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Wanderfeldröhre
Wie bekannt arbeiten die klassischen stromgesteuerten Elektronenröhren bis zu jenem Fre- quenzgdbiet, in welchem die Laufzeit der Elektronen mit der Periodendauer der zu verstärkenden Frequenz kommensurabel wird. Bei Klystronen und Wanderfeldröhren werden hingegen die bei klassischen Röhren als Nachteil zu verzeichnenden Laufizeiteffekte angewendet. Bei Wanderfelldröhren kann auf einem breiten Band eine erhebliche Verstärkung in dem Zentimeterwellengebiet, ja auch bei noch kürzeren Wellen erzielt werden.
Untersuchungen der verschiedenen bekannten Typen von Wanderfeldröhren haben gezeigt, dass jedoch nicht nur eine entlang der die Verzögerungsleitung bildenden Wendel in Richtung von der Kathode zur Anode, also vom Eingang zum Ausgang wandernde Welle auftritt, sondern auch eine entgegengesetzte Welle entsteht, welche vom Ausgang dem Eingang zuwandert. Es wird demnach ein Teil der Energie vom Ausgang in Richtung zum Eingang reflektiert und verursacht eine Selbsterregung der Röhre. Um diese zu vermeiden, muss in der Röhre eine Dämpfung solcher Grösse verwendet werden, dass
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die vom Ausgang dem Eingangerregung entstehen kann.
Die an den Werkstoff, die Anordnung und die Grösse der Dämpfung gestellten Anforderungen, können, wie folgt zusammengefasst werden : a) Auf die volle Röhrenlänge bezogen dart die Dämpfung nur in einem kurzen Abschnitt auftreten, demnach muss die auf die Längeneinheit bezogene (spezifische) Dämpfung gross sein. b) Die Dämpfung muss in einem breiten Gebiet (in der Grössenordnung von 1000 MHz) fre- quenzunabhängig sein. c) Die Dämpfung selber darf keine Reflexion veruraschen, da die hievon herrührende reflek- tierte'Welle ebenfalls eine Selbsterregung der Röhre verursachen kann.
Die richtige Dimensionierung der Dämpfung und die erforderliche entsprechende technologische Lösung bilden nun einen kritischen Punkt der Wanderfeldröhren. Ist die Dämpfung klei- ner als erforderlich, so neigt die Röhre zur Selbsterregung, ist sie grösser, so nimmt die Verstärkung der Röhre bedeutend ab, da die Dämpfung die zu verstärkenden Wellen gleichfalls dämpft. Ein besonders schwieriges Problem bil-
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gliedes.
Bei der am häufigsten verwendeten Ausführung der Wanderfeldröhren, bei welcher die Verzögerung der elektromagnetischen Welle gegenüber der Elektronengeschwindigkeit durch eine Wendel bewirkt wird, ist die Stärke des elektromagnetischen Feldes in der Nähe der Wendel am grössten, während sie mit dem Abstand von der Wendel schnell abnimmt.
Deshalb wird bei den üblichen Lösungen, um die Dämpfung nahe genug der Wendel anordnen zu können, die Dämpfung im Vakuumraum selbst untergebracht und man versucht die Anforderung der Reflexionsfreiheit auf die Weise zu erfüllen, dass man einerseits die Dicke des Dämpfungsmateriales gleichmässig ändert, anderseits seine Kante nicht scharf abgrenzt, sondern zackig ausbildet.
Die Bildung eines Oberzuges verschiedener Dicke bedeutet aber erhebliche Schwierigkeiten in der Massenfertigung, da eine gleiche Ausführung der überzüge bei den einzelnen Röhrenexemplaren nicht gewährleistet werden kann.
Aus Sicherheitsgründen muss die Dämpfung, eben da sie nicht genau eingestellt werden kann, erheblich grösser als unbedingt erforderlich gewählt werden, was zur Folge hat, dass bezüglich del Dämpfung bzw. dementsprechend bezüglich der Verstärkung, zwischen den einzelnen Exemplaren eine erhebliche Streuung auftritt.
Es ist auch bereits bekannt geworden, durch- tränkte Dämpfungsglieder innerhalíb des Vakuumraumes anzuordnen, jedoch könnten auch dadurch die obigen Schwierigkeiten nicht vermieden werden. Ferner haben innerhalb des Vakuumraumes angeordnete Dämpfungssysteme den Nachteil, dass sie nach Evakuierung der Röhre weder justiert noch nachbehandelt, noch ausgetauscht werden können, ohne das Vakuum zu
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zerstören. Ausserdem können als Material für die Dämpfungsglieder nur solche Stoffe verwendet werden, welche auf das Vakuum beim Betrieb der Röhre keinen schädlichen Einfluss aus- üben.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die obigen Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass bei einer Wanderfeldröhre, welche eine Wendel oder eine an-
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und eineDämpfung besitzt, wobei die Dämpfung durch einen mit einem für Mikrowellen erhebliche Verluste besitzenden Stoff durchtränkten oder mit einem solchen Stoff überzogenen Halter gebildet ist, und wobei die Dämpfung in ihrer Form dem elektromagnetischen Feld angepasst ist und
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tung verbreitenden elektromagnetischen Wellen einen gut angepassten Verbraucher bildet und, auf die Verzögerungsleitung bezogen, einen stufenlos veränderten Abstand besitzt, die Dämpfung ausserhalb des Vakuumsystems der Röhre angeordnet ist.
Es kann somit, infolge des ausserhalb des Vakuumsystems angeordneten Dämpfers, der Dämpfer, falls er nicht entsprechen sollte, ohne Beeinträchtigung des Vakuums der Röhre auch nachträglich stets durch einen andern Dämpfer ersetzt werden. Tritt dies beispielsweise bei einem aus einem durchtränkten Körper bestehenden Dämpfer ein, so kann derselbe entfernt, bearbeitet und wiederum auf seinen Platz montiert werden. Auch die räumliche Lage des Dämpfers kann nunmehr leicht verändert werden, ohne komplizierte Hilfsmittel verwenden zu müssen.
Schliesslich bietet aber die Anordnung der Dämpfung ausserhalb des Vakuumssystems noch den wesentlichen Vorteil, dass man bezüglich des Dämpfungsmateriales an vakuumtechnische Gesichtspunkte nicht gebunden ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Dämpfung aus einem mit
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den als vorteilhaft erwiesen, da die Ausbildung von Überzügen verschiedener Stärke auf tech- nologische Schwierigkeiten stösst, da solche Oberzüge nur selten mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt werden können.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Wanderfeldröhre, während Fig. 2 die erfindungsgemässe Anordnung der Dämpfung zeigt.
Aus den aus der Kathode 2 (Fig. 1) der Röhre 1 austretenden Elektronen wird mit Hilfe der Elektrodensysteme 3,4 und des Magnetfeldes des ausserhalb der Röhre angebrachten Magnets 5 ein schmales Elektronenbündel gebildet. In der
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erzielen, eine Verzögerungsleitung 6 untergebracht, an der die zu verstärkende Welle in der Weise entlangwandert, dass ihre axiale Komponente der Elektronenbündelgeschwindigkeit ungefähr gleich wird. In Fig. 1 ist als eine derartige Verzögerungsleitung 6 eine einfache Wendel dargestellt.
Das entlangwandernde zu verstärkende Signal verursacht eine Knotenbildung auf dem Elektronedbündel, das Elektronenbündel übergibt einen Teil seiner Energie der Wendel 6, worauf das auf der Wendel auftretende verstärkte Signal auf dem Elektronenbündel wiederum eine Knotenbildung verursacht. Als Ergebnis dieses, sich der Wendel entlang abspielenden und oft wiederholenden Vorganges zeigt sich das ursprüngliche Eingangssignal der Wendel mit einer vergrösserten Amplitude auf dem der Kathode entfernteren Ende der Wendel, die hiezu nötige Energie liefert das Elektronenlbündel.
Das Elektronenbündel wird durch einen Kollektor 7 aufgefangen, das verstärkte Signal wird dem kol1ektorseiti, gen Ende der Wendel 6 entnommen.
Eine genauere Analyse der Funktion der Röhre 2 zeigt, dass der Wendel entlang nicht nur eine vom Eingang 8 gegen den Ausgang 9 wandernde, sondern auch eine entgegengesetzte Welle auftritt, welche vom Ausgang dem Eingang zu wandert. Offensichtlich tritt eine solche Welle schon deshalb auf, weil der Ausgang nicht an jede in das üibertragungaband fallenden Frequenz angepasst werden kann ; demnach wird ein Teil der Energie vom Ausgang in Eingangsrichtung reflektiert und verursacht, analog der im Zusammenhang mit den klassischen Elektronenröhren bekannten Rückkopplung, eine Selbsterregung der Röhre. Um dies zu vermeiden, muss in der Röhre eine Dämpfung 11 angebracht werden, welche die Entstehung einer Selbsterregung verhindert.
Gemäss den bekannten Konstruktionen ist diese Dämpfung 11 im Vakuumraum der Röhre angeordnet und meist von einer auf die zur Halterung der Wendel dienenden Quarzstäbe kontinuierlich aufgebrachten verdünnten Aquadagschicht gebildet.
Eine beispielsweise Ausführung der erfindungs- gemässen Lösung, nach welcher die Dämpfung ausserhalb des Vakuumraumes angeordnet ist, zeigt Fig. 2, welche, die Dämpfung und einen Teil der Röhre im Längsschnitt darstellt. Der Dämpfungshalter 12 besteht zweckmässig aus einem keramischen oder Kunstst & ffzylinder, an dessen
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linder besitzt eine der Ausbildung des elektromagnetischen Feldes entsprechende Leitlinie, so dass sich die Dämpfung selbst reflexionsfrei an die Wendel anpasst. Die Leitlinie folgt einer durch genaue Berechnungen modifizierten BesselFunktion, welche jedoch für praktische Zwecke
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durch eine Parabel zweiten Grades genügend angenähert dargestellt werden kann.
Diese Anordnung besitzt, im Vergleich zu üblichen Lösungen, ausser den bisher bereits erwähnten auch noch zwei weitere spezielle Vorteile : a) Da die Dämpfung ausserhalb des Vakuumraumes untergebracht ist, kann eine entsprechendere Form der Steuerkurve und die Grösse der Dämpfung nach dem Fertigstellen der Röhre im Versuchswege nach Belieben eingestellt bzw. abgeändert werden. b) Aus demselben Grunde ist man bezüglich des Stoffes der Dämpfung an vakuumtechnische Gesichtspunkte nicht gebunden. Wie bekannt, ist die Anzahl der in ein Vakuumsystem einzubauenden Stoffe stark beschränkt und stellt man denselben gegenüber spezielle Anforderungen.
Erfindungsgemäss kann man den Halter 12 einfach und in bekannter Weise mit einem für Mikrowellen erhebliche Verluste besitzenden Stoff, vorteilhaft Aquadag, oder z. B. mit einer monomolekularen Metallschicht überziehen, jedoch kann die erfindungsgemässe Dämpfung auch in der Weise hergestellt werden, dass dem keramischen Stoff der Dämpfungshalterung (2 vor dem Ausglühen Aquadag beigemengt und der keramische Stoff bloss bis zu einer Temperatur erhitzt wird, bei welcher der Aquadag noch nicht ausbrennt, in welchem Falle der Überzug 11 überflüssig wird. Gemäss einer andern Lösung wird dem keramischen Stoff vor dem Ausglühen ein gasentwickelnder Stoff beigemengt, worauf. der auf diese Weise porös gestaltete Stoff vor dem Ausglühen z. B. mit Aquadag durchtränkt und auf niedrigerer Temperatur nochmals ausgeglüht wird.
In diesen beiden letzten Fällen wird ein homogener Stoff bzw. ein Dämpfungsglied aus homogenem Stoff erzielt, aus welchem die Dämpfung in beliebiger Form, z. B. durch Drehen, hergestellt werden kann.
Zu bemerken ist, dass an Stelle eines Dämp- fungszylinders aus homogenem Stoff auch ein Zylinder verwendet werden kann, welcher erst nachträglich mit Dämpfungsmaterial überzogen wird.
In der Beschreibung wurde als Dämpfungsmaterial im allgemeinen Aquadag erwähnt, an dessen Stelle jedoch auch ein anderes Dämpfungsmaterial, im allgemeinen z. B. eine monomolekulare Metallschicht, z. B. eine aus Chrom-Nickellegierung oder aus Platin hergestellte Schicht, verwendet werden kann.
Obwohl die Erfindung im obigen bloss im Zusammenhange mit einigen Beispielen beschrieben worden ist, ist vorliegende Erfindung nicht auf dieselben eingeschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wanderfeldröhre, welche eine Wendel oder eine andere geeignete Verzögerungsleitung und eine Dämpfung besitzt, wobei die Dämpfung durch einen mit einem für Mikrowellen erhebliche Verluste besitzenden Stoff durchtränkten oder mit einem solchen Stoff überzogenen Halter gebildet ist, und wobei die Dämpfung in ihrer Form dem elektromagnetischen Feld angepasst
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