DE1159522B

DE1159522B - Tunable amplifier stage for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1159522B
Application number: DES77133A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter Deserno; Martin Schnaedelbach
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-12-14
Filing date: 1961-12-14
Publication date: 1963-12-19

Description

Durchstimmbare Verstärkerstufe für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung betrifft eine durchstimmbare Verstärkerstufe für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeterwellenbereiches, bestehend aus einer Gitter-Basis-Stufe, bei der wenigstens der Eingangsresonator nach Art eines Koaxialleitungsresonators ausgebildet ist.Tunable amplifier stage for very short electromagnetic waves The invention relates to a tunable amplifier stage for very short electromagnetic Waves, especially of the decimeter wave range, consisting of a grid-base stage, in the case of at least the input resonator in the manner of a coaxial line resonator is trained.

Verstärkerstufen für den Dezimeterwellenbereich werden in der Regel in Gitter-Basis-Schaltung aufgebaut. Als Verstärkerelemente werden hierbei meist Trioden oder Tetroden verwendet. Der Eingangswiderstand dieser Röhren ist in diesem Frequenzgebiet ein komplexer Widerstand, der sich ersatzschaltbildmäßig im wesentlichen aus der Parallelschaltung eines reellen und eines kapazitiven Widerstandes zusammensetzt. Der kapazitive Anteil wird dabei im wesentlichen von der Gitter-Kathoden-Kapazität bestimmt. Da der komplexe Röhreneingangswiderstand nicht mit dem Wellenwiderstand des Zuführungskabels übereinstimmt, muß, wenn nicht unzulässig hohe Reflexionen der ankommenden Leistung auftreten sollen, ein Anpassungsnetzwerk vorgesehen werden, das den Röhreneingangswiderstand in einen reellen Widerstand transformiert, der gleich dem Wert des Kabelwellenwiderstandes ist. Bei der Durchstimmung des Verstärkers über einen relativ großen Frequenzbereich ändert sich auf Grund der Frequenzabhängigkeit des kapazitiven Anteils der komplexe Röhreneingangswiderstand so stark, daß das vorgesehene Anpassungsnetzwerk nicht mehr in der Lage ist, auch an den Grenzen des Durchstimmbereiches die notwendige Widerstandstransformation auszuführen, wodurch die Brauchbarkeit einer in einer solchen Weise aufgebauten Verstärkerstufe erheblich eingeengt wird.Amplifier stages for the decimeter wave range are usually built in a grid-base circuit. The amplifier elements used here are mostly Triodes or tetrodes used. The input resistance of these tubes is in this one Frequency domain a complex resistor, which is essentially based on an equivalent circuit diagram composed of the parallel connection of a real and a capacitive resistor. The capacitive component is essentially made up of the grid-cathode capacitance certainly. Because the complex tube input resistance does not match the wave resistance of the supply cable must, if not impermissibly high reflections the incoming power should occur, a matching network should be provided, that transforms the tube input resistance into a real resistance that is equal to the value of the cable impedance. When tuning the amplifier changes over a relatively large frequency range due to the frequency dependence of the capacitive part of the complex tube input resistance is so strong that the The intended adaptation network is no longer able to operate even at the limits of the Tuning range to perform the necessary resistance transformation, whereby the usefulness of an amplifier stage constructed in such a way is considerable is narrowed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten zu mindern. Vor allem soll erreicht werden, daß an den Grenzen eines großen Durchstimmbereiches die Anpassung an den Wellenwiderstand des Zuführungskabels erheblich verbessert wird.The invention is based on the object mentioned above To alleviate difficulties. Above all, it should be achieved that at the limits of one large tuning range, the adaptation to the wave impedance of the supply cable is greatly improved.

Ausgehend von einer durchstimmbaren Verstärkerstufe für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeterwellenbereiches, bestehend aus einer Gitter-Basis-Stufe, bei der wenigstens der Eingangsresonator nach Art eines Koaxialleitungsresonators ausgebildet ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenleiter an dem der Röhre abgewandten Ende längenveränderbar ausgebildet und im Verschiebungsbereich des offenen Innenleiterendes eine mit zunehmender Innenleiterlänge steigende kapazitive Belastung vorgesehen ist und daß als Anschlußleitung eine Koaxialleiteng vorgesehen ist, deren Außenleiter in den Außenleiter des Koaxialleitungsresonators übergeht, während ihr Innenleiter in den Bereich des längenveränderbaren Teiles des Resonator-Innenleiters derart weit eingeführt ist, daß sich mit zunehmender Länge des Resonator-Innenleiters die Kapazität zwischen dem Resonator-Innenleiter und dem Innenleiter der Koaxialleitung erhöht.Starting from a tunable amplifier stage for very short ones electromagnetic waves, in particular of the decimeter wave range, consisting of from a grid-base stage, in which at least the input resonator according to Art a coaxial line resonator, this object is achieved according to the invention solved in that the inner conductor is variable in length at the end facing away from the tube formed and in the displacement area of the open inner conductor end one with increasing Inner conductor length increasing capacitive load is provided and that as a connecting line a coaxial line is provided, the outer conductor of which into the outer conductor of the coaxial line resonator passes over, while its inner conductor in the area of the variable-length part of the resonator inner conductor is introduced so far that with increasing Length of the resonator inner conductor the capacitance between the resonator inner conductor and the inner conductor of the coaxial line increased.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die kapazitive Belastung durch den Resonator-Innenleiter und eine trichterförmige Verjüngung oder eine stufenweise Annäherung an eine trichterförmige Verjüngung am Außenleiter des Resonators ausgebildet ist.It is advantageous if the capacitive load by the Resonator inner conductor and a funnel-shaped taper or a stepwise one Approaching a funnel-shaped taper formed on the outer conductor of the resonator is.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Innenleiter an seinem der Röhre abgewandten Ende eine Querschnittserweiterung hat.It is also advantageous if the inner conductor on its the tube remote end has a widened cross-section.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der in Gien Resonator-Innenleiter eintauchende Innenleiter der als Anschlußleitung dienenden Koaxialleitung längs seines Endbereiches eine Querschnittsänderung derartigen Verlaufs hat, daß die Ankopplungskapazität in Abhängigkeit von der Stellung des verschiebbaren Resonator-Innenleiters einen vorgegebenen Wert hat.It has proven to be useful if the inner conductor of the resonator in Gien Immersed inner conductor of the coaxial line serving as a connecting line along its end area has a cross-sectional change such that the coupling capacitance depending on the position of the displaceable resonator inner conductor one has given value.

Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die kapazitive Belastung derart mit der Längenänderung des Resonator-Innenleiters zunimmt, daß auf Grund des sich damit ändernden Verhältnisses aus der Kapazität zwischen den beiden Innenleitern und der Kapazität zwischen dem Resonator-Innenleiter und dem Außenleiter der Eingangswiderstand im gesamten Durchstimmbereich wenigstens näherungsweise konstant ist. Es ergibt sich dann für den Durchstimmbereich eine ausreichend guteAnpassung an denWellenwiderstand des Zuführungskabels, ohne daß eine besondere Nachstimmung erforderlich ist.It is also advantageous if the capacitive load is such with the change in length of the resonator inner conductor that increases due to the thus changing the ratio of the capacitance between the two inner conductors and the capacitance between the resonator inner conductor and the outer conductor, the input resistance is at least approximately constant in the entire tuning range. It results Then there is a sufficiently good adaptation to the characteristic impedance for the tuning range of Feeder cable without special adjustment is required.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail.

In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 schematisch den Aufbau der Eingangsschaltung einer erfindungsgemäßen Verstärkerstufe in Gitter-Basis-Schaltung. Die Röhrenanode, der Glaskolben und sonstige Einzelheiten sind aus Gründen der besseren Übersicht hierbei nicht angedeutet. Am Gitteranschluß 8 einer Scheibenröhre liegt der Außenleiter 1 eines Koaxialleitungsresonators mit dem längenveränderbaren Tnnenleiter 2, 4. Der Außenleiter 1 geht an seinem der Scheibenröhre abgewandten Ende trichterförmig in einen dem Außendurchmesser eines Zuführungskabels entsprechenden Außenleiterabschnitt 7 über.In the drawing, FIG. 1 shows schematically the structure of the input circuit of an amplifier stage according to the invention in a grid-base circuit. The tubular anode, the glass bulb and other details are not indicated here for the sake of clarity. The grid terminal 8 of a disk tube of the outer conductor is a Koaxialleitungsresonators with the length-variable Tnnenleiter 2 1, 4. The outer conductor 1 is at its the disk tube end facing away from the funnel-shaped in one of the outer diameter of a feeding cable corresponding outer conductor portion 7 via.

In galvanischer Verbindung mit dem zylindrischen Kathodenanschluß 9 der Röhre ist ein feststehendes Teilstück 2 des als Rohr ausgebildeten Innenleiters, in das über die Federkontakte 3 das damit leitend verbundene längsverschiebbareTeilstück 4 posaunenartig eingeführt ist. Durch einen nicht näher gezeichneten Antrieb kann das Teilstück 4 in axialer Richtung zwecks Längenänderung des Innenleiters verschoben werden. Ein weiterer Innenleiter 5, der von einer Stützscheibe 6 aus dielektrischem Material gehalten wird und direkt in den Innenleiter der koaxialen Anschlußleitung übergeht, taucht je nach Stellung des beweglichen Teiles 4 mehr oder weniger weit in dessen Innenraum ein und bildet mit seinem Ende 10 den Anschluß- für eine ebenfalls als Koaxialleitung auszubildende Anschlußleitung, deren Außenleiter in den Außenleiter 7 übergeht.In galvanic connection with the cylindrical cathode connection 9 of the tube is a fixed section 2 of the inner conductor designed as a tube, into the longitudinally displaceable section that is conductively connected to it via the spring contacts 3 4 is introduced like a trombone. By a drive not shown in detail can the section 4 moved in the axial direction for the purpose of changing the length of the inner conductor will. Another inner conductor 5, which is supported by a support plate 6 made of dielectric Material is held and directly into the inner conductor of the coaxial connection line passes over, depending on the position of the movable part 4 dives more or less in its interior and forms with its end 10 the connection for one as well Connecting line to be designed as a coaxial line, the outer conductor of which into the outer conductor 7 passes.

An Hand des in der Fig. 2 gezeichneten Ersatzschaltbildes und des in der Fig. 1 schematisch gezeigten geometrischen Aufbaues wird nachstehend die elektrische Wirkungsweise näher erläutert.Using the equivalent circuit diagram drawn in FIG. 2 and the The geometric structure shown schematically in FIG. 1 is hereinafter the electrical operation explained in more detail.

Die Gitter-Kathoden-Kapazität bildet zusammen mit der durch die Kapazität CZ am offenen Ende kapazitiv belasteten Leitung, deren Länge kleiner als die halbe Betriebswellenlänge ist, den Eingangsresonator, der mittels des posaunenartig ausziehbaren Innenleiters 4 auf die Betriebsfrequenz abgestimmt wird. Die Kapazität C, wird vom leer laufenden Innenleiterende des Teilstückes 4 und dem Außenleiter 1 gebildet. Die Anpassung an den Wellenwiderstand des Kabels erfolgt über die Transformationskapazität Ct, die aus dem durch den feststehenden Innenleiter 5 und das bewegliche Teilstück 4 gebildeten Zylinderkondensator besteht. Durch den Kurvenverlauf des trichterförmigen Überganges am Außenleiter 1 in Abhängigkeit von der Länge und dem Durchmesser des feststehenden Innenleiters 5 im Bereich der Hülse 4 sind die Kapazitäten C, und Ct bei der Abstimmung auf die Betriebsfrequenz in einer solchen Weise veränderbar, daß zugleich mit der Frequenzabstimmung auch die Widerstandstransformation optimal verläuft, so daß über einen großen Frequenzbereich der Eingangswiderstand der Verstärkerstufe näherungsweise konstant und gleich dem Wellenwiderstand des Zuführungskabels ist.The grid-cathode capacitance forms together with that of the capacitance CZ at the open end capacitively loaded line, the length of which is less than half The operating wavelength is the input resonator, which can be pulled out by means of the trumpet-like Inner conductor 4 is matched to the operating frequency. The capacity C, is from The empty inner conductor end of the section 4 and the outer conductor 1 are formed. The adaptation to the wave impedance of the cable takes place via the transformation capacitance Ct, which consists of the fixed inner conductor 5 and the movable part 4 formed cylinder capacitor consists. Through the curve of the funnel-shaped Transition on the outer conductor 1 depending on the length and diameter of the fixed inner conductor 5 in the area of the sleeve 4 are the capacitances C, and Ct can be changed in such a way when tuning to the operating frequency, that at the same time as the frequency tuning, the resistance transformation is also optimal runs so that the input resistance of the amplifier stage over a large frequency range is approximately constant and equal to the wave resistance of the feed cable.

Zur Erleichterung der Herstellung kann das trichterförmige Übergangsstück, über das der Außenleiter 1 in den Außenleiter 7 übergeht, durch ein treppenförmig abgesetztes Teil, das den kontinuierlichen übergang näherungsweise nachbildet, ersetzt werden.To facilitate production, the funnel-shaped transition piece, Via which the outer conductor 1 merges into the outer conductor 7, through a staircase remote part, which approximates the continuous transition, replaces will.

Zur gegebenenfalls erforderlichen Erhöhung der Kapazität, die durch den Resonator-Innenleiter 4 und das diesem gegenüberliegende trichterförmige Außenleiterstück gebildet wird, kann auf dem beweglichen Teil 4 des Innenleiters ein konusartiger Ring, vorzugsweise aus Metall, vorgesehen werden, der beispielsweise über eine Endscheibe mit dem freien Ende des beweglichen Innenleiterteiles 4 verbunden ist. In der Fig. 1 ist ein solches konusartiges Teil 11 gestrichelt angedeutet. Eine derartige Erhöhung der Kapazität C, kann beispielsweise im Einzelfall aus Gründen der Widerstandstransformation erforderlich sein.To increase the capacitance, which may be required, which is formed by the resonator inner conductor 4 and the funnel-shaped outer conductor piece opposite it, a cone-like ring, preferably made of metal, can be provided on the movable part 4 of the inner conductor, for example via an end plate with the free End of the movable inner conductor part 4 is connected. In Fig. 1, such a cone-like part 11 is indicated by dashed lines. Such an increase in the capacitance C may, for example, be necessary in individual cases for reasons of resistance transformation.

In manchen Fällen kann es auch erforderlich sein, die Transformationskapazität Ct in Abhängigkeit von der Durchstimmung abweichend vom Kapazitätsgang eines Zylinderkondensators zu ändern. Als vorteilhafte Lösung hat es sich erwiesen, wenn das Innenleiterteil 5 der als Anschlußleitung dienenden Koaxialleitung imVerschiebungsbereich des beweglichen Innenleiterabschnitts 4 konisch oder tonnenförmig ausgebildet ist. Ein Beispiel für konische Ausbildung ist in der Fig.3 gezeigt, in der zusätzlich noch der Innenleiterabschnitt 4 mit dargestellt ist. Die übrigen Teile der Verstärkerstufe wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen. Ein Beispiel für eine tonnenförmige Ausbildung ist in der Fig. 4 gezeigt. Der tonnenartig ausgewölbte Teil des Innenleiters 5 kann dabei entweder so, wie stark ausgezogen dargestellt, erhaben aus der Zylinderfläche des Innenleiters 5 herausgezogen oder, wie gestrichelt angedeutet, in den Innenleiter eingesenkt sein.In some cases it may also be necessary to increase the transformation capacity Ct, depending on the tuning, deviates from the capacitance response of a cylinder capacitor to change. It has proven to be an advantageous solution if the inner conductor part 5 of the coaxial line serving as a connecting line in the displacement area of the movable one Inner conductor section 4 is conical or barrel-shaped. An example for a conical design is shown in FIG. 3, in which the inner conductor section is also shown 4 is shown with. The remaining parts of the amplifier stage were for reasons omitted for clarity. An example of a barrel-shaped training is shown in FIG. The barrel-like bulging part of the inner conductor 5 can either as shown in a strongly drawn-out manner, raised from the cylinder surface of the inner conductor 5 pulled out or, as indicated by dashed lines, into the inner conductor be sunk.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Tunable amplifier stage for very short electromagnetic waves, in particular of the decimeter wave range, consisting of from a grid-base stage, in which at least the input resonator according to Art a coaxial line resonator, characterized in that the Inner conductor formed variable in length at the end facing away from the tube and in the displacement area of the open inner conductor end one with increasing inner conductor length increasing capacitive load is provided and that a coaxial line is used as the connecting line is provided, the outer conductor in the outer conductor of the coaxial line resonator passes over, while its inner conductor in the area of the variable-length part of the resonator inner conductor is introduced so far that with increasing Length of the resonator inner conductor the capacitance between the resonator inner conductor and the inner conductor of the coaxial line increased.

2. Amplifier stage according to claim 1, characterized in that the capacitive load through the resonator inner conductor and a funnel-shaped taper or a gradual approach to a funnel-shaped one Taper is formed on the outer conductor of the resonator.

3. amplifier stage according to claim 1 or 2, characterized in that the inner conductor faces away from the tube at its End has a widened cross-section.

4. amplifier stage according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the dipping into the resonator inner conductor Inner conductor of the coaxial line serving as a connecting line along its end area a change in cross-section such a course that the coupling capacity depending on the position of the displaceable resonator inner conductor one has given value.

5. Amplifier stage according to one of Claims 1 to 4, thereby characterized in that the capacitive load with the change in length of the resonator inner conductor that the ratio of the capacitance between the two inner conductors and increases the capacitance between the resonator inner conductor and the outer conductor is selected in this way is that the input resistance is at least approximately in the entire tuning range is constant.