DE896069C - UEbertragungsschaltung fuer sehr hohe Frequenzen mit einer Roehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Übertragungsstufen für Ultrahochfrequenz, die bei so hohen Frequenzen arbeiten, daß die Leitfähigkeit des Eingangskreises der Stufe die Charakteristik bereits in erheblichem Maße beeinflußt.

Der Eingangsleitwert gebräuchlicher Röhren, die in Ultrahochfrequenzübertragungsstufen, z. B. bei Ultrahochfrequenzverstärkern, benutzt werden, bewirkt eine Herabsetzung der Empfindlichkeit der

ίο Stufe. Bei Frequenzen oberhalb io MHz ist der Eingangsleitwert der üblichen Röhren beträchtlich, bei Frequenzen über 50 MHz wird jedoch der Eingangsleitwert noch eher als die Röhren- und Schaltkapazitäten eine Begrenzung der Charakteristik hervorrufen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Maximalimpedanz, welche am Eingangskreis der Stufe bei ultrahohen Frequenzen gebildet werden kann, durch den Eingangsleitwert der Röhre begrenzt wird.

Ferner sind bei den ultrahohen Frequenzen die Eingangskapazität einer Stufe und die Änderung der Eingangskapazität in Abhängigkeit von dem Übertragungsleitwert der benutzten Röhre erheblich und bedingen eine weitere Begrenzung der Charakteristik des Systems. Obgleich Anordnungen zur Herabsetzung der Eingangskapazität einer Röhre und zur Konstanthaltung bei Benutzung in einer Ultrahochfrequenzstufe bereits vorgeschlagen wurden, so hat man es bisher nicht erreicht, den Leitwert des Eingangskreises zu kompensieren. Es ist daher

wünschenswert, eine Einrichtung zu besitzen, welche in solchen Systemen zur relativen Konstanthaltung der Eingangskapazität verwendet werden kann und. welche außerdem den Leitwert des Eingangskreises der Stufe auf einen niedrigen Wert herabsetzt.

Die Erfindung befaßt sich daher mit einer verbesserten Übertragungsstufe für Ultrahochfrequenz, deren Charakteristik durch den Leitwert des Eingangskreises der Röhre, die in der Stufe liegt, nicht

ίο wesentlich begrenzt wird.

Erfindungsgemäß enthält die Ultrahochfrequenzübertragungsstufe, die eine Röhre mit einer Kathode, einer Anode und einer Steuerelektrode aufweist, einen Eingangskreis, der mit der Kathode und der Steuerelektrode, und einen Ausgangskreis, der mit der Anode und der Kathode verbunden ist. Die Stufe besitzt eine Rückkopplung auf den Eingangskreis, der auf diese Weise unter normalen Arbeitsbedingungen einen bestimmten Leitwert erhält. Um diesen Emgangsleitwert zu eliminieren, ist eine zusätzliche Elektrode in der Röhre zwischen der Steuerelektrode und der Anode vorgesehen. Eine Induktivität liegt in dem Hilfselektrodenkreis zusammen mit Mitteln, die eine Gleichspannung hervorrufen, welche in bezug auf die Kathode positiv ist. Der Wert der Induktivität ist derart bemessen, daß sie zusammen mü^ der Kapazität zwischen dem Steuergitter und der Hilfselektrode einen wesentlichen Teil des Leitwerts des Eingangskreises neutralisiert.

Die Fig. 1 zeigt die Schaltung einer Stufe für Ultrahochfrequenzverstärkung gemäß der Erfindung, während die Fig. 2 eine andere Ausführungsform bringt. Der Eingangsleitwert der gebräuchlichen Röhren wird durch drei Komponenten gebildet: 1. durch den dielektrischen Verlust in der Röhrenisolation und im Röhrensockel, ferner infolge der Raumladung im Kathodenbereich, 2. durch die Rückkopplung des Anoden-Kathoden-Kreises auf den Gitter-Kathoden-Kreis über die Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre und die Selbstinduktion der Kathodenleitung; die letztere ist den Eingangs- und Ausgangskreisen gemeinsam, und 3. durch die endliche Laufzeit der Elektronen in der Röhre. Die Komponente 1 ist gewöhnlich im Vergleich mit derjenigen, die von der Rückkopplung über die Gitter-Kathoden-Kapazität und die Selbstinduktivität der Kathodenleitung abhängig ist, klein und ist ebenfalls, verglichen mit der Komponente, die von der Laufzeit der Elektronen abhängt, klein.

Die Größenordnung der Komponente, die von der Elektronenlaufzeit bedingt wird, ist bereits mathematisch untersucht worden. Ferner ist auch eine mechanische Erklärung des Einflusses der Laufzeit der Elektronen auf den Eingangsleitwert einer Röhre bekannt. Es hat sich hierbei gezeigt, daß die Komponente des Eingangsleitwerts G₄ einer Röhre, die von der Elektronenlaufzeit abhängig ist, den folgenden Wert besitzt:

Gt = Fo* gm. (1)

Hierin ist F eine l· uuktion der Laufzeit, ω die mittlere Winkelfrequenz des durch die Stufe übertragenen Signals und gm der Übertragungsleitwert der Röhre.

Der Faktor F ist von den Änderungen des Übertragungsleitwerts gm nur wenig abhängig und kann für vorliegende Zwecke als eine Konstante betrachtet werden.

Die Leitwertkomponente Gi₁, die von der Rückkopplung vom Kathodenkreis der Röhre über die Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre und die Selbstinduktion der Kathodenleitung abhängig ist, kann wie folgt ausgedrückt werden:

G_L=oo^zC_gcL_cgm, . (2)

worin C_{g c} die Kapazität zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Röhre und L₀ die Induktivität der Kathodenleitung ist, die sowohl dem Eingangs- als auch dem Ausgangskreis der Röhre gemeinsam ist.

Der gesamte Eingangsleitwert, der von der Rückkopplung auf den Eingangskreis abhängt, kann unter Vernachlässigung derjenigen Komponente, die von den dielektrischen Verlusten hervorgerufen wird, folgendermaßen ausgedrückt werden:

gm.

(3)

Hierbei ist L₀ eine scheinbare Kathodenleitungsinduktivität, die dem gesamten Eingangswert der Röhre infolge der Rückkopplung durch die Gitter-Kathoden-Kapazität entspricht; sie besitzt den Wert:

^G

^Ic'⁼ coZC^gm- ⁽⁴⁾

Eine derartige Ultrahochfrequenzverstärkerstufe ist in der Schaltung in der Fig. 1 gezeigt. Diese Stufe enthält einen Röhrenverstärker 11, der einen Eingangskreis mit einer Induktivität 31 hat, die durch die Kapazität 36 abgestimmt wird. Die letztere ist gestrichelt dargestellt, um anzuzeigen, daß sie ganz oder teilweise in der Eigenkapäzität des Kreises des Steuergitters der Röhre 11 enthalten sein kann. Ein Gitter- ableitwiderstand 38 ist für die Röhre 11 vorgesehen; dieser ist für Hochfrequenz durch einen Kondensator 37 überbrückt. Der Ausgangskreis der Stufe enthält einen abgestimmten Kreis mit einem Kondensator 14 und einer Induktivität 15. Erfindungsgemäß ist eine zusätzliche Elektrode 16 in der Röhre 11 zwischen dem Steuergitter und der Anode der Rohre vorgesehen, die ein positives Potential aufweist, welches von einer Gleichspannungsquelle 17 über eine Induktivität 42 zugeführt wird. Die Kapazität 44 ist zwischen das Steuergitter der Röhre 11 und die zusätzliche Elektrode 16 geschaltet und ist gestrichelt eingezeichnet; hierdurch wird angedeutet, daß sie ganz oder teilweise in der inneren Röhrenkapazität enthalten sein kann.

Bei Betrachtung der Wirkungsweise der Schaltung in der Fig. 1 ist es ersichtlich, daß in dem Eingangskreis der Hochfrequenzstufe ein negativer Leitwert besteht, der von der Spannung abhängt, die an der Induktivität 42 gebildet und zum Eingangskreis über die Kapazität 44 zurückgekoppelt wird. Dieser negative Leitwert — G„ ändert sich entsprechend dem Ausdruck:

—G_B α ω² C_as L₈ oder-G = ω² C_BS L₈ gm' (5) worin C_a8 der Wert der Kapazität 44, L₈ der Wert der

Induktivität 42 und gm' der Wert des Übertragungsleitwerts vom Gitter zur Hilfselektrode 16 ist.

Gemäß der Erfindung wird daher der positive Leitwert des Eingangskreises [dargestellt durch Gleichung (3)] ganz oder teilweise durch den negativen Leitwert der hinzugefügten Induktivität 42 [vgl. Gleichung (5)] neutralisiert. Um eine genaue Neutralisation zu gewährleisten, soll der positive Leitwert der Gleichung (3) so gewählt werden, daß er gleich dem negativen Leitwert in der Gleichung (5) ist. Das heißt:

oder

ω² C_Be L₀' gm = ω² C_gs L_s gm',

C_SCL_C' gm C_gsgm

(6)

(7)

Die Erfindung kann also einfach durch Einschaltung einer Induktivität L_s in den Schirm-Gitter-Kreis einer gebräuchlichen Röhre benutzt werden. Der Wert der Induktivität wird gemäß Gleichung (7) bestimmt. In der Praxis kann es indessen bequemer sein, eine einstellbare Induktivität in den Kreis an Stelle der festen Induktivität 42 vorzusehen. Auf diese Weise kann die Induktivität eingestellt werden, um die für die Neutralisation erforderliche Induktivität zu erzielen.

Das Bremsgitter in der Schaltung Fig. 1 setzt die Kopplung zwischen der Hilfselektrode 16 und der Ausgangsanode stark herab. Das Potential der Hilfselektrode 16 ändert sich dabei etwas mit der Signalfrequenz, so daß diese Elektrode nicht mehr die Funktion einer Schirmgitterelektrode in einer Röhre vollständig erfüllt. Aus diesem Grunde kann es wünsehenswert sein, eine zusätzliche Elektrode einzufügen, welche die gewöhnliche Funktion eines Schirmgitters übernimmt. Diese Elektrode müßte dann zwischen der Hilfselektrode 16 und der Anode der Röhre 11 vorgesehen werden. Diese Anordnung ist in der Fig. 2 gezeigt, in welcher die zusätzliche Schirmelektrode mit 18 bezeichnet ist. Die Schaltung der Fig. 2 ist sonst gleich derjenigen in der Fig. 1, und die Wirkungsweise dieser Schaltung geht ohne weiteres aus der Beschreibung für die Schaltung in der Fig. 1 hervor.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Übertragungsschaltung für sehr hohe Frequenzen mit einer Röhre mit Kathode, Anode und einer Steuerelektrode sowie einer vorzugsweise als Schirmgitter ausgebildeten Hilfselektrode, deren Zuleitung eine Induktivität enthält, dadurch gekennzeichnet, daß diese Induktivität (42) derartig bemessen ist, daß durch die Induktivität in Verbindung mit der Kapazität (44) zwischen der Hilfselektrode (16) und der Steuerelektrode in ■den Kreis der Steuerelektrode ein negativer Leitwert eingeführt ist, welcher den infolge der sehr hohen Frequenz erhöhten positiven Leitwert ganz oder zu einem großen Teil kompensiert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode zwischen dem Steuergitter und der Anode angeordnet ist und eine positive Vorspannung gegenüber der Kathode besitzt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Zuleitung der Hilfselektrode eingeschaltete Induktivität in ihrer Größe einstellbar ausgebildet ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfselektrode (16) und der Anode ein auf niedrigerem Potential gehaltenes Gitter vorgesehen ist, welches vorzugsweise mit der Kathode verbunden ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfselektrode (16) und der Anode ein auf praktisch konstantem positivem Potential gehaltenes Schirmgitter (18) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

S530 10. S3