DE1034713B - Anordnung zur Erhoehung der Betriebssicherheit von Wanderfeldroehrenverstaerkern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Will man die großen Bandbreiten, die mit Wanderfeldröhren übertragen werden können, in wirtschaftlicher Weise verwerten, so müssen Richtfunkstrecken mit einer Vielzahl von Nachrichtenkanälen bzw. mehreren Fernsehkanälen ausgerüstet werden. Dies hat jedoch nur Sinn, wenn eine ausreichende Betriebssicherheit der Geräte gewährleistet ist, zumal unbemannte¹ Relaisstellen angestrebt werden.

Es ist bereits bekannt, zur Leistunigserhöhung auch im Bereich der Dezimeter- und Zentimeterwellen mehrere Röhren parallel zu schalten. Hauptsächlich sind Gegentaktschaltungen gebräuchlich, die betriebsmäßig keinen längeren Ausfall einer Röhre zulassen. Es sind bisher keine derartigen Anordnungen bekannt, die besondere Vorkehrungen zur Vergrößerung der Betriebssicherheit enthalten.

Es ist ferner bekannt, bei Diversity-Empfang z. B. mit zwei hochfrequenzmäßig getrennten Antennen und Verstärkern eine Schwundverminderung im zwischenfrequenten Ausgangskreis zu erzielen. Doch ist beim Diversity-Empfang ein Schwundausgleich bereits im Hochfrequenzbereich mit Phasenregelung bisher nicht üblich. Sobald man bei einer Durchgangsverstärkung ein Herabgehen auf eine Zwischenfrequenz vermeiden will, ist es notwendig, eine der Wanderfeldröhre angepaßte Lösung zu finden.

Zur Durchführung eines möglichst sicheren und konstanten Betriebes bei Zusammenschaltung von Wanderfeldröhren muß dafür gesorgt werden, daß die Hochfrequenzspannungen sich phasenrichtig addieren.

Um zu verhindern-, daß durch Phasenänderungen, die durch Änderungen der Röhren und Anpassungen sowie durch Spannungsschwankungen entstehen können, Hochfrequenzleistungsschwankungen auftreten, müssen daher in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines' selbsttätigen »Phasennachlaufs« die Hochfrequenzausgangsspannungen in ihrer Phase mit Hilfe einer Prüf- und Regelschaltung derart verändert werden, daß die Gesamtleistung der Anordnung auf einem Höchstwert gehalten wird.

Dieses Problem wurde bisher bei einem mit konventionellen Röhren bestückten Hochfrequenzleistungsverstärker z. B. dadurch gelöst, daß mittels Reaktanzröhren eine Abstimmungsänderung der frequenzbestimmenden Kreise mit dem Ziele der Regelung auf maximale Ausgangsleistung durchgeführt wird (deutsche Patentschrift 852 705). Eine derartige Lösung ist für Wanderfeldröhrenverstärker kaum anwendbar.

Eine weitaus einfachere Lösung der Aufgabe ergibt sich unter Ausnutzung der an sich bekannten Tatsache, daß sich die Phasenlage der nutzbaren Hochfrequenz bei Wanderfeldröhren durch Änderung der Wendelspannung um beträchtliche Winkel ändern läßt.

Es ist an sich schon bekannt, der Wendelgleichspan-

Anordnung

zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Wanderfeldröhrenverstärkern

Anmelder:

Deutsche Bundespost, '.,..'.

vertreten durch den Präsidenten . des Fernmeldetechnischen Zentralaüifs,:' Darmstadt, Rheinstr. 110 ''''Vl₁

Dr.-Ing. Karl-Otto Schmidt, :

Dr.-Ing. habil. Herbert Schnitger, Darmstadt, und Dipl.-Ing. Alfred Träger, Frankfurt/M., sind als Erfinder genannt worden

nung die Wechselspannung einer Nachricht zu überlagern und auf diese Weise eine Wanderfeldröhre gleichzeitig als FM-Modulator einer die Röhre durchlaufenden Trägerschwingung einzusetzen (französisch·? Patentschrift 981 157). ■ ■■

Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Afaordnung zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Wanderfeldröhrenverstärkern durch Parallelschaltung von mindestens zwei Wanderfeldröhren, bei der zur Erzieh lung eines phasengleichen Ausgangs die Abhängigkeit der Ausgangsphase von der Wendelspannung ausgenutzt wird. Das Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß durch eine Prüf- und Regelschaltung einerseits die Summe der Einzelleistungen vor der Jiochfrequenzmäßigen Zusammenschaltung, andererseits die Gesamtleistung der beiden Wanderfeldröhren nach der hochfrequenzmäßigen Zusammenschaltung mit Hilfe von je einem Richtungskoppler gebildet, gleichgerichtet und verstärkt wird und die beiden Meßgrößen in einer Brückenschaltung miteinander verglichen wer-i den und eine Abweichung von dem eingestellten Höchstwert durch Regelung der Wendelspannung mindestens einer Wanderfeldröhre ausgeglichen wird.

Durch die Anordnung. nach der Erfindung wird

über den Ausgleich der normalen Betriebsschwarikungen hinaus eine erhöhte Betriebssicherheit gegen den Ausfall des Verstärkers erzielt. Dieser Punkt ist deswegen, von so großer Bedeutung, weil über diekünftig einzusetzenden Wanderfeldröhrenverstärker mindestens die zehnfache Anzahl von Sprechkreisen gegenüber den bisher verwendeten Systemen ange-

809 578/317

fetrebt wird. Solange nicht durch besondere Maßnah;· men eine erhöhte Sicherheit gegen den Ausfall eines solchen Verstärkers erzielt war, bestanden Bedenken gegen den Einsatz eines einzigen, für eine derartig,, große Anzahl von Sprechkreisen gemeinsamen Schaltelementes. Vorschläge, Wanderfeldröhren parallel zu schalten, wurden bisher noch nicht gemacht, da man die Schwierigkeiten, eine konphase Ausgangsspannung zu eizielen, überschätzte. Durch die technische Nutzanwendung der Beeinflußbarkeit der Ausgangsphase einer Wanderfeldröhre durch Veränderung ihrer Wendelspannung in einer Phasenregelschaltung wird eine Paralleschaltung von Wanderfeldröhren überhaupt erst möglich, so daß damit die Voraussetzung für den betriebssicheren Einsatz dieses Röhrentyps für die Verstärkung von Tausenden von Gesprächen in den geplanten Vielkanal-Richtfunksystemen geschaffen wird.

DiffvZeichmmg zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Phasenhachlaufs.

Es sei die Parallelschaltung der beiden Wanderfeldröhren WFRl und WFR2 betrachtet. Die Schaltung der Reserveröhre WFRZ wird zunächst nicht berücksichtigt. Die Regelkriterien sind die von den Wanderfeldröhren abgegebenen Einzelleistüngen N₁ und N₂ , , sowie die für die Antenne A oder eine folgende Verstärkerstufe verfügbare Summenleistung Σ N, die bei optimaler Phasenlage der Ausgangs spannungen einen maximalen Wert erreicht. Durch die Richtungskoppler Rk₁ und Rk₂ wird ein kleiner Teil der Hochfrequenz-Ausgangsenergie der WFRl bzw. WFR2 über die Verstärker V₁ und V₂ den Widerständen R₁ bzw. R₂ einer Wheatstonschen Brücke zugeführt. Ein geringer Teil der in der gemeinsamen Energieleitung (Antennenzuführung) vorhandenen Hochfrequenzleistung wird durch den Richtungskoppler Rk^ über den Verstärker V₁ dem Widerstand i?₄ zugeführt. Die Brücke ist im Gleichgewicht, falls die Bedingung

Ur, R₅

erfüllt ist (Relaiswiderstände vernachlässigt).

Dieser Fall stellt den normalen. Betriebszustand bei Parallelschaltung der Wanderfeldröhren WFR1 und WFR 2 dar.

Ändert sich auf Grund irgendwelcher Einflüsse (z. B. troposphärischer Vorgänge bei Diversity-Empfang) die Phasenlage der Hochfrequenzausgangsspannungen so, daß obige Bedingung nicht mehr erfüllt ist, so spricht wegen des verlorengegangenen Brückengleichgewichtes das Relais ReIl an und schließt den Kontakt rj und öffnet T₁ ¹¹. Hierdurch wird der Motor M, dessen Achse mit der Achse der Potentiometer (Regelwiderstände) P₁ und P₂ gekuppelt ist, in Umdrehungen versetzt und bewirkt eine Änderung der Wendelspannungen U„ der Wanderfeldröhren 1 und 2. Diese Spannungsänderung bewirkt eine Phasenverschiebung der Hochfrequenzausgangsspannungen der Wanderfeldröhren. Die Regelung erfolgt in der Weise, daß bei einer Vergrößerung von U_wl eine Verminderung von U_W2 stattfindet und umgekehrt. Auf diese Weise wird vermieden, daß durch eine automatische Regelung der Wendelspannung einer Röhre deren Verstärkung zu stark geändert wird.

Erfolgt die Regelung in einem solchen Sinne, daß eine Zunahme der Gesamtenergie stattfindet, so schaltet das Relais 1 den Motor nach Wiederherstellung des Brückengleichgewichtes ab.

Regelt der Motor aber in einer Richtung, in der eine weitere Abnahme erfolgt, so wird U_gesamt an R_t so lange absinken) bis bei einer bestimmten minimalen Spannung das Relais 2 abfällt, das mit Hilfe der Kontakte T₂ ¹.' \. r₂ ^IV die Drehrichtung des Motors umschaltet. Gleichzeitig öffnet sich der Kontakt r₂ ^v, so daß das Relais noch nicht wieder in Tätigkeit treten kann., wenn die Summenspannung U_gesamt den Ansprechwert wieder erreicht. Eine nochmalige Umschaltung des Motors wird also vermieden.

Wird nach Umpolung des Motors der Gleichgewichtszustand der Brücke erreicht, so schließt sich durch Abfallen des Ankers von ReIl der Kontakt T₁ ¹¹. Das Relais 2 wird zum Ansprechen, gebracht, was jetzt durch eine entsprechende Spannung an R_t ermöglicht wird. Der Kontakt r₂ ^v schließt sich, das Relais 2 ist wieder betriebsfähig. Die hierbei gleichzeitig auftretende Umpolung des Motors ist ohne Be*- deutung, da r_t ^l geöffnet ist. ^:

ReI 3 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß die automatische Phasenregelung bereits während der Einschaltvorgänge einsetzt. Die Kontakte r₃ ^l und r₃ ⁿ werden erst dann geschlossen, wenn eine bestimmte Mindestausgangsleistung erreicht ist. Hierdurch werden ReIl void Rel2 eingeschaltet, und die Regelung kann erfolgen.

Der Phasenabgleich kann in ähnlicher Weise, wie oben dargelegt, auch mit Hilfe von Umwegleitungen im Hochfrequenzweg, ζ. B. durch Verschieben der Kurzschlußschieber St oder Änderung zusätzlicher Blindwiderstände, erfolgen. Dieselbe Aufgabe läßt sich auch mit Hilfe von Röhrenschaltungen lösen.
' Fällt eine der im Ausführungsbeispiel betrachteten Wanderfeldröhren WFR1 oder WFR2 sas, so wird" zur Erhöhung der Betriebssicherheit nach einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung die Reserveröhre WFR3 automatisch eingeschaltet. Dies geschieht durch Schaltvorgänge, die durch die Relais 4 bzw. 5 bei ausfallendem oder zu geringem Kollektorstrom ausgelöst werden. Durch die Kontakte T₄ ¹ bzw. r₅ ^x wird die Heizung der Reserveröhre eingeschaltet, während die Thermorelais 7 und 8 über die Kontakte r₄ ⁿ oder r₅ ¹¹ eingeschaltet werden und mit entsprechender Verzögerung die übrigen Betriebsspannungen mit Hilfe von r₇ und r₈ einschalten.

Die Relais 4 bzw. 5 schalten außerdem durch die Kontakte r™, r₄ ^IV, rj bzw. r₅ ^m, r₅ ^IV, r₅ ^v die Wendel-Voranoden- und Kollektorspannung von der ausgefallenen Röhre ab.

Fällt die Röhre WFR2 aus, so wird nach dem vorhergehenden die Reserveröhre WFR 3 eingeschaltet. Die Regelung der Wendelspannung erfolgt für WFR1 weiterhin durch P₂, für WFRZ durch P₁.

Bei Ausfall von WFRl muß eine Umschaltung einer Röhre auf P₂ stattfinden, damit die Regelung der Wendelspannungen für die beiden nun parallel geschalteten Röhren 2 und 3 weiterhin entgegengesetzt erfolgt. Daher wird WFR2 nach Abfallen des Kontaktes r₄ ^vn durch r₄ ^VI an P₂ gelegt.

Die Kontakte r₄ ^vm, r₅ ^VI, r_e ^x dienen bei Ausfall einer Röhre dazu, den entsprechenden Widerstand in der Brücke kurzzuschließen, bzw. den Brückenwiderstand der Reserveröhre einzuschalten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erhöhung der Betriebssicherheit von Wanderfeldröhrenverstärkern durch Parallelschaltung von mindestens zwei Wanderfeldröhren, bei der zur Erzielung eines phasengleichen Ausgangs die Abhängigkeit der Ausgangsphase

von der Wen del spannung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Prüf- und Regelschaltung einerseits die Summe der Einzelleistungen vor der hochfrequenzmäßigen Zusammenschaltung, andererseits die Gesamtleistung der beiden Wanderfeldröhren nach der hochfrequenzmäßigen Zusammenschaltung mit Hilfe von je einem Richtungskoppler gebildet, gleichgerichtet und verstärkt wird und die beiden Meßgrößen in einer Brückenschaltung miteinander verglichen werden und eine Abweichung von dem eingestellten Höchstwert durch Regelung der Wendelspannung mindestens einer Wanderfeldröhre ausgeglichen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Wanderfeldröhrenwendelspannung derart erfolgt, daß die Gesamtverstärkung das Optimum erreicht, wobei bei einer Vergrößerung der Wendelspannung einer Röhre gleichzeitig eine Verkleinerung dter Wendelspannung dler anderen Röhre durchgeführt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Wanderfeldröhre vorgesehen ist, die nach Ausfall einer Röhre des geregelten. Wanderfeldröhrenpaares automatisch als Ersatz eingeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 852 705;
französische Patentschriften Nr. 981 157, 992 853; USA.-Patentschrift Nr. 2 511 120.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 809 578/317 7.58