DE2261602B2

DE2261602B2 - Hochfrequenzverstärker

Info

Publication number: DE2261602B2
Application number: DE19722261602
Authority: DE
Inventors: Maurice Chelmsford Essex Esterson (Grossbritannien)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1972-10-03
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE2261602A1; CA998445A; FR2201582A1; DE2261602C3; GB1394438A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker, bestehend aus einem innerhalb einer vakuumdichten Umhüllung angeordneten Elektronenstrahlerzeugersystem, einem Elektronenstrahlablenksystem g₀ mit einer etwa in Richtung des vom Elektronenstrahlerzeugersystem erzeugten Elektronenstrahls mäanderförmig verlaufenden Verzögerungsleitung und einer plattenförmigen Gelenkelektrode auf der Verzögerungsleitung entgegengesetzten Seite des Elektronenstrahls, und einem Elektronenstrahlauffänger mit mehreren voneinander elektrisch isolierten Halbleiterdioden, wobei das Elektronenstrahlablenksystem und die Halbleiterdioden derart angeordnet und ausgebildet sind, daß die auf d^se Halbleiterdioden auftreffende Anzahl der Elektronen des Elektronenstrahls abhängig von der an die Verzögerungsleitung angelegten, ein transverbales elektrisches Ablenkfeld erzeugenden Hochfrequenzenergie ist. ..

Mit einem solchen Hochfrequenzverstärker wird also der auf die Oberfläche der Halbleiterdioden auftreffende, durch die Elektonen des Strahl gebildete Strom verstärkt.

Ein Hochfrequenzverstärker dieses Typs, wie er ζ B. aus »The Microwave Journal«, Nr. 3, März 1972 Seite 38, bekannt ist, soll im folgenden zunächst an Hand der Fig. 1 und 2 der schematischen Zeichnungen erläutert werden, wobei Fig. 1 den Hochfrequenzverstärker und Fig. 2 im Detail die verwendete, mäanderförmig verlaufende Verzögerungsleitung zeigt. In diesen Figuren sind jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehn ■

Der in Fig. 1 dargestellte Hochfrequenzverstärker weist ein innerhalb einer vakuumdichten Umhüllung L z.B. einem evakuierten Röhrenkolben, angeordnet Elektronenstrahlerzeugersystem 2 auf, das aus eim -Kathodenheizung 3, einer Kathode 4, einer Fokussk rungselektrode 5 und einer Anode 6 besteht. D-,-r von dem Elektronenstrahlerzeugersystem 2 ausg-j hende, schematisch durch die gestrichelten Linien 7 dargestellte Elektronenstrahl bewegt sich zwischen einer mäanderförmig verlaufenden Verzögerung. leitung 9 und einer plattenförmigen Gelenkelektrode 8 und die Verzögerungsleitung 9 sind in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet und außerdem längs der auf der Strahlachse senkreeh! stehenden Achse parallel zueinander ausgerichtet. Ein Koaxial-Anschluß 10 ist mit seinen Innenleiter an ein Ende der mäanderförmig verlaufenden Verzögerungsleitung 9 und mit seinem Außenleiter an die plattenförmige Gegenelektrode 8 angeschlossen; ein Koaxiallastabschluß ist mit dem anderen Ende der Verzögerungsleitung 9 und der Gegenelektrode 8 verbunden.

Senkrecht zur Bewegungsrichtung des Elektronenstrahls 7 ist ein Schirm 12 angeordnet, der zwei öffnungen 13 aufweist. Hinter den öffnungen 13 befinden sich zwei Halbleiterdioden 14 und 15, die elektrisch voneinander isoliert sind; die beiden Halbleiterdioden sind isoliert auf einem als Wärmesenke wirkenden Kühlkörper 16 angebracht. Eine Koaxialoder Streifenleitung 17, die an eine (nicht dargestellte) Last angeschlossen ist, ist mit ihrem Innenleiter mit der Halbleiterdiode 14 und mit ihrem Außenleiter mit der Diode 15 verbunden. An die Halbleiterdioden 14 und 15 ist eine (nicht gezeigte) Gleichstrom-Versorgungsquelle angelegt, um die Dioden auf einer geeigneten Vorspannung zu halten.

Die mäanderförmig verlaufende Verzögerungsleitung 9, die in Fig. 2 senkrecht gezeigt ist, dient als elektrischer Leiter, der, im Zusammenwirken mit der Gelenkelektrode 8, ein transversales elektrisches Feld in dem Raum zwischen diesen beiden Elementen aufbaut, wenn über das Koaxialkabel 10 Hochfrequenzenergie zugeführt wird. Die mäanderförmig verlaufende Verzögerungsleitung 9 ist so ausgebildet und dimensioniert, daß sie eine vorbestimmte Phasenbeziehung zwischen dem transversalen elektrischen Feld und dem Elektronenstrahl 7 aufrechterhält, wenn dieser sich auf den Schirm 12 zu bewegt.

Werden beim Betrieb des Hochfrequenzverstär- einen Hochfrequenzverstärker nach der Erfindung

kers dem Koaxialkabel 10 hochfrequente Eingangs- ^eigt.

signale zugeführt, so lenkt das transversale elektri- Die Teile des in Fig. 3 dargestellten Hoch/re-

sche Feld den Elektronenstrahl 7 in der Weise ab, quenzverstärkers, die Teile des im Zusammenhang

daß die Elektronen in Abhängigkeit von den HF- 5 mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen, bekannten

Eingangswellen durch die Öffnungen 13 gelenkt wer- Hochfrequenzverstärkers entsprechen, sind mit den

den, um auf die Halbleiterdioden 14 und 15 aufzu- gleichen Bezugszeichen versehen,

treffen. Der auf jede Halbleiterdiode 14 und 15 Nach F i g. 3 enthält das Elektronenstrahlerzeuger-

treffende Sfrahlstrom wird in dieser um einen Faktor system 2 eine weitere Kathode 4', eine weitere Fo-

in der Größenordnung von 1000 verstärkt und als io kussierungselektrode 5' und eine Anode 6', die eine

Ausgangssignal auf der Koaxial- oder Streifenleitung zusätzliche öffnung für den Durchgang eines zweiten

17 abgenommen. Elektronenstrahls 7' aufweist. Parallel zu der mä-

Bei diesem bekannten Hochfrequenzverstärker hat anderförmig verlaufenden Verzögerungsleitung 9, und sich jedoch herausgestellt, daß Hochfrequenzenergie zwar sowohi in der Längs- bzw. Strahlachse als auch in Richtung des Pfeils Y von Fig. 1 abgestrahlt 15 der dazu senkrechten Achse, ist eine weitere plattenwird, wobei Nutzleitung verlorengeht. Außerdem förmige Gegenelektrode 8' vorgesehen. Ein Schirm kann der Betrieb des Verstärkers durch metallische 12' enthält nun vier öffnungen 13 und 13', die je- oder elektromagnetisch ablenkende Gegenstände in weils gegenüber den Elektronenstrahlen 7 bzw. 7' der Nähe der Verzögerungsleitung 9 gestört werden. achsenversetzt sind. Hinter den öffnungen 13' be-

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde. 20 findet sich ein weiteres Paar von Halbleiterdioden 14' einen Hochfrequenzverstärker der angegebenen Gat- und 15', die ebenfalls voneinander isoliert sind; tung zu schaffen, bei dem die Ausgangsleistung des weiterhin ist an sie auch eine geeignete Gleichvorbekannten Verstärkers im wesentlichen verdoppelt spannung von der nicht dargestellten Quelle gelegt. und gleichzeitig die unerwünschte Abstrahlung von Das Ausgangssignal der Dioden 14, 14', 15, 15' wird der mäanderförmigen Verzögerungsleitung 9 prak- 25 über die Koaxial- oder Streifenleitung 17 abgenomtisch unterdrückt werden soll, wobei der Verstärker men, wobei die beiden in bezug auf die mäanderbeim Betrieb auch unempfindlich gegenüber metalli- förmige Verzögerungsleitung innen liegenden HaIbschen oder elektromagnetisch ablenkenden Leitern leiterdioden 14 und 14' mit dem Innenleiter der ist. Koaxial- oder Streifenleitung 17 und die beiden in

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch _3O bezug auf die mäanderförmige Verzögerungsleitung 9 gelöst, daß das Elektronenstrahlerzeugersystem der- außen liegenden Halbleiterdioden 15 und 15' mit art ausgebildet ist, daß von diesem zwei Elektronen- dem Außenleiter der Leitung 17 verbunden sind,
strahlen ausgesandt werden, daß das Elektronen- Beim Betrieb beträgt das Potential des Elektronenstrahlablenksystem zwei Gelenkeiektroden aufweist. erzeugersystems 2 etwa —10KV, während die platzwischen welchen die Elektronenstrahlen und die ₃₅ tenförmigen Gegenelektroden 8 und 8' auf Masse mäanderförmige Verzögerungsleitung verlaufen, und liegen und der Schirm 12' einige Volt positiv gegendaß der Elektronenstrahlauffänger vier Halbleiter- über Masse ist. Die an die Halbleiterdioden angedioden aufweist, von weichen je zwei Halbleiter- legte Vorspannung beträgt bei 5 A etwa 300 V. Über dioden von einem der beiden Elektronenstrahlen das Koaxialkabel 10 wird der mäanderförmigen beaufschlagt sind. ₄₀ Verzögerungsleitung 9 HF-Energie von annähernd

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung 1 W zugeführt, um zwischen der Verzögerungsleiverläuft jede Gegenelektrode in Längsrichtung par- tung 9 und den Gegenelektroden 8 und 8' ein transailel zur mäanderförmigen Verzögerungsleitung. Als versales elektrisches Feld zu erzeugen, das die Alternative hierzu kann jede Gegenelektrode soweit Elektronenstrahlen 7 und T ablenkt. Dadurch werdivergieren, wie es der Divergenz der Elektronen- ₄₅ den diese Elektronenstrahlen 7 und 7' in Abhängigstrahlen auf ihrem Weg zu den Halbleiterdioden keit von den HF-Eingangswellen gemeinsam derart entspricht. . abgelenkt, daß sie in der einen Schaltphase auf die

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen Halbleiterdioden 14,14' und in der anderen Schaltinsbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln eine phase auf die Halbleiterdioden 15, LS' treffen. Der wesentliche Steigerung der Ausgangsleistung des ₅₀ Ausgangsstrom von den Halbleiterdioden 14, 14', 15, Hochfrequenzverstärkers erreicht wird, da die Ver- 15' wird über die Koaxialleitung auf eine nicht dariuste an Nutzleistung weitgehend vermieden werden. gestellte Last gegeben.

Weiterhin wird eine sehr wirksame Abschirmung Obwohl gemäß der Beschreibung plattenförmigc

geschaffen, so daß der Betrieb des Verstärkers nicht Gegenelektroden 8 und 8' sowie eine mäanderför-

mehr durch metallische oder elektromagnetisch ab- ₅₅ mige Verzögerungsleitung 9 vorgesehen sind, die in

lenkende Gegenstände in der Nähe der Verzöge- der Längs- bzw. Strahlrichtung parallel zueinander

rungsleitung gestört wird. Schließlich läßt sich dieser verlaufen, so können die Gegenelektroden 8 und 8'

Hochfrequenzverstärker im 1 GHz-Bereich verwen- auch in der Weise angeordnet sein, daß sie soweit

den und hat eine obere Frequenzgrenze, die nur divergieren, wie es der Divergenz der Elektronen-

durch die Ansprechzeit der die Elektronenstrahlen 60 slranlen 7 und T in bezug auf die Längsachse bei

auffangenden Halbleiterdioden gegeben ist. ihrem Weg zu den Halbleiterdioden 14, 15 und 14',

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines 15' entspricht. Außerdem kann die Koaxialleitung 17 Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf F i g. 3 eine als sogenannte »Streifenleitung« (strip transnäher erläutert, die in schematischer Darstellung mission line) bekannte Hochfrequenzleitung sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärker, bestehend aas einem innerhalb einer vakuumdichten Umhüllung angeordneten Elektronenstrahlerzeugersystem, einem Elektronenstrahlablenksystem mit einer etwa in Richtung des vom Elektronenstrahlerzeugersystem erzeugten Elektronenstrahls mäanderförmig verlaufenden Verzögerungsleitung und einer plattenförmigen Gegenelektrode auf der der Verzögerungsleitung entgegengesetzten Seite des Elektronenstrahls, und einem Elektronenstrahl auffänger mit mehreren voneinander elektrisch isolierten Halbleiterdioden, wobei das Elektronenstrahlablenksystem und die Halbleiterdioden derart angeordnet und ausgebildet sind, daß die auf diese Halbleiterdioden auftreffende Anzahl der Elektronen des Elektronenstrahls abhängig von der an die Verzögerungsleitung angelegten, ein transversales elektrisches Ablenkfeld erzeugenden Hochfrequenzenergie ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugersystem (2) derart ausgebildet ist, daß von diesem zwei Elektronenstrahlen (7,7') ausgesandt werden, daß das Elektronen-Strahlablenksystem zwei Gegenelektroden (8,8') aufweist, zwischen welchen die Elektronenstrahlen (7,7') und die mäanderförmige Verzögerungsleitung (9) verlaufen, und daß der Elektronenstrahlauffänger vier Halbleiterdioden (14,14', 15, IS') aufweist, von welchen je zwei Halbleiterdioden von einem der beiden Elektronenstrahlen (7, T) beaufschlagt sind.

2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gelenkelektrode (8, 8') in Längsrichtung parallel zur mäanderförmigen Verzögerungsleitung (9) verläuft.

3. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede Gelenkelektrode (8, 8') soweit divergiert, wie es der Divergenz der Elektronenstrahlen (7, T) auf ihrem Weg zu den Halbleiterdioden (14, 14'. 15, 15') entspricht.

4. Hochfrequenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in bezug auf die mäanderförmige Verzögerungsleitung (9) innen liegenden Halbleiterdioden (14, 14') mit einem Leiter einer Koaxial- oder Streifenleitung (17) und die beiden in bezug auf die mäanderförmige Verzögerungsleitung (9) außen liegenden Halbleiterdioden (15, 15') mit dem anderen Leiter der Koaxial- oder Streifenleitung (17) verbunden sind.