DE1098040B - Verstaerkerschaltanordnung fuer Gleichstromsignale, insbesondere fuer Zwecke der Iso-Echo-Anzeige in Wetterradargeraeten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen für die Übertragung von Gleichstromzeichen, die empfindlich für die Amplitude des zugeführten Zeichens sind, derart, daß eine lineare Verstärkung bei Eingangsspannungen, die unterhalb eines gewissen Amplitudengrenzwertes liegen, und eine lineare Dämpfung bei Eingangsspannungen, die oberhalb dieses Amplitudengrenzwertes liegen, vorgenommen wird.

Derartige Schaltungen finden verschiedene Anwendungen, wobei ein wichtiges Anwendungsgebiet die Anzeigegeräte mit Iso-Echo-Begrenzungen bzw. Linien gleicher Echostärke bei Wetterradareinrichtungen sind. Diese Einrichtungen vermitteln eine Rundsichtanzeige von Unwetterwolken, wobei Bereiche von großer Dichte eine umrissene Form zwecks leichter Auffindung erhalten.

Durch die Iso-Echo-Technik kann das angezeigte Bild der Wetterverhältnisse leichter gedeutet werden und der Flugzeugführer die Lage, Stärke und Ausdehnung eines Sturmz'entrums schneller beurteilen. Denn bei der Wetterdarstellung auf dem Radarbildschirm ist nachteilig, daß die Gradation der phosphoreszierenden Schicht des Bildschirmes nur in einem beschränkten Bereich geradlinig ist und Intensitätsunterschiede bei stärkeren Echos keine wesentlichen Helligkeitsunterschiede mehr erzeugen. Durch die Hilfsmittel der Iso-Echo-Darstellung wird aber erreicht, daß kleinere Echos normal verstärkt, große Echos jedoch, die den Zonen großen Feuchtigkeitsgehaltes entsprechen, geschwächt werden, wodurch sich deutlich abhebende Anzeigelinien ergeben. Für die Iso-Echo-Wetterdarstellung sind verschiedene Schaltungsaliordnungen entwickelt worden, die jedoch für die Verwendung in Flugzeugen noch zu kompliziert sind.

Die Erfindung setzt sich die Schaffung einer besonders einfachen Verstärkerschaltanordnung zum Ziel, die für solche Iso-Echo-Anzeigen, aber auch für beliebige andere Anwendungen mit gleichartigen Anforderungen an die Verstärkungscharakteristik geeignet ist. Es ist bereits bekannt, zur Verstärkungsreglung dem einen Röhrengitter einer Doppelröhrenschaltung· die volle Signalamplitude und dem anderen Röhrengitter eine verminderte Signalspannung zuzuführen, so daß infolge der gegenphasigen Steuerwirkung in der Ausgangsröhre eine Beeinflussung der Verstärkung der Gesamtanordnung erreicht wird. Dieser Differentialverstärkerschaltung kann für Zwecke der automatischen Verstärkungsreglung verwendet werden. Sie ist jedoch nicht zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe geeignet.

Die Erfindung stützt sich auf eine solche bekannte Verstärkerschaltanordnung für Gleichstromsignale, bei der zwei gittergesteuerte Elektronenröhren vor-

Verstärkers chaltanordnung

für Gleichstromsignale, insbesondere

für Zwecke der Iso-Echo-Anzeige

in Wetterradargeräten

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. September 1955

Parker C. Cope, Baltimore, Md. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

gesehen sind, deren Kathoden über einen gemeinsamen Widerstand mit dem Bezugspunkt (Erde) verbunden sind, bei der ferner die Eingangssignale durch Parallelzweige verschiedener Impedanz, die ebenfalls mit dem Bezugspunkt (Erde) in Verbindung stehen, auf die Steuergitter der Röhren übertragen werden, der Parallelzweig zur zweiten Röhre eine größere Dämpfung hat als der Parallelzweig zur ersten Röhre und die Ausgangssignale von der Anode der zweiten Röhre abgenommen werden. Das Neuartige der Erfindung besteht dabei darin, daß zur linearen Verstärkung von Eingangssignalen unterhalb eines gewünschten Amplitudengrenzwertes und zur linearen Dämpfung von Eingangssignalen oberhalb dieses Amplitudengrenzwertes, insbesondere für Zwecke der Iso-Echo-Anzeige in Wetterradargeräten, der ersten Röhre eine negative Vorspannung solcher Größe gegeben ist, daß diese Röhre nur für Eingangssignale oberhalb des Amplitudengrenzwertes durchlässig wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 schematisch eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Kennlinie, die das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung für die Schaltung nach Fig. 1 wiedergibt,

Fig. 3 schematisch eine andere Schaltungsanordnung ähnlich derjenigen nach Fig. 1, jedoch mit Begrenzungsmitteln zur Bindung der Ausgangs spannung der Anordnung an einen Bezugsspannungspegel.

109 507/352

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist zwei Dreielektroden-Vakuumröhren 10 und 11 auf, deren Kathoden durch eine Leitung 12 unmittelbar verbunden sind. Die Anode der Röhre 10 ist an die positive Klemme 13 einer Spannungsquelle B+ unmittelbar angeschlossen, und die Anode der Röhre-11 -ist mit derselben Klemme über einen Widerstand 14 verbunden. Die Kathodenverbindungsleitung 12 ist über einen Widerstand 15 mit Erde und über 'einen Widerstand 16 mit der Klemme 13 verbunden. In der Verbindung des Steuergitters der Röhre 10 mit Erde liegen ein Widerstand 17 und eine Batterie 18 in Reihe, wobei letztere die negative Vorspannung für das Gitter liefert. Die Eingangsspannung E wird dem Kreis über zwei Klemmen 19 und 20 zugeführt, von denen die letztere mit dem Steuergitter der Röhre 10 unmittelbar sowie mit dem Steuergitter der Röhre 11 über die Reihenschaltung eines Kondensators 21 und eines Widerstandes 22 verbunden ist. Das Steuergitter der Röhre 11 ist mit Erde über einen Widerstand 23 verbunden. Die Ausgangsspannung E₀ wird von den Klemmen 24 und 25 abgenommen, von denen die letztere an die Verbindung der Anode der Röhre 11 mit dem Widerstand 14 angeschlossen ist.

Beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 ist die Röhre 10 gewöhnlich gesperrt infolge der von der Batterie 18 angelegten negativen Vorspannung und der positiven Spannung am Widerstand 15. Die Eingangsspannung E ist gewöhnlich eine Bildspannung, die einen Zug positiver Impulse umfaßt, der im Fall einer Wetter-Radaranlage Reflexionen von Wolkenbildungen darstellt. Solange die Eingangsspannung nicht so stark positiv ist, daß die Sperrung der Röhre 10 aufgehoben wird, wird durch die Röhre 11 die Spannung E', die zwischen ihrem Steuergitter und Erde liegt, verstärkt und eine Ausgangsspannung E₀ erzeugt. Die Spannung E' unterscheidet sich von der Eingangsspannung £ durch 'einen Faktor, der durch die Werte der Widerstände 22 und 23 bestimmt ist. Wenn die Spannung E stark genug positiv wird, um die Sperrung der Röhre 10 zu überwinden, fließt der Strom dieser Röhre durch den Widerstand 15 und erzeugt eine der Spannung E' entgegenwirkende Spannung, so daß die Ausgangsspannung der Röhre 11 herabgesetzt wird. Das Maß dieser Spannungsherabsetzung ist eine Funktion der Spannungsverstärkung der Röhre 10 und des Verhältnisses von E' zu E. Durch das Verhältnis der Werte von Widerstand 16 zu Widerstand 15 ist die Größe der festen Vorspannung an der Röhre 11 und damit die positiv gerichtete Höchstamplitude der Ausgangsspannung E₀ festgelegt. Das Ausgangszeichen ist lediglich als aus den Abweichungen von dem Ruhewert des Potentials der Röhre 11 gegenüber Erde zusammengesetzt aufzufassen.

Diese Wirkungsweise ist durch die graphische Darstellung in Fig. 2 veranschaulicht, wonach die Ausgangsspannung E₀ von dem gestrichelt dargestellten Ruhewert aus im negativen Sinne ansteigt (es ist dabei an die Anodenspannungswerte gedacht), bis die Eingangsspannung E einen durch die Linie A angegebenen Wert erreicht hat, der den Punkt darstellt, in dem die Röhre 10 leitend zu werden beginnt. Bei weiterem Ansteigen des Wertes der Eingangsspannung E nähert sich die Ausgangsspannung E₀ dem Wert der Anodenspannungsquelle B + .

Wird die Ausgangsspannung E₀ der Intensitätssteuerelektrode einer Kathodenstrahlröhre zugeführt, so ergibt das in Fig. 2 angegebene Diagramm in einem Radarrundsuchgerät eine Konturendarstellung von einer Sturmwolkenbildung, da die Schaltung nur Bildsignale mit Amplituden zwischen einem bestimmten Minimum (Empfangsminimum) und einem bestimmten Maximum überträgt. Die äußere Kontur der Zone wird für die Bildsignale erzeugt, die das

- vorbestimmte-Minimum haben, und die innere Kontur der Zone wird für die Bildsignale erzeugt, die das vorbestimmte Maximum haben. Diese Zone zeigt ein Gebiet mit einem Regenfall an der zwischen einem

ίο Minimum und einem Maximum liegt, während der von der Zone umgebene Kern ein Gebiet, das einen größeren Regenfall hat, anzeigt, da ein Gebiet mit starkem Regenfall große Echosignale und daher große Bildsignale ergibt, die über das vorbestimmte Maximum hinausgehen, für das der Kreis eingestellt ist.

Die Schaltanordnung nach Fig. 3 entspricht derjenigen nach Fig. 1 mit gewissen Zusätzen. Eine Röhre 30 veranschaulicht die letzte Bildverstärkerstufe, die die Schaltung nach Fig. 1 speist. Die Batterie 18 der Fig. 1 ist hier durch einen Spannungsteiler ersetzt, der eine Reihenschaltung von Widerständen 31, 32, 33 aufweist, die zwischen Erde und dem negativen Pol einer Spannungsquelle von 250 Volt liegt. Das Steuergitter der Röhre 10 ist mit dem Spannungsteiler über den Widerstand 18' und einen beweglichen Abgriff 34 am Widerstand 32 verbunden. An den Widerstand 18' ist 'eine Diode 35 angeschlossen, deren Kathode unmittelbar mit dem Gitter der Röhre 10 und über einen Kondensator 36 mit der Anode der Röhre 30 verbunden ist. Die Anode der Röhre 30 ist außerdem über den Kondensator 21 mit dem Widerstand 22 ähnlich wie in Fig. 1 verbunden. Eine Diode 37 ist zwischen der Verbindung von Kondensator 21 mit Widerstand 22 einerseits und Erde andererseits angeschlossen, wobei die Erdleitung an ihrer Anode liegt. Die Dioden 35 und 37 haben den Zweck, die Ausgangsspannung E₀ auf einen festen Bezugspegel zu beziehen. Dieser Pegel ist gewöhnlich fest wie derjenige der negativen Ausschläge der Bildspannung, die an den in Fig. 1 dargestellten Teil der Schaltung angelegt wird. Beim Arbeiten der Schaltung in der bei Fig. 1 beschriebenen Weise wird durch die vorgesehene Kopplung durch Reihenkondensator bewirkt, daß die Ausgangsspannung als Bezugsspannung die Achse der Eingangsspannung benutzt. Letztere hat die Eigenschaft einer Wechselspannung, deren Achse so liegt, daß die Fläche der positiven Ausschläge derjenigen der negativen Ausschläge des Impulszuges gleichkommt. Da das übertragene Energiebündel Unwettergebiete von wechselnden verwickelten Formen aufhellt, so daß die Arbeitsperiode bzw. Impulsdauer des sich ergebenden Echowellenzuges sich ändert, hat der Bezugspegel gleichfalls das Bestreben, sich zu ändern. Die Dioden 35 und 37 wirken daher als Gleich-Stromrückführung für die Eingangsspannung.

Die Ausgangsspannung eines üblichen RC-Netzwerkes ist bekanntlich der Eingangsspannung proportional. Die positiven und negativen Halbwellen der Ausgangsspannung haben bezüglich der Nullinie die gleiche Lage wie diejenigen der Eingangsspannung. Schaltet man den Widerstand einer Diode parallel, so kann man damit die Null- bzw. Bezugslinie je nach Polung in positiver oder negativer Richtung verschieben. Dies rührt daher, daß der Kondensator durch die Diode je nach Polung der Diode entweder auf den Minimal- oder den Maximalwert der Eingangsspannung aufgeladen wird.

In Fig. 3 sind die Dioden so geschaltet, daß am Gitter der Verstärkerröhre 10 nur positive Impulse in bezug auf das Potential am Bezugspunkt 34 und

am Gitter der Röhre 11 nur positive Impulse in bezug auf Erde entstehen können. Durch Verstellen des Abgriffes 34 kann der in Fig. 2 mit A bezeichnete Amplitudengrenzwert auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Die in Fig. 3 angegebenen Spannungswerte sind als Beispiel angegeben.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltanordnung für Gleichstromsignale, bei der zwei gittergesteuerte Elektronenröhren vorgesehen sind, deren Kathoden über einen gemeinsamen Widerstand mit dem Bezugspunkt (Erde) verbunden sind, bei der ferner die Eingangssignale durch Parallelzweige verschiedener Impedanz, die ebenfalls mit dem Bezugspunkt (Erde) in Verbindung stehen, auf die Steuergitter der Röhren übertragen werden, der Parallelzweig zur zweiten Röhre eine größere Dämpfung hat als der Parallelzweig zur ersten Röhre und die Ausgangssignale von der Anode der zweiten Röhre abgenommen werden, dadurch .gekennzeichnet, daß zur linearen Verstärkung von Eingangssignalen unterhalb eines gewünschten Amplitudengrenzwertes und zur linearen Dämpfung von Eingangssignalen oberhalb dieses Amplitudengrenzwertes, insbesondere für Zwecke der Iso-Echo-Anzeige in Wetterradargeräten, der ersten Röhre eine negative Vorspannung solcher Größe gegeben ist, daß diese Röhre nur für Eingangssignale oberhalb des Amplitudengrenzwertes durchlässig wird.

2. Verstärkerschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergitter der Röhren durch je eine nur in einer Richtung leitende Einrichtung auf einem bestimmten Bezugspotential gehalten werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 912 701;
österreichische Patentschrift Nr. 179 319.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 109 507/352 1.61