrecke Kathode— Gitter der zweiten Röhre angeschlossene koaxiale Leitungsstück durch zu den erwähnten Entladungsstrecken parallel geschaltete, die Leitungslänge wesentlich verkürzende Endkapazitäten zu einem π-Glied ergänzt ist.

Die erfindungsgemäße Koppelanordnung hat den Vorteil, daß es sehr viel einfacher ist, die Außenleiter der Kaskadenstufen mechanisch zu verbinden, wenn sie entsprechend der Erfindung axial angeordnet sind. Darüber hinaus läßt sich durch die erfindungsgemäße Kopplungsanordnung für einen

Kaskaden verstärker mit Scheibenröhren

in Gitterbasisschaltung

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Februar 1951 und 22. Januar 1952

George Frederick. Craven, London,
ist als Erfinder genannt worden

Ergänzung des koaxialen Leitungsstückes zu einem π-Glied die Anpassung nachträglich sehr leicht durch Verändern von Kondensatoren einstellen, was bei konstruktiv festgelegter Anpassung nicht ohne weiteres möglich ist.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung an Hand der als Ausführungsbeispiel dienenden Abb. 1 bis 4 näher beschrieben.

AbIi. 1 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Abb. 2 ist ein Querschnitt längs der Trennlinie II-II in Abb. 1;

Abb. 3 gibt Konstruktionseinzelheiten einer Abänderung der Anordnungen nach Abb. 1 und 2 wieder;

Abb. 4 zeigt das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie an Hand von Abb. 1 bis 3 als Ausführungsbeispiel näher erläutert ist.

In Abb. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt mit den beiden Scheibenröhren 1 und 2. Mit 3, 4 und 5 sind die Heizung, die Kathoden- und Anodenzuleitungen der Röhre 1 bezeichnet, während mit 6, 7 und 8 die entsprechenden Teile der Röhre 2 bezeichnet sind. Die Scheibendurchführung 9 der Röhre 1, welche die Steuergitterdurchführung dieser Röhre ist, ist hochfrequenzmäßig durch die Teile 10 und 11 an ein Ende des Außenleiters 12 der koaxialen Leitung angeschlossen. Das andere Ende des Außenleiters 12 ist hochfrequenzmäßig durch den Teil 13 an die Scheibendurchführung 14 und somit an das Steuergitter der Röhre 2 angeschlossen. Die Teile 10 und 11

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und die Teile 12 und 13 sind gegeneinander durch die Mica-Plättchen 26 und 27 isoliert (nur durch verstärkte Linien dargestellt), wie in den Abbildungen eingezeichnet. Die Kapazitäten, welche durch die Mica-Plättchen gebildet' werden, sollten, um eine Rückkopplung zu vermeiden, einige hundert Picofarad betragen. Der Innenleiter 15 der koaxialen Leitung ist an einem Ende in bekannter Weise an die Anode der Röhre 1 angeschlossen, während er an seinem anderen

distanzstück 43 und ein Klemmring, wie gezeigt, zwischen die Muttern 41 und den Flansch 51 gelegt sind. Die Anodenspannungszuführung der Röhre 1, mit 45 bezeichnet, ist an den Flansch 51 angeschlossen. Die 5 Heizzuleitung der Röhre 2 ist mit der Scheibe 39 verbunden, während die Gleichstrommasseleitung 47 für die Kathode der Röhre 2 an den Teil 21 angeschlossen ist. Der Heizkreis der Röhre 2 wird durch eine leitende Kappe 48, welche über den Heizanschluß 6 ge

Ende hochfrequenzmäßig¹ an die Kathodenzuführung 7 ίο führt ist (Abb. 1) und durch den Stift 49 mit der der Röhre 2 angeschlossen ist. Scheibe 39 verbunden ist, und der Rückleitung von

- Der Teil 10 ist an die Scheibendurchführung 9 der der Kathode der Röhre 2 über den Teil 21 zur Masse Röhre 1 angeschlossen und mit radialen Fahnen ver- gebildet. Zwischen der Kappe 48 und dem Teil 21 ist, sehen (nur zwei derselben sind in der Zeichnung sieht- wie gezeigt, eine starke Isolation vorgesehen. Da die bar). Durch diese Fahnen wird eine Elektrode eines 15 Zuleitungen 45, 46 und 47 den Leiter 15 in einem Kondensators, welcher zwischen dem Steuergitter und Spannungsknoten verlassen, ist der Aufnahme von der Anode der Röhre 1. liegt, gebildet. Die andere Signalströmen durch diese Zuleitungen wirksam beElektrode dieses Kondensators sind die radialen gegnet.

Fahnen 17, welche durch einen Ansatz am Ende des Bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung ist vor-

Innenleiters 15 gebildet .werden. Die Kapazität dieses 20 ausgesetzt, daß eine weitere Verstärkerstufe an die Kondensators ist durch die drehbaren Fahnen 18 Röhre 2 angeschlossen wird, und zwar auf die in (s. vor allem Abb. 2) veränderlich gemacht, wobei Abb. 1 dargestellte Weise. Dadurch liegt die von dem diese Fahnen zwischen den Fahnen 16 und 17 an- Isolierplättchen 27 gebildete Kapazität, welche der gebracht sind. Die Fahnen 18 sind an dem Isolier- Gleichspannungsisolation für das Steuergitter der flansch 19 angebracht, welcher zugleich als Abstands- 25 Röhre 2 dient, im Anoden- und Kathodenkreis dieser halter für den Innenleiter 15 und den Außenleiter 12 Röhre. Dies ergibt die Möglichkeit einer positiven der koaxialen Leitung dient, und dadurch drehbar. Rückkopplung von der Anode zur Kathode der Die Drehung der Fahnen 18 kann \-on der Außenseite Röhre 2. Die in Abb. 3 gezeigte Abänderung stellt des Leiters 12 vorgenommen werden durch ent- eine Ausführungsform dar, bei der diese Erregungssprechende isolierte Getriebe, welche in der Abbildung 30 mögliehkeit dadurch vermieden ist, daß die Kathode nicht eingezeichnet sind.. der Röhre 2 unabhängig von der Entkopplungskapazi-

Der Teil 13, der den Außenleiter 12 mit der tat des Steuergitters an Erde gelegt ist. An Hand von ScheibenduTchführung 14 der Röhre 2 verbindet, be- Abb. 4 wird dies näher erläutert. Die Kathodenhülse sitzt einen Vorsprung 20, welcher die eine Elektrode 21 ist mit einem Flansch 52, welcher über einen weiteeines zwischen der Kathode der Röhre 2 und ihrem 35 ren Flansch 53 gestülpt, jedoch von diesem durch Gitter liegenden Kondensators bildet, dessen andere Mica 54 getrennt ist, leitend verbunden. Der Flansch Elektrode durch einen Vorsprung 21 an dem ent- 53 ist in diesem Zusammenhang in leitender Berühsprechenden Ende des Innenleiters 15 den Vorsprung rung mit einem Ring 55, der durch den Außenleiter 20 überlappt. Die Teile 20 und 21 werden durch ein 12 unmittelbar geerdet ist. Die Scheibendurchführung isolierendes Distanzstück22 voneinander getrennt und 40 14 der Röhre 2 (in Abb. 3 nicht gezeigt) ist so anstellen einen Kondensator mi.t fester Kapazität dar. geordnet, daß sie mit einem Flansch 56 in leitende Be-Die Gleichstromzuführungen (nicht eingezeichnet) rührung kommt, welcher kapazitiv mit dem Ring 55 für die Anode der Röhre 1 und die Kathode und Hei- verbunden ist. Der Flansch 56 ist von dem Ring 55 zung der Röhre werden durch eine öffnung in dem durch eine isolierende Unterlegscheibe getrennt. In Außenleiter 12 hindurchgeführt. Der Ort hierfür wird 45 der Abbildung ist ferner ein Ring 58 eingezeichnet, so gewählt, daß das Fließen großen Wechselstroms in der auf dem Flansch 56 aufliegt und von diesem nur diesen Zuführungen und auf der Oberfläche der durch eine Isoliereinlage 59 getrennt ist. Der Ring 58 Koaxialleitung vermieden wird. Eine einfache Lösung ist mit dem Ausgangsleiter 12 verbunden und trägt dieser Aufgabe wird an Hand von Abb. 4 näher be- radial angebrachte Metallteile 60 (nur zwei derselben sprechen. Durch die Anbringung der Isolierplättchen 50 sind in Abb. 3 sichtbar), welche den Fahnen 16 der 26 und 27 wird es möglich, den Gittern der Röhren 1 Abstimmkapazität der Röhre 1 entsprechen, und 2 eine getrennte Gittervorspannung zuzuführen, Für die folgende Besprechung der Wirkungsweise

beispielsweise dadurch, daß man die Blenden 28 und einer erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie an Hand 29, wie gezeigt, als Zuführungen verwendet. Eine iso- der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 dargestellt wurde, lierende Zwischenschicht 23 teilt den Innenleiter 15 in 55 wird das in Abb. 4 gezeigte Ersatzschaltbild zugrunde der Nähe der Kathode und erzeugt soi eine gleich- gelegt. Die zu verstärkende Signalspannung wird strommäßige Trennung zwischen der Anode 5 und der zwischen die Kafhodenzuführung 4 der Röhre 1 und Kathodenzuleitung 7. Masse zugeführt und die Ausgangsspannung von der

Abb. 3 zeigt eine Abänderung des Ankopplungs- Anode 5 abgenommen und über das koaxiale Koppteiles aus Abb. 1. Gemäß dieser Abänderung wird der 60 lungsglied der Kathode der Röhre 2 zugeführt. Der im Durchmesser reduzierte Teil des Innenleiters im Außenleiter 12 stellt die Masseleitung in Abb. 4 dar, Gegensatz zu Abb. 1 nicht durch eine einfache iso- und es wird vorausgesetzt, daß die Anoden abs ti mmlierende Einlage 23, sondern durch zwei isolierende kapazität der Röhre 1 von der Steuergitterkapazität Distanzstücke 37 und 38 und eine leitende Scheibe 39 dieser Röhre auf die an Hand von Abb. 3 geschilderte getrennt, wobei die Teile37, 38 und 39 zwischen dem 65 Weise getrennt ist. Bei dieser A^oraussetzung stellen Teil 21 und einem Flansch 51, am Ende des im Durch- die Kondensatoren62 und63 dieGitter-Masse-Kapazimesser reduzierten Teiles des Innenleiters, durch die tat der Röhren 1 und. 2 dar. Diese Kapazitäten sind Schraubenbolzen 40 und die Muttern 41 gehalten lediglich Sperrkondensatoren für die Gleichspannung werden. Zur Isolation sind über den Schraubbolzen und bewirken, daß für die Signalspannung die beiden Isolierhülsen geschoben, während ein Isolier- 70 Röhren 1 und 2 geerdete Gitter besitzen. Die Anoden-

abstimmkapazität der Röhre 1 wird durdh den Kondensator 64 gebildet, die Kathoden-Masse-Kapazität der Röhre 2 durch den Kondensator 65, während die Induktivität der Koaxialleitungsschaltung durch zwei konzentrierte Induktivitäten 66 und 67 dargestellt ist. Diese konzentrierten Induktivitäten sind über die beiden Kondensatoren 68 und 69, entsprechend den Kapazitäten, die durch die Isolierscheiben 37 und 38 der Abb. 3 gebildet werden, in Reihe geschaltet. Die Kondensatoren 68 und 69 stellen für die Signalspannung einen Kurzschluß dar, und ihre Elektroden sind, wie gezeigt, an die verschiedenen Gleichstromquellen angeschlossen. Die Induktivitäten 66 und 67 und die Kondensatoren 64 und 65 ergeben zusammen ein π-Kopplungsglied, das einer elektrischen Leitungslänge von λ/2 entspricht, wobei λ die Wellenlänge der zu verstärkenden Signalspannung ist. Die Kapazitäten

64 und 65 sind die Querkapazitäten der Schaltung und haben zur Folge, daß die wirkliche Länge der Anordnung wesentlich kleiner ist als ihre elektrische Länge. Die Größe der Querkapazitäten wird praktisch dadurch begrenzt, daß die Bandbreite vorgegeben ist und daß im allgemeinen die durch den Konsensator

65 dargestellte Kapazität größer ist als die des Kondensators 64. Dies ergibt sich aus Anpassungsgründen. Die Ausgangssignalspannung wird zwischen der Anode der Röhre 2 und Masse abgenommen und kann, falls erforderlich, zu einer weiteren Verstärkerstufe ül>er eine koaxiale Leitungsanordnung, wie beschrieben, geführt werden. Die Kondensatoren 68 und 69 teilen die Längsinduktivität im Spannungsknoten der Anordnung auf, und, wie vorerwähnt, ist der Kondensator 65 größer als der Kondensator 64. Dadurch befindet sich der Spannungsknoten näher an der Kathode der Röhre 2. Die Abstimmung der Kopplungsanordnung wird durch Veränderung der Kapazität 64 vorgenommen, d. h. durch Drohen der Fahnen 18. Der Kondensator 64 ist deshalb als Abstimmkondensator gewählt, weil seine Kapazität, wie bereits vorerwähnt, im allgemeinen klein gegenüber der des Kondensators 65 ist. Durch die Wahl eines angemessenen Kapazitätsverhältnisses zwischen den beiden Abschlußkondensatoren 64 und 65 ist es möglich, über einen großen Impedanzbereich zwischen der Anode der Röhre 1 und der Kathode der Röhre 2 Anpassung herzustellen, und es wurde festgestellt, daß nur ein einziger Abgleich notwendig ist, um die dargestellte Anordnung abzustimmen. Der überwiegende Teil des Innenleiters 15 liegt auf dem Anodenpotential der Röhre 1 und ergibt daher eine mit der Anode 5 in Verbindung stehende Metallmasse für Kühlungsmaßnahmen. Kühlflüssigkeit kann, falls gewünscht, zum Innenleiter 15 in der Nähe des Spannungsknotens der koaxialen Leitungsanordnung zugeführt werden.

Im Zusammenhang mit der Vergrößerung des Wellenwiderstandes der koaxialen Leitung 12, 15 und somit der Reduzierung der für die Längsinduktivität notwendigen Leitungslänge, ist der Mittelabschnitt des Innenleiters 15 gegenüber den Vorsprüngen 24 und 25, welche einen zur Umfassung der Röhren 1 und 2 hinreichend großen Durchmesser besitzen, in seinem Durchmesser verkleinert. Diese Maßnahme dient zugleich der Vergrößerung der Bandbreite der Ankopplungsanordnung. Wenn mehr als zwei. Stufen, wie gezeigt, gekoppelt sind, kann, falls erwünscht, die Abstimmfrequenz der einzelnen Kreise verschieden gewählt werden. Es ist dabei jedoch zu beachten, daß die Resonanzkurve der dargestellten Anordnung nicht die eines einzelnen abgestimmten Kreises aus konzentrierten Schaltelementen ist, sondern daß sie asymmetrisch mit Hinblick auf die Tatsache ist, daß die Schaltungsgrößen verteilt sind. Schwierigkeiten mit den Gleichstromisolationen lassen sich dadurch vermeiden, daß man starke Isolationsschichten verwendet, beispielsweise können die Fahnen 18 in Kunstharz oder anderem geeignetem Isoliermaterial eingebettet sein. Die einzelnen Kopplungselemente können, wenn eine Mehrzahl von Anordnungen nach Abb. 1 in Kaskade geschaltet wird, getrennt zerlegbar ausgeführt werden, um ein Auswechseln von defekten Röhren zu erleichtern. Beispielsweise kann man den Außenleiter jeder Kopplungsanordnung in Längsrichtung in Abschnitte aufteilen, welche nach außen abgehoben werden können.

Des weiteren kann die Abstimmung der Kopplungsanordnung außer durch den Kondensator 64 durch den Innenleiter im Teil 15 derart erfolgen, daß der Wellenwiderstand eingestellt wird. Diese Art der Abstimmung kann für sich allein oder zusätzlich zur kapazitiven erfolgen. Beispielsweise kann der Abschnitt 15 des Innenleiters durch zwei parallele Leiter ersetzt werden, welche so angeordnet sind, daß ihr gegenseitiger Abstand von außerhalb der Anordnung einstellbar ist.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kopplungsanordnung für einen Kaskadenverstärker mit Scheibenröhren in Gitterbasisschaltung, bei dem aufeinanderfolgende Röhren derart an einen koaxialen Leitungsresonanzkreis angeschaltet sind, daß ihre Eingangsimpedanzen an diesen Leitungskreis angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das axial mit den beiden Scheibenröhren angeordnete, einerseits an die Entladungsstrecke Gitter—Anode der ersten Röhre und andererseits an die Entladungsstrecke Kathode—Gitter der zweiten Röhre angeschlossene koaxiale Leitungsstück durch zu den erwähnten Entladüngsstrecken parallel geschaltete, die Leitungslänge wesentlich verkürzende Endkapazitäten zu einem jr-Glied ergänzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Endkapazitäten, vorzugsweise die der Endladungsstrecke Anode—Gitter der ersten Röhre parallel geschaltete, veränderbar ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endkapazitäten in ihrer Größe so gewählt sind, daß die jeweilige Entladungsstrecke an diekoaxialeLeitungangepaßtist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter der koaxialen Kopplungsleitung· in einem Spannungsknoten aufgeteilt ist und in diesem Punkt die Zuführung der Betriebsspannungen einzelner Elektroden erfolgt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich oder an Stelle der kapazitiven Abstimmung eine induktive, beispielsweise durch Änderung des gegenseitigen Abstandes zweier an Stelle des Innenleiters angeordneter Leiter erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 248 351.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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