• No results found

dr. ing. J.Bretting AEG-Telefunken-Ulm

i

InEuropawordtgewerktaaneenreekscommunicatie-satellietsystemen,zowelin eennationaalalsineeninternationaalverband.Dezesystemenbevindenzichdeels inhetproduktiestadium,deelsinhetbeproevingsstadiumenookdeelspasineen gevorderdplanningsstadium.Bijaldezeprojecteniseenzendversterkernodigom informatiesnaardeaardetekunnenzenden.Albijdeeerste communicatie-satel-lieten is gebleken, dat vanalle beschikbare versterkerslopende-golfbuizen met vermogensvan5 tot500wattenfrequentiesvan3tot12GHz,hetbestvoldoen aandezeerstrengeeisen.Dezebuizenvormendaaromeenechtesleutelbouwsteen, omdat hierdoorin belangrijkematedebetrouwbaarheidvandesatelliet, hetge­

wicht enhetvolume ervan,maarook dekwaliteitvandeinformatie-overdracht wordtbepaald.Ditbetekent,datvoortdurendaandeverbeteringvandestandder techniekvandezebuizenmoetwordengewerkt,omvooriederstelseleenoptimaal typeterbeschikkingtehebben.Daardoorheeftdeontwikkelingvan microgolfbui-zenineenperiode,dieinbelangrijkematewordtbepaalddoorgrotevooruitgang indeontwikkelingvanhalfgeleiderbouwstenen,tocheenbijzonderebetekenisge­

kregen.

Afb. 1.Lopendegolfbuisvoorhet ,,Sympho-nie"-project.metopenengeslotenbehuizing.

Duidelijkzijnhetelektronenkanonendeop­

vangplaatindoorsnedezichtbaar.

volgevandebreedtevanhet snelheids-spectrum hebben de meeste andere elektronendanechternogeenaanzien­

lijke snelheid, zodat ondanks het afremmennogeennietteverwaarlozen hoeveelheid warmteontstaat. Worden echtermeerdereopvangplatenmetver­

schillende spanningswaarden gebruikt enworden de elektronenzogestuurd, dat de snelste elektronen een sterker statischremveldmoetendoorlopendan de langzamere, dan kan daardoor de ontstane hoeveelheid warmte worden verminderd.

elektronenstraal nagenoeg gelijk zijn, treedt eenwisselwerking op tussen de elektronenstraal en de hoogfrequente golf. Daarbij wordt bewegingsenergie vande elektronenomgezetinhoogfre­

quent vermogen. Alsgevolg vandeze wisselwerkingontstaatin destraal een snelheidsspectrum,datwilzeggensom­

mige elektronen zullen worden ver­

sneld en anderewordenvertraagd. De gemiddeldewaardevanditspectrumis aan de uitgang kleinerdan aande in­

gang. Dezeafnamevandegemiddelde snelheid zorgt ervoor, dat bij toene­

mend hoogfrequent ingangsvermogen het uitgangsvermogen niet evenredig toeneemt, maar langzamer stijgt en tenslotte een verzadigde waarde be­

reikt. Tengevolgevanditverzadigings­

effect kan slechts een deel van het straalvermogen worden omgezet in hoogfrequentvermogen. Hetresteren­

dedeelwordtbijhettreffenmetdeop­

vangplaatomgezetinwarmte.Deont­

stane hoeveelheidwarmtekanworden verminderd, doordat de elektronen vóór het treffen met de opvangplaat dooreenstatischelektrischveldworden afgeremd. Dit effectkanzosterkzijn, dat het langzaamste elektron uit het snelheidsspectrumjuistmetdesnelheid nulbijdeopvangplaataankomt.Tenge­

inhetmiddelpuntvandeontwikkeling bij lopende-golfbuizen staan de be­

trouwbaarheid, de verbeteringvanhet rendement, alsook het gewichtvande lopende-golfbuizenenhet buizen-koel-systeem, zonder dat de voorde over-drachtskwaliteit vereiste distorsiegren-zenwordenoverstreden.

AEG-Telefunkenheeft voorhet satel-liet-projectSytnphoniede buisvanhet typeTL4003geleverd(afb. 1)enisver­

derbetrokkenbijallegrotereEuropese communicatie-satellietsystemen door de ontwikkelingvan speciale lopende-golfbuizen.

Bijdragen vanAEG-telefunkenaande ontwikkeling van lopende-golfbuizen voorsatellieten

Bij deontwikkeling van lopende-golf­

buizenvoorsatellieten staan driepro­

blemencentraal:

- tijdensdelevensduurvandesatellietmag debuisnietuitvallen.

- het door de buis opgenomen gelijk-stroomvermogenmoetzokleinmogelijk zijn.

- het gewicht van de buis moet zoklein mogelijkzijn.

Experimenteel is een gemiddelde tijd tot aanuitval („meantimetofailure”

=MTTF)vastgesteldvan620000uur Omdatinstallietenhetuitwisselenvan een verbruikteofuitgevallen lopende-golfbuisnietmogelijkis,wordenaande levensduurende betrouwbaarheidbij­

zonder hoge eisen gesteld. Figuur 3 toont voor buizen hetprincipiële ver­

loop van het uitvalpercentage bij een zeergrootaantalexemplaren, uitgezet tegen de tijd. De kromme neemt de vormaanvaneen„badkuip”metdrie belangrijkegedeelten:

- gedeeltemetvoortijdigeuitval

- gebiedmeteenconstantuitvalpercentage - gebied met uitval tengevolge van

bruik Principevanlopende-golfbuizen

Figuur2toontinschematischevormde opbouw van een lopende-golfbuis. In hetelektronen-kanon wordt een elek­

tronenstraalopgewekt,welkenauittre­

denuithetkanoneentrajectdoorloopt, dat wordt beinvloed door een vertra-gingssysteem.

Tijdens het doorlopen van dit traject zorgt eenmagneetsysteemervoor, dat de diameter van een elektronenstraal bij benadering constant blijft. Vervol­

genswordtde straalopgevangendoor eenvangplaatofcollector. Alsdesnel­

heden van de hoogfrequente golf, die door de vertragingslijn loopt en de

gehjkstroombron + UC

hoogfrequentbron

Uh ingangsenergie uitgangsenergie

Pt Pi

2

z

II Fig.de lopende2. Ophouwgolfbuisvan

schematisch voorge­

RADIOELECTRONICA1974No.23 791

6

b*0

w

*nlX •n

4 W0|

2 »00

WO

consfonfe “00

mm 0 ■<25mm

"00

2 *»»%»

:An3|I A\\*'rrtm.’N VA\V 4

2eCOLLECTOR 1*COLLECTOR

10* 105 106

Fig.x Fig.4.TweetrapscollectorvandeTL 12022.

lijkstroom vermogen, waaruit het hoofdfrequent zendvermogen voor de satelliet moet wordenverkregen,moet zokleinmogelijkzijn.Dezeeisisbegrij­

pelijk, omdat de zendversterker de grootste energieverbruikerin de satel­

lietvormtendaarmeebepalendisvoor de groottevan deenergiebron, d.w.z.

volgens de huidigestand der techniek degroottevandezonnecelpanelen.Bo­

vendien moethelinwarmteomgezette verliesvermogen door het oppervlak van de satelliet worden uitgestraald in de ruimte. Hoe groterdeaftevoeren hoeveelheidwarmteis,deste omvang-rijkerwordenookdemiddelenomdeze warmte af te voeren naar het satel-lietoppervlak.

De kwaliteit vaneen lopende-golfbuis wordtin ditopzicht bepaalddoorhaar rendement. Dat is de verhoudingvan het afgegeven hoogfrequentvermogen tothetopgenomen gelijkstroomvermo-gen. De grootte van het bereikbare rendement bepaalt in wezen het ge­

wichtvandegehelesatellietendaarmee ook de grootte van de raket, die de satelliet inzijnomloopbaan brengt,en daarmee tenslotte ook de kosten van het satellietenstelsel. Om deze reden wordt bijzondereaandachtgeschonken aande verbeteringvanhetrendement.

Het is gebleken dat het bereikbare Omhetoptredenvanvoortijdigeuitval

bij hetgebruikte vermijdenwordteen gereed aantal buizen bij de fabrikant onderworpenaan een duurproef. Alle exemplarenwaarvandeeigenschappen gedurende deze proef verslechteren, wordenalsonbruikbaarvoorgebruikin eensatellietuitgesorteerd.Dit sorteer-procesvereisteentijdvan1000tot2000 bedrijfsuren. Uitval tengevolge van verbruik mag tijdens de bedrijfsduur vandesatelliet,d.w.z.gedurende6tot 10jaar.eveneensniet voorkomen.Het experimenteelvaststellenvanhetbegin van verbruikseffecten is vanwege de langetijdsduurslechtsinbeperktemate mogelijk. Erwordtdaaromdusdanigte werk gegaan, dat alle in aanmerking komende verbruiksparameters worden onderzocht ende kritischegrootheden sterk worden overgedimensioneerd.

Daardoorwordendeverbruikseffecten pasmerkbaarnaeentijd,dieaanzien­

lijklangerisdandebedrijfstijd.

Hetmiddelstedeelvande ,,badkuip”-krommemetconstantuitvalpercentage geeft het gebied aan, dat met behulp vanlevensduurprogramma’swordton­

derzocht en dat ook bij de hoogste waarde van het uitvalpercentage niet mag worden overschreden. In plaats vandituitvalpercentagewordtmeestal eenvereistegemiddeldetijdtotaanuit­

valopgegeven. Degevraagdewaarden liggentussen 250000tot500000uur.

Totnutoezijnindebuizenfabriekvan AEG-Telefunken in Ulm twee levens-duurprogramma’s uitgevoerd met lo-pende-golfbuizen voor satellieten t.w.

deTL4002(4GHz.10W)endeTL4003 (4 GHz, 13 W). Bij deTL4002iseen MTTF-tijd van meer dan 620000uur

vastgesteld,terwijlbijdeTL4003totnu toe370000werdaangetoond. Ditpro­

grammaloopt nogeniederedagwordt de MTTF-tijd vergroot met 1200 uur.

Een derde levensduurprogramma met het typeTL 12022voorde OTS (Or-bital Test Satellite) van ESRO (Euro-pean Space Research Organization) wordt momenteel opgezet. Om in het kadervan satellietprogramma'sderge­

lijkebetrouwbaarheidsmetingen op de juistewijzeuittekunnenvoeren,moe­

ten 20 tot 50 proefopstellingen tege­

lijkertijd in werking zijn. Het spreekt vanzelf, dat deze duurtesten kostbaar zijn; ze vormen in feite de grootste financiële postbij de ontwikkelingvan lopende-golfbuizen voor satellieten.

Eenreproduceerbaarresultaatvander­

gelijkebetrouwbaarheidsmetingenver­

eistbovendieneenongewoongrotebe­

heersing van de technologie van het testexemplaar. Hierdoorwordthetbe­

grijpelijk,dat inEuropatotnutoe,be­

halve bij AEG-Telefunken, op geen enkele andere plaatsvergelijkbare re­

sultatenwerdenbereikt.

Rendement totboven42%verbeterd Inhetontwikkelingslaboratoriumwerd eenoptimaledimensioneringgevonden voor lopende-golfbuizen met een en-keltrapscollector. Hetopgenomen ge-Afb.6. Denieuwont­

worpen buis TL 12S00 met hiernaast tervergelijkingdeTL 12022.

Afb. 5. De onlangs uitgekomen tweetraps lopende golfbitis Tl 12022meten zonder behuizing.

792 RADIOELECTRONICA1974No.23

optimum van het rendement bij een buis met een enkeltraps collector ge­

bonden is aan een fysisch bepaalde grens.Debereiktewaardevan36%,die tol nu toe op geen andere plaats in Europa werdovertroffen, ligtdichtbij deze grens. Bij een lopende-golfbuis meteenhoogfrequentvermogenvan20 Wbetekentdit rendementvan36%dat altijdnogca36W,d.w.z.bijnahetdrie­

voudige van het hoogfrequent vermo­

gen, in warmtewordtomgezet.

met de meest ongunstige bedrijfsom­

standigheden, welkezichvoordoenals geen uitgangsvermogen wordt uitge­

straald, is bij dit voorbeeld met een rendementvan 36%het verliesvermo-gendan56%groterdanbijvolle uitstu-ring. Bij de nieuwe lopende-golfbuis met meertraps collector is echter, als gevolgvan de verschillende snelheids­

verdeling in de elektronenstraal, het opgenomen gelijkstroomvermogenaf­

hankelijkvanhethoogfrequentvermo­

gen. In hetgunstigstegeval kanhetin warmteomgezettevermogennagenoeg onafhankelijkwordenvanhethoogfre­

quentuitgangsvermogen. Ditbetekent bij een rendement van 42% ook een 42%geringer thermisch verliesvermo-gent.o.v.hetgevalvandeeentrapsbuis methetzelfderendementresp.een50%

kleinerthermisch verliesvermogendan het geval van een eentraps lopende-golfbuis meteen rendement van 36%.

Dienovereenkomstig iseenaanzienlij­

kebesparingophetkoelsysteemvande satellietmogelijk.Denieuwe-tweetraps lopende-golfbuisTL12022isinafb.5 metenzonderbehuizinggetoond.

i

i

Meertrapscollectoren verhogen het rendementenverminderenhetverlies­

vermogen

Bijdebovenstaandeverklaringvanhet principe van de lopende-golfbuizen werd gewezen op de mogelijkheid om elektronen, welke met verschillende snelheid bewegen, intevangenopcol­

lectoren met verschillende spannings­

waarden. Dit principeisreedslangbe­

kend. Bij toepassingervanstuittemen tot nu toe op hetneveneffect,dat aan iederecollectortrapsecundaireelektro­

nen ontstaan. Deze worden, normaal gesproken,versnelddooreninderich­

ting van een collectortrap met hogere spanning. Daarbijontstaateenverlies­

vermogendatinhetongunstigstegeval leidt tot een lager rendement van de buis in vergelijking met een buis met een enkeltraps collector. Het rende­

ment kan pasworden verbeterd alsde schadelijkeinvloedvandezesecundaire elektronen kanworden uitgeschakeld.

Dit heeftAEG-Telefunken bereiktbij de lopende-golfbuis TL 12022 (12 GHz, 20 W) met een tweetraps col­

lector en een extra magnetische lens tussen de eerste en tweede collector­

trap. Figuur4toontdeopbouwvande­

ze collector en de verdeling van de elektronenmetverschillendesnelheden overdezecollectortrappen.

Uit deze figuur blijkt dat elektronen meteensnelheid,lagerdan500worden ingevangendoorde eerstecollectoren de anderen door de tweede collector.

Dezebuisheefteenwerkingsgraadvan N =42%.

Deze buis met tweetraps vangplaat biedtbovendien noghetverderevoor­

deel, dat het maximaal optredende thermischeverliesvermogentijdensbe­

drijfaanzienlijkwordtverminderd.Het isbekend, dathetinwarmteomgezette verliesvermogenvaneenlopende-golf­

buisgelijkisaanhetverschiltussenhet uit de voedingsbron opgenomen ver­

mogen en het inhoogfrequentenergie omgezettevermogen. Bijeen„norma­

le” buis is het uit de voedingopgeno­

menvermogenpraktischonafhankelijk van het hoogfrequentvermogen. Om­

dat bijdedimensioneringvandesatel­

liet rekening moet worden gehouden

Afb. 7.Familielopendegolfbuizen.

Deinspanningentotverdereontwikke­

lingvanlopende-golfbuizenhebbenge­

leid tot resultaten, die in belangrijke mate kunnenwordenovergedragenop de uitvoeringen vooraardsetoepassin­

gen, dus bijvoorbeeld voor gerichte radioverbindingen. De resultaten van derendementsverbeteringendeonder­

zoekingen van de levensduur kunnen ookvoordezetoepassingenwordenge­

bruikt. Deinstappenvastgestelde,ge­

programmeerde

biedtmogelijkhedenvoorvermindering van de fabricagetoleranties, hetgeen geleid heeft tot een vermindering van hetaantalinstelparameters. Inafb.7is eenhelegeneratievanlopende-golfbui­

zen voorgerichteradiotransmissie ge­

toond,welkedirectzijnafgeleidvanhet meereisendeprogramma voorsatelliet-toepassingen.

Nieuwe ontwikkeling voor geplande radio/televisie-satellieten

Communicatie-satellieten werden tot nu toegebruikt voor regionale ofwe­

reldwijde radioverbindingen. In de laatstetijdwordenplannengemaakten voorbereidingen getroffen voor een radio/televisiestelsel,waarmeede huis-ontvangst van de door satellieten uit­

gestraaldetelevisieprogramma’smoge­

lijkmoetzijn(paraboolopeigendak!) Er wordt in het bijzonder aandacht besteed aan het frequentiegebied van 12 GHz, waarvooreen zendvermogen vanca500Wnodigis.Ditvermogenligt ééngrootte-ordehoger,danhetvermo­

gen van de conventionele satellieten.

De ontwikkeling van de benodigde lopende-golfbuis-versierkers vereist nieuwe technologische werkwijzen, in verbandmeto.a.deontwikkelingende bouw van de vertragingslijn en een magneetsysteem met nieuwe materia­

len.AEG-Telefunkenisvanzinsdeop­

vangplaatuittevoerenmetvijftrappen, teneinde het rendement tot boven de 50%te verbeteren. Maarzelfsdanzou eenkoelsysteem,datopdezelfdewijze alsbijdetegenwoordigecommunicatie satellieten is opgebouwd, een ontoe­

laatbaargrootgewichtvereisen. Daar­

om isvoordelopende-golfbuisvande radio/televisiesatelliet gedachtaaneen hogere bedrijfstemperatuur voor de collector en het direct in de ruimte afstralen van de warmte van de col­

lector. Eenmodelvandezeontworpen nieuwebuisTL 12800wordt getoond inafb.6.

fabricagemethode

Schakelgedraghalfgeleiderdioden (Vervolgvanblz. 787).

Hetvoordeschakeltijdoptimalecircuit Langsempirischewegisvastgestelddat optimale schakelconditieswordenver­

kregen als:

A. De tijdsduur van de voorwaarts-stroomimpulszokortmogelijkis B. De amplitude van de voorwaarts-stroom uit hetoogpunt vande betref­

fendeschakelingzo kleinmogelijkis C. De tegenwaartsstroomimpuls uit hetoogpuntvandebetreffendetoepas­

singmaximaalis

D. Deimpedantievandeexternescha­

kelingminimaalis

E. De omgevingstemperatuur waarin dediodebedrevenwordt,zolaagmoge­

lijkis.

Literatuur.

Spcnkc,Eberhard.ElectronicSemiconductors. McGraw HillBookCompany,NewYork.195S.

Ko.Wen-Hsiung.TransientBehaviorofJunctionDiodes -ThcoryandApplications.DoctoralThesis.CaseInstitute ofTechnology.195**.

BulletinCA61.TexasInstruments.

RADIOELECTRONICA1974No.23 793

D.H.Schravendeel

Viervoudige

tijdcircuits

1-2-4-8-16-...Een heel bekendemeetkun­

digereeks.OokdeIContwerpersSigne­

tjesschijnendezegoedonderdekniete hebben. Zo'n anderhalf jaar geleden kwamdezefabrikant,alseerste,meteen geïntegreerdetimer,denuoverbekende NE555.Enigetijdlaterverscheendedub­

beleuitvoering, deNE556. Ennuweer een primeur, degeïntegreerde quadti­

mers,NE553en554.

1-2-4'-...Devolgendestapindezereekszal waarschijnlijkwelnooitkomen,hoewel, jeweetmaarnooit.Beidetypenbevatten vier,volwaardige,timersinéén16pens DIL behuizing.Tenopzichte vande555 moestenerwelenigeconcessiesworden gedaanwatbetreftdemogelijkheden.De 555kanzowelstroomleverenalsstroom opnemen(sinkingensourcing).

Endanzelfs200mAmaximaal.Bijde553 en554isdit,vooriederetrapafzonderlijk teruggebrachttotmaximaal 100mA.

De553kanalleeninde„sinkmode"wor­

dengebruikt,terwijlde554voor „sour-ce" toepassingen is bedoeld. Ook de reset mogelijkheid ontbreekt bij deze Quad.Elketrapbestaatuiteen compara-tor, flipflop, ontlaad-transistor en een uitgangstrap(fig. 1).DeVccende0zijn vcc voor alle trappen gemeenschappelijk, evenalstrouwens dereferentiespanning voordecomparatoren.Het referentienet-werkbestaatuiteentweetalweerstanden (Vervolgblz.796).

Fig. 1. ViervoudigtijdcircuitNE553/554.

vcc

1“

*L R1 \*L R2

R

Tr

Tr r

Tr T

U

U Cl C2

U C

I

uitgang

Fig.2.Enkelvoudigeimpulsgever

(oneshot)T=RC. Fig.3.Astabielemultivibrator.

w_*Ó0"_tnV v(\

*i

Tr T Tr T Tr Tr

U U U

VCC C c C c

w

0“

>i

Tr T

►f

uit

U cv U c.v

Cl C2

>1

T:IRC R=10M CxWO/j T:2uur

-ouitgang Fig.5.One-shotvoorlangetijden. T=4RC, R= 10MCI C= 180pF.Detotaletijdis2uur.

Fig. 4. Blokgolfgeneratormetinstelbare frequentie.

vcc

4] LI"* 4] [V "D iV "U |V

tngger

tnggar

Tr T Tr T

Tr Tr

J

uitgang1 TlbRICl

U U

C2 C3

Cl Cl uitgang2

T2bR2.C2

O uitgang3 T3bR3.C3

uitgang1

Fig. 6.Opeenvolgendeimpulsgever(sequentialtimer).

uitgang2 uitgang3 uitgangl

TimRA.Cl uitgangl

RADIOELECTRONICA1974No.23

794

R.T.C.Lievegocd.

Buchenbach,Duitsland.

Intercom met 10 aansluitingen

op,diegelijkzijngeschakeld,resp.Ry6-7-8, Ry9-10-11 enRyI2-13-14.

Deze verzorgen de impulsenvoorhet bel-signaal, voordeingesprektoonenvoorhet resetten van het stappenrelais. Zet men spanning op de moedercontacten van de eerstetweerelais,danzullendeze(endaar­

meeookhetderderelais)opkomenen afval-lenineenritme,bepaalddoordewaardevan de condensatoren en weerstanden. Alle weerstandenzijn 1000ft,deelco'svoorhet (langzame) belsignaal 400 en 250 nF. die voorde ingesprektoon I00en 70.dievoor hetresetten I6en8.

Beschikt menoverrelaismetmeercontac­

ten,dan heeftmenersteedsmaartwee in plaatsvandrienodig.

Defunctievandeandererelaiszalworden besprokenaandehandvanwatgebeurtbij hetmakenvaneenverbinding.

Bij het opnemen van een toestelkomt er spanningtestaanopde „resetlijn”(ziebe­

schrijvingfig.1).Relais15zalaantrekkenen spanningzettenopde impulsgevervoorde ingesprektoon en tevens via de contacten van relais3opdievoorhetbelsignaal.Te­

venszalviadecontactenvanRy4hetrelais Ry5aantrekken.Ry5verbreektde signaal-verbindingtussende „lijn”enhet moeder-contactvanbaan,,A”vanhetstappenrelais.

Dezeverbindinggeschiedtviaeencondensa­

torvan2/xF.Zoumentijdenshetoproepen dezeverbindinglatenbestaan,danzoudoor hetbelsignaal(60voltAC)relais5uitsche­

ma I vanhetoproependetoestelindewar komen. Om hetwerkenvan hetbelsignaal bij de opgeroepenc aande oproeperdoor Begin 1971 vroegeen vriendmijvoorhemtegennietaltehogekosteneenintercomsysteem

tebouwenvoormeerderetoestellen,waarbijliefstperaansluitingéén(dubbelpolige)draadno­

digzouzijn,vanwegederelatiefgroteafstanden.Ikbesloottoeneentelefooncentraletebouwen, werkendmetnormaletelefoontoestellen,zoalsdezeindesurplushandeltekrijgenwaren.

Hoewelikdoormijnverblijfbuitenslandsnietveelmeeraanmijnhobbykandoen,ishetwel enweevandezetelefooncentralemeblijveninteresseren.Omdathetgeheelzogoedwerktmeen­

deik,datwellichtookanderenvandeschakelingofvandelenervanzoudenkunnenprofiteren, alisdeopzetmisschiennietechtspitsvondig.

Ikbenmebewustdatdeschakelingweinigelektronischis.Relaisrakenuitdetijd,met

Ikbenmebewustdatdeschakelingweinigelektronischis.Relaisrakenuitdetijd,met