DE1081936B

DE1081936B - Pot-circle generator or power amplifier with means for inductive decoupling of high-frequency energy

Info

Publication number: DE1081936B
Application number: DES61329A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Krause
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1959-01-15
Filing date: 1959-01-15
Publication date: 1960-05-19

Description

Topfkreis-Generator oder -Leistungsverstärker mit Mitteln zur induktiven Auskopplung der Hochfrequenzenergie Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie aus einem Topfkreis-Generator-oder -Leistungsverstärker.Pot circle generator or power amplifier with means for inductive Coupling out the high-frequency energy The invention relates to an arrangement for coupling out the high-frequency energy from a pot-circle generator or power amplifier.

Obwohl der auf die Grundfrequenz abgestimmte Anodenkreis einer Topfkreisanordnung im allgemeinen eine gute Resonanzschärfe besitzt, die eine erhebliche Unterdrückung der harmonischen Frequenzen der Grundfrequenz zur Folge hat, enthält die in der Regel über eine mit dem Anodenkreis galvanisch verbundene Schleife ausgekoppelte Hochfrequenzenergie noch einen merklichen Oberwellenanteil. Das ist vor allem dann der Fall, wenn der Topfkreis-Generator oder -Leistungsverstärker zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades im sogenannten C-Betrieb arbeitet. Bei dieser Betriebsart ist die Leistungsröhre nur in der positiven Phase der Hochfrequenz-Gitterspannung stromführend, in der negativen Phase dagegen gesperrt. Die Folge davon ist, daß der Anodenstrom der Röhre stark verzerrt ist und neben der Grundfrequenz - entsprechend der Fourieranalyse - alle harmonischen Frequenzen der Grundfrequenz enthält. Besonders in diesem Fall kann der Oberwellenanteil der Hochfrequenzenergie, der über die Auskoppelschleife und das Zuleitungskabel zur Antenne bzw. zur Elektrode gelangt, so groß sein, daß die abgestrahlte Hochfrequenzenergie zu Feldstärkewerten führt, die nach dem in Deutschland geltenden Hochfrequenzgesetz nicht mehr zulässig sind und z. B. Funkdienste stören können.Although the anode circle of a cup circle arrangement, which is tuned to the fundamental frequency generally has a good sharpness of resonance, which has a considerable suppression of the harmonic frequencies of the fundamental frequency, contains those in the Usually via a loop galvanically connected to the anode circuit High frequency energy still has a noticeable harmonic content. That’s especially then the case when the pot circle generator or power amplifier to achieve a high efficiency in the so-called C-mode works. In this operating mode the power tube only carries current in the positive phase of the high-frequency grid voltage, blocked in the negative phase. The consequence of this is that the anode current the tube is strongly distorted and next to the fundamental frequency - according to the Fourier analysis - contains all harmonic frequencies of the fundamental frequency. Especially in this case can be the harmonic content of the high-frequency energy that passes through the decoupling loop and the supply cable to the antenna or to the electrode should be so large that the radiated high-frequency energy leads to field strength values which, according to the in Germany applicable high frequency law are no longer permissible and z. B. Radio Services can disturb.

Es ist daher bekannt, am Ausgang des Hochfrequenzgenerators oder -Leistungsverstärkers Mittel vorzusehen, die für die harmonischen Frequenzen der Grundfrequenz eine große Sperrwirkung haben, so daß deren Feldstärkeanteile auf zulässige Werte herabgesetzt werden. Ein bekanntes in diesem Sinne wirkendes Mittel ist der Tiefpaß, der z. B. aus einem oder mehreren n-Gliedern besteht. Eine solche Anordnung ist jedoch vor allem deswegen von Nachteil, weil die Sperrwirkung eines ic-Gliedes verhältnismäßig gering ist und demzufolge eine große Zahl von z-Gliedern erforderlich ist, um eine hohe Sperrwirkung zu erreichen.It is therefore known at the output of the high frequency generator or power amplifier Provide means that are large for the harmonic frequencies of the fundamental frequency Have blocking effect, so that their field strength components are reduced to permissible values will. A well-known in this sense acting means is the low pass, the z. B. consists of one or more n-terms. However, such an arrangement is available all because of the disadvantage, because the blocking effect of an IC element is relative is small and consequently a large number of z-members is required to produce a to achieve a high barrier effect.

Nach der Erfindung läßt sich mit konstruktiv einfachen Mitteln eine wirksame Unterdrückung von-harmonischen Frequenzen der Grundfrequenz dadurch erreichen, daß die Auskoppelschleife nicht galvanisch, sondern über mindestens ein konzentrisches, am Ende offenes Rohrleitungsstück (Leitungsresonator) mit dem Anodentopfkreis verbunden ist, wobei die elektrische Länge des konzentrischen Leitungsresonators so bemessen ist, daß er für die Grundfrequenz ein niederohmiger und für harmonische Frequenzen der Grundfrequenz ein hochohmiger Reihenwiderstand ist. Die Sperrwirkung einer solchen Anordnung läßt sich erhöhen bzw. auch für harmonische Frequenzen erreichen, die von nur einem Leitungsresonator nicht ausreichend unterdrückt werden, wenn mehrere derartige Leitungsresonatoren vorgesehen und z. B. konstruktiv konzentrisch ineinander angeordnet sind. Elektrisch wirkt die Anordnung dann wie eine Hintereinanderschaltung von Leitungsresonatoren.According to the invention can be a structurally simple means achieve effective suppression of harmonic frequencies of the fundamental frequency by that the decoupling loop is not galvanic, but via at least one concentric, pipe section open at the end (line resonator) connected to the anode pot circuit is, the electrical length of the concentric line resonator so dimensioned is that it is a low-resistance one for the fundamental frequency and one for harmonic frequencies the fundamental frequency is a high-value series resistance. The blocking effect of such Arrangement can be increased or achieved for harmonic frequencies that are not sufficiently suppressed by only one line resonator if several such line resonators provided and z. B. constructively concentric with each other are arranged. Electrically, the arrangement then works like a series connection of line resonators.

An Hand der Figuren sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.Exemplary embodiments of the invention are to be explained with reference to the figures will.

In der Konstruktionsskizze der Fig. 1 ist im Schnitt ein Teil des Anodentopfkreises 1 eines Hochfrequenzgenerators mit den Mitteln zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie auf das konzentrische Zuleitungskabe12, 3 dargestellt. Der Außenleiter 2 des Zuleitungskabels ist galvanisch mit dem Anodentopfkreis 1, der Innenleiter 3 über die Auskoppelschleife 8 mit dem Innenleiter 4 des konzentrischen Leitungsresonators II verbunden. Der Außenleiter 5 des Leitungsresonators II, der gleichzeitig den Innenleiter des Leitungsresonators I bildet, wird durch Isolationsscheiben 9, 10 isoliert und verschiebbar im Rohr 6 gehaltert. Beide Leitungsresonatoren I, II sind an ihren Enden offen und elektrisch in Reihe geschaltet.In the construction sketch of FIG. 1, a part of the anode pot circuit 1 of a high-frequency generator with the means for coupling out the high-frequency energy to the concentric supply cable 12, 3 is shown in section. The outer conductor 2 of the supply cable is galvanically connected to the anode well circuit 1, the inner conductor 3 via the decoupling loop 8 to the inner conductor 4 of the concentric line resonator II. The outer conductor 5 of the line resonator II, which at the same time forms the inner conductor of the line resonator I, is insulated by insulating disks 9, 10 and held in the tube 6 in a displaceable manner. Both line resonators I, II are open at their ends and are connected electrically in series.

Die elektrischen Eigenschaften der Leitungsresonatoren werden in erster Linie durch die Länge der zwischen ihren Innenleitern und ihren Außenleitern liegenden Räume bestimmt. Die Abmessungen des Innenleiters 4 und der Außenleiter 5, 6 sind deshalb zur Erzielung einer möglichst hohen Sperrwirkung bei den harmonischen Frequenzen so gewählt, daß die genannten Räume für die harmonischen Frequenzen auf -Resonanz (n = 1, 2, 3 . . ., Ah = Wellenlänge der harmonischen Frequenzen) abgestimmt sind, für die Grundfrequenz dagegen etwa eine Länge von (A, = Wellenlänge der Grundfrequenz) haben. In dem angeführten Beispiel wurde die Länge des Leitungsresonators I so gewählt, daß sich für geradzahlige harmonische Frequenzen ergibt, und die Länge des Leitungsresonators 1I so, daß sich für die dritte harmonische und ganzzahlige Vielfache dieser Frequenz (also für die sechste, neunte, zwölfte usw.) ergibt. Die Leitungsresonatoren wirken dann bei der Grundfrequenz wie niederohmige und bei deren harmonischen Frequenzen wie hochohmige Reihenwiderstände. Die optimale Einstellung des Leitungsresonators I auf die zweite und vierte harmonische Frequenz läßt sich z. B. durch Verschieben des inneren Rohres 5 in Längsrichtung und durch Verändern der kleinen Zusatzkapazität 7 erreichen; die optimale Einstellung des Leitungsresonators II erfolgt z. B. durch Verändern der Länge des Innenleiters 4, der zu diesem Zweck einen mehr oder weniger tief einschraubbaren Gewindestift 4a als Verlängerungselement aufweist.The electrical properties of the line resonators are primarily determined by the length of the spaces between their inner conductors and their outer conductors. The dimensions of the inner conductor 4 and the outer conductor 5, 6 are therefore chosen to achieve the highest possible blocking effect at the harmonic frequencies so that the spaces mentioned for the harmonic frequencies -Resonance (n = 1, 2, 3..., Ah = wavelength of the harmonic frequencies) are matched, for the fundamental frequency, however, about a length of (A, = wavelength of the fundamental frequency). In the example given, the length of the line resonator I was chosen so that even harmonic frequencies and the length of the line resonator 1I so that for the third harmonic and integer multiple of this frequency (i.e. for the sixth, ninth, twelfth, etc.) results. The line resonators then act like low-ohmic series resistances at the fundamental frequency and like high-ohmic series resistors at their harmonic frequencies. The optimal setting of the line resonator I to the second and fourth harmonic frequency can be z. B. achieve by moving the inner tube 5 in the longitudinal direction and by changing the small additional capacity 7; the optimal setting of the line resonator II takes place z. B. by changing the length of the inner conductor 4, which for this purpose has a threaded pin 4a which can be screwed in more or less deeply as an extension element.

Während der Leitungsresonator I für die Grundfrequenz etwa ist, also praktisch einen Kurzschluß darstellt, ist der Leitungsresonator II erheblich kürzer. Er bildet für die Grundfrequenz einen kapazitiven Blindwiderstand. Diese Tatsache stellt jedoch keinen Nachteil dar, denn dieser Blindwiderstand kann, da er in Reihe mit der Auskoppelschleife 8 liegt, zur Kompensation der unvermeidlichen Streuinduktivität dieser Schleife herangezogen werden. Die Größe des kapazitiven Blindwiderstandes ist nur von der Größe des Wellenwiderstandes des Leitungsresonators II abhängig und läßt sich daher in weiten Grenzen beliebig verändern. Diese Möglichkeit der Kompensation der Streuinduktivität der Auskoppelschleife 8 durch die Anordnung nach der Erfindung stellt einen weiteren Vorteil gegenüber den eingangs genannten 7r-Gliedern dar.During the line resonator I for the fundamental frequency about is, so practically represents a short circuit, the line resonator II is considerably shorter. It forms a capacitive reactance for the fundamental frequency. However, this fact does not represent a disadvantage, because this reactance, since it is in series with the coupling-out loop 8, can be used to compensate for the unavoidable leakage inductance of this loop. The size of the capacitive reactance is only dependent on the size of the wave resistance of the line resonator II and can therefore be changed as desired within wide limits. This possibility of compensating for the leakage inductance of the coupling-out loop 8 by the arrangement according to the invention represents a further advantage over the 7r elements mentioned at the beginning.

In den Fig. 2a bis 2c sind in elektrischen Ersatzschaltbildern die durch die Anordnung nach Fig. 1 erreichbaren unterschiedlichen Wirkungen bei der Grundfrequenz und deren harmonischen Frequenzen verdeutlicht. Die allen Figuren gemeinsamen Schaltsymbole 10, 11 und 12 versinnbildlichen den Hochfrequenzgenerator, dessen ohmschen Innenwiderstand und die Streuinduktivität der Auskoppelschleife B. Für die Grundfrequenz (s. Fig. 2 a) stellt der Leitungsresonator I einen Reihenresonanzkreis und der Leitungsresonator II einen kapazitiven Blindwiderstand dar, der wiederum mit der Streuinduktivität 12 einen Reihenresonanzkreis für die Grundfrequenz bildet. Für die zweite und höhere geradzahlige harmonische Frequenz der Grundfrequenz stellt der LeitungsresonatorI einen sperrenden Parallelresonanzkreis (Fig. 2b) dar, und für die dritte harmonische Frequenz der Grundfrequenz und ganzzahlige Vielfache davon bildet der Leitungsresonator II einen sperrenden Parallelresonanzkreis (Fig. 2c). In beiden Fällen wirkt die Streuinduktivität 12 dämpfend für die harmonischen Frequenzen.2a to 2c are the electrical equivalent circuit diagrams by the arrangement of FIG. 1 achievable different effects in the Basic frequency and its harmonic frequencies clarified. The all figures common circuit symbols 10, 11 and 12 symbolize the high-frequency generator, its ohmic internal resistance and the leakage inductance of the output loop B. For the fundamental frequency (see Fig. 2a), the line resonator I represents a series resonant circuit and the line resonator II is a capacitive reactance, which in turn forms a series resonant circuit for the fundamental frequency with the leakage inductance 12. For the second and higher even harmonic frequency the fundamental frequency represents the line resonator I represents a blocking parallel resonance circuit (Fig. 2b), and for the third harmonic frequency of the fundamental frequency and integer multiples of this, the line resonator II forms a blocking parallel resonance circuit (Fig. 2c). In both cases, the leakage inductance 12 has a dampening effect on the harmonic Frequencies.

Eine weitere Möglichkeit der Reihenschaltung von Leitungsresonatoren ist in der Fig. 3 skizziert. Hiernach wird die dem Anodentopfkreis 20 über den Leitungsresonator III entnommene Energie zunächst über den Leitungsresonator IV in den zusätzlichen Topfkreis 21 eingekoppelt und dann über den Leitungsresonator V der Energieleitung 22, 23 zugeführt. Der Topfkreis 21 ist durch die Zusatzkapazität 24 auf die Grundfrequenz abstimmbar.Another possibility of series connection of line resonators is sketched in FIG. 3. Thereafter, the anode well circuit 20 via the line resonator III extracted energy initially via the line resonator IV in the additional Cup circle 21 coupled and then via the line resonator V of the power line 22, 23 supplied. The pot circle 21 is due to the additional capacitance 24 on the basic frequency tunable.

Die vorgeschlagene Maßnahme hat sich insbesondere für Topfkreis-Generatoren oder -Leistungsverstärker zur Speisung von Elektroden für die medizinische Dezimeterwellenbehandlung bewährt.The proposed measure has proven particularly useful for cup-circle generators or power amplifier for feeding electrodes for medical decimeter wave treatment proven.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pot-circle generator or power amplifier, especially for feeding electrodes for medical decimeter wave treatment, with means for inductive decoupling of the high-frequency energy (decoupling loop) and means for suppressing their harmonic content, characterized in that that the decoupling loop is not galvanic, but via at least one concentric, pipe section open at the end (line resonator) connected to the anode pot circuit is, the electrical length of the concentric line resonator so dimensioned is that it is a low-resistance one for the fundamental frequency and one for harmonic frequencies the fundamental frequency is a high-value series resistance.

2. Device according to claim 1, characterized in that; that the line resonator for the harmonic frequencies of the fundamental frequency is matched.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that several such line resonators provided and z. B. constructively concentric with each other are arranged.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the inner conductors of the line resonators displaceable in the longitudinal direction or in their Length can be changed.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that means are provided which make it possible to optimally adjust a line resonator to several resonance points (additional capacitance 7). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1027 341; British Patent No. 655,234; U.S. Patent No. 2,312,723; Steinhauser; "Transmitter construction book for shortwave amateurs", Munich, 1952, p. 31.