DE964957C

DE964957C - Ultra-short wave amplitude modulation device

Info

Publication number: DE964957C
Application number: DEN5310A
Authority: DE
Inventors: Kornelis Swier Knol; Gerrit De Vries
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-04-06
Filing date: 1952-04-02
Publication date: 1957-05-29
Also published as: NL85466C; BE510441A; FR1053426A; GB708580A; CH298708A; US2775739A; NL160351B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur praktisch reflexionsfreien Absorptions-Amplitudenmodulation von Ultrakurzwellen in einem Wellenhohlleiter, bei der die Modulation also· außerhalb des eigentlichen Generators durchgeführt wird. Dabei soll sich eine wirksame Amplitudenmodulation ergeben, ohne daß die Belastung des Generators in einem solchen Maße geändert wird, daß außer der Amplitudenmodulation auch Frequenzmodulatioft eintritt.The invention relates to a device for practically reflection-free absorption amplitude modulation of ultra-short waves in a waveguide, in which the modulation is is carried out outside the actual generator. It should be an effective amplitude modulation without changing the load on the generator to such an extent that that in addition to amplitude modulation, frequency modulation also occurs.

Es ist bekannt, zum Modulieren eines scharf gerichteten Bündels elektromagnetischer Wellen in der Wellenbahn zwischen dem Sender und dem Empfänger einen Schirm aus Gasentladungsröhren anzuordnen, dessen Ionisationszustand in Abhängigkeit von der Modulationsspannung geändert wird. Nur der durch den Schirm hindurchgehende Teil der Strahlung wird dabei moduliert. Die vom Schirm nicht durchgelassene Energie wird teilweise im Schirm absorbiert und im übrigen in Richtung des Senders reflektiert. Diese letztere Energiemenge bewirkt eine Änderung der Belastung des Senders. Es wurde daher weiter vorgeschlagen, den Schirm unter einem Winkel zu der Bündelachse anzuordnen, der etwas geringer als 90⁰ ist, so daß die reflektierte Energie den Sender nicht mehr erreichen kann. Bei dieser Einrichtung ergibt sich nur dann eine wirksame Modulation, wenn einIt is known to modulate a sharply directed bundle of electromagnetic waves in the wave path between the transmitter and the receiver to arrange a screen made of gas discharge tubes, the ionization state of which is changed as a function of the modulation voltage. Only that part of the radiation that passes through the screen is modulated. The energy not let through by the screen is partially absorbed in the screen and otherwise reflected in the direction of the transmitter. This latter amount of energy causes a change in the load on the transmitter. Therefore, it was further proposed to arrange the screen at an angle to the beam axis which is slightly less than 90 ^0, so that the reflected energy can no longer reach the transmitter. With this device there is only an effective modulation if a

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Schirm mit einer großen Oberfläche und somit einer großen Anzahl von Entladungsröhren verwendet wird.Screen with a large surface area and thus a large number of discharge tubes are used will.

Es ist weiter bekannt, bei Ultrakurzwellensendern, deren Energie durch einen Wellenhohlleiter der Antenne zugeführt wird, eine Modulation der durch die Antenne ausgasandten Schwingungen dadurch bewerkstelligen, daß im Hohlleiter eine Glimmentladungsröhre angebracht wird, deren ίο Ionisationszustand der Einwirkung der Modurlationsspannung ausgesetzt ist. Die im Hohlleiter vorhandenen Elektroden der Röhren müssen dabei derart angebracht sedn, daß die stabförmigen, leitenden. Teile der Elektroden senkrecht zu den elektrischen Feldlinien im Hohlleiter stehen, wie sie beim Fehlen dieser leitenden Teile verlaufen wurden, so daß der Feldverlauf möglichst wenig gestört wird. Es ist jedoch im allgemeinen schwierig, einen Hohlleiter durch eine Wand aus einem energieabsorbierenden Material derart zu verschließen, daß störende Reflexionen: vermieden werden. Die Wahl der spezifischen Leitfähigkeit des Materials der Wand ist dabei besonders kritisch, wenigstens wenn die Wand senkrecht oder nahezu senkrecht zu der Achse des Hohlleiters steht. Bei den zuletzt genannten Einrichtungen wird also auch ein großer Teil der Energie des Generators reflektiert, so daß die Amplitudenmodulation von einer starken Frequenzmodulation begleitet ist.It is also known to modulate the vibrations emitted by the antenna in ultrashort wave transmitters, the energy of which is supplied to the antenna through a waveguide, by attaching a glow discharge tube in the waveguide, the ionization state of which is exposed to the effect of the modulation voltage. The electrodes of the tubes in the waveguide must be attached in such a way that the rod-shaped, conductive ones. Parts of the electrodes are perpendicular to the electrical field lines in the waveguide, as they would run in the absence of these conductive parts, so that the course of the field is disturbed as little as possible. However, it is generally difficult to close a waveguide by a wall made of an energy-absorbing material in such a way that disruptive reflections are avoided. The choice of the specific conductivity of the material of the wall is particularly critical, at least when the wall is perpendicular or almost perpendicular to the axis of the waveguide. With the devices mentioned last, a large part of the energy of the generator is also reflected, so that the amplitude modulation is accompanied by a strong frequency modulation.

Um dies zu vermeiden, hat man zusätzliche-Mittel angewandt, um die reflektierten Wellen vom Generator fernzuhalten; das bedeutet jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand und ist vorzugsweise: bei konstanter Frequenz möglich, während bei der Übertragung und Modulation von Schwingungen, deren Frequenz verändert werden kann, zusätzliche Schwierigkeiten auftreten.In order to avoid this, one has additional funds applied to keep the reflected waves away from the generator; however, that means one considerable additional effort and is preferably: possible while at constant frequency in the transmission and modulation of vibrations, the frequency of which is changed additional difficulties may arise.

Ein reflexionsfreier Abschluß eines Hohlleiters ist bekanntlich auf einfache Weise möglich, wenn an Stelle einer zur Hohlleiterachse senkrechten Wand ein keilförmiges Element aus halbleitendem Material angebracht wird, dessen Spitze nach der Seite des Hohlleiters gerichtet ist, von der die Wellen kommen. Wenn nur der Scheitelwinkel des Keiles hinreichend klein ist, ist die Wahl der Leitfähigkeit des Kailmaterials nicht mehr sehr kritisch. Durch ein solches keilförmiges Abschlußelement werden die auffallenden Wellen praktisch vollständig absorbiert.A reflection-free termination of a waveguide is known to be possible in a simple manner if Instead of a wall perpendicular to the waveguide axis, a wedge-shaped element made of semiconducting Material is attached, the tip of which is directed towards the side of the waveguide from which the Waves are coming. If only the apex angle of the wedge is sufficiently small, the choice is the conductivity of the quay material is no longer very critical. By such a wedge-shaped closing element the incident waves are practically completely absorbed.

Es ist schon eine Vorrichtung zur Modulation von Wellen in einem Hohlleiter bekannt, bai der an einer im Querschnitt verjüngten Stelle eines rechteckigen Hohlleiters senkrecht zur Breitseite in einer Hälfte des Querschnittes drahtförmige elektrische Leiter in einer gegenüber der Hohlleiterachse geneigten Ebene ausgespannt 'sind;, die über die Begrenzung des Hohlleiters hinaus nach außen in als Kopplungselemente dienende röhrenförmige Ansätze fortgeführt und· dort mit in Abhängigkeit von der Modulation gesteuerten Impedanzelementen (Gleichrichtern) verbunden sind. Dabei wird also die Wellenenergie erst seitlich abgeleitet und dann in den Impedanzelementen absorbiert, die daher genau justiert sein müssen. Eine solche Anordnung erfordert einen erheblichen Aufwand und. eine genaue Justierung. Trotzdem ist diese bekannte Anordnung merklich frequenzabhängig, bedingt durch die geometrischen Abmessungen der Drähte und der Abstände der Impedanzelemente voneinander, so daß ausdrücklich vorgeschriebene Be"-messungsVorschriften eingehalten werden sollen; bei Abweichungen von der Sollfrequenz treten doch wieder merkliche Reflexionen auf.There is already a device for modulating waves in a waveguide known, bai the on a tapered cross-section point of a rectangular waveguide perpendicular to the broad side in a Half of the cross section of wire-shaped electrical conductors are stretched out in a plane inclined with respect to the waveguide axis; of the waveguide outwards into tubular extensions serving as coupling elements continued and there with impedance elements controlled as a function of the modulation (Rectifiers) are connected. So the wave energy is first diverted laterally and then absorbed in the impedance elements, which must therefore be precisely adjusted. Such an arrangement requires considerable effort and. an exact adjustment. Even so, this one is well known Arrangement noticeably frequency-dependent, due to the geometrical dimensions of the wires and the spacing of the impedance elements from one another, so that expressly prescribed dimensioning regulations should be adhered to; if there are deviations from the target frequency, they do occur noticeable reflections again.

Man erhält eine Vorrichtung zur praktisch reflexionsfreiienAbsoirptions-Amplitudenmodulation von Ultrakurzwellen mit Hilfe eines in einem Wellenhohlleiter wirksamen, gesteuerten Elementes, welche Vorrichtung sich durch eine überraschende Einfachheit der Konstruktion und durch praktisch völlige Frequenzunabhängigkeit auszeichnet, wenn gemäß der Erfindung im Wellenleiter wenigstens eine Gasentladungsröhre, deren Ionisationszustand in Abhängigkeit von der Modulation gesteuert wird und deren Elektroden sich außerhalb des Hohlleiters befinden, so angeordnet ist, daß ihre Achse mit der Achse des Wellenleiters einen Winkel von, maximal 30⁰ einschließt.A device is obtained for the practically reflection-free absorption amplitude modulation of ultrashort waves with the aid of a controlled element which is effective in a waveguide, which device is characterized by a surprising simplicity of construction and practically complete frequency independence if, according to the invention, at least one gas discharge tube in the waveguide, its ionization state is disposed is controlled in dependency of the modulation and its electrodes are located outside the waveguide, so that its axis coincides with the axis of the waveguide includes an angle of maximum 30 ^0th

Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn eine einzige Gasentladungsröhre mit verhältnismäßig geringem Querschnitt etwa in der Mittelebene des Hohlleiters angebracht ist. Hat der Hohlleiter einen rechteckigen Querschnitt, so· soll dabei die Achse(n) der Entladungsröhren) gegenüber der Breitseite geneigt sein, jedoch zur Schmalseite parallel liegen.A particularly simple arrangement is obtained when a single gas discharge tube with relatively small cross-section is attached approximately in the center plane of the waveguide. Does the Waveguide has a rectangular cross-section, so the axis (s) of the discharge tubes should be opposite the broad side be inclined, but lie parallel to the narrow side.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und in Fig. 2 im Schnitt und zusammen mit der Modulationsschaltung dargestellt ist.The invention is described below using an exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail that in Fig. 1 in a perspective view and in Fig. 2 in section and together is shown with the modulation circuit.

In Fig. ι bezeichnet 1 einen Ultrakurzwellengenerator, der an einem Hohlwellenleiter 2 mit rechtwinkligem Querschnitt angeschlossen ist, in dem z. B. Wellen der H₀-Art auftreten:. Die elektrisehen Feldlinien stehen senkrecht zu der oberen und unteren Fläche. Das rechte Ende dieses Hohlwellenleiter s kann an ein Verbrauchergerät, z. B. eine Antenne, angeschlossen werden. Der Hohlleiter kann z. B. in eine hornförmige Antenne übergehen. Zum Bewerkstelligen einer Modulation, der durch den Hohlleiter nach der Antenne übertragenen Energie ist eine Gasentladungsröhre· 3 langgestreckter Form mit Elektroden 4 und 5 vorhanden, deren Achse einen Winkel_von maximal 30⁰ mit dervAchse des Hohlleiters einschließt. Die ionisierte Gasatmosphäre übt eine dämpfende Wirkung auf das Feld aus, dessen elektrische Kraftlinien senkrecht zu dier oberen und unteren Wand (Breitseite) des Hohlleiters 2 stehen. Indem der Ionisationszustand der Gasatmosphere in der Röhre 3 in Abhängigkeit von einer Modulationsspannung geändert wird!, wird die am rechten Ende austretende Eneirgie in Abhängigkeit von dieser Modulationsspannung in der Amplitude moduliert. Gute Ergebwisse können mittels eines Hohlleiters von etwaIn Fig. Ι 1 denotes an ultra-short wave generator which is connected to a hollow waveguide 2 with a rectangular cross-section, in which z. B. Waves of the H ₀ type occur :. The electric field lines are perpendicular to the upper and lower surfaces. The right end of this hollow waveguide s can be connected to a consumer device such. B. an antenna can be connected. The waveguide can, for. B. merge into a horn-shaped antenna. For effecting a modulation of the transmitted through the waveguide to the antenna power a gas discharge tube is 3 · elongated shape with electrodes 4 and 5 present, whose axis is at a maximum of 30 ⁰ with Winkel_von dervAchse of the waveguide. The ionized gas atmosphere has a damping effect on the field, the electrical lines of force of which are perpendicular to the upper and lower walls (broad side) of the waveguide 2. By changing the ionization state of the gas atmosphere in the tube 3 as a function of a modulation voltage, the energy exiting at the right end is modulated in amplitude as a function of this modulation voltage. Good results can be achieved by means of a waveguide of about

12 mm Höhe und 24 mm Breite und mittels einer Gasentladungsröhre mit einem, lichten Durchmesser von etwa 6 mm erzielt werden. Erforderlichenfalls können eine Anzahl von Entladungsröhren nebeneinander angeordnet werden, deren Achsen in einer Ebene liegen, die einen Winkel von maximal 30⁰ mit der oberen, und der unteren Fläche des Wellenleiters einschließt und vorzugsweise senkrecht zu den Seitenflächen steht. Im allgemeinen wird eine einzige Röhre mit passend gewählten Eigenschaften genügen. Der Vorteil der Verwendung einer einzigen Röhre, deren Achse in der Mittelebene des Wellenleiters liegt, ist der, daß der Feldverlauf infolge des Vorhandenseins der öffnungen in der oberen, und der unteren Wand des Wellenleiters nur in geringem Maße gestört wird, da in der Mitte des Leiters keine Stromkomponente senkrecht zur Hohlleiterachse vorhanden ist.12 mm high and 24 mm wide and can be achieved by means of a gas discharge tube with a clear diameter of about 6 mm. If necessary, a number of discharge tubes can be arranged next to one another, the axes of which lie in a plane which encloses an angle of at most 30 ^° with the upper and lower surfaces of the waveguide and is preferably perpendicular to the side surfaces. In general, a single tube with suitably chosen properties will suffice. The advantage of using a single tube, the axis of which lies in the central plane of the waveguide, is that the field profile is only slightly disturbed due to the presence of the openings in the upper and lower walls of the waveguide, since in the middle of the Conductor there is no current component perpendicular to the waveguide axis.

Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1. Die Entladungsröhre 3 wird über einen Vorschaltwiderstand 7 aus einer Speisequelle 6 gespeist. Die Elektroden 4 und 5 befinden sich außerhalb des Wellenleiters. Der Ionisationszustand der Gasatmosphäre wird durch ein Niederfrequenzsignal dadurch moduliert, daß parallel zu dem Vorschaltwiderstand 7 die Reihenschaltung einer Induktivität 8 und eines Kondensators 9 angebracht wird. Das Niederfrequenzsignal wird von einer Spule 10 induktiv auf die Spule 8 übertragen, Dieses Modulationsverfahren ist an sich bekannt. Je kleiner der Winkel ist, den die Ebene der ionisierten Gasatmosphäre mit der Wellenleiterachse einschließt, um so geringer wird die Reflexion sein. Elin praktisch besonders brauchbarer Wert für diesen Winkel ist io°. Es zeigt sich, daß dann eine vorteilhafte Modulationskennlinie erzielt wird, wenn die Bedingungen derart gewählt werden, daß im Mittel die Hälfte der Energie absorbiert wird^:.FIG. 2 is a section through part of the device according to FIG. 1. The discharge tube 3 is fed from a supply source 6 via a series resistor 7. The electrodes 4 and 5 are located outside the waveguide. The ionization state of the gas atmosphere is modulated by a low frequency signal in that the series connection of an inductor 8 and a capacitor 9 is attached in parallel to the series resistor 7. The low-frequency signal is inductively transmitted from a coil 10 to the coil 8. This modulation method is known per se. The smaller the angle that the plane of the ionized gas atmosphere forms with the waveguide axis, the smaller the reflection will be. A particularly useful value for this angle in practice is io °. It turns out that an advantageous modulation characteristic is achieved if the conditions are chosen such that on average half the energy is absorbed ^:.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for practically reflection-free absorption amplitude modulation of ultrashort waves, with the aid of a controlled element effective in a waveguide, characterized in that at least one gas discharge tube in the waveguide, the ionization state of which is controlled as a function of the modulation and the electrodes of which are located outside the waveguide , is arranged so that its axis ^{is inclined at an angle of a maximum of 30 0} to the axis of the waveguide.

2. Apparatus according to claim 1 with a Waveguide of approximately rectangular cross-section, characterized in that the axis of the discharge tube (n) is inclined with respect to the broad side, but is parallel to the narrow side.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the axis of the discharge tube encloses an angle of approximately io ° with the axis of the waveguide.

Considered publications:
German Patent No. 729 194-;
U.S. Patent Nos. 2,457,601, 2,505,534.

1 sheet of drawings