NO117548B - - Google Patents

Description

Forsterker og modulator for høye frekvenser.

Oppfinnelsen angår forsterker og modulator for høye frekvenser. Oppfinnelsen er særlig egnet til overføring av bredbåndet FM-signal for mangekanals radiolinje, men

er ikke begrenset til dette anvendelsesom-råde.

I oppfinnelsen anvendes koaksial-hulrom som resonanskretser og elektronrør av planelektrodetypen. Rørene arbeider i «jordet gitter»- eller «felles gitter»-kobling.

Forsterkere av typen «jordet gitter» og «felles gitter» er beregningsmessig iden-tiske og adskiller seg bare i den konstruk-tive utformning. Med jordet gitter forstås da «en kopling med en triode hvor inn-gangssignalet påtrykkes katoden og ut-gangssignalet tas fra anoden, med jordet gitter som en skjerm mellom inn- og ut-gangskretser».

Inngangsmotstanden for et rør i felles-gitter kopling er:

Her er

Rp : Rørets indre anode-motstand R, : » ytre anode-belastnings-motstand

Rt : » inngangsmotstand p.g.a.

elektronens transittid |i : » Rørets forsterkningsfaktor Utgangsmotstanden er gitt ved

Rp : Signalkildens motstand sett fra forsterkerens gitter-katode tilkopling. Hvis man nå fortsetter effekt-tilpassing både på inngangen og utgangen av røret får man

Som talleksempel kan velges følgende ver-dier for planelektrodetrioden 2C40 ved frekvensen 400 M„/S:

Rt = 800 ohm

u 36

Rp = 7500 ohm

Dette gir:

Rilm = 259 ohm

R,„ = 16600 »

Man ser inngangsmotstanden blir meget lav, og utgangsmotstanden meget høy. Dette betyr at forsterkerens selektivitet i praksis vesentlig er bestemt av anodekretsens egenskaper fordi inngangskretsen blir sterkt dempet.

Som avstemt krets mellom elektron-rørenes katode og gitter brukes i den foreliggende oppfinnelse korte koaksial-linjer [hulrom], kortsluttet i den ende som ven-der fra røret, og avstemt i den annen ende med spesielt konstruerte konsentriske kondensatorer. Man kan da oppnå resonans for frekvensen som gjør lengden L av nevnte koaksiallinje mindre enn V4 l, eller for andre frekvenser som gjør linjens inn-gangsimpedans induktiv.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i

tilknytning til figurer.

Fig. 1 er et prinsippskjema. Fig. 2 er detalj tegning av avstemningskjerne for solenoid. Fig. 3 er prinsippskjema for for-sterkerrørets anodekrets. Fig. 4 er prinsippskjema for den fullstendige forsterker og modulator. Fig. 5 er arrangements-skisse for modulatoren. Fig. 6 er blokkskjema for måleoppstilling til undersøkelse av forsterkerens transmisjonsegenskaper. Fig. 7 er forenklet sammenstillingstegning som viser den mekaniske konstruksjonen av en forsterkerseksjon. Fig. 1 viser et elektronrør med reso-nanskretsen mellom katode og gitter avstemt ifølge nevnte prinsipp, idet man for enkelhets skyld har vist en åpen to-tråds linje istedet for koaksiallinje. Inngangs-impedansen for elektronrøret er av stør-relsesorden 300 ohm. Hvis signalkildens impedans er lavere, er det vanlig å kople signalkilden til hulrommet ved en induktiv sløyfe som innføres i hulrommet fortrinsvis på et sted hvor det magnetiske felt domi-nerer, eller ved en enkel avtapning på hulrommets innerleder nær den kortsluttede ende. Som tidligere nevnt har forsterker-røret i «felles-gitter» kopling en høy ut-gangsmotstand, og med tilpasset belastning vil derfor anodekretsen få en relativ høy Q (liten båndbredde). Anodekretsen består av en avstemt koaksiallinje, og det kan vi-ses at ved en konstant ohmsk belastning er kretsens Q lavere, jo høyere den karakteristiske impedans for koaksiallinjen er. Som kjent er den karakteristiske impedans for en tapsfri koaksiallinje gitt ved

det L og C er henholdsvis selvinduksjon og kapasitet pr. lengdeenhet. For å oppnå en høy verdi av Z0, og derigjennom en lav Q, har man den i foreliggende oppfinnelse øket linjens selvinduksjon pr. lengdeenhet på den måte at innerlederen er formet som en solenoid. Avstemningen til resonans ved forskjellige frekvenser skjer etter det kjente «slug-tuning» prinsipp, i det en kjerne med godt ledende overflate (f. eks. forsølvet messing) føres inn i solenoiden, slik at spolens selvinduksjon forminskes.

Imidlertid, hvis kjernens ledende overflate er ubrutt, vil partialkapasitetene mellom solenoidens enkelte vindinger og kjernen adderes og danne en kapasitiv shunt til spolen. Dette unngås ifølge oppfinnelsen, se fig. 2, ved å dele opp den ledende overflate i flere tynne, sylindriske ringer 1 som er tredd inn på en bolt 2 av tapsfattig iso-lasjonsmateriale. Bolten 2 er forlenget i en skrue 3 som tjener som innstillingsorgan for kjernen.

På denne måte reduseres tapene, og av-stemningsområdet økes. For å oppnå stort avstemningsområde er de videre sørget for at solenoiden ligger nær kjernen, i det den er viklet av flatt bånd som omslutter kjernen med lite luftgap.

Koaksiallinjen i anodekretsen er avslut-tet med en variabel kondensator. Spennin-gen over denne kondensatoren tilføres belastningen som utgjøres av det etterfølgen-de forsterker- eller modulator-trins katode-hulrom. Kondensatorens kapasitet har et slikt variasjonsområde at forsterkerrørets utgangsimpedans kan tilpasses belastningsimpedansen innen det aktuelle frekvens-område. Anodekretsens funksjon er tilsvarende den vanlige usymmetriske jt-seksjon som vist på fig. 3. Kapasiteten 4 er vesentlig bestemt av rørets indre anodegitter kapasitet, 5 er den avstembare spole, og 6 er den omtalte variable kondensator for tilpasning til belastningen 7.

Som fig. 4 viser er de enkelte seksjoner av filter, forsterkere og modulator koplet sammen ved hjelp av variable kondensatorer. Disse kondensatorer er nærmere be-skrevet i patent nr. 89359. Hver par av resonanskretser som koples sammen utgjør således et kapasitivt koblet båndpassfilter.

Etter at de grunnleggende prinsipper i oppfinnelsen nå er forklart, skal hele an-ordningens virkemåte kort resymeres under henvisning til fig. 4.

Fra antennen 8 føres signalet gjennom koaksial kabel inn til koaksialhulrommet 9 som avstemmes til resonans med kondensatoren 10. Antennekabelens impedans som er relativt lav (50 ohm) innføres i et punkt på hulrommet som har tilpasning til denne impedans. Hulrommet 9 er over den koaksialbygde kondensator 11 tilkoplet katode-hulrommet 12 i første forsterkertrinn. 12 avstemmes til resonans med kondensatoren 13, og utgjør sammen med 9, 10 og 11 et båndpassfilter som før forklart. Filterets båndbredde innstilles med kondensatoren 11.

Forsterkerrøret 14 får glødestrøm til glødetråden fra strømkilden 15. Forsterker-rørets katode er tilkoplet hulrommets 12 ytterleder via kondensatoren 16 (innbygget i røret) som sperrer for likestrøm, men lar høyfrekvens-signalet passere. Likestrøm-men gjennom røret er tilsluttet null-poten-sialet (metallmassen) gjennom en motstand 17.. hvorved katoden får en viss posi-tiv forspenning tilsvarende et riktig ar-beidspunkt for forsterkerrøret. Nevnte for-spenningsmotstand tjener også en måle-teknisk hensikt, som senere skal forklares.

Anode-likestrømmen gjennom røret 14 går gjennom spolen 18, isoleres fra metallmassen av kondensatorene 19 og 20, men passerer gjennom motstanden 21 og gjen-nomføringskondensatoren 22, som virker som kortslutning for høyfrekvens, til strøm-kildens 23 positive pol (ca. 200 volt). Strøm-kildens 23 negative pol er tilsluttet metallmassen. Motstanden 21 tjener bare til å re-dusere anodestrømmen. Alle likestrømsfor-bindelser til forsterkerseksjonen er ført gjennom skjermede høyfrekvenssperrefilter som for enkelhets skyld er utelatt på teg-ningen.

Anodekretsen kan, som tidligere forklart, avstemmes til resonans for høyfre-kvensen, og høyfrekvenseffekten kan tilpasses belastningen ved å instille spolen 18 og kondensatoren 19. Gjennom kondensatoren 20 er første rørs 14 anodekrets tilkoplet neste rørs 24 avstemte katodekrets som består av koaksialhulrommet 25 og avstem-ningskondensatoren 26. Ved sammenkop-lingen av den avstemte anode- og katodekrets med en liten variabel kondensator fremkommer som før nevnt et båndpassfilter, hvor båndbredden kan innstilles med koplingskondensatoren 20. Annet forsterkertrinn er for øvrig i elektrisk henseende helt lik første trinn, og nærmere forklaring er derfor overflødig.

Annet forsterkertrins C anodekrets danner sammen med modulatortrinnets D katodekrets et båndfilter som før forklart. Modulatorens katodekrets 27—28 er lik de foregående trinn, med den unntagelse at modulatoren er forsynt med kontakt for til-føring av høyfrekvensenergi fra en trans-poneringsoscillator 29. Oscillatorens frekvens er f. eks. 70 Mp/s høyere eller lavere enn senterfrekvensen for signalet fra antennen. Lengden av koaksialkabelen som kopler oscillatoren til modulatoren, er valgt slik at oscillatorens tilkopling innfører minst mulig dempning for antennesignalets frekvens mellom modulatorens katode og gitter.

Katodeforspenningsmotstanden 30 i modulatortrinnet har en slik verdi at røret får størst mulig virkningsgrad som modulator.

Modulatorrørets anodestrøm føres gjennom spolen 31 til strømkildens 32 positive pol via gjennomføringskondensatoren 33 som kortslutter for høyfrekvens. Spolen danner sammen med rørets anode-gitter-kapasitet en resonanskrets, og avstemmes ved hjelp av en ferrit-kjerne til resonans på mellomfrekvensen som er differensen mellom antennesignalets og transponerings-oscillatorens frekvenser, her 70 Mp/s. Videre inneholder anodekretsen et lavpassfilter 34—35—36—37—38, som slipper mellomfrekvensen ut til koaksialkontakten 39 for tilkopling av belastningen, men sperrer for høyere modulasjonsprodukter. Kondensatoren 40 isolerer anodelikespenningen fra belastningen. Belastningsimpedansen er lav, f. eks. 50 ohm, og da lavpassfilteret er symmetrisk, er filtrets inngang tilkoplet 31 ved en avtapping som gir riktig tilpasning til 50 ohm.

For at utgangsfilteret skal virke effek-tivt, er det nødvendig at anodespolen 31 og filterspolene 35 og 37 er skjermet fra hverandre, og at det ikke forekommer uønsket selvinduksjon i filterets parallellgrener, kondensatorene 34, 36 og 38. Disse krav er oppfylt på den måte som fremgår av fig. 5, der en del av modulatorens sylindriske anodehulrom er vist. Ved hjelp av to me-talliske skillevegger 41 og 42 anbragt i kors og forsenket og fastloddet til bunnflaten 43 er en del av rommet delt i fire kammer. Spolene 31, 35 og 37 er som vist anbragt i hvert sitt kammer og således skjermet fra hverandre. I det fjerde kammer befinner seg likestrøms-sperrekondensatoren 40 og utgangsstøpslet 39 for mellomfrekvensen. Kondensatorene 34 og 36 og 38 er av gjen-nomførings-typen, hvis ene belegg er di-rekte fastskrudd til metallmassen i skille-veggene 41 og 42.

For trimming av alle kretsene i forsterker og modulator til riktige arbeidsfor-hold brukes et instrumentutstyr som til-later automatisk opptegning av måleobjektets amplitudetransmisjon som funksjon av påtrykt signalfrekvens. Blokkskjema er vist på fig. 6 og utstyret består i sin enkleste form av en frekvensmodulert signalgenera-tor 44 med variabel senterfrekvens, en egnet detektor 45 og et katodestråle-oscillo-skop 46 med forsterker 47.

Generatoren moduleres fortrinsvis med en lav frekvens, f. eks. 50 p/s, og med stort frekvenssving, f. eks. ± 10 Mp/s. Modula-sjonen er synkronisert med den horison-tale avbøyning av strålen i oscilloskopet.

Fra generatoren 44 påtrykkes måleobjektets inngangskontakt 48 en konstant spenning. Med detektoren 45 likerettes en del av effekten som leveres til belastningen ved kontakt 39. Den likerettede spenning forsterkes og tilføres oscilloskopets 46 vertikale avbøyningsplater. Spenningsvaria-sjoner på grunn av måleobjektets forskjellige transmisjon ved forskjellige frekvenser avbildes derved som en kontinuerlig kurve på oscilloskopets skjerm, hvorved virknin-gen av de forskjellige avstemningsorganer lett kan iakttas.

Det er også ønskelig å kunne iaktta

transmisjonskurven på andre steder i sy-stemet, spesielt på hvert rørs inngangsside. I denne hensikt benytter man seg av det forhold at elektronrørenes karakteristikk ikke er helt lineær, og at følgelig anodelike-strømmen inneholder en likerettet kompo-nent av høyfrekvensstrømmen i rørene. Som nevnt varierer høyfrekvensstrømmen under modulasjon p. g. a. kretsenes vari-erende transmisjon. Da rørenes anodestrøm flyter gjennom katodemotstandene 17, 30 og 49 får man over disse motstander en lav-frekvent spenningskomponent som forsterkes og tilføres oscilloskopets vertikale plate-sett. For å lette målingene er det derfor koplet en målekontakt 50 i parallell med hver av de nevnte motstander.

Alle de fire hovedseksjoner som oppfinnelsen består av, passiv filterseksjon A, to forsterkertrinn B og C, samt modulatoren D, er hver for seg bygget opp av hovedsake-lig de samme mekaniske konstruksjonsele-menter, som er vist på sammenstillingsteg-ningen av en forsterkerseksjon, fig. 7. En-heten består av to konsentriske, sylindriske hulrom, (kaviteter) 12 og 51. I den passive filterseksjon benyttes bare den ytre kavitet 12, mens den indre er tom. I de andre seksjoner er 12 katodekaviteten og 51 anode-ka vi teten.

Den ytre sylinder 52 er en del av ytterlederen av katodekaviteten. Mellomsylin-deren 53 er samtidig innerleder i katodekaviteten og ytterleder i anodekaviteten. Disse to sylindre er sammenføyet med flen-sen 54 som utgjør kortslutningsenden for katodekaviteten. Ytterlederens 52 andre ende er festet til og fortsettes elektrisk i endeflensen 55 og rørholderhylsen 56, som bærer avstemningsanordningen. Elektron-røret 14 forsynes med arbeidsstrøm over en vanlig rørholder påsatt en filterboks 57 inneholdende avkoplingsfiltre. Rørets 14 katode er høyfrekvensmessig tilkoplet rør-holderhylsen 56 med kontaktfjæren 58. Rø-rets 14 gitter presses mot kontaktfjæren 59. Gitterkontakten 59 er klemt fast i skiven 60 som igjen er fast forbundet med mellom-sy linder en 53. Rørets gitter, fjæren 59 og skiven 60 danner således en skjærmende skillevegg mellom anode- og katode-kavitet. Katodekavitetens innerleder 53 er forlenget forbi gitterplanet 59—60. Likeledes er ytterlederens katode-ende med hylsen 56 forlenget innover til overlapp med innerlederens forlengelse. De overlappende fla-ter er nøyaktig sentrert i forhold til hverandre, sentreringen kan justeres med de isolerende sentreringsknastene 61. På en utførelse av oppfinnelsen føres glideren 62 med trang glidepasning utenpå hylsen 56 og har galvanisk kontakt med denne. Glideren kan også være frittstående uten kontakt med noen av kondensatorelementene. Kapasiteten mellom innerlederens og ytterlederens ender kan varieres ved at glideren 62 forskyves aksielt i luftgapet. Innstillin-gen av kapasiteten utføres med rattet 63 som står i gjenget inngrep med den fast-stående hylsen 56 slik at rattet ved dreining også får en aksiell bevegelse. Denne beve-gelsen overføres til glideren 62 ved hjelp av tre stenger 64 som er festet i en avstand 120° fra hverandre på en flens rundt glideren 62. Stengene 64 glir gjennom hull i lokket 55 på ytterlederen, og boltenes ytre ender er festet til ringen 65 som glir i spor 66 når rattet 63 dreies.

Tilkopling av signal til katodekaviteten skjer med koaksialt støpsel. Ytterlederen tilkoples ved bøssingen 67, innerlederens kontaktstift føres inn i et hull i knasten 68.

Alt som i det foregående er nevnt om katodekavitetens mekaniske oppbygning, gjelder også for den passive filterkaviteten, bortsett fra at skiven 60 ikke har hull for gitterfjæren, men danner en tett vegg.

I den viste forsterkerens anodekavitet utgjør som nevnt sylinderen 53 ytterlederen. Innerlederen er en solenoid 18 som er koplet til rørets 14 anode med en splittet hylse 69, og hvis andre ende er loddet til et endestykke 70 som kopler spolen til dens elektriske nabokomponenter, nemlig motstanden 21, kontaktknasten 71 og den faste del av kondensatoren 19. Motstanden 21 er videre koplet til gjennomføringskondensa-toren 22 som er skrudd fast i lokket 73. Kontaktknasten 71 sammen med bøssingen

74 kan tilsluttes belastningen ved koaksial-kontakt. Kondensatorens 19 bevegelige del

kan innstilles med skruen 75 som føres i et

gjenget hull i lokket 73, slik at skruen også

har galvanisk kontakt med lokket.

Spolens endestykke 70 holdes sentrert i

hulrommet av den isolerte skive 78.

Claims (10)

1. Forsterker og modulator for høye

frekvenser med koaksialt anordnede resonanskretser og med elektronrør i «felles gitter»-kobling, bestående av et passivt for-seleksjonsfilter (9), ett eller flere forsterkertrinn (12, 25) og et modulatortrinn (27),karakterisert ved at de enkelte koaksialbygde seksjoner, som hver for seg er en virksom enhet, er koblet sammen til en kjede, ved hjelp av variable, koaksialbygde kondensatorer (11, 20), slik at det ved sammenkoblingen dannes båndpassfil-tere, hvor nevnte koaksialbygde kondensatorer inngår som koblingskapasiteter.

2. Forsterker og modulator ifølge på-stand I, karakterisert ved at innerledernes og ytterledernes forlengelser utgjør konden-satorelementer i koaksialkretsenes avstem-ningskondensatorer, hvis kapasitet varieres uten at kretsenes koaksiale struktur for-styrres ved en glider (62), som kan beveges aksialt i luftgapet mellom de to kondensatorelementene.

3. Forsterker og modulator ifølge på-stand 2, karakterisert ved at avstemnings-kondensatorens glider står i galvanisk kontakt med det ene kondensatorelement.

4. Forsterker og modulator ifølge på-stand 2, karakterisert ved at avstemnings-kondensatorens glider ikke har noen kon- takt med noen av kondensatorelementene.

5. Forsterker og modulator ifølge på-stand 2. karakterisert ved at gliderens bevegelse styres utenfra med et gjenget ratt (63), hvis aksialbevegelse overføres til glideren ved hjelp av stenger.

6. Forsterker og modulator ifølge på-stand 1, karakterisert ved at innerlederne i forsterkerens koaksiale anodekretser består av avstembare spoler.

7. Forsterker og modulator ifølge på-stand 6, karakterisert ved at spolens av-stemningskjerner er oppdelt i tynne sylindriske ringer som bæres av en bolt av tapsfattig isolerstoff.

8. Forsterker og modulator ifølge på-standene 6 og 7, karakterisert ved at spolene i forsterkerens anodekretser er viklet av bånd, som omslutter avstemningskjer-nen med minst mulig luftgap.

9. Forsterker og modulator ifølge på-stand 1, hvor modulatorens anodekrets består av en med kjerne til mellomfrekvensen avstemt spole med uttak for tilpasning til et lavohmig to-seksjons lavpassfilter, karakterisert ved at alle anodekretsens komponenter er montert på og mellom skillevegger som er loddet til en felles bunnplate, slik at de danner et kors, hvorved spolen og filterets seksjoner skjermes fra hverandre.

10. Forsterker og modulator ifølge på-stand 1, karakterisert ved at målespenning for trimming av kretsene tas ut ved kon-takter i parallell med hvert av rørenes ka-todeforspenningsmotstander.