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System für U KW- Ubertragung Bei einem bereits vorgeschlagenen Verfahren
zur Modulation von ultrakurzen Wellen wird ein Magnetron, insbesondere der zylindrischen
Bauart mit voller Anode, verwendet, um den Übertragungskoeffizienten eines Hohlleiters
zu verändern und insbesondere die von diesem Hohlleiter übertragene UKW-Leistung
zu modulieren. Zii diesem Zweck soll die Anodenspannung des blagnetrons geändert
werden, wodurch sich eine Änderung der Abstimmung des Resonanzkreises ergibt, von
dem es einen Teil bildet. Indem man dieses Magnetron seitlich mit dem I-lohlleiter
verbindet, wird in diesen eine veränderliche Reaktanz eingeführt, welche- seinen
Übertragungskoeffizienten moduliert.
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Die vorliegende Erfindung macht ebenfalls von einem Magnettun Gebrauch,
das insbesondere von gleicher Bauart sein kann, und dessen Speisespannung man ändert,
Jedoch um die Schwingungsfrequenz eines Sendemagnetrons der Bauart mit Hohlraumresonatoren
zu beeinflussen, indem man in diese letzteren die veränderliche Reaktanz einführt,
welche das Modulatormagnetron bildet.
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In einem derartigen Sendemagnetron verwendet man Resonanzelemente,
deren Eigenschwingungen im Inneren des Magnetrons ein Wechselfeld erzeugen können.
Die Elektronen können in gewissen Fällen ihm einen Teil der Energie abgeben, welche
die Gleichspannungsquelle ihnen mitteilt, und so die Aufrechterhaltung der Schwingungen
bewirken. Als Resonanzelemente verwendet man Hohlraumsysteme, da diese sich wie
Schwingungskreise mit sehr starker Resonanzspannungsüberhöhung verhalten, wie dies
in Fig. i gezeigt wird. In dieser Figur ist ein Teil der Anode des Magnetrons und
nach
einem Schnitt durch die Achse des letzteren der Hohlraum Ca gezeigt, welcher
durch dien Spalt F mit dem Inneren des Magnetrons in Verbindung steht. Außerdem
ist ein schematischer Kreis dargestellt, in, welchem L die von diesem Hohlraum dargebotene
Selbstinduktion und C die Kapazität zwischen den Rändern an dem Spalt F darstellt.
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Die Schwingungsfrequenz eines solchen Resonanzkreises ist durch die
bekannte Formel gegeben:
Jede Änderung der Selbstinduktion A L oder der Kapazität A C zieht
eine Änderung A f der Abstimmfrequenz des Schwingungskreises nach sich. Wenn
es sich um geringe Änderungen handelt, sind die Frequenzänderungen den entsprechenden
Änderungen der Selbstinduktion oder der Kapazität proportional. Die absolute Frequenzänderung
A f
wird als Funktion der Änderung der Selbstinduktion A L oder der
Änderung der Kapazität A C
durch folgende Formeln gegeben:
Die relative Frequenzändierung ist gegeben durch
Erteilt man der Selbstinduktion oder der Kapa-. zität eine periodische Änderung
um einen Mittelwert, so kann man eine Änderung der Abistimmfrequenz dies Schwingungskreises
von gleicher Periode erhalten. Man kann so eine Frequenzmodulation durchführen,
indem man die Kapazität oder die Selbstinduktion des Schwingungskreises schnell
um einen Mittelwert verändert.
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Wenn man in das Sendemagnetron parallel zu dem durch einen Hohlraum
gebildeten Schwingungskreis eine veränderliche Kapazität einführt, kann man so eine
Veränderung der Kapazität dies Schwingungskreises und damit eine Veränderung der
Abeimmfrequenz des Hohlrautmes erzielen. Indem man diese veränderliche Kapazität
abwechselnd verändert, werden die von dem Hohlraum erzeugten Schwingungen eine wechselnde
Frequenzänderung aufweisen und man kann so eine Frequenzmodulation der von dem Magnettun
erzeugtem Schwingungen erreichen.
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Das Modulatormagnetron ist ein solches mit toller Anode. Betrachtet
man ein solches Magnet tron, wie es Fig. 2 in einem Schnitt senkrecht zu seiner
Achse schematisch darstellt, wenn keine Spannung zwischen die Anode A und
die Kathode K
des Magnetrons angelegt wird, so verhält sich dieses wie eine
statische Kapazität, die je Längeneinheit den Wert
besitzt, wo R der Radius der Anode und y der Radius der Kathode ist. Wenn eine Spannung
zwischen die Elektroden eingeführt wird, tritt eine erhebliche Raumladung auf, die
von einem kreisförmigen Elektronenring mit dem Radius r, gebildet wird, der zwischen
r und R liegt, und die Kathode umgibt. Die Anwesenheit dieser Ladung, die die Verteilung
des elektrischen Feldes im Innerem dies Magne@trons beeinflußt, verändert dien Verschiebungsstrom
und folglich die Kapazität des Magnettuns. Eine weitere Änderung der Kapazität beruht
auf der Tatsache, daß ein hochfrequenter Leitungsstrom unter der Wirkung des Wechselfeldes
erzeugt wird, jedoch ist dieser Strom klein und man muß demnach annehmen, daß kein
Elektron der in Schwingung befindlichen Raumladung die Anode erreicht und daß so
kein Energieverlust eintritt. Der Effekt ist sehr ausgeprägt, wenn die Periode des
Wechselfeldes der eigenen Schwingungsperiode der Raumladung nahekommt. So bewirkt
jede Spannungsänderung der Anode eine Kapazitätsänderung des Magnetrons. Wenn man
an die Anode des Magnetrons eine nach einem gewissen Gesetz veränderliche Spannung
anlegt, wird sich folglich die Kapazität des Magnetrotes in bestimmter Weise verändern,
aber man kann die an das Magttetron zurückgeführte Kapazität durch Abänderung der
Anpassungsverhältnisse des Senders verändern. Man kann so eine Kapazität erzielen,
die mit der modulierten, zwischen den beiden Elektroden des Magnetrons zugeführten
Spannung schwankt.
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Das Modulatormagnetron wird mit dem Sendemagnetron durch ein koaxiales
Kabel verbunden, welches mit diesem Sender durch eine in einem seiner Hohlräume
angeordnete Schleife gekoppelt ist. Wenn Z, die Impedanz dieser Leitung, Z die veränderliche
Impedanz des Modulatormagnetrons und Z1 die in den Hohlraum des Sendemagnetrons
zurückgeführte Impedanz ist, wird diese letztere Impedanz durch folgende Beziehung
gegeben:
wo h die Leitungslänge darstellt. Es sei hervorgehoben, daß die Kopplung zwischen
dem Modulatormagnetron und dem Sendemagnetron hergestellt wird, indem man in dass
Innere des letzteren eine veränderliche Reaktanz einführt, die in dem Schwingungskreis
erscheint, der einen Bestandteil dieses Magnetrons bildet, wie dies aus der Fi.g.
i hervorgeht.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 3 erläutert, die ein Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Gemäß der Fig. 3 besteht das Modulatorrnagnetron M aus einer zylindrischen
Kupferanode A1 und einer zu der Anode konzentrischen Kathode K1. Die beiden Magnetrons
sind durch eine koaxiale Leitung T verbunden; die mit jedem von ihnen durch eine
Schleife b, b1 gekoppelt ist, welche senkrecht
zu denn in dem Ilohlraum
Ca herrschenden magnetischen Wechselfeld steht. Eine Veränderung der Impedanz des
Modulatormagnetrons wird zwischen die Punkte C und D eine veränderliche Impedanz
einführen. Da diese Impedanz besonders durch eine Reaktanz gebildet wird, ergibt
sich daraus eine Änderung der Schwingungsfrequenz des Hohlraumes Ca. Die
Hochfrequenzleistung wird in diesem Hohlraum durch dieselbe Schleife entnommen und
über eine koaxiale Leitung T1 an eine in einem Hohlleiter G strahlende Schleife
b2 übertragen. Die verschiedenen Längen l1', 11 ", 12 müssen so an.gepaßt
sein, daß das Maximum der Impedanzänderung zwischen C und D und das Maximum der
abgestrahlten Leistung erzielt wird. Ein Kolben P ermöglicht es, die Amplitude des
von der Schleife b2 abgestrahlten Feldes zu verändern.
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Gemäß dar Erfindung wurde als Modulator auch ein Magnettun der Bauart
mit doppelter Anode Nenutzt, bei welchem die Anode aus zwei vollen zylindrischen
Teilen zusammengesetzt ist. Diese Teile werden mit der koaxialen Leitung T durch
eine bifilare Leitung verbunden. Um die plötzliche Impedanzänderung auszugleichen,
welche eine schädliche Reflexion zwischen dieser bifilaren Leitung und der koaxialen
Leitung hervorrufen kann, verbindet man sie- über eine Leitung, deren Länge gleich
V4 und deren Impedanz Z2 durch folgende Beziehung gegeben ist:
wobei ZO die Impedanz der koaxialen Leitung und ZO' diejenige der bifilaren
Leitung ist. Unter diesen Umständen wird jede Gefahr einer Reflexion ausgeschaltet.
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Es wurden insbesondere Versuche an einem Sendemagnetron durchgeführt,
das bei 3000 MHz arbeitet. Die Veränderung der in den Hohlraum dieses Magnetrons
zurückgeführten Impedanz ist erheblich, da die Impedanzänderung des, Modulatormagnetrons,
die sich besonders in Form einer Kapazitätsänderung ausdrückt, beträchtlich ist,
weil man eine Resonanzerscheinung ausnutzt. Die von dem Hohlraum des auf
3000 MHz schwingenden Magnetrons herrschende Kapazität ist einer Impedanz
von ungefähr 2000 Ohm äquivalent. Das Modulatormagnetron hat eine Impedanz von etwa
50 Ohm, die unter der Wirkung der Modulationsspannung sich um ± 5o Ohm ändern
kann.
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Die Anordnung dieser Selbstinduktionen und Kapazitäten verhält sich
wie der äquivalente Kreis der Fig. 4. Gemäß der Formel (2) kann die von der Verstimmung
der Kapazität des Schwingungskreises hervorgerufene Frequenzänderung betragen
da f = 3000 MHz, ergibt sich A f - 40 MHz. Bei diesem Verfahren kann demnach
das Sendexnagnetron eine Schwingungsfrequenz von 3000 MHz mit Änderungen
von ± 4o MHz erzeugen. Der erzielte Modulationsgrad ist somit erheblich.
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Ein weiterer Vorteil dieses Modulations,verfahrens ist der sehr geringe
Energieaufwand für die Modulation. Tatsächlich genügen Spannungsänderungen von o
bis 300 V zwischen den beiden Elektroden des Modulatormagnetrons, um die
Impedanzänderung und damit die Frequenzänderung zu erzielen, wie sie oben angegeben
wurde: Der dann von dem Magnetron gelieferte Strom beträgt io bis 15 mA. Eine Leistung
von 4,5 W ist demnach ausreichend, um die gewünschte Modulation zu erhalten.
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Im übrigen ermöglicht die Regelung der Resona.-toren für die Kopplung
zwischen dem Modulatormagnetron und dem Sender eine Verbesserung der Linearität
der Frequenzschwankungen des Senders in Abhängigkeit von der Modulationsspannung.
Man kann durch geeignete Regelung die Kurven für die Kapazitätsänderung in gewünschter
Weise berichtigen und eine so getreue Modulation erzielen, wie es erforderlich ist.