DE726142C - Verfahren und Einrichtung zur Phasenmodulation - Google Patents

Description

Die Vorteile der Phasenmodulation, wie der im Vergleich zu einigen anderen Modulationsarten sich ergebende Leistungsgewinn, sind bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und verbesserte Anordnung zur- Phasenmodulation von Schwingungsenergie.

Gemäß der Erfindung wird eine Phasenmodulation mittels einer den derzeit üblichen Kathodenstrahlröhren ähnlichen Röhre hervorgebracht. Die gemäß der Erfindung benutzte Röhre kann jedoch eine Metallröhre sein, da kein besonderer Grund dafür besteht, einen Schirm der Betrachtung zugänglich zu machen, wie es bei Oszillographen oder ähnlichen Einrichtungen der Fall ist.

Die in der Phase zu modulierende Energie wird erfindungsgemäß dem Steuergitter oder einer anderen Elektrode einer Kathodehstrahlröhre aufgedrückt. Die Auffanganode der Kathodenstrahlröhre wird so geformt

[ oder angeordnet, daß sich die Laufzeit des Elektronenstrahls ändert, wenn der Kathodenstrahl abgelenkt wird. Dies bedeutet, daß die

,Länge des Strahles in Abhängigkeit von: seiner Auslenkung geändert wird, wodurch sich eine Änderung der Phase der in einem an die Auffanganode angeschlossenen Ausgangskreis auftretenden S.chwingungsenergie einstellt.

Wenn man eine Modulationsspannung an die Ablenkelektrode oder Ablenkelektroden, anlegt, ändert der Kathodenstrahl seine Lage auf der Auffangelektrode, und damit ändert sich die Länge des Kathodenstrahles oder die Laufzeit der Strahlelektronen, wodurch die Phase der von der Auffangelektrode abgenommenen Spannung geändert wird.

Der Kathodenstrahl kann entweder magnetisch oder elektrisch abgelenkt werden. Durch die Änderung der Beschleunigungsspannung kann die Laufzeit oder die tatsächliche Phasenverschiebung zwischen verschiedenen

Punkten der Auffangelektrode geändert werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Kathodenstrahlröhren in Gegentakt geschaltet, so daß sie eingangsseitig differentiell moduliert werden, während, sie ausgangsseitig parallel geschaltet sind, um „die sich ergebende Änderung in der Phase der Ausgangsleistung abzunehmen und gleichzeitig

ίο eine etwaige unerwünschte Amplitudenmodulation derselben zu beseitigen.

ο Bei einer anderen Ausführungsform werden Sekundäremissionserscheinungen in der Weise ausgenutzt, daß die erste Auffangelektrode Sekundärelektronen abgibt, welche auf eine andere Auffangelektrode fokusiert werden können, wobei die Röhre zur Erzeugung sowohl einer Phasenverschiebung wie auch einer \^rerstärkung benutzt wird. Bei dieser

zo Ausführungsform wird auch die Phasenverschiebung vervielfacht. Eine Mehrzahl von Stufen einer solchen Phasenverschiebungseinrichtung kann in einen gemeinsamen Behälter eingeschlossen werden, so daß trotz verhältnismäßiger Kleinheit der Phasenverschiebung auf einen einzigen Weg der Elektronen von der Kathode zur Auffangelektrode durch Ausnutzung der Sekundäremission eine Elektronenvervielfachung und gleichzeitig eine Vervielfachung der Phasenabweichung erzielt wird, indem die in den einzelnen Elektronenbahnen erzeugten Phasenverschiebungen addiert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auffangelektrode der Kathodenstrahlröhre konisch ausgebildet und besitzt eine Form, die man durch Rotation eines Abschnittes einer Schraubenlinie um ihre Achse erhält. Bei die-

■ ser Ausführungsfojm wird der Strahl so gesteuert, daß er der Schraubenlinie im Innern der Röhre folgt und dadurch die Weglänge in Abhängigkeit von der Modulation ändert. Bei dieser Anordnung werden die Modulationsspannungen um 90° in der Phase verschoben und Paaren von Ablenkplatten zugeführt, die in einem solchen Winkel angeordnet sind, daß der Strahl um die Achse rotiert und dadurch seine Länge in Abhängigkeit von der Modulation ändert und eine große Phasenverschiebung erzeugt. Die letzte Ausführungsform ist vor allem bei hohen Frequenzen vorteilhaft, wo die Abmessungen der Röhre klein und die Geschwindigkeit der Elektronen des Strahles ziemlich groß sein muß, um eine bestimmte Phasenverschiebung zu erzielen.

Bei allen Ausführungsformen kann der Elektronenstrahl die Gestalt eines Fächers haben, statt wie bei den üblichen Kathodenstrahlröhren fadenförmig zu sein, so daß die Röhre infolge der größeren Zahl von Elektronen in der Lage ist, eine größere Leistung zu bewältigen.

Bei der Beschreibung der Erfindung wird auf die Abbildungen 1 bis 5 Bezug genommen, in denen in Form von Schaltbildern die wesentlichen Teile mehrerer erfindungsgemäßer Phasenmodulationseinrichtungen dargestellt sind. In Abb. 5 ist eine zur Erzeugung eines den Kathodenstrahl ablenkenden Magnetfeldes dienende Einrichtung dargestellt, welche die. Ablenkanordnung in den Abb. I bis 3 ersetzen kann.

In Abb. ι enthält die Kathodenstrahlröhre 10 eine Kathode 12, der eine Strahlerzeugungs- oder Führungs- und Beschleunigungselektrode 14 zugeordnet ist. Der Strahl bewegt sich gegen eine Auffangelektrode 16, welche auf einem Kreisbogen angeordnet ist, dessen Mittelpunkt außerhalb der Achse der ⁸" Röhre liegt und dessen konkave Seite gegen .lie Kathode gerichtet ist. Die Kathodenstrahlröhre 10 enthält ferner eine Gitterelektrode 18, der die in der Phase zu modulierende Schwingung aus einer Quelle 20 zugeführt wird. Die Spannungen der Ablenkelektroden 22 und 24 werden mit den Signalspannungen, welche der Schwingung aufgedrückt werden sollen, im Gegentakt gesteuert. Die/ den Elektroden 22 und 24 zugeführten Signalspannungen können, wie dargestellt, einer beliebigen Quelle entnommen werden, die an einem Transformator 26 angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung in der Mitte bei G geerdet ist. Die Auffangelektrode 16 ist mit dem Hochfrequenzausgangskreis 28 verbunden. Die Rückleitung des Ausgangskreises liegt an der Kathode und im Bedarfsfalle an 'der Erde G. Die durch 14 dargestellten Mittel zur Erzeugung und Beschleunigung des Elektronenstrahles können die erforderliche Spannungsquelle enthalten, oder man kann eine Spannungsquelle 30, wie dargestellt, zwischen die Auffangelektrode 16 und Erde iegen und an die Kathode sowie die Elektrode 14 anschließen.

Im Betriebe wird die Kathodenstrahlröhre 10 unter Spannung gesetzt, so daß sie einen auf die Auffangelektrode 16 fallenden Elektronenstrahl erzeugt. Eine Hochfrequenzspan- no nung wird bei 20 zugeführt und dem Strahl mittels des Gitters 18 aufgedrückt, so daß sie im Ausgangskreis 18 erscheint. Die Modulationsspannungen werden Ablenkelektroden 22 und 24 zugeführt, so daß der Elektronenstrahl R über die Auffangelektrode 16 abgelenkt wird und hierbei entsprechend den Modulationsspannungen seine Länge und -die Elektronenlaufzeit ändert. Die Phase der in dem Kreis auftretenden Hochfrequenzschwmgung ist eine Funktion der elektrischen Länge des Kreises. Infolgedessen wird die Phase

der bei 28 einem _ beliebigen Nutzkreis zugeführten S chwingungs energie entsprechend den Modulationsspannungen geändert. .

Bei. der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform werden zwei Kathodenstrahlröhren 10 und 10' benutzt. Diese Röhren sind der in Abb. ι verwendeten Röhre ähnlich, und daher wurden die Bezugsziffern der .Abb. 1 zur Bezeichnung entsprechender Teile der Röhren von Abb. 2 verwendet.

Bezüglich der Abb. 2 ist zu bemerken, daß die Modulationsspannungen. .nunmehr im Gegentakt oder differentiell einer Elektrode, jedes Elektronenstrahlerzeugungssystems zugeführt werden, während., die andere Elektrode in jedem System geerdet. oder unmittelbar mit dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung von 26 verbunden ist. Die Hochfrequenzspannungen werden gleichphasig den Steuerelektroden 18 und 1.8' zugeführt. Die Ablenkung der Strahlen R und R' hervorgerufenen Pbasensteuert, daß sich, im .Ausgangskreis 28' die Amplitudenschwankungen der Schwingungsenergie entgegenwirken und aufheben, wäh- rend die durch Änderung der Laufzeiten der Strahlen R und R' hervorgerufenen Phasenschwankungen im Synchronismus sind und in dem Ausgangskreis 28 eine von Amplituden^ modulation praktisch freie phasenmodulierte Schwingung liefern. Die Ablenkelektroden ' sind mit der Sekundärwicklung des Transformators 26 in solcher Weise verbunden, daß die Kathodenstrahlen R und 22' ihre Länge gleichzeitig vergrößern und verkleinern,

Bei einer Abänderung der vorigen Ausführungen kann der Ausgangskreis an eine weitere Elektrode angeschlossen werden, welche derart angeordnet und geformt ist, .daß sie die von der Elektrode 16 in Abb. 1 und von den Elektroden 16 und 16' in der Abb. 2 oder anderen Elektroden, auf welche die von den Elektroden 16 bzw. i6' kommenden Elektronen gelenkt werden, ausgelösten Sekundärelektronen aufnimmt. Dies führt zu einer Elektronenvervielfachung und einer Verstärkung der. Ausgangsleistung. Die Art und Weise, in welcher die Elektronenvervielfachung vof sich geht, ist der Fachwelt bekannt. Durch geeigneteAusbildung der letzten Auffangelektrode, welche die Sekundärelektronen aufnimmt, kann eine Vervielfachung der Phasenabweichung erzielt werden. Dies kommt daher, daß der Unterschied der Länge des Elektronenstrahles zwischen seiner kleinsten und seiner größten Ausdehnung größer ist-als im Falle der Abb. 1 und 2, ■ λνο der Strahl nur gegen eine einzige Auffangelektrode gerichtet ist. Um diese Ver- _ Stärkung der Intensität und der Phasenabwed-

So chung mit Hilfe der Elektronenvervielfachung zu erzielen, wird von einer Bündelung und Führung der Elektronen Gebrauch gemacht, damit sowohl die Strahlen als auch die Sekundärelektronen den gewünschten Bahnen folgen. Durch geeignete Anordnung der Elektroden kann man solche Feldverhältnisse schaffen, daß die Elektronen nach bestimmten Stellen oder Teilen der Elektroden gezogen werden. Die Elektroden können im Ebenen übereinander angeordnet werden, so daß die Elektronenbahnen gebogen werden, um die zweite Elektrode in einer Ebene oberhalb der ersten Elektrode zu treffen. Außerdem richtet ein magnetisches Fokuseierungsfeld die Elektronen so, daß sie an bestimmten Stellen längs der zweiten Elektrode gesammelt werden. . * . ,

Die phasenmodulierte Schwingung kann in den . Ausgangsklemmen 28 und 28' unmittelbar nutzbar gemacht oder verstärkt, vervielfacht oder begrenzt werden.

Bei der in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform werden die Modulationsspannungen zwei Paaren von Ablenkelektroden 22, 24 und 22". 24" über einen Phasendrehkreis 40 zugeführt, der vorzugsweise eine. Phasenverschiebung von 90⁰ zwischen den Modu- · lationsspannungen an den Ablenkplatten 22, 24 und 22", 24" erzeugt. Infolgedessen rotiert der Elektronenstrahl um seine Achse mit einem Halbmesser, der von der Amplitude der Modulationsspannungen abhängt. Die in der Phase zu modulierende HocMrequenz wird wieder von einer Quelle 20 dem Gitter 18 zugeführt. Die Auffangelektrode 46 hat eine -Oberfläche, die man durch Rotation einer Schraubenlinie um ihre Längsachse erhält. Wenn der Strahl mit einem von der Amplitude der Modulationsspannungen abhängigen Halbmesser rotiert, wird die Länge und damit auch die Laufzeit des Strahles entsprechend der Amplitude der Modulationsspannung· geändert. Die phasenmodulierte Schwingung tritt in dem Ausgangskreis 28 auf.

Die Mittel zur Erzeugung einer Phasenver- *°5 Schiebung von 90⁰ zwischen den Modulationsspannungen, die durch das Rechteck 40 angedeutet sind, können die üblichen sein. Beispielsweise ist in vielen Fällen ein einfacher Phasenspalter mit einem Widerstand und einem Kondensator ausreichend. Da zahlreiche Ausführungsformen von Phasenspaltern bekannt sind, erübrigt es sich, weitere Einzelheiten darüber zu bringen.

Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist die ¹¹S Elektrode 14 der Abb. 2 ausgelassen worden. Die Erfindung läßt sich für beliebige Anordnungen zur Erzeugung eines Kathodenstrahles anwenden, welche eine Möglichkeit zur Steuerung der Strahlintensität in Abhängigkeit von der zu modulierenden Spannung enthalten.

Die Ablenkplatten 22 und 24 der Abb. 1 und 3 sowie die Elektroden 22 und 24, 22' und 24' und 22" und 24" in Abb. 2 können durch Solenoide 44 und 46, die an eine Modulationsspannungsquelle angeschlossen sind, ersetzt werden, wie die Abb. 4 und 5 zeigen. Die Solenoide können somit zur Erzeugung eines - vom Elektronenstrahl durchlaufenen Feldes benutzt werden, welches entsteht und verschwindet und seine Richtung ändert in Abhängigkeit von der Stärke bzw. Richtung der Modulationsspannungen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Erzeugung einer Phasenmodulation kurzer oder ultrakurzer Wellen mittels einer Entladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronen-Strömung erzeugt wird, deren Intensität eine Funktion der zu modulierenden Schwingung ist, und daß die Laufzeit der Elektroneiiströmung· bis zur Abnahmeelektrode für die modulierte Schwingung in Abhängigkeit von derModulationsspan-

   25. nung gebracht wird.
2. 2. Phasenmodulationseinrichtung für ein Verfahren nach Atispruch 1, gekennzeichnet durch eine Kathodenstrahlröhre mit einer Auffangelektrode, deren Oberfläche verschieden große · Abstände von der Strahlerzeugungsvorrichtung hat, ferner mit einem Intensitäts- und einem Ablenksteuerorgan, denen je eine der miteinander zu kombinierenden Schwingungen zugeführt wird, und einem Ausgangskreis, der an die Auffangelektrode oder an eine die von der Auffangelektrode ausgehenden Sekundärelektronen aufnehmende Elek-" trode angeschlossen ist.
3. 3. Phasenmodulationseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei durch die Modulationsspannung im Gegentakt gesteuerten Elektronenstrahlen.
4. 4. Phasenmodulationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangelektrode als Drehfläche ausgebildet ist und der Kathodenstrahl durch ein von der Modulationsspannung erzeugtes Drehfeld abgelenkt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen