DE2259513A1 - Leistungsverstaerker mit schutz gegen selbsterregte schwingungen - Google Patents

Description

Leistungsverstärker mit Schutz gegen selbsterregte Schwingungen

Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker mit einem Hohlraum, der mit einer Schutzeinrichtung gegen selbsterregte Schwingungen mit einer oberhalb des Betriebsfrequenzbandes des Verstärkers liegenden Frequenz, die größer als etwa 100 MHz ist, versehen ist.

Im Fall von UHF-Le istungs ver starkem, die beispielshalber untersucht werden sollen, ist die Neigung der Verstärkerröhre, in den zugehörigen Hohlräumen selbsterregte Schv/ingungen zu erzeugen, außerordentlich störend; da diese selbsterregten Schwingungen nämlich die Energie an bestimmten Punkten der Hohlräume konzentrieren, können sie zu einer schnellen Zerstörung des^Materials führen. Dieses Problem ist bei den Hochleisbungs-UHF-Verstärkern wegen der vorkommenden großen Energien besonders schwerwiegend.

Lei/Pe

309824/0 886

Die Frequenz der selbsterregten Schwingung einer UHF-Röhre hängt von der Abmessung ihrer Elektroden ab; bei den in ' UHF-Verstärkern allgemein verwendeten Tetroden hängt sie von dem mittleren Umfang des Schirmgitters ab.

Es sind verschiedene Lösungen für dieses Problem bekannt; sie bestehen insbesondere darin, in den Hohlraum bzw. in die Hohlräume, in denen die Gefahr der Erzeugung von selbsterregten Schwingungen besteht, Wellenfallen einzubringen. Die mechanische Ausbildung dieser Vorrichtungen ist aber kompliziert, ihre Einstellung ist langwierig und von Verstärker zu Verstärker nicht reproduzierbar, und sie stören infolge ihres Raumbedarfs und ihrer Lage im Hohlraum die Verstellung des Abstimmkolbens, so daß sie also die Bandbreite des Verstärkers verringern. Außerdem wird der Gestehungspreis der Verstärker dadurch beträchtlich erhöht.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines gegen selbst erregte Schwingungen geschützten Verstärkers, der infolge einer außerhalb des Hohlraums liegenden Schutzeinrichtung die zuvor erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Dieses Problem wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schutzeinrichtung wenigstens ein Element mit verteilten Konstanten aufweist, das einen mit dem Hohlraum gekoppelten Anschluß hat und einen Kurzschluß für die Frequenzen des Betriebsfrequenzbandes und eine Falle für die Frequenz der selbsterregten Schwingungen bildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Bärin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansieht der

309824/0886

Röhre, der Hohlräume und der Schutzeinrichtung gegen selbsterregte Schwingungen bei einer Ausführungsform eines leistungsverstärkers nach der Erfindung,

Pig. 2 eine schematasehe Oberansicht der Schutzeinrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Leistungsverstärkers nach der Erfindung und

Mg. 4 eine Schnittansicht der Schutzeinrichtung von Pig. 3.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Halb schnitt eine UHF-Tetrode mit den zugehörigen Hohlräumen, wobei der Schnitt in einer durch die Achse X-X der Tetrode gehenden Ebene liegt.

Die Zeichnung zeigt die Anode A, das Schirmgitter E, das Steuergitter G und die Katode K der Tetrode. Metallwände 1, 2, 3, 4, 5 bilden konzentrische Hohlräume 6, 7» 8, 9. Die Wände 1, 3, 4, 5 sind mit der Anode, dem Schirmgitter, dem Steuergitter bzw. der Katode der Tetrode verbunden.

Der zwischen den Wänden 4 und 5 liegende Hohlraum 9 bild et den Eingangshohlraum des dargestellten Systems, das heißt, der Hohlraum, dem das durch einen Pfeil S_ dargestellte, zu verstärkende Eingangssignal zugeführt wird; dieser Hohlraum ist zur Vereinfachung der Zeichnung ohne.den zugehörigen Abstimmkolben dargestellt.

309824/0886

Der zwischen den Wänden 3 und 4 liegende Hohlraum 8 bildet den Neutralisationshohlraumj er enthält einen Abstimmkolben 18. Der Hohlraum 7, der den Anodenhohlraum oder Primärhohlraum darstellt, liegt zwischen den Wänden 2 und 3 und enthält einen Abstimmkolben 17.

Der Hohlraum 6, der Ausgangshohlraum oder Sekundärhohlraum genannt wird, ist mit dem Hohlraum 7 über ein Fenster 10 gekoppelt, das mit (nicht dargestelltem) Glimmer gefüllt ist, und dessen Abmessungen den Wert der Kopplung bestimmen; der Hohlraum 6 enthält ebenfalls einen Abstimmkolben 16. Da der Ausgangshohlraum 6 auf die Trägerfrequenz F abgestimmt ist, wird nur die Energie der Trägerfrequenz F vom Anodenhohlraum zum Ausgangshohlraum übertragen; es besteht daher keine Gefahr, daß der Ausge,ngshohlraum durch eine Welle mit der Selbsterregungsfrequenz gestört wird. Der durch die beiden Hohlräume 6 und 7 gebildete Ausgangskreis ermöglicht andererseits die Verringerung der Selektivität der Schaltung durch die Kopplung zwischen diesen beiden Resonanzhohlräumen. Der Hohlraum 6 liefert das verstärkte Ausgangssignal zu einem Ausgangsglied 15, dessen Koaxialkabel und Einstell- und Anpassungssysteme in der Zeichnung symbolisch dargestellt sind.

Bei der Verstärkerröhre von Fig. 1 ist die Schutzeinrichtung durch drei Hohlleiter gebildet, von denen nur ein einziger Hohlleiter 20 in der Figur sichtbar ist; die abgewinkelte Form dieses Hohlraums ist nur auf das Bestreben zurückzuführen, den Raumbedarf der ganzen Anordnung zu verringern. Dieser Hohlleiter mündet mit einem einen Ende in der Nähe des Anodenanschlusses in den Hohlraum I₁ und an seinem entgegengesetzten Ende ist ein Widerstand 21 befestigt, dessen Aufgabe später genauer erläutert wird.

309824/0886

Ein Ventilator 30 bläst luft in den Hohlleiter 20 durch öffnungen 32, deren Abmessungen klein gegen die Abmessungen des Querschnitts des Hohlleiters sind. Diese Luft ermöglicht einerseits die Belüftung des Hohlraums 7 und der Hohlräume 8 und 9 sowie der- Elektroden der Röhre und andererseits die Belüftung des Hohlraums 6 mit Hilfe von Kanälen nach Art des Kanals 31, deren Enden einerseits im Hohlraum 6 und andererseits, im Hohlleiter 20 münden und deren Querschnitt klein gegen den Querschnitt des Hohlleiters 20 ist.

Pig. 2 zeogf; in Oberansicht den Hohlleiter 20 von'Pig. 1 sowie zwei weitere gleichartige Hohlleiter 120 und 220. Diese drei Hohlleiter sind in gegenseitigen Winkelabständen von 120° an der Wand 1 befestigt, von der nur die Schnittlinie mit der Zeichenebene dargestellt ist. Diese Figur zeigt auch die Lage der drei Ventilatoren 30, 130 und 230, die den Hohlleitern 20, 120 bzw. 220 zugeordnet sind und die Zwangsbelüftung der Röhre und ihrer Hohlräume ermöglichen.

DieWirkungsweise der soeben beschriebenen Anordnung soll an Hand eines konkreten Falles einer UHP-Leistungsverstärkerstufe erläutert werden, die mit einer Thomson-CSF-Röhre TH 491 von 25 kW Maximalleistung ausgestattet ist. Diese Röhre weist eine Frequenz F der selbsterregten Schwingungen auf, die bei etwa 1500 MHz liegt, deren Wellenlänge also etwa 20 cm beträgt. Bei der beschriebenen Anordnung soll die Röhre TH 491 etwa 20 kW liefern, und die Trägerfrequenz F beträgt etwa 830 MHz, was einer Wellenlänge von 36 cm entspricht. Der Querschnitt jedes Hohlleiters ist so gewählt, daß seine Grenzwellenlänge größer als die der Frequenz F₀ entsprechende Wellenlänge und kleiner als die der Trägerfrequenz F entsprechende Wellenlänge ist,das heißt,daß seine Breitseite,die in einer senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 stehenden Ebene liegt, zwischen

0 9 8 2 4/0888

20/2 = 10 cm und 36/2 = 18 cm liegt; jeder Hohlleiter läßt also die Wellen mit der Frequenz F durch und bildet praktisch einen Kurzschluß für die Wellen mit der Frequenz F . Ferner haben die Hohlleiter eine Länge, die für die Dämpfung jeder Welle mit der Trägerfrequenz ausreicht.

Der Widerstand 21 hat im Fall des beschriebenen Beispiels einen Wert von 47Ω und 2 W; er ist dazu bestimmt, für eine eventuelle Welle mit der Frequenz F_ eine Belastung zu bildenj praktisch zeigt jedoch die Messung, daß die Falle so wirksam ist, daß dieser Widerstand nicht unbedingt erforderlich ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung läßt insbesondere erkennen, daß trotz der Schutzeinrichtung der Abstimmkolben 17 sehr hoch im Hohlraum 7 stehen kann, woraus sich eine große Bandbreite und ein guter Wirkungsgrad der Verstärkerstufe ergibt. Die beschriebene Schutzeinrichtung ist experimentell mit Thomson-CSF-Röhren des Typs TH 491 von 25 kW und des Typs TH 290 von 10 kW für Trägerfrequenzen von 560 MHz und mehr erprobt worden, wobei der Kolben 17 dann für die Abstimmung bei 3 λ /4 eingestellt worden ist. Mit den gleichen Röhren, aber bei Trägerfrequenzen zwischen 470 und 560 MHz, die eine λ/4-AbStimmung des Kolbens des Anodenhohlrauma ermöglichen, enthält der UHF-Verstärker zwei Schutzeinrichtungen, und zwar eine für den Anodenhohlraum und die andere für den Neutralisierungshohlraum, wobei jede dieser Schutzeinrichtungen in gleicher Weise und nach dem gleichen Prinzip wie diejenige von Fig. 1 und 2 arbeitet, aber in unterschiedlicher Weise in Bezug auf die Röhre und den betreffenden Hohlraum angeordnet sind, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

309824/0886

Pig. 3 zeigt in einem Halt schnitt ähnlich der Darstellung von Pig. 1 die Anode A, das Schirmgitter E, das Steuergitter G und die Katode K einer Tetrode, deren zugehörige Hohlräume 6, 7, 8, 9 durch die Wände 1, 2, 3, 4, 5 "begrenzt sind. Die Hohlräume 6, 7, 8 enthalten jeweils einen Abstimmkolben 16, 27 "bzw. 28. Der Hohlraum 6 ist mit dem Hohlraum 7 über ein Fenster 10 gekoppelt, das Glimmer (nicht dargestellt) enthält. Eine schematisch bei 15 dargestellte Anordnung aus einem Koaxialkabel mit den zugehörigen Einstell- und Anpassungseinrichtungen fängt die Energie im Hohlraum 6 ein und überträgt das Ausgangssignal, das sich durch die Verstärkung des Eingangssignals S mit der Trägerfrequenz P ergibt, das dem Hohlraum 9 zugeführt wird, wobei dieser Hohlraum ohne seinen Kolben dargestellt ist.

Jeder der beiden Kolben 27 und 28 enthält eine bestimmte Anzahl von Ausnehmungen, von denen.jede einen Hohlleiter bildet; die Querschnitte dieser Hohlleiter sind so bemessen, daß die in den entsprechenden Hohlraum mündende.· Öffnung ein Kurzschluß für eine Welle mit der Trägerfrequenz P ist, aber eine Welle mit der Frequenz P der Selbsterregungsschwingungen durchläßt, wobei vorausgesetzt wird, daß 3P₀^i¹ ■ In der Zeichnung sind die Hohlleiter 40 und 43 zu erkennen, die in dem Kolben 27 bzw. in dem Kolben 28 gebildet sind.

Wie bei dem Hohlleiter 20 von Pig. 1 dienen Widerstände 37 , 38 von 47 Ω /2W als verlustbehaftete Belastung für eine eventuelle Welle mit der Frequenz P der Selbsterregungsschwingungen; diese Widerstände sind an die den Elektroden der Röhre entgegengesetzten Enden der Kolben angeschlossen.

24/0886

Die in den Kolben 27 und 28 gebildeten Hohlleiter werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, für eine Zwangsbelüftung der von den Hohlräumen und der Röhre gebildeten Anordnung mit Hilfe von Ventilatoren verwendet, wie durch den Ventilator 29 dargestellt ist, wobei die Luft zum großen Teil über die Hohlleiter im Kolben 28 abgeführt wird. Es ist ferner zu bemerken, daß ein Kolben mit Ausnehmungen, die Hohlleiter von geeignetem Querschnitt bilden, auch für den Neutralisierungshohlraum bei dem Ausführungsbeispiel von Pig. 1 an Stelle des massiven Kolbens 18 verwendet werden kann; dieser Kolben hat dann die Aufgabe, einerseits die Verhinderung von selbsterregten Schwingungen durch die Hohlleiter 20, 21 und 220 zu unterstützen und andererseits eine gute Abführung der von den Ventilatoren 30, 130 und 230 eingeblasenen Luft zu gewährleisten.

Fig. 4 zeigt die beiden Kolben 27, 28 in einer Querschnittsansicht in der Lage, die sie in den Hohlräumen einnehmen. Das dargestellte Beispiel entspricht Kolben für die Hohlräume einer Thomson-CSF-Röhre des Typs TH 491, die ein Signal mit einer Trägerfrequenz von 520 MHz verstärkt. Die Abmessungen der dieser Röhre zugeordneten Hohlräume und die Wellenlängen bei der Trägerfrequenz (etwa 58 cm) und bei der Frequenz der selbsterregten Schwingungen ergeben die Ausbildung eines Anodenhohlraumkolbens mit drei Hohlleitern 40, 4I, 42 und eines ITeutralisierungshohlraumkolbens mit zwei Hohlleitern 43, 44t

Die die Schutzeinrichtung bildenden Elemente mit verteilten Konstanten können Hohlleiter, Hohlräume oder Leitungen sein.

309824/088 6

Claims (6)

1. Patentansprüche

   ι 1. Leistungsverstärker mit einem Hohlraum, der mit einer Schutzeinrichtung gegen selbsterregte Schwingungen mit einer oberhalb des Betriebsfrequenzbandes des Verstärkers liegenden Frequenz F , die größer als etwa 100 MHz ist, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung wenigstens ein Element mit verteilten Konstanten aufweist, das einen mit dem Hohlraum gekoppelten Anschluß hat und einen Kurzschluß für die Frequenzen des !Betriebsfrequenzbandes und eine Falle für die Frequenz F bildet.
2. 2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit verteilten Konstanten ein Hohlleiter ist.
3. 3. Leistungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein verlasibehafteter Abschluß an das dem Anschluß entgegengesetzte Ende des Hohlleiters angeschlossen ist.
4. 4. Leistungsverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß mit dem Hohlraum über eine in dessen Wand angebrachte Öffnung gekoppelt ist.
5. 5. Leistungsverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum einen Abstimmkolben enthält, und daß der Hohlleiter durch eine Ausnehmung in dem Abstimmkolben gebildet ist.
6. 6. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwangsbelüftung des Hohlraums über den Hohlleiter erfolgt,

   309824/0886 '