DE924276C

DE924276C - Anordnung zur Regelung der Phase einer sich in einem Hohlleiter ausbreitenden Welle

Info

Publication number: DE924276C
Application number: DEC5797A
Authority: DE
Inventors: Antoine Jean Ortusi; Andre Robert
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1951-05-08
Filing date: 1952-05-08
Publication date: 1955-02-28
Also published as: BE511149A; FR1036847A

Description

Bei Ultrahochfrequenzanlagen mit Wellenhohlleitern ist es häufig notwendig, daß man die Phase der sich in den Hohlleitern ausbreitenden Wellen verändern kann.

Man benutzt zu diesem Zweck ein die Phase verschiebendes Organ, welches meist aus einer dielektrischen Masse besteht, deren Lage in dem Hohlleiter man verändert. Im allgemeinen wird das die Phase verschiebende Organ durch mechanische Einrichtungen bewegt, so daß man mit ihm nur eine Phasenmodulation in einem verhältnismäßig sehr langsamen Rhythmus hervorbringen kann.

Andererseits ist es wichtig, wenn auch nicht immer unbedingt erforderlich, daß das die Phase verschiebende Organ weder die durch die Anlage übertragene Energie noch das Ausmaß der in den Hohlleitern auftretenden stehenden Wellen verändert.

Die Erfindung hat eine Anordnung zur Phasenmodulation mittels eines elektronischen Verfahrens zum Gegenstand, welches keine Trägheit besitzt und folglich für eine Phasenmodulation mit sehr schnellem Rhythmus benutzt werden kann.

Sie betrifft ferner eine Anordnung zur Phasenmodulation, bei welcher die störende Amplitudenmodulation soweit wie möglich vermindert wird.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung, welche die Phasenmodulation der sich

in einem Hohlleiter fortpflanzenden Wellen gestattet, ohne ihren Anteil an stehenden Wellen zu verändern.

Es ist eine Anordnung zur Regelung der Phase einer sich in einem Hohlleiter ausbreitenden Welle bekannt, bei welcher seitlich an diesen Hohlleiter ein mit einer Magnetronröhre gekoppelter Hohlleiterabschnitt angeschlossen ist und Einrichtungen vorgesehen sind, um der Magnetronröhre das

ίο magnetische Feld und die Steuerspannung zuzuführen, wobei diese Einrichtungen so eingestellt sind, daß die Magnetronröhre hinsichtlich der Selbsterregung im verriegelten Zustande ist, und eine einstellbare Spannungsquelle umfassen, welche Signale liefert, durch welche der Zustand der elektronischen Raumladung der Magnetronröhre geregelt und dadurch die in den Hohlleiter eingeführte Impedanz verändert werden kann. Gemäß der Erfindung wird eine derartige Einrichtung in der Weise ausgebildet, daß mehrere Hohlleiterabschnitte im Nebenschluß an wenigstens eine Magnetronröhre gekoppelt und so angeordnet sind, daß der Modul des RefLexionskoeffizienten der ganzen Anordnung möglichst klein ist.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich durch zwei Hohlleiterabschnitte, die seitlich an den Haupthohlleiter angeschlossen sind, und durch zwei an je einen dieser Hohlleiterabschnitte angeschlossene Magnetronröhren, wobei die an diese Magnetronröhren angelegten Felder so geregelt sind, daß der Übertragungskoeffizient der ganzen Anordnung einen Modul, der möglichst angenähert die Einheit erreicht, und ein möglichst großes Argument besitzt, während der Reflexionskoeffizient der ganzen Anordnung annähernd Null ist.

Nach einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung zwei im Nebenschluß liegende Hohlleiterabschnitte und eine einzige mit diesen beiden Hohlleiterabschnitten symmetrischgekoppelteMagnetrpnröhre vor.

Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Modulationssignale zwischen Kathode und Anode des Magnetrons zugeführt werden, folgt die Phase der Hochfrequenzwelle in dem Hohlleiter bei kleinen Phasenänderungen annähernd linear den Modulationsspannungen.

Wenn man die Empfindlichkeit des Systems steigern will, ohne eine störende Amplitudenmodulation herbeizuführen, kann man zwei oder mehrere solcher Phasenschieber in Reihenanordnung verwenden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. i, 3 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2, 4, 5 und 6 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

In dem Schema der Fig. 1 ist G ein durch seinen Wellenwiderstand Z_c abgeschlossener Wellenhohlleiter, in welchen in Reihe eine zur Phasenschiebung dienende Einrichtung eingeschaltet ist, die durch ihre als komplexe Größe gedachte Impedanz Z dargestellt ist.

Unter diesen Umständen ist der Reflexionskoeffizient

r =

■zZ_e + Z

und der Übertragungskoeffizient

t = ι — r =

Setzt man

so ergibt sich

Z = (x + iy)Z_c,

t = 2

χ -f- 2 — iy (x + 2)² + y²"

tgcp = —

χ + 2 '

Die erzeugte Phasenverschiebung φ ergibt sich aus der Gleichung

und bei Werten von x, die klein gegen 1 sind, erhält man

Diese Rechnung zeigt, daß ein Phasenschieber aus einer Einrichtung bestehen kann, welche in den Hohlleiter eine Impedanz einführt, die im wesentlichen ein Blindwiderstand ist. Von diesem Prinzip ausgehend sieht die Erfindung die Anwendung einer Magnetronröhre im verriegelten Zustande vor, wobei die Kathode-Anode-Strecke dieser Röhre einen Kondensator bildet, dessen Kapazität in an sich bekannter Weise durch Veränderung der Anodenspannung geändert werden kann.

Fig. 2 veranschaulicht ein an sich bekanntes Ausführungsbeispiel eines Phasenmodulators, das zur Erläuterung des Erfindungsgedankens beitragen soll. Die Ultrahochfrequenzwelle, deren Phase man modulieren will, durchläuft den Hohlleiter GP. Ein an seinem Ende 1 geschlossener Hilfshohlleiterabschnitt GA mündet an seinem anderen Ende an der breiten Seite des Haupthohlleiters GP (Reihenschaltung). Mit dem Hohlleiter GA ist ein Magnetron M über einen Metallstab gekoppelt, welcher den Mittelleiter CS der koaxialen Ausgangsleitung verlängert, die teilweise im Schnitt dargestellt ist. Die Quelle SM der'Modulationssignale ist in Reihe mit der Anodenspannungsquelle V angeschlossen, welche die Kathode K in bezug auf die Anode A negativ macht, jedoch die Röhre in dem verriegelten Zustande läßt. Ein mit dem Hohlleiter GA verbundenes (nicht dargestelltes) Anpassungsglied ist so eingestellt, daß die Impedanz der Phasenschieberanordnung gleich einem Wert Z₀ wird, wenn die Spannung des Magnetrons bei Abwesenheit einer Modulation gleich V₀ ist. Durch passende Regelung des magnetischen Feldes kann man die Impedanz des Magnetrons im wesentlichen auf einen Blindwiderstand bringen.

Unter diesen Umständen wird, wenn die bei SM zugeführten Modulationssignale das Anodenpotential um den Wert V₀ ändern, die Impedanz des Magnetrons um den Wert Z₀ geändert, und man erhält

tg Ψο ^Zo

wobei φ₀ die der Impedanz Z₀ (Spannung V₀) entsprechende Phasenverschiebung und φ die Phasenverschiebung für eine Impedanz Z (Spannung V) ist. Für kleine Werte des Winkels φ kann man setzen

ψ = ir

KZ.

Die Kurve von Z als Funktion der zugeführten Spannung V zeigt den in Fig. 3 angegebenen Verlauf, und sie besitzt, wie ersichtlich, einen annähernd geradlinigen Teil. Man wählt daher für V₀ den Wert, welcher wenigstens angenähert der Mitte dieses geradlinigen Teiles entspricht, so daß Z sich in Abhängigkeit von V linear ändert und die Kurvensteilheit IC konstant ist:

dZ = K'dV.

Da andererseits

dtp = KdZ,

ergibt sich
dq> =. KK'dV = K"dV.

Wenn man dann der festen Spannung V₀ eine Modulationsspannung V_me^i!H mit der Amplitude V_m

und der Periode T = -^- überlagert, so erhält man ^*

in dem Zeitpunkt ί zwischen Kathode und Anode des Magnetrons eine Spannung

V = V₀ + V_n*^st.
Daraus folgt, daß

αφ = K" dV = K"iQV_m<i^iatdt
oder

Man erhält so einen Phasenverschiebungswinkel, welcher sich in dem Rhythmus der bei SM zugeführten Modulation verändert, deren Frequenz

F = beliebig hoch sein kann.

2JI °

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich, wie erwähnt, der Reflexionskoeffizient r durch die Formel

_ Z

^r - zZ_c+Z
oder indem man setzt Z= [x -j- i y) Z_c und ϊ^ι

iy y² -f- 2iy

¹Y —

2 + iy
Somit ist der Modul gleich

4 +

γ\ ζ=

V 4 + y²

Daraus folgt, daß der Bruchteil der reflektierten Energie proportional ist zu

cc

² -

4 + y

wobei y² gegen 4 zu vernachlässigen ist.

Wenn die Werte von y sehr groß werden, muß dieser Energieverlust korrigiert werden. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung die Anordnung einer zweiten Phasenschiebereinrichtung vor, welche mit der ersten übereinstimmt und ebenfalls in Reihe in den Hohlleiter, und zwar in einer elektrischen Entfernung von der ersten Einrichtung, eingeschaltet wird, die sich aus dem Reflexionswinkel U nach der folgenden Beziehung berechnen läßt:

COS²C/ =

4 + y²

Der elektrische Abstand zwischen den beiden Phasenschiebersystemen wird gleich

Θ = U₀ + ηπ

gewählt, wobei η Null oder eine beliebige ganze Zahl sein kann und CZ₀ der Wert von U ist, welcher dem Mittelwert von y entspricht.

Fig. 4 zeigt schematisch diese Anordnung, bei welcher die Reflexion auf praktisch zu vernachlässigende Werte beschränkt werden kann, so daß der Übertragungskoeffizient der ganzen Anordnung sehr annähernd die Einheit erreicht. In Fig. 4 ist GP der Haupthohlleiter. GA₁ und GA₂ sind zwei Hilfshohlleiterabschnitte, welche in Reihe in den Hohlleiter GP eingeschaltet sind. M₁ und M₂ sind die entsprechenden Magnetronröhren mit ihren koaxialen Verbindungen CS₁ und CS₂, während D₁ und D₂ die obenerwähnten Anpassungsglieder sind.

Da die beiden Phasenschiebereinrichtungen übereinstimmen, kann man an Stelle der beiden Magnetronröhren nur eine einzige Magnetronröhre verwenden. Fig. 5 zeigt diese Anordnung, bei welcher M die gemeinsame Magnetronröhre ist, welche mit den Hohlleiterabschnitten G^i₁ und GA₂ über koaxiale Leitungen CS₁ bzw. CS₂ verbunden ist. Das Änderungsgesetz von φ ist dasselbe wie in dem Beispiel der Fig. 2.

Bei gewissen Anwendungen ist es erforderlich, daß der Sender mit einem sehr kleinen Anteil von stehenden Wellen arbeitet, während es andererseits nicht unerläßlich ist, daß der Übertragungskoeffizient des Phasenschiebersystems bei der Phasenmodulation konstant bleibt. Man kann dann die Anordnung nach Fig. 6 verwenden, in welcher dieselben Bezugszeichen die gleichen Teile bezeichnen wie in Fig. 4 und 5.

Der Haupthohlleiter GP gabelt sich in die beiden Zweige G^i₁ und G^₂, mit welchen die Magnetronröhren M₁ bzw. Ai₂ gekoppelt sind.

Ist Z_c der gemeinsame Wellenwiderstand der Hohlleiter GP, GA₁ und G-^₂, S₁ = 1Y₁ die Impedanz des Magnetrons M₁ und S₂ = 1Y₂ die Impedanz

von M₂, so besitzt der Zweig mit dem Hohlleiter G^i₁ und dem Magnetron M₁ eine Impedanz

Z₁ = ^iYi^Z° (χ)

Die Impedanz des Zweiges mit GA₂ und M₂ ist

~~ iY 4- Z '

Da die Hohlleiter G^₁ und G^₂ mit GP an ihren großen Seiten in Verbindung stehen (Reihenanschluß), muß, wenn der Hohlleiter GP auf seinen Wellenwiderstand Z_c gebracht werden soll, die folgende Bedingung erfüllt werden:

Z₁H-Z₂ = Z,. (3)

Aus den Gleichungen (i), (2) und (3) ergibt sich

Fig. 7 zeigt die Kurven der Werte ^von F₁ und Y₂ in Abhängigkeit von der den Magnetronröhren zugeführten Spannung V. Diese Verhältnisse werden hergestellt, indem man die Kopplungen zwischen den Magnetronröhren und den entsprechenden Hohlleitern in passender Weise einstellt, wobei diese Kopplungen, wie ersichtlich, bei den beiden Zweigen GA₁ und GA₂ verschieden sind.

Wie bei den oben beschriebenen Beispielen kann man mit Hilfe dieser Anordnung bei kleinen Änderungen von Y eine annähernd lineare Phasenmodulation in Abhängigkeit von der Amplitude der zugeführten Signale erzielen.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zur Regelung der Phase einer sich in einem Hohlleiter ausbreitenden Welle, bei welcher seitlich an diesen Hohlleiter ein mit einer Magnetronröhre gekoppelter Hohlleiterabschnitt angeschlossen ist und 'Einrichtungen vorgesehen sind, um der Magnetronröhre das magnetische Feld und die Steuerspannung zuzuführen, wobei diese Einrichtungen so eingestellt sind, daß die Magnetronröhre hinsichtlich der Selbsterregung im verriegelten Zustand ist, und eine einstellbare Spannungsquelle umfassen, welche Signale liefert, durch welche der Zustand der elektronischen Raumladung der Magnetronröhre geregelt und dadurch die in den Hohlleiter eingeführte Impedanz verändert werden kann, gekennzeichnet durch mehrere Hohlleiterabschnitte, welche im Nebenschluß an wenigstens eine Magnetronröhre gekoppelt und so angeordnet sind, daß der Modul des Reflexionskoeffizienten der ganzen Anordnung möglichst klein ist.
2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch zwei Hohlleiterabschnitte, die seitlich an den Haupthohlleiter angeschlossen sind, und durch zwei an je einen dieser Hohlleiterabschnitte angeschlossene Magnetronröhren, wobei die an diese Magnetronröhren angelegten Felder so geregelt sind, daß der Übertragungskoeffizient der ganzen Anordnung einen Modul, der möglichst angenähert die Einheit erreicht, und ein möglichst großes Argument besitzt, während der Reflexionskoeffizient der ganzen Anordnung annähernd Null ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei im Nebenschluß liegende Hohlleiterabschnitte und durch eine einzige mit diesen beiden Hohlleiterabschnitten symmetrisch gekoppelte Magnetronröhre.

Angezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 621 385.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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