DE2843733A1 - Schaltung zur impulsversorgung einer elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

Patentanwälte 2 ö 4 ο / O 3

Dipl -Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-lng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

ErnsbergerstrassetS

8 München 60

THOMSON - CSF 6. Oktober 1978

173, Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 3173

Schaltung zur Impulsversorgung einer Elektronenstrahlröhre

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Impulsversorgung von Elektronenstrahlröhren mit gegenüber dem Potential des Weehselwirkungskreises der Röhre auf negativem Potential liegendem Kollektor, insbesondere für Höchstfrequenz, wie als Verstärker arbeitende Wanderfeldröhren, die u.a. in Radar-Schaltungen benutzt werden.

Im Folgenden wird als Beispiel auf eine solche Höchstfrequenzröhre Bezug genommen, ohne daß darunter eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen ist.

In diesen Röhren breitet sich der Elektronenstrahl zwischen einer Katode und einem Kollektor aus, wobei er auf seinem Weg einen Kreis durchquert, in welchem er mit der Höchstfrequenzwelle in Wechselwirkung tritt.

Bekanntlich gestattet die Verwendung eines Kollektors mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Röhre, bei welcher es sich in dem Fall einer Wanderfeldröhre um eine

Verzögerungsleitung handelt, auf negativem Potential liegendem Kollektor, den Wirkungsgrad dieser Röhren zu verbessern. Das richtige Arbeiten einer Röhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises auf negativem Potential liegendem Kollektor erfordert jedoch eine große Stabilität der Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Masse.

Bislang werden diese Röhren mit einem Modulator mit Verzögerungsleitung benutzt, der mit einem Anzapftransformator ausgestattet ist, welcherdie Katode einerseits und den Kollektor andererseits versorgt. Diese Art von Schaltung hat den Nachteil einer veränderlichen Verteilung des Elektronenstroms auf den Wechselwirkungskreis und den Kollektor in Abhängigkeit von dem Steuerpegel der Röhre und der Betriebsfrequenz, durch die sehr kurze, aber große Stromänderungen in der Wicklung des Transformators und infolgedessen Spannungsänderungen des Kollektors hervorgerufen werden, die ebenfalls sehr kurz, aber groß sind und das Hinzufügen von verlustbehafteten Korrekturschaltungen erfordern, wegen denen ein Teil der Verbesserung des Wirkungsgrades, die sich durch die Absenkung des Potentials des Kollektors gegenüber dem des Wechselwirkungskreises ergibt, verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Versorgungsschaltung mit einem Modulator zu schaffen, die diesen Wirkungsgrad nicht beeinflußt.

Gemäß der Erfindung enthält diese Schaltung eine eine niedrige Impedanz aufweisende Gleichstromversorgung, die außerdem als Ladungsquelle für das als Verzögerungsleitung bezeichnete Schaltungselement des Modulators dient, der die Katode der Röhre versorgt. Da der Pluspol dieser Leitung darüber hinaus mit Masse verbunden ist, folgt daraus, daß das Entladungsthyratron der bewußten Verzögerungsleitung in einer Richtung

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geschaltet ist, die zu derjenigen entgegengesetzt ist, die in den bekannten Schaltungen benutzt wird, in welchen seine Katode an Masse liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine im Impulsbetrieb arbeitende be

kannte Schaltung zur Versorgung einer Elektronenstrahlröhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Röhre auf negativem Potential liegendem Kollektor, und

Fig. 2 als nicht als Einschränkung zu verstehen

des Beispiel eine Schaltung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt das Thyratron 1 des Modulators einer Wanderfeldröhre, der außerdem eine Verzögerungsleitung und einen Transformator aufweist, von denen weiter unten die Rede sein wird. Das Thyratron 1 wird durch einen Block 2 versorgt, seine Katode 11 liegt an Masse und sein Gitter 12 wird durch eine Schaltung 3, die symbolisch in Form eines Schalters dargestellt ist, mit Impulsen gesteuert. Der Kollektor 4 und die Katode 5 der Wanderfeldröhre 10 werden durch die Sekundärwicklung 62 eines Anzapftransformators 6 versorgt, dessen Primärwicklung 61 mit der Gleichstromversorgung 2 über die Verzögerungsleitung 31 verbunden ist, welche aus einer Anordnung von im einzelnen nicht mit Bezugszahlen versehenen Drosseln und Kondensatoren besteht und für die Formgebung der durch das Thyratron 1 unter der Steuerung der Steuerschaltung 3 abge-

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gebenen Impulse sorgt. Der Primärkreis enthält darüber hinaus eine Ladeinduktivitnt 7 und eine Sperrdiode 8 zwischen dem Pluspol der Gleichstromversorgung 2 und der Anode 13 des Thyratrons. Gegebenenfalls kann eine Amplitudenbegrenzungs- und Stabilisierungsschaltung, die gestrichelt dargestellt und mit 9 bezeichnet ist, an die Klemmen des Thyratrons angeschlossen sein. In Fig. 1 ist der Elektronenstrahl, der die Röhre 10 von der Katode zu dem Kollektor durchquert, durch die punktierte Fläche dargestellt. Dagegen sind die anderen Bestandteile einer solchen Röhre, die bekannt sind, weggelassen worden, wie ihre Vakuumhülle, die verschiedenen Elektroden, welche der Katode 5 in dem Strahlerzeuger dieser Röhren zugeordnet sind, sowie die Höchstfrequenzelemente, mit Ausnahme der Verzögerungsleitung 100. Die Pfeile stellen den Eingang und den Höchstfrequenzausgang dieser Leitung dar.

Die Verteilung des Elektrorenstroms auf die Verzögerungsleitung 100 und den Kollektor 4 der Röhre 10 ändert sich mit den Betriebsbedingungen der Röhre, insbesondere mit der Betriebsfrequenz, sowie mit dem Steuerpegel. Dadurch werden in der Wicklung 62 sehr kurze, aber starke Stromänderungen hervorgerufen, welche hohe Spannungsänderungen verursachen. Zum Absorbieren derselben ist es erforderlich, Elemente vorzusehen, die symbolisch an der Stelle 20 dargestellt sind und diese Änderungen durch Energieverbrauch absorbieren, wodurch der Wirkungsgrad der Röhre vermindert wird.

Solche Elemente sind in dem Fall der Versorgung gemäß der Erfindung nicht erforderlich, die als nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, wobei gleiche Elemente wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen tragen. Hier we'ist die Quelle 21 eine sehr niedrige Impedanz auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bewußte niedrige Impedanz aufgrund einer gewöhnlichen Hochspannungsversorgung erzielt, die der Gleichstromversorgung 2 des voran-

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gehenden Beispiels gleicht, indem dieser ein Kondensator 22 mit großer Kapazität und niedriger Streuinduktivität parallel geschaltet wird. Aufgrund der niedrigen Impedanz der Quelle 21 werden die Spannungsänderungen, die sich an dem Kollektor ergeben könnten, wenn dieser den Strom des Strahls empfängt, begrenzt.

Das Arbeitsprinzip der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, zum teilweisen Wiederaufladen der Verzögerungsleitung 31 des Modulators die durch den Kollektor empfangene Energie rückzugewinnen. Die ansonsten verbrauchte Energie, wie in dem Kollektor (Verluste durch Stromwärme und durch Höchstfrequenzstrahlung), wird durch das Netz geliefert.

Mit der Versorgungsschaltung, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Spannungsänderung AV an den Klemmen des Kondensators 22 gegeben durch:

_Tp

wobei τρ die Dauer des Impulses und I ,, der Kollektorstrom ist.

Wenn beispielsweise die Kollektorspannung bis auf 3% festgesetzt sein soll, wobei es sich um einen sehr akzeptablen Wert handelt, und wenn I ,, = 30 A, τρ = 100 μΞ und die Kollektorspannung V_coll = 30 kV ist, muß gelten: C = 3,33 μΓ.

Während der Dauer des Impulses ist der Änderungsgrad der Kollektorspannung V ,, proportional zu dem Kollektorstrom I ,.,, dessen Änderung im allgemeinen 25% nicht überschreitet Der Wert der Kollektorspannung bleibt daher definiert, selbst im Fall einer abrupten Änderung des Kollektorstroms oder des Leitungsstroms durch den Integriereffekt der Kapazität C.

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Der Verzögerungsleitungsmodulator liefert dm gesamten Strom I, der Röhre {Leitungsstrom + Kollektorstrom), wobei die Summe dieser beiden Werte konstant ist. Damit er den Strom unter den besten Ladungsbedingungen liefert, um einen Spannungsimpuls mit konstantem Wert zu erzielen, sind gewisse Anpassungsbedingungen der Verzögerungsleitung (über den Impulstransformator 6) erforderlich.

Diese Bedingungen ergeben sich aus folgendem:

Wenn V, die Katodenspannung ist, die der Phasengeschwindigkeit in der Verzögerungsleitung 100 der Röhre entspricht, welche für die optimale Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Wellen sorgt, und wenn die Kollektorspannung gleich der Ladespannung der Verzögerungsleitung 31 des Modu lators ist, gilt:

V₁₁ 2V₁

V₁ = η -Sg^ also η = ^k

^{k Z} coil

wobei η das übersetzungsverhältnis des Impulstransformators 6 ist.

^Vk Da die Röhre als Elektronenimpedanz Z, = — hat, muß die

X-,

Verzögerungsleitung des Modulators die Impetanz Z, haben, die durch:

7 - ¹ 7

H -j ^zk

gegeben ist, was die Elemente des Modulators vollständig festlegt.

In den in den Figuren gezeigten Schaltbildern sind mit der Masse verbundene Elemente dargestellt. Allgemein sind diese Elemente im Rahmen der Erfindung mit einem Punkt festen Potentials verbunden, der in den Beispielen durch die Masse dargestellt ist.

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Obgleich die Erfindung für den Fall einer Wanderfeldröhre beschrieben worden ist, ist sie auch bei anderen Arten von Röhren anwendbar, wie beispielsweise freischwingenden Klystrons, die insbesondere in Radar- und Weitübertragungsanlagen von Vorteil sind. Die Erfindung ist, allgemeiner gesagt, bei allen impulsmodulierten Elektronenstrahlröhren anwendbar, die einen oder mehrere Kollektoren aufweisen, deren Potential gegenüber dem des Wechselwirkungskreises der Röhre negativ ist.

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Patentanwälte 2 8 4 3 7 Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 THOMSON - CSF 6. Oktober 1978 173, Bd. Haussmann 75008 Paris / Frankreich Unser Zeichen: T 3173 Patentansprüche :

1.) Schaltung zur Impulsversorgung einer Elektronenstrahlröhre mit gegenüber dem Potential des Wechselwirkungskreises der Röhre auf negativem Potential liegendem Kollektor, die einen Modulator aufweist, welcher seinerseits ein Thyratron, eine Verzögerungsleitung und einen Transformator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Modulators eine Quelle niedriger Impedanz ist, deren Plusklemme mit einem Punkt festen Potentials verbunden ist, daß die Wicklungen des Transformators jeweils eine mit diesem festen Punkt verbundene Klemme haben, daß von dem Thyratron, das an die Klemmen der Quelle angeschlossen ist, die Anode mit diesem festen Punkt verbunden ist, daß die Verzögerungsleitung zwischen die Katode des Thyratrons und diejenige Klemme der Primärwicklung des Transformators geschaltet ist, die zu der entgegengesetzt ist, welche mit dem festen Punkt verbunden ist, und daß diejenige Klemme der Sekundärwicklung des Transformators, die zu derjenigen entgegengesetzt ist, welche mit dem festen Punkt verbunden ist, mit der Katode der Röhre und die Minusklemme der Quelle mit dem Kollektor der ,Röhre verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Quelle aus einer Stromversorgung besteht, an deren Klemmen ein Kondensator hoher Kapazität und niedriger Induktivität angeschlossen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt festen Potentials die Masse ist.

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