DE901300C

DE901300C - Wanderfeldroehre als Mischstufe mit Frequenzversetzung fuer Ultrakurzwellen-Verbindungen jeder Art

Info

Publication number: DE901300C
Application number: DEC2919A
Authority: DE
Inventors: Oscar Doehler; Werner Kleen
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1948-05-28
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1954-01-11
Also published as: US2719914A; FR967304A; GB661801A; CH287412A

Description

Die Erfindung betrifft eine radioelektrische Relaisstation für ultrahohe Frequenzen mit einer Frequenzverschiebung, d. h. mit der Möglichkeit, die ausgesandte Welle auf einer von der empfangenen Welle verschiedenen Frequenz unmittelbar auszustrahlen, ohne daß zwischendurch eine Modulation noch eine Demodulation stattfindet.

Erfindungsgemäß enthält die radioelektrische Zwischenstation für ultrahohe Frequenzen eine Röhre für fortschreitende Wellen, die geeignet ist, als Frequenzumwandler zu wirken, und deren besonderes Merkmal darin besteht, daß die Frequenz des örtlichen Oszillators genügend niedrig im Vergleich zu derjenigen der empfangenen Welle gewählt ist, aber zugleich genügend hoch, damit die ausgesandte Welle sich außerhalb des Durchlaßbandes der empfangenen modulierten Welle befindet.

Die Erfindung fußt auf der dem Fachmann bekannten Tatsache, daß die Röhre für fortschreitende Wellen, in welcher eine Welle sich entlang einer Verzögerungsleitung ausbreitet und in Wechselwirkung tritt mit einem Elektronenstrahl, der sich parallel zur Achse der genannten Verzögerungsleitung ausbreitet, im Prinzip eine vollständig aperiodische Einrichtung ist. Das Frequenzband, das verstärkt werden kann, hängt in der Tat allein von den Einrichtungen ab, die für die Anpassung der Impedanzen am Eingang und Ausgang benutzt werden.

Die Erfindung fußt weiterhin auf der Tatsache, daß die Wanderfeldröhre als Wellenmischer für

verschiedene Frequenzen benutzt werden kann durch Wechselwirkung zwischen der einfallenden Welle und dem Elektronenstrahl, wobei dieser in der Geschwindigkeit oder in der Dichte im Rhythmus eines örtlichen Oszillators moduliert ist.

Erfindungsgemäß wird der Elektronenstrahl in der Wanderfeldröhre der Zwischenstation im Rhythmus eines örtlichen Oszillators moduliert, der eine Welle von verhältnismäßig niedriger Frequenz ίο im Vergleich zu der der empfangenen Welle liefert. Die Bedingungen der Wechselwirkung der resultierenden Welle des Gemisches der empfangenen Welle mit der aus dem Oszillator kommenden Welle sind daher vergleichbar mit den Bedingungen der Wechselwirkung der empfangenen Welle. Diese resultierende Welle besitzt am Ausgang eine genügende Amplitude, um unmittelbar am Ausgang der Röhre abgenommen und einer Antenne zugeführt zu werden, welche die Ausstrahlung gewährleistet.

Die Relaisstation gemäß der Erfindung gestattet daher, die Aufgabe einer Frequenzverschiebung mit einer wesentlich einfacheren Einrichtung zu lösen, als dies bei den bekannten Systemen, der Fall ist. as Fig. ι zeigt ein Blockschema der bisher gebrauchten Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine nach der Erfindung· vereinfachte Blockschaltung, die durch Vergleich mit der Fig. ι die erreichte Vereinfachung gegenüber der ersteren zeigt;

Fig. 3 stellt die Änderung des Kopplungswiderstandes als Funktion der Frequenz dar bei Verwendung einer Wanderfeldröhre; Fig. 4 ist eine Anordnung nach der Erfindung unter Verwendung einer Wanderfeldröhre, in

Fig. 5 ist der Gang des Kopplungswiderstandes als Funktion der Frequenz in einer Verzögerungsleitung dargestellt, um die Anwendung des neuen Verfahrens auf die Frequenzversetzung· darzulegen; Fig. 6 zeigt eine zweite und

Fig. 7 eine dritte Ausführungsform nach der Erfindung.

In dem Blockschema der Fig. ι ist der alte bekannte Weg dargestellt. In dieser bezeichnet ι die Empfangsantenne, die das Frequenzband f_sl + A f aufnimmt. f_{s ±} ist die Trägerfrequenz, und ± A f sind die beiden Seitenbänder. Die darauffolgende Verstärkerstufe ist mit 2 bezeichnet. In der Mischstufe, die von dem Detektor 3 und dem Oszillator 11 gebildet wird, der die Frequenz/₀ liefert, wird das Band in die Zwischenfrequenz /_m ⁼fo~~/si — Af umgesetzt. Auf die Mischstufe 3 folgen der Zwischenfrequenzverstärker 4 und der Demodulator 5, der den Frequenzbereich + Af liefert. Diese Signale modulieren die Frequenz f_s2, die von der Empfangsfrequenz. f_sl verschieden ist, und zwar unter Zwischenschaltung der Stufe 6, in der Ausgangsstufe 7 der Sendeantenne 10. Die Frequenz f_S2 wird durch den Oszillator 9 geliefert und durch die Stufe 8 verstärkt.

Die Anordnung nach der Erfindung, wie in dem Blockschema der Fig. 2 dargestellt und in Verbindung mit den Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 beschrieben werden wird, ermöglicht, die Zahl der Bestandteile der bekannten Anordnungen beträchtlich herabzusetzen. Die Fig. 2 zeigt eine Relaisstation, bei der nur ein Oszillator 11 gebraucht wird und eine Reihe von Operationen in die Mischstufe 3 verlegt sind, für die eine Wanderfeldröhre zur Anwendung kommt.

In dem Blockschema der Fig. 2 bezeichnen 1 und 10 die Empfangs- und Sendeantenne. 2 ist die Hochfrequenzverstärkerstufe, 11 der Oszillator und 3 die Wanderfeldröhre welche die Frequenzversetzung gemäß der Erfindung vornimmt. 7 ist der Stufenverstärker am Ausgang.

Die Zahl der Stufen, die zwischen die Empfangsund Sendeantenne geschaltet sind, ist auf vier beschränkt.

Wie bereits¹ erwähnt, wird die Frequenz-Versetzung durch Zwischenschaltung einer Wanderfeldröhre erreicht. Die Arbeitsweise dieser Art Röhren beruht auf dem Energieaustausch eines Elektronenstrahls mit einer elektromagnetischen Welle, deren Geschwindigkeit mittels einer Verzögerungsleitung von der des Lichtes auf einen vorgegebenen Wert verzögert wird und die einen elektrischen Vektor in Richtung des Elektronenstrahls besitzt. Der Elektronenstrahl bewegt sich in der Achse der Verzögerungswendel mit einer Geschwindigkeit, die fast gleich derjenigen der Welle ist. Die Signalleistung und die Oszillatorhochfrequenizleistung werden der Röhre zugeführt und müssen an der Umsetzung der Energie im Innern der Verzögerungsleitung teilnehmen.

Dieses Teilnehmen an der Energieumsetzung' geht folgendermaßen vor sich: Wenn man eine Wechselleistung vom Wert P an den Eingang einer Verzögerungsleitung schaltet und nur eine Welle voraussetzt, die einen elektrischen Vektor von genügender Amplitude besitzt, die¹ durch die Beziehung gegeben ist: E = γ 2 P R, so ist die Einwirkung auf den Elektronenstrahl von einem wechselseitigen Charakter. In dieser Formel besitzt die Größe R, die als Kopplungswiderstand !bezeichnet¹ wird, als Funktion der Frequenz einen Gang, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Figur sind die Werte R₁ und R₂, welche der Kopplungswiderstand für die Leistungen der Frequenzen f_t und f₂ besitzt, sichtlich gleich. Wellen, die diese Frequenzen besitzen, nehmen also an der Wechselwirkung auf den Strahl sichtlich teil. Dies· wird nicht mehr für eine Welle der Fall sein, deren Frequenz /₃ den Kopplungswiderstand R₃ besitzt. Diese Welle wird nicht am Energieaustausch teilnehmen oder nur teilnehmen, wenn ihre Leistung bedeutend höher ist als diejenige der beiden anderen Wellen f_± und f₂.

In der Vorrichtung zur Frequenzversetzung nach der Erfindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, nehmen die Empfangs-, die Oszillator- und die in der Frequenz versetzte Welle an der Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl in der Röhre teil. In der Figur ist 31 die Empfangsantenne' und 32 der Oszillator. 31 und 32 sind durch Zwischenchaltung der mittels eines Kolbens 34 abgestimmten Leitung 33 mit dem Eingang der Verzögerungs-

leitung 35 der Wanderfeldröhre gekoppelt." Der Elektronenstrahl 36, der sich in der Achse der Verzögerungsleitung bewegt, wird durch die Kathode 37 geliefert. Die nicht lineare Charakteristik der Röhre liefert in ihrem Innern Frequenzen, die aus der Summe und der Differenz der Frequenzen von f_x und f₂ bestehen. Wie man der Fig. 5 entnimmt, erhält man, wenn /_S1 die Empfangs- und /_os die Oszillatorfrequenz ist, im Innern der Verzögerungsleitung Wellen von den Frequenzen/,J₃ = Zs₁ + /,)^ /_s2=± (f_sl—f_os) C+¹ oder—, je nachdem /_sl >■ /_os oder /_sl <Cf_os ist). Eine der Frequenzen /_s2 wird als Signalträger für die Ausgangs- bzw. neue Sendefrequenz gebraucht. Sie ist der Empfangsfrequenz f_sl benachbart. Wenn die Röhre zweckentsprechend für die Frequenz /_s _t wirkt, wird die Welle mit der Frequenz /_s2 genügend verstärkt, um die entsprechende Ausgangsleistung eines mittels eines Kolbens 39 (Fig. 4) abstimmbaren so Hohlrohrleiters 38, der mit dem Feld der Verzögerungsleitung im Innern der Röhre gekoppelt ist, auszukoppeln.

In der Mischstufe nach Fig. 4 bestehen die durch die Frequenzen f_sv f_as und /_s2 geschaffenen Felder im Innern der Verzögerungsleitung der Röhre. Diese elektrischen Felder im Innern der Röhre müssen genügend stark sein für die Empfangswelle einerseits und die Ausgangswelle andererseits. Die Frequenz eines Oszillators wird wieder in die Röhre durch Zwischenschaltung eines Hilfskreises eingeführt.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 6 dargestellt. Hier wird der Kathodenstroin in seiner Dichte durch den Oszillator 12 moduliert, der auf ein Steuergitter oder einen Wehnelt 20 wirkt. Der Elektronenstrahl in der Verzögerungsleitung 15 enthält die Wechselkomponente von der Frequenz ^₀₅ des Oszillators. Die Leistung der Empfangsfrequenz f_sl der Antenne 11 wird auf den Eingang der Verzögerungsleitung durch Zwischenschaltung einer Leitung 13, die mittels eines Kolbensi 14 abstimmbar ist, geschaltet. Im Innern der Verzögerungsleitung schafft die Wechselwirkung dieser beiden Frequenzen mit dem Elektronenstrahl 6 Ströme von der Frequenz/_s2 =/^₁ +/_os. Da der Kopplungswiderstand, dargestellt durch die Verzögerungsleitung zur Ausgangsfrequenz, infolge der geringen Differenz zwischen f_ss und /_sl genügend groß ist, folgt hieraus für diese Frequenz ein axiales elektrisches Feld, welches am Energieaustausch zwischen dem Elektronenstrahl und den Wellen teilnimmt. Die Ausgangsleistung dieser Ausgangsfrequenz kann durch Zwischenschaltung einer koaxialen Leitung 18, die mittels des Kolbens 19 abstimmbar ist und mit dem elektromagnetischen Feld der Verzögerungsleitung der Röhre gekoppelt ist, am Ausgang der Röhre ausgekoppelt werden.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in der Fig. 7 dargestellt. Der Elektronenstrahl, der sich durch die Verzögerungsleitung bewegt, ist nicht in der Dichte moduliert, wie dies in der Fig. 6 der Fall ist, sondern in der Geschwindigkeit. Diese -Modulation in der Geschwindigkeit^ wird durch Zwischenschaltung eines Hohlraumes 30 zwischen die Kathode 27 und den Eingang .der Verzögerungsleitung 25 und durch die Wendel erreicht. Mit diesem Hohlraum 30 ist der Oszillator 22 gekoppelt. Durch Überlagerung der Oszillatorfrequenz mit der Empfangsfrequenz wird durch Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl im Innern der Verzögerungsleitung das elektrische Feld der Ausgangsfrequenz geschaffen. Die Leistung der versetzten Frequenz wird am Ausgang der Verzögerungsleitung durch eine koaxiale Leitung, die nicht dargestellt ist, ausgekoppelt. Bei den Anordnungen wird die mittlere Ausgangsfrequenz größer als die Eingangsfrequenz gewählt, und die Auskoppelleitung besitzt eine Trennfrequenz, die größer als die Eingangsfrequenz, aber kleiner als die mittlere Ausgangs- frequenz ist. Man vermeidet so die Ausstrahlung der Empfangsfrequenz am Ausgang der Röhre.

Die Anordnungen nach den Fig. 6 und 7 unterscheiden sich durch die Art der Einführung der Oszillatorfrequenz. In dem einen Fall veranlaßt die Einführung eine Modulation der Dichte, in dem anderen eine Modulation der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls vor seinem Eintritt in die Verzögerungsleitung.

Claims

Patentansprüche:

1. Radioelektrische Relaisstation für ultrahohe Frequenzen unter Verwendung einer Wanderfeldröhre, die als Frequenzwechsler arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz eines örtlichen Oszillators im Vergleich zur Frequenz der empfangenen Welle genügend niedrig, aber zugleich genügend hoch gewählt ist, damit die ausgesandte Welle sich außerhalb des Durchlaßbandes der empfangenen modulierten Welle befindet.

2. Radioelektrische Relaisstation nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ab Frequenz der ausgesandten Welle die höchste Frequenz gewählt ist, die durch die Mischung der Welle des örtlichen Oszillators und der Empfangswelle entsteht, und daß das übertragene Modulationsband sich außerhalb des Modulationsbandes der empfangenen Welle be- no findet.

3. Radioelektrische Relaisstation nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle in einem Wellenleiter fortgeleitet wird, dessen: Abmessungen so gewählt sind, daß er die Empfangswelle und das zugehörige Modulationsband sperrt.

4. Radioelektrische Relaisstation nach den Ansprüchen' 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem örtlichen Oszillator gelieferte Welle und die Empfangswelle in einem Wellenleiter einander überlagert werden, der an den Eingang der Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre angeschlossen ist.

5. Radioelektrische Relaisstation nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Empfangswelle sich in einem Wellenleiter fortpflanzt, der an den Eingang der genannten Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre angeschlossen ist, während die vom örtlichen Oszillator gelieferte Welle: auf den Elektronenstrahl unter Zwischenschaltung einer Übertragungsleitung einwirkt, die von derjenigen für die Empfangswelle verschieden ist.

6. Radioelektrische Relaisstation, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem örtlichen Oszillator gelieferte Welle den Elektronenstrahl der Wanderfeldröhre in der Dichte moduliert,

7. Radioelektrische Relaisstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom örtlichen Oszillator gelieferte Welle auf ein Gitter zur Steuerung der Dichte oder einen Wehnelt-Zylinder, der in der Bahn des Elektronenstrahls angeordnet ist¹, einwirkt.

8. Radioelektrische Relaisstation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl durch die von dem örtlichen Oszillator gelieferte Welle in der Geschwindigkeit moduliert ist.

9. Radioelektrische Relaisstation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem örtlichen Oszillator gelieferte Welle auf einen Resonanzhohlraum einwirkt, der in der Bahn des Elektronenstrahls· angeordnet ist.

Angezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 924748.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen