DE2201626B2 - Anwendung des Prinzips der Vorentzerrung bei Wanderfeldröhrenverstärkern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Printips der Vorentze-rung durch Einführung eines Kompensationssignals, das den unerwünschten Modulationsproduklen in der Amplitude gleich und in der Phase gegensätzlich ist, in den Übertragungskanal bei einem breitbandigen Wanderfeldröhrenverstärker, wobei das Kompensationssignal in einer der Wanderfeldröhre des Verstärkers äquivalenten Wanderfeldröhre erzeugt und in der Phase gedreht wird.

Wenn eine Wanderfeldröhre von einem Signal bestimmter Frequenz betrieben oder angesteuert wird, weist das Ausgangssignal Anteile mit einer Frequenz auf, die von der Frequenz des Steuersignals abweicht, wie dies bei jedem nicht vollkommen linearen Verstärker der Fall ist. Die üblichsten dieser unerwünschten Ausgangssignale bzw. Modulationsprodukte am Ausgang von Wanderfeldröhren sind Vielfache der Frequenz des Steuersignals und werden üblicherweise Ils Oberwellen des Steuersignals bezeichnet. Diese Oberwellen werden in der Wendel der Wanderfeldföhre in Abhängigkeit vom Steuersignal induziert, bewegen sich dann entlang der Wendel der Wanderfeldröhre und werden hierbei zusammen mit der firundfrequenz bzw. dem Nutzsignal verstärkt. Es ist bekannt, daß das am häufigsten auftretende und untngenehmste Modulationsprodukt das Signal der fweiten Oberwelle ist, welches eine Frequenz besitzt, <ie doppelt so groß ist wie die Frequenz des Eingangs- bzw. Nutzsignals.

Zusätzlich zu dem vorerwähnten induzierten Oberwellensignalen tritt am Ausgang einer Wanderfeldröhre vielfach eine weitere Form eines unerwünschten Modulationsproduktes auf. Wenn nämlich die Wanderfeldröhre mit zwei Signalen unterschiedlicher Frequenz angesteuert wird, wie dies häufig der Fall ist, so werden in der Wanderfeldröhre Modulationsprodukte erzeugt, die sich aus der Mischung eines Steuersignals mit dem Signal der zweiten Oberwelle des anderen Steuersignals ergeben. Wird beispielsweise eine Wanderfeldröhre durch zwei Signale angesteuert, die entsprechende Frequenzen f_v j., besitzen, so treten Modulationsprodukte auf, die als Intermodulationssignale dritter Ordnung bezeichnet werden und eine Frequenz von 2 /, — /₂ und von 2 /., — Z₁ aufweisen.

Der Pegel bzw. die Amplitude der Modulationsprodukte, die in einer Wanderfeldröhre erzeugt werden, und damit vor allem auch die Amplitude der obenerwähnten Intermodulationssignale ist eine Funktion der Konstruktionsparameter der Röhre sowie der Betriebsfrequenz und Leistung, mit der die Röhre betrieben wird. Wenn die Wanderfeldröhre nur sehr schmalbandig betrieben werden soll, so können diese Parameter so gesteuert werden, daß Signale der zweiten Oberwelle sowie Inlermodulationssignale wirksam vermieden werden. Dies bedeutet aber, daß eine der wichtigsten Eigenschaften der Wanderfeldröhre aufgegeben wird. Wanderfeldröhren sind nämlich gerade für große Bandbreiten bestimmt und werden häufig zur Verstärkung von Signalen mit großer Bandbreite verwendet. Die Bandbreite einer Wanderfeldröhre kann eine Oktave oder mehr betragen. Aus diesem Grunde, ist es im allgemeinen nicht möglich, den Aufbau der Wanderfeldröhre selbst zum Ausfiltern von unerwünschten Modulationssignalen der zweiten Oberwelle auszulegen, da das Signal der zweiten Oberwelle ebenso wie das Signal der Grundfrequenz (Nutzsignal) in der Betriebsbandbreite der Röhre liegt.

Die maximale Ausgangsleistung einer Wanderfeldröhre ist im wesentlichen eine Funktion der Spannung, bei der die Röhre betrieben wird, des Strompegels des Elektronenstrahles dieser Röhre und selbstverständlich der Leistungsfähigkeit dieser Röhre. Es ist nun offensichtlich erwünscht, daß der größtmögliche Teil dieser theoretisch zur Verfügung stehenden Ausgangsleistung zur Verstärkung des bzw. der Steuersignale der Grundfrequenz verwendet wird. Gleichgültig, in welchem Ausmaß die obenerwähnten unerwünschten Modulationsprodukte im Ausgangssignal der Wanderfeldrohre vorhanden sind, und gleichgültig davon, ob es sich bei diesen Modulationsprodukten um Signale der zweiten Oberwelle oder um die obenerwähnten Intermodulationssignale handelt, vermindert jedes unerwünschte Modulationsprodukt die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung, welche die Wanderfeldröhre bei der Verstärkung des Steuersignals der Grundfrequenz liefern kann.

Man hat bereits erkannt, daß die Amplitude bzw. der Pegel des Signals der zweiten Oberwelle im Steuersignal einer Wanderfeldröhre die Trennung der Leistungspegel des gewünschten Ausgangssignals der Grundfrequenz von den Signalen der zweiten Oberwelle und von den Intermodulationssignalen beeinflußt. Man hat weiterhin beobachtet, daß das Ausmaß des Einflusses des Signals der zweiten Oberwelle

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^l 4

»ine Funktion der Amplitude bzw. des Pegels des feldröhre gebildet werden kann, wie dies bei einet

Signals der zweiten Oberwelle im Steuersignal sowie Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, wodurch

der Phasenlage der Komponente der zweiten Ober- sich eine besonders einfache Schaltungsanordnung

welle in bezug auf die Grundfrequenzkomponente ergibt,

des Steuersignals ist. ₅ Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

Um eine unerwünschte Oberwelle am Ausgang mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbei-

ciner als Verstärker betriebenen Wanderfeldröhre zu spielen erläutert. Es zeigt

vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (US-Patent- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten schrift 34 26 291), dieser Wanderfeldröhre im Über- Schaltung zur Durchführung des Prinzips der Vortragungskanal eine zweite äquivalente Wanderfeld- io entzerrung,

röhre vorzuschalten, welch letztere neben dem Signal F i g. 1A eine Draufsicht auf eine Verzögerungsder Grundfrequeni (Nutzsignal) zugleich auch ein der leitung, wie sie bei der Schaltung gemäß F i g. 1 verFrequenz der unerwünschten Oberwelle entsprechen- wendet werden kann,

des Ausgangssignal liefert, das dann als Kompensa- F i g. 2 die Phasendrehung bei einer Schaltung mit

tionssignal der als Verstärker dienenden Wander- 15 frequenzunabhängiger Phasengeschwindigkeit, z. B.

feldröhre über ein Phasendrehgüed um 180° in der bei einer Koaxialleitung oder einer Wanderfeldröhre

Phase gedreht mit solcher Amplitude zugeführt wird, mit von der Frequenz unabhängiger Phasengeschwin-

daß es die in der als Verstärkerelement verwendeten digkeit,

Wanderfeldröhre erzeugte Oberwelle kompensiert. Fig.3 eine graphische Darstellung, die die Aus-Ais Phasendrehgüed werden dabei Filter oder andere 20 gangsleistung als Funktion der Frequenz für eine selektive Schaltkreise, z. B. Zirkulatoren, verwendet, Wanderfeldröhre bei Steuerung mit unterschiedlichen wobei die Phasendrehung an den Flanken der Durch- Signalen zeigt,

laßkurven auftritt. Die Verwendung derartiger selek- ^Fig.4 eine graphische Darstellung, aus der die tiver Schaltkreise ermöglicht jedoch lediglich eine Leistung der Grundwelle, bezogen auf die Leistung, Kompensation für eine ganz bestimmte Frequenz. Da 25 ohne zweite Oberwelle im Steuersignal als Funktion diese Schaltkreise eine starke Änderung der Phasen- des Pegels der zweiten Oberwelle hervorgeht,
lage in Abhängigkeit von der Frequenz aufweisen, F i g. 5 eine graphische Darstellung, aus der die können sie nicht in Systemen verwendet werden, die Leistung der Grundwelle, bezogen auf die mögliche eine Bandbreite von mehr als einigen Prozent auf- Leistung, ohne zweite Oberwelle im Steuersignal weisen. Werden nämlich derartige selektive Schalt- 30 als Funktion des Pegels der zweiten Oberwelle herkreise in Systemen mit großer Bandbreite verwendet, vorgeht, wobei die Phasenlage auf maximale und so wird eine Verbesserung über die gesamte Band- minimale Grundausgangsleistung eingestellt ist,
breite nicht erreicht; vielmehr tritt eine Leistungsver- Fig.6 eine graphische Darstellung, bei der die niinderung über die Bandbreite mit Ausnahme der Ausgangsleistung als Funktion der Phasenbeziehung erwähnten einen Frequenz ein. Aus diesem Grunde 35 zwischen dem Steuersignal der Grundfrequenz und ist die Verwendung der bekannten Einrichtungen, die dem Signal der zweiten Oberwelle dargestellt ist, wonach dem Prinzip der voranstehend beschriebenen bei der Signalpegel ein Parameter ist,
Vorentzerrung arbeiten, ausseniießiieh auf Fälle im Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Pha-Labor beschränkt. senabweichung von der Linearität für eine Phasen-

Weitcrhin ist bei Verstärkern allgemein bekannt, 40 einstellung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

die Amplituden von unerwünschten Modulationspro- F i g. 8 eine schematische Darstellung einer weite-

dukten am Ausgang eines Verstärkers <! irch Rück- ren Schaltung zur Durchführung des Prinzips der

kopplung eines aus dem Ausgangssignal «ibgcleiteten Vorentzerrung,

Kompensationssignals an den Verstärkereingang klein Fig. 9 eine schematische Darstellung ähnlich der

zu halten (DT-AS 12 78 562, 12 89 140; CH-PS 45 nach Fig. 1, bei der unterschiedliche Punkte ent-

4 37 430). Weiterhin sind Verstärker mit automati- lang des Übertragungsweges eingezeichnet sind, um

scher Frequenz- bzw. Phasennachstimmung bekannt die Kompensationswirkung der Schaltung zu er-

(US-PS 29 15 601). In all diesen Fällen handelt es läutern,

sich jedoch nicht um Schaltungen bzw. Verstärker, Fig. 9A, 9B, 9C und 9D Leistungsspektren an

bei denen unerwünschte Modulationsprodukte nach 50 den unterschiedlichen Stellen längs des Übertragungs-

dem voranstehend beschriebenen Prinzip der Vorent- weges der Schaltung gemäß F i g. 9,

zerrung vermieden werden. Fig. 1OA und 1OB graphische Darstellungen der

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Phasendrehung unterschiedlicher Teile der Schaltung

einen Weg für eine Kompensation von unerwünsch- nach Fig.9 in Abhängigkeit von der Frequenz,

ten Modulationsprodukten über einen großen Fre- 55 F i g. 11 A und 11 B graphische Darstellungen, die

quenzbereich bei einem breitbandigen Wanderfeld- die Ausgangsleistung und die Intermodulationstren-

röhrenverstärker aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Auf- nung als Funktion des z.B. der Schaltung nach

gäbe wird bei der Anwendung des eingangs erwähnten F i g. 9 zugeführten Steuersignals wiedergeben,

Prinzips der Vorentzerrung durch Einführung eines Fig. 12 bis 15 schematische Darstellungen von

Kompensationssignals erfindungsgemäß als Phasen- ⁶° Wanderfeldröhren mit besonders ausgebildeten, als

drehglied eine entsprechend dimensionierte Verzö- Phasendrehgüed dienenden Wendeln,

gerungsleilung an sich bekannter Ausbildung verwen- F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine

det. Hierdurch wird nicht nur die für das Wirksam- Mikrowellenschalturig zur Anwendung des Prinzips

werden des Kompensationssignals erforderliche Pha- der Vorentzerrung durch Einführung eines Kompen-

sendrehung über einen weiten Frequenzbereich er- 65 sationssignals, um unerwünschte Modulationspro-

reicht, sondern die Erfindung bietet vor allem auch dukte im Ausgangssignal einer Wanderfeldröhren

den Vorteil, daß die als Phasendrehgüed verwendete zu vermeiden und dadurch gleichzeitig die Ausgangs-

Verzögerungsleitung von der Wendel einer Wander- leistung des Nutzsignals zu erhöhen. Nach der vorlie-

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genden Erfindung wird zunächst ein Eingangssignal Größe der Dispersion der Komponente oder Über-

der Frequenz /,, das auf einen höheren Leistungspegel tragungsleitung ist.

durch eine Wanderfeldröhre 11 verstärkt werden Nachstehend wird die Beschreibung der Fig. 1 soll, einer Wanderfeldröhre 13 aufgegeben, die auge- fortgesetzt. Das zusammengesetzte Signal mit der mein ähnliche Eigenschaften wie die Wanderfeld- 5 zwei Komponenten von den Frequenzen Z₁ und 2/, röhre 11 in bezug auf die Induzierung von uner- wird einem Verlustausgleichs- und Phasendrehgliec wünschten Oberwellen bzw. Modulationsprodukten 12 aufgegeben, in der die relative Phasenlage unc im Ausgangssignal besitzt. Das Signal der Frequenz /, Größe der beiden Komponenten des zusammengesetzwird in der Wanderfeldröhre 13 verstärkt und indu- ten Signals eingestellt werden, bis die zweite Kompoziert dort gleichzeitig auch ein unerwünschtes Signal io nente die optimale Phasen- und Größenbeziehunj in der Wanderfeldröhre 13. Zur Erläuterung der Er- zur ersten Komponente besitzt. Diese optimale Phafindung sei angenommen, daß das unerwünschte sen- und Größenbeziehung besteht dann, wenn die Modulationsprodukt, das von der Wanderfeldröhre 11 zweite Komponente der Wanderfeldröhre 11 aufgegeeliminiert werden soll, das Signal mit der zweiten ben ist und einen Ausgangssignalteil beiträgt, welchei Oberwelle oder ein Signal mit der Frequenz 2/, ist. 15 genau in der Größe gleich, jedoch um 180° phasen-Infolgedessen sind dies die Frequenzen, die in diesem verschoben mit dem induzierten Signal der zweiter Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Oberwelle ist, welches in der Wanderfeldröhre 11 Somit ist das Ausgangssignal der Wanderfeld- durch Anlegen der ersten Komponente des zusamröhre 13 ein zusammengesetztes Signal, das eine erste mengesetzten Signals induziert wird. Ist dies der Fall Komponente mit einer Frequenz/, enthält, welche 20 ist keine parasitäre Leistung bei der Frequenz2/, irr das verstärkte Eingangssignal darstellt, das der Wan- Ausgangssignal der Wanderfeldröhre 11 vorhanden derfeldröhre 13 aufgegeben worden war, und eine und der maximale Betrag der Ausgangsleistung dei zweite Komponente mit einer Frequenz 2/,, die das Wanderfeldröhre 11 steht zur Verstärkung des Ein Signal mit der zweiten Oberwelle darstellt, welches in gangssignals der Frequenz Z₁ zur Verfügung,
der Wanderfeldröhre 13 durch das Eingangssignal 25 Die Phasenbeziehung Φ, des induzierten Signals dei induziert worden war. zweiten Oberwelle und Wanderfeldröhre 11 relativ zi Nimmt man an, daß die Wendel bzw. der Lang- dem angelegten Eingangssignal ist eine Funktion dei samfeldabschnitt der Wanderfeldröhre 13 nicht di- Parameter der Wanderfeldröhre 11. Bei den meister spergierend ist, wie dies üblicherweise der Fall ist, sind Wanderfeldröhren sind die Komponente und die die beiden Signale mit der Frequenz/, und 2/, pha- 30 Komponente der zweiten Oberwelle in ihrer Phasen senstarr zueinander, wenn sie die Wendel entlang beziehung zueinander phasenstarr. Somit beträgt die wandern und die Wanderfeldröhre verlassen, da für Phasenbeziehung Φ, bei einer solchen Wanderfeld· jedes dieser Signale der Langsamfeldabschnitt die röhre 0 . In ähnlicher Weise besitzt die Phasenbeziegleiche Phasengeschwindigkeit besitzt. Somit haben hung der zweiten Komponente des Zusammengesetz· diese beiden Signale eine feste Phasenbeziehung zu- 35 ten Signals, wie es anfangs erzeugt wird, eine zweite einander, wenn sie die Wanderfeldröhre 13 verlassen, Phasenbeziehung Φ., gegenüber der ersten Kompound wenn sie sich durch eine herkömmliche oder nente dieses zusammengesetzten Signals, die eine nicht dispergierende Wellenleiter- oder Übertragungs- Funktion der Parameter der Vorrichtung oder Korn· leitung fortpflanzen. ponente ist, in welcher das zusammengesetzte Signa Im folgenden wird zunächst erläutert, was hierbei 40 erzeugt wird. Wenn es sich um eine ähnliche Steuer unter dem Ausdruck »dispergierend« verstanden wer- wanderfeldröhre 13 handelt, wie sie in F i g. 1 gezeig den soll. Wie in der Mikrowellentechnik üblich, wird ist, beträgt der Wert Ά, wiederum 0°.Es ist erwünscht ein Element, eine Komponente oder eine Übertra- die Phasenlage der ersten Komponente in bezug au: gungsleitung als nicht dispergierend bezeichnet, wenn die zweite Komponente des zusammengesetzten Si sie Signalen unterschiedlicher Frequenzen eine gleich- 45 gnals in dem Phasendrehglied 12 um einen Betrae zi förmige Phasengeschwindigkeit erteilt, und wird als verschieben, der so groß ist, daß die zweite Kompo dispergierend bezeichnet, wenn die Phasengeschwin- nente des zusammengesetzten Signals beim Anleger digkeit eine Funktion der Frequenz des angelegten an die Wanderfeldröhre 11 180° phasenverschober Signals ist. Wenn somit zwei Signale unterschied- gegenüber dem unerwünschten Signal der zweiter licher Frequenz *:iner nicht dispergierenden Kompo- 50 Oberwelle ist, das in der Wanderfeldröhre 11 indu nente aufgegeben werden, bleibt die fortgesetzte Pha- ziert wird. Wenn die Phasenverschiebung, der di< senbeziehung gleichzeitig auftretender Teile der bei- erste und die zweite Komponente des zusammen den Signale konstant, wenn sie die Komponente gesetzten Signals in dem Phasendrehglied 12 unter durchwandern. Die Dispersion ist somit eine charak- zogen werden, mit Φ₃ bezeichnet wird, sind dies« teristische Eigenschaft einer wandernden Welle und 55 Phasenverschiebungen zueinander durch die Glei nicht einer stehenden Welle. Ferner ist die Tatsache, chung Φ₂ f Φ₃ = Φ, + 180° gegeben. Falls herkömm ob die Komponente dispergierend ist oder nicht, nicht liehe Wanderfeldröhren für die Steuerwanderfeld eine Funktion der elektrischen Länge der Kompo- röhre 13 und die Ausgangswanderfeldröhre 11 ver nente. Wenn umgekehrt eine Komponente, z. B. eine wendet werden, wie dies oben angegeben ist, sine Übertragungsleitung, dispergierend ist, ändert die 60 die Werte von Φ, und Φ₂ gleich, und deshalb betrag fortgesetzte Phasenbeziehung zwischen gleichzeitig der gewünschte Wert der Phasenverschiebung au; aufgegebenen Teilen zweier Signale unterschiedlicher der Phase !!einstelleinrichtung 12 180°.
Frequenz sich, wenn diese beiden Signale die Korn- Die grundlegende physikalische Erscheinung, die ir ponente oder Übertragungsleitung durchwandern, und einer Wanderfeldröhre auftritt, besteht darin, dal die Signale, die der Komponente mit einer Phasen- 65 eine elektromagnetische Welle am Langsamfeldbeziehung relativ zueinander aufgegeben werden, ver- abschnitt verstärkt wird, wenn Energie von einen lassen die Komponente mit einer zweiten Phasen- Elektronenstrahl abgenommen wird, der seitlich de¹ bezichune relativ zueinander, die eine Funktion der Langsamfeldabschnittes verläuft. Die mittlere Ge

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50 Ohm besitzt zeigt einen Welligkeitsfak-

Bindigkeit des^E1^™—ahl^ wW^rn^gert. von^w ^ ^₁ ^ ^. _{inleressierenden Frequen}z-

ind Energi an^Ldi Wdle'des Langsamfeldabschnittes ^be£if_{Mikr0StreifenschaUuilg}, die in der in Fig 1 A

abgibt. In der Nähe des Ausgangsteiles des Langsam Ausführungsform verwendet wird besteht

feldabschnittes, wenn der Verstarker sich der Salti feez g _{maanderförmigen} Leitung, d.e durch Belich-

gung nähert, nimmt die Nichthneantat der Dη rieh aus e _{h teIlt wird}, derart, daß ein GoId-

fung rasch zu. Vorliegende Erfindung arbeitet in der ten und ^ ^ _{M1 Dicke auf e},ner

Weise, daß ein kompensierendes unerwünschtes Si dünnen Chrom- oder Molybdänoberfläche verbleibt,

gnal, z.B. ein Signal der zweiten Oberwelle in den dünne _Aluminiumoxydkeramikunterlage

Eingang der Wanderfeldröhre injiziert wird, damit ,o ^ ^e _Dje ^ _{die beispielswei}se eine

eine" andere Nichtlinearität auf w.rksame: We.se er- äug«. ^ ^.^ _hal Schenkellange

zeugt wird, die teilweise oder vollständig d.e ausschal öre _{wie sie} ._{p der folgenden} Tabelle

tet, die der Verstarker erzeugt. Es sei bemerkt, daß ^" . _{wobei die} streifenlänge zwischen al en

das induzierte Signal der zwe.ten Oberwelle su.h «ng J ^ _{Ausnahme der} Schenkel L und L

längs des Langsamfeldabschnittes nut «ponentieller .₅ J _mm ^_{0 dje Strei(enlange zvvlschen} den Schen-

Geschwind.gkeit aufbaut, die annähernd gleic ^ de . _{L und} L₁₀ 1,875 mm beträgt. Quadrat des Abstandes längs des Langsamtew

abschnittes ist. Das injizierte Signal ^r zweiten Ober _

welle wird jedoch gemäß ₍ ^v°^rl\^e8^e£_es ^E^tärS « Schenke. Länge linear längs dieses Langsamfeldabschnittes verstärkt

und somit auf langsamere Weise vergrößert Wenn die _

Phaseneinstelleinrichtung 12 richtig gewählt «st is

^d-^e,^S^ .^AANffieSl Sig^dn".^PSas ^

"^7

ι absinken, und zwar aui uruiiu."""¹T"".;: _d"_ie ^L« ^'^

Unterschiedes in der Geschwindigkeit, minder d.e ^ 4,375

^^^^^^ _Flg 3 zeigt eine graphische Darstellung der Aus-

™eq^guenz sowi! auch eine wesentliche Vcrnjgerung J^ \_{ÜT die} ^b _GrUndwelle und der Ausgang

in der Amplituden-Nichtlineantat oder Kornpress.on g g _f„_r ^ _{zweite Obe Ue sowie} ,hrc Tren

und eine stark verringerte Umwandlung von Ampli B _Funktion der Frequenz fur m Satt.-tudenmodu.ation in Phasenmodulanon.D««: Fak to- 4o nu^a.^ ^^ 220-W-Wanderte drohnjj

ren zusammen ergeben einen wesentlich vernngerten ^_us-_{dieser graphischen} Darstellung ergibt sich daß

Peeel der Intermodulationsstörung _{di Ausgan}gsleistung für die Grundwcllc am unteren

Die Wirkung des Phasendrehghedcs12 die wie b ^^ _{abnimmt und die} Ausgangsleistung

oben erwähnt das dispergierende Glied .st, bestem Oberwelle am unteren Ende des Bandes d in, d?e elektrische Länge der Leitung zwischen de 45 fi«r *ez ^_n ^.^ _{phaseneinsl llein}„chtung ge-

Steuerwanderfeldröhre 13 und der Leistung.wände _vorliegender Erfindung vorgesehen ,st. Wenn da

feldröhre 11 ungleich zu machen D.ese Leitung, d.e , _{der zweitcn} Harmonischen z. B^ mit

die Phaseneinstelleinrichtung 12 e.nschheW, soj f_ief_paßfiUer ausgefiltert worden -st, n.mrntche

X^S^leinnchtungn,, eine sta.d. ^-^ΓΑ^Ϊ^'^η ere^ E^

pergierende übertragungsleitung, d.e so «^Jmrtjst g^g vergrößert und die Ausgangsleistung f«

Lßs,e die richtige Größe für d.e Phasenverschiebung ^ ^ ^.^ _obcrwe,_{le am unleren} Ende des Bande

itaÄÄt KtsÄK-X opⁿti^g _male Resul- verringert ^_n ^^ _{dcs pc}

ate" ergib! -st die einfache Mäanderle.tung nach D.e F ^ _dcr

F i g 1 A. die in Mikrostreifenform aufgebaut ist. D« _{sleistu cmes} typischen 22O-W-\ erstarktr

Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Fre _mU ^ Bandbreite von einer Oktave: hieraus crp.b

ouen/ ist für diese Leitung in F ι g. 7 im Vergleichι zu _{es js cin£}, Bfctbande.nnchtung /ι

'rrnShtd.pergierendenLe.tungmitdengc.ch^ »du *.e _p. _{7eigt die graphi}sche Darstellt, η

elektrischen Längen am unteren Bandrand gc/egU _Aus,,_anp,,_cistun_g als Funktion der Frequenz fu

Die angegebenen Daten sind für_e,neLe,tungu die c ne Wanderfeldröhre, wenn mc mit cmc

Dispersion von etwa 130 be. > 5(,H* «^{m V},cr_tlc.ch _na, ,_{ol)Crt wird}. _{das kcinc} Komponent

25 GH. ergibt Auf Grund der «^1at'^% JJ""" _{d 1C}n Oberwelle bcMt.t und wenn mc mi S

Dispersion von etwa 130 be. > 5(,H* «^m ,_{t na}, ,_{ol)Crt wird}. _{das kcinc} Komponent

zu 2.5 GH. ergibt. Auf Grund der «^1at'^% JJ""" _{der 7XVC11C}n Oberwelle bcMt.t. und wenn mc mi S

Länge der Leitung ist eine E.nfugungsdampf ng de■ _n ^, die einen weiten Obcnvelle,

sehr cenne. und /war weniper als 1 dB. Die spt/ c c t ^^ _i() ^ _Un,_{c hKclk}.. _{5 dB} i'ntcrcrun»

I cituni:. .lic m> aii^clcj:! iM. JaIi mc cmc Im_Ptd..n/ !- ■ ^₉₅₃₇ ^

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welle und gleich der Grundwclle enthalten. Für jeden der drei unterschiedlichen Steuersignalpegel ist die Phasenlage des Signals der zweiten Oberwelle sowohl auf optimale Ausgangsleistung als auch auf minimale Ausgangsleistung eingestellt worden. Dabei zeigt sich, daß sowohl Pegel als auch Phasenlage des Steuersignals der zweiten Oberwelle einen grundlegenden Einfluß auf die Ausgangsleistung hat. Am unteren Bandende, wenn die zweite Oberwelle 5 dB unter dem Steuersignal der Grundwelle liegt, kann eine optimale Phasenlage eine Zunahme von einem halben dB in der Ausgangsleistung ergeben, und eine ungünstige Phasenlage eine Verringerung der Ausgangsleistung um mehr als 1 bis l'/sdB ergeben. Wird die Phasenlage auf minimale Ausgangsleistung eingestellt, wie dies der Fall sein kann, wenn ein Schmalbandsystem der bekannten Art verwendet wird, kann der resultierende Ausgang unter Verwendung der Leistung der zweiten Oberwelle bei der Steuerung schlechter sein als der Ausgang ohne Verwendung des Steuersignals der zweiten Oberwelle.

F i g. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Grundleistung relativ zu der, die bei Fehlen einer zweiten Oberwelle im Steuersignal erzielt wird, und zwar als Funktion des Pegels der zweiten Oberwelle für die beiden Begrenzungsfälle. Fig. 6 zeigt die Ausgangsleistung einer Funktion der Phasenlage zwischen dem Antriebssignal für Grundwelle und für die zweite Oberwelle und zeigt die Bedeutung der richtigen Phaseneinstellung für die Komponente der zweiten Oberwelle.

In nahezu jeder Anordnung, in der die Erfindung geprüft worden ist, hat sich eine Verbesserung in der Ausgangsleistung der Grundwelle ergeben. Die Verbesserung reicht von 0,3 bis 1,0 dB.

Die vorbeschriebene Ausführungsform nach der Erfindung bezieht sich grundsätzlich auf eine Röhre mit einer Bandbreite von einer Oktave. Nach einem Merkmal vorliegender Erfindung kann das Einführen von Steuersignalen der zweiten Oberwelle für eine Röhre mit einer Bandbreite von zwei Oktaven dadurch erzielt werden, daß zwei Steuerröhren verwendet werden. Wie in F i g. 8 gezeigt, werden Signale Über eine Bandbreite von 2 Oktaven, z.B. 1 bis4GHz. in einer Diplexeinrichtung 15 in die Signale in der unteren Oktave, z. B. 1 bis 2 GHz, die in einen Steuerverstärker 16 eingeführt werden, und in die Signale in der anderen Oktave, z. B. 2 bis 4GHz, die in den anderen Steuerverstärker 17 eingeführt werden, geteilt. Die Signale aus dem Verstärker 16 für die untere Oktave, die Signale der Grundwelle und der zweiten Oberwelle enthalten, werden durch ein Phasendrehglied 18 und eine Kopplung 19, an der Ausgangssignale aus dem Verstärker 17 mit der Leitung für den Eingang in den Leistungsverstärker 20 gekoppelt werden, geführt. Die gewünschte Phaseneinsteliung des Signals der zweiten Oberwelle in bezug auf die Grundwelle gemäß vorliegender Erfindung wird in dem Phasendrehglied 18 zum Aufgeben auf den Verstärker 20 erreicht, in welchem Signale über die beiden Oktaven verstärkt werden.

Wie oben bereits erwähnt, kann eine Verringerung des Ausganges der zweiten Oberwelle auch die Intermodulationsstörung verringern.

F i g. 9 zeigt eine schematische Schaltung ahnlich der nach Fig. 1, aus der die Arbeitsweise vorliegender Erfindung zur Verringerung des unerwünschten Intermodulationssignals hervorgeht. Die Fig. 9 A

und 9 B sind graphische Darstellungen, in denen die Leistung gegenüber der Frequenz an ausgewählter Stellen A-D längs der Leitung in Fig.9 aufgetrager sind. Die Fig. K)A und H)B sind graphische Darstellungen, die die Phasenverschiebung gcgenübei der Frequenz über Teile A -B und B-C der in Fig. 5 gezeigten Leitung aufzeigen.

Ohne Anwendung vorliegender Erfindung würde ein Wandcr\veilenröhren-Leistungsverstärker21 nach Fig.9 unerwünscht hohe Intermodulationssignak dritter Ordnung aus den Eingangssignalen/, und f., erzeugen, die in die Verslärkerkette eingeführt werden Gemäß vorliegender Erfindung steuern die Eingangssignale/, und /, einen Verstärker 22, der Ausgänge bei den Frequenzen/,, /.„ 2/_)V 2/., und Intermodulationssignale erzeugt. Dieser Verstärker 22 arbeitel unterhalb des Sättigungsgebietes, und die Intermodulationsfrequenzen liegen bei sehr niedrigen Pegeln Diese beiden Signale durchlaufen eine Mikrowellenschaltung 23, die einen höheren Verlust bei der Frequenz/ als bei der Frequenz 2/ aufweist und eine Dispersion von etwa 180° bei der Frequenz 2/ über das Verstärkungsband für Signale / besitzt. Dieses Band der zweiten Oberwelle, das in die Wanderfeldröhre 21 eingeführt wird, hebt genau das auf, das normalerweise von der Röhre 21 erzeugt würde, wobei sich eine Eliminierung oder wesentliche Verringerung det Intermodulationssignale dritter Ordnung ergibt.

Die F i g. 11 A und 11 B zeigen graphische Darstellungen der Ausgangsleistung "und der Intermodulationstrennung als Funktion der Dämpfung des Steuerpegels für eine Kette, wie sie in F i e. 9" gezeigt ist. und zwar für den ersten Fall (gestrichelt), wenn keine zweite Oberwelle in den zweiten Verstärker 21 eingeführt wird, und für den zweiten Fall (fest ausgezogene Linie), wenn zweite Oberwellen eingeführt" werden und die Bedingungen an einer Stelle etwa 3 dB unterhalb der maximalen Ausgangsleistung optimiert werden. Die Kurven, die kein Einführeil einer zweiten Oberwelle zeigen, was herkömmlichen Betrieb entspricht, zeigen, daß bei Sättigung die Intermodulationsprodukte dritter Ordnung bei 9 dB unterhalb Sättigung sind, und um Produkte dritter Ordnung 36 dB unterhalb der Grundwclle zu erhalten, wie dies für bestimmte Anwendungsfälle erwünscht sein kann, muß der Verstärker 21 mehr als 10 dB unter Sättigung betrieben werden. Die Arbeitsweise ist smndleaend verschieden, wenn zweite Oberwellen eingeführt werden. Erstens ergibt sich, daß die maximale Ausgangsleistung um einen Faktor von mehr als 2 erhöht" wird. Zweitens ist bei optimierten Bedingungen und bei einer Ausgangsleistung, die 3 dB unter der maximalen Leistungsfähigkeit liegt (dies entspricht der maximalen Ausgangsleistung ohne Einführung zweiter Oberwellen), die Intermodulationstrennung 33 dB für Intermodulationsprodukte dritter und aller höheren Ordnungen. Dies stellt eine Zunahme von 9.5 dB in der Ausgangsleistung für den Fall dar, daß er erforderlich ist, daß die Intermodulationsprodukte 33 dB unterhalb der Grundwelle liegen.

Da die A'-Achse der graphischen Darstellungen nach den F i g. 11 A und 11 B die Dämpfung des Eingangssignals darstellt, sind die höheren Ausgangspegel auf der linken Seite dargestellt, und die Ausgangsleistung nimmt nach rechts ab.

Für Verstärker, die nicht in der Lage sind, das Signal der zweiten Oberwelle zu verstärken, die aber einen Ausgang der zweiten Oberwelle er/enoen. wird

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cine Intermodulationsstörung dadurch eliminiert, oder entscheidend verringert, daß der Verstärker mit den herkömmlichen Steuersignalen wie auch Produkten dritter Ordnung gesteuert wird, die in der Phase so eingestellt werden, daß sie entgegengesetzt zu denen sind, die der Verstärker selbst erzeugt. Dies läßt sich gemäß vorliegender Erfindung dadurch erreichen, daß die Verstärkerkette nach F i g. 9 verwendet wird, um den Leistungsverstärker 24 zu steuern, und anstatt die Intermodulationssignale dritter Ordnung aus der Röhre 21 auf ein Minimum zu bringen, wird die Phasenlage dieser Intermodulationssignale in der Einstelleinrichtung 25 so eingestellt, daß sie entgegengesetzt zu der der Produkte dritter Ordnung ist, die normalerweise in dem nachfolgenden Leistungsverstärker 25 erzeugt werden.

Während vorliegende Erfindung in idealer Weise für die Störungsverringerung der zweiten Oberwelle und der Intermodulalion durch äußeren Betrieb bei bekannten Wanderfeldröhren geeignet ist, kann die Erfindung auch durch entsprechende Ausbildung von Wanderfeldröhren zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse verwendet werden. Typische Ausführungsformen der Erfindung bei solchen Wanderfeldröhren sind in den Fig. 12 bis 15 gezeigt.

Nach einem Merkmal vorliegender Erfindung, das schematisch in Fig. 12 gezeigt ist, wird das gewünschte Signal der zweiten Harmonischen zur Löschung innerhalb der Röhre 41 aufgebaut, indem ein Langsamfeldabschnitt bzw. eine Wendel 42 für die Röhre verwendet wird, der bzw. die eine Dispersion aufweist, die sich mit der Länge ändert. An einer Stelle 43 längs des Langsamfeldabschnittes werden die physikalischen Eigenschaften der Röhre in einer solchen Weise modifiziert, daß die Phasengeschwindigkeit bei Grundfrequenz unverändert bleibt, daß jedoch die Phasengeschwindigkeit der zweiten Oberwellenfrequenz unterschiedlich ist. Deshalb wird die Energie der zweiten Oberwelle, die auf dem Langsamfeldabschnitt fortschreitet, außer Phase mit der Energie der zweiten Oberwelle im Elektronenstrahl kommen und den erforderlichen Löschungsvorgang aufbauen. Die Phasengeschwindigkeitsänderung bei der zweiten Oberwellenfrequenz kann durch Veränderung eines oder mehrerer der Röhrenpararneler verändert werden, z. B. die Wendelsteigung, der Hüllendurchmesser, der Durchmesser des Wendelträgerstabes usw.

An Stelle der in Fig. 12 gezeigten Konstruktion kann die Wanderfeldröhre 51 die in F i g. 13 gezeigte

ίο Form annehmen, bei der eine Resonanzdämpfung 53 längs des Langsamfeldabschnittes 52 vorgesehen ist, die einen wesentlich höheren Verlust für das Grundsignal als für die zweite Oberwelle ergibt. Tm Anschluß an die Dämpfung 53 wird die Stromkreisgeometric 54 so geändert, daß sie die Phasengeschwindigkeit der zweiten Oberwelle in bezug auf die Phasengeschwindigkeit der Grundwelle in Abhängigkeit von den vorbeschriebenen Anforderungen einstellt.

Nach einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung, das in Fig. 14 schematisch zum Ausdruck gebracht ist, kann der Langsamfeldabschnitt 62 einer Wanderfeldröhre 61 unterbrochen und die entsprechende Phasenverschiebung zwischen der zweiten Oberwelle und der Grundwelle in einer elektrischen Leitung an der Unterbrechung vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine einfache Mäanderleitung 63 an der Unterbrechungsstelle verwendet werden, um die gewünschte Phasenverschiebung zu erzielen. Diese elektrische Leitung kann entweder innerhalb des Vakuumgehäuses der Röhre oder außerhalb des Vakuumgehäuses der Röhre angeordnet sein.

An Stelle der in Fig. 14 gezeigten Anordnung kann die Wanderfeldröhre 71, wie in F i g. 15 gezeigt, so aufgebaut sein, daß die Energie der zweiten Oberwelle von der Langsamfeldschaltung 72 vor der herkömmlichen Dämpfungseinrichtung 73 entfernt wird wo die Schaltung aufgetrennt ist. Das Signal der zweiten Oberwelle kann dann wiederum an die Langsamfeldschaltung im Anschluß an die Dämpfungseinrichtung mit der entsprechenden Phaseneinstellung ange legt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

22 Ol Patentansprüche:

1. Anwendung des Prinzips der Vorentzerrung durch Einführung eines Kompensationssignals, i lias den unerwünschter Modulationsprodukten in der Amplitude gleich und in der Phase gegensätzlich ist, in den Übertragungskanal bei einem breitrandigen Wanderfeldröhrenverstärker, wobei das Kompensationssignal in einer der Wanderfeldröhre des Verstärkers äquivalenten Wanderfeldröhre erzeugt und in der Phase gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Pha- »endrehglied eine entsprechend dimensionierte Verzögerungsleitung an sich bekannter Ausbil- is dung verwendet wird.

2. Anwendung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß als Phasendrehglied eine mäanderförmige Leitung verwendet wird.

3. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß als Phasendrehglied eine eine frequenzabhängige Laufzeit aufweisende Verzögerungsleitung oder Wendel einer Wanderfeldröhre verwendet wird.

4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch ge- as kennzeichnet, daß die frcquenzabhängige Laufzeit der Wendel der Wanderfeldröhre durch Abschnitte unterschiedlicher Wendelsteigung und/ oder unterschiedlichem Wendeldurchmessers, durch Einschalten einer mäanderförmigen Verzögerungsleitung in die Wendel, durch an die Wendel angekoppelte Resonanzglieder und/oder durch Überbrücken eines Teils der Wendel für das Kompensationssignal erreicht wird.

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