DE947988C - Auskopplungstransformator fuer Magnetronsender - Google Patents

Description

Im Mikrowellengebiet erfordert die Übertragung der in einem Sender erzeugten Hochfrequenzenergie an eine Antenne im allgemeinen eine Transformation vom Innenwiderstand der Senderöhre auf den Wellenwiderstand der Antennenzuleitung und eine weitere Transformation vom genannten Wellenwiderstand auf den Strahlungswiderstand der Antenne. Besitzt die Senderöhre symmetrische Hochfrequenzauskopplungsmittel und ist die Zuleitung zur Antenne unsymmetrisch, beispielsweise ein Koaxialkabel, so ist überdies die Verwendung eines Symmetrie-Unsymmetrie-Transforrnators erforderlich.

Maßgebend für den anzuwendenden Grad der Hochfrequenzauskopplung ist nun meist nicht die größtmöglicheLeistungsabgabe der S ender öhre, sondern das Ausmaß der beim Anschluß einer bestimmten komplexen Last an den Sender auftretenden Veränderung der erzeugten Frequenz. Bekanntlich muß bei gegebenem Auskopplungsgrad die Genauigkeit der Anpassung bei einem Sender, der über eine lange Zuleitung mit der Antenne verbunden ist, größer sein als beim Anschluß der Antenne nahe dem Senderausgang (Long-line-Effekt). Es ergibt sich daraus, daß bei fester Auskopplung eine Röhre, welche mit kurzer Zuleitung richtig arbeitet, bei Verwendung langer Zuleitungen Anpaßgenauigkeiten verlangt, welche praktisch kaum zu realisieren sind, wenn die Frequenzänderungen in tragbaren Grenzen bleiben sollen. Anderseits ist eine

Röhre, welche mit loser Auskopplung an langer Zuleitung richtig arbeitet, bei Verwendung kurzer Zuleitungen leistungsmäßig schlecht ausgenützt.

Es ist bekannt, zur Verminderung des »Longline«-Effektes, der naturgemäß besonders störend bei Senderöhren auftritt, deren Auskopplungsmittel für feste Auskopplung dimensioniert sind, mindestens einen Teil der Zuleitung als Dämpfungskabel auszubilden. Der Nachteil einer derartigen ίο Anordnung, nämlich die zur Erzielung einer genügenden Wirkung beträchtliche Leistungseinbuße, ist evident. Es hat sich denn auch gezeigt, daß eine Verkleinerung des Auskopplungsgrades ein wesentlich wirksameres Mittel zur Verminderung des Long-line-Effektes darstellt. Die beabsichtigte Wirkung läßt sich auf diese Weise mit einer geringeren Leistungseinbuße erreichen. Anderseits kann auch bei gegebener Leistungseinbuße ein. geringerer Einfluß von Laständarungen auf die Sendefrequenz erhalten werden als bei Verwendung von Dämpfungskabeln. Bei einer Röhre mit unverstellbar eingebauten Auskopplungsmitteln muß die Veränderung des Auskopplungsgrades zwecks Einr stellung der optimalen Betriebsbedingungen naturgemäß durch außerhalb der Röhre befindliche Mittel ermöglicht werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Auskopplungstransformaitor, welcher ein veränderbares Übersetzungsverhältnis aufweist. Die Veränderung des Ubers'etzungsverhältnisses entspricht elektrisch der Veränderung des Auskopplungsgrades. Der durch die jeweilige Verwendungsart einer gegebenen Röhre geförderte Transformationsprozeß erfolgt also außerhalb der Röhre. Es wird damit die gegenseitige Abgleichung zwischen der Antennenrückwirkung auf den Sender einerseits und der an die Antenne abgegebenen Hochfrequenzleistung anderseits ermöglicht, so daß für jede Länge der Zuleitung und für jedes· Maß der Fehlanpassung optimale Betriebsverhältnisse eingestellt werden können.

Der erfindungsgemäße Auskopplungstransfoormator ist für den Anschluß einer unsymmetrischen, z. B. koaxialen, Leitung an eine Magnetronröhre mit symmetrischen Hochfrequenzauskopplungsmitteln vorgesehen, welch letztere für einen hohen Auskopplungsgrad dimensioniert und galvanisch mit dem Anodensystem verbunden sind. Bei der in bekannten Anordnungen üblichen galvanischen Verbindungen der Auskopplungsleitung mit dem Metallkörper des Auskopplungstransfarmators niuß daher die Röhre mit an Erde liegendem Anodensystem betrieben werden. Eine Modulation etwa mittels Impulsen kann also nur kathodenseitig erfolgen. Diese beispielsweise in der Radartechnik verbreitete Methode hat aber stets Impulsverzerrungen zur Folge, welche für die Verwendung eines so betriebenen Magnetronsenders in der Nachrichtentechnik nachteilig sind. Im erfindungsgemäßen Auskopplungstransformato>r ist dieser Nachteil vermieden.

Der erfindungsgemäße Transformator enthält einen an sich bekannten, sogenannten Symmetriertopf, d. h. einen .Symmetrie-Unsymmetrie-Transformator, und ein erstes zwischen dem symmefrischen Ausgang der Magnetronröhre und dem _> Symmetriertopf liegendes symmetrisches Transformationsstück von Xl4 Länge. Zwecks Veränderung des Übersetzungsverhältnisses ist der Wellenwiderstand dieses Transformationsstückes veränderbar. Dazu ist mindestens eine kreisförmige metallene Scheibe vorhanden, deren Durchmesser wenigstens angenähert' λ/4 beträgt. Diese Scheibe ist parallel zur Ebene des Transformationsstüclies isoliert angeordnet, derart, daß ihr Abstand von den Leitern des Transformationsstückes veränderbar ist. Der erfindungsgemäße Transformator enthält weiterhin ein zweites Transfo'rmationsstück, welches zwischen dem Symmetriertopf und der Magnetronröhre liegt und welches dadurch gebildet ist, daß in jedem Leiter eine koaxiale Trennstelle mit der Eigenschaft einer am Ende offenen Leitung mit der elektrischen Länge H4 vorhanden ist. Dieses zweite Transformationsstück ist im Hinblick auf Vergrößerung der Bandbreite dimensioniert. Der erfindungsgemäße Transformator enthält schließlich eine Speiseleitung zur Zuführung eines Moduliersignals an das Anodensystem der Magnetronröhre, welches galvanisch vom Körper des Transformators getrennt ist. Diese Speise- go leitung verläuft im Innern des einen Leiters eines symmetrischen Transfccrmationsstückes sowie des einen Innenleiters des Symmetriertopfes, wobei die eine Trennstelle gleichzeitig als Hochfrequenzsperre für die Speiseleitung dient.

Es ist an sich bekannt, den Wellenwiderstand einer symmetrischen Leitung durch eine Scheibe zu beeinflussen, deren Abstand von der Leitung veränderbar ist. In der bekannten Einrichtung soll zwecks Erzielung großer Bandbreite in einer Einrichtung zum Übergang von einer symmetrischen zu einer unsymmetrischen Leitung der Gang des BMndwiderstandes mit der Frequenz kompensiert werdbn. Dazu wird eine /l/4-Leitung, deren Wellenwiderstand veränderbar ist, als Zweipol an die 105 symmetrische Leitung angelegt. Die Veränderung des Wellenwiderstandes geschieht mittels verschiebbarer rechteckiger Platten, welche galvanisch mit dem Transformatorkörper verbunden sind. Gegenüber der bekannten Einrichtung hat die- erfindungsgemäße Verwendung einer isoliert angeordneten kreisförmigen Scheibe große konstruktive Vorteile. Die' Scheibe kann starr auf dem sie tragenden Gewindebolzen, befestigt sein und sich bei der Einstellung mit diesem drehen. Die isolierte Befestigung gestattet es, das Problem eines einwandfreien Kontaktes der beweglichen Scheibe mit dem Körper des Transformators unbeachtet zu lassen. Es ist weiterhin bekannt, ein Moduliersignal über eine Mehrzahl von Tiefpaßfiltern an die Magnetronröhre zu führen. Beim erfindungsgemäßen Transformator sind solche Filter dadurch vermieden, daß die dynamische Wirkung eines für die Transformation ohnehin vorhandenen /l/4-Stückes ausgenützt wird. Es dient nämlich die eine Trennstelle gleichzeitig der Transformation (im Hin-

blick auf eine Vergrößerung der Bandbreite) und als Sperre für die auf der Speiseleitung fließenden Hochfrequenzströme. Durch die Verknüpfung dieser beiden Funktionen wird ein Aufbau des Transformators möglich, dessen Einfachheit kaum zu überbieten ist.

Eine genügende Bandbreite des Auskopplungstransformators wird durch geeignete Dimensionierung der Traneformationsstücke und des Symmetriertopfes erzielt. Bekanntlich wächst die erzielbare Bandbreite mit der Anzahl der in der Schaltung enthaltenen Transformationsstücke. Mit besonderem Vorteil lassen sich im erfindungsgemäßen Auskopplungstransformator die zur galvanischen Trennung der Auskopplungsleitung von. der Metallmasse des Transformators vorgesehenen Mittel als ein weiteres Transformationsstück zur Erhöhung der Bandbreite benützen.
Die Fig. ι und 2 zeigen nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Auskopplungstransformators, wobei die Fig. 2 einen Schnitt in der in Fig. ι angedeuteten Ebene A-A darstellt.

Der erfindungsgemäße Auskopplungstransformator enthält den Symmetriertopf mit dem Gehäuse ι und den Innenleitern 2 und 3 sowie ein λ/4 langes symmetrisches Transformationsstück mit den Leitern 4 und 5 und eine weitere symmetrische Leitung mit den Leitern 6 und 7. Die Enden. 8 der letzteren sind zur Aufnahme der mit den Auskupplungsmittel der Magnetronröhre verbundenen Sockelstifte ausgebildet. Die unsymmetrische Zuleitung wird an der Stelle 22 des Symmetriertopfes angeschlossen. An den Stellen 9 sind die Leiter 6 und 7 von den Leitern 4 und 5 galvanisch, getrennt.

Jede Trennstelle wirkt als an einem Ende offene ,ϊ/4-Leitung. Die beiden Trennstellen können daher, wie oben erwähnt, als Transformationsstücke zur Erzielung größerer Bandbreiten des Auskopplungstransformators herangezogen werden. Dies geschient durch die Wahl eines geeigneten Wellenwiderstandes in an sich bekannter Art.

Die Veränderung des Wellenwiderstandes eines Transformationestückes zum Zwecke der Veränderung des Übersetzungsverhältnisses geschieht an dem dem Symmetriertopf zunächst liegenden Transformationsstück mit den Leitern 4 und 5. Die zur Veränderung dienenden Mittel enthalten eine kreisförmige metallene Scheibe 10 mit isolierender Zwischenlage 18, welche durch den Bolzen 11 getragen wird, der seinerseits mittels eines Gewindes 12 in der einen Wand des Strahlungsdichten Gehäuses 13 geführt wird und durch den Knopf 14 bewegt werden kann. Die Scheibe 10 läßt sich also gegenüber den Leitern 4 und 5 verschieben, wobei sie stets parallel zur Ebene bleibt, in welcher diese beiden Leiter liegen. Zweckmäßig erhalten diese Leiter zur Erhöhung der Wirkung einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Der Durchmesser der Scheibe soll wenigstens angenähert λ/4 betragen, so daß sie annähernd die ganze Länge des Transformationsstückes überdeckt.

Zur Vergrößerung des Verstellbereiches ist auf der anderen Seite des Transformationsstückes eine.

weitere genau gleiche Vorrichtung eingebaut, welche die Scheibe 15, die Zwischenlage 19, den Bolzen 16 und den Bedienungsknopf 17 umfaßt. Die beiden Vorrichtungen sind hinsichtlich, ihrer Einstellung gegenseitig unabhängig.

Grundsätzlich kann zum Zwecke der Veränderung des Übersetzungsverhältnisses des Auskopplungstransformatocs der Wellenwiderstand eines beliebigen der Transformationisstücke verändert werden. Die Anordnung der diesbezüglichen Vorrichtungen an dem. dem Symmetriertopf zunächst liegenden Stück bietet jedoch Vorteile in elektrischer und vor allem in konstruktiver Hinsicht.

Die erfindungsgemäß in den Auskopplungstransformator eingebaute Speiseleitung 20 zur Zuführung eines Moduliersignals an das Anodensystem der Magnetronröhre verläuft vom Anschluß 21 durch das Innere des Innenleiters 2 des Symmetriertopfes und durch das Innere des Leiters 4 des Transformationsstückes 4, 5. Die aus Isoliermaterial bestehenden Halterungen der Speiseleitung sind in den Figuren nicht dargestellt. Die Speiseleitung ist galvanisch mit dem Leiter 6 und damit über die Auskopplungsmittel mit dem Anodensystem der Magnetronröhre verbunden. Die Trennstellen 9 besitzen, wie schon erwähnt, eine elektrische Länge von 2/4. Daher stellen sie einerseits für die Hochfrequenzschwingungen einen Kurzschluß dar, anderseits ist ihre Kapazität so gering, daß sie die Applikation des Moduliersignals nicht stört. Zweckmäßig werden an den Trennstellen. 9 dünnwandige Rohre aus Keramik oder Quarz vorgesehen, welche infolge ihrer Dielektrizitätskonstante einen sehr kleinen Wellenwiderstand und eine kurze mechanische Länge das Transformationsstückes ergeben. Die Unterdrückung von auf der Speiseleitung nach außen fließender Hochfrequenzenergie erfolgt mit praktisch meist ausreichender Wirkung, wenn die Speiseleitung 20 zwischen dem Anschluß 21 und dem Leiter 6 möglichst dünn ist und eine Länge entsprechend einem ungeraden Vielfachen von λ/4 aufweist. Notwendigenfalls können Hochfrequenzsperren 23 vorgesehen werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Zum Anschluß einer unsymmetrischen Leitung an eine Magnetronröhre mit symmetrischem Ausgang dienender Auskopplungstransformator mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der folgenden Merkmale: Ein Symmetriertopf (1, 2, 3), ein erstes zwischen dem Symmetriertopf und der Magnetronröhre liegendes symmetrisches Transformationsstück (4, 5), welches zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses dient, indem sein Wellenwiderstand durch mindestens eine kreisförmige Scheibe (10) veränderbar ist, deren Durchmesser wenigstens angenähert Ώ4 beträgt und welche parallel zur Ebene des Transformationsstückes isoliert so angeordnet ist, daß ihr Abstand von den Leitern des Transformationsstückes veränderbar ist, ein zweites zwischen dem Symmetriertopf und der

   Magnetrotiröhre liegendes Transformationsstück, welches dadurch gebildet ist, daß in jedem Leiter eine koaxiale Trennstelle (9) mit der Eigenschaft einer am Ende offenen Leitung mit der elektrischen Länge A/4 vorhanden ist, wobei dieses zweite Transformationsstück im Hinblick auf Vergrößerung der Bandbreite dimensioniert ist, und eine im Innern des einen Leiters eines symmetrischen Transfo>rmations-Stückes sowie des einen. Innenleiters des Symmetriertopfes verlaufende Speiseleitung (20) für die Zuführung eines Moduliersignals an das galvanisch vom Körper des Auskopplungstrans foirmators getrennte Anodensystem der Magnetronröhre und daß die eine Trennstelle gleichzeitig als Hochfrequenzsperre für die Speiseleitung dient.
2. 2. Auskopplungstransformatocr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter des symmetrischen Transformationsstückes, dessen Wellenwiderstand veränderbair ist, rechteckigen Querschnitt besitzen.
3. 3. Auskopplungatransformatoir nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der Ebene des Transformationsstückes Mittel zur Veränderung des Wellen Widerstandes in symmetrischer Anordnung vorhanden sind.
4. 4. Au-skopplungstransformatoir nach An-'spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstelle durch dünnwandige Keramikrohre gebildet werden.
5. 5. Auskopplungstransformato>r nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstellen durch dünnwandige Quarzrohre gebildet werden.
6. 6. Auskopplungstransformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung Sperrglieder enthält, welche zusätzlich den Austritt von Hochfrequenzleistung aus dem Auskopplungstransfo'rmatO'r längs der Speiseleitung verhindern.
7. 7. Auskopplungstransformaitor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Speiseleitung mindestens annähernd ein ungeradzahliges Vielfaches von A/4 beträgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 738 664, 840406;

   britische Patentschriften Nr. 429 863, 562 674, 579665;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 109 843, 2 436 427, 2535062;

   französische Patentschriften Nr. 798 581,

   877613; .

   Ragan und Microware, Transmission Circuits, 1948, S.627;

   »Pfoc. of the I. R. Ε.«, 1947, S. 464, 465 und 1138;

   »Hochfrequenztechnik u. Elektroakustik«, Bd. 54, 1939, S. 176;

   »Telefunken-Zeitung«, 1951, S. 237 bis 250.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen