DE1015497B - Ultrahochfrequenzoszillator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultrahochfrequenzoszillator unter Verwendung einer gewöhnlichen Dreielektrodenröhre, bei der zwischen Anode und Gitter mindestens ein Schwingkreis liegt, der im wesentlichen von den Elektrodenzuführungen und einem außenliegenden Kondensator gebildet wird, und bei dem zwischen Anode und Kathode· ein zusätzlicher Kondensator vorgesehen ist. Insbesondere sieht die Erfindung für diese Zwecke eine Dreielektroden-Kleinströhre mit doppelten Zuführungen zum Gitter und zur Anode vor.

Dreielektrodenröhren mit doppelten Gitter- und Anodenzuführungen und mit zwei dazwischenliegenden abgestimmtem Schwingkreisen waren an sich bekannt. Ebenso war es bekannt, bei einem Ultrakurzwellensender mit normaler Triodenschaltung eine kapazitive Spannungsteilung, bei der zwischen Anode und Kathode außerdem ein besonderer Kreis liegt, vorzusehen. Verwendet man derartige Schaltungen im Dezimeter- und Zentimeterbereich, so bildet die Auskopplung der erzeugten Hochfrequenzenergie ein schwieriges Problem. Eine induktive Kopplung ist nicht zweckmäßig, da die Schwingungsfelder sich im wesentlichen im Inneren der Röhre befinden und daher unzugänglich sind. Auch eine kapazitive Auskopplung ist unzweckmäßig, da Kapazitäten die Phasen- und Amplitudenbeziehungen des Rückkopplungskreises störend, beeinflussen. Die für die Auskopplung vorgesehene Schaltung muß außerdem die Ausgangsenergie einem kleinen Widerstand, z. B. einem ohmschen Widerstand von 50 Ohm, zuführen können.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Schaltung löst das Problem der Auskopplung in befriedigender Weise, indem bei einem Ultrahochfrequenzoszillator der obenerwähnten Art in Reihe mit dem zusätzlichen Kondensator ein. Parallelkreis liegt, an dem die erzeugte Hochfrequenzleistung abgenommen wird.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sieht die Erfindung die Verwendung einer Dreielektrodenröhre mit doppelten Zuführungen zum Gitter und zur Anode und mit zwei zwischen diesen Elektroden liegenden Schwingkreisen vor, bei welcher die Zuführung der Vorspannungen für Gitter und Anode über den einen Schwingkreis vorgenommen wird und der zusätzliche Kondensator samt dem Ausgangskreis mit dem anderen Schwingkreis verbunden ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 das Hochfrequenzschema einer gewöhnlichen Triode,

Fig. 2 die Verwendung der Röhren nach Fig. 1 in einem Oszillator-Reihenschwingkreis,

Ultraho chf r equenzo szillato r

Anmelder:

Standard Coil Products Co., Inc.,
Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Juni und 17. Juni 1953

Robert James Hannon, Huntington, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 3 eine Triode mit doppelten Zuführungen an zwei ihrer Elektroden,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Eigeninduktivitäten einer Röhre nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Schaltschema mit angekoppeltem Ausgangskreis für die Verwendung einer Röhre nach Fig. 3 und 4 in einem Ultrahochfrequenzoszillatorkreis gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Triode 10 mit Kathode, Gitter und Anode innerhalb eines evakuierten Kolbens 11. Wird eine Triode bei niedrigen Frequenzen verwendet, so genügt es im allgemeinen, nur diese Teile der Röhre im Zusammenwirken mit den konzentrierten Blindwiderständen, im Außenkreis zu betrachten. Wird die Arbeitsfrequenz erhöht, so beginnen die vernachlässigten inneren Scheinwiderstände eine wichtige Rolle für die Bestimmung der Kreiskenngrößen zu spielen. Schließlich sind sie in dem Frequenzbereich etwas unterhalb der durch die Laufzeitwirkungen bestimmten oberen Grenze für die Arbeitsweise des Systems nahezu allein bestimmend.

In Fig. 1 sind die inneren Induktivitäten von Anode, Gitter und Kathode und ihren Zuführungen Lp bzw. L_g und Lj₁ zusammen mit den inneren Kapazitäten C_nI₁, C₁Jg und Cgk im Innern des Röhrenkolbens angegeben. Es ist klar, daß eine theoretische Behandlung der Arbeitsweise einer Röhre, bei der alle Größen des komplizierten Netzes nach Fig. 1 berücksichtigt werden, ein sehr schwieriges Problem ist. Aus diesem Grunde werden oft viele dieser Größen vollkommen vernachlässigt, wie z. B. die Kathodeninduktivität L_k, was zu entsprechend falschen Ergebnissen führt.

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sich heraus (was die Dinge noch weiter kompliziert), daß diese einen erheblichen Teil der Energie abstrahlen, daß sie aber nicht so leicht abgeschirmt werden können wie die Röhre. Diese Abstrahlung vermindert 5 nicht nur den Wirkungsgrad, sondern auch die Amplitude des Signals im Rückkopplungskreis unter den zur Aufrechterhaltung der Schwingung nötigen Wert. Fig. 5 zeigt einen Oszillatorkreis mit der in Fig. 3 und 4 abgebildeten Triode. Mit den abgebildeten Krei-

Ein mit Reihenabstimmung versehener Oszillator
ist in Fig. 2 abgehildert. Die Triode 10 in Fig. 2 ist für
die Zwecke dieser Erläuterung die gleiche wie die
schon im Zusammenhang mit Fig. 1 behandelte. Der
äußere Teil des Schwingkreises besteht aus einem Abstimmkondensator 15 zwischen der Anoden- und
Gitterzuführung. Ein Gitterwiderstand 16 sorgt für
die geeignete Arbeitsvorspannung. Die Anodenspannung wird vom positiven Pol B+ einer Spannungsquelle über eine Hochfrequenzdrossel 17 zugeführt, io sen kann man die obere Schwingungsfrequenz weit und die Kathode ist über eine ähnliche Drossel 18 ge- über die Grenzen hinaus erhöhen, die durch die Eigenerdet. Der Röhrenheizkreis wurde weggelassen. resonanz in parallel schwingenden Oszillatoren oder

Der Schwingkreis für den Oszillator nach Fig. 2 durch Reihenresonanz in Kreisen nach Fig. 2 gegeben wird in erster Linie von dem äußeren Kondensator 15 sind, und man kann eine erhebliche nutzbare Leistung gebildet, der in Reihenschaltung mit den inneren 15 tatsächlich erreichen. Die Triode 30 nach Fig. 5 mit Induktivitäten L_g und L₁, der Gitter- und Anodenzu- doppelten Anodenstiften P₁-P₂ und doppelten Gitterführungen wirkt. Ein Kreis dieser Art schwingt mit stiften G₁-G₂ ist mit den inneren Zuführungsinduktiviannehmbarer Leistung etwas oberhalb der Frequenz- täten wie in Fig. 4 abgebildet. Die Kapazitäten grenze der Eigenschwingung, die für übliche äußere zwischen den Elektroden, die natürlich wie in Fig. 1 Parallelschwingkreise gilt. Wird jedoch die Arbeits- 20 auch hier vorhanden sind, wurden zur Vereinfachung frequenz erhöht, so erreicht man bei der abgebildeten der Zeichnung weggelassen.

Anordnung einen Zustand, bei dem im Rückkopplungs- Anstatt mit Kurzschlußbügeln die doppelten

kreis nicht die richtigen, die Schwingung aufrecht er- Anoden- und Gitterzuführungen zu verbinden, hat haltenden Phasen- und Amplitudenbeziehungen zwi- man die äußere für einen in Reihe schwingenden sehen Eingang und Ausgang der Anordnung herr- 25 Oszillator erforderliche Abstimmkapazität aufgeteilt sehen. Bei dem Kreis nach Fig. 2 liegt die praktische und einen Abstimmkondensator 31 zwischen das eine

obere Frequenzgrenze int der Gegend von 1200 MHz. Selbst wenn man ungewöhnliche Mittel anzuwenden versucht, z. B-. den Röhrensockel wegläßt und die Verbenachbarte Paar von Anoden- und Gitterstiften P₁-G₁ und den anderen Teil 32 des Abstimmkondensators zwischen das zweite Paar P₂-G₂ geschaltet. Der Gitter

drahtung unmittelbar an die Stifte anlötet, kann man 30 widerstand 33 verbindet den Gitterstift G₂ mit Erde

die Frequenz nicht erhöhen, ohne die Nennverlust- " und sorgt für die nötige Gittervorspannung. Der

leistung zu übersteigen. Anodenkreis liegt über eine Hochfrequenzdrossel 34

Eine Triode mit der Elektrodenanordnung nach an der .Spannungsquelle B.+ . Der äußere Kathoden-Fig. 3 ist erhältlich als amerikanische Röhre mit der stift K- wird geerdet und der Heizfaden bei 35 über Handelsbezeichnung 6AF 4. Durch Verwendung von 35 die Drossel 36 in üblicher Weise aus einer Strom-Elektroden mit geringem Abstand hat man erreicht, quelle gespeist.

daß die Laufzeit für übliche Arbeitsfrequenzen un- Obwohl grundsätzlich der bisher beschriebene Kreis bedeutend wird. Zusätzlich hat die Röhre nach Fig. 3 einen Oszillator mit einem Reihenschwingkreis entbesondere Kennzeichen,-nämlich doppelte Anodenzu- hält, läßt sich beobachten, daß man durch vollständige führungen P₁, P₂ und doppelte Gitterzuführungen G₁, 40 Entfernung der äußeren Kurzschlußbügel zwischen G₂ mit einem üblichen Neun-Stift-Miniatursockel. den Sockelstiften P₁-P₂ und G₁-G₂ und durch in Reite Durch diese Röhrenkonstruktion werden viele der
baulichen Beschränkungen/vermieden, denen Röhren
der in Fig. 1 allgemein dargestellten Art unterliegen.

Fig. 4 zeigt die elektrische Bedeutung dieser An- 45 kann, als es sonst möglich wäre. Die obere Grenzordnung von Elektroden und Zuführungen. Durch die frequenz dieses Kreises selbst liegt erheblich ob£rdoppelten Zuführungen' entstehen zwei parallele halb von 1200 MHz, d.h. dem Wert, der vorher als Induktivitäten L_n und L_P2 zwischen den Anodenstif- Grenze für gewöhnliche Kreise angegeben wurde. , __:, ten P₁ und P₂ undparallele Induktivitäten L_n und. L_g2 .Die obere Frequenzgrenze dieses Systems wird in den Leitungen, die das Gitter mit den Gitterstiften 50 durch die Kathodeninduktivität L_k bedingt, für die verbinden. Die innere Induktivität L_k der Kathode ist richtigePhasenbeziehungm-zwischenEingangundAusin die Zuführung zunv Kathodenstift K am Röhren- gang der Rückkopplung auftreten. Diese Kathodensockel eingezeichnet. _r - ; induktivität kann man kompensieren, indem ein klei-

Wird eine Röhre nacfr Fig. 4 für Frequenzen unter- ner Festkondensator 37 zwischen einen der Anodenhalb des Ultrahochfrequerizbandes benutzt, so werden 55 stifte P₁ und Erde geschaltet wird, durch leitende, im äußeren Kreis zwischen den Stiften Gemäß der Erfindung wird die Notwendigkeit, die

J lih

statt parallel arbeitende Zuführungsinduktivitäten einen oder beide Kondensatoren 31 und 32 abstimmen und dadurch höhere Schwingungsfrequenzen erreichen

P₁-P₂ und den Stiften
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liegende Kurzschlußh d

Kathodeninduktivität L_k zu kompensieren, zugleich

bügel die inneren Induktivitäten parallel geschaltet und zur Auskopplung der Ausgangsenergie ausgenutzt, dadurch die Selbstinduktion verringert. Versucht man Wie abgebildet, ist der phasenkompensierende Konim Ultrahochfrequenzbänd zu arbeiten, so- stellt sich 60 densator 37 von dem Anodenstift P₁ mit Erde über unglücklicherweise heraus, daß diese Verringerung der einen Parallelschwingkreis verbunden, der aus einem effektiven Induktivität nicht verfügbar ist, da prak- veränderlichen Kondensator 41 und einer Spule 42 betisch die Kurzschlußbügel· zwischen jedem Stiftenpaar steht. Durch Wahl der Anzapfung 43 kann die richetwa den doppelten Wert von L₁, bzw. L_s haben. Mit tige Widerstandstransformation zum Anpassen des anderen Worten: Wird'-ein üblicher Miniatursoekel 65 koaxialen Kabels 44 gewählt werden. Durch Einstellen verwendet, so verhindern die mindestens geometrisch des Kondensators 41 kann man die notwendige Beerforderlichen Abmessungen von Leitungen und dingung für Parallelresonanz erreichen. Der Konden-Bügeln, daß man die .fei der Zuführungsanordnung sator 41 bietet den weiteren Vorteil, daß man 3ie nach Fig. 3 und 4 beabsichtigten Vorteile erreicht. Phase des aus der Anode durch den 'Kondensator 37 Werden äußere Kurzschlaßbügel verwendet, so stellt 70 fließenden Kompensationsstromes einstellen kann: · ^; ' ·'

Als praktisches Beispiel sei erwähnt, daß eine Röhre 6 AF 4 in Schaltung nach Fig. 5 mit kurzen, dicht benachbarten, parallelen Messingplatten als frequenzbestimmenden Kondensatoren eine Schwingung in dem Band zwischen 1700 und 2000 MHz ergab. Die Frequenz konnte über den ganzen Arbeitsbereich durch Veränderung des Plattenabstandes und/oder der Plattenlänge abgestimmt werden. Keramische Festkondensatoren können natürlich verwendet werden, sofern eine konstante Arbeitsfrequenz erforderlich ist. Ein ohmscher Belastungswiderstand von 50 Ohm wurde mit der richtigen Anzapfung der Spule 42 verbunden. Dann konnte man durch Abstimmen des Kondensators 41 gleichzeitig die richtigen Rückkopplungsphasenbeziehungen erhalten und den Widerstand an den Belastungskreis anpassen. Wird ein sehr kleiner Kondensator außen zwischen die Anodenstifte P₁-P₂ gelegt, so erhöht sich dadurch die verfügbare Ausgangsenergie.

Claims (2)

20 Patentansprüche:

1. Ultrahochfrequenzoszillator unter Verwendung einer Dreielektrodenröhre, bei der zwischen Anode und Gitter mindestens ein Schwingkreis liegt, der im wesentlichen von den Elektrodenzuführungen und einem außenliegenden Kondensator gebildet wird, und bei dem zwischen Anode und Kathode ein zusätzlicher Kondensator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem zusätzlichen Kondensator ein Parallelkreis liegt, an dem die erzeugte Hochfrequenzleistung abgenommen wird.

2. Ultrahochfrequenzoszillator nach Anspruch 1, unter Verwendung einer Dreielektrodenröhre mit doppelten Zuführungen zum Gitter und zur Anode und zwei zwischen diesen Elektroden liegenden Schwingkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Vorspannungen für Gitter und Anode über den einen Schwingkreis vorgenommen wird und daß der zusätzliche Kondensator samt dem Ausgangskreis mit dem anderen Schwingkreis verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 757 758, 867 914; Zeitschrift für Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 1934, Bd. 43, S. 12 bis 15.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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