DE2611748A1

DE2611748A1 - Selektives uebertragungssystem fuer impulsfoermige hoechstfrequenzsignale

Info

Publication number: DE2611748A1
Application number: DE19762611748
Authority: DE
Inventors: Andre Bensussan; Claude Levaillant
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1976-09-30
Also published as: JPS51118941A; GB1546509A; FR2305035A1; FR2305035B1; CA1074409A; US4069456A

Description

73015 PARIS / Frankreich.

Unser Zeichen: G 3078

Selektives Übertragungssystem für impulsförrnige HöGhstfrequenzsignale

Höchstfrequenz-Übertragungssysteme, die zwischen einer Höchstfrequenz-Energiequelle (beispielsweise einem Klystron oder einem Magnetron) und einem Verbraucher für die Höchstfrequenzehergie (beispielsweise einem Teilchenbeschleuniger) angeordnet sind, müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen; insbesondere müssen sie am Ausgang der -Höchstfrequenzquelle die richtige lastimpedanz ergeben, damit ein mangelhafter Betrieb oder sogar eine Beschädigung der Höchstfrequenzquelle vermieden wird.

Die Lastimpedanz ist durch die elektrischen Eigenschaften des Verbrauchers (beispielsweise Teilchenbeschleunigers) bestimmt, mit dem die Übertragungsleitung verbunden ist, und diese Eigenschaften können bei der Inbetriebnahme des Beschleunigers sehr verschiedene Werte annehmen.

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Lei/Gl

Die Lastimpedanz, welche der Beschleunigungsabschnitt für den Höchstfrequenzgenerator darstellt, ändert sich nämlich beträchtlich je nach dem "Zustand" des Resonanz-. hohlrauras, der den Beschleunigungsabschnitt bildet (beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob der Hohlraum durch das Eeilchenbündel belastet ist oder nicht, oder ob der Hohlraum Höchstfrequenzenergie empfängt oder nicht, wie es bei impulsförmig arbeitenden Generatoren der Pail ist). Die Änderung der Lastimpedanz des Höchstfrequenzgenerators kann eine Änderung der Betrieb^sfrequenz des Höchstfrequenzgenerators oder eine Änderung der Amplitude der abgegebenen Höohstfrequenzwelle zur Folge haben und die Bildung von Storschwingungen begünstigen, die einer anderen Betriebswellenform als der gewählten Wellenform entsprechen.

Es sind bereits verschiedene Lösungen für dieses Problem versucht worden, insbesondere die Einfügung eines nichtreziproken Gliedes aus ferroelektrischem Material in die Übertragungsleitung. Mit einem solchen nichtreziproken Glied ist es aber in den meisten Fällen nicht möglich, eine brauchbare Anpassung des Generators am Beginn des Impulses zu erhalten, wenn der Höchstfrequenzimpuls an den Beschleuniger angelegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines selektiven Übertragungssystems, mit dem zu einem Verbraucher ein impulsförmiges Höchstfrequenzsignal bestimmter Frequenz übertragen werden kann und das oder die Störsignale beseitigt werden können, die das Höchstfrequenzsignal begleiten können oder, am Beginn des Impulses, sogar an seine Stelle treten können, wenn die für den Höchstfrequenzgenerator erscheinende Lastimpedanz nicht während der ganzen Dauer des Impulses einen geeigneten Wert hat.

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Nach der Erfindung ist ein selektives Übertragungssystem für irapulsförmige Höchstfrequenzsignale, die von einem HP-Generator abgegeben werden und einem Verbraucher zugeführt werden sollen, wobei der HF-Generator ein Hauptsignal vorbestimmter Frequenz und wenigstens ein Störsignal liefern kann, und wobei das selektive Übertragungssystem Einrichtungen zur selektiven Übertragung des Hauptsignals zu der Verbraucheranordnung und Einrichtungen zur Unterdrückung des Störsignals enthält, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen die am HF-Generator erscheinende Lastimpedanz während der ganzen Dauer des Impulses auf einem geeigneten Viert gehalten werden kann, wobei diese Einrichtungen wenigstens ein nichtreziprokes Höchstfrequenz-Dämpfungsglied (Isolator oder Zirkulator) enthalten. ■

Yfeitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele des selektiven

Übertragungssystems nach der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Einzelheiten des Ausführungsbeispiels von

Fig. 1,

Fig. 5 ein Diagramm eines zu übertragenden impuls-

förmigen Höchstfrequenzsignals und

Fig. 6, 7 und 8 drei weitere Ausführungsbeispiele des

selektiven Übertragungssystems nach der Erfindung.

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Das in Pig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines selektiven Übertragungssystems eignet sich, "besonders für die Übertragung einer Höchstfrequenzwelle, die Signale enthält, nämlich ein Nutssignal der Frequenz f. und ein Störsignal der Frequenz f„, die von der Frequenz f. verschieden ist; beispielsweise gilt f^ = 3OOO MHz und f₂ = 4300 MBz.

Dieses Übertragungssystem enthält eine Gabel mit drei Armen Y., V₂, V₅, die durch Hohlleiter gebildet sind, die beispielsweise in Y-Form angeordnet sind. Der erste Arm (Eingangsarm) V.. ist mit einem impulsweise arbeitenden Höchstfrequenzgenerator G- (beispielsweise einem Magnetron) verbunden. Der zweite Arm V₂ ist am Ende mit einem Höchstfrequenz-Absorptionsglied 5 ausgestattet (beispielsweise einem Wasserkeil), das die Absorption des Störsignals der Frequenz f₂ ermöglicht. In dem mit dem Verbraucher TJ verbundenen dritten Arm V, liegen ein auf die Frequenz f,, abgestimmtes Bandfilter 3 und ein nichtreziprokes Höchstfrequenz-Dämpfungsglied, nämlich eine Richtungsleitung (Isolator) 15, deren Sperrdämpfung bei der Frequenz f₁ ein Maximum hat (Fig. 1), oder eine Höchstfrequenz-Richtungsgabel (Zirkulator) 16, die auf die Frequenz f. abgestimmt ist.

Die Abmessungen des den zweiten Arm Y₂ bildenden Hohlleiters können so gewählt werden, daß dieser Hohlleiter das Signal mit der Frequenz f. sperrt. Ferner können in dem Arm Y₂ Anpassungsglieder (beispielsweise eine bewegliche Stange 6) angeordnet werden, damit die Lastimpedans des Generators G genau eingestellt werden kann. Wenn der den Arm V₂ bildende Hohlleiter das Signal der Frequenz ί_Λ nicht sperrt, kann sin (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Bandfilter, das auf die Frequenz f_£ abgestimmt ist, in dem Arm Y₂ angeordnet werden.

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Wenn im Betrieb der Generator G einen Impuls abgibt, der aus Signalen der Frequenz f. und fp oder auch nur aus einem dieser Signale besteht, verhält sich der Verbraucher U (beispielsweise ein Beschleunigungsabschnitt), der an den Arm T^ angeschlossen ist, während der Zeit At der Anstiegsflanke des Impulses wie ein Totalreflexionsglied. Das durch das Euter 3 und dann durch die Richtungsleitung 15 hindurchgehende Nutzsignal der Frequenz f. wird dann vom Verbraucher U reflektiert und von der Richtungsleitung 15 stark gedämpft (Sperrdämpfung). Andererseits geht der Hauptteil des Störsignals der Frequenz fp in den Arm Vp> wo er von dem Absorptionsglied 5 absorbiert wird. Während der Dauer t der Impulsschulter wird das Nutzsignal der Frequenz f. in den Verbraucher U übertragen. Somit hat die dem Generator G dargebotene Lastimpedanz während der ganzen Dauer des Impulses einschließlich der Anstiegszeit At den richtigen Wert (Fig. 5).

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Filters 3 für eine bestimmte Betriebsart (Wellenform TM₀₁). In dem Hohlleiter 7, der den Arm V^ der Gabel bildet, sind Hindernisse 8 und. 9 (Fig. 4a) oder 10 (Fig. 4b) angeordnet, die durch Stäbe gebildet sind, die parallel zu dem elektrischen Feld angeordnet sind. Wenn die möglichen Wellenformen für die Ausbreitung der Höchstfreqtienzwelle die Wellenform TM^₁ oder TMqp sind, ist die in Fig. 4a gezeigte Anordnung der Hindernisse 8 und 9 gegenüber der Anordnung von Fig. 4b vorzuziehen, welche die Wellenform TMq₂ begünstigen kann.

Das in Fig. 6 gezeigte Übertragungssystem wird vorzugsweise verwendet, wenn die Frequenz f^ des vom Generator G abgegebenen Störsignals in der Nähe der Nutzfrequenz f. liegt (f₁ = 3000 MHz; f^ = 3150 MHz).

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Dieses Übertragungssystem enthält eine auf die Frequenz f> abgestimmte ferro-elektrische Richtungsleitung (Isolator) 15 und eine auf die Frequenz f. abgestimmte Richtungsgabel (Zirkulator) 16 mit drei Armen V₁₀, V₂₀J V^₀; der Arm V₁₀ verbindet die Riehtungsgabel 16 mit der Riohtungsleitung 15, der Arm V₂₀ ist mit dem Verbraucher U verbunden und der Arm Υ™ ist am Ende mit einem Höchstfrequenzabsorptionsglied 14 ausgestattet.

Im Betrieb werden während der Zeit At der Anstiegsflanke (Fig. 5) die Signale mit den Frequenzen f.. und f.* (wobei f. die Frequenz des vom Beschleuniger verwendeten Nutzsignals ist) nach dem Durchgang durch die Richtungsleitung 15 und die Richtungsgabel 16 vom Verbraucher U reflektiert und zum Absorptionsglied 14 zurückgeschickt, welches das Nutzsignal mit der Frequenz f^ absorbiert und das Störsignal mit der Frequenz f^ zu der Richtungsleitung 15 zurückschickt, νω es stark gedämpft wird.

Wenn der Generator G- außer dem Nutzsignal der Frequenz f. sowohl ein Störsignal der Frequenz f₂, die von der Frequenz f. wesentlich verschieden ist, als auch ein Störsignal mit der Frequenz f^., die ziemlich nahe bei der Frequenz f., liegt, abgeben kann, kann das Übertragungssystem in der in Fig. 7 gezeigten Weise ausgebildet sein. Dieses System enthält eine Y-G-abel mit drei Armen Y^, Y₂ und V₅. Der Arm Y₂ ist am Ende mit einem Absorptionsglied 5 ausgestattet, das die Absorption des Signals mit der Frequenz f_o ermöglicht. Der Arm V₂ ist entweder mit einem auf die Frequenz ^ abgestimmten Bandfilter ausgestattet oder aus einem Hohlleiter gebildet, der so dimensioniert ist, daß er die Signale mit den Frequenzen f^ und f~ sperrt. Der Arm V₅ (JTutzarm) ist mit einer Richtungsleitung 15 ausgestattet,

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die auf die Frequenz f.. abgestimmt ist und der eine Richtungsgabel (Zirkulator) 16 mit drei Armen Y^₀, V₂₀, ^V30 nachgeschaltet ist, von denen der Arm V₁₀ sich an die Richtungsleitung 15 anschließt. Die Richtungsgabel 16 ist auf die !Frequenz f.. abgestimmt. Der Arm V^q ist mit dem Verbraucher U verbunden, und der Arm V^q ist am Ende mit einem Höchstfrequenz-Absorptionsglied 14 ausgestattet, das die Absorption des Nutzsignals mit der Frequenz f. ermöglicht, das vom Verbraucher U während der Zeit At der Anstiegsflanke des Impulses reflektiert wird. Das reflektierte Signal mit der Frequenz f^ kehrt zur Richtungsleitung 15 zurück, in der es stark gedämpft wird.

Ein auf die Frequenz f^ abgestimmtes Bandfilter 17 (Fig. 8) kann im Arm VgQ äer Richtungsgabel 16 angeordnet werden. Ein auf die Frequenz (f,. + f^)/2 abgestimmtes Bandfilter kann auch der Höchstfrequenz-Richtungsleitung 15 vorgeschaltet werden.

Abschließend sei bemerkt, daß bei einer Abänderung des beschriebenen Übertragungssystems das in Fig. 1 gezeigte Absorptionsglied 5 durch einen reflexionsfreien Abschluß ersetzt werden kann,' vor dem eine bewegliche Stange liegt, die parallel zu dem elektrischen Feld angeordnet ist und ein veränderliches Hindernis bildet, das eine bessere Anpassung des Generators G- ermöglicht, insbesondere dann, wenn dieser ein Magnetron ist.

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Claims

Patentansprüc tie

/ 1. !selektives Übertragungssystem für impulsförmige Höctist-—frequenzsignale, die von einem HF-Generator abgegeben werden und einem Verbraucher zugeführt werden sollen, wobei der HP-Generator ein Hauptsignal vorbestimmter Frequenz und wenigstens ein Störsignal liefern kann, und wobei das selektive Übertragungssystem Einrichtungen zur selektiven Übertragung des Hauptsignals zu der Verbraucher anordnung und Einrichtungen zur Unterdrückung des Störsignals enthält, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen die am HF-Generator erscheinende Lastimpedanz während der ganzen Dauer des Impulses auf einem geeigneten Wert gehalten werden kann, wobei diese Einrichtungen wenigstens ein nichtreziprokes Höchstfrequenz-Dämpfungsglied (isolator oder Zirkulator) enthalten.
2. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine dreiarmige Gabel, deren erster Arm (Eingangsarm)(Y.) das Hauptsignal mit der Frequenz f.. und das Störsignal mit der Frequenz fp empfängt, die vom HF-Generator abgegeben werden, deren zweiter Arm (V₂) am Ende mit einem Höchstfrequenz-Absorptionsglied (5) ausgestattet ist, sowie mit Einrichtungen, welche die selektive Übertragung des Störsignals der Frequenz f„ zum Absorptionsglied ermöglichen, und deren dritter Arm (Y₇) mit einem auf die Frequenz f. des Hauptsignals abgestimmten Bandfilter (3) und mit einer auf die gleiche Frequenz f^ abgestimmten Höchstfrequenz-Richtungsleitung (15) ausgestattet und mit dem Verbraucher (TJ) verbunden ist.

— Q-"
3. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsleitung (15) eine Höchstfrequenz-Richtungsgabel (Zirkulator) (16) zugeordnet ist.
4. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (Vo) durch einen Hohlleiter von solchen Abmessungen gebildet ist, daß er das Hauptsignal sperrt.
5. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arm (Vp) mit Anpassungseinrichtungen (6) zur Änderung der Lastimpedanz des Generators ausgestattet ist.
6. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungseinrichtungen durch metallische Hindernisse (6) gebildet sind, die in dem Hohlleiter des zweiten Armes (V^) parallel zu dem elektrischen PeId des Hohlleiters angeordnet sind.
7. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreiarmige Höchstfrequenz-Richtungsgabel (Zirkulator) (16) vorgesehen ist, deren Arme durch Hohlleiter gebildet sind, daß der erste Arm (Eingangsartn) ("V₁₀) das Hauptsignal mit der Frequenz f^ und ein Störsignal mit der benachbarten !Frequenz f~ empfängt und mit der auf die Frequenz f. des Hauptsignals abgestimmten Höchstfrequenz-Richtungsleitung (15) ausgestattet ist, daß der zweite Arm (Vp₀) ^m^ ^^em "Verbraucher (U) verbunden ist, und daß der dritte Arm (V™) an seinem Ende mit einem Höchstfrequenz-Absorptionsglied (14) ausgestattet ist, das die Unterdrückung des vom Verbraucher (U)

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reflektierten Hauptsignals der !Frequenz f., ermöglicht, . während das zum Generator (G-) reflektierte Störsignal der "Frequenz f·, durch die Sperrdämpfung der Richtungsleitung (15) unterdrückt werden kann.
8. Selektives Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 "bis 5j gekennzeichnet durch eine dreiarmige Gabel, deren erster Arm (Eingangsarm) (Y₁) das Hauptsignal der Frequenz f., ein erstes Störsignal der Frequenz fp und ein zweites Störsignal der Frequenz f~ empfangen kann, wobei die Frequenz fp des ersten Störsignals von der Frequenz f. des Hauptsignals deutlich verschieden ist, während die Frequenz f~ des zweiten Störsignals in der Nahe der Frequenz f₁ des Hauptsignals liegt, deren zweiter Arm (Yp) ^am ^En^^e ^m^ einem Höchstfrequenz-Absorptionsglied (5) und mit Einrichtungen zur selektiven Übertragung des ersten Störsignals der Frequenz fp zu dem Absorptionsglied (5) ausgestattet ist, und deren dritter Arm (V·*) wenigstens eine auf die Frequenz f. des Hauptsignals abgestimmte Richtungsleitung (15) enthält, daß eine dreiarmige Höchstfrequenz-Richtungsgabel (Zirkulator) (16) vorgesehen ist, deren erster Arm (Y-J₀) ^mi^ ^^em Ausgang der auf die Frequenz f^ des Hauptsignals abgestimmten Richtungsleitung (15) verbunden ist, deren zweiter Arm (Y₂C)) ^mi^ ^dem Verbraucher (U) verbunden ist und deren dritter Arm (Y^n) ^{ata En}^^e ^m^· einem Absorptionsglied (14) ausgestattet ist, das die Beseitigung des vom Verbraucher (F) reflektierten Hauptsignals der Frequenz f. ermöglicht, während das zum Generator (G) reflektierte zweite Störsignal der Frequenz f^ durch die Sperrdämpfung· der auf die Frequenz f.. des Hauptsignals abgestimmten Richtungsleitung beseitigt werden kann»

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9. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Frequenz f. des Hauptsignals abgestimmten Richtungsleitung (15) ein Höchstfrequenz-Bandfilter (18) vorgeschaltet ist, das das
Hauptsignal der Frequenz f., und das "benachbarte zweite Störsignal der Frequenz f^ durchläßt.
10. Selektives Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungsgabel (16) in dem mit dem Verbraucher (U) verbundenen zweiten Arm ("V₂₀) ein
auf die Frequenz f₁ des Hauptsignals abgestimmtes Höchstfrequenz-Bandfilter (18) nachgeschaltet ist.