DE957673C

DE957673C - Transmit / receive switch for maximum frequencies

Info

Publication number: DE957673C
Application number: DENDAT957673D
Authority: DE
Inventors: Paris Alfred Lerbs
Original assignee: Compagnie Generale de TeIegraphie sans FiI, Paris
Publication date: 1957-01-17

Description

AUSGEGEBEN AM 7. FEBRUAR 1957ISSUED FEBRUARY 7, 1957

C 11619 Villa/21 α⁴ C 11619 Villa / 21 α ⁴

Alfred Lerbs, Paris ist als Erfinder genannt worden Alfred Lerbs, Paris has been named as the inventor

Bei Dupkxradargeräten, d. h. Radargeräten mit gemeinsamer Antenne für Sender und Empfänger, verwendet man gewöhnlich elektronische Schalter, die als Sende-Empfangs-Schalter bezeichnet wer-■den, um einerseits den Kanal "zwischen Antenne und Empfänger zu sperren, während der Sender in Betrieb ist, damit die vom letzteren. ausgestrählte Energie nur die Antenne erreicht und der Empfänger, davor geschützt ist, sowie andererseits um den Kanal zwischen Sender und Antenne zu sperren, -wenn der Sender außer Betrieb ist, damit die von der Antenne aufgenommene Energie in vollem Umfang dem Empfänger zugeführt wird.With Dupkx radar devices, i. H. Radars with common antenna for transmitter and receiver, usually electronic switches are used, which are referred to as transmit / receive switches, on the one hand, to switch the channel "between antenna and To lock the receiver while the transmitter is in operation, so that the latter. selected Energy only reaches the antenna and the receiver, is protected from this, and on the other hand to the channel between transmitter and antenna lock, -when the transmitter is out of order, so that the energy absorbed by the antenna in is fed to the recipient in full.

Bei bekannten Anordnungen ist der Schalter zur Sperrung des Empfängers gewöhnlich am Ende einer Stichleitung bestimmter Länge angebracht, welche den Empfänger mit der Leitung zwischen Sender und Antenne verbindet. Der Schalter zur Sperrung des Senders ist mit derselben Leitung durch eine zweite Stichleitung verbunden, die zwi- ao sehen dem Sender und der ersten Stichleitung angebracht und von der letzteren um eine Viertelwellenlänge entfernt ist.In known arrangements, the switch for locking the receiver is usually at the end a stub of a certain length attached, which connects the receiver with the line between Transmitter and antenna connects. The switch to block the transmitter is on the same line connected by a second stub line, which is attached between the transmitter and the first stub line and is distant from the latter by a quarter wavelength.

Bekannte Sende-Empfangs-Schalter sind folgendermaßen aufgebaut: Der Schalter besteht aus einem gasgefüllten Hohlraumresonator mit zwei einspringenden Elektroden, welche einen Spalt begrenzen. Einerseits bewirkt die Anlegung einer Spannung zwischen den Elektroden, die höher als das Ionisationspotential ist und vom Sender abge-Known transmit / receive switches are constructed as follows: The switch consists of a gas-filled cavity resonator with two reentering electrodes, which delimit a gap. On the one hand, the application of a voltage between the electrodes causes higher than is the ionization potential and is sent by the transmitter

leitet ist, die Entstehung einer Bogenentladung, wodurch der Widerstand des Spaltes sich dem Kurzschlußzustand nähert. Andererseits liefert die von der Antenne abgeleitete Energie eine Höchstfrequenzpotentialdifferenz, die geringer als die Ionisationsspannung des Gases ist und nicht ausreicht, um den Bogen zu zünden. Die Erfahrung zeigt, daß solche gasgefüllte Röhren kurzlebig sind und den Empfänger nicht genügend schützen, wennis conductive, the formation of an arc discharge, which increases the resistance of the gap Short-circuit condition is approaching. On the other hand, the energy derived from the antenna provides a maximum frequency potential difference, which is lower than the ionization voltage of the gas and is insufficient, to ignite the arc. Experience shows that such gas-filled tubes are short-lived and do not protect the recipient sufficiently, if

ίο man mit hohen Leistungen arbeitet.ίο you work with high performance.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen neuen Schalter für Duplexradargeräte im Impulsbetrieb, bei dem die erwähnten Nachteile vermieden sind. Der erfmdungsgemäße Schalter besteht aus einer Hochvakuumröhre mit einer glatten Anode und zwei hohlen Elektroden, die als Kathode geschaltet sind. Diese Kathoden-Elektroden sind koaxial zur Anode und durch einen Spalt getrennt. Mindestens eine der Hohlelektroden trägt eine elektronenemittierende Quelle.The present invention relates to a new switch for duplex radars in pulse mode, in which the disadvantages mentioned are avoided. The switch according to the invention consists of a high vacuum tube with a smooth anode and two hollow electrodes that are connected as a cathode are. These cathode electrodes are coaxial with the anode and separated by a gap. At least one of the hollow electrodes carries an electron-emitting source.

Ein gleichförmiges axiales Magnetfeld ist im Kolben vorgesehen, wobei seine Intensität so gewählt ist, daß die von der Kathode ausgesendeten .Elektronen nicht auf die glatte Elektrode auf treffen, wenn die letztere gegen die hohlen Elektroden positiv vorgespannt ist. Das Magnetfeld ist also größer als das kritische Magnetfeld, welches diese Bezeichnung trägt, weil' für kleinere Werte die Elektronen auf die positive Elektrode auftreffen, während für höhere Werte die Elektronen daran gehindert sind, die positive Elektrode zu erreichen. Die Anode ist normalerweise gegen die Kathoden negativ vorgespannt. Ein Gleichstromsteuerimpuls, der mit dem .Höchstfrequenzimpuls des Senders synchronisiert ist, wird zwischen den hohlen Elektroden einerseits und der glatten Elektrode andererseits angelegt und bringt die letztere auf ein positives Potential bezüglich der hohlen Elektroden.
Infolgedessen erzeugt die Kathode während der Impulse eine Elektronenwolke, die aber unter der vereinten Wirkung des elektrischen und des magnetischen Feldes die Anode nicht erreicht. Unter der Wirkung der vom Sender abgegebenen Höchstfrequenzsignale wird im Hohlraumresonator einA uniform axial magnetic field is provided in the piston, the intensity of which is selected so that the electrons emitted by the cathode do not hit the smooth electrode when the latter is positively biased against the hollow electrodes. The magnetic field is therefore greater than the critical magnetic field, which bears this designation, because 'for smaller values the electrons strike the positive electrode, while for higher values the electrons are prevented from reaching the positive electrode. The anode is normally negatively biased against the cathodes. A direct current control pulse, which is synchronized with the high frequency pulse of the transmitter, is applied between the hollow electrodes on the one hand and the smooth electrode on the other hand and brings the latter to a positive potential with respect to the hollow electrodes.
As a result, the cathode generates a cloud of electrons during the pulses, but this does not reach the anode under the combined effect of the electric and magnetic fields. Under the effect of the high frequency signals emitted by the transmitter, a

■45 Hochfrequenzfeld erzeugt, wodurch die Elektronen von den hohlen Elektroden abwechselnd angezogen und abgestoßen werden und hierdurch den Empfänger kurzschließen.■ 45 high frequency field is generated, whereby the electrons are alternately attracted by the hollow electrodes and are repelled and thereby short-circuit the receiver.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist ' Fig. ι ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende-Empfangs-Schalters, wobei schematisch die entsprechende Leitungsführung des Radargerätes angedeutet ist,Further details of the invention emerge from the following description of some exemplary embodiments on the basis of the drawing. Herein 'Fig. Ι is a longitudinal section through a first embodiment a transmit / receive switch according to the invention, with the corresponding schematically Line routing of the radar device is indicated,

Fig. 2 ein Querschnitt des Schalters längs der Linie H-II aus Fig. 1 undFig. 2 is a cross section of the switch along the line H-II from Fig. 1 and

Fig. 3 bis 9 sind Längsschnitte verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schalters. In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 besitzt der erfindungsgernäße Schalter einen rotationssymmetrischen vakuumdichten Kolben 10. Koaxial mit diesem Kolben ist innerhalb desselben eine Anode 11 angeordnet, die als glatter Stab gestaltet ist. Zwei identische hohle Elektroden 12 und 12' umgeben die Anode 11. Diese Elektroden 12 und 12' sind zylindrisch und koaxial zueinander. Die Anode 11 wird innerhalb dieser zylindrischen Elektroden durch isolierende Querstäbe 33 und 33' gehalten. Die Wände der Elektronen 12 und 12' sind an ihren freien Enden je zur Hälfte symmetrisch weggeschnitten, wobei die verbleibenden Teile 13 und 13' einander überlappen. Die Innenfläche wenigstens eines Segments 13 bzw. 13' ist ganz oder teilweise mit einem emittierenden Überzug 14 oder 14' überzogen, der durch Heizwicklungen 15 oder 15' geheizt wird. Isolierringe 19 und 19' begrenzen den Raum, in dem sich die von der Kathode emittierten Elektronen bewegen können. Die Heizanschlüsse 23 und 23' für die Heizwicklungen 15 bzw. 15' gehen durch die Polschuhe 18 bzw. i8' eines Magneten, durch die Wände 16 bzw. 16' und die hohlen Elektroden 12 bzw. 12' hindurch.3 to 9 are longitudinal sections of various embodiments of the switch according to the invention. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the switch according to the invention has a rotationally symmetrical one vacuum-tight piston 10. Coaxial with this piston is one within it Arranged anode 11, which is designed as a smooth rod. Two identical hollow electrodes 12 and 12 ' surround the anode 11. These electrodes 12 and 12 'are cylindrical and coaxial with one another. The anode 11 is cylindrical within this Electrodes held by insulating cross bars 33 and 33 '. The walls of electrons 12 and 12 ' are cut away symmetrically in half at their free ends, with the remaining Parts 13 and 13 'overlap each other. The inner surface at least one segment 13 or 13 'is wholly or partially with an emitting coating 14 or 14 'covered by heating windings 15 or 15 'is heated. Isolation rings 19 and 19 'delimit the space in which the electrons emitted from the cathode move can. The heating connections 23 and 23 'for the heating windings 15 and 15' go through the pole pieces 18 and 18 'of a magnet, through the walls 16 and 16' and the hollow electrodes 12, respectively or 12 'through.

Die Wände 16 und 16' eines Hohlraumresonators 17, der den Kolben 10 umgibt, sind mit den Stirnflächen des ersteren vakuumdicht verbunden und tragen die Elektroden 12 und 12'. Der Hohlraum ist, beispielsweise mittels einer Schleife 35 und einer Stichleitung 5, an eine Übertragungsleitung 3 angekoppelt, welche einen Sender 1 mit einer Antenne 4 verbindet. Ferner ist der Hohlraum über eine Schleife 35' mit dem Empfänger 7 verbunden. Die Polschuhe 18 und 18' erzeugen ein axialgerichtetes Magnetfeld innerhalb des Kolbens 10.The walls 16 and 16 'of a cavity resonator 17, which surrounds the piston 10, are with the end faces of the former connected in a vacuum-tight manner and carry the electrodes 12 and 12 '. The cavity is, for example by means of a loop 35 and a stub 5, to a transmission line 3 coupled, which has a transmitter 1 with an antenna 4 connects. Furthermore, the cavity is connected to the receiver 7 via a loop 35 ′. The pole pieces 18 and 18 'produce an axially directed Magnetic field inside the piston 10.

Die Anoden wird von einer Gleichstromquelle 20 über die Leitung 24 negativ gegen den Hohlraumresonator 17 und die Anoden 14 und 14', welche geerdet sind, vorgespannt. Der Impulserzeuger des Radargerätes, beispielsweise ein Modulator 2, ist mittels einer Leitung und eines Übertragers 22 so angeschlossen, daß er die Anode 11 während jedes Impulses positiv vorspannt. Eine Kapazität 21 überbrückt die Spannungsquelle 20.The anode is negative towards the cavity resonator from a direct current source 20 via line 24 17 and the anodes 14 and 14 'which are grounded are biased. The impulse generator of the radar device, for example a modulator 2, is by means of a line and a transmitter 22 connected so that it biases the anode 11 positively during each pulse. One Capacitance 21 bridges voltage source 20.

Der erfindungsgemäße Schalter arbeitet folgendermaßen :The switch according to the invention works as follows:

Der Modulator 2 erzeugt Gleichstromimpulse, die den Sender 1 modulieren und gleichzeitig über den Übertrager 22 auf die Anode 11 gelangen. Die letztere wird somit während der Dauer jedes Impulses auf ein positives Potential angehoben, so daß die Kathoden 14 und 14' emittieren können. Das Magnetfeld ist höher als das kritische Magnetfeld gewählt, d. h. die von den Kathoden 14 und 14' emittierten Elektronen erreichen die Anode 11 niemals und fallem auf die Segmente 13 und 13' zurück.The modulator 2 generates direct current pulses that modulate the transmitter 1 and at the same time via the transformer 22 reach the anode 11. The latter is thus during the duration of each pulse raised to a positive potential so that the cathodes 14 and 14 'can emit. That The magnetic field is chosen to be higher than the critical magnetic field, i.e. H. those of cathodes 14 and 14 ' emitted electrons never reach the anode 11 and fall back on segments 13 and 13 '.

Vorzugsweise sind die Segmente i3;--und 13' mit einer Oberfläche mit hohem Sekundäremissionsfaktor versehen. Wenn die Amplitude des Gleich-Stromsteuerimpulses genügend hoch ist, können die so beschossenen Oberflächen Sekundärelektronen emittieren, was die Anzähl der im Raum zwischen der Anode 11, den Segmenten 13 und 13' und den Ringen 19 und 19' zirkulierenden Elektronen erhöht. Gleichzeitig erzeugt das vom Sender 1 an-The segments i3; - and 13 'are preferably with a surface with a high secondary emission factor. When the amplitude of the DC current control pulse is sufficiently high, the surfaces bombarded in this way can emit secondary electrons, which increases the number of in the space between the anode 11, the segments 13 and 13 'and the Rings 19 and 19 'circulating electrons increased. At the same time, the generated by transmitter 1

kommende Signal ein Hochfrequenzfeld innerhalb des Hohlraumresonators 17. Die von den Elektronenquellen 14 und 14' emittierten Elektronen werden durch die Elektrode 12 und die Elektrode 12' abwechselnd angezogen. Auf diese Weise wird in dem Spalt 28 zwischen den beiden Elektroden ein starker Hochfrequenzstrom erzeugt, welcher den Hohlraum kurzschließt. Unter diesen Umständen besitzt der Schalter, von der Eingangsschleife 35 aus gesehen, den Scheinwiderstand Null während der Zeitintervalle, in denen der Sender in Betrieb ist, der Empfänger ist also kurzgeschlossen. Während der Zeitintervalle, in denen der Sender außer Betrieb ist, verschwindet der Kurzschluß, und der Hohlraum erscheint von der Schleife 35 aus unter einem unendlich großen Widerstand. Da der Hohlraum zum Empfänger parallel liegt, empfängt der letztere Energie von der Antenne.incoming signal a high frequency field within the cavity resonator 17. The electrons emitted by the electron sources 14 and 14 'are alternately attracted by the electrode 12 and the electrode 12'. In this way, a strong high-frequency current is generated in the gap 28 between the two electrodes, which short-circuits the cavity. Under these circumstances, the switch, as seen from the input loop 35, has an impedance of zero during the time intervals in which the transmitter is in operation, that is to say the receiver is short-circuited. During the time intervals in which the transmitter is inoperative, the short circuit disappears and the cavity appears from the loop 35 under an infinitely large resistance. Since the cavity is parallel to the receiver, the latter receives energy from the antenna.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform erweitert sich die Innenwand¹ der Teile 12 und 12' bei 26 bzw. 26' zum freien Ende hin konisch, und die Kathoden 14 und 14' werden von diesen sich erweiternden Teilen getragen. Die so erzeugten elektrischen Felder 25 und 25' haben eine Axialkomponente, die gegen die Symmetrieebene A-A' des Systems gerichtet ist. Die von den Kathoden 14 und 14' emittierten Elektronen werden infolgedessen in der Nachbarschaft dieser Symmetrieebene, d. h. im Raum zwischen den Elektroden, kon- zentriert, wodurch der Wirkungsgrad der Anordnung gesteigert wird. Anstatt sich nur in einem Teil ihrer Innenwand zu erweitern, kann die hohle Elektrode auch mit einer auf der ganzen Länge zwischen der Wand 16 bzw. 16' und dem Teil 13 bzw. 13' konisch verlaufenden Innenwand versehen sein, wie in Fig. 4 dargestellt.In the embodiment shown in FIG. 3, the inner wall ^{1 of} the parts 12 and 12 ' widens conically at 26 and 26', respectively, towards the free end, and the cathodes 14 and 14 'are carried by these widening parts. The electric fields 25 and 25 'generated in this way have an axial component which is directed against the plane of symmetry A-A' of the system. The electrons emitted by the cathodes 14 and 14 'are consequently concentrated in the vicinity of this plane of symmetry, ie in the space between the electrodes, as a result of which the efficiency of the arrangement is increased. Instead of only expanding in part of its inner wall, the hollow electrode can also be provided with an inner wall running conically over its entire length between the wall 16 or 16 'and the part 13 or 13', as shown in FIG .

Fig. 5 und 6 zeigen Abänderungen, die Fig. 3 bzw. 4 entsprechen, abgesehen davon, daß die hohlen Elektroden keine weggeschnittenen Teile aufweisen, d. h., daß die Segmente 13 und 13' weggelassen sind.FIGS. 5 and 6 show modifications which correspond to FIGS. 3 and 4, respectively, except that the hollow electrodes have no cut-away parts, d. that is, segments 13 and 13 'are omitted are.

Fig. 7 ist ähnlich Fig. 6, wobei jedoch die Innenfläche der Elektroden T2 zylindrisch ist, während die äußere Fläche konisch zuläuft. Die Anoden hat die Gestalt eines Doppelkegels, dessen gemeinsame Grundfläche in der SymmetrieebeneA-A' Hegt.Fig. 7 is similar to Fig. 6, but with the inner surface of the electrodes T2 being cylindrical while the outer surface is tapered. The anode has the shape of a double cone, the common base of which lies in the plane of symmetry A-A '.

Die beschriebenen Schalter können zur Sperrung des Empfängers oder des Senders verwendet werden. Im letzteren Fall ist der Schalter in der in Fig. ι dargestellten Weise angeschlossen.The switches described can be used to block the receiver or the transmitter. In the latter case, the switch is connected in the manner shown in Fig. Ι.

Die Röhre nach Fig. 8 ist insbesondere als Schalter zur Sperrung des Senders gedacht und kann in eine Koaxialleitung, z. B. die Koaxialleitung 8, unmittelbar eingebaut werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Kathoden 14 nur von der Elektrode 12 getragen. Die Elektrode 12' ist unmittelbar mit dem Innenleiter 29 der Koaxialleitung 8 verbunden, wobei der Außenleiter am Ende durch die Platte 36 vakuumdicht abgeschlossen ist und eine Resonanzleitung bildet. Das Magnetfeld wird in diesem Fall durch einen Elektromagnet 30 erzeugt.The tube according to FIG. 8 is intended in particular as a switch for blocking the transmitter and can be in a coaxial line, e.g. B. the coaxial line 8, can be installed directly. At this In the embodiment, the cathodes 14 are only carried by the electrode 12. The electrode 12 'is directly connected to the inner conductor 29 of the coaxial line 8, the outer conductor on the End is closed vacuum-tight by the plate 36 and forms a resonance line. That In this case, the magnetic field is generated by an electromagnet 30.

Wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform wird die mit der Röhre verbundene Resonanz- stichleitung während der Dauer der Senderimpulse kurzgeschlossen. Die von der Kathode 14 ausgesandten Elektronen treffen auf die Fläche 27' der Elektrode 12' auf und erzeugen eine Sekundäremission. Die Sekundärelektronen fallen zurück auf die Oberfläche 27 der Elektrode 12, so daß die Erscheinung stets wiederholt wird. Der Hohlraumresonator ist dann durch die Wand 36 kurzgeschlossen, wobei die Länge der Leitung 8 so gewählt ist, daß sie von der Leitung 3 aus eine unendlich große Impedanz aufweist.As in the case of the embodiment described above, the resonance associated with the tube is stub short-circuited for the duration of the transmitter pulses. The emitted from the cathode 14 Electrons strike the surface 27 'of the electrode 12' and generate a secondary emission. The secondary electrons fall back onto the surface 27 of the electrode 12, so that the appearance is always repeated. The cavity resonator is then short-circuited by the wall 36, the length of the line 8 being selected in this way is that it has an infinitely large impedance from line 3.

Umgekehrt besitzt der Hohlraum zwischen den Impulsen einen unendlich hohen Scheinwiderstand, und die vom Anschlußpunkt der Leitung 8 an die Leitung 3 aus gesehene Impedanz verschwindet. Der Sender 1 ist dann kurzgeschlossen.Conversely, the cavity between the pulses has an infinitely high impedance, and the impedance seen from the connection point of the line 8 to the line 3 disappears. The transmitter 1 is then short-circuited.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier wird die Anode von einem Zylinder 31 gebildet, der an einer Scheibe 32 befestigt ist, die mit der Wand 10 der Röhre vakuumdicht verbunden ist. Bezüglich der Gestalt und der Anordnung der Elektroden 12, 13 und 14 können ähnliche Abänderungen vorgenommen werden wie in Fig. ι bis 8. Die Scheibe 32 kann natürlich auch durch eine Anzahl radialer Stäbe ersetzt- werden, die in der Röhrenwand befestigt sind.Fig. 9 shows a further embodiment of the invention. Here the anode is from a cylinder 31, which is attached to a disc 32 which is vacuum-tight with the wall 10 of the tube connected is. With regard to the shape and the arrangement of the electrodes 12, 13 and 14, similar ones can be used Changes are made as in Fig. 1 to 8. The disk 32 can of course also be replaced by a number of radial rods fixed in the tube wall.

Die beschriebene erfindungsgemäße Röhre besitzt keine von der Ionisierung herrührende Trägheit im Gegensatz zu den bekannten Röhren und weist eine längere Lebensdauer auf.The inventive tube described has no inertia resulting from ionization in contrast to the known tubes and has a longer service life.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Ultra-high frequency switch, especially for blocking the receiver or transmitter of radar equipment, characterized by a high vacuum tube with an elongated smooth anode (11), two aligned hollow electrodes (12, 12 ') which are separated by a gap and coaxial with the 1.05 Anode are arranged, with the surface of one or both electrodes facing the anode carrying an emitting cathode (14, 14 '), the hollow electrodes being kept at a positive DC voltage n ₀ with respect to the anode, while positive pulses are supplied to the anode which make its voltage temporarily positive with respect to the hollow electrode, wherein a uniform axialgerichtetes magnetic field is maintained in the space between the anode and the hollow u ₅ electrodes which Bindert the beams emitted from the cathode from reaching the anode, while the to be switched HOC ' Hst frequency energy is applied to the gap (28).

2. Maximum frequency switch according to claim 1, characterized in that the hollow electrodes are the re-entrant part of a cavity ■ space resonator form, to which the energy to be switched is supplied.

3 · Switch according to claim 2, characterized in that that the 'hollow electrodes enclose the anode.

4. Switch according to claim 3, characterized in that the hollow electrodes at their free end each have a cut-away part, with the remaining segments of the two electrodes are symmetrical to each other and overlap each other.

5. ' Switch according to Claim 3, characterized in that the inner surface of the hollow electrodes widens at least partially in the direction of the gap.

6. Switch according to claim 5, characterized in that the emitting cathode part on 15 one or both of the expanding parts is attached.

7. Switch according to claim 3, characterized in that the anode has the shape of a symmetrical Has double cone.

8. Radar device with a switch nadh claim i, characterized in that the Hollow electrodes in the course of the inner conductor of a coaxial short-circuited at the end The stub line is connected to the line between the transmitter and the antenna.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings