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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.