DE1031431B

DE1031431B - Elektronenroehre fuer sehr kurze elektrische Wellen nach dem Lauffeldprinzip mit einer Wendelleitung als Verzoegerungsleitung

Info

Publication number: DE1031431B
Application number: DET6225A
Authority: DE
Inventors: Anton Lauer; Martin Mueller
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1952-05-20
Filing date: 1952-05-20
Publication date: 1958-06-04

Description

DEUTSCHES

Bei der unter dem Namen Lauffeldröhre bekanntgewordenen Ausführungsform von geschwindigkeitsmodulierten Röhren, wird durch das Feld einer auf einer Verzögerungsleitung, insbesondere einer Wendel, fortschreitenden Welle ein Elektronenstrahl hindurchgeschossen. Die Geschwindigkeit des Elektronen-Strahles wird dabei etwa gleich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle längs der Verzögerungsleitung gewählt. Dadurch tritt eine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Welle ein, die bei richtiger Wahl der beiden Geschwindigkeiten eine Verstärkung der Welle zur Folge hat. Bei Röhren des Lauffeldprinzips mit Wendeln, als Verzögerungsleitungen gibt es einen Frequenzbereich, in welchem die Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz ein Maximum durchläuft. Die zugehörige Wendel wird gemeinhin als die »optimale« Wendel bezeichnet. In dem besagten Bereich, welcher durch entsprechende Wahl der geometrischen Abmessungen der Wendel immer benutzt werden kann, zeigt die Wendel jedoch einen Frequenzgang ihres¹' Verzögerungsmaßes, d. h. Dispersion. Die Dispersion wird dabei durch das zur Halterung der Wendel dienende Material beeinflußt. Dadurch, daß sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle längs einer optimalen Wendel, allgemein längs einer Wendel mit Dispersion, im Einsatzbereich (das ist der Frequenzbereich, in dem die Röhre zur Verwendung vorgesehen ist) stark ändert, ist, je nach der vorhandenen Raumladung, für eine Welle ein ganz bestimmtes Geschwindigkeitsverhältnis von Welle zu Elektronenstrahl erforderlich, um die maximale Verstärkung der Lauffeldröhre zu erhalten.. Je stärker also die Dispersion im Einsatzbereich der Röhre ist, um so mehr ist eine Wendelspannungsänderung bei Frequenzänderung erforderlich.

Zweck der Erfindung ist es, die Dispersion der Wendel im Einsatzbereich zu beseitigen. Bei einer Elektronenröhre für sehr kurze elektrische Wellen nach dem Lauffeldprinzip mit einer Wendelleitung als Verzögerungsleitung, die von einem rohrförmigen Körper oder mehreren stabförmigen Körpern aus dielektrischem Material umgeben ist, welches gegebenenfalls zugleich zur Abstützung der Wendelleitung dient, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials sowie dessen geometrische Abmessungen derart gewählt sind, daß sich unter Beachtung der nachfolgenden Dimensionierungsvorschrif t:

a) die relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials ist größer oder gleich 4,

b) der Radius des dem dielektrischen Material umschriebenen, zur Wendel konzentrischen Kreises ist größer oder gleich dem l,7fachen mittleren Wendelradius,

für sehr kurze elektrische Wellen

nach dem Lauffeldprinzip mit einer

Wendelleitung als Verzögerungsleitung

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Anton Lauer und Martin Müller, Ulm/Donau,
sind als Erfinder genannt worden

c) der Radius des dem dielektrischen Material einbeschriebenen, zur Wendel konzentrischen Kreises Hegt zwischen dem mittleren Wendelradius und dem l,6fachen Wert desselben,

ein wenigstens angenähert konstantes Verzögerungsmaß clv {c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im freien Raum, ν = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen in Längsrichtung der Wendelleitung) in. Abhängigkeit von der Wellenlänge ergibt. Aus einer Arbeit von Robinson in der Zeitschrift »Wireless Engineer«, April 1951, S. 110 bis 113, ist es an sich bekannt, daß dielektrisches Material die Verzögerungseigenschaften einer Wendelleitung beeinflussen kann. Dort liegt indes die Aufgabe vor, das Verzögerungsmaß clv mit zunehmender Wellenlänge stark abnehmend zu gestalten, während gegensätzlich hierzu dem Erfindungsgegenstand die Aufgabe zugründe liegt, dieses Verhältnis angenähert unabhängig von der Wellenlänge zu gestalten. Die aus der Arbeit von Robinson bekannte Anordnung und der Erfindungsgegenstand unterscheiden sich daher zunächst einmal grundlegend bezüglich der Problemstellung und der erzielten Wirkungen. Darüber hinaus erweckt die Arbeit von Robinson infolge der in ihr wiedergegebenen Meßkurven sogar den Eindruck, als wäre es gar nicht möglich, die Dispersion einer Wendelleitung zu beseitigen.

Es ist an sich auch bekannt, die Wendelleitung einer Lauffeldröhre mittels eines rohrförmigen, die Wendel umschließenden dielektrischen Trägers zu haltern bzw. abzustützen oder hierfür mehrere stabförmige, an der Wendelleitung anliegende dielektrische

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Träger vorzusehen. Diese Abstützungsmittel verursachen — wie erwähnt — Verzerrungen des Feldes der auf der Wendelleitung sich ausbreitenden Wellen. Man war daher bisher bemüht, den Einfluß des Dielektrikums auf das Feld der auf der Wendelleitung sich, ausbreitenden Wellen möglichst gering zu halten,, um diese Verzerrungen zu vermeiden. Insbesondere hat man aus diesem Grunde vermieden, um die Wendelleitung herum Material mit hoher Dielektrizitätskonstante anzuhäufen. Die bekannten Ausführungsformen von Wendelleitungen haben daher den Nachteil, daß ihr VerzögerungsmaJß mit zunehmender Betriebsweldenlänge abnimmt. Dieser Nachteil ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des dielektrischen Materials, welches gegebenenfalls gleichzeitig zur Halterung der Wendelleitung dienen kann, beseitigt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des dielektrischen Materials ermöglicht, das Verzögerungsmaß weitgehend unabhängig von der Betriebswellenlänge- zu machen.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. In Abb. 1 ist eine Ausführungsform einer Lauffeldröhre dargestellt, bei der die Wendel 1 durch drei Stäbe 2 aus Keramik, Glas oder Quarz in ihrer Lage gehalten wird. Diese Materialien verwendete man bisher wegen der Verlustarmut und aus vakuumtechnischen Gründen.

Betrachtet man das Feld einer auf der Wendel fortschreitenden elektromagnetischen Welle in der Umgebung der Wendel, so· findet man, daß das Feld in radialer Richtung etwa mit einer e-Funktion abfällt, deren Exponent etwa proportional der Frequenz ist. Mit anderen Worten heißt das, das Feld um die Wendel erstreckt sich um so weiter nach außen, je langer die Betriebswellenlänge ist. Bringt man nun geeignetes dielektrisches Material derart in die Nähe der Wendel, daß mehr oder weniger Feldenergie, je nach der Betriebswellenlänge, im Dielektrikum transportiert wird, so· kann man dadurch den Verlauf der Dispersion steuern.

Hieraus ist ersichtlich, daß man bei vorgegebener Form der Halterung durch die Bemessung derselben innerhalb gewisser Grenzen jeden vorgegebenen Verlauf der Dispersionskurve herstellen kann, insbesondere daß man für die optimale Wendel die Dispersionslosigkeit erzielen kann.

Zur Erzielung einer wenigstens angenäherten Dispersionslosigkeit ist es erforderlich, die oben unter a) bis c) angegebenen Mininialdimensionierungsvorschriften nicht zu unterschreiten.

Statt der in Abb. 1 dargestellten Stäbe, die auch die in den Abb. 2 und 3 gezeigten, Querschnitte oder einen, beliebigen anderen Querschnitt besitzen können, kann a,uch ein Rohr angewendet werden, wie es in Abb. 4 dargestellt ist. Zur Führung der Wendel ist es auch möglich, das Rohr an seiner Innenseite, wie in, Abb. 5 gezeigt, zu profilieren. Der Bemessung ist dabei die Hauptmasse des Dielektrikums zugrunde zu legen. Die eingezeichneten Profilteile reichen nämlich wegen ihres zu geringen Volumens zur Herstellung der Dispersionslosigkeit nicht aus.

Es ist an sich bekannt, bei einem rohrförmigen, die Wendel umgebenden dielektrischen Träger eine Profilierung in der Weise vorzusehen, daß der rohrförmige Träger relativ dünnwandig ausgebildet und an drei Stellen, jeweils um 120° längs des Umfanges versetzt, zu der von ihm umschlossenen Wendel hin eingezogen ist. Dabei dienen bei der bekannten Anordnung die eingezogenen Profilabschnitte jeweils zur Einlagerung von verlustbringendem Material.

In Abb. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Halterung der Wendel von der die Dispersion beeinflussenden Masse getrennt ist. Zweckmäßig gibt man der Masse eine hohe relative Dielektrizitätskonstante und den Halterungsteileni eine niedrige. Die Halterung geschieht beispielsweise durch dünne Keramikstreifen, Keramikstäbe usw. mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 6, während die Masse aus Keramiksegmenten mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von sehr viel größer 6, z. B. 80, besteht. Dadurch lassen sich die dielektrischen Verluste im allgemeinen gering halten, während die Dispersion stark beeinflußt wird.

In Abb·. 7 ist eine durch Anwendung des Erfindungsgedankens bedeutend vereinfachte Schaltungsanordnung für eine Lauffeldröhre und deren zugehörige Stromversorgung dargestellt. Die Wendel 1, die von der zur Beeinflussung der Dispersion vorgesehenen Masse 2 umgeben ist, ist im Innern der Röhre mit der Zuganode ZA galvanisch verbunden. Die Verbindung kann jedoch a,uch außerhalb der Röhre durchgeführt sein. Es ist bereits bekannt, diese Verbindung anzubringen; jedoch ist zur Konstanthaltung der Röhrenbelastung bei Frequenzwechsel in einer derartigen bekannten Röhre eine Nachregulierung des Strahlstromes mittels der Wehneltzylinderspannung erforderlich, da bei diesen bekannten Röhren wegen der Dispersion der Wendel die Strahlspannung bei Frequenzänderung nachgeregelt werden muß. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Röhre hingegen entfällt diese Nachregulierung, so daß nach einmaliger Einstellung der Betriebswerte: die Röhre über den gesamten Einsatzbereich betrieben werden kann. Dadurch wird die elektronische Bandbreite der Lauffeldröhre bei konstanter Elektronengeschwindigkeit gegenüber den bekannten Anordnungen bedeutend vergrößert, was die Anwendung der Lauffeldröhre im Vielkanalbetrieb ermöglicht.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Röhre kann aber auch in der Weise betrieben werden, daß die Wendel einen konstanten Potentialunterschied gegenüber der Zuganode des Strahlerzeugungssystems besitzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenröhre für sehr kurze elektrische Wellen nach dem Lauffeldprinzip mit einer Wendelleitung als Verzögerungsleitung, die von einem rohrförmigen Körper oder mehreren stabförmigen Körpern aus dielektrischem Material umgeben ist, welches gegebenenfalls zugleich zur Abstützung der Wendelleitung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials sowie dessen geometrische Abmessungen derart gewählt sind, daß sich unter Beachtung der nachfolgenden Dimensionierungsvorschrif t:

c) der Radius des dem dielektrischen Material einbeschriebenen, zur Wendel konzentrischen Kreises liegt zwischen dem mittleren Wendelradius und dem l,6fachen Wert desselben,

ein wenigstens angenähert konstantes Verzögerungsmaß clv (c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im freien Raum, ν = Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen in Längsrichtung der;

Wendelleitung) in Abhängigkeit von der Wellenlänge ergibt.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1 mit einem rohrförmigen Körper aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der Wendel das Rohr im Innern mit einer Profilierung versehen ist.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der Wendel und zur Beeinflussung des Verzögerungs-Verhältnisses clv jeweils getrennte Körper vorgesehen sind.

4. Elektronenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der Wendel Körper aus einem Material mit geringer relativer Dielektrizitätskonstante und zur Beeinflussung des

Verzögerungsverhältnisses clv Körper aus einem Material mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstante vorgesehen sind.

5. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel mit der Zuganode des Strahlerzeugungssystems im Innern des Röhrenkolbens oder außerhalb desselben galvanisch verbunden, ist, so daß sie während des Betriebes der Röhre auf demselben Gleichpotential wie die Zuganode des Strahlerzeugungssystems liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 832 781;
französische Patentschriften Nr. 992 458, 984 595; »Wireless Engineer«, April 1951, S. 110 bis 113.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen