DE897121C - Mischanordnung mit einer Lauffeldroehre fuer eine Hochfrequenzspannung relativ hoherFrequenz und eine Hilfsspannung relativ niedriger Frequenz - Google Patents

Mischanordnung mit einer Lauffeldroehre fuer eine Hochfrequenzspannung relativ hoherFrequenz und eine Hilfsspannung relativ niedriger Frequenz

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DE897121C
DE897121C DEB16989A DEB0016989A DE897121C DE 897121 C DE897121 C DE 897121C DE B16989 A DEB16989 A DE B16989A DE B0016989 A DEB0016989 A DE B0016989A DE 897121 C DE897121 C DE 897121C
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Lothar Dr Brueck
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Telefunken AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/20Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of transit-time tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/34Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
    • H01J25/36Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and without magnet system producing an H-field crossing the E-field
    • H01J25/38Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and without magnet system producing an H-field crossing the E-field the forward travelling wave being utilised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/34Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
    • H01J25/48Tubes in which two electron streams of different velocities interact with one another, e.g. electron-wave tube

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Mischanordnung mit einer Lauffeldröhre für eine Hochfrequenzspannung relativ hoher Frequenz und eine Hilfsspannung relativ niedriger Frequenz Bei Dezirelaisstrecken (Hertzschen Kabeln) ist es üblich, um Störungen durch Interferenzen und Rückwirkungen zu vermeiden, die einzelnen Relaisstellen auf verschiedenen Frequenzen zu betreiben. Dabei wählt man die Sendefrequenz der einzelnen Station meistens etwas höher oder tiefer als ihre Empfangsfrequenz, und zwar liegt dabei der Unterschied etwa in der Größenordnung von einem Zehntel der Empfangsfrequenz. Wird also ein Signal mit der Frequenz f1 von einer Relaisstelle empfangen, so sendet diese Relaisstelle die in dem Signal enthaltene Nachricht auf einer Frequenz f, -i-- o,r fi oder f1 - o,z f1 weiter.
  • Bisher führte man dieses Verfahren in der Weise durch, daß man der empfangenen Hochfrequenzspannung mit der Frequenz f1 eine zweite Hochfrequenzspannung mit einer nahezu gleich hohen Frequenz f o überlagerte und die dabei entstehende Zwischenfrequenzspannung mit der Differenzfrequenz aus den Frequenzen der beiden überlagerten Hochfrequenzspannungen verstärkte. Mit dieser Zwischenfrequenzspannung modulierte man eine in der Relaisstelle neu erzeugte Hochfrequenzspannung der Frequenz f2 = r,= - f1, die dann von der Relaisstelle wieder ausgesendet wurde. Dieses Verfahren erfordert einen beträchtlichen Aufwand an Geräten und führt infolgedessen leicht zu nichtlinearen Verzerrungen und Betriebsstörungen.
  • Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, eine direkte Umwandlung der empfangenen Hochfrequenzspannung der Frequenz fi in die wieder auszusendende Hochfrequenzspannung der Frequenz f 2 in der Weise vorzunehmen, daß man die empfangene Hochfrequenzspannung einer Lauffeldröhre zuführt und in derselben mit einer Hilfsspannung bedeutend niedrigerer Frequenz, f3, überlagert und aus der Lauffeldröhre das Mischprodukt der Frequenz f 2 = f,@ fs auskoppelt, das dann wieder ausgesendet wird. Die Überlagerung findet dabei entweder in der Weise statt, daß die Hochfrequenzspannung der Frequenz f1 und die Hilfsspannung der Frequenz f3 zugleich auf die Verzögerungsleitung geschickt werden oder daß der Elektronenstrahl nach einer vorherigen Dichte- oder Geschwindigkeitsmodulation mit der Hilfsspannung der Frequenz f 3 in die Verzögerungsleitung eintritt, wo er dann mit der empfangenen Hochfrequenzspannung der Frequenz f1 in Wechselwirkung tritt. Bei letzterem Verfahren wird die Hilfsspannung der Frequenz f 3 entweder zwischen Wehneltzylinder und Kathode angelegt und erzeugt so in der Röhre eine Dichtesteuerung, oder sie wird einem von der Elektronenströmung durchsetzten Hohlraumkreis zugeführt, der zwischen der Elektronenkanone und dem Anfang der Verzögerungsleitung in der Lauffeldröhre angeordnet ist, wobei sie über diesen Hohlraumkreis eine Geschwindigkeitssteuerung des Strahles bewirkt. Die räumliche Anordnung des Hohlraumkreises an dieser Stelle des Elektronenstrahlweges bereitet aber wegen der notwendigen magnetischen Elektronenstrahlfokussierung große räumliche Schwierigkeiten. Bei der Dichtesteuerung des Elektronenstrahles durch die Wehneltzylinderspannung wird jedoch durch die sich ändernde Form des Elektronenstrahles und die Lage seines Überkreuzungspunktes (cross-over) die Elektronenstrahlfokussierung und damit aber auch der weitere Verlauf des Strahles in der Verzögerungsleitung gestört. Es ist an sich bekannt, daß die in einer Lauffeldröhre erzielbare Verstärkung in Abhängigkeit von der Elektronengeschwindigkeit ein Maximum besitzt. Die Elektronengeschwindigkeit, bei der die maximale Verstärkung auftritt, wird dabei allgemein als die optimale Elektronengeschwindigkeit bezeichnet.
  • Die Erfindung nutzt diese Eigenschaft der Lauffeldröhre aus zur Beseitigung der obengenannten Nachteile in einer Mischanordnung für eine Hochfrequenzspannung relativ hoher Frequenz und eine Hilfsspannung relativ niedriger Frequenz mit einer Lauffeldröhre.
  • Die Erfindung besteht darin, daß die Hilfsspannung der Lauffeldröhre so zugeführt ist, daß sie die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles der Lauffeldröhre um den Wert für maximale Verstärkung der Hochfrequenzspannung relativ hoher Frequenz schwanken läßt und daß die Hochfrequenzspannüng mit der relativ hohen Frequenz der Verzögerungsleitung der Lauffeldröhre in an sich bekannter Weise zugeführt ist.
  • Dabei ergibt sich auch der weitere Vorteil, daß die Hilfsspannung nur die halbe Frequenz zu besitzen braucht, wie in den oben bekannten Anordnungen, um das gleiche Mischprodukt zu erhalten.
  • Zur Erklärung dieses Vorganges betrachten wir den Verlauf der Verstärkung in einer Lauffeldröhre in Abhängigkeit von der Betriebsspannung der Verzögerungsleitung oder anders ausgedrückt, in Abhängigkeit von der Elektronenstrählgeschwindigkeit. Der Verstärkungsverlauf ist in Abb. = dargestellt und ähnelt in grober Annäherung einer Parabel. Man kann daher unter Vernachlässigung der Glieder höherer Ordnung ansetzen - VO - v1 u 2 wobei u die Abweichung der Betriebsspannung von optimalem Wert U, ist. Ist u eine Wechselspannung u = u, sin coöt, die der Betriebsspannung U, überlagert wird, so schwankt die Verstärkung in der doppelten Frequenz von co,), also mit 2 co, Speist man nun in den Eingang der Röhre eine Hochfrequenzspannung u, sin coe t ein, dann findet man im Ausgangskreis derselben unter anderem Hochfrequenzspannungen mit den Frequenzen co e -@- 2 co, und coe - 2 co, vor. Da die Hilfsspannung .oft eine Frequenz von mehr als =oo MHz besitzt, bietet es schaltungsmäßig wie auch für den Aufbau der Röhre einen Vorteil, wenn die einzuführende Hilfsspannung nur die halbe Frequenz aufzuweisen braucht, wie für die gleiche Frequenzverschiebung bei den bekannten Anordnungen benötigt wird.
  • Auf- die Fokussierung des Elektronenstrahles hat die Hilfsspannung keinen nennenswerten Einfluß mehr. Zwar tritt zwischen Anode und Verzögerungsleitung infolge der durch die Hilfsspannung hervorgerufenen Potentialdifferenz eine Linsenwirkung auf, aber ihr Einfluß bleibt klein gegenüber dem Einfluß, den eine Änderung der Wehneltzylinderspannung ausübt. Für den Mischvorgang selbst wird im allgemeinen keine nennenswerte Leistung verbraucht, da man stets bestrebt ist, in Lauffeldröhren den Strom, der auf die Verzögerungsleitung auftrifft, durch eine gute magnetische Fokussierung des Elektronenstrahles möglichst klein zu halten. Im Idealfall ist der auf die Verzögerungsleitung auftreffende Strom gleich Null. An Hand von Ausführungsbeispielen soll nun die Erfindung näher erklärt werden.
  • Abb. 2 zeigt ein Schaltbild einer Lauffeldröhre mit Wendel als Verzögerungsleitung, wobei mittels eines Ersatzschaltbildes für die Hilfsspannung Osc und die Hochfrequenzspannung HF die Einspeisung derselben zwischen die als Wendel ausgebildete Verzögerungsleitung und die Anode der Elektronenkanone eingezeichnet ist. Das in der Abbildung dargestellte Reihenschaltungsersatzschaltbild ist selbstverständlich in bekannter Weise in ein Parallelschaltungsersatzschaltbild umwandelbar. Vorausgesetzt ist bei diesem Schaltbild, daß die Hochfrequenzspannung der relativ hohen Frequenz HF in bekannter Weise auf die Verzögerungsleitung gebracht wird, beispielsweise indem an den Wendelanfang ein antennenförmiges Gebilde angeschlossen ist, das in einer Hohlrohrleitung im Feld einer dort vorhandenen elektromagnetischen Welle angeordnet ist.
  • Abb. 3 zeigt eine Lauffeldröhre, bei der die Verzögerungsleitung aus zwei Abschnitten besteht. Die Hilfsspannung Osc kann sowohl nur dem ersten als auch nur dem zweiten Abschnitt zugeführt werden. Die Anschaltung der empfangenen Hochfrequenzspannung HF und der Hilfsspannung Osc ist wieder durch ein Reihenschaltungsersatzschaltbild dargestellt. Die in der Abb. 3 dargestellte Anordnung weist bei Leitungen mit großer Dispersion den Vorteil auf, daß man durch die Wahl der Betriebsspannungen für die einzelnen Wendelabschnitte die Verstärkung auf jedem Abschnitt in der Weise optimal einstellen kann, daß man den ersten Abschnitt optimal auf die empfangene Hochfrequenzspannung HF einstellt und den zweiten Abschnitt optimal auf das gewünschte Mischprodukt der Frequenz f e -f= f" oder f e - fo. Bekanntlich zeigen Röhren, die eine Verzögerungsleitung mit großer Dispersion enthalten, ein Verstärkungsfeld, wie es in Abb. q. dargestellt ist, wobei die Frequenz f als Parameter in der Abbildung mit eingetragen ist. Auf diese Weise werden bereits innerhalb der Röhre die unerwünschten Frequenzen wie f e und f"-f, (wenn f e + f o die Frequenz des erwünschten Mischproduktes ist) geschwächt. Die Röhre wirkt also zugleich als Filter.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung kann man auch vorteilhaft in der Weise ausbilden, daß man das Signal in einem der- Kathode nächstgelegenen Abschnitt zunächst verstärkt und die zweite zum Mischvorgang nötige Hochfrequenzspannung (die Hilfsspannung) einem zweiten Verzögerungsleitungsabschnitt zuführt, der in Flugrichtung der Elektronen hinter dem ersten Verzögerungsleitungsabschnitt angeordnet ist. Man erhält dadurch eine besonders rauscharme Mischröhre. Im ersten Verzögerungsleitungsabschnitt wird das Signal verstärkt und kommt mit einer Amplitude in den Mischteil der Röhre, die groß ist im Vergleich zu der hier vorhandenen Rauschamplitude. -Durch eine Unterteilung der Verzögerungsleitung in drei Abschnitte lassen sich diese genannten Vorteile mit der oben beschriebenen Filterwirkung vereinigen.
  • In gleicher Weise wie bei Röhren mit Verzögerungsleitung läßt sich das Prinzip der vorliegenden Erfindung auch auf Elektronenwellenröhren anwenden. Bekanntlich übernimmt in diesen Röhren der eingangsseitig modulierte Strahl die Funktion einer Verzögerungsleitung. Nach Abb.5 liegt zwischen den beiden Kathoden die Spannungsdifferenz 4 U. Die Anoden liegen auf gleichem Potential. Maßgebend für die Verstärkung ist das Verhältnis Man kann demnach die Hilfsspannung entweder zwischen eine der beiden Kathoden und Anode oder Anode und Eingangswendel oder in Reihe mit U zwischen beiden Kathoden einführen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Mischanordnung mit einer Lauffeldröhre für eine Hochfrequenzspannung relativ hoher- Frequenz und eine Hilfsspannung relativ niedriger Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung der Lauffeldröhre so zugeführt ist, daß sie die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles der Lauffeldröhre um den Wert für maximale Verstärkung der Hochfrequenzspannung relativ hoher Frequenz schwanken läßt und daß die Hochfrequenzspannung mit der relativ hohen Frequenz der Verzögerungsleitung der Lauffeldröhre in an sich bekannter Weise zugeführt ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung zwischen Anode und Verzögerungsleitung zugeführt ist und daß die Gleichspannung in der Verzögerungsleitung so gewählt ist, daß ihre Änderung ein Absinken der Verstärkung bewirkt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung aus zwei oder mehreren gleichspannungsmäßig voneinander getrennten Abschnitten besteht, deren Betriebsbedingungen innerhalb der Lauffeldröhre so gewählt sind, daß jeder dieser Abschnitte seine maximale Verstärkung bei einer ganz bestimmten Frequenz besitzt. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangene Hochfrequenzspannung dem ersten Abschnitt und die Hilfsspannung entweder dem ersten oder dem zweiten Abschnitt zugeführt ist und der zweite Abschnitt zur Entnahme des Mischproduktes vorgesehen ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbedingungen auf dem ersten Abschnitt so gewählt sind, daß er seine maximale Verstärkung bei der Frequenz der empfangenen Hochfrequenzspannung besitzt, während die Betriebsbedingungen des anderen Abschnittes so gewählt sind, daß dort die maximale Verstärkung bei der Frequenz des gewünschten Mischproduktes auftritt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung mit drei Abschnitten dem ersten Abschnitt die empfangene Hochfrequenzspannung und dem zweiten Abschnitt die Hilfsspannung zugeführt ist und daß der dritte Abschnitt zur Entnahme des Mischproduktes vorgesehen ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung zwischen zwei Abschnitten angelegt ist. B. Anordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffeldröhre eine Elektronenwellenröhre ist. g. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hilfsspannung der Spannungsdifferenz zwischen den Quellen der Elektronenstrahlen überlagert und die Gleichspannungen so gewählt sind, daß ihre Änderungen ein Absinken der Verstärkung bewirkt.
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