DE944322C - Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Ultrakurzwellen mit einem Oszillator des Reflex-Klystrontyps - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. JUNI 1956

INTERNAT. KLASSE H 03C

N 95HVIIIaI 2i a*

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Ultrakurzwellen, inisbesondere von cm- und dm-Wellen, mit einem Oszillator des Reflex-Klystrontyps, wobei das Elektronenbündel nebeneinanderliegende, zur Richtung der Bündelachse senkrechte Teile eines Hohlraumresonators durchläuft und ein axial gerichtetes Magnetfeld zur Bündelkonzentration verwendet wird.

Zwecks Frequenzmodulation ultrakurzer Schwingungen ist es bekannt, den frequenzbestimmenden Hohlraumresonator auf verschiedene Art und Weise mechanisch zu verstimmen. So kann ein Teil der Wandung des Hohlraumresonators als Membran ausgebildet und diese dem Einfluß der Signalspannung ausgesetzt werden. Es ist ferner bekannt, im Resonator einen Kolben im Takte der Modulationsfrequenz .vibrieren zu lassen oder ein Teil aus Metall oder Isolierstoff im Resonator im Rhythmus der Modulatiorisfrequenz zu bewegen, wodurch die wirksame Kapazität des Resonators verändert wird. Ferner ist es zur Frequenzmodulation bekannt, einen in Abhängigkeit von der Signalspannung bewegten Kondensator auf eine Lecherleitung einwirken zu lassen.

Für bestimmte Zwecke, z. B. für Radar-Markiersender, ist es erwünscht, die mittels eines solchen Klystron-Oszillators erzeugten Schwingungen sehr stark in der Frequenz zu modulieren, z. B. von 9200 bis 9400 MHz. Dies läßt sich durch Anwen-

dung der üblichen elektrischen Modulations-verfahren praktisch nicht bewerkstelligen.

Die Erfindung bezweckt, besonders einfache Mittel zu schaffen, durch die ein solcher großer Frequenzhub bei Einrichtungen anfangs erwähnter Art erzielbar ist. \, .

Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck bei solchen Einrichtungen im Hohlraumresonator zwischen zwei seiner einander benachbarten Teilen ίο ein an eine Modulationsquelle anzuschließendes Metallband gespannt, das sich beim Anschluß an die Modulationsquelle unter der Wirkung des axial gerichteten Magnetfeldes in Schwingung versetzt und dann eine Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen durch Verstimmung des Hohlraumresonators hervorruft.

In der Einrichtung nach der Erfindung bildet das schwingende Metallband eine Kapazität zwischen den Lecherleitungen, deren. Lage sich in der Längsrichtung der Lecherleitung verschiebt. Durch diese Verschiebung kann ein sehr großer Frequenzhub erzielt werden bei ungefähr konstanter Kreisgüte, so daß eine nur sehr geringe Amplituden-■ modulierung der erzeugten Schwingungen auftritt. Wenn nur mit einer einzigen vorher bestimmten Frequenz zu modulieren ist, wird vorzugsweise die mechanische Resonanzfrequenz des Metallbandes gleich der Modulationsfrequenz gewählt. Die zur Modulation erforderliche Leistung ist dann äußerst gering.

An Hand der Fig. 1 bis 3, die eine Einrichtung mit einem Klystron-Oszillator gemäß der Erfindung im Längsschnitt, in einer Seitenansicht bzw. im Querschnitt zeigen, wird die Erfindung näher erläutert. Die in den Figuren dargestellte Einrichtung enthält ein Entladungsröhrensystem, das in einem zylindrischen Glasgefäß mit einem Boden 2 untergebracht ist. Das Röhrensystem enthält eine Kathode 3 zur Erzeugung eines Elektronenbündels, das nacheinander eine Intensitätssteuerelektrode 4 und einen Hohlraumresonator 5 passiert und darauf durch zwei Reflektorelektroden 6 und 7 reflektiert wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, haben die Intensitätssteuerelektrode 4 und die Reflektorelektrode 7 ein gegen- die Kathode 3 negatives Potential, das einer Vorspannungsbatterie 8 entnommen wird. Die Reflektorelektrode 6 ist durchlocht und hat z. B. das gleiche Potential wie die Kathode 3. Der Hohlraumresonator 5 ist über einen Haltestift 9 an eine Anodenspannungsquelle 10 angeschlossen.

Der Hohlraumresonator 5 ist seitwärts durch vier flache Metallwände 11, 12, 13 und 14 begrenzt, von denen die linke Wand 11 und die rechte Wand 13 zur Durchlassung des Elektronenbündels mit Bohrungen versehen sind. Der Hohlraumresonator ist unten durch eine flache Metallplatte 15 verschlossen und schließt sich oben an einen zylindrischen Hohlraumresonator 16 an. Der Resonator 5 und der Resonator 16 sind miteinander durch einen Kopplungsspalt 17 gekoppelt. Durch die obere Seite des Hohlraumresonators 16 ist eine Kopplungsschleife 18 hindurchgeführt, mittels der die Aus gangsschwingungen über die Ausgangsleitung 19 dem Röhrensystem entnommen werden können.

Im Hohlraumresonator S sind zwei parallele •bandförmige Leiter 20 und 21 zentral angeordnet, deren Länge etwa eine halbe Wellenlänge der zu ■erzeugenden Oszillatorschwingungen beträgt. Die Leiter 20 und 21 sind mit rohrförmigen Organen 22 und 23 versehen, welche das Elektronenbündel umfassen. Beim Durchlaufen des Hohlraumresonators S passiert das Elektronenbündel somit nacheinander die linke Wand 11, das -rohrförmige Organ 22 im Leiter 20, das rohrförmige Organ 23 im Leiter 21 und die rechte Wand 13 des Hohlraumresonators. Beim 'Auf treten elektrischer Schwingungen im Hohlraumresonator 5 erfährt das Elektronenbündel in den verschiedenen Spalten zwischen benachbarten Teilen 11, 22, 23 und 13 eine Geschwindigkeitsmodulation, die insbesondere durch die Reflexion des Elektronenbündels an den Renektorelektroden 6 und 7 in eine Intensitätsmodulation umgewandelt wird. Bei richtiger Wahl der angelegten Gleichspannungen erteilt das in der Intensität modulierte Elektronenbündel dem Hohlraumresonator 5 Wechselspannungsenergie, so ,daß Schwingungen erzeugt werden. Die Frequenz dieser Schwingungen wird im wesentlichen durch die Abstimmfrequenz der parallelen Leiter 20 und ■ 21 bedingt. Die auf diese Weise erzeugten Oszillatorschwingungen stoßen durch den Kopplungsspalt 17 den Hohlraumresonator 16 an und werden diesem durch die Kopplungsschleife 18 und die Leiter 19 entnommen.

Zur Konzentration des Elektronenbündels im beschriebenen Oszillatorsystem ist es üblich, ein axial gerichtetes Magnetfeld anzuwenden, das z. B. von einem außerhalb des Röhrengefäßes angeordneten Dauermagnetsystem N—Z stammt.

Einrichtungen· mit einem Renex-Klys'tronTOszillator der bisher geschilderten Art sind an sich bekannt und haben sich als besonders geeignet erwiesen, um cm- und dm-Wellen zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung sind Maßnahmen zur Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen auf mechanischem Wege getroffen. Dazu ist zwischen den nacheinander vom Elektronenbündel durchlaufenen parallelen Leitern 20 und, 21 ein Metallband 24 gespannt, das durch Aussparungen der Vorder- und Rückwand 14 bzw. 12 des Hohlraumresonators 5 nach außen¹ 'hervorragt und an den Enden von im Boden 2 vorgesehenen Haltestiften 25 und 26 abgestützt wird. Das Metallband 24 ist unmittelbar am Ende des Haltestiftes 25 und unter Zwischenschaltung einer Metallfeder 27 an dem Hältestift 26 befestigt, um eine geeignete mechanische Vorspannung des Bandes 24 zu erhalten. Durch die Hältestifte 25 und 26 ist das Band 24 an eine Modulationsspannungsquelle 28 angeschlossen. Wird das Band 24 durch einen von ■ der Modulationsspannungsquelle 28 stammenden Wechselstrom durchlaufen, so versetzt es sich unter der Wirkung des axial gerichteten Magnetfeldes N—Z in Schwingung, was in Fig. 2 durch Pfeile bei 29 angedeutet ist. Die Leiter 20 und 21

bilden im wesentlichen ein die Oszillatorfrequenz bestimmendes Lechersystem mit einer Länge von einer halben Wellenlänge. Das Band 24 ist senkrecht zur Längsrichtung des Lechersystems und bildet eine Kapazität, die zwischen einander gegenüberliegenden, gegenphasige Spannungen führenden Punkten des Lechersystems liegt. Beim Schwingen des Bandes verschiebt es sich nach Fig. ι in senkrechter Richtung, wodurch die Stelle der vorerwähnten Kapazität sich ändert, was eine Änderung der elektrischen Länge des Lechersystems 20,21 mit sich bringt. Bereits dadurch ändert sich die Abstimmfrequenz des Lechersystems. Außerdem ändert sich die wirksame Kapazität des Bandes 24 durch Änderung der Kapazität zwischen dem Band und den rohrförmigen Organen 22 und 23 und anderen Teilen des Hohlraumresonators 5. Somit bildet das Metallband 24 ein besonderes wirksames Mittel zur Ver-Stimmung des Hohlraumresonators 5, und nur geringe Schwingungsamplituden sind erforderlich, um eine wesentliche Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen hervorzurufen. Ein Bandhub von nur einigen Millimetern bei einer Oszil- latorfrequenz von etwa 9000 MHz genügt bereits, um eine Frequenzmodulation von einigen Prozenten der zentralen Frequenz zu erzielen.

Das Metallband 24 besteht vorzugsweise aus nicht magnetischem Material, z. B. Wolfram. Bei einer experimentell geprüften Ausführungsform ergab es sich, daß, nachdem die mechanische Resonanzfrequenz des Bandes der Modulationsfrequenz gleich gemacht war (z.B. 50 Hz), beim Vorhandensein eines Magnetfeldes mit einer Stärke von etwa 1800 Gauß eine Modulationsleistung von etwa V2 W genügte, um eine Schwingungsarnplitude von einigen Millimetern bei einer Bandlänge von etwa 5 cm und einer Bandbreite von etwa 2 mm zu erzielen.

Eine Vergrößerung des Frequenzhubs der Oszillatorschwingungen kann dadurch erreicht werden, daß das Band 24 an der Stelle der Leiter 20 und 21 mit aufwärts gebogenen Zungen 30 versehen wird, welche die wirksame Kapazität erhöhen. Es können auch außer dem Band 24 zwischen der linken Wand 11 und dem Leiter 20 einerseits und dem Leiter 21 und der rechten Wand 13 andererseits zusätzliche Metallbänder benutzt werden, die in Parallelschaltung, mit dem Metallband 24 durch die Modulationsquelle gespeist werden.

Bei Anwendung von Einrichtungen nach der Erfindung für Radar-Markiersender kann es gewünscht sein, eine Modulation in einem kennzeichnenden Rhythmus, z. B. in einem Punkt-Strich-Rhythmus! zu erzeugen. Bei der geschilderten Einrichtung kann dies dadurch erreicht werden, daß eine Hilfsmodulatiohsspannungsquelle, z. B. ein Hochfrequenzoszillator oder ein Multivibrator für Frequenzen von etwa 0,3 bis 1 MHz, in einer Speiseleitung einer der Röhrenelektroden angenommen wird.

Bei der geschilderten Einrichtung kann die Frequenzmodulation mittels des Bandes 24 eine gewisse Amplitudenmodulation zur Folge haben. Im allgemeinen wird diese gering sein und bei bestimmten Anwendungen also nicht stören. Ein Ausgleich unerwünschter Amplitudenmodulation kann gegebenenfalls auf einfache Weise durch Zufuhr der Frequenzmodulationsspannung mit geeigneter Amplitude und Phase z. B. an die Intensitätssteuerelektrode 4 oder den Resonator 5 durchgeführt werden.

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Erzeugung frequenzmodulierter Ultrakurzwellen, z. B. Zentimeterwellen, mit einem Oszillator des Reflex-Klystrontyps, wobei das Elektronenbündel aufeinanderfolgende, zur Richtung der Bündelachse senkrechte Teile eines Hohlraumresonators passiert und ein axial gerichtetes Magnetfeld zur Konzentration des Bündels verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraumresonator zwischen zwei der erwähnten benachbarten Teile ein an eine Modulationsquelle anzuschließendes Metallband gespannt ist, das beim Anschluß an die Modulationsquelle unter der Wirkung des axial gerichteten Magnetfeldes in Schwingung gerät und dann eine Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen durch Verstimmung des Hohlraumresonators hervorruft.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus nicht magnetischem Material, z. B. Wolfram, besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da>dureh gekennzeichnet, daß die mechanische Resonanzfrequenz des Metallbandes gleich der Modulationsfrequenz ist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten, von dem Elektronenbündel durchlaufenen Teile des Hohlraumresonators zwischen denen das Metallband gespannt ist, aus zwei zentral im Hohlraumresonator angeordneten, ein Lechersystem bildenden, parallelen, bandförmigen Leitern mit einer Länge einer halben Wellenlänge der Oszillatorschwingungen bestehen und das Metallband zur Längsrichtung dieses Lechersystems senkrecht ist.

•5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den das Lechersystem bildenden Leitern liegende Teil des Metallbandes zur Vergrößerung seiner wirksamen Kapazität mit aufwärts gebogenen Zungen versehen ist.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 804 445;
britische Patentschrift Nr. 660 191;
französische Patentschrift Nr. 866 127.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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