DE1103404B

DE1103404B - Method and circuit for modulating reflex klystrons

Info

Publication number: DE1103404B
Application number: DED29152A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Kraemer
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1958-10-16
Filing date: 1958-10-16
Publication date: 1961-03-30

Description

Verfahren und Schaltung zur Modulation von Reflexklystrons Die Amplitudenmodulation von Reflexklystrons erfolgt in den bekannten Schaltungen dadurch, daß man der Reflektorgleichspannung eine Rechteckspannung gewünschter Impulsfolgefrequenz aufdrückt. Die Reflektorgleichspannung wird dadurch, je nach Einstellung, so weit erhöht oder erniedrigt, daß die Hochfrequenzschwingung des Klystrons im Takte der Modulationsfrequenz ein- und aussetzt.Method and circuit for modulating reflex klystrons. The amplitude modulation of reflex klystrons takes place in the known circuits by the fact that the reflector direct voltage impresses a square wave voltage of the desired pulse repetition frequency. The reflector DC voltage is thereby increased or decreased, depending on the setting, that the high-frequency oscillation of the klystron starts and stops in time with the modulation frequency.

Reflexklystrons haben meistens mehrere Schwingbereiche. Als Schwingbereiche bezeichnet man die Gebiete der Reflektorgleichspannung, bei denen bei konstanten anderen Spannungen des Klystrons eine Hochfrequenzschwingung möglich ist. Zur Amplitudenmodulation benötigt man eine Rechteckspannung, deren Flankensteilheit genügend groß ist, um keine Frequenzmodulation zu erhalten. Die Amplitudenmodulation besteht praktisch in einem Ein- und Ausschalten der Hochfrequenzschwingung im Takte der Modulatiönsfrequenz.Reflex klystrons usually have several vibration ranges. As vibration ranges denotes the areas of the reflector DC voltage where at constant other voltages of the klystron a high frequency oscillation is possible. For amplitude modulation you need a square wave voltage, the slope of which is sufficiently large to receive no frequency modulation. The amplitude modulation practically exists in switching the high-frequency oscillation on and off at the rate of the modulation frequency.

Die folgenden Betrachtungen beziehen sich auf ein handelsübliches Klystron in der Schaltung nach Abb. 1. Die Resonatorgleichspannung beträgt 300V, der Resonatorstrom 23 mA. Der benutzte Reflektorspannungsbereich (mode) lag zwischen den Spannungen -152 und -168V, das Maximum der abgegebenen Hochfrequenzleistung lag bei --162 V. Die Rechteckspannung hatte eine Impulsfolgefrequenz von 2000/sec, das Tastverhältnis war 1 :1.The following considerations relate to a commercially available one Klystron in the circuit according to Fig. 1. The resonator DC voltage is 300V, the resonator current 23 mA. The used reflector voltage range (mode) was between the voltages -152 and -168V, the maximum of the delivered high-frequency power was --162 V. The square wave voltage had a pulse repetition rate of 2000 / sec, the duty cycle was 1: 1.

Abb. 2 zeigt die Einstcllung der Reflektorspannung L'ro bei unmoduliertem Betrieb. Legt man eine 1Iodulationsrechteckspannung zwischen 0 und A an, muß die Reflektorgleichspannung so erhöht oder erniedrigt werden, daß der obere oder untere Scheitel der Rechteckspannung bis zum Wert Uro im gewählten Schwingbereich reicht. Wie aus Abb. 2 a bzw. 2 b zu ersehen ist, muß die Reflektorgleichspannung so eingestellt werden, daß sie außerhalb des Schwingbereiches liegt.Fig. 2 shows the setting of the reflector voltage L'ro for unmodulated Operation. If you apply a square wave voltage between 0 and A, the Reflector DC voltage can be increased or decreased so that the upper or lower The peak of the square-wave voltage extends to the value Uro in the selected oscillation range. As can be seen from Fig. 2 a and 2 b, the reflector DC voltage must be set in this way become that it is outside of the oscillation range.

Diese Art der Schaltung hat folgende Mängel: Die Konstanz der abgegebenen Hochfrequenzamplitude (und auch der Frequenz, die sich mit der Reflektorspannung ändert) ist von der Summe oder der Differenz der Konstanz von zwei Spannungen abhängig, nämlich von der Konstanz der Reflektorgleichspannung und von der Konstanz der Rechteckwellenamplitude. Während sich die Reflektorgleichspannung mit verhältnismäßig geringen Mitteln stabilisieren läßt, erfordert die Konstanthaltung der Rechteckwellenamplitude einen größeren Aufwand, weil die Rechteckspannung zur Erzielung einer ausreichenden Flankensteilheit aus einer Multivibratorschaltung entnommen wird. Will man vom modulierten auf unmodulierten Betrieb übergehen, muß Ur neu eingestellt werden. Gerade der letzte Umstand ist sehr störend bei einer Verwendung der Schaltung in einem Meßplatz, wenn abwechselnd moduliert und unmoduliert gearbeitet werden soll. Es wird daher nach Verfahren gesucht, bei denen sowohl in moduliertem als auch in unmoduliertem Betrieb die einmal eingestellte Frequenz und Hochfrequenzamplitudekonstant bleiben.This type of circuit has the following shortcomings: The constancy of the emitted high-frequency amplitude (and also the frequency, which changes with the reflector voltage) depends on the sum or the difference of the constancy of two voltages, namely on the constancy of the reflector DC voltage and on the constancy the square wave amplitude. While the reflector DC voltage can be stabilized with relatively few resources, keeping the square wave amplitude constant requires greater effort because the square wave voltage is taken from a multivibrator circuit to achieve a sufficient edge steepness. If you want to change from modulated to unmodulated operation, Ur must be set again. The last circumstance in particular is very troublesome when the circuit is used in a measuring station when work is to be carried out alternately with modulation and unmodulation. The search is therefore for methods in which the frequency and high-frequency amplitude once set remain constant, both in modulated and in unmodulated operation.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Amplituden-, insbesondere Impulsmodulation von Reflexklystrons, bei dem mittels eines mit einem Widerstand überbrückten Ventils der Fußpunkt der Modulationsrechteckspannung mit der Reflektorgleichspannung zusammengelegt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise durch Anlegen einer Rechteckspannung mit hoher Flankensteilheit die Reflektorspannung von einem eingestellten Wert aus je nach Polarität des Ventils nach oben oder unten aus dem Schwingbereich so weit hinausgetastet wird, daß Amplitudenschwankungen während der Modulationsimpulse den Schwingmechanismus nicht mehr einschalten können.The invention relates to a method for amplitude, in particular Pulse modulation of reflex klystrons, in which by means of a resistor bridged valve, the base point of the modulation rectangular voltage with the reflector DC voltage is merged, and is characterized in that in a known manner the reflector voltage by applying a square-wave voltage with a high edge steepness from a set value up or down depending on the polarity of the valve is scanned out of the oscillation range so far that amplitude fluctuations during the modulation pulses can no longer switch on the oscillating mechanism.

Es ist bereits eine Schaltanordnung zur Modulation von Reflexklystrons unter Verwendung eines mit einem Widerstand überbrückten Ventils bekannt, die ein elektronisch geregeltes Netzgerät und ein Tiefpaßfilter erfordert. Abgesehen von dem bedeutend größeren Aufwand begrenzt das Tiefpaßfilter die untere mögliche Modulationsfrequenz. Im Gegensatz hierzu benötigt das erfindungsgemäße Modulationsverfahren kein elektronisch geregeltes Netzgerät für die Reflektorgleichspannung und erlaubt ihre Entnahme, beispielsweise auch aus Trockenbatterien, da die Reflektorgleichspannung nur statisch vorhanden zu sein braucht, zumal praktisch kein Reflektorstrom fließt.It is already a circuit arrangement for modulating reflex klystrons known using a bypass valve with a resistance that a requires electronically controlled power supply and a low-pass filter. Apart from The low-pass filter limits the lower possible modulation frequency due to the significantly greater effort. In contrast to this, the modulation method according to the invention does not require any electronic means regulated power supply for the reflector DC voltage and allows its removal, for example also from dry batteries, since the reflector DC voltage is only static needs to be present, especially since practically no reflector current flows.

Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters, die gleichzeitig die untere mögliche Grenzfrequenz der Modulationsspannung ist, muß bei dem bekannten Verfahren größer sein als die Frequenz der Restbrummspannung der gesiebten Reflektorgleichspannung, damit das Netzgerät den Restbrumm ausregeln kann. Bei der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist die untere Frequenzgrenze der Modulationsspannung außer von der Bemessung des Widerstandes R, der von den Daten des verwendeten Reflexklystrons und des Ventils bestimmt wird, nur von der Größe des Ankopplungskondensators für die Modulationsrechteckspanllung abhängig. Wählt man z. B. R=1 MOhm und den Ankopplungskondensator C=10 1,F, ergibt sich eine untere Grenzfrequenz von 0,1 Hz. Dieser U"ert ist keineswegs das absolute Minimum, er hängt nur voll der willkürlichen Bemessung von R und C ab.The cutoff frequency of the low-pass filter, which is also the lower possible cut-off frequency of the modulation voltage, must in the known method greater be than the frequency of the residual ripple voltage of the screened reflector DC voltage, so that the power supply can regulate the residual hum. In the switching arrangement according to the invention is the lower frequency limit of the modulation voltage except for the rating of the Resistance R determined by the data of the reflex klystron used and the valve is determined only by the size of the coupling capacitor for the modulation rectangular voltage addicted. If you choose z. B. R = 1 MOhm and the coupling capacitor C = 10 1, F, results a lower limit frequency of 0.1 Hz. This U "ert is by no means absolute Minimum, it depends entirely on the arbitrary dimensioning of R and C.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung desselben geeignete Schaltung wird mit Hilfe der Abb.3a und 3b erläutert. Zunächst wird die Reflektorgleichspannung und die mechanische oder thermische usw. Abstimmung des Klystrons so eingestellt, daß die gewünschte Leistung bei der ge-,vünschten Frequenz erreicht wird.The method according to the invention and that for carrying out the same suitable circuit is explained with the help of Figures 3a and 3b. First of all, the Reflector DC voltage and the mechanical or thermal etc. coordination of the Klystrons set so that the desired power at the desired frequency is achieved.

Wird nun zwischen den Punkten 0 und A der Schaltung eine Rechteckspannung angelegt, so überlagert sich diese Spannung der Reflektorgleichspannung. Bei ausreichender Amplitude der Rechteckspannung wird die Reflektorgleichspannung im Takte der Folgefrequenz der Rechteckspannung derart durch den Schwingbereich getastet, daß das Klystron nicht schwingt (s. Abb.3a).Now there is a square wave voltage between points 0 and A of the circuit applied, this voltage is superimposed on the reflector DC voltage. With sufficient The amplitude of the square wave voltage becomes the reflector DC voltage in the cycle of the repetition frequency the square wave voltage is scanned through the oscillation range in such a way that the klystron does not oscillate (see Fig.3a).

Überbrückt man den Widerstand R durch ein Ventil 1' (Abb.3b), dann wird eine Hälfte der Rechteckspannung über das Ventil und den Innenwiderstand der Reflektorspannungsquelle abgeleitet. Die andere ?Iiilfte (Halbwelle) erhöht oder erniedrigt, je nach Palung des Ventils, die Reflektorgleichspannung. Die Reflektorgleichspannung wird nun so eingeregelt, daß das Klystron die größte Hochfrequenzamplitude abgibt. Das Einstellen der gewünschten Frequenz wird als bekannt vorausgesetzt und braucht nicht weiter erwähnt zu werden. Die Schaltung arbeitet so urmoduliert. Wird nun die Rechteckspannung angelegt, so bewirkt die Kapazität C, daß die Rechteckspannung auf der Reflektorgleichspannung liegt. Das dem Widerstand R parallel geschaltete Ventil V läßt nun die positiven Halbwellen der Rechteckspannung an dem Widerstand R vorbeifließen, und nur die negativen Halbwellen können die Reflektorspannung erhöhen. Die Amplitude der negativen Halbwellen muß so groß sein, daß ein Hinaustasten der Reflektorspannung aus dem Schwingbereich möglich ist. Für eine umgekehrte Polung des Ventils gilt sinngemäß das gleiche. Die Schaltung arbeitet nach dem Prinzip des »D-C-Restorers«. Selbst wenn das Anhängen des Fußpunktes der Rechteckwelle an die Reflektorgleichspannung nicht immer ideal zu verwirklichen sein sollte, bringt die erfindungsgemäße Schaltung auch in diesen Fällen beträchtliche Vorteile. Bei Verwendung einer guten Diode liegt dieser Fußpunkt nicht mehr als etwa 10% des Scheitelspannungswertes unter der Reflektorgleichspannung. Für die Konstanz von Frequenz und Amplitude ist also die Konstanz der Reflektorgleichspannung und 10°/o der Konstanz der Scheitelspannung der Rechteckwelle maßgebend. 10% Amplitudenänderung der Rechteckwelle wirken sich also wie 1% Änderung der Reflektorgleichspallnung aus. Ideale Verhältnisse könnte man durch eine direkte Kopplung zwischen Rechteckwellengenerator und Klystron erzielen. Da jedoch die Anode (Resonator) des Klystrons in den meisten Fällen geerdet wird, liegt z. B. bei den handelsüblichen Röhren die Reflektorspannung etwa 450 V hoch gegen Erde. Um eine hochliegende Schaltung des Rechteckwellengenerators zu vermeiden, koppelt man daher im allgemeinen die Rechteckwellenspannung mit einem Kondensator an den Reflektor des Klystrons.If the resistor R is bridged by a valve 1 '(Fig.3b), then becomes half of the square wave voltage across the valve and the internal resistance of the Reflector voltage source derived. The other half (half-wave) increases or lowers, depending on the position of the valve, the reflector DC voltage. The reflector DC voltage is now adjusted so that the klystron emits the greatest high frequency amplitude. Setting the desired frequency is assumed to be known and necessary not to be mentioned further. The circuit works so primordially. Will now If the square-wave voltage is applied, the capacitance C causes the square-wave voltage is on the reflector DC voltage. The resistor R connected in parallel Valve V now leaves the positive half-waves of the square wave voltage on the resistor R flow past, and only the negative half-waves can increase the reflector voltage. The amplitude of the negative half-waves must be so large that the Reflector voltage from the oscillation range is possible. For a reverse polarity of the valve, the same applies accordingly. The circuit works on the principle of the »D-C-Restorer«. Even if appending the base point of the square wave to the reflector DC voltage should not always be ideally achievable, brings the circuit according to the invention has considerable advantages even in these cases. at If a good diode is used, this base point is no more than about 10% of the peak voltage value under the reflector DC voltage. For the constancy of frequency and amplitude is thus the constancy of the reflector DC voltage and 10% of the constancy of the peak voltage of the square wave is decisive. 10% change in amplitude of the square wave have an effect So like 1% change in the reflector coincidence. Could ideal conditions can be achieved by a direct coupling between the square wave generator and the klystron. However, since the anode (resonator) of the klystron is grounded in most cases, lies z. B. with the commercial tubes, the reflector voltage about 450 V high against earth. In order to avoid a high-lying circuit of the square wave generator, one therefore generally couples the square wave voltage with a capacitor to the reflector of the klystron.

Nachfolgend werden noch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zur Verwirklichung dieses Verfahrens angegebenen Schaltung zusammengefaßt: Die Konstanz der Frequenz und der Hochfrequenzalnplitude ist vorwiegend von der Konstanz der Reflektorgleichspannung abhängig. An die Konstanz der Amplitude der Rechteckspannung werden zehnmal geringere Anforderungen gestellt als an die Konstanz der Reflektorgleichspannung. Schaltet man die 1lodulationsfrequenz ab, läuft das Klystron etwa auf der gleichen Frequenz mit annähernd derselben Hochfrequenzamplitude weiter. Es fällt nicht mehr aus dem Schwingbereich wie bei den bisherigen Schaltungen. Die etwa sich einstellenden geringfügigen Abweichungen in der Hochfrequenzamplitude können ohne bedeutenden Aufwand nachgeregelt werden, so daß das Klystron stets bei seinem Optimalwert arbeitet.The following are the advantages of the method according to the invention or the circuit specified to implement this procedure: The constancy of the frequency and the high frequency amplitude is predominantly of the Constancy of the reflector DC voltage dependent. The constancy of the amplitude of the Square-wave voltage is ten times less demanding than the constancy the reflector DC voltage. If you switch off the modulation frequency, it works Klystron about the same frequency with approximately the same high frequency amplitude Further. It no longer falls out of the oscillation range as with the previous circuits. The slight deviations in the high frequency amplitude that arise can be readjusted without significant effort so that the klystron is always at works at its optimum.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for amplitude modulation, in particular pulse modulation of reflex klystrons, in which by means of a valve bridged with a resistor the base point of the modulation rectangular voltage merged with the reflector DC voltage is, characterized in that in a known manner by creating a Square-wave voltage with high edge steepness the reflector voltage fully a set Value from depending on the polarity of the valve up or down from the oscillation range so far out that amplitude fluctuations during the modulation pulses can no longer switch on the oscillating mechanism.

2. A circuit for performing the method according to claim 1, characterized in that the frequencies of the modulation square-wave voltage can be shifted downwards as desired by appropriate dimensioning of the coupling capacitor C. References considered: British Patent No. 749,790; U.S. Patent Nos. 2,492,168, 2,511,789.