DE1013367B - Delay line for traveling pipes - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft Verzögerungsleitungen für Wanderfeldröhren mit oder ohne gekreuzte elektrische und magnetische Felder im Wechselwirkungsraum der Röhre. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Verzögerungsleitung der Wendelform, insbesondere zur Verwendung in Breitband-Wanderfeldröhrenverstärkern .The invention relates to delay lines for traveling wave tubes with or without crossed electrical and magnetic fields in the interaction space of the tube. The aim of the invention is to provide an improved Helical-shaped delay line, particularly for use in broadband traveling wave tube amplifiers .
Die Arbeitsweise einer üblichen Wanderfeldröhre kann kurz wie folgt beschrieben werden: Eine elektromagnetische Welle wandert längs einer Verzögerungsleitung und kommt in Wechselwirkung mit einem Elektronenstrahl, der in unmittelbarer Nachbarschaft der Verzögerungsleitung verläuft und mit dem sich die Welle in Synchronismus befindet.The mode of operation of a conventional traveling wave tube can be briefly described as follows: An electromagnetic one Wave travels along a delay line and interacts with an electron beam, which runs in the immediate vicinity of the delay line and with which the wave moves is in synchronism.
Der Zweck der Verzögerungsleitung ist es, die Fort-Pflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle auf einen Bruchteil ihres Wertes im freien Raum, d. h. der Lichtgeschwindigkeit, herabzusetzen, beispielsweise auf etwa ein Zehntel derselben, damit sie in Synchronismus mit dem Elektronenstrahl kommen kann.The purpose of the delay line is to increase the rate of planting the electromagnetic wave to a fraction of its value in free space, d. H. the Speed of light, decrease, for example to about a tenth of the same, so that they are in synchronism can come with the electron beam.
Bekanntlich bestehen Verzögerungsleitungen mit periodischer Struktur aus Netzwerken, die durch Aneinanderreihung einer gewissen Anzahl gleichartiger Glieder aufgebaut sind. Die Feldverteilung längs einer Leitung mit periodischer Struktur von der Schrittlänge f kann als Ergebnis der Überlagerung einer unendlichen Anzahl von Teilwellen (Raumharmonischen) angesehen werden, deren Phasengeschwindigkeiten die folgenden Werte besitzen:It is known that delay lines with a periodic structure consist of networks which are built up by stringing together a certain number of similar elements. The field distribution along a line with a periodic structure of step length f can be viewed as the result of the superposition of an infinite number of partial waves (space harmonics) whose phase velocities have the following values:
Verzögerungsleitung
für WanderfeldröhrenDelay line
for traveling wave tubes
Anmelder:Applicant:
Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Graefelfing near Munich, Aribostr. 14th
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 16. Juli 1954Claimed priority:
France 16 July 1954
Daniel Reverdin, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenDaniel Reverdin, Paris,
has been named as the inventor
Frequenz ändert. Die Dispersionskurve erhält man durch Aufzeichnung des VerhältnissesFrequency changes. The dispersion curve is obtained by recording the ratio
ω · φω · φ
ψ +2kn ' ψ + 2kn '
mit k = 0, ± 1. ±2 ...with k = 0, ± 1. ± 2 ...
Hierbei ist ψ die Phasenverschiebung zwischen entsprechenden Punkten zweier aufeinanderfolgender Glieder, vorausgesetzt, daß die Leitung an einem dieser Punkte erregt wird. Die mit dem Elektronenstrahl synchron laufende Teilwelle tritt mit diesem in Wechselwirkung.Here ψ is the phase shift between corresponding points of two consecutive terms, provided that the line is excited at one of these points. The partial wave running synchronously with the electron beam interacts with it.
Im allgemeinen ist es erwünscht, mit der Grundwelle (Fundamentale) zu arbeiten, da diese die meiste Energie mit sich führt. In diesem Falle hat k in der Formel für die Phasengeschwindigkeit vh einen solchen Wert, daß νji ein Maximum für einen gegebenen Wert von ψ aufweist (k = 0, wenn ψ < π). In general, it is desirable to work with the fundamental wave, as this carries most of the energy with it. In this case, k in the formula for the phase velocity v h has a value such that νji has a maximum for a given value of ψ (k = 0 if ψ < π).
Ferner ist es für den Betrieb einer Wanderfeldröhre als Verstärker im Grundmode erforderlich, daß die Verzögerungsleitung eine normale Dispersion aufweist, d. h. daß sich bei diesem Mode eine Vorwärtswelle ausbreitet. Bekanntlich ist die Dispersion einer Verzögerungsleitung eine Eigenschaft, die darin besteht, daß die Phasengeschwindigkeiten der verschiedenen Teilwellen einer Welle sich mit der Frequenz ändern. Diese Änderung kommt daher, daß die Phasenverschiebung ψ zwischen entsprechenden Punkten zweier aufeinanderfolgender Elementarglieder der Verzögerungsleitung sich mit derFurthermore, it is necessary for the operation of a traveling wave tube as an amplifier in the fundamental mode that the delay line has a normal dispersion, ie that a forward wave propagates in this mode. As is known, the dispersion of a delay line is a property which consists in the fact that the phase velocities of the various partial waves of a wave change with frequency. This change is due to the fact that the phase shift ψ between corresponding points of two successive elementary elements of the delay line with the
d. h. der Ausbreitungsgeschwindigkeit c im freien Raum zur Gruppengeschwindigkeit vg der längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Welle, in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Es ist ferner bekannt, daß für den Betrieb eines Wanderfeldverstärkers mit breitem Durchlaßband die verwendete Verzögerungsleitung eine geringe Dispersion aufweisen muß.ie the propagation speed c in free space to the group speed v g of the wave propagating along the delay line, as a function of the wavelength λ. It is also known that for the operation of a traveling-wave amplifier with a wide pass band, the delay line used must have a low dispersion.
Die Wendelleitung genügt allen bisher aufgezählten Erfordernissen, war aber bisher mit ernstlichen Nachteilen behaftet. Sie besteht im allgemeinen aus einem schraubenförmigen Leiter, der nur an seinen beiden Enden befestigt ist und infolgedessen nicht viel Wärme abführen kann. Diese angehäufte Wärme bewirkt eine Ausdehnung, welche die anfängliche Geometrie und Ausfluchtung der Wendel verändert und so den richtigen Betrieb der Röhre stört.The helical cable meets all the requirements listed so far, but has so far had serious disadvantages afflicted. It generally consists of a helical conductor attached only to both of its ends is attached and as a result cannot dissipate much heat. This accumulated heat causes an expansion, which changes the initial geometry and alignment of the helix and thus the correct operation of the tube disturbs.
Der die Wendel bildende Leiter kann hohl sein und von einem Kühlmittel durchflossen werden, jedoch wird er in diesem Falle so schwer, daß er sich durch sein eigenes Gewicht verzieht. Es sind auch schon Quarzstäbe zur Unterstützung der Wendel verwendet worden. Diese werden jedoch leicht in der Röhre beschädigt und können mit Elektronen vom Strahl aufgeladen werden, wodurch sie den Betrieb stören.The conductor forming the helix can be hollow and a coolant flows through it, but will in this case it is so heavy that it is warped by its own weight. They are also quartz rods has been used to support the helix. However, these are and can easily be damaged in the tube are charged with electrons from the beam, thereby disrupting operation.
Erfindungsgemäß werden die erwähnten Nachteile dadurch überwunden, daß die Verzögerungsleitung aus einerAccording to the invention, the disadvantages mentioned are overcome in that the delay line consists of a
709 656/276709 656/276
3 43 4
Wendelleitung und einer parallel zur Wendelleitung an- Dispersionskurven die folgenden Größenbeziehungen geordneten Kammleitung besteht und daß mindestens gelten (vgl. Fig. 3):Helical line and one parallel to the helical line. Dispersion curves have the following size relationships there is an orderly comb line and that at least the following apply (see Fig. 3):
einzelne Windungen der Wendelleitung starr an den freien 1. Xe liegt zwischen X11 und A3,, wobei A3, die Grenz-individual turns of the helical cable rigidly on the free 1. X e lies between X 11 and A 3 , where A 3 , the limit
Enden von mindestens einzelnen Zähnen der Kammlei- wellenlänge der Kammleitung allein für den π-Modus tung befestigt sind. Die in der Wendel entstehende 5 in Anwesenheit einer zu der Kammleitung parallelen Wärmeenergie wird über die Zahne des Unterstützungs- (kapazitiven) Grundplatte ist;Ends of at least individual teeth of the comb line wavelength of the comb line are attached solely for the π mode device. The 5 arising in the coil in the presence of a thermal energy parallel to the comb line is via the teeth of the support (capacitive) base plate;
kamms abgeführt. Die Erfindung zieht also Vorteil so- 2. Xe liegt nahe bei X11, ohne jedoch damit zusammen-kamms discharged. The invention therefore has the advantage that 2. X e is close to X 11 , but without being associated with it.
wohl aus der Steifigkeit und der Fähigkeit einer Kamm- zufallen;probably from the stiffness and the ability of a comb to fall;
leitung, eine erhebliche Wärmemenge abzuführen, als auch 3. die Dispersionskurve der erfindungsgemäßen Leitungline to dissipate a considerable amount of heat, as well as 3. the dispersion curve of the line according to the invention
aus gewissen einer Wendelleitung zukommenden Eigen- io besitzt einen flachen und darum gut verwendbaren Teil schäften, die insbesondere für ihre Verwendung in einem zwischen den Abszissen Xe und X11; from certain of a helical line inherent io has a flat and therefore easily usable part shafts, which are particularly suitable for their use in an area between the abscissas X e and X 11 ;
Breitbandverstärker wichtig sind. 4. beim Betrieb auf einer Wellenlänge, die größer alsBroadband amplifiers are important. 4. When operating on a wavelength greater than
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus A3, ist, ist die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung nicht der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungs- mehr empfehlenswert, da der Einfluß der Kammleitung beispiele an Hand der Zeichnungen. Hierin zeigt 15 dann überwiegt und die Höchstfrequenzenergie immerFurther details of the invention emerge from A 3 , if the delay line according to the invention is not recommended for the following description of some embodiments, since the influence of the comb line is examples with reference to the drawings. Here, 15 then predominates and the maximum frequency energy always
Fig. 1 im Schrägbild eine erfindungsgemäße Ver- mehr im Kammteil und nicht in der Wendel fortgepflanzt zögerungsleitung, ; -' wird.1 shows, in an oblique view, a delay line according to the invention propagated in the comb part and not in the helix ; -' will.
Fig. 2 eine Stirnansicht der Verzögerungsleitung nach · Die Formeln für die Grenzwellenlängen im π-Modus Fig. 1, ■- · und die Dispersionskurvengleichurigen zeigen die Be-2 shows an end view of the delay line according to the formulas for the cut-off wavelengths in the π-mode Fig. 1, ■ - · and the dispersion curve equations show the
Fig. 3 verschiedene Dispersionskurven, 20 ziehung, die zwischen den Grenzwellenlängen und denFig. 3 different dispersion curves, 20 drawing between the cutoff wavelengths and the
Fig. 4 im Schrägbild eine Abänderung der Leitung verschiedenen Abmessungen der Leitungen existiert. So nach Fig. 1, kann man Xe = Xh machen, wenn man setztFig. 4 shows a modification of the line, different dimensions of the lines, in an oblique view. According to Fig. 1, you can make X e = X h if you bet
Fig. 5 bis 8 Stirnansichten verschiedener Ausführungs- ^ / 2
formen der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung, -j = y kx 1Fig. 5 to 8 end views of various embodiments ^ / 2
shape the delay line according to the invention, -j = y k x 1
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform im Schrägbild, und 25 \ K 9 shows a further embodiment in an oblique view, and 25 \ K
Fig. IQ eine Wanderfeldverstärkerröhre, die mit einer Um einen Verstärker mit dem breitestmöglichenFig. IQ a traveling field amplifier tube, which is an amplifier with the widest possible
erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung ausgerüstet ist. Durchlaßband zu erhalten, muß ein größtmögliches Inter-In allen Figuren sind die gleichen Bezugsziffern zur vall zwischen A2, und Xn vorgesehen werden. Der Bezeichnung der Wendel 11, der Zähne 12 und des günstigste Kompromiß zwischen diesen einander unter Rückens 13 der Kammleitung verwendet. 30 Umständen widersprechenden Forderungen muß danndelay line according to the invention is equipped. To obtain the passband, the greatest possible inter- In all figures, the same reference numerals are provided for the vall between A 2 , and X n . The designation of the helix 11, the teeth 12 and the most favorable compromise between these are used under the back 13 of the comb line. 30 circumstances contradicting demands must then
Aus Fig. 1 erkennt man, daß jede Windung der aufgesucht werden.From Fig. 1 it can be seen that each turn of the are sought.
Wendel 11 starr mit einem Zahn 12 der Kammleitung, Fig. 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zeigen einige Ausführungsbeispielsweise durch Hartlöten, verbunden ist. beispiele der erfindungsgemäßen Leitung, ohne daß diesHelix 11 rigid with a tooth 12 of the comb line, FIGS. 4, 5, 6, 7, 8 and 9 show some exemplary embodiments by brazing. examples of the line according to the invention without this
Fig. 2 zeigt ein Element der Verzögerungsleitung nach eine Begrenzung bedeutet.
Fig. 1. 35 In Fig. 4 ist die Wendel abgeflacht, während die WendelFig. 2 shows an element of the delay line after a limitation means.
Fig. 1. 35 In Fig. 4 the helix is flattened, while the helix
Fig. 3 zeigt die Dispersionskurven 1, 2 und 3, welche nach Fig. 1 und 2 einen zylindrischen Wechselwirkungssich auf die Grundwelle der Wendel allein, 1, der Kamm- raum bestimmt. Fig. 5 zeigt ein dem Leitungsglied nach leitung allein in Anwesenheit einer Grundplatte, die zu Fig. 4 ähnliches Glied.Fig. 3 shows the dispersion curves 1, 2 and 3 which, according to Figs. 1 and 2, show a cylindrical interaction on the fundamental wave of the helix alone, 1, which determines the comb space. Fig. 5 shows a according to the line member line alone in the presence of a base plate, the link similar to Fig. 4.
der Kammleitung parallel ist und deshalb eine kapazitive Fig. 6 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der erWirkung hat, 2, und der Anordnung aus Kammleitung 40 findungsgemäßen Verzögerungsleitung dar. Ihre Gesamt- und Wendelleitung gemäß der Erfindung, 3, beziehen. abmessungen sind dadurch herabgesetzt, daß die Zähne 12 Die Abmessungen der der Fig. 3 zugrunde liegenden An- gebogen sind. Schädliche Kopplungen der Wendel 11 und Ordnung sind die folgenden: des Kammrückens 13 brauchen nicht befürchtet zuthe comb line is parallel and therefore a capacitive Fig. 6 represents a preferred embodiment of the effect has, 2, and the arrangement of comb line 40 represents the delay line according to the invention. and helical cable according to the invention, FIG. dimensions are reduced in that the teeth 12 The dimensions of the angled on which FIG. 3 is based. Harmful couplings of the helix 11 and Order are the following: the back of the ridge 13 do not need to be feared
werden. Das außerhalb der Wendel herrschende Feld ist Ganghöhe der Wendel und Abstand 45 schwach, während das Feld in der Kammleitung zwischenwill. The field prevailing outside the helix is the pitch of the helix and the distance 45 weak, while the field in the comb line is between
der Zähne des Kamms 3,2 mm den Kammzähnen konzentriert ist. Dies gilt um so mehr,the teeth of the comb 3.2 mm is concentrated on the comb teeth. This is all the more true
Länge der Zähne des Kamms 21,5 mm wenn die Röhre bei einer Wellenlänge betrieben wird,Length of the teeth of the comb 21.5 mm when the tube is operated at one wavelength,
Außendurchmesser der Wendel .... 12,0 mm welche der Grenzwellenlänge Xe näher liegt.Outer diameter of the coil .... 12.0 mm which is closer to the limit wavelength X e.
Drahtdurchmesser der Wendel 1,5 mm In der Leitung nach Fig. 7 sind dieselben ElementeWire diameter of the helix 1.5 mm In the line according to FIG. 7 the same elements are
50 wie in Fig. 2 verwendet. Zusätzlich ist ein Metall-50 as used in FIG. In addition, a metal
Die Grenzwellenlänge Xn der Wendel allein im π-Mo- streifen 14 angebracht, der eine kapazitive Wirkung hat. dus, d. h. einem Modus, für den ψ = π ist, ergibt sich zu Dieser Metallstreifen erstreckt sich parallel zu den Kammzähnen und bildet eine Art Grundplatte, welche die elek-The cut -off wavelength X n of the filament is attached solely to the π-Mo strip 14, which has a capacitive effect. dus, ie a mode for which ψ = π , results in This metal strip extends parallel to the comb teeth and forms a kind of base plate, which the electrical
Xh = 2kin-d . irische Länge dieser Zähne künstlich vergrößert, wodurch X h = 2k i nd. Irish length of these teeth artificially increased, thereby
Hierbei ist d der mittlere Durchmesser der Wendel und 55 die Gestalt der Dispersionskurve derart verändert wird, A1 ein Parameter, der vom Verhältnis des Drahtdurch- daß die Nutzbandbreite vergrößert und der Abfall der messers zur Ganghöhe der Wendel abhängt. Der Wert Kurve verringert wird.Here d is the mean diameter of the helix and 55 the shape of the dispersion curve is changed in such a way, A 1 is a parameter which depends on the ratio of the wire diameter that the useful bandwidth increases and the drop of the knife to the pitch of the helix depends. The curve value is decreased.
dieses Parameters A1 nimmt von 1 auf 1,1 zu, wenn das Die Stellung dieses Metallstreifens bezüglich der Kammerwähnte Verhältnis von χ auf 0,3 fällt. zähne kann von außen einstellbar gemacht werden, bei- this parameter A 1 increases from 1 to 1.1 when the ratio of the position of this metal strip with respect to the chamber drops from χ to 0.3. teeth can be made adjustable from the outside,
Die Grenzwellenlänge Xe der erfindungsgemäßen Ver- 60 spielsweise mit Hilfe einer Anordnung, wie sie in dem
zögerungsleitung, die aus einer Wendel und einer Kamm- französischen Patent 1 068 468 beschrieben ist.
leitung zusammengesetzt ist, deren Zähne gleichförmigen In Fig. 8 ist an Stelle des Metallstreifens 14 ein mitThe cut-off wavelength X e of the 60 according to the invention, for example, with the aid of an arrangement as described in the delay line, which is made up of a helix and a French patent 1,068,468.
line is composed, the teeth of which are uniform
Querschnitt und die Länge I haben, ist für den π-Modus einer Dämpfungssubstanz 16 bedeckter Streifen 15 angegeben durch den Ausdruck geordnet. Dieser Überzug dämpft die längs der Kamm-Cross-section and length l is for the π-mode of a damping substance 16 covered strip 15 indicated by the expression. This coating dampens the
65 leitung fortgepflanzte Energie. Die Dämpfung kann auch65 conduction propagated energy. The attenuation can also
Xe m B2 (A1W · d +1 L), dadurch erreicht werden, daß die Kammleitung ganz oder X e m B 2 (A 1 W · d +1 L) , can be achieved in that the comb line wholly or
und hierbei ist A2 ein Kopplungsfaktor, dessen Wert etwa teilweise mit einem Dämpfungsmetall überzogen wird.and here A 2 is a coupling factor, the value of which is approximately partially coated with a damping metal.
gleich 1,2 ist. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Schoopschenequals 1.2. This can be done, for example, with the help of a Schoopschen
Das Experiment zeigt und die Rechnung bestätigt, Spritzpistole geschehen. Der Teil 15, 16 braucht dannThe experiment shows and the bill confirms that the spray gun has happened. The part 15, 16 then needs
daß auf Grund der Gleichungen der verschiedenen 70 nicht angebracht zu werden.that due to the equations of the various 70 not to be attached.
Claims (1)
bracht werden.and the teeth 12 of the comb line are used for circulation,
be brought.
wird. Die Höchstfrequenzenergie wird der Leitung 11 7. Verzögerungsleitung nach einem der vorherüber einen Eingang 21 zugeführt und an dem Ausgang 22 45 gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verstärkung durch Wechselwirkung mit einem im Innern des Wendelleiters oder des Kammrückens Elektronenstrahl 23 abgenommen. Der Elektronen- ein Kanal für den Durchfluß eines Kühlmittels vorstrahl 23 wird von einer Kathode 24 erzeugt, die von gesehen ist.A practical embodiment of a tube under Ver to 4, characterized in that a rod from the turn of the delay line according to the invention is 40 insulating material parallel to the comb line shown in FIG. 10 to a small extent. It is a wandering distance from their teeth is arranged, which field amplifier with a helical delay on the surface facing the teeth with a line 11, which is carried by a comb line 12, 13 provided attenuating substance.
will. The maximum frequency energy is fed to the line 11 7th delay line according to one of the previous claims via an input 21 and at the output 22 45, characterized in that after amplification by interaction with an electron beam 23 inside the helical conductor or the back of the comb is removed. The electron beam 23 for the passage of a coolant is generated by a cathode 24, which is seen from FIG.
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