DE938619C - Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation von Mikrowellen unter Verwendung einer Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

• Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation von Mikrowellen unter Verwendung einer Wanderfeldröhre Die Verstärkung einer Wanderfeldröhre hängt einerseits von der Betriebsspannung und andererseits auch von der Strahlstromstärke in charakteristischer Weise ab. Aus diesem Grunde ist an sich eine Amplitudenmodulation des verstärkten Signals durch Modulation eines dieser beiden Parameter möglich. Da jedoch unter den bisher üblichen Bietriebsbedingungen die in Frage kommenden Kennlinien zu stark ,gekrümmt sind, lassen sich keine genügend hohen Modulationsgrade mit einem vertretbaren Klirrfaktor erzielen.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation von, Mikrowellen unter Verwendung einer Wanderfeldröhre, bei der dieser Nachteil vermieden wird. Erfindungsgemäß werden die mittlere Strahlspannung und die mittlere S.trahlstromstärke der Wanderfeldröhre derart gewählt, daß sie wenigstens annähernd einem Arbeitspunkt entsprechen, für welchen eine weitgehende Auslöschung des Signals am Ausgang der Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre eintritt. Es wird dabei von der an sich bekannten Eigenschaft der Wand@erfeldröhren ausgegangen, daß bei bestimmten Strahlstromstärken die Verstärkungskurve einer Wanderfeldwendelröhre in Abhängigkeit von der Wendelspannung mehrere, praktisch absolute Minima aufweist. Diese ausgeprägte Strom- und Spannungsabhängigkeit der Verstärkung in unmittelbarerNähe derDämpfungsmaxima, welche den Verstärkungsminima entsprechen, bei der die Spannungsverstärkung eine weitgehend lineare Funktion sowohl der Strahlspannung als auch des Stromes ist, ermöglicht eine ausgezeichnete klirrarme Modulation von Mikrowellen mit großer Bandbreite. Beispielsweise kann ohne Anwendung irgendwelcher Maßnahmen zur grundsätzlichen Linearisierung bei einem Mod'ulationsgrad von über 951/o, d. h. praktisch iooo/o, ein Klirrfaktor von i o/o und weniger erzielt werden.
• Wenn bei dem Verfahren nach der Erfindung Strahlspannung und -stromstärke wenigstens annähernd demjenigen Arbeitspunkt entsprechen, für welche die Auslöschung .des Signals bei der niedrigsten Strahlstromstärke eintritt (erstes Dämpfungsmaximum), dann ist gegenüber den üblichen Wanderfeldröhren nur ein äußerst geringer elektronenoptischer Aufwand notwendig.' Es können Röhren: angewandt werden, die nur etwa ein Drittel der Länge der normalen Wanderfeldröhre aufweisen, wenn man dem Verstärkungsmaß- C der Modulationswanderfeldröhre annähernd dieselbe Größe gibt wie bei einer -entsprechenden Wanderfeldverstärkerröhre unter sonst gleichen Bedingungen (gleiche Verzögerungsleitung, Wellenlänge, Strahlspannung und -stroms.tärke).
• Ein noch kleinerer elektronenoptischer Aufwand bzw. eine noch kürzere Röhre ist ausreichend, wenn man die Verzögerungsleitung der Modulationswanderfeldröhre mit einer konzentrierten oder verteilten Dämpfung versieht, in diesem Falle muß jedoch ein gewisser Verlust an Signalleistung in der Modulationsstufe in Kauf genommen werden.
• Ein verhältnismäßig großer Modulatsonsbereich läßt sich erzielen, wenn der durch Strahlspannung und Strahlstrom definierte mittlere Arbeitspunkt der Wanderfeldröhre zwischen demjenigen Arbeitspunkt, für welchen die Auslöschung .des Signals eintritt und' demjenigen, für welchen bei gleicher Stromstärke die größte Verstärkung des Signals eintritt, liegt.
• Es ist auch möglich, das Verfahren - nach der Erfindung in der Weise durchzuführen, d'aß. die Modulation ,des Signals durch eine Modulation des Strahlstrom-es bewirkt wird. Wird gleichzeitig die Elektronenkanone derart bemessen, daß -die Nichtlin:earität in derAbhängigkeit des Strahlstromes von der Spannung,der Modulationselektrodedio an sich geringe Nichtlinearität der Modulationskennlinie UHF = f (je) in dem in Betracht .kommenden Modulationsbereich weitgehend kompensiert, dann lassen sich die beiden Krümmungen aufheben,- so daß eine noch bessere,Linearität erzielt wird.
• Werden Strahlspannung und Strahlstromstärke der Wanderfeldröhre gleichzeitig, moduliert und Vorzeichen; und Betrag der Strommodulation und der Spannungsmodulation geeignet aufeinänder abgestimmt, so läßt sich die bei der Amplituden-Modulation gleichzeitig .entstehende unerwünschte Phasenmodulation des Signals stark verringern.
• Das Verfahren nach der Erfindung kann gegebenenfalls auch in .der Weise abgewandelt werden, daß die mittlere Strahlspannung und die mittlere Strahlstromstärke der Wanderleldröhre annähernd dem Arbeitspunkt für ein. Dämpfungsmaximum höherer Ordnung entsprechen.
• Die Ursache .der erfindungsgemäß für die Amplituden- bzw. Impulsmodulation ausgenutzten elektronischen Dämpfungen ist bekannt: Die elektronischen Dämpfungen bei Wanderfeldröhren kommen dadurch -zustande, daß die auf der Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre entlanglaufende Welle durch .die Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl in mehrere Komponenten mit verschiedenen Phasengeschwindigkeiten aufgespaltet sind, die am Ausgang miteinander interferieren und bei bestimmten Werten von Strahlspannung und -stromstärke sich gegenseitig völlig auslöschen. Da bei Wanderfeldröhren,die eine der an der Auslöschung wesentlich beteiligten Komponenten ungedämpft bzw. schwach gedämpft verläuft, kann eine Auslöschung nur bei verhältnismäßig kleinen Verstärkungen der zweiten verstärkten Komponente eintreten.
• Von dieser Einschränkung wird man jedoch frei, wenn man die Verhältnisse, die bei einer einzelnen Wanderfeldröhre zum Auftreten dier elektronischen Dämpfungsmaxima- führen, künstlich nachbildet. Das kann dadurch bewirkt werden, daß zwei oder mehr Wanderfeldröhron hochfrequenzmäßi@g parallel geschaltet werden, wodurch. das Hochfrequen_zsignal - der Anzahl der Röhren entsprechend -in zwei oder mehr verschiedene am Ausgang miteinander interferierende Komponenten aufgespalten wird. Die .durch Strahlspannung und Strahlstrom definierten Arbeitspunkte der Wanderfeldröhren können: dann leicht derart gewählt werden, daß eine partielle Auslöschung des Signals am Ausgang der Wanderfeldröhreneintritt. Eine Variation des Arbeitspunktes einer oder mehrerer dieser hochfrequenzmäßig parallel geschalteten Wanderfeldröhren führt dann zu einer verminderten bzw. verstärkten Auslöschung und im Grenzfall zu einer vollständigen Auslöschung, d. h. zu einer starken Modulation des Signals der Röhren.
• Blei geeigneter Wahl der Arbeitspunkte der Röhren ist der Klirrfaktor der Modulation sehr klein. Die Verwendung von zwei oder mehr Wanderfeld(röhren bringt im übrigen wegen der größeren Zahl der verfügbaren Betriebsparameter die Möglichkeit mit sich; die Linearität der Modulation weiter zu verbessern.
• Eine bessere Linearität bzw. größerer Modulationsbereich läßt sich bei dem Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erzielen, wenn der Strahlgleichspannung von zwei Wanderfeldröhren die Modulationsspannung vorzugsweise .gegenphasig überlagert wird derart, daß je nach dem Vorzeichen <ler Modulationsspannung die Auslöschung des Ausgangssignals vermindert bzw. verstärkt wird und im Grenzfall eine vollständige Auslöschung eintritt. Eine weitere Erhöhung des ausnutzbären Modulationsbereichs kann erreicht werden durch Vorsehen eines weiteren Weges für das Hochfrequenzsignal, und zwar parallel zu den beiden modulierten Wanderfeldröhren. Dieser weitere Weg kann vorzugsweise durch eine weitere Wanderfeldröhre gebildet werden, deren Ausgangssignal sich phasenrichtig ;zu dem resultierenden Ausgangssignal der beiden anderen Wanderfeldröhren addiert.
• Bei der hochfrequenzmäßigen Parallelschaltung der Wanderfeldröhre erweist es sich in der Regel als zweckmäßig, die Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhren zur Entkopplung von Röhrenausgang und Röhreneingang mit einer verteilten oder konzentrierten Dämpfung zu versehen und für weitere Entkopplung gegebenenfalls die Verzögerungsleitungen hochfrequenzmäßig an einer oder mehreren Stellen aufzutrennen. Eine derartige Dämpfung läßt sich besonders leicht bei Wanderfeldwendelröhren realisieren, weshalb Wendelröhren für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation von Mikrowellen unter Verwendung einer oder mehrerer Wanderfeldröhren, von denen mindestens bei einer Strahlspann:ung und/ oder Strahlstromstärke im Takt der Modulation variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß -die mittlere(n) Strahlspannung(en) und die mittleren) Strahlstromstärke(n) der Wanderfeldröhre(n) derart gewählt werden, daß sie wenigstens annähernd einem Arbeitspunkt entsprechen, für welchen eine partielle oder vollständige Auslöschung des Signals am Ausgang der Wanderfeldröhre(n) durch Interferenz eintritt.
2. 2. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendung einer Wanderfeldröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlspannung und -stromstärke wenigstens annähernd demjenigen Arbeitspunkt entsprechen, für welchen die Auslöschung des Signals bei der niedrigsten Strahlstromstärke eintritt (erstes Dämpfungsmaximum).
3. 3. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendhzng einer Wanderfeldröhre nach Anspruch i oder 2", dadurch gekennzeichnet, daß der durch Strählspannung und Strahlstrom definierte mittlere Arbeitspunkt der Wanderfeldröhre zwischen demj eisigen Arbeitspunkt, für welchen die Auslöschung des Signals eintritt, und demjenigen, für welchen die größte Verstärkung des Signals eintritt, liegt. q..
4. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendung einer Wan-derfeldröhre nach Anspruch r oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Signals durch eine Modulation des Strahlstromes bewirkt wird und daß die Elektronenkanone derart bemessen wird, daß die Nichtlinearität der Abhängigkeit des Strahlstromes von der Spannung der Modulationselektrode die Nichtlinearität der Modulationskennli,nie (UHP = f [jej) in dem in Betracht kommenden Modulationsbereich weitgehend kompensiert.
5. 5. Verfahren zur Amplituden, oder Impulsmodulation unter Verwendung einer Wanderfeldröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, @daß Strahlspannung und Strahlstromstärke der Wanderfeldröhre gleichzeitig moduliert werden und daß Vorzeichen und Betrag der Strommodulation und der Spannungsmodulation derart aufeinander abgestimmt werden, daß dadurch die bei der Amplitudenmodulation gleichzeitig entstehende unerwünschte Phasenmodulation des Signals stark verringert wird.
6. 6. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendung einer Wanderfel:dröhre nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strahlspannung und die mittlere Strahlstromstärke der Wanderfeldröhre annähernd dem Arbeitspunkt für ein Dämpfungsmaximum höherer Ordnung entsprechen.
7. 7. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendung einer Wanderfeldröhre nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaß (C) der Wanderfeldröhre von annähernd derselben Größe ist wie bei einer entsprechenden Wanderfeldverstärkerröhre unter sonst gleichen Bedingungen (gleiche Verzögerungsleitung,Wellenlänge, Strahlspanmung und -stromstärke). B.
8. Verfahren zur Amplituden- oder Impulsmodulation unter Verwendung von zwei oder mehr Wanderfeldröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren hochfrequenzmäßig derart parallel geschaltet und ihre mittleren Strahlspannungen und Ströme derart gewählt werden, daß eine partielle Auslöschung des Ausgangssignals eintritt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlgleichspannung von zwei Wanderfeldröhren die Modulationsspannung vorzugsweise gegenphasig überlagert wird derart, daß, je nach dem Vorzeichen der Modulationsspannung, die Auslöschung des Ausgangssignals vermindert bzw. verstärkt wird und im Grenzfall eine vollständige Auslöschung eintritt. io.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, @daß parallel zu den beiden modulierten Wanderfeldröhren ein weiterer Weg für das Hochfrequenzsignal vorgesehen wird, vorzugsweise in Gestalt einer weiteren Wanderfeldröhre, deren Ausgangssignal sich phasenrichtig zu dem resultierenden Ausgangssignal der beiden anderen Wanderfeldröhren addiert. i i.
11. Verfahren nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Strahlspannungen und die mittleeren Strahlströme der beiden modulierten Wanderfeldröhren derart gewählt werden, daß das resultierende Aüsgangssi@gnal dieser beiden Wanderfeldröhren im unmodulierten Zustand wenigstens nahezu O wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Wanderfeldröhren Wendelröhren sind.
13. 13. Verfahren nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitungen der verwendeten Wanderfeldröhren mit zusätzlichen konzentrierten oder verteilten Dämpfungen versehen sind.