DE638761C

DE638761C - Generatorschaltung unter Verwendung einer Magnetronroehre

Info

Publication number: DE638761C
Application number: DET44886D
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Fritz
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1935-02-01
Filing date: 1935-02-01
Publication date: 1936-11-26

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Schaltung zur Erzielung hoher Frequenzen unter Verwendung von Magnetrons.

Es ist bekannt, in die gemeinsame Anodenzuleitung zweier im Gegentakt schwingender Dreielektrodenröhren einen auf die doppelte Frequenz abgestimmten Schwingungskreis zu legen und diesen durch die Pulsationen des Anodenstroms zu erregen (vgl. Patent 517 974).

Es ist" weiterhin bekannt, bei Magnetrons

mit mehrgeteilter Anode zur Durchführung einer sauberen Anodenspannungsmodulation eine Anodenruhespannung zu verwenden, die unterhalb der Sättigungsspannung liegt. Während des Modulationsvorganges erreicht die resultierende Anodenspannung, die sich aus der Vorspannung und der Modulationsspannung zusammensetzt, zuzeiten der positiven Halbwelle der Modulationsspannung, meist den Wert der Sättigungsspannung. Mit Rücksicht auf Laufzeiteinflüsse, große Leistung usw. ist man bestrebt, die Magnetrons mit möglichst hohen Spannungen von mehreren 100 bis einigen 1000 Volt zu betreiben. Der Arbeitspunkt liegt dabei normalerweise auf dem annähernd waagerechten Teil der Emissionsstromanodenspannungskennlinie, d. h. also im Sättigungsgebiet (vgl. den Punkt X in Abb. 1). Im Sättigungsgebiet bleibt der Emissionsstrom Je praktisch immer konstant, gleichgültig ob Schwingungen erregt werden oder nicht.

Zum Verständnis dieses Vorganges sollen die Abb. 2 und 3 herangezogen werden. In Abb. 2 ist eine der üblichen Magnetronschaltungen unter Verwendung einer zweigeteilten Anode gezeigt. K ist die Kathode, A₁, A₂ sind die Anodensegmente, L die Schwingkreisinduktivität, die zusammen mit einer zusätzlichen Kapazität C oder nur im Verein mit der gegenseitigen Kapazität der Anodenteile den frequenzbestimmenden Schwingkreis bildet. An den elektrischen und geometrisehen Mittelpunkt M der Schwingkreisinduktivität L ist 'eine Zuleitung Z angeschlossen, über die den Anodensegmenten die Betriebsspannung' U_a zugeführt wird. In der Zuleitung Z fließt der gesamte Emissionsstrom I_e, in den Induktivitätshälften fließen die Teilanodenströme /4 und Ja₂-

Bei allen diesen Betrachtungen war vorausgesetzt, daß das Magnetron im Sättigungsgebiet arbeitet; dann fließt, vom Symmetriepunkt M aus gesehen, beim schwingenden Magnetron zu einem bestimmten Zeitpunkt genau so viel Strom AJa₁ = Δ J j 2, mehr zur Anode A₁, als gleichzeitig weniger Strom Δ Ja₂ = Δ J\z zur Anode A₂ fließt,

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Karl Frits in Berlin.

d. h. der gesamte Strom I_e bleibt zu allen Zeiten konstant (vgl. in Abb. 3 die Kurve /§, die parallel zur Abszissenachse verläuft). Würde man in die gemeinsame leitung Z eines im Sättigungsgebiet

benen Magnetrons einen auf die doppe^|< Schwingungszahl abgestimmten resonanz^ fähigen Kreis legen, so würde sich dieser nicht erregen können, da er von einem konstanten Strom durchflossen wird. Diese Feststellung hat also ergeben, daß die bisher bekannten Magnetrons mit mehrgeteilter Anode durchwegs mit einer Stromverteilungssteuerung zwischen den Anodengruppen und nur in Modulationsschaltungen niit einer zusätzlichen Emissionsstromsteuerung zwischen Kathode und Anoden gearbeitet haben.

Der Gedanke vorliegender Erfindung ist nun folgender: Zur Frequenzverdoppelung, d. h. zur Erzeugung von Pulsationen in der gemeinsamen Anodenzuleitung Z muß ein Magnetron mit mehrgeteilter Anode verwendet werden, welches mit wesentlicher Emissionsstromsteuerung, d. h. also nicht im Sättigungsgebiet, arbeitet.

Zur Erzielung einer von den jeweiligen Wechselspannungen abhängigen Emission muß man entweder mit einer Kathode arbeiten, die innerhalb des ausnutzbaren Bereiches ' 30 keinen ausgesprochenen Sättigungsstrom aufweist, oder man muß das Magnetron im Raumladegebiet bzw. in einem unter dem Einflüsse des Magnetfeldes erzeugten, durch raumladeähnliche Erscheinungen gekennzeichneten Gebiet (Quasiraumladegebiet) arbeiten lassen (vgl. Abb. 4). Unter der Einwirkung des Magnetfeldes kann dementsprechend das statische Raumladegebiet (Kurve R_s, ohne Magnetfeld, // = 0) nach höheren Anodenspannungswerten hin erweitert werden, wenn durch ein entsprechend starkes Magnetfeld dafür gesorgt wird, daß die Mehrzahl der Elektronen kurz vor der Anode umkehren muß. Bei der Rückkehr zur Kathode bzw. +5 beim Wiedereintreffen in der Kathodennähe bewirken diese einen verstärkten Raumladeeffekt. Die sich unter dem Einfluß des Magnetfeldes ergebende Quasiraumladekenn-. linie Z^ mit Magnetfeld (H = const) ist bei symmetrischem Aufbau des Entladungssystems steller als die statische Raumladekennlinie R_s.

Betrachten wir wieder die bekannte Magnetroncharakteristik: Emissionsstrom über der Anodenspannung für konstantes Magnetfeld (Abb. i,·.//== const), so wird erfindungsgemäß der Arbeitspunkt für die Schwingungen im Kreis L₁ C etwa an die Stelle Y gelegt. Damit erreicht man, daß im- Schwingungszustand ein höherer mittlerer Anodengleichstrom fließt als im schwingungslosen Zustand. Diese Behauptung läßt sich statisch sehr gut nachprüfen, und zwar ergeben sich dann die Kurven der Abb. 3. β Abb. 3 sind die Teilanodenströme /.4,

Ja₁ und der daraus resultierende Gesamtfom /_e 'über der Anodenspannung U_a bzw. den Änderungen der Anodenspannung Δ U aufgetragen. Angenommen, beiden Anodensegmenten A₁ und A_% werde die Anodengleichspannung U_a zugeführt und gleichzeitig eine Wechselspannung + Δ U gegensinnig überlagert, so daß das eine Anodensegment zu einem bestimmten Zeitpunkt die momentane Spannung U_n -\- ΔΙΙ, das andere die momentane Spannung U_a —Δ U aufweist, so ergeben sich die Kurven der Abb. 3. Bei einer Änderung der wirksamen Teilanodenspannung um den Betrag + Δ U ändert sich der Gesamtanodenstrom um Δ J. Da sich nun der absolute Wert von Δ U während einer Schwingungsperiode zweimal· ändert, so besitzen die Anodenstrompulsationen auch die doppelte Frequenz gegenüber den ursprünglichen, durch Selbsterregung angefachten Schwingungen im Kreis L, C.

Da die Zuleitung Z (Abb. 2) einen endlichen Widerstand (Wirk- und Scheinwiderstand) besitzt, so schwankt das Potential des Punktes M gegenüber dem Potential eines Festpunktes, z. B. dem Quellenpunkt U_a bzw. der Kathode K oder dem S3^rmmetriepunkt K', mit der doppelten Frequenz der durch Selbsterregung erzeugten Schwingungen im Kreise L, C.

Diese Erscheinung kann in an sich bekannter Weise zur Anregung eines auf die doppelte Frequenz abgestimmten Schwingkreises ausgenutzt werden, der in der gemeinsamen Anodenzuleitung liegt. toc

In Abb. 5 ist eine derartige Schaltung gezeigt. Zwischen Punkt M und Anodenspannungsquelle U₁₁ bzw. Kathode K ist ein auf die doppelte Frequenz abgestimmter Parallelresonanzkreis L', C oder gegebenenfalls auch ein Serienresonanzkreis L"', C" eingeschaltet.

Für extrem kurze Wellen wird für die Einschaltung des Verdoppelungskreises erfindungsgemäß eine andere Lösung vorge- no schlagen.

Da die Länge der Zuleitung Z nicht unter ein gewisses Minimum herabzusetzen ist, aber andererseits ihre Induktivität einen Einfluß auf die Abstimmung des Verdoppelungskreises L', C bzw. L", C" ausübt, so bildet man sich innerhalb des selbsterregten Schwingkreises L, C neben M einen weiteren Symmetriepunkt K'- Dieses kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß man den Kondensator C in zwei Kondensatoren von doppelter Größe aufteilt oder als Differential-

kondensator mit einem Mittelbelag ausführt. Der Verbindungspunkt der zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren bzw. der .Mi^telbelag des Differentialkondensators ^efgibt dann in bezug auf die einfache Frequenz einen Symmetriepunkt, der hochfrequenzmäßig der Kathode K entspricht. Das auf die doppelte Frequenz abgestimmte resonanzfähige Glied legt man dann zwischen die

ίο räumlich viel kürzer ausführbare Verbindung M-K'. Die Anregung dieses resonanzfähigen Gliedes geschieht dann nicht mehr unmittelbar durch die Pulsationen des Anodenstromes, sondern mittelbar durch die wechselweise erzeugten Spannungsabfälle an den Einzelelementen des auf die einfache Frequenz abgestimmten Schwingkreises L, C.

In Abb. 6 ist eine Schaltung gezeigt, bei der das auf die doppelte Frequenz abgestimmte resonanzfähige Glied L", C" zwischen den Symmetriepunkt M der Induktivität L und einen künstlich erzeugten Symmetriepunkt K' zwischen der in zwei gleiche Abschnitte 2 C aufgeteilten Kapazität C eingeschaltet ist. Diesen Punkt /(' kann man, da er für die einfache Frequenz einen Symmetrie- oder Nullpunkt darstellt, gegebenenfalls direkt mit der Kathode K verbinden. Schaltet man als Verdoppelungskreis zwischen M und K' einen Schwungradkreis L', C, so könnte die Anodenspannung U_a direkt zur Kathode K gelangen. In solchen Fällen muß man zwischen Kathode K -und Verbindungspunkt K' einen Abriegelungskondensator O einschalten. Um zu verhindern, daß ein Teil der Hochfrequenz nunmehr über die Leitung Z abfließt, ist in dieser eine Hochfrequenzdrossel R vorgesehen.

In Abb. 7 ist eine ähnliche Schaltung dargestellt. Der Symmetriepunkt K' wird durch den Mittelbelag eines Differentialkondensators C_d gebildet. Zwischen die Symmetriepunkte M und K' in bezug auf die einfache Frequenz ist eine für die doppelte Frequenz bemessene Paralleldrahtleitung E eingeschaltet, die z, B. in einen Dipol D ausmündet.

Zwischen den z. B. hochfrequenten Wechselspannungen an den Änodensegmenten und den Strompulsationen in der gemeinsamen Anodenzuleitung besteht natürlich eine gewisse Phasenverschiebung, die für die hier anzustellenden Betrachtungen keine wesentliche Rolle spielt.

Der Gedanke vorliegender Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Generatorschaltung unter Verwendung einer Magnetronröhre, deren Anodensegmente bzw. Segmentgruppen über einen auf die Grundfrequenz abgestimmten Schwingkreis verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre im Raumladegebiet oder Quasiraumladegebiet betrieben wird und daß ein auf die doppelte Frequenz abgestimmtes resonanzfähiges Gebilde in die gemeinsame Anodenzuleitung oder zwischen zwei elektrische Symmetriepunkte des Grundfrequenzkreises geschaltet wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die doppelte Frequenz abgestimmte resonanzfähige Gebilde zwischen die Mitten der Schwingkreisinduktivität und einer aus Kapazitäten gebildeten Reihenschaltung gelegt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Mittelpunkt der Kapazitätsreihenschaltung mittelbar oder unmittelbar mit der Kathode verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resonanzfähige Glied aus einer Parallel- oder Reihenschaltung von Induktivität und Kapazität besteht.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das resonanzfähige System aus einer Paralleldrahtleitung mit verteilter Kapazität und Induktivität besteht, an welches gegebenenfalls der Strahler angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetron mit einer Kathode verwendet wird, welche innerhalb des ausnutzbaren Bereiches keine ausgesprochenen Sättigungserscheinungen aufweist.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Raumladegebiet mit Hilfe des Magnetfeldes nach höheren Anodenspannungswerten hin erweitert wird, so daß der Arbeitspunkt auf der Emissionsstromkennlinie dauernd in einer Art Quasiraumladegebiet bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen