DE1298201B

DE1298201B - Anordnung mit einer Wanderfeldverstaerkerroehre und Mikrowellenverstaerkerschaltung unter Verwendung einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE1298201B
Application number: DEW31825A
Authority: DE
Inventors: Poole Kenneth Maxwell
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1961-03-17
Filing date: 1962-03-10
Publication date: 1969-06-26
Also published as: GB979210A; US3165696A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Wenn die Amplitude des Eingangssignals den Lei-Wanderfeldverstärkerröhre, die ein Strahlerzeugungs- stungspegel bestimmt, ist es vorteilhaft, wenn der system am einen und eine Auffangelektrode (Kollek- Steuerkreis für die Kollektorspannung die Kollektor) am anderen Röhrenende aufweist, und mit Steuer- torspannung auf einem Minimalwert hält, der dauernd mitteln zur Änderung der Kollektorspannung, derart, 5 in bezug auf die Röhrenausgangsleistung (bzw. das daß bei nicht vorhandenen oder nur schwachen Ein- Eingangssignal) auf ein Optimum gebracht wird,
gangssignalen eine vergleichsweise niedrige Kollek- Eine nützliche Nebenfunktion einer Wanderfeldtorspannung und bei starken Eingangssignalen eine röhre mit derart gesteuerten Betriebszuständen bevergleichsweise hohe Kollektorspannung erzeugbar steht in Verbindung mit einer geeigneten Rückkoppist, ίο lungsschaltung darin, Schwingungsenergie niedriger

Die Eigenschaft von Wanderfeldröhren, äußerst Leistung mit einer von der Signalfrequenz verschiebreitbandig und rauscharm zu sein und eine hohe denen Frequenz zu erzeugen oder zu verstärken, z. B. Leistung abzugeben, hat sie als Leistungsverstärker für die Mischer eines Satellitenverstärkers, und/oder in Mikrowellen-Nachrichtenübertragungssystemen, um andere Hilfskreise zu betätigen,
die eine große Kapazität aufweisen, über große 15 Es ist bereits bekannt, in einem aktiven Satelliten Strecken arbeiten und auf der Erde angeordnet sind, die für hohe Ausgangsleistungspegel erforderliche besonders geeignet gemacht. In derartigen Systemen hohe Kollektorspannung an die Wanderfeldröhre werden die Wanderfeldröhren im allgemeinen dau- unter dem Einfluß eines äußeren Kommandosignals ernd mit einer hohen Kollektorspannung in Ver- anzulegen, wobei zu allen anderen Zeiten an den Stärkerstationen betrieben, welche ihre Energiever- 20 Kollektor eine viel niedrigere Spannung angelegt sorgung vom örtlichen Leitungsnetz erhalten. Es sind wird. Probleme, die sich auf die Zuverlässigkeit, die jedoch auch andere Anwendungen für solche Röhren Empfindlichkeit, das Gewicht und die Kompliziertvorgeschlagen worden, z. B. in beweglichen Systemen heit eines derartigen Kommandosystems beziehen, und in gewissen aktiven Raumsatellitensystemen, wo sind in der Praxis nicht leicht zu lösen. Ob ein derdie Röhren nur intermittierend mit hoher Leistung 25 artiges Kommandosystem gegen absichtliche oder zuvon eigenen Energiequellen betrieben werden. Bei der- fällige Störungen hinreichend immun ist, ist besonartigen Anwendungen erweist sich der Gleichstrom- ders fraglich. Überdies macht es ein erdgebundenes energieverbrauch oftmals als ein sehr wichtiger Faktor, Kommandosystem notwendig, die Kollektorspannunder beim Aufbau eines gegebenen Systems zu beach- gen vor dem Abschießen des Satelliten für einen ten ist. Insbesondere gilt dies für Satellitenverstärker, 30 optimalen Röhrenwirkungsgrad einzustellen. Auch wo zur Zeit Solarzellen die vielversprechendste Art müssen dann die laufend höher werdenden Werte der von verfügbaren Energiequellen darstellen. Kollektorspannung, die insbesondere durch Röhren-

Bei den letztgenannten Anwendungen ermöglicht aliening notwendig werden (welche sich in erster

ein intermittierender Betrieb der Wanderfeldröhre Linie in einer abnehmenden Gleichmäßigkeit der

zwischen einem Zustand hoher Leistung und einem 35 Kathodenemission zeigt), bei den Anfangseinstellun-

Zustand niedriger Leistung bzw. dem Ruhezustand gen geschätzt und berücksichtigt werden. Demgemäß

(Wartezustand) eine wesentliche Einsparung im müssen die Kollektorspannungen anfangs notwendi-

Gleichstromenergieverbrauch. Dies folgt aus der Tat- gerweise auf Werte eingestellt werden, die wesentlich

sache, daß der Kollektor im wesentlichen die ge- höher sind als diejenigen, die für einen optimalen

samte Leistung aufnimmt und der Wert dieser Lei- 40 Wirkungsgrad im größeren Teil der Lebensdauer der

stung unmittelbar und schnell mit der hochfrequen- Röhre erforderlich sind.

ten Ausgangsleistung der Röhre (bzw. dem zu ver- Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Gleichstärkenden Eingangssignal) größer wird. Diese Zu- Stromleistung einzusparen, die einem Wanderfeldnahme des Gleichstromenergieverbrauchs entsteht röhrenverstärker während derjenigen Perioden zugedurch die Notwendigkeit, die Kollektorspannung ent- 45 führt wird, in denen er in einem Zustand niedriger sprechend der Zunahme der Ausgangsleistung zu ver- Leistung bzw. im Ruhezustand (Wartezustand) begrößern, um sicherzustellen, daß den Kollektor im trieben wird.

wesentlichen sämtliche Strahlelektronen erreichen, und Die speziellere Aufgabe der Erfindung besteht dar-

so eine Beschädigung des Wechselwirkungskreises in, den Gleichstromleistungsverbrauch in Wander-

durch Elektronenaufprall zu verhindern. 50 feldröhren herabzusetzen, die abwechselnd zwischen

Wenn demgemäß gewünscht wird, eine Wander- einem Zustand hoher Leistung und einem Zustand feldröhre intermittierend zwischen einem Zustand niedriger Leistung bzw. im Ruhezustand (Wartezuhoher Ausgangsleistung und einem Zustand niedriger stand) betrieben werden, und zwar durch eine geAusgangsleistung bzw. dem Ruhezustand zu betrei- eignete Änderung der Kollektorspannung, die durch ben, kann eine beträchtliche Einsparung an Gleich- 55 einen Steuerparameter erzielt wird. Dabei soll die Stromenergieverbrauch nur erzielt werden, wenn die Kollektorspannung dauernd auf einem derartigen Kollektorspannung während der Perioden mit gerin- Wert in bezug auf die Ausgangsleistung gehalten werger oder gar keiner Ausgangsleistung wesentlich her- den, daß ein optimaler Wirkungsgrad und eine optiabgesetzt wird. male Einsparung an Gleichstromleistung während der

Da sich dann die Kollektorspannung sehr schnell 60 Lebensdauer der Röhre erzielt wird,
zwischen einem Zustand hoher Leistung und einem Der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe Zustand niedriger Leistung ändern muß, wenn die liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, einen Steuer-Röhre richtig arbeiten soll, muß der Steuerkreis für kreis für die Kollektorspannung zu schaffen, der auf die Kollektorspannung entweder durch ein mit dem einen veränderlichen internen Betriebsparameter einer zu verstärkenden Eingangssignal synchronisiertes 65 Wanderfeldröhre anspricht. Die Erfindung benutzt Kommandosignal oder auf irgendeine andere Weise als internen Betriebsparameter den vom Wechselwirentsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhan- kungskreis aufgenommenen Strahlstrom,
densein des Eingangssignals betätigt werden. Aus später eingehender darzulegenden Gründen

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nimmt in einer Wanderfeldröhre der vom Wechsel- Beispiel für einen Wanderfeldröhrenverstärker, der Wirkungskreis aufgenommene Strahlstrom bei kon- für einen Betrieb bei 6 GHz bestimmt ist, sind folstanter Kollektorspannung normalerweise unmittel- gende Spannungen typisch für die verschiedenen bar mit der hochfrequenten Ausgangsleistung (bzw. Elektroden: etwa 0 Volt für die Kathode 19 und die dem Eingangssignal) zu. Bisher galt diese Tatsache 5 Strahlformungselektrode 20, 2600 Volt für die Beals ausgesprochen nachteilig, da sie erforderte, daß schleunigungselektrode 21, 2400 Volt für die Wendel die Kollektorspannung mit größer werdendem Ein- 12 und 1200 Volt für den Kollektor 17. Diese Spangangssignal ebenfalls größer gemacht werden muß, nungswerte können für eine gegebene Röhre beum zu verhindern, daß der vom Wechselwirkungs- trächtlich schwanken, so daß die angegebenen Werte kreis aufgenommene Strahlstrom einen Wert erreicht, io nur als Beispiele zu betrachten sind,
der für den Wechselwirkungskreis schädlich ist. Ent- Entsprechend der Erfindung wird der von der sprechend der Erfindung wird nun der vom Wechsel- Wendel 12 aufgenommene Strahlstrom als Steuerwirkungskreis aufgenommene Strahlstrom mit Vorteil parameter zur Betätigung des Kollektorspannungsin neuartiger Weise benutzt, um als Steuerparameter Steuerkreises benutzt, um die Kollektorspannung entfür eine Spannungssteuerschaltung zu dienen, welche 15 sprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen. Zu diedie Kollektorspannung in Abhängigkeit vom Betriebs- sem Zweck kann irgendeine geeignete Steuerschalzustand der Röhre erhöht oder erniedrigt. tung, die auf kleine Stromänderungen anspricht und

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Auf- entsprechend diesen Änderungen in der Lage ist, eine gäbe ist für die Anordnung der einleitend beschrie- Gleichspannung zu ändern, entsprechend dem Erbenen Art dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel 20 findungsprinzip verwendet werden. Bei einem spebenutzt werden, die auf die Änderung des im Wech- ziellen Ausführungsbeispiel wird ein Steuerkreis 30 selwirkungskreis der Röhre fließenden Stromes an- benutzt, wie er in dem strichpunktierten Kästchen sprechen, derart, daß bei Vergrößerung dieses Stro- dargestellt ist, und der als wesentliches Bauteil mes infolge erhöhtem Aufprall von Strahlelektronen einen sättigbaren Wechselstromleistungstransformaauf den Wechselwirkungskreis bei einer Erhöhung 25 tor 31 mit einer sättigbaren Steuerwicklung 32 entder Eingangssignalspannung die Kollektorspannung hält. Dem Transformator 31 wird eine Wechselentsprechend erhöht wird und umgekehrt. Stromleistung von einer Quelle 39 zugeführt. Ein

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- Vollweg-Brückengleichrichter 33 und ein LC-Filter-

ansprüchen gekennzeichnet. netzwerk 34 werden benutzt, um den vorbestimmten

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung erzielt 30 Gleichspannungswert dem Kollektor 17 zu liefern,

man an Hand der nachfolgenden eingehenden Erläu- Wenn auch die sättigbare Steuerwicklung 32 aus

terung und der Zeichnungen. Gründen der Einfachheit auf der Primärseite des

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Transformators dargestellt ist, so ist es doch selbst-

Wanderfeldröhre mit einem Steuerkreis für die KoI- verständlich, daß eine derartige Wicklung beispiels-

lektorspannung, der das Erfindungsprinzip verkör- 35 weise auch auf dem Mittelarm eines dreiarmigen

pert; Kerns eines handelsüblichen Transformators auf-

Fig.2 zeigt eine graphische Darstellung, die zum gebracht sein kann. Die Funktion der sättigbaren

besseren Verständnis des Erfindungsprinzips den Steuerwicklung 32 besteht darin, zu ermöglichen,

vom Wechselwirkungskreis einer Wanderfeldröhre daß ein kleiner in einer Richtung fließender Strom

aufgenommenen Strahlstrom als Funktion der KoI- 40 (Gleichstrom) eine große Gleichstromleistung steu-

lektorspannung für verschiedene Ausgangsleistungs- ert. Insbesondere beeinflußt die Änderung eines in

pegel zeigt; der Steuerwicklung 32 in einer Richtung fließenden

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Stroms unmittelbar den Strom in der primären und

anderen Steuerkreises für die Kollektorspannung, der in der sekundären Wechselstromwicklung des Trans-

das Erfindungsprinzip verkörpert; 45 formators 31, indem die Sättigung des Kerns und

Fig.4 und 5 sind Blockschemas zweier beson- damit die Reaktanzen dieser Wechselstromwicklun-

derer Anwendungen mit erfindungsgemäßen Anord- gen geändert werden.

nungen, die in aktiven Satellitenverstärkern benutzt Der Grad der Sättigung des Transformators 31 ist

werden. durch die Größe des Ausgangsstroms eines Gleich-

In Fig. 1 ist in schematischer Form eine Wander- 50 Stromverstärkers 35 bestimmt. Der eine Eingang diefeidröhre 10 dargestellt, die aus einem evakuierten ses Verstärkers ist mit dem nicht geerdeten Ende des Kolben 11 besteht, ferner aus einem Wechselwir- in Reihe mit der Wendelspannungsquelle 26 liegenkungskreis 12 in Form einer langgestreckten wendel- den Vorspannungswiderstandes 36, der andere Einförmigen Verzögerungsleitung, weiterhin aus Ein- gang über den Leiter 37 mit einer Bezugs(gleich)-gangs- und Ausgangswellenleitern 14 und 15, die als 55 Spannungsquelle verbunden. Der Gleichstromverstär-Koaxialleitungen dargestellt sind, und schließlich ker35 kann entweder ein Differenz- oder ein Sumaus einem Elektronenstrahlerzeugungssystem 16 und menverstärker sein, je nach der Polarität der Bezugseinem Kollektor 17. Das Elektronenstrahlerzeugungs- spannung. Die Wahl des Wertes des Widerstands 36 system 16 besteht aus einem Heizerelement 18, einer bestimmt den Wert des Wendelstroms, bei dem sich Kathode 19, einer Strahlformungselektrode 20 und 60 der Steuerkreis im Gleichgewicht befindet, d. h. den einer Beschleunigungselektrode 21. Im allgemeinen Punkt, an dem eine Zunahme oder eine Abnahme wird noch eine magnetische Fokussierungsanordnung des Wendelstroms eine Änderung des Sättigungsbenutzt, um den Strahl auf seinem Weg gebündelt zu grads des Transformators 31 bewirkt und damit eine führen (in F i g. 1 nicht gezeigt, da sie zum Verstand- Änderung der Kollektorspannung,
nis der Erfindung nicht wesentlich ist). 65 In der Praxis werden der Vorspannungswiderstand

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Beschleuni- 36 und die Bezugsspannung vorzugsweise so gewählt,

gungselektrode 21 und die Wendel 12 durch die daß ohne Anlegen einer Signaleingangsspannung an

Spannungsquellen 25 und 26 positiv vorgespannt. Als die Wanderfeldröhre die Vorspannung am Wider-

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stand 36 zusammen mit der Bezugsspannung einen minimale Wert der Kollektorspannung (keine Aus-Ausgangsstrom des Gleichstromverstärkers 35 her- gangsleistung) etwa 200 Volt beträgt, während bei vorbringt, der in der Lage ist, einen gewünschten demselben Prozentwert des aufgenommenen Strahl-Maximalwert der Sättigung im Transformator 31 zu Stroms und 5 Watt Ausgangsleistung eine Kollektorerzeugen. Da die induzierte Sekundärspannung eines 5 spannung von etwa 2000 Volt benötigt wird. Die sättigbaren Transformators umgekehrt mit dem Sät- Ursache für die sehr plötzliche Änderung des auftigungsgrad veränderlich ist, erreicht die Kollektor- genommenen Strahlstroms an den Kurvenknien ist gleichspannung einen Minimalwert, wenn die Trans- unter anderem in Raumladungssperren in der Nähe formatorsättigung maximal ist und umgekehrt. des Kollektors zu sehen. Wenn die Kollektorspan-

Es sollen nun die Gründe betrachtet werden, war- io nung fortschreitend erniedrigt wird, nimmt die Raumum der Steuerkreis 30 (wie auch der später beschrie- ladungsdichte in der Nähe des Kollektors zu, weil die bene Steuerkreis 40 nach Fig. 3) auch die normaler- Elektronengeschwindigkeit an dieser Stelle abnimmt, weise schädlichen Wirkungen kompensieren kann, Eine Zunahme der Raumladungsdichte bewirkt, daß die mit der Röhrenalterung verbunden sind. Da mit die Potentialsenke im Strahl zunimmt, bis bei einer der Röhrenalterung die Gleichmäßigkeit der Katho- 15 bestimmten Kollektorspannung das Potential auf der denemission abnimmt, hat dies eine fortschreitende Strahlachse auf das Kathodenpotential abgesunken Verschlechterung der Strahlfokussierung zur Folge. ist. Bei Kollektorspannungen, die geringer als diese Hierdurch ergibt sich ein Anwachsen des vom Wech- Spannung sind, wird ein mehr oder weniger großer selwirkungskreis der Wanderfeldröhre aufgenomme- Teil des Strahls »gesperrt«, d. h., er wird durch die nen Strahlstroms für einen gegebenen Wert der KoI- ao Raumladungsfelder zurückgeleitet und trifft auf den lektorspannung. (Es ist wichtig zu bemerken, daß Wechselwirkungskreis, unter ungünstigen Bedingunwegen der Erscheinung der Raumladungsbegrenzung gen möglicherweise auch auf die Beschleunigungseine Abnahme der Gleichmäßigkeit der Kathoden- elektrode des Elektronenstrahlerzeugungssystems, emission mit der Röhrenalterung nicht auch bedeu- auf.

tet, daß die Strahlstromdichte abnehmen muß. Viel- 25 Ein weiterer Faktor, der den Minimalwert der Kolmehr bedeutet sie, daß der Anfangsmaximalwert der lektorspannung bestimmt, die in einer gegebenen Kollektorspannung im allgemeinen auf einen höheren Wanderfeldröhre verwendet werden kann, ist der vorbestimmten Wert vergrößert werden muß, um für Grad der Geschwindigkeitsstreuung der Elektronen, einen gegebenen Grad der Nichtgleichmäßigkeit der Wenn eine Wanderfeldröhre mit einer beträchtlichen Kathodenemission einen Strahlstrom zu entnehmen, 30 Eingangssignalspannung betrieben wird, muß die der gleich dem anfangs bei gleichmäßiger Kathoden- Kollektorspannung auf einen Wert erhöht werden, emission entnommenen Strom ist.) der auch das Auffangen jener Elektronen noch er-

Dementsprechend ist der vom Wechselwirkungs- möglicht, die durch die hochfrequente Wechselwirkreis aufgenommene Strahlstrom, der sich bei Röh- kung stark verlangsamt werden. Unglücklicherweise renalterung fortschreitend vergrößert, mit Vorteil 35 wird bei hohen Leistungen ein Teil der Elektronen als Kompensationssteuerparameter entsprechend dem weit mehr, als dem Mittelwert entspricht, verlang-Erfindungsprinzip verwendbar, um die Kollektor- samt, so daß der Wanderfeldröhre manchmal mehr Spannung in vorbestimmter Weise zu erhöhen. Um Gleichstromleistung zugeführt werden muß, als ihr in eine Zunahme der Kollektorspannung von dem an- Form von hochfrequenter Leistung entnommen werfangs auf Grund der gleichmäßigen Kathodenemis- 4° den kann.

sion gewählten Wert zu bewirken, muß der Anfangs- Man sieht also, daß bei einem typischen Wanderwert der Kollektorspannung bei teilweise gesättigtem feldröhrenverstärker die niedrigste zulässige Kollek-Transformator und nicht bei ungesättigtem Trans- torspannung bei nicht vorhandenem Eingangssignal formator eingestellt werden. Die Zunahme des vom in erster Linie durch die Erscheinung der Raum-Wechselwirkungskreis aufgenommenen Strahlstroms 45 ladungssperrung bestimmt ist, während sie bei Vorüber den anfänglichen Gleichgewichtswert hinaus be- handensein eines Eingangssignals hauptsächlich durch wirkt eine Abnahme des Sättigungsgrads des Trans- den Grad der Geschwindigkeitsstreuung der Elektroformators und damit eine entsprechende Zunahme nen bestimmt ist. Ohne Rücksicht auf die jeweils tatder Kollektorspannung. Auf diese Weise kann der sächliche Form der in Fig. 2 dargestellten Kurven Steuerkreis in vorteilhafter Weise den Kollektor dau- 50 besteht ihre Bedeutung in bezug auf die Erfindung ernd auf einer Spannung halten, die notwendig ist, in erster Linie darin, daß sie erläutern, warum der um einen optimalen Röhrenwirkungsgrad im Zustand vom Wechselwirkungskreis aufgenommene Strahlhoher Leistung zu erhalten sowie eine sehr wesent- strom vorteilhafterweise als Steuerparameter benutzt liehe Einsparung an Gleichstromleistung im Zustand werden kann.

niedriger Leistung bzw. im Ruhezustand (Warte- 55 Die strichpunktierte Linie38 in Fig.2 kann als

zustand), und zwar wenigstens während des größten die »Stromspannungskennlinie« betrachtet werden,

Teils der Lebensdauer der Röhre. auf der die Röhre zwischen dem Zustand Ausgangs-

Um noch besser zu verstehen, wie sich der vom leistung Null und dem Zustand maximaler Ausgangs-

Wechselwirkungskreis aufgenommene Strahlstrom mit leistung arbeitet (Betriebskennlinie). Mit dem Pro-

der Ausgangsleistung einer Wanderfeldröhre (bzw. 60 zentwert des aufgenommenen Strahlstroms und der

dem Eingangssignal) ändert und wie dies erfindungs- zugehörigen Kollektorspannung in der Nahe des

gemäß ausgenutzt wird, sei auf die in F i g. 2 dar- Knies der Kurve für die Ausgangsleistung Null (oder

gestellten Kurven hingewiesen. Diese Kurven zeigen einer sehr niedrigen Ausgangsleistung) können die

für einen bestimmten Wanderfeldröhrenverstärker zur Erzielung der gewünschten Betriebsbedingungen

die prozentuale Änderung des aufgenommenen 65 geeigneten Werte des Vorspannungswiderstandes 36

Strahlstroms als Funktion der Kollektorspannung für und der Bezugsspannung bei gegebenem sättigbaren

verschiedene Ausgangsleistungspegel. Sie sollen nur Transformator 31 auf einfache Weise erhalten wer-

als Beispiel dienen. In F i g. 2 erkennt man, daß der den. Der Anstieg der Betriebskennlinie 38 hängt

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selbstverständlich in erster Linie ab von der Emp- zum geerdeten Mittelabgriff der Steuerwicklung 42

findlichkeit des sättigbaren Transformators auf Ände- zugeführt.

rungen des in der Steuerwicklung 32 in einer Rieh- Die Bauteile für den Steuerkreis 40 sind so getung fließenden Stroms. Ein allmählicher Anstieg, wählt, daß, wenn der aufgenommene Strahlstrom seiwie in Fig. 2, ist beim Steuerkreis 30 der Fig. 1 5 nen Maximalwert aufweist, dieser ausreicht, um den durch den Gleichstromverstärker 35 erzielbar. Der Bezugsstrom entweder vollständig oder in einem Steuerkreis kann so bemessen werden, daß die Be- Grad zu kompensieren, daß anfangs der gewünschte triebskennlinie 38 schneller ansteigt, wenn die Röhre Minimalbetrag der Transformatorsättigung und daihre maximale Ausgangsleistung erreicht hat, da dann mit der gewünschte Maximalwert der Kollektorspaneine weitere Zunahme der Kollektorspannung den io nung hervorgebracht wird, der für einen Betrieb mit Wert des vom Wechselwirkungskreis aufgenommenen hoher Leistung notwendig ist. Umgekehrt soll, wenn Strahlstroms nicht mehr wesentlich herabsetzt. Es sei der durch die Wendelspannungsquelle fließende, aufferner in bezug auf die Kurven der F i g. 2 bemerkt, genommene Strahlstrom einen Minimalwert hat, die daß die Abnahme der Gleichmäßigkeit der Katho- Gleichgewichtsstörung der durch die doppelte Steuerdenemission infolge Röhrenalterung, die, wie oben 15 wicklung 42 jeweils in einer Richtung fließenden ausgeführt wurde, wegen einer Verschlechterung der Ströme einen gewünschten maximalen Grad an Fokussierung ebenfalls eine Erhöhung des vom Transformatorsättigung hervorbringen, um die KoI-Wechselwirkungskreis aufgenommenen Strahlstroms lektorspannung auf einen Minimalwert herabzusetergibt, eine allmähliche Verschiebung der Leistungs- zen, der für eine Ausgangsleistung mit niedrigem pegelkurven nach rechts bewirkt. Wie oben gezeigt ao Pegel oder mit dem Wert Null zulässig ist.
wurde, wird dieser an sich nachteilige Sachverhalt Man sieht also, daß der Steuerkreis 40 so arbeitet, jedoch entsprechend dem Erfindungsprinzip vorteil- daß eine Vergrößerung des vom Wechselwirkungshaft ausgenutzt. kreis aufgenommenen Strahlstroms (von einem ver-

Bei gewissen Anwendungen kann es je nach der nachlässigbaren Wert aus) dem Bezugsstrom ent-Zeitkonstante des Steuerkreises erwünscht sein, den as gegenzuwirken sucht, bis ein Punkt erreicht ist, wo Gleichgewichtspunkt für den vom Wechselwirkungs- die beiden Ströme in der doppelten Steuerwicklung kreis aufgenommenen Strahlstrom auf einen Wert 42 einander kompensieren, derart, daß ein gewünscheinzustellen, der einen gewissen Sättigungsgrad des ter Minimalwert der Transformatorsättigung erzielt Transformators bewirkt und eine Kollektorspannung wird. Andererseits bewirkt eine fortschreitende Herergibt, die höher als der Minimalwert ist, der ohne 30 absetzung des aufgenommenen Strahlstroms unter Eingangssignal zugelassen werden kann. Hierdurch den durch die Bezugsspannungsquelle festgelegten wird sichergestellt, daß die Kollektorspannung den Wert eine fortschreitend größer werdende Gleichgewünschten Maximalwert erreicht, bevor die Röhre gewichtsstörung zwischen den beiden Strömen und die volle Ausgangsleistung erzielt. eine Vergrößerung der Transformatorsättigung.

Es sei weiterhin bemerkt, daß bei Anwendungen, 35 Da die Vergrößerung des vom Wechselwirkungswo derselbe oder nahezu derselbe Spannungswert für kreis aufgenommenen Strahlstroms über den Bezugsdie Beschleunigungselektrode und den Wechselwir- wert den Sättigungsgrad im Transformator nicht kungskreis benutzt wird, offenbar keine wesentlichen schädlich beeinflussen darf, ist eine Klemmdiode 45, Einwendungen gegen die Verwendung einer gemein- die in bezug auf die Wendelspannungsquelle 44 in samen Spannungsquelle für den Wechselwirkungs- 40 Sperrichtung vorgespannt ist, so zwischen die Bekreis und die Beschleunigungselektrode bestehen, zugsspannungsquelle 43 und die Wendelspannungsd. h., daß der Beschleunigungselektrodenstrom (der quelle 44 geschaltet, daß sie an den Klemmen der vernachlässigbar ist und sich nicht wesentlich mit doppelten Steuerwicklung 42 des Transformators der Ausgangsleistung ändert) durch den Vorspan- liegt. Ein zwischengeschaltetes Filter, das aus einem nungswiderstand 36 fließen kann. Demnach kann die 45 Kondensator 46 und den Spulen 47 und 48 besteht, in F i g. 1 getrennt dargestellte Beschleunigungsspan- dient dazu, Signalspannungen des Wendelkreises von nungsquelle 25 mit der Wendelspannungsquelle 26 der Steuerwicklung 42 und der Klemmdiode 45 fernvereinigt werden. zuhalten.

F i g. 3 zeigt einen anderen Steuerkreis 40 für die Es sei bemerkt, daß die doppelte, sättigbare Steuer-Kollektorspannung, der das Erfindungsprinzip ver- 50 wicklung 42 nur zum Zweck der Erläuterung als körpert. Bauelemente in Fig.3, welche denjenigen Wicklung mit einem geerdeten Mittelabgriff auf der der F i g. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugs- Primärseite des Transformators 41 dargestellt wurde, zahlen versehen. Der Steuerkreis 40 unterscheidet Wie bereits in bezug auf den Steuerkreis 30 erwähnt sich vom Steuerkreis 30 in erster Linie durch das wurde, wird auch hier die Steuerwicklung 42 eher Weglassen des Gleichstromverstärkers 35, da bei ihm 55 aus einer Wicklung auf dem Mittelarm eines dreieine »magnetische Verstärkung« benutzt wird und armigen Transformatorkerns bestehen. Ferner sind nicht eine Gleichstromverstärkung wie in Fig. 1. Ins- die Merkmale der Erfindung auch auf eine Transbesondere wird beim Transformator 41 eine doppelte, formatorwicklungsanordnung anwendbar, bei der die sättigbare Steuerwicklung 42 und nicht die einfache in F i g. 3 dargestellte Steuerwicklung 42 aus zwei gesättigbare Steuerwicklung 32 des Steuerkreises 30 60 trennten Steuerwicklungen besteht, die mit entgegenverwendet. Ein in einer Richtung fließender Strom gesetztem Wicklungssinn gewickelt sind, um ent-(Gleichstrom) wird der einen Seite der doppelten gegengesetzte Felder zu erzeugen. Offensichtlich Steuerwicklung 42 von einer Bezugsspannungsquelle ändert eine derart abgeänderte Anordnung den Grad 43 zugeführt, deren positive Klemme geerdet ist. der Transformatorsättigung in derselben Weise, wie Außerdem wird ein in einer Richtung fließender 65 es bei dem beschriebenen Steuerkreis 40 der F i g. 3 Strom (Gleichstrom) der anderen Seite der doppelten geschieht.

Steuerwicklung 42 über einen Reihenweg von der F i g. 4 zeigt in Form eines Blockschemas eine benegativen Klemme der Wendelspannungsquelle 44 sondere Anwendung eines Wanderfeldröhrenverstär-

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kers, bei dem ein erfindungsgemäßer Steuerkreis für dem vom Wechselwirkungskreis der Wanderfeldröhre die Kollektorspannung benutzt wird, und zwar zeigt aufgenommenen Strahlstrom, feststellen und die KoI-F i g. 4 einen sogenannten Geradeaus - Zwischen- lektorspannung entsprechend erhöhen bzw. erniedrifrequenz-(ZF)-Verstärker 50, der bei Raumsatelliten- gen, um Gleichstromleistung einzusparen; die Be-Nachrichtenverbindungssystemen anwendbar ist. In 5 Stimmung des minimalen Kollektorspannungswertes einem derartigen Verstärker geht das von der Emp- berücksichtigt dabei auch die Röhrenalterung, da fangsantenne 51 mit einer sehr hohen Frequenz Z₁ an- sich der aufgenommene Strahlstrom mit der Gleichkommende Signal über einen Abwärtsfrequenzwand- mäßigkeit der Kathodenemission ändert. Zweitens ler oder -mischer 52, mit dem ein örtlicher Oszillator kann der Steuerkreis auch noch benutzt werden, 53 verbunden ist, so daß das Signal eine für die Ver- io einen solchen Kollektorspannungswert einzustellen, Stärkung geeignetere Zwischenfrequenz hat. Im An- daß während der Ruhezeit (Wartezeit) örtliche Schluß an einen ZF-Verstärker 54 wird dann das Schwingungsenergie mit niedrigem Pegel für den ZF-Signal in einem Aufwärtsfrequenzwandler oder Aufwärtswandler 55 und/oder zur Betätigung von -mischer 55 in der Frequenz verschoben, und zwar Fernmeßschaltungen oder anderen Hilfsschaltungen auf eine neue, sehr hohe Frequenz /₂. Die Quelle der 15 erzeugt wird. Es ist selbstverständlich, daß die so ererforderlichen örtlichen Schwingungsenergie für den zeugte örtliche Schwingungsenergie der Frequenz/₃ Aufwärtswandler 55 wird nachfolgend noch ein- auch mit der Schwingungsenergie eines Frequenzgehender betrachtet. Das Signal mit der neuen Fre- Verschiebungsoszillators sehr geringer Leistung gequenz /₂ geht dann über einen Richtungskoppler (bei mischt werden kann, um die örtliche Oszillator-56) oder ein Abzweigfilter (Frequenzweiche), bevor 30 frequenz für einen Aufwärts- oder Abwärtswandler es einem Wanderfeldröhrenleistungsverstärker 57 zu- zu erhalten.

geführt wird. Das verstärkte Signal am Ausgang des Fig. 5 zeigt in Form eines Blockschemas eine

Wanderfeldröhrenverstärkers geht dann über ein Ab- andere Anwendung eines Wanderfeldröhrenverstär-

zweigfilter (Frequenzweiche) 58 zu einer Antenne 59. kers, bei dem ein erfindungsgemäßer Steuerkreis für

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist ein Steuerkreis 61 für 25 die Kollektorspannung benutzt wird, in einem Sateldie Kollektorspannung, der die Merkmale der Er- litenverstärker 70. Die Elemente, welche denjenigen findung verkörpert, mit dem Wanderfeldröhrenver- des Verstärkers 50 entsprechen, sind mit den gleistärker57 verbunden, um entsprechend der vornan- chen Bezugszahlen versehen. Der Verstärker 70 denen Signalenergie eine Änderung der Kollektor- unterscheidet sich vom Verstärker 50 in erster Linie spannung zu bewirken. Zusätzlich wird dieser Steuer- 30 durch die Verwendung eines örtlichen Oszillators 71 kreis noch dazu benutzt, einen (für die Wanderfeld- geringer Leistung, der über ein Frequenzkombinieröhre im Zustand niedriger Leistung ausreichenden) rungsfilter 72 Schwingungsenergie der Frequenz /₃ an Minimalwert der Kollektorspannung einzustellen, um die Wanderfeldröhre liefert. Signalenergie der Fredie erforderliche örtliche Schwingleistung für den quenz /₂ wird der Wanderfeldröhre vom Aufwärts-Aufwärtswandler 55 wie auch für andere Hilfsschal- 35 wandler 55 ebenfalls über das Filter 72 zugeführt, tungen zu erzeugen. Die Wichtigkeit einer der- Die Ausgangsenergie der Wanderfeldröhre mit der artigen Erzeugung örtlicher Schwingleistung, wenn Frequenz /₃, die man durch das Abzweigfilter 58 abder Gleichstromleistungsverbrauch kritisch ist, ergibt zweigt, geht über einen Richtungskoppler 74 zum sich am besten durch Vergleich mit den meistbenutz- Aufwärtswandler 55. Da es im allgemeinen erwünscht ten bekannten Lösungen. Um dem Aufwärtswandler 40 ist, daß die dem Abwärtswandler 52 zugeführte ört-55 etwa 10 Milliwatt Schwingleistung zuzuführen, liehe Schwingungsenergie eine andere Frequenz als wie es bei einem typischen Verstärker der in Rede /₃ aufweist, wird ein Frequenzverschiebungsoszillator stehenden Art notwendig ist, müssen beispielsweise 75 sehr geringer Leistung verwendet, um eine Frebei Verwendung einer harmonischen Generator- quenz zu liefern, die nach dem Mischen mit der Frekombination mit Transistor- oder Kristalloszillator 45 quenz /₃ in einem Frequenzwandler (Mischer) 76 die immerhin etwa 3 bis 5 Watt Primärleistung zugeführt gewünschte Schwingungsfrequenz J₁ erzeugt. Diese werden. Frequenz geht dann vorzugsweise durch ein FiI-

Wenn man die Oszillatorfunktion der Wanderfeld- ter.F₄, bevor sie dem Abwärtswandler 52 zugeführt

röhre im Zustand niedriger Leistung eingehender be- wird.

trachtet, so sieht man, daß der Teil der Ausgangs- 50 Man sieht, daß bei dieser Anordnung die Wanderleistung mit der Frequenz/₃ beim Durchlaufen des feldröhre im Zustand hoher Leistung als Verstärker Abzweigfilters 58 abgezweigt und über einen Begren- für die Signalenergie der Frequenz /₂ und die Schwinzer 62 und einen Richtungskoppler (bei 63) zum gungsenergie der Frequenz f_s benutzt wird, während Aufwärtswandler 55 — sowie über ein Filter- und sie im Zustand niedriger Leistung nur als Verstärker den Richtungskoppler 56 — zum Eingang des Wan- 55 für die Schwingungsenergie der Frequenz f₃ benutzt derfeldröhrenverstärkers 57 rückgeliefert wird. Die wird. In der Praxis werden im allgemeinen geeignete Verstärkung in diesem Rückkopplungskreis ist so ein- Begrenzerschaltungen verwendet, um den Pegel der gestellt, daß sie auf dem Wert 1 bleibt, wenn die erzeugten Schwingungsenergie auf einem im wesent-Schwmgungen einmal angefacht sind. In der Praxis liehen konstanten Wert zu halten,
werden ferner zusätzliche Schaltungen in diesem 60 Vorteilhafterweise erfordert ein Satellitenverstärker Rückkopplungskreis enthalten sein, um eine emp- der in F i g. 5 dargestellten Art im Normalfall nur findliche verlustarme Begrenzung zu liefern. eine Schwingleistung in der Größenordnung von

Ein erfindungsgemäßer Steuerkreis für die Kollek- 5 bis 10 Milliwatt, während die verstärkte Signaltorspannung ergibt somit bei einem Verstärker der in leistung im allgemeinen in der Größenordnung von Fig. 4 dargestellten Art zwei sehr wichtige Funk- 65 1 bis 5 Watt liegt. Demgemäß ist den in Fig. 2 dartionen. Erstens kann ein derartiger Steuerkreis das gestellten Kurven zu entnehmen, daß die Kollektor-Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Signal- spannung durch den Kollektorspannungssteuerkreis energie mit einem internen Steuerparameter, nämlich 61 entsprechend dem Erfindungsprinzip beträchtlich

herabgesetzt werden kann, um Gleichstromleistung einzusparen, wenn keine Signalenergie aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung mit einer Wanderfeldverstärkerröhre, die ein Strahlerzeugungssystem am einen und eine Auffangelektrode (Kollektor) am anderen Röhrenende aufweist, und mit Steuermitteln zur Änderung der Kollektorspannung, derart, daß bei nicht vorhandenen oder nur schwachen Eingangssignalen eine vergleichsweise niedrige Kollektorspannung und bei starken Eingangssignalen eine vergleichsweise hohe Kollektorspannung erzeugbar ist, dadurchgekennzeichnet, daß Steuermittel (30 bzw. 40) benutzt werden, die auf die Änderung des im Wechselwirkungskreis (12) der Röhre fließenden ao Stroms ansprechen, derart, daß bei Vergrößerung dieses Stroms infolge erhöhten Aufpralls von Strahlelektronen auf den Wechselwirkungskreis (12) bei einer Erhöhung der Eingangssignalspannung die Kollektorspannung entsprechend erhöht wird und umgekehrt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines maximalen Wertes der Kollektorspannung, wenn der im Wechselwirkungskreis (12) fließende Strom ein Maximum ist, und eines minimalen Wertes der Kollektorspannung, wenn der im Wechselwirkungskreis (12) fließende Strom ein Minimum ist, die Steuermittel (30 bzw. 40) einen sättigbaren Transformator (31 bzw. 41) aufweisen, desden Sättigungsgrad sich umgekehrt und dessen induzierte Sekundärspannung sich direkt mit dem im Wechselwirkungskreis (12) fließenden Strom ändern.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (31) eine sättigbare Steuerwicklung (32) aufweist und daß ein Gleichstromverstärker (35) mit zwei Eingängen und einem Ausgang vorgesehen ist, von denen der eine Eingang mit einem in Reihe mit der Wechselwirkungskreisspannungsquelle (26) liegenden Vorspannungswiderstand (36) verbunden ist, während der andere Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle und der Ausgang mit der Steuerwicklung (32) verbunden sind (F i g. 1).

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (41) eine doppelte, sättigbare Steuerwicklung (42) in Form einer Wicklung mit geerdetem Mittelabgriff aufweist, daß das eine Ende der Steuerwicklung (42) in Reihe mit dem negativen Pol einer Bezugsspannungsquelle (43) und das andere Ende der Steuerwicklung (42) in Reihe mit dem negativen Pol der Wechselwirkungskreisspannungsquelle (44) liegt (F i g. 3).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die doppelte Steuerwicklung (42) überbrückende Diode (45) vorgesehen ist, deren Anode mit dem negativen Pol der Bezugsspannungsquelle (43) verbunden ist (F i g. 3).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fernhalten der Signalspannungen des Wechselwirkungskreises von der doppelten Steuerwicklung (42) und der Diode (45) ein Filter vorgesehen ist, das aus zwei Spulen (47,48), die zwischen den Enden der Steuerwicklung (42) und dem negativen Pol der Bezugsspannungsquelle (43) bzw. dem negativen Pol der Wechselwirkungskreisspannungsquelle (44) liegen, und einem Kondensator (46), der die Spulen (47,48) spannungsquellenseitig überbrückt, besteht (Fig.3).

7. Mikrowellenverstärkerschaltung unter Verwendung einer Anordnung mit einer Wanderfeldverstärkerröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umwandeln der Signalfrequenz (Z₁) in eine andere sehr hohe Signalübertragungsfrequenz (/₂) ein Frequenzwandler (55) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) verbunden ist, daß des weiteren Mittel zum Zuführen von örtlicher Schwingungsenergie einer dritten Frequenz (/₃) und vergleichsweise geringer Leistung an den Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) vorgesehen sind, daß ferner am Ausgang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) eine Frequenzweiche (58) zum Trennen der verstärkten Signalenergie (Frequenz/₂) von der verstärkten örtlichen Schwingungsenergie (Frequenz /₃) vorgesehen ist und letztere über eine Rückkopplungsschaltung dem Frequenzwandler (55) als örtliche Oszillatorenergie zugeführt ist und daß schließlich der Kollektorspannungssteuerkreis (61) die Kollektorspannung der Wanderfeldröhre auf einem vorbestimmten Minimalwert hält, der im Zustand niedriger Signalleistung oder der Signalleistung Null (Wartezustand) ausreicht, um die Schwingungen der dritten Frequenz (/₃) auf einem gewünschten Pegel zu halten (F i g. 4 und 5).

8. Mikrowellenverstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen der örtlichen Schwingungsenergie (Frequenz/₃) an den Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) Bestandteil der Rückkopplungsschaltung sind und Frequenzweichen (56, 63), Filter (F₃) und Begrenzer (62) aufweisen, um die Schwingungen der dritten Frequenz (/₃) dem Wanderfeldröhrenverstärker (57) pegelrichtig zuzuführen (F i g. 4).

9. Mikrowellenverstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen der örtlichen Schwingungsenergie (Frequenz/₃) an den Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) einen Oszillator (71) zum Erzeugen der örtlichen Schwingungsenergie und eine Frequenzkombinierungsschaltung (72) aufweisen, die zwischen dem Ausgang des Frequenzwandlers (55) und dem Eingang des Wanderfeldröhrenverstärkers (57) vorgesehen sind, um die örtlichen Oszillatorschwingungen (Frequenz /₃) mit den vom Frequenzwandler (55) kommenden Signalschwingungen (Frequenz/₂) überlagernd zu kombinieren (F i g. 5).

10. Mikrowellenverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwärtsfrequenzwandler (52) vorgesehen ist, der die Signalfrequenz (Z₁) zunächst in eine Signalzwischenfrequenz umwandelt, sowie ein Zwischenfrequenzverstärker (54), an den sich der Frequenzwandler (55) zum Umwandeln der

Signalzwischenfrequenz in die andere sehr hohe Signalübertragungsfrequenz (/₂) anschließt (Aufwärtsfrequenzwandler), und daß die Rückkopplungsschaltung die verstärkte örtliche Schwingungsenergie (Frequenz/g) dem Abwärtswandler (52) und dem Aufwärtswandler (55) als örtliche Oszillatorenergie mit einem Pegel zuführt, der ohne Rücksicht auf Änderungen des im Wechselwirkungskreis der Wanderfeldröhre fließenden Stroms im wesentlichen konstant gehalten ist.

11. Mikrowellenverstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung einen Frequenzwandler (76) aufweist, der die örtliche Schwingungsfrequenz (f₃) mit einer von einem Frequenzverschiebungsoszillator (75) geringer Leistung herrührenden Frequenz mischt, um dem Abwärtswandler (52) Schwingungsenergie einer vierten Frequenz (/₄) als örtliche Oszillatorenergie zuzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen