DE69619720T2 - Geschalteter Invertermodulator - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Modulatoren, und, genauer gesagt, geschaltete Inverter-Modulatoren zur Verwendung für den Betrieb von Magnetrons und Mikrowellenröhren und dergleichen.
• Die meisten Hochenergie-Impulsleistungsgeräte erfordern irgend eine Art von Hochspannungs-Modulationskonzept für ihren Betrieb. Die herkömmlichen Techniken, welche verwendet werden, sind L-C-Leitungsmodulatorenarten, starre Röhrenmodulatoren oder halbstarre Röhrenmodulatoren. Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die Systemgröße und das Gewicht zu minimieren und den Leistungswirkungsgrad maximal zu gestalten, währen eine Beweglichkeit bezüglich der Wellenform in die Modulatorkonstruktion eingebaut wird. Was man also benötigte, war der Wirkungsgrad eines Modulators der Leitungsart, die Impulsbreite und die Impulswiederholungsfrequenz-Vielseitigkeit des starren Röhrenmodulators und ein dritter, sehr wichtiger Parameter, die Fähigkeit, eine zeitveränderliche Amplitude zu liefern, die bei herkömmlichen Modulatoren nicht gegeben ist.
• Es sind drei Arten von Modulatoren vorhanden, die herkömmlicherweise verwendet werden, um beispielsweise Hochleistungsmikrowellenröhren zu betreiben, wobei diese Modulatoren den Modulator der Leitungsart, starre Röhrenmodulatoren (oder halbstarre Röhrenmodulatoren) und Modulatoren mit modulierender Anode/ Gitterelektrode umfassen. Die vorliegende Erfindung verwendet nicht modulierende Anoden oder Gitter und solches wird daher hier nicht diskutiert.
• Modulatoren der Leitungsart sind sehr wirkungsvoll: und verwenden Spannungsverdoppelungs-Resonanzeffekte eines L-C-Netzwerkes, welches einen impedanzangepaßten Verbraucher, beispielsweise eine Mikrowellenröhre, über einen Impulstransformator betriebt. L-C-Netzwerke sind wegen der langsamen Erholungszeit eines Thyratrons in der Pulswiederholungsfrequenz begrenzt. Auch sind die Impulsbreiten im allgemeinen auf den Mikrosekundenbereich wegen der außerordentlichen Größe und des Gewichtes eines Impulsformungsnetzwerkes (PFN), das in Modulatoren der Leitungsart verwendet wird, begrenzt. Der Modulator der Leitungsart, wenn er beispielsweise ein Hochfrequenzmagnetron betreibt, ist nicht besonders amplitudenvariabel von Impuls zu Impuls und kommt daher für die Anwendung kaum in Frage.
• Starre Röhrenmodulatoren sind bezüglich Impulsbreite und Impulswiederholungsfrequenz vielseitig, haben jedoch auch wieder ihre Beschränkungen. Starre Röhren erfordern mehr Heiz- und Vorspannungsleistung als der Modulator der Leitungsart. Starre Röhren sind verlustbehaftet und werden gleichsam als launisch angesehen. Zwar können höhere Pulswiederholungsfrequenzen als mit einem Modulator der Leitungsart im allgemeinen erreicht werden, doch neigen die Schaltröhren zu einer Begrenzung der Impulsbreite, typischerweise im kurzen Mikrosekundenbereich. Bei typischen kapazitiv gekoppelten starren Röhrenmodulatoren kann eine Amplitudenmodulation nicht leicht erreicht werden. Gesichtspunkte einer Ermüdung bezüglich der Amplitudenveränderung werden zu einem Problem.
• Halbstarre Röhrenmodulatoren (modifizierte Konstruktion der starren Röhre) enthalten ein Gerät, das als Crossatron bezeichnet wird und an Stelle einer Vakuumröhre verwendet wird. Das Crossatron hat einen größeren Wirkungsgrad und gestattet eine Ausdehnung der Impulsbreiten auf den Millisekundenbereich. Diese Modulationsmethode entbehrt jedoch vielseitiger Amplitudenmodulationskapazität. Die Wellenform des halbstarren Röhrenmodulators weist längere Impulse im Millisekundenbereich zusätzlich zu schmalen Impulsbreiten auf. Die Impulswiederholungsfrequenz wird auch verändert, während Impulse konstanter Amplitude beibehalten werden.
• Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten geschalteten Inverter-Modulator für die Verwendung zum Betrieb von Magnetrons und Mikrowellenröhren und dergleichen zu schaffen, welcher die Beschränkung herkömmlicher Modulatoren überwindet.
• Die US-A-4 174 534 offenbart einen Haupt-Hilfs-Spannungsregler, der eine Impulsbreitenmodulation vornimmt. Der Regler befindet sich innerhalb eines Impulsbreitenmodulationsumformers zur Umformung einer ersten Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung oder Gleichspannung, wobei die Größe der zweiten Spannung von der Umformerschaltung geregelt wird. Die Schaltung enthält einen Taktgeberkreis, eine Haupt-Impulsbreitenmodulationsschaltung und eine Hilfs-Impulsbreitenmodulationsschaltung.
• Die EP-A-0 193 366 offenbart ein Leistungsstoßmodul zur Verwendung in einer Null-Strom-Schaltumformeranordnung, die einen äußeren Signalimpulsfolgengenerator enthält. Das Leistungsstoßmodul enthält einen Null-Strom-Schaltumformer und einen Steuereingangsanschluß.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Zum Erreichen der obigen und weiterer Ziele wird die vorliegende Erfindung durch einen geschalteten Inverter-Modulator gebildet, wie er in den anliegenden Ansprüchen 1 und 2 beansprucht ist, um einen Verbraucher zu betreiben.
• Der Modulator enthält einen synchronisierten Impulsgenerator zur Lieferung einer Impulsbreiten-Zeitgabe und synchronisierter Amplitudenbefehle. Haupt- und Hilfs- Hochspannungs-Leistungsquellen dienen zur Lieferung von Ausgangsimpulsen, welche den Verbraucher betreiben. Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren sind parallel zu jeder der Leistungsquellen geschaltet, um die Energiespeicherung zu ergänzen, die für einen Impuls benötigt wird. Isolationswiderstände sind zwischen die Ausgänge der Hochspannungs-Leistungsquellen und den Verbraucher geschaltet, um vorübergehende Kurzschlüsse daran zu hindern, zurück in die Leistungsquellen hineinzuwirken. Ein Rampengenerator ist mit der Haupt-Leistungsquelle gekoppelt, um Zeitgabeimpulse mit entsprechenden Amplitudenbefehlen zu synchronisieren und die Anstiegszeit jeder Leistungsquelle zu steuern.
• Der synchronisierte Impulsgenerator gibt Impulsbreiten-Zeitgaben und synchronisierte Amplitudenbefehle an die schaltenden Hochspannungs-Leistungsquellen ab, während der Ausgangs-Spannungsimpuls unmittelbar beispielsweise an einen CW-Magnetronoszillator abgegeben wird. Die Leistungsquellen sind durch Leistungswiderstände isoliert, um Magnetron-Unterbrechnungslichtbogen-Reflexionen zu verhindern. Der geschaltete Inverter-Modulator bietet die Möglichkeit veränderlicher Impulsbreiten, veränderlicher Impulswiederholungsfrequenzen und veränderlichen Amplitudenausganges. Es können komplizierte Hochfrequenzimpulsfolgen erzeugt werden.
• Der Modulator kann mit einem Hochfrequenzsender verwendet werden, der eine kleine Systemgröße und geringes Gewicht und einen maximalen Leistungswirkungsgrad hat und eine Wellenformbeweglichkeit bietet. Der vorliegender Modulator nimmt eine Impulsmodulation eines CW-Magnetrons vor und bietet eine benutzerfreundliche Variabilität bezüglich Impulsbreite, Impulswiederholungsfrequenz und Amplituden-Wellenformen. Die ausschlaggebenden Vorteile des Modulators bestehen darin, daß er hohe Impulswiederholungsfrequenzen, große Impulsbreiten und eine Impuls-Amplitudenmodulations-Vielseitigkeit bietet. Die vorliegender Erfindung ermöglicht den kleinsten, leichtesten und vielseitigsten Impulsmodulator, der bei Einsatz einer Technologie nach dem Stande der Technik verfügbar ist, um beispielsweise ein Magnetron zu betreiben. Der Modulator kann in kodierten Radarsendern für weite Entfernungen, elektronischen militärischen Einrichtungen oder in Kommunikationssystemen und dergleichen eingesetzt werden. Der Modulator kann auch für wissenschaftliche Forschungszwecke verwendet werden, bei denen Untersuchungen bezüglich der Wechselwirkungen mit ungewöhnlichen Wellenformen durchgeführt werden.
• Die Hochspannungs-Leistungsquelle ist eine Schaltmodus-Leistungsquelle, welche dreiphasigen Netz-Wechselstrom gleichrichtet und filtert, um eine niedrige Gleichspannung zu liefern, die niedrige Gleichspannung mit einer Geschwindigkeit von 30 kHz zerhackt und dann die Spannung auf den gewünschten Pegel heraufsetzt. Der Ausgang ist eine Kombination verschiedener serieller und paralleler Transformatoranzapfungen, welche gleichgerichtet auf einem hohen Gleichspannungspegel sind. Die Leistungsquellen haben gemäß der vorliegenden Erfindung einzigartige Impulsbreiten, Tastverhältnisse und Spannungspegel. In der Haupt-Leistungsquelle befindet sich ein Rampengenerator, der bei Null startet und die Zeitgabeimpulse mit ihren Amplitudenbefehlen synchronisiert. Dieser Rampengenerator steuert auch die Leistungsquellen-Anstiegszeit entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Haupt-Leistungsquelle kann eine Mehrzahl von Hilf-Leistungquellen enthalten, welche für eine zusätzliche Stromabgabekapazität parallelgeschaltet sind.
• Das Besondere an der vorliegenden Erfindung ist, daß der Verbraucher unmittelbar durch zwei Leistungsquellen betrieben wird. Bei einer praktisch gebauten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbraucher ein Magnetron. Bei der vorliegenden Erfindung gibt es keine Hochspannungs-Speicherelemente, beispielsweise Kondensatoren oder Induktivitäten, wie sie in herkömmlichen Modulatoren erforderlich sind. Hierdurch werden Probleme mit Hochspannungsdurchschlägen vermieden und Sicherheitsrisiken herabgesetzt. Die Niederspannungs-Gleichstromkondensatorgruppe ist jedoch mit den Leistungsquellen parallelgeschaltet, um die Speicherenergie zu ergänzen, die während eines Impulses benötigt wird. Die Gleichstrom-Kondensatorgruppe wurde eingesetzt, da der Spitzenimpuls-Leistungsbedarf die primäre durchschnittliche Leistungsausgangskapazität des Generators überstieg. Magnetrons sind dafür bekannt, daß sie störungsbehaftete Einschaltcharakteristiken haben, beispielsweise mit Spitzenbildung und Funkenbildung. Aus diesem Grunde werden Isolationswiderstände verwendet, um weitestgehend zu verhindern, daß vorübergehende Kurzschlüsse in die Leistungsquellen zurückwirken.
• Es wurde ein Impulsgenerator gebaut, welcher einen Zeitgabeimpuls zusammen mit einer synchronisierten analogen Wellenform an die Haupt-Hochspannungs- Leistungsquelle abgibt. Der Zeitgabeimpuls instruiert die Leistungsquellen darüber, wann die Hochspannung beginnen soll, und für welches Zeitintervall. Die analoge Wellenform informiert die Haupt-Leistungsquelle darüber, welcher Hochspannungspegel erreicht werden soll.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
• Die vielfältigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leichter verständlich, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche bauliche Elemente bezeichnen, wobei in den Zeichnungen
• Fig. 1a einen herkömmlichen allgemein dargestellten Modulator der Leitungsbauart zeigt;
• Fig. 1b einen typischen Zug von Hochfrequenzimpulsen wiedergibt, wie er von dem Modulator nach Fig. 1a erzeugt wird;
• Fig. 2a einen herkömmlichen allgemein dargestellten starren Röhrenmotor zeigt, bei dem ein kapazitiv angekoppelter Verbraucher vorgesehen ist;
• Fig. 2b einen typischen Zug von Hochfrequenzimpulsen zeigt, wie er von dem Modulator nach Fig. 2a geliefert wird, wobei die Impulse veränderliche Impulsbreiten im Mikrosekundenbereich haben;
• Fig. 3a einen herkömmlichen halbstarren Röhrenmodulator wiedergibt, in welchen ein Crossatron zum Ersatz einer Vakuumröhre verwendet wird;
• Fig. 3b einen typischen Zug von Hochfrequenzimpulsen darstellt, wie er von dem Modulator von Fig. 3a geliefert wird, wobei die Impulse veränderliche Impulsbreiten im Millisekundenbereich haben;
• Fig. 4a einen geschalteten Inverter-Modulator gemäß den Grundzügen der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
• Fig. 4b einen typischen Zug von Hochfrequenzimpulsen zeigt, welche Impulsbreiten im Millisekundenbereich haben und eine Amplitudenvariation aufweisen, wie dies durch den Modulator von 4a hervorgebracht wird; und
• Fig. 4c ein detailliertes Schaltbild des geschalteten Inverter-Modulators von Fig. 4a zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Es sei nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Zur Einführung sind in den Fig. 1a, 2a und 3a drei herkömmliche Modulatoren 10 bzw. 20 bzw. 30 dargestellt, die zum Betrieb eines Verbrauchers 11 dienen, beispielsweise einer Hochleistungs-Mikrowellenröhre. Ein Modulator der Leitungsbauart ist in Fig. 1a dargestellt und eine typische Folge oder ein typischer Zug von Hochfrequenzimpulsen, welche durch den Modulator 10 der Leitungsbauart geliefert werden, ist in Fig. 1b gezeigt. Der Modulator 10 der Leitungsbauart wird durch eine Hochspannungs-Leistungsquelle (HVPS) 15 gespeist. Der Modulator 10 der Leitungsbauart hat einen hohen Wirkungsgrad und verwendet Spannungsverdoppelungs-Resonanzeffekte einen LC-Impulsformungsnetzwerkes 12 zum Betrieb einer impedanzangepaßten Belastung 11, beispielsweise einer Mikrowellenröhre, über einen Impulstransformator 13. Das LC-Impulsformungsnetzwerk 12 ist bezüglich der Impulswiederholungsfrequenz beschränkt, was auf der langsamen Erholungszeit eines Thyrathrons 14 beruht. Auch sind die Impulsbreiten im allgemeinen auf den Mikrosekundenbereich begrenzt, was durch die außerordentliche Größe und das Gewicht des Impulsformungsnetzwerkes 12 verursacht ist. Der Modulator 10 der Leitungsbauart liefert, wenn er beispielsweise zum Betrieb eines Hochfrequenz-Magnetrons als Verbraucher 11 verwendet wird, keinen Ausgang mit von Impuls-zu-Impuls veränderlicher Amplitude.
• Ein starrer Röhrenmodulator 20 ist in Fig. 2a gezeigt und eine typische Hochfrequenz-Impulsfolge, wie sie durch den starren Röhrenmodulator 20 geliefert wird, ist in Fig. 2b dargestellt. Der starre Röhrenmodulator 20 ist bezüglich Impulsbreite und Impulswiederholungsfrequenz vielseitig, hat jedoch Beschränkungen. Der starre Röhrenmodulator 20 wird durch eine Hochspannungs-Leistungsquelle (HVPS) 15 betrieben. Die starren Röhren 14 (Vakuumröhren 14 oder Thyrathrons) erfordern extreme Heizleistung und Vorspannungsleistung. Die starren Röhren 14 sind verlustbehaftet und gleichsam launisch. Obwohl im allgemeinen höhere Impulswiederholungsfrequenzen als mit einem Modulator der Leitungsbauart erreichbar sind, neigen die Schaltröhren dazu, bezüglich der Impulsbreite beschränkt zu sein, typischerweise auf den kurzen Mikrosekundenbereich. Bei starren Röhrenmodulatoren, welche kapazitiv über eine Gruppe von Kondensatoren 60 gekoppelt sind, läßt sich eine Amplitudenmodulation nicht leicht erreichen und eine Ermüdung gegenüber der Amplitudenvariation stellt ein Problem dar.
• Ein halbstarrer Röhrenmodulator 30 ist in Fig. 3a gezeigt und eine von dem halbstarren Röhrenmodulator 30 gelieferte typische Hochfrequenzimpulsfolge ist in Fig. 3b wiedergegeben. Der halbstarre Röhrenmodulator 30 enthält ein Crossatron anstelle der Vakuumröhre 14. Das Crossatron 17 hat einen höheren Wirkungsgrad und gestattet eine Ausdehnung der Impulsbreiten auf den Millisekundenbereich. Der halbstarre Röhrenmodulator 30 entbehrt jedoch der Fähigkeit einer Vielseitigkeit bezüglich der Amplitudenmodulation. Die Ausgangswellenform des halbstarren Röhrenmodulators 30 hat längere Impulse im Millisekundenbereich und schmale Impulsbreiten, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Die Impulswiederholungsfrequenz wird geändert, während eine konstante Amplitude der Impulse aufrechterhalten wird.
• Im Gegensatz zu den oben beschriebenen herkömmlichen Modulatoren 10, 20, 30 zeigt Fig. 4a einen geschalteten Inverter-Modulator 40 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung, während Fig. 4b eine typische Hochfrequenzimpulsfolge zeigt, welche Impulsbreiten im Millisekundenbereich und eine Amplitudenveränderung aufweist, wie sie durch den Modulator 40 von Fig. 4a hervorgebracht wird. Fig. 4c zeigt ein detailliertes Schaltbild des geschalteten Inverter-Modulators 40 von Fig. 4a.
• Der geschaltete Inverter-Modulator 40 enthält zwei Hochspannungs-Leistungsquellen (HVTS) 41 und 42, welche eine Haupt-Hochspannungsleistungsquelle 41 und eine Hilfs-Hochspannungsleistungquelle 42 umfassen. Die Hochspannungs-Leistungsquellen 41 und 42 dienen zum Betrieb eines Verbrauchers 11 beispielsweise eines kontinuierlich schwingenden CW-Magnetronoszillators 11 (Magnetron 11) oder beispielsweise einer Mikrowellenröhre 11. Vorzugsweise wird ein Magnetron 11 verwendet, da es hohen Wirkungsgrad, geringe Baugröße und Gewicht und: die Möglichkeit der Erzeugung langer Impulse im Millisekundenbereich aufweist. Eine Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren 43 ist parallel zu jeder der Leistungsquellen 41, 42 geschaltet, um die Speicherenergie zu ergänzen, die während eines Impulses benötigt wird. Isolationswiderstände 44 sind zwischen die Ausgänge der Hochspannungs- Leistungsquellen und den Verbraucher geschaltet und dienen dazu, zeitweise Kurzschlüsse weitestgehend daran zu hindern, in die Leistungsquellen hinein rückzuwirken. Ein synchronisierter Impulsgenerator 45 liefert Impulsbreiten-Zeitgaben und synchronisierte Amplitudenbefehle 46, 47 an die Hochspannungs-Leistungsquellen 41 und 42. Ein Rampengenerator 48 ist in die Haupt-Leistungsquelle 41 eingeschlossen, um die Zeitgabeimpulse 46 von null zu starten und mit den zugehörigen Amplitudenbefehlen 47 zu synchronisieren. Der Rampengenerator 48 steuert auch die Anstiegszeit jeder der Leistungsquellen 41 und 42. Der Haupt-Leistungsquelle 41 können mehrere Hilfs- Leistungsquellen 42 zugeordnet sein, die für zusätzliche Stromkapazität parallelgeschaltet sind. Der Ausgangs-Spannungsimpuls des geschalteten Inverter-Modulators 40 wird über die Isolationswiderstände 44 direkt an das Magnetron 11 geliefert.
• Es sei nun auf Fig. 4c Bezug genommen. Hier ist eine detailliertes Schaltbild des geschalteten Inverter-Modulators 40 von Fig. 4a gezeigt. Der geschaltete Inverter-Modulator 40 enthält die Haupt- und Hilfs-Hochspannungsleistungsquellen 41 und 42, die zwischen eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle 51 von 208 V geschaltet sind, und zwei parallele Isolationswiderstände 44 von 50 Ohm, die einen Rechteckwellenausgang des geschalteten Inverter-Modulators 40 darbieten. Die Hochspannungs-Leistungsquellen 41 und 42 enthalten jeweils einen Dreiphasen-Brückengleichrichter 53 mit einer Mehrzahl von Eingangsdioden 53a. Der Brückengleichrichter 53 ist parallel zu postitiven und negativen Ausgängen eines Gleichstrom-Eingangsfilters 52 gelegt, der eine Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren 43 und eine Induktivität 54 enthält, die in den positiven (oder negativen) Zweig zwischen den Eingangsdioden 53 und den Kondensatoren 43 gelegt ist. Der Ausgang des Eingangsfilters 42 ist an die Eingänge eines Resonanzinverters 55 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Hochspannungstransformator 56 und einen Gleichrichter/Filter 57 geführt ist, um den Ausgang von den Hochspannungs-Leistungsquellen 41, 42 darzubieten, der an die Widerstände 44 angekoppelt wird. Eine Regelschleife 58 führt als Rückkopplungsweg von den jeweiligen Ausgängen der Hochspannungs-Leistungsquellen 41, 42 zu den Steuereingängen des Resonanzinverters 55. Die Steuerschleife 58 enthält den Rampengenerator 48. Eingänge zu der Steuerschleife 58 werden durch den synchronisierten Impulsgenerator 45 geliefert, der einen Amplitudengenerator 61 und einen Zeitgabegenerator 62 enthält.
• Jede Hochspannungs-Leistungsquelle 41, 42 ist eine Schaltmodus-Leistungsquelle, welche die dreiphasige Netz-Wechselspannung gleichrichtet und filtert, um eine niedrige Gleichspannung zu erhalten, die niedrige Gleichspannung mit einer Geschwindigkeit von 30 kHZ zerhackt und dann die Spannung auf den gewünschten Pegel heraufsetzt. Der Ausgang ist eine Kombination verschiedener serieller und paralleler Transformatoranzapfung, die wiederum auf dem Hochspannungs-Gleichstrompegel gleichgerichtet werden. Die Leistungsquellen 41 und 42 haben gemäß der vorliegenden Erfindung einzigartige Impulsbreiten, Tastungsverhältnisse und Spannungspegel. Die Haupt- Leistungsquelle 41 und die mehrfachen Hilfs-Leistungsquellen 42 können solche Parallelschaltungen aufweisen, daß eine zusätzliche Stromkapazität erreicht wird.
• Das Eigentümliche des geschalteten Inverter-Modulators 40 besteht darin, daß der Verbraucher 11 (das Magnetron 11 oder die Mikrowellenröhre 11) unmittelbar durch die zwei Hochspannungs-Leistungsquellen 41 und 42 gespeist wird. Der geschaltete Inverter-Modulator 40 hat keine Hochspannungs-Speicherelemente, beispielsweise Kondensatoren und Induktivitäten, die in den herkömmlichen Modulatoren 10, 20, 30 erforderlich sind. Dies beseitigt Probleme bezüglich Hochspannungsdurchschlägen und vermindert die Sicherheitsrisikos. Es sind jedoch die Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren 43 vorgesehen, die zu den Leistungsquellen 41, 42 parallelgeschaltet sind, um die Speicherenergie zu ergänzen, die während eines Impulses benötigt wird. Die Gleichstromkondensatoren 43 werden verwendet, da der Spitzen-Impulsleistungsbedarf, der für den Anwendungsfall erforderlich ist, für welchen die vorliegende Erfindung beispielsweise vorgesehen ist, die durchschnittliche primäre Ausgangsleistungskapazität der Wechselspannungs-Leistungsquelle 51 übersteigt. Die Magnetrons 11 sind dafür bekannt, daß sie eine störungsbeladene Einschaltcharakteristik haben, beispielsweise Spitzenbildung und Funkenbildung. Aus diesem Grunde sind die Isolationswiderstände 44 vorgesehen, die dazu dienen, vorübergehende Kurzschlüsse weitestgehend daran zu hindern, Störungswellen zurück in die Leistungsquellen 41, 42 zu schicken.
• Der synchronisierte Impulsgenerator 42 wurde vorgesehen, um einen Zeitgabeimpuls 46 zusammen mit einer synchronisierten analogen Wellenform 47 an die Haupt- Hochspannungs-Leistungsquelle 41 abzugeben. Der Zeitgabeimpuls 46 informiert die Leistungsquellen 41 und 42 darüber, wann ein Hochspannungsimpuls einzusetzen hat und für welches Zeitintervall. Die analoge Wellenform 47 informiert die Haupt- Leistungsquelle 41 darüber, welcher Hochspannungspegel erreicht werden soll.
• Der geschaltete Inverter-Modulator 40 wurde für die Speisung einer Magnetronröhre 11 als Verbraucher 11 erfolgreich getestet. Der Ausgangsimpuls des geschalteten Inverter-Modulators 40 diente zum Modulieren des kontinuierlich schwingenden Magnetrons oder CW-Magnetrons mit einer benutzerfreundlichen Veränderbarkeit bezüglich Impulsbreite, Impulswiederholungsfrequenz und Wellenformamplitude. Die Planungsparameter für den geschalteten Inverter-Modulator 40 bewegen sich in den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Bereichen:
Tabelle
• Impulsbreite 0,5 bis 15 ms
• Impulswiederholungsfrequenz 1 bis 100 pps, über 100 pps möglich
• Hochspannungsimpuls 0 bis -18 kV
• Spitzenstrom 0 bis 6 A
• Hochfrequenz-Amplitudenvariation 0 bis -6 dB
• Tastungsverhältnis ≥ 40%
• Der geschaltete Inverter-Modulator 40 ermöglicht die Schaffung des kleinsten, leichtesten und vielseitigsten Impulsmodulators 40, der nach dem gegenwärtigen Entwicklungsstand in der Technik zum Speisen eines Magnetrons 11 zur Verfügung steht. Der geschaltete Inverter-Modulator 40 kann für wissenschaftliche Forschungen verwendet werden, wobei die Wechselwirkung mit ungewöhnlichen Wellenformen untersucht werden soll. Der geschaltete Inverter-Modulator 40 kann auch in kodierten Radarsendern für große Entfernungen, für militärische Elektronik oder für Kommunikationszwecke und dergleichen eingesetzt werden.
• Es wurde also ein neuer und verbesserter geschalteter Inverter-Modulator für die Verwendung zum Betrieb eines Verbrauchers, beispielsweise eines Magnetrons oder einer Mikrowellenröhre beschrieben. Es versteht sich, daß das oben beschriebene Ausführungsbeispiel nur zur Erläuterung und als Beispiel für viele spezifische Ausführungsformen dient, die Anwendungen der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung darstellen.

Claims (9)

1. Geschalteter Inverter-Modulator (40) zur Verwendung beim Betreiben eines Verbrauchers von einer Spannungsquelle (51) aus, wobei der Modulator folgendes enthält:

Haupt- und Hilfs-Hochspannungs-Leistungsquellen (41, 42), die mit der Spannungsquelle (51) gekoppelt sind, um Ausgangsimpulse zu liefern, welche den Verbraucher (11) betreiben;

einen synchronisierten Impulsgenerator (45) zur Erzeugung einer Impulsbreiten- Zeitgabe und synchronisierter Amplitudenbefehle für die Hochspannungs- Leistungsquellen (41, 42);

eine Steuerschleife (58), die in einem Rückkopplungsweg von jeweiligen Ausgängen der Hochspannungs-Leistungsquellen (41, 42) und deren Steuereingängen liegt und welche einen Rampengenerator (48) zur Synchronisation der Zeitgabeimpulse mit entsprechenden Amplitudenbefehlen und zur Steuerung der Anstiegszeit jeder Leistungsquelle (41, 42) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator weiter folgendes enthält:

eine Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren (43), welche zu jeder der jeweiligen Leistungsquelle (41, 42) parallel liegen, um die Speicherenergie, die während eines Impulses benötigt wird, zu ergänzen; und

zwei Isolationswiderstände (44), die jeweils zwischen jeweilige Ausgänge der Hochspannungs-Leistungquellen (41, 42) und den Verbraucher (11) gekoppelt sind;

wobei die Haupt-Hochspannungs-Leistungsquelle (41) folgendes enthält:

einen Wechselstrom-Brückengleichrichter (53);

ein Eingangsfilter (52), das mit dem Brückengleichrichter (53) gekoppelt ist und die genannte Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren (43) enthält;

einen Resonanzinverter (55), der mit dem Eingangsfilter (SZ) gekoppelt ist;

einen Hochspannungstransformator (56), der mit dem Resonanzinverter (55) gekoppelt ist;

einen Gleichrichter/Filter (57), der mit dem Hochspannungstransformator (56) gekoppelt ist, um den Ausgang von der Hochspannungs-Leistungsquelle (41) zu liefern; und

wobei die Steuerschleife (58) mit den Steuereingängen des Resonanzinverters (55) gekoppelt ist.

2. Geschalteter Inverter-Modulator (40) zur Verwendung beim Betreiben eines Verbrauchers von einer Spannungsquelle (51) aus, wobei der Modulator folgendes enthält:

Haupt- und Hilfs-Hochspannungs-Leistungsquellen (41, 42), die mit der Spannungsquelle (51) gekoppelt sind, um Ausgangsimpulse zu liefern, welche den Verbraucher (11) betreiben;

einen synchronisierten Impulsgenerator (45) zur Erzeugung einer Impulsbreiten- Zeitgabe und synchronisierter Amplitudenbefehle für die Hochspannungs-Leistungsquellen (41, 42);

eine Steuerschleife (58), die in einem Rückkopplungsweg von jeweiligen Ausgängen der Hochspannungs-Leistungsquellen (41, 42) und deren Steuereingängen liegt und welche einen Rampengenerator (48) zur Synchronisation der Zeitgabeimpulse mit entsprechenden Amplitudenbefehlen und zur Steuerung der Anstiegszeit jeder Leistungsquelle (41, 42) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator weiter folgendes enthält:

eine Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren (43), welche zu jeder der jeweiligen Leistungsquelle (41, 42) parallel liegen, um die Speicherenergie, die während eines Impulses benötigt wird, zu ergänzen; und

zwei Isolationswiderstände (44), die jeweils zwischen jeweilige Ausgänge der Hochspannungs-Leistungquellen (41, 42) und den Verbraucher (11) gekoppelt sind;

wobei die Hilfs-Hochspannungs-Leistungsquelle (42) folgendes enthält:

einen Wechselstrom-Brückengleichrichter (53);

ein Eingangsfilter (52), das mit dem Brückengleichrichter (53) gekoppelt ist und die genannte Mehrzahl von Niederspannungs-Gleichstromkondensatoren (43) enthält;

einen Resonanzinverter (55), der mit dem Eingangsfilter (52) gekoppelt ist;

einen Hochspannungstransformator (56), der mit dem Resonanzinverter (55) gekoppelt ist;

einen Gleichrichter/Filter (57), der mit dem Hochspannungstransformator (56) gekoppelt ist, um den Ausgang von der Hochspannungs-Leistungsquelle (41) zu liefern; und

wobei die Steuerschleife (58) mit den Steuereingängen des Resonanzinverters (55) gekoppelt ist.

3. Geschalteter Inverter Modulator (40) nach den Ansprüchen 1 und 2.

4. Modulator (40) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Verbraucher (11) durch einen kontinuierlich schwingenden (SW) Magnetron-Oszillator (11) gekennzeichnet ist.

5. Modulator (40) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Verbraucher (11) durch eine Mikrowellenröhre (11) gekennzeichnet ist.

6. Modulator (40) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der synchronisierte Impulsgenerator (45) durch einen Amplitudengenerator (61) und einen Zeitgabegenerator (62) gekennzeichnet ist.

7. Modulator (40) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die Eingänge zu der Steuerschleife (58) von dem synchronisierten Impulsgenerator (45) und dem Rampengenerator (48) geliefert werden.

8. Modulator (40) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem jede Hochspannungs-Leistungsquelle (41, 42) durch ein Schaltmodus-Leistungsquelle gekennzeichnet ist, wobei der Brückengleichrichter (53) und das Eingangsfilter (52) Drei-Phasen- Netzwechselstrom gleichrichtet und filtert, der von der Leistungsquelle abgeleitet ist, um eine niedere Gleichspannung zu erzeugen, wobei der Resonanzinverter (55) die Gleichspannung zerhackt, und wobei der Hochspannungstransformator (56) die Spannung auf einen gewünschten Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgangspegel heraufsetzt, und wobei schließlich der Gleichrichter/Filter (57) den gewünschten Gleichstrom-Ausgangspegel abgibt.

9. Modulator (40) nach Anspruch 1 oder 2, welcher weiter eine Mehrzahl von Hilf- Leistungsquellen (42) enthält, die parallel zu der Haupt-Leistungsquelle (41) geschaltet sind, um eine zusätzliche Stromkapazität bereitzustellen.