DE1044989B - Verzoegerungsleitung fuer Lauffeldroehren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine neuartige Verzögerungsleitung, die in geradlinigen Lauffeldröhren mit Zylindersymmetrie, insbesondere in Lauffeldverstärkerröhren verwendbar ist, und zwar sowohl in Lauffeldröhren ohne magnetisches Querfeld als auch in solchen mit gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Feldern, wobei das Magnetfeld durch einen kräftigen Gleichstrom in einein axialen Leiter erzeugt wird.

Es sind für solche Röhren Verzögerungsleitungen in Wendelform bekannt, die zur Herstellung einer breitbandigen Verstärkerröhre mit hohem Verstärkunigsgrad am besten geeignet sind. Jedoch ergibt die Verwendung von Wendelleitungen um so größere Nachteile, je größer die der Röhre zugeführte Leistung ist. Eine Wendel besteht bekanntlich aus einem verhältnismäßig sehr langen aufgewickelten Draht, der schwierig zu kühlen und in geeigneter Weise zu haltern ist. Der letztgenannte Nachteil kann beispielsweise dadurch verringert werden, daß man die Wendel an mehreren auf ihrer Länge verteilten Punkten mit Hilfe von Metallstiften festlegt, deren jeweils anderes Ende an ein mit der Wendel konzentrisches äußeres Metallrohr angelötet ist. Hierdurch wird jedoch die Durchlaßbandbreite der Röhre erheblich verkleinert.

Andererseits sind Verzögerungsleitungen bekannt, die aus einem Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt bestehen, der mit Metallscheiben versehen ist, welche in der Mitte eine Öffnung zum Durchgang des Elektronenstrahls aufweisen. Diese Anordnung ist robust und vermeidet die Nachteile der Wendel in bezug auf die Kühl- und Befestigungsschwierigkeiten, jedoch ist sie für solche Röhren bestimmt, bei denen längs der Röhrenachse ein vollzylindrischer Elektronenstrahl verläuft, der bekanntlich nur verhältnismäßig geringe Stromstärken liefern kann.

Ferner sind Röhren bekannt, bei denen Verzögerungsleitungen benutzt werden, die aus einem Hohlleiter bestehen, dessen gegenüberliegende Wandungsteile durch geradlinige, in axialer Richtung aufeinanderfolgende, parallel zueinander angeordnete Metalldrähte verbunden sind. Derartige Verzögerungsleitungen sind ebenfalls nur zum Betrieb bei verhältnismäßig geringen Strahlstromstärken bestimmt, wobei die Elektronenstrahlen entweder als zylindrische Vollstrahlen oder als dünne Flachstrahlen ausgebildet sind. Ferner sind hier die Drähte in verhältnismäßig starkem Maße der Erhitzung ausgesetzt, die durch den dauernden Elektronenbeschuß bedingt ist.

Die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung ist dagegen für Röhren bestimmt, die einen hohlzylindrischen Elektronenstrahl verwenden. Bekanntlich können mit derartigen Elektronenstrahlen sehr hohe Strahlstrom-Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
s ans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 29. November 1954

Georges Mourier, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

stärken erzielt werden. Beim Erfindungsgegenstand werden die Nachteile der bekannten Verzögerungsleitungen vermieden. Die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung ist insbesondere für Hochleistungsröhren bestimmt und besitzt eine vorzügliche Festigkeit und Kühlmöglichkeit, läßt aber andererseits einen Verstärkungsgrad zu und besitzt eine Bandbreite, die beinahe ebenso groß wie bei einer Wendelleitung von vergleichbaren Abmessungen und ähnlichem Verzögerungsverhältnis sind.

Gemäß der Erfindung ist eine Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren, die aus einem langgestreckten metallischen Rohr besteht, das mit in axialer Richtung aufeinanderfolgenden metallischen Verzögerungsgliedern versehen ist, die in Ebenen senkrecht zur Rohrachse (Querschnittsebenen) angeordnet sind und jeweils mit ihren zwei auf einer Querschnittsgeraden liegenden Enden an der Wandung des Rohres befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, längs der jeweiligen Querschnittsgeraden sich erstreckenden und zumindest im wesentlichen geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils durch einen kreisbogenförmigen Teil derart miteinander verbunden sind, daß aufeinanderfolgende kreisbogenförmige Teile die Rohrachse abwechselnd von der einen und der anderen Seite umgreifen.

Diese Teile können als Metallrohre ausgebildet sein, so daß sie durch eine hindurchlaufende Flüssigkeit gekühlt werden können. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin zeigen

Fig. 1 und 2 den Längs- und Querschnitt (letzteren in einer ein Verzögerungsglied enthaltenden Ebene)

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durch eine Lauffeldverstärkerröhre ohne magnetisches Querfeld, bei welcher von einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung Gebrauch gemacht ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Lauffeldverstärkerröhre mit gekreuzten statischen magnetischen und elektrischen Feldern, die mit derselben Verzögerungsleitung versehen ist,

Fig. 4 die Dispersionskurve dieser Verzögerungsleitung und

Fig. 5 und 6 zwei andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verzögerungsleitungen im Querschnitt.

Die Röhre nach Fig. 1, deren Arbeitsweise an sich bekannt ist, umfaßt einen zylindrischen Metallkolben 1, der auf der einen Seite durch eine Auffangelektrode 2 ¹S und auf der anderen Seite durch einen Isolierfuß 3 abgeschlossen ist, in welchem ein Elektronenstrahlerzeuger untergebracht ist. Letzterer besteht aus einer Kathode 4, einem Heizdraht 5, der über die Leitungen 6 gespeist wird, einer zweiteiligen Wehneltelektrode 7, ^ao die so ausgelegt ist, daß sie die Elektronen zu einem ringförmigen Strahl 8 konzentriert, und einer Beschleunigungsanode 9, die mit dem Kolben 1 verbunden und mit einer ringförmigen Öffnung 22 für den Durchgang des Elektronenstrahls versehen ist. Die Anschlußleitung für die Wehneltelektrode ist mit 10 bezeichnet. Der Kolben 1 wird mit Hilfe der Gleichspannungsquelle 11 auf hohe positive Spannung bezüglich der Kathode 4 gebracht.

Im Innern der Röhre 1 sind in beispielsweise gleichen Abständen, die jedoch bei Bedarf auch verschieden gewählt werden könnten, Verzögerungsglieder 12 angeordnet, deren Form noch im einzelnen beschrieben wird und die zusammen mit dem Kolben 1 die Verzögerungsleitung darstellen. Die Verzögerungsleitung ist am kathodenseitigen Ende über eine Koaxialleitung 13 mit dem Eingangskreis und am auffängerseitigen Ende über eine Koaxialleitung 14 mit dem Ausgangskreis verbunden. Die von einem Gleichstrom durchflossene Wicklung 15 erzeugt das zur Strahlfokussierung dienende axiale Magnetfeld. Der Kolben 1 ist mit einem Kühlmantel 16 versehen, dessen Eingang und Ausgang für die Kühlflüssigkeit bei 17 und 18 dargestellt sind.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß jedes Verzögerungsglied 12 sich aus zwei im wesentlichen geradlinigen Teilend und B zusammensetzt, die in die Wandung des Rohres 1 eingelassen sind und sich im dargestellten Beispiel längs eines Teiles des Rohrdurchmessers erstrecken, sowie aus einem Teil C in Kreisbogenform, der die Achse des Rohres umgreift. Die Gesamtlänge

des Gliedes 12 ist etwa gleich Α—, wobei X₀ die kleinste

Wellenlänge des Arbeitsfrequenzbereiches der Röhre bedeutet. In aufeinanderfolgenden Gliedern 12 umgreifen die Teile C die Rohrachse abwechselnd von der einen und der anderen Seite, so daß sie um diese Achse einen zylindrischen Raum bestimmen, in welchem der Elektronenstrahl 8 verläuft. Die Glieder 12 bestehen aus Metallrohr, dessen Inneres außerhalb des Rohres 1 mündet, so daß das zwischen dem Kühlmantel 16 und dem Rohr 1 vorhandene Kühlmittel durch die Glieder 12 hindurchfließen kann und die Verzögerungsleitung wirksam kühlt.

Fig. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel derselben Verzögerungsleitung auf eine Verstärkerröhre mit gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Feldern an sich bekannter Bauart. Da der größte Teil der Elemente dieser Röhre mit denjenigen der Röhre nach Fig. 1 übereinstimmt und einander entsprechende Teile dieselben Bezugsziffern tragen, wird die Röhre nicht im einzelnen beschrieben. Abweichend von der Röhre nach Fig. 1 ist statt der Fokussierungsspule 15 ein axialer Leiter 19 von kreisförmigem Querschnitt vorhanden, der einerseits durch den Isolierfuß 3 hindurchgeht und andererseits mittels des vakuumdichten Ringes 20 vom Auffänger 2 isoliert ist. Die Stromquelle 21 schickt einen kräftigen Gleichstrom durch den Leiter 19. Dieser Strom erzeugt im Raum zwischen dem Rohr 1 und dem Leiter 19 ein Magnetfeld mit kreisförmigen Kraftlinien um diesen Leiter. Dieses Magnetfeld steht also senkrecht auf dem radialen elektrischen Feld, das zwischen den Teilen 1 und 19 durch die Spannungsquelle 11 erzeugt wird. Die Arbeitsweise der Röhre braucht nicht näher beschrieben zu werden, da sie bekannt ist (vgl. z. B. die französische Patentschrift 985 536).

Fig. 4 zeigt die Dispersionskurve der in Fig. 1 und 3 verwendeten Verzögerungsleitung, d. h. das Verzögerungsverhältnis — abhängig von X. Hierbei ist c die

Lichtgeschwindigkeit und ν die Phasengeschwindigkeit der längs der · Verzögerungsleitung fortschreitenden Welle, deren Wellenlänge im freien Raum λ ist und die bei 13 der Verzögerungsleitung zugeführt wird. Man erkennt, daß zwischen den

Grenzen X₀ und X₂ der Wert — im wesentlichen konstant und annähernd gleich — bleibt. Die Wellen-

länge X₀ entspricht, wie gesagt, etwa der doppelten Länge eines Verzögerungsgliedes 12. Der Abstand der Wellenlänge X₂ von X₀ entspricht erfahrungsgemäß einer sehr erheblichen Wellenlängenänderung, die z.B.

etwa 20% beträgt. Der Wert —ist gleich-^, wobei ρ der in Fig. 1 angegebene Abstand zweier aufeinanderfolgender Glieder 12 ist. Für größere Wellenlängen als X₂ fällt die -^-Kurve ziemlich rasch bis zur

Grenzwellenlänge X₁. Man sieht, daß die Neigung der Kurve rechts von ihrem Maximum bei A negativ ist und daß es sich demgemäß um eine Verzögerungsleitung mit negativer Dispersion handelt. Bekanntlich arbeiten die Verzögerungsleitungen mit negativer Dispersion im sogenannten direkten oder normalen Modus, d. h. dem j enigen Modus, für welchen die Phasengeschwindigkeit dieselbe Richtung wie die Gruppengeschwindigkeit besitzt (Vorwärtswellenbetrieb). Da die dargestellte Kurve bis zur Grenzivellenlänge abfällt, handelt es sich dabei um den Grundmodus, Bekanntlich sind die in diesem Modus arbeitenden Verzögerungsleitungen für die Verwendung in Verstärkerröhren am besten geeignet Wie man sieht, gestattet die Anwendung der beschriebenen Verzögerungsleitung den Bau einer Verstärkerröhre, die im Frequenzband zwischen A₀ und X₂ arbeitet, d. h. eine verhältnismäßig große relative Bandbreite von etwa 20% besitzt. Bei einer solchen Verzögerungsleitung sind also die Bedingungen der Robustheit und der leichten Kühlmöglichkeit mit denen der Beibehaltung eines breiten Durchlaßbandes und eines mit der Wendelleitung vergleichbaren Verstärkungsgrades erfüllt. ."..".

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Ausführungsformen, die insofern von Fig. 2 abweichen, als die Teile A und B sich nicht mehr längs eines Durchmessers des Rohres 1, sondern abwechselnd längs zweier paralleler Sehnen erstrecken, die symmetrisch zu einem Durchmesser liegen. In Fig. 5 ist der kreis-

bogenförmige Teil C kürzer als ein Halbkreisbogen; die die Teile A und B enthaltende Sehne liegt bei jedem Glied 12 auf derselben Seite (bezüglich der Rohrachse) wie der Scheitel des kreisbogenförmigen Teils C. In Fig. 6 ist dagegen der Teil C langer als ein Halbkreisbogen; die die Teilet und B enthaltende Sehne liegt dann bei jedem Glied 12 auf der anderen Seite (bezüglich der Rohrachse) wie der Scheitel des betreffenden Teils C. Gegenüber der Fig. 2 liefert die Ausführungsform nach Fig. 5 ein schmaleres Frequenzband und einen höheren Verstärkungsgrad, während die Ausführungsform nach Fig. 6 umgekehrt ein breiteres Frequenzband und einen geringeren 'Verstärkungsgrad liefert. Man wird also eine der Leitungstypen nach Fig. 2, 5 oder 6 je nach den Erfordernissen wählen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren, die aus einem langgestreckten metallischen Rohr besteht, das mit in axialer Richtung aufeinanderfolgenden metallischen Verzögerungsgliedern versehen ist, die in Ebenen senkrecht zur Rohrachse (Querschnittsebenen) angeordnet sind und jeweils mit ihren zwei, auf einer Querschnittsgeraden liegenden Enden an der Wandung des Rohres befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, längs der jeweiligen Querschnittsgeraden sich erstreckenden und zumindest im wesentlichen geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils durch einen kreisbogenförmigen Teil derart miteinander verbunden sind, daß aufeinanderfolgende kreisbogenförmige Teile die Rohrachse abwechselnd von der einen und der anderen Seite umgreifen.

2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Verzögerungsglieder enthaltende Rohr kreisförmigen Querschnitt besitzt.

3. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils entlang eines Querschnittsdurchmessers erstrecken und daß alle diese Querschnittsdurchmesser zueinander parallel sind (Fig. 2).

4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils entlang einer Querschnittssehne erstrecken und daß die Querschnittssehnen derart parallel zueinander angeordnet sind, daß die Querschnittssehnen aufeinanderfolgender Verzögerungsglieder symmetrisch zur Rohrachse liegen (Fig. 5, 6).

5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils verbindende kreisbogenförmige Teil kürzer als ein Halbkreisbogen ist (Fig. 5).

6. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die geradlinigen Endteile der einzelnen Verzögerungsglieder jeweils verbindende kreisbogenförmige Teil langer als ein Halbkreisbogen ist (Fig. 6).

7. Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsglieder rohrförmig ausgebildet sind und in einen außerhalb des die Verzögerungsglieder enthaltenden Rohres liegenden Raum münden, der von einem Kühlmantel umschlossen ist und von Kühlflüssigkeit durchströmt wird.

8. Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verzögerungsgliedern gleich oder verschieden sind.

9. Lauffeldverstärkerröhre mit einer Verzögerungsleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in Form eines Hohlstrahles längs der Achse der Verzögerungsleitung (Rohrachse) gebündelt geführt wird.

10. Lauffeldverstärkerröhre nach Anspruch 9 unter Verwendung einer Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlführung mittels gekreuzter statischer elektrischer und magnetischer Felder ein von einem starken Strom durchflossener stabförmiger Leiter von kreisförmigem Querschnitt in der Röhrenachse (Verzögerungsleitungsachse) angeordnet ist, der sowohl das magnetische Feld mit diesen Leiter umschlingenden kreisförmigen Kraftlinien als auch das senkrecht zur Strahlrichtung und zur Richtung des Magnetfeldes verlaufende (radiale) elektrische Feld zwischen der Verzögerungsleitung und diesem Leiter erzeugt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 032 697.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©809 680/437 11.5»