DE2201626C3 - Anwendung des Prinzips der Vorentzerrung bei Wanderfeldröhrenverstärkern - Google Patents

Description

!ine Funktion der Amplitude bzw.. des Pegels des signals der zweiten Oberwelle im Steuersignal sowie ier Phasenlage der Komponente der zweiten Oberwelle in bezug auf die Grundfrequenzkomponente des Steuersignals ist.

Um eine unerwünschte Oberwelle am Ausgang einer als Verstärker betriebenen Wanderfeldröhre zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen {US-Patentschrift 34 26291), dieser Wanderfeldröhre im Übertragungskanal eine zweite äquivalente Wanderfeldröhre vorzuschalten, welch letztere neben dem Signal der Grundfreqyenz (Nutzsignal) zugleich auch ein der Frequenz der unerwünschten Oberwelle entsprechendes Ausgangssignal liefert, das dann als Kompensationssignal der als Verstärker dienenden Wanderfeldröhre über ein Phasendrehglied um 180° in der Phase gedreht mit solcher Amplitude zugeführt wird, daß es die in der als Verstärkereiement verwendeten Wanderfeldröhre erzeugte Oberwelle kompensiert. Als Phasendrehglied werden dabei Filter oder andere selektive Schaltkreise, z. B. Zirkulatoren, verwendet, wobei die Phasendrehung an den Flanken der Durchlaßkurven auftritt. Die Verwendung derartiger selek tiver Schaltkreise ermöglicht jedoch lediglich eine Kompensation für eine ganz bestimmte Frequenz. Da diese Schaltkreise eine starke Änderung der Phasen lage in Abhängigkeit von der Frequenz aufweisen, können sie nicht in Systemen verwendet werden, die eine Bandbreite von mehr als einigen Prozent, aufweisen. Werden nämlich derartige selektive Schaltkreise in Systemen mit großer Bandbreite verwendet, so wird eine Verbesserung über die gesamte Bandbreite nicht erreicht; vielmehr tritt eine Leistungsverminderung über die Bandbreite mit Ausnahme der erwähnten einen Frequenz ein. Aus diesem Grunde ist die Verwendung der bekannten Einrichtungen, die nach dem Prinzip der voranstehend beschriebenen Vorentzerrung arbeiten, ausschließlich auf Fälle im Labor beschränkt.

Weiterhin ist bei Verstärkern allgemein bekannt, die Amplituden von unerwünschten Modulationsprodukten am Ausgang eines Verstärkers durch Rückkopplung eines aus dem Ausgangssignal abgeleiteten Kompensationssignals an den Verstärkereingang klein zu halten (DT-AS 12 78 562, 12 89140; CH-PS 4 37 430). Weiterhin sind Verstärker mit automatischer Frequenz- bzw. Phasennachstimmung bekannt (US-PS 2915 601) In all diesen Fällen handelt es sich jedoch nicht um Schaltungen bzw. Verstärker, bei denen unerwünschte Modulationsprodukte nach dem voranstehend beschriebenen Prinzip der Vorentzerrung vermieden werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg für eine Kompensation von unerwünschten Modulationsprodukten über einen großen Frequenzbereich bei einem breitbandigen Wanderfeldröhrenverstärker aufzuzeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der Anwendung des eingangs erwähnten Prinzips der Vorentzerrung durch Einführung eines Kompensationssignals erfindungsgemäß als Phaso drehglied eine entsprechend dimensionierte Verzögerungsleitung an sich bekannter Ausbildung verwendet. Hierdurch wird nicht nur die für das Wirksamwerden des Kompensationssignals erforderliche Phasendrehung über einen weiten Frequenzbereich erreicht, sondern die Erfindung bietet vor allem auch den Vorteil, daß die als Phasendrehglied verwendete Verzögerungsleitung von der Wendel einer Wanderfeldröhre gebildet werden kann, wie dies bei einet Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, wodurch sich eine besonders\einfache Schaltungsanordnung ergibt. -

Nachstehend wird die Erfindung in Verbinduag mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Schaltung zur Durchführung des Prinzips der Vorentzerrung,

F i g. 1A eine Draufsicht auf eine Verzögerungsleitung, wie sie bei der Schaltung gemäß F i g. 1 verwendet werden kann,

F i g. 2 die Phasendrehung bei einer Schaltung mit frequenzunabhängiger Phasengeschwindigkeit, z. B. bei einer Koaxialleitung oder einer Wanderfeldröhre mit von der Frequenz unabhängiger Phasengeschwindigkeit,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die die Ausao gangsleistung als Funktion der Frequenz für eine Wanderfeldröhre bei Steuerung mit unterschiedlichen Signalen zeigt,

Fig.4 eine graphische Darstellung, aus der die Leistung der Grundwelle, bezogen auf die Leistung, ohne zweite Oberwelle im Steuersignal als Funktion des Pegels der zweiten Oberwelle hervorgeht,

F i g. 5 eine graphische Darstellung, aus der die Leistung der Grundwelle, bezogen auf die mögliche Leistung, ohne zweite Oberwelle im Steuersignal als Funktion des Pegels der zweiten Oberwelle hervorgeht, wobei die Phasenlage auf maximale und minimale Grundausgangsleistung eingestellt ist,

F i g. 6 eine graphische Darstellung, bei der die Ausgangsleistung als Funktion der Phasenbeziehung zwischen dem Steuersignal der Grundfrequenz und dem Signal der zweiten Oberwelle dargestellt ist, wobei der Signalpegel ein Parameter ist,

F i g. 7 eine graphische Darstellung, die die Phasenabweichung von der Linearität für eine Phaseneinstellung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, F i g. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Schaltung zur Durchführung des Prinzips der Vorentzerrung,

F i g. 9 eine schematische Darstellung ähnlich der nach F i g. 1, bei der unterschiedliche Punkte entlang des Übertragungsweges eingezeichnet sind, um die Kompensationswirkung der Schaltung zu erläutern,

Fig.9A, 9B, 9C und 9D Leistungsspek*.ren an den unterschiedlichen Stellen längs des Übertragungsweges der Schaltung gemäß F i g. 9,

Fig. 1OA und 1OB graphische Darstellungen der Phasendrehung unterschiedlicher Teile der Schaltung nach F i g. 9 in Abhängigkeit von der Frequenz,
Fig. 11 A und 11B graphische Darstellungen, die die Ausgangsleistung und die Intermodulationstrennung als Funktion des z. B. der Schaltung nacl· F i g. 9 zugeführten Steuersignals wiedergeben,

Fig. 12 bis 15 schematische Darstellungen vor Wanderfeldröhren mit besonders ausgebildeten, al: Phasendrehglied dienenden Wendeln.

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eini Mikrowellenschaltung zur Anwendung des Prinzip: der Vorentzerrung durch Einführung eines Kompen sationssignals, um unerwünschte Modulationspro dukte im Ausgangssignal einer Wanderfeldröhre!.: zu vermeiden und dadurch gleichzeitig die Ausgangs 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 F i g. 1 soll, einer Wanderfeldröhre 13 aufgegeben, die allge- fortgesetzt. Das zusammengesetzte Signal mit den mein ähnliche Eigenschaften wie die Wanderfeld- 5 zwei Komponenten von den Frequenzen/, und 2/, röhre 11 in bezug auf die Induzierung von uner- wird einem Verlustausgleichs- und Phasendrehglied wünschten Oberwellen bzw. Modulationsprodukten 12 aufgegeben, in der die relative Phasenlage und 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 Größenbeziehung 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, welcher 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 zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Oberwelle ist, welches in der Wanderfeldröhren

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 Frequenz 2 /, im das verstärkte Eingangssignal darstellt, das der Wan- Ausgangssignal der Wanderfeldröhren vorhanden, derfeldröhre 13 aufgegeben worden war, und eine und der maximale Betrag der Ausgangsleistung der zweite Komponente mit einer Frequenz2/,, die das Wanderfeldröhren steht zur Verstärkung des EinSignal mit der zweiten Oberwelle darstellt, welches in gangssignals der Frequenz/, zur Verfügung, der Wanderfeldröhre 13 durch das Eingangssignal 25 Die Phasenbeziehung Φ, des induzierten Signals der induziert worden war. zweiten Oberwelle und Wanderfeldröhre 11 relativ zu

Nimmt man an, daß die Wendel bzw. der Lang- dem angelegten Eingangssignal ist eine Funktion der samfeldabschnitt der Wanderfeldröhre 13 nicht di- Parameter der Wanderfeldröhre 11. Bei den meisten spergierend ist, wie dies üblicherweise der Fall ist, sind Wanderfeldröhren sind die Komponente und die die beiden Signale mit der Frequenz/, und 2/, pha- 3° Komponente der zweiten Oberwelle in ihrer Phasensenstarr zueinander, wenn sie die Wendel entlang beziehung zueinander phasenstarr. Somit beträgt die wandern und die Wanderfeldröhre verlassen, da für Phasenbeziehung Φ, bei einer solchen Wanderfeldjedes dieser Signale der Langsamfeldabschnitl die röhre 0°. In ähnlicher Weise besitzt die Phasenbeziegleiche Phasengeschwindigkeit besitzt. Somit haben hung der zweiten Komponente des zusammengesetzdiese beiden Signale eine feste Phasenbeziehung zu- 35 ten Signals, wie es anfangs erzeugt wird, eine zweite einander, wenn sie die Wanderfeldröhre 13 verlassen, Phasenbeziehung Φ₂ gegenüber der ersten Kompound wenn sie sich durch eine herkömmliche oder nente dieses zusammengesetzten Signals, die eine nicht dispergierende Wellenleiter- oder Ubertragungs- Funktion der Parameter der Vorrichtung oder Komleitung fortpflanzen. ponente ist, in welcher das zusammengesetzte Signal

Im folgenden wird zunächst erläutert, was hierbei 4° erzeugt wird. Wenn es sich um eine ähnliche Steuerunter dem Ausdruck »dispergierend« verstanden wer- wanderfeldröhre 13 handelt, wie sie in Fi g. 1 gezeigt den soll. Wie in der Mikrowellentechnik üblich, wird ist, beträgt der Wert Φ₂ wiederum 0°.Es ist erwünscht, ein Element, eine Komponente oder eine Übertra- die Phasenlage der ersten Komponente in bezug auf gungsleitung als nicht dispergierend bezeichnet, wenn die zweite Komponente des zusammengesetzten Sisie Signalen unterschiedlicher Frequenzen eine gleich- 45 gnals in dem Phasendrehglied 12 um einen Betrag zu förmige Phasengeschwindigkeit erteilt, und wird als verschieben, der so groß ist, daß die zweite Kompodispergierend bezeichnet, wenn die Phasengeschwin- nente des zusammengesetzten Signals beim Anlegen digkeit eine Funktion der Frequenz des angelegten an die Wanderfeldröhre 11 180° phasenverschoben Signals ist. Wenn somit zwei Signale unterschied- gegenüber dem unerwünschten Signal der zweiten licher Frequenz einer nicht dispergierenden Kompo- 5" Oberwelle ist, das in der Wanderfeldröhre 11 indunente aufgegeben werden, bleibt die fortgesetzte Pha- ziert wird. Wenn die Phasenverschiebung, der die senbeziehung gleichzeitig auftretender Teile der bei- erste und die zweite Komponente des zusammenden Signale konstant, wenn sie die Komponente gesetzten Signals in dem Phasendrehglied 12 unterdurchwandern. Die Dispersion ist somit eine charak- zogen werden, mit Φ₃ bezeichnet wird, sind diese teristische Eigenschaft einer wandernden Welle und 55 Phasenverschiebungen zueinander durch die Gleinicht einer siehenden Welle. Ferner ist die Tatsache, chung Φ_ζ + Φ₃ = Φ, + 180° gegeben. Falls herkömmob die Komponente dispergierend ist oder nicht, nicht liehe Wanderfeldröhren für die Steuerwanderfeldeine Funktion der elektrischen Länge der Kompo- röhre 13 und die Ausgangswanderfeldröhre 11 vernente. Wenn umgekehrt eine Komponente, z. B. eine wendet werden, wie dies oben angegeben ist, sind Übertragungsleitung, dispergierend ist, ändert die 60 die Werte von Φ, und Φ₂ gleich, und deshalb beträgt fortgesetzte Phasenbeziehuug zwischen gleichzeitig der gewünschte Wert der Phasenverschiebung aus aufgegebenen Teilen zweier Signale unterschiedlicher der Phaseneinstelleinrichtung 12 180°. Frequenz sich, wenn diese beiden Signale die Korn- Die grundlegende physikalische Erscheinung, die in ponente oder Übertragungsleitung durchwandern, und einer Wanderfeldröhre auftritt, besteht darin, daß 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 einem lassen die Komponente mit einer zweiten Phasen- Elektronenstrahl abgenommen wird, der seitlich des beziehung relativ zueinander, die eine Funktion der Langsamfeldabschnittes verläuft. Die mittlere Ge-

^fo 8

schwindigkeit des Elektronenstrahls wird verringert, von etwa 50 Ohm besitzt, zeigt einen Welligkeitsfak-

wenn er den Langsamfeldabschnitt entlangwandert tor kleiner als 2 :1 für den interessierenden Frequenz-

und Energie an die Welle des Langsamfeldabschnittes bereich.

abgibt. In der Nähe des Ausgangsteiles des Langsam- Die Mikrostreifenschaltung, die in der in Fig. IA feldabschnittes, wenn der Verstäiker sich der Sätti- 5 gezeigten Ausführungsform verwendet wird, besteht gung nähert, nimmt die Nichtlinearität der Einrich- aus einer mäanderförmigen Leitung, die durch Belichtung rasch zu. Vorliegende Erfindung arbeitet in der ten und Ätzen hergestellt wird, derart, daß ein Gold-Weise, daß ein kompensierendes unerwünschtes Si- Überzug von etwa 0,005 bis 0,01 mm Dicke auf einer gnal, z. B. ein Signal der zweiten Oberwelle, in den dünnen Chrom- oder Molybdänoberfläche verbleibt, Eingang der Wanderfeldröhre injiziert wird, damit io welche auf einer Aluminiumoxydkeramikunterlage eine andere Nichtlinearität auf wirksame Weise er- aufgebracht ist. Die Leitung, die beispielsweise eine zeugt wird, die teilweise oder vollständig die ausschai- Breite von 0,625 mm besitzt, hat eine Schenkellänge tet, die der Verstärker erzeugt. Es sei bemerkt, daß von Ende zu Ende, wie sie in der folgenden Tabelle das induzierte Signal der zweiten Oberwelle sich angegeben ist, wobei die Streifenlänge zwischen allen längs des Langsamfeldabschnittes mit exponentieller 15 Schenkeln mit Ausnahme der Schenkel L₉ und L₁₀ Geschwindigkeit aufbaut, die annähernd gleich dem 0,625 mm und die Streifenlänge zwischen den Sehen-Quadrat des Abstandes längs des Langsamfeld- kein L₉ und L₁₀1,875 mm beträgt,
abschnittes ist. Das injizierte Signal der zweiten Ober-■ welle wird jedoch gemäß vorliegender Erfindung
linear längs dieses Langsamfeldabschnittes verstärkt 20
und somit auf langsamere Weise vergrößert. Wenn die
Phaseneinstelleinrichtung 12 richtig gewählt ist, ist
das Signal am Ausgangspunkt gleich und in der Phasenlage entgegengesetzt dem induzierten Signal, das
durch die grundlegende Nichtlinearität der Wander- 35
feldröhre erzeugt wird. Wenn es somit möglich ist,
die Nutzgröße des Signals der zweiten Oberwellenfrequenz längs des Langsamfeldabschnittes zu messen,
würde diese am Eingangsende ein Maximum sein und
fortschreitend bis zum Ausgangsende annähernd auf 30
Null absinken, und zwar auf Grund des obenerwähnten Unterschiedes in der Geschwindigkeit, mit der die
Signale in der Röhre aufgebaut werden. Das Nutzergebnis dieser Erscheinung ist eine außergewöhnlich
hohe Verringerung oder sogar vollständige Eliminie- 35
rung von Ausgangssignalen der zweiten Oberwellenfrequenz sowie auch eine wesentliche Verringerung F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Ausin der Amplituden-Nichtlinearität oder Kompression gangsleistung für die Grundwelle und der Ausgangsund eine stark verringerte Umwandlung von Ampli- leistung für die zweite Oberwelle sowie ihre Trentudenmodulation in Phasenmodulation. Diese Fakto- 40 nung als eine Funktion der Frequenz für im Sättiren zusammen ergeben einen wesentlich verringerten gungsbereich betriebene 220-W-Wanderfeldröhren. Pegel der Intermodulationsstörung. Aus dieser graphischen Darstellung ergibt sich, daß

Die Wirkung des Phasendrehgliedes 12, die, wie die Ausgangsleistung für die Grundwelle am unteren

oben erwähnt, das dispergierende Glied ist, besteht Ende des Bandes abnimmt und die Ausgangsleistung

darin, die elektrische Länge der Leitung zwischen der 45 für die zweite Oberwelle am unteren Ende des Bandes

Steuerwanderfeldröhre 13 und der Leistungswander- zunimmt, wenn keine Phaseneinstelleinrichtung ge-

feidröhre 11 ungleich zu machen. Diese Leitung, die maß vorliegender Erfindung vorgesehen ist. Wenn das

die Phaseneinstelleinrichtung 12 einschließt, soll Steuersignal der zweiten Harmonischen z. B. mit

N Wellenlängen bei der Grundsignalsfrequenz und einem Tiefpaßfilter ausgefiltert worden ist, nimmt die

2 N + ¹Zi Wellenlängen bei der zweiten Oberwellen- 50 Ausgangsleistung für die Gmndwelle am unteren

frequenz ergeben. Ende des Bandes zu, und wenn die Phaseneinstell-

Die Phaseneinstelleinrichtung 12 ist eine stark dis- einrichtung hinzugefügt worden ist, wird die Auspergierende Übertragungsleitung, die so aufgebaut ist, gangsleistung für die Grundwelle am unteren Ende daß sie die richtige Größe für die Phasenverschiebung des Bandes vergrößert und die Ausgangsleistung für in einer Leitung mit einer Länge von einigen Wellen- 55 die zweite Oberwelle am unteren Ende des Bandes längen ergibt. Eine Konstruktion, die optimale Resul- verringert.

täte ergibt, ist die einfache Mäanderleitung nach Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen den Einfluß des Pegels

F i g. 1A, die in Mikrostreifenform aufgebaut ist. Die und der Phasenlage der zweiten Oberwelle auf die

Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Fre- Ausgangsleistung eines typischen 220-W-Verstärkers

quenz ist für diese Leitung in F i g. 7 im Vergleich zu 60 mit einer Bandbreite von einer Oktave; hieraus ergibt

einer nicht dispergierenden Leitung mit den gleichen sich, wie wichtig es ist, eine Breitbandeinrichtung zu

elektrischen Längen am unteren Bandrand gezeigt. verwenden. Fig.4 zeigt die graphische Darstellung

Die angegebenen Daten sind für eine Leitung, die eine einer Ausgangsleistung als Funktion der Frequenz für

Dispersion von etwa 130° bei 5,5 GHz im Vergleich eine solche Wanderfeldröhre, wenn sie mit einem

zu 2,5 GHz ergibt. Auf Grund der relativ kurzen 65 Steuersignal gesteuert wird, das keine Komponente

Länge der Leitung ist eine Einfügungsdämpfung der zweiten Oberwelle besitzt, und wenn sie mit Si-

sehr gering, und zwar weniger als 1 dB. Die spezielle gnalen gesteuert wird, die einen zweiten Obcrwcllcn-

Lcitung, die so ausgelegt ist, daß sie eine Impedanz gehalt von 1OdB Unicrgrundwcilc, 5 dB Untcrgrund-

Schenkel	Länge
	(mm)
L1	13,25
L.	7,55
	7,25
L,	7,125
	6,725
Le	6,375
L-,	6,025
L,	5,70
L9	4,375
Ltn	12,0

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ίο

welle und gleich der Grundwelle 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'/»dB 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. F i g. 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 bis 4 GHz, in einer Diplexeinrichtung 15 in die Signale in der unteren Oktave, z. B. 1 bis 2 GHz, die in einen Steuerverstärkerle eingeführt werden, und in die Signale in der anderen Oktave, z. B. 2 bis 4 GHz, 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 Phaseneinstellung des Signals der zweiten Oberwelle in bezug auf die Gmndwelle 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.

Fig.9 zeigt eine schematische Schaltung ähnlich der nach F i g. 1, aus der die Arbeitsweise vorliegender Erfindung zur Verringerung des unerwünschten Intermodulatiop.ssignals hervorgeht. Die Fig.9A und 9 B sind graphische Darstellungen, in denen die Leistung gegenüber der Frequenz an ausgewählten Stellen A -D längs der Leitung in Fig. 9 aufgetragen sind. Die Fig. 1OA und 1OB sind graphische Dar-Stellungen, die die Phasenverschiebung gegenüber der Frequenz über Teile A -B und B-C der in Fig. 9 gezeigten Leitung aufzeigen.

Ohne Anwendung vorliegender Erfindung würde ein Wanderwellenröhren-Leistungsverstärker 21 nach

ίο F i g. 9 unerwünscht hohe Intermodulationssignale dritter Ordnung aus den Eingangssignalen Z₁ und /_ä erzeugen, die in die Verstärkerkette eingeführt werden. Gemäß vorliegender Erfindung steuern die Eingangssignale/, und /₂ einen Verstärker 22, der Ausgänge

bei den Frequenzen f_v /.,, 2/,, 2/₂ und Intermodulationssignale erzeugt. Dieser Verstärker 22 arbeitet 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 der Intermodulationssignale dritter Ordnung ergibt.
Die F i g. 11A und 11B zeigen graphische Darstellungen der Ausgangsleistung und der Intermodulationstrennung als Funktion der Dämpfung des Steuerpegels für eine Kette, wie sie in F i g. 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 Einführen einer zweiten Oberwelle zeigen, was herkömmlichen Betrieb entspricht, zeigen, daß bei Sättigung die Intermoduiationsprodukte dritter Ordnung bei 9 dB unterhalb Sättigung sind, und um Produkte dritter Ordnung 36 dB unterhalb der Grundwelle 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 grundlegend verschieden, wenn zweite Oberwellen eingeführt werden. Erstens ergibt sich, daß die maximale Ausgangs-

leistung 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 Ober-

wellen), 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 *-Achse der graphischen Darstellungen nach den F i g. 11A und 11B 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 erzeugen, wird

22 Ol

<r

eine Intermodulationsstörung dadurch eliminiert; oder entscheidend verringert, daß der Ve'rstärker 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 dritterOrdnung ist, die normalerweise in dem nachfolgenden Leistungsverstärker 25 erzeugt werden.

Während vorliegende Erfindung in idealer Weise für die Störungsverringerung der zweiten Oberwelle und der Intermodulation 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 F i g. 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 physik;: ischen 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 Röhrenparameter verändert werden, z. B. die Wendelsteigung, der Hüllendurchmesser, der Durchmesser des Wendelträgerstabes usw.

An Stelle der in Fig. 12 gezeigten Konstruktion kann die Wanderfeldröhre51 die in Fig. 13 gezeigte 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. Im Anschluß an die Dämpfung 53 wird die Stromkreisgeometrie 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 F i g. 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 F i g. 14 gezeigten Anordnung kann die Wanderfeldröhre71, wie in Fig. 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 angelegt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

> .Π Zusätzlich zu dem vorerwähnten induzierten Ober- Patentansprüche: wellensignalen tritt am Ausgang einer Wanderfeld- ·:-.--,.'.■. röhre vielfach eine weitere Form eines unerwünsch-

1. Anwendung des Prinzips der Vorentzemmg ten Modulaüoitsproduktes auf. Wenn nämlich die durch Einführung eines Kompensationssignals, 5 Wanderfeldröhre mit zwei Signalen unterschiedlictsr das den unerwünschten Modulationsprodukten in Frequenz angesteuert wird, wie dies häufig der Fall der Amplitude gleich und in der Phase gegensätz- ist, so werden in der Wanderfeldröhre Modulationslich ist, in den Übertragungskanal bei einem breit- produkte erzeugt, die sich aus der Mischung eines bandigen Wanderfeldröhrenverstärker, wobei das Steuersignals mit dem Signal der zweiten Oberwelle Kompensationssignal in einer der Wanderfeld- io des anderen Steuersignals ergeben. Wird beispielsröhre des Verstärkers äquivalenten Wander- weise eine Wanderfeldröhre durch zwei Signale anfeidröhre erzeugt und in der Phase gedreht wird, gesteuert, die entsprechende Frequenzen/_t, U bedadurch gekennzeichnet, daß als Pha- sitzen, so treten Modulationsprodukte auf, die als sendrehglied eine entsprechend dimensionierte Intermodulationssignale dritter Ordnung bezeichnet Verzögerungsleitung an sich bekannter Ausbil- 15 werden und eine Frequenz von 2 /, — /., und von dung verwendet wird. ²h~ fi aufweisen.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- Der Pegel bzw. die Amplitude der Modulations- kennzeichnet, daß als Phasendrehglied eine produkte, die in einer Wanderfeldröhre erzeugt wer- mäanderförmige Leitung verwendet wird. den, und damit vor allem auch die Amplitude der

3. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 obenerwähnten Intermodulationssignale ist eine kennzeichnet, daß als Phasendrehglied eine eine Funktion der Konstruktionsparameter der Röhre so- frequenzabhängige Laufzeit aufweisende Verzö- wie der Betriebsfrequenz und Leistung, mit der die gerungsleitung oder Wendel einer Wanderfeld- Röhre betrieben wird. Wenn die Wanderfeldröhre röhre verwendet wird. nur sehr schmalbandig betrieben werden soll, so

4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch ge- 25 können diese Parameter so gesteuert werden, daß kennzeichnet, daß die frequenzabhängige Lauf- Signale der zweiten Oberwelle sowie Intermodulazeit der Wendel der Wanderfeldröhre durch Ab- tionssignale wirksam vermieden werden. Dies bedeuschnitte unterschiedlicher Wendelsteigung und/ tet aber, daß eine der wichtigsten Eigenschaften der oder unterschiedlichem Wendeldurchmessers, Wanderfeldröhre aufgegeben wird. Wanderfeldröhdurch Einschalten einer mäanderförmigen Ver- 30 ren sind nämlich gerade für große Bandbreiten bezöge rungsleitung in die Wendel, durch an die stimmt und werden häufig zur Verstärkung von Si-Wendel angekoppelte Resonanzglieder und/oder gnalen mit großer Bandbreite verwendet. Die Banddurch Überbrücken eines Teils der Wendel für das breite einer Wanderfeldröhre kann eine Oktave oder Kompensationssignal erreicht wird. mehr betragen. Aus diesem Grunde ist es im allge-

35 meinen nicht möglich, den Aufbau der Wanderfeldröhre selbst zum Ausfiltern von unerwünschten Modulations,signalen der zweiten Oberwelle auszulegen, da das Signal der zweiten Oberwelle ebenso wie das Signal der Grundfrequenz (Nutzsignal) in der Be-

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Prin- 40 triebsbandbrcite der Röhre liegt.

zips der Vorentztrrung durch Einführung eines Korn- Die maximale Ausgangsleistung einer Wanderfeld-

pensationssignals, das den unerwünschten Modula- röhre ist im wesentlichen eine Funktion der Spantionsprodukten in der Amplitude gleich und in der nung, bei der die Röhre betrieben wird, des Strom-Phase gegensätzlich ist, in den Überlragungskanal pegels des Elektronenstrahles dieser Röhre und bei einem breitbandigen Wanderfeldröhrenverstärker, 45 selbstverständlich der Leistungsfähigkeit dieser Röhre, wobei das Kompensationssignal in einer der Wander- Es ist nun offensichtlich erwünscht, daß der größtfeldröhre des Verstärkers äquivalenten Wanderfeld- mögliche Teil dieser theoretisch zur Verfügung röhre erzeugt und in der Phase gedreht wird. stehenden Ausgangsleistung zur Verstärkung des bzw.

Wenn eine Wanderfeldröhre von einem Signal be- der Steuersignale der Grundfrequenz verwendet wird, stimmter Frequenz betrieben oder angesteuert wird, 50 Gleichgültig, in welchem Ausmaß die obenerwähnten weist das Ausgangssignal Anteile mit einer Frequenz unerwünschten Modulationsprodukte im Ausgangsauf, die von der Frequenz des Steuersignals abweicht, signal der Wanderfeldröhre vorhanden sind, und wie dies bei jedem nicht vollkommen linearen Ver- gleichgültig davon, ob es sich bei diesen Modulastärker der Fall ist. Die üblichsten dieser unerwünsch- tionsproduktcn um Signale der zweiten Oberwelle ten Ausgangssignale bzw. Modulationsprodukte am 55 oder um die obenerwähnten Intermodulationssignale Ausgang von Wanderfeldröhren sind Vielfache der handelt, vermindert jedes unerwünschte Modula-Frequenz des Steuersignals und werden üblicherweise tionsprodukt die zur Verfügung stehende Ausgangsais Oberwellen des Steuersignals bezeichnet. Diese leistung, welche die Wanderfeldröhre bei der VerOberwellen werden in der Wendel der Wanderfeld- Stärkung des Steuersignals der Grundfrequenz lieröhre in Abhängigkeit vom Steuersignal induziert, 60 fern kann.

bewegen sich dann entlang der Wendel der Wander- Man hat bereits erkannt, daß die Amplitude bzw.

feldröhre und werden hierbei zusammen mit der der Pegel des Signals der zweiten Oberwelle im Grundfrequenz bzw. dem Nutzsignal verstärkt. Es ist Steuersignal einer Wanderfeldröhre die Trennung der bekannt, daß das am häufigsten auftretende und un- Leistungspegel des gewünschten Ausgangssignals der angenehmste Modulationsprodukt das Signal der 65 Grundfrequenz von den Signalen der zweiten Oberzweiten Oberwelle ist, welches eine Frequenz besitzt, welle und von den Intermodulationssignalen beeindie doppelt so groß ist wie die Frequenz des Ein- flußt. Man hat weiterhin beobachtet, daß das Ausgangs- bzw. Nutzsignals. maß des Einflusses des Signals der zweiten Oberwelle