EP0966750B1 - Anordnung insbesondere für die ansteuerung einer wanderfeldröhre - Google Patents

Anordnung insbesondere für die ansteuerung einer wanderfeldröhre Download PDF

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EP0966750B1
EP0966750B1 EP98905243A EP98905243A EP0966750B1 EP 0966750 B1 EP0966750 B1 EP 0966750B1 EP 98905243 A EP98905243 A EP 98905243A EP 98905243 A EP98905243 A EP 98905243A EP 0966750 B1 EP0966750 B1 EP 0966750B1
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EP
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amplifier
power supply
supply unit
housing
unit
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EP98905243A
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English (en)
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EP0966750A1 (de
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Karl-Heinz Huebner
Gerhard Reinwald
Abdel-Messiah Khilla
Hanspeter Katz
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Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Original Assignee
Tesat Spacecom GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/34—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for

Definitions

  • the invention is based on an arrangement consisting of a power supply device and an amplifier.
  • an arrangement can be in particular for the control of a traveling wave tube achieve that in terms of electromagnetic Compatibility (EMC) is not critical.
  • EMC electromagnetic Compatibility
  • FIG. 1 shows a block diagram of a block diagram Arrangement according to the invention shown.
  • a Power supply device 1 is connected to an amplifier 2 connected to a structural unit.
  • the supply, tax and optionally monitor signals for the amplifier 2 and the Power supply device 1 are common electrical interfaces 41, 42, 43 supplied or removed.
  • the control signals are for example Telecomandsignale to control the amplifier, the over the interface 41 are supplied.
  • the for the Status telemetry necessary signals e.g. the Amplifier output power and / or helical voltage, Helix current are routed through the interface 42.
  • For the Supply voltage supply is the interface 43 intended.
  • the RF input signal for the amplifier is supplied via the input 71.
  • the RF output signal is passed via the output 72 to the traveling field tube 8.
  • the supply of the in the Prepared power supply device 1 Supply voltages of the traveling wave tube 8 (anode voltage, Cathode voltage, heater voltage, helical voltage, Collector voltages).
  • FIG. 2 shows the mechanical interface 3 (dashed line) between amplifier 2 and power supply device 1.
  • the shielded housing from all sides Power supply device 1 and amplifier 2 are over this interface 3 mechanically firmly connected.
  • This connection takes place on a common outside of the Power supply device 1 and the amplifier 2. Since the Design of the amplifier 2 to the design of Power supply device 1 for a flat connection is adapted (top or bottom of a cuboid with same base area), is also a good thermal Coupling given so that an input / output specification be created for the entire device can. In addition, this implementation is a reduction the mounting surface, for example, on a Satellite platform given because the amplifier 2 is not extra must be mounted on the platform, but only on the power supply device 1 is increased.
  • FIG. 3 shows the individual Assemblies of the power supply device 1. It is a Module 51 is provided, on which the low-voltage side Assemblies of the power supply device 1 and the Control signal and supply voltage conditioning for the Amplifier 2 are provided. For the High voltage conditioning is a module 52 is provided. On the module 51 is the power converter 11 and the Heating voltage converter 12, via an input filter 13 with Start-up controller and a pre-regulator 14 with the main bus supply voltage a satellite over the entrance 43 can be acted upon. To the output of the pre-regulator 14 is also a secondary power supply unit 21 for the Amplifier 2 connected. Security, surveillance and security Control circuits, summarized in block 22, for the Amplifier 2 are also located in module 51 of Power Supply 1.
  • the module 52 for the High voltage assemblies has a conditioning unit 15 for the heating voltage (outputs 101, 112) and a Processing unit 16 for the high voltages of Wanderfeldrschreibe 8 on.
  • This High voltage processing units deliver the Collector voltages (outputs 113 to 116), the Katoden voltage, via an output filter 17 at the output 117 can be tapped, the anode voltage, over a Cathode current regulator 18 and the output filter to output 118 is guided, as well as the helix tension, over the Helix voltage regulator 19 and the output filter 17 for Output 119 is guided.
  • the control unit 20 For the processing of over the Interfaces 41 and 42 supplied or removed digital Signals are used by the control unit 20.
  • the control unit 20 Like the dotted Effect lines are particularly the helical stream and the helix voltage as well as the amplifier output power monitored and via block 22 analog control signals for the Amplifier 2 processed.
  • the amplifier 2 whose housing mechanically and thermally via the interface 3 with the power supply unit. 1 is coupled, comprises a DC voltage subassembly 23 and a microwave assembly 24.
  • the DC voltage subassembly 23 for the amplifier 2 is preferably accommodated on a printed circuit board 51 or in a module separate from the microwave assembly 24 in a closed shielded chamber 6 of the power supply device 1 housing.
  • the housing of the amplifier 2 is fixedly connected to the left narrow side of the housing of the power supply device 1 with this to form a structural unit.
  • a common electrical interface 4 in the form of a plug socket is provided on the upper side of the housing for the power supply device 1. All electrical connections between power supply device 1 and amplifier 2 are performed within the common unit. This requires only short lines and significantly reduces EMC problems. External wiring is limited to the minimum of a single electrical interface.
  • FIG. 5 shows the individual modules of the amplifier 2, which is constructed here as an integrated linearized channel amplifier. This structure saves a separate linearizer with the disadvantages described above.
  • the microwave assembly 24 consists of the ladder circuit of a preamplifier 25, a linearizer stage 26 and an output amplifier 27.
  • the linearizer stage 26 can be constructed according to ANT Telecommunications Reports, Issue 8, February 1991, pp. 38 and 39 as a linearizer bridge.
  • the bus unit 28 the supply voltages supplied by the DC voltage subassembly 23 and the analog control signals are routed to the individual microwave circuits.
  • FIG. 5 also shows the wiring of the traveling-field tube 8.
  • the output of the amplifier 2 is connected to the helix of the traveling wave tube 8.
  • the supply voltages for the traveling wave tube are fed through the outputs 111 to 119 of the power supply device.
  • FIG. 6 shows the level ratios in previous ones Single devices for controlling a traveling wave tube in the Comparison to the integrated assembly according to the invention.
  • the input power of a traveling wave tube is about -4 to -8 dBm is the output power of an amplifier for driving the traveling wave tube up to about +7 dBm specified. That's 15 dB more than necessary, which adds extra Amplifier modules in such a conventional Channel amplifier 9 requires.
  • the security surcharges are eliminated and the number of amplifier modules and attenuator modules is reduced by at least one module at a time.
  • the in FIG 6 each unmarked lower units represent the Power supply and control assemblies.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung bestehend aus einer Stromversorgungseinrichtung und einem Verstärker.
Stand der Technik
Aus dem Prospekt "Travelling Wave Tube Amplifiers (TWTAs) for Space-Application" ANT 776 841, März 1992, der Fa. ANT Nachrichtentechnik GmbH ist eine Stromversorgungseinrichtung für einen Wanderfeldröhrenverstärker bekannt. Ein Verstärker und ein Linearisierer wird von dieser Stromversorgung aus spannungsversorgt. Stromversorgungseinrichtung und Verstärker sowie Linearisierer sind in nicht aufeinander abgestimmten selbständigen Einzelgeräten untergebracht.
Aus "ANT Nachrichtentechnische Berichte", Heft 8, Febr. 1991, S. 31 bis 40 ist ein Mikrowellenleistungsverstärker für die Ansteuerung einer Wanderfeldröhre bekannt. Leistungsverstärker, Linearisierer und Stromversorgung (EPC) sind auch hier selbständige Einzelgeräte. Schutzschaltungen für Überlast oder zu niedriger Eingangsspannung sind im Stromversorgungsgerät untergebracht. Die Mikrowellenbaugruppen des Leistungsverstärkers sind getrennt von der Steuerschaltung jeweils in einer Gehäusehälfte untergebracht.
Vorteile der Erfindung
Mit den Maßnahmen der Erfindung läßt sich eine Anordung insbesondere für die Ansteuerung einer Wanderfeldröhre erzielen, die hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) unkritisch ist. Aufwendige Verdrahtungen und Verkabelungen zwischen Einzelgeräten, die die elektromagnetische Verträglichkeit ungünstig beeinflussen können, sind nicht notwendig. Es müssen insbesondere keine zahlreichen langen Verbindungen für DC-Niederspannungen, DC-Hochspannungen, Steuersignale und HF-Signale zwischen Einzelgeräten vorgesehen sein.
Durch den kompakten Aufbau müssen keine Einzelgeräte getrennt spezifiziert werden. Auch sind keine hohen Sicherheitszuschläge wie bei Einzelgeräten erforderlich. Es kann eine Eingangs-/Ausgangsspezifikation für die gesamte Baueinheit erstellt werden, was die Erstellung einer Spezifikation vereinfacht.
Gegenüber Einzelgeräten tritt eine Reduktion des Gewichtes und der Montageflächen ein, was insbesondere für Anwendungen in Satelliten vorteilhaft ist.
Die bauliche Vereinigung der Stromversorgungseinrichtung, des Verstärkers, und einem gegebenenfalls vorgesehenen Linearisierer beseitigt die bei bisherigen Einzelgeräten notwendigen Sicherheitszuschläge, reduziert die Anzahl der Verstärkermodule sowie bisher notwendige Abschwächermodule. Anpaßprobleme zwischen Einzelgeräten werden wirksam vermieden.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
  • Figur 1 ein Übersichts-Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung,
  • Figur 2 die mechanische Schnittstelle zwischen Stromversorgungseinrichtung und Verstärker,
  • Figur 3 ein Blockschaltbild der Baugruppen nach Figur 1,
  • Figur 4 die Integration des Verstärkers mit der Stromversorgungseinrichtung,
  • Figur 5 eine Übersicht der Baugruppen in einem Kanalverstärker,
  • Figur 6 Pegelverhältnisse bei bisherigen Anordnungen sowie bei der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
    In Figur 1 ist in einem Übersichtsblockschaltbild eine Anordnung nach der Erfindung dargestellt. Eine Stromversorgungseinrichtung 1 ist mit einem Verstärker 2 zu einer Baueinheit verbunden. Die Versorgungs-, Steuer- und gegebenenfalls Monitorsignale für den Verstärker 2 und die Stromversorgungseinrichtung 1 werden über gemeinsame elektrische Schnittstellen 41, 42, 43 zu- bzw. abgeführt. Bei den Steuersignalen handelt es sich beispielsweise um Telecomandsignale zur Steuerung des Verstärkers, die über die Schnittstelle 41 zugeführt werden. Die für die Statustelemetrie notwendigen Signale, z.B. die Verstärkerausgangsleistung und/oder Helixspannung, Helixstrom sind über die Schnittstelle 42 geführt. Für die Versorgungsspannungszuführung ist die Schnittstelle 43 vorgesehen. Das HF-Eingangssignal für den Verstärker wird über den Eingang 71 zugeführt. Das HF Ausgangssignal wird über den Ausgang 72 zur Wanderfeldröhre 8 geleitet. Über die Verbindung 44 erfolgt die Zuführung der in der Stromversorgungseinrichtung 1 aufbereiteten Versorgungsspannungen der Wanderfeldröhre 8 (Anodenspannung, Katodenspannung, Heizerspannung, Helixspannung, Kollektorspannungen).
    Figur 2 zeigt die mechanische Schnittstelle 3 (gestrichelt) zwischen Verstärker 2 und Stromversorgungseinrichtung 1. Die allseitig geschirmten Gehäuse von Stromversorgungseinrichtung 1 und Verstärker 2 sind über diese Schnittstelle 3 mechanisch fest miteinander verbunden. Diese Verbidung erfolgt auf einer gemeinsamen Außenseite der Stromversorgungseinrichtung 1 und des Verstärkers 2. Da die Bauform des Verstärkers 2 an die Bauform der Stromversorgungseinrichtung 1 für eine flächige Verbindung angepaßt ist (Ober- bzw. Unterseite eines Quaders mit gleicher Grundfläche), ist auch eine gute thermische Kopplung gegeben, so daß eine Eingangs/Ausgangsspezifikation für das gesamte Gerät erstellt werden kann. Außerdem ist durch diese Realisierung eine Reduktion der Montagefläche beispielsweise auf einer Satellitenplattform gegeben, da der Verstärker 2 nicht extra an der Plattform montiert werden muß, sondern lediglich auf die Stromversorgungseinrichtung 1 aufgestockt ist.
    Das Blockschaltbild nach Figur 3 zeigt die einzelnen Baugruppen der Stromversorgungseinrichtung 1. Es ist ein Modul 51 vorgesehen, auf dem die niederspannungsseitigen Baugruppen der Stromversorgungseinrichtung 1 sowie die Steuersignal- und Versorgungsspannungsaufbereitung für den Verstärker 2 vorgesehen sind. Für die Hochspannungsaufbereitung ist ein Modul 52 vorgesehen. Auf dem Modul 51 befindet sich der Leistungswandler 11 und der Heizspannungswandler 12, die über ein Eingangsfilter 13 mit Anlaufregler und einem Vorregler 14 mit der Main-Bus-Versorgungsspannung eines Satelliten über den Eingang 43 beaufschlagbar sind. An den Ausgang des Vorreglers 14 ist auch eine Sekundärstromversorgungseinheit 21 für den Verstärker 2 angeschlossen. Sicherheits-, Überwachungs- und Regelschaltungen, zusammengefaßt im Block 22, für den Verstärker 2 befinden sich ebenfalls im Modul 51 der Stromversorgungseinrichtung 1. Das Modul 52 für die Hochspannungsbaugruppen weist eine Aufbereitungseinheit 15 für die Heizspannung (Ausgänge 101, 112) und eine Aufbereitungseinheit 16 für die Hochspannungen der Wanderfeldröhre 8 auf. Diese Hochspannungsaufbereitungseinheiten liefern die Kollektorspannungen (Ausgänge 113 bis 116), die Katodenspannung, die über ein Ausgangsfilter 17 am Ausgang 117 abgreifbar ist, die Anodenspannung, die über einen Katodenstromregler 18 und das Ausgangsfilter zum Ausgang 118 geführt ist, sowie die Helixspannung, die über den Helixspannungsregler 19 und das Ausgangsfilter 17 zum Ausgang 119 geführt ist. Für die Verarbeitung der über die Schnittstellen 41 und 42 zu- bzw. abgeführten digitalen Signale dient die Steuereinheit 20. Wie die punktierten Wirkungslinien zeigen, werden insbesondere der Helixstrom und die Helixspannung sowie die Verstärkerausgangsleistung überwacht sowie über Block 22 analoge Steuersignale für den Verstärker 2 aufbereitet.
    Der Verstärker 2, dessen Gehäuse mechanisch und thermisch über die Schnittstelle 3 mit der Stromversorgungseinheit 1 gekoppelt ist, umfaßt eine Gleichspannungsbaugruppe 23 und eine Mikrowellenbaugruppe 24.
    In Figur 3 sind die von außen zugeführten Leistungssignale durch dicke, nicht unterbrochene Linien mit entsprechenden Pfeilen gekennzeichnet. Innerhalb der Stromversorgungseinheit 1 sind Verbindungen, die Gleichspannungssignale führen, durch nicht unterbrochene, dünnere Linien dargestellt. Für analoge Steuersignale sind gestrichelte Wirkungslinien vorgesehen und für digitale Signale punktierte Wirkungslinien.
    Wie Figur 4 zeigt wird die Gleichspannungsbaugruppe 23 für den Verstärker 2 vorzugsweise auf einer Leiterplatte 51 oder in einem Modul getrennt von der Mikrowellenbaugruppe 24 in einer abgeschlossenen geschirmten Kammer 6 des Gehäuses der stromversorgungseinrichtung 1 untergebracht. Das Gehäuse des Verstärkers 2 ist auf der linken Schmalseite des Gehäuses der Stromversorgngseinrichtung 1 fest mit diesem zu einer Baueinheit verbunden. Für externe Steuer- und Versorgungssignale der Stromversorgungseinrichtung 1 und des Verstärkers 2 ist eine gemeinsame elektrische Schnittstelle 4 in Form eines Steckersockels auf der Oberseite des Gehäuses für die Stromversorgungseinrichtung 1 vorgesehen. Alle elektrischen Verbindungen zwischen Stromversorgungseinrichtung 1 und Verstärker 2 sind innerhalb der gemeinsamen Baueinheit geführt. Dies erfordert nur kurze Leitungen und vermindert EMV-Probleme erheblich. Äußere Verdrahtungen bzw. Verkabelungen sind auf das Mindestmaß einer einzigen elektrischen Schnittstelle beschränkt.
    Figur 5 zeigt die Einzelbaugruppen des Verstärkers 2, der hier als integrierter linearisierter Kanalverstärker aufgebaut ist. Dieser Aufbau erspart einen separaten Linearisierer mit den zuvor geschilderten Nachteilen. Die Mikrowellenbaugruppe 24 besteht aus der Kettenschaltung eines Vorverstärkers 25, einer Linearisiererstufe 26 und einem Ausgangsverstärker 27. Die Linearisiererstufe 26 kann entsprechend ANT Nachrichtentechnische Berichte, Heft 8, Februar 1991, S. 38 und 39 als Linearisiererbrücke aufgebaut sein. Über die Buseinheit 28 werden die von der Gleichspannungsbaugruppe 23 gelieferten Versorgungsspannungen sowie die analogen Steuersignale zu den einzelnen Mikrowellenschaltungen geführt. In Figur 5 ist auch noch die Beschaltung der Wanderfeldröhre 8 dargestellt. Der Ausgang des Verstärkers 2 ist an die Helix der Wanderfeldröhre 8 angeschlossen. Die Versorgungsspannungen für die Wanderfeldröhre werden über die Ausgänge 111 bis 119 der Stromversorgungseinrichtung geführt.
    Figur 6 zeigt die Pegelverhältnisse bei bisherigen Einzelgeräten zur Ansteuerung einer Wanderfeldröhre im Vergleich zur integrierten Baueinheit nach der Erfindung. Obwohl die Eingangsleistung einer Wanderfeldröhre etwa -4 bis -8 dBm ist, wird die Ausgangsleistung eines Verstärkers zur Ansteuerung der Wanderfeldröhre bis etwa +7 dBm spezifiziert. Das sind 15 dB mehr als nötig, was zusätzliche Verstärkermodule in einem solchen herkömmlichen Kanalverstärker 9 erfordert. Der Linearisierer 10 hat eine Eingangs- und Ausgangsleistung von etwa -4 dBm (Verstärkung=0 dB). Wenn die drei Geräte Kanalverstärker 9, Linearisierer 10 und Wanderfeldröhre 8 hintereinander kaskadiert werden, muß ein zusätzliches Dämpfungsglied zwischen dem Kanalverstärker 9 und dem Linearisierer 10 vorgesehen sein. Bei der erfindungsgemäßen integrierten Baueinheit 110 werden die Sicherheitszuschläge beseitigt und die Anzahl der Verstärkermodule sowie der Abschwächermodule wird um mindestens jeweils ein Modul reduziert. Die in Figur 6 jeweils unbezeichneten unteren Baueinheiten stehen für die Stromversorgungs- und Steuerungsbaugruppen.

    Claims (6)

    1. Anordnung zur Ansteuerung einer wanderfeldröhre bestehend aus einer Stromversorgungseinrichtung (1) und einem Verstärker (2) mit folgenden Merkmalen:
      die Gehäuse von Stromversorgungseinrichtung (1) und Verstärker (2) sind über eine mechanische Schnittstelle (3) fest zu einer Baueinheit verbunden,
      die elektrischen Verbindungen zwischen Stromversorgungseinrichtung (1) und Verstärker (2) sind innerhalb dieser Baueinheit geführt,
      für externe Steuer- bzw. Versorgungssignale der Stromversorgungseinrichtung (1) und des Verstärkers (2) ist eine/sind gemeinsame elektrische Schnittstelle/n (4) vorgesehen.
    2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Stromversorgungseinrichtung (1) wie auch der Verstärker (2) in einem gemeinsamen allseitig geschirmten Gehäuse untergebracht ist.
    3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Schnittstelle (3) eine flächige Verbindung einer Gehäuseaußenseite des Verstärkers (2) mit einer Gehäuseaußenseite der Stromversorgungseinrichtung (1) vorgesehen ist, wobei die Bauform des Verstärkers (2) an die Bauform des Gehäuses der Stromversorgungseinrichtung (1) angepaßt ist.
    4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (2) aus einem linearisierten Mikrowellen-Kanalverstärker besteht, dessen Steuersignal- und Versorgungsspannungsaufbereitung (23) getrennt von den Mikrowellenbaugruppen (24) im Gehäuse der Stromversorgungseinrichtung (1) vorgesehen ist.
    5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignal- und Versorgungsspannungsaufbereitung (23) für den Verstärker (2) auf einer Leiterplatte oder einem Modul (51) in einer abgeschlossenen Kammer (6) des Gehäuses der Stromversorgungseinrichtung (1) vorgesehen ist.
    6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Linearisiererstufe (26) in den Verstärker (2) integriert ist und zwar zwischen einem Vorverstärker (25) und einem Ausgangsverstärker (27).
    EP98905243A 1997-03-12 1998-01-09 Anordnung insbesondere für die ansteuerung einer wanderfeldröhre Expired - Lifetime EP0966750B1 (de)

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    EP0966750A1 EP0966750A1 (de) 1999-12-29
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    EP (1) EP0966750B1 (de)
    JP (1) JP3957764B2 (de)
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