DE1044990B - Wanderfeldroehre fuer Rueckwaertswellenbetrieb - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre für Rückwärtswellenbetrieb zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer Wellen, bei der als Verzögerungsleitung eine ebene Doppelkammleitung mit ineinandergreifenden Gliedern (Zähnen) dient, die parallel zueinander angeordnet sind und von zueinander parallelen Holmen getragen werden. Bei den bekannten Röhren dieser Art sind die Zahne, senkrecht zu den Holmen angeordnet. Wenn die Länge der Zähne einer derartigen bekannten Verzögerungsleitung kleiner als eine Viertelwellenlänge der Betriebsfrequenz im freien Raum ist, weist die Leitung in der Richtung parallel zu den Holmen solche Verzögerungseigenschaften auf, daß die raumharmonische Grundwelle (die sich bei der Zerlegung der betreffenden längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Welle in ihre raumharmonischen Komponenten ergibt) rückwärts läuft, d. h. die Phasengeschwindigkeit der Grundwelle und die Gruppengeschwindigkeit der längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Welle haben entgegengesetzte Richtung.

Gemäß der Erfindung ist eine Wanderfeldröhre der angegebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne schräg zu den sie tragenden Holmen angeordnet sind, daß der mit der Verzögerungsleitung in Wechselwirkung tretende Elektronenstrahl senkrecht zu den Holmen an der Verzögerungsleitung vorbeigeführt wird und daß die Richtung des Elektronenstrahls so gewählt ist, daß in den von der Elektronenstrahlrichtung und der resultierenden Energieausbreitungsausrichtung gebildeten rechten Winkel die Erstreckungsrichtung jener Zähne fällt, die von dem vom Elektronenstrahl zuerst passierten Holm getragen werden.

In den mit einer herkömmlichen Doppelkammleitung mit ineinandergreifenden Gliedern ausgerüsteten Wanderfeldröhren pflanzt sich der Elektronenstrahl parallel zu den Leitungsholmen fort. In den erfindungsgemäßen Wanderfeldröhren pflanzt sich dagegen der Elektronenstrahl senkrecht zu den Leitungsholmen fort. Dies kann in gewissen Fällen erhebliche Vorteile mit sich bringen, die in der Beschreibung noch erläutert werden.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht der bei einer erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre verwendeten Verzögerungsleitung,

Fig. 2 und 3 einen Längsschnitt längs der Linie H-II in Fig. 3 bzw. einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 durch eine Rückwärtswellenverstärkerröhre, die mit der Verzögerungsleitung nach Fig. 1 ausgerüstet ist,

Fig. 4 und 5 einen Längsschnitt längs der Linie

Wanderfeldröhre
für Rückwärtswellenbetrieb

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

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

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 10. Juni 1955

Bernard Epsztein, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

IV-IV in Fig. S bzw. einen Querschnitt längs der Linie

a₅ V-V in Fig. 4 durch eine Rückwärtswellenoszillatorröhre, die mit der Verzögerungsleitung nach Fig. 1 versehen ist.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen stets gleiche Teile. Die in Fig. 1 dargestellte Verzögerungsleitung besitzt wie die bekannten Doppelkammleitungen mit ineinandergreifenden Gliedern zwei identische Kämme, die je einen Holm 1 bzw. 2 aufweisen, der die Zahne. 3 bzw. 4 trägt. Die Zahne des einen Kammes greifen zwischen die Zahne des anderen Kammes. Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen verlaufen jedoch die Zahne schräg zu ihren Holmen.

Es wird nun die Wechselwirkung eines in der Verzögerungsleitung nach Fig. 1 sich fortpflanzenden elektromagnetischen Wellenfeldes mit einem Elektronenstrahl untersucht, der von einer parallel zu den Holmen 1 und 2 verlaufenden Kathode 9 geliefert wird und sich senkrecht zu den Holmen 1 und 2 ausbreitet. Die elektromagnetische Welle laufe gemäß der gestrichelten Linie E längs der Mäanderbahn zwischen den Zähnen 3 und 4. Ein von der Kathode 9 ausgesandter Elektronenfaden F schneidet diese Bahn in den Punkten α, b, c, d, e, f, g. In diesen Punkten ist er mit den hochfrequenten elektrischen Feldern des Wellenfeldes gekoppelt, die abwechselnd in der einen oder anderen Richtung verlaufen mögen. Der Elektronenfaden wird also abwechselnd beschleunigt oder verlangsamt, d. h. geschwindigkeitsmoduliert.

Wenn Synchronismus zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Elektronenstrahls und der

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Phasengeschwindigkeit einer Raumharmonischen, z. B. der Grundwelle, einer Hochfrequenzwelle herrscht, tritt bekanntlich eine Wechselwirkung zwischen der Welle und dem Elektronenstrahl auf. Wenn diese Wechselwirkung mit einer rückwärts laufenden Raumharmonisehen eintritt, sind die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls und die Energieausbreitungsrichtung entgegengesetzt. Im Falle der Fig. 1 pflanzt sich die Energie längs der Linie E von f über e, d, c, b nach a fort. Die resultierende Energieausbreitungsrichtung ist mit C bezeichnet; sie ist den Holmen 1 und 2 parallel.

Theorie und Experiment zeigen, daß es in diesem Fall erforderlich ist, daß in Fig. 1 die Erstreckungsrichtung D der Zähne 4 innerhalb des rechten Winkels F, O, C liegt, der von der Ausbreitungsrichtung F der Elektronen und der resultierenden Energieausbreitungsrichtung C gebildet wird.

Diese Regel, deren vollständiger Beweis hier zu weit führen würde, kann wie folgt plausibel gemacht werden: Wenn man z. B. den Punkt e betrachtet, so muß dort, wenn die Energie sich von e nach d und nicht von e nach / fortpflanzen soll, offensichtlich die Projektion der Fortpflanzungsrichtung der Energie auf die Elektronenbahn F'F die Richtung FF' besitzen. Dies tritt ein, wenn die Energie in der Verzögerungsleitung sich wie in Fig. 1 angegeben fortpflanzt.

Im Falle der im Prinzip an sich bekannten Rückwärtswellenoszillatorröhre wird die Energie am Ende 6 abgenommen; der Eingang fällt dann fort, und an den Zähnen 3' und 4' oder im Feldbereich derselben ist eine Dämpfungssubstanz vorgesehen.

Es sollen nun als Ausführungsbeispiel für erfindungsgemäße Röhren eine Rückwärtswellenverstärkerröhre vom sogenannten O-Typ, d. h. eine Verstärkerröhre ohne gekreuzte statische magnetische und elektrische Felder zur Elektronenstrahlführung, und eine Rückwärtswellenoszillatorröhre vom sogenannten M-Typ, d. h. eine Oszillatorröhre mit gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Feldern zur Elekionenstrahlführung, beschrieben werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäß eRückwärtswellenverstärkerröhre. Die Hohme 1 und 2 der Verzögerungsleitung sind an den Stirnwänden 7 eines parallelepipedischen Metallgehäuses 8, das den Rohrenkolben bildet, befestigt. Die Wände 7 dienen außerdem als Halterung für einen Elektronenstrahlerzeuger, der sich parallel zu den Holmen 1 und 2 erstreckt und eine Kathode 9, eine Wehneltelektrode 10 und eine Beschleunigungsanode 11 umfaßt. Die Elektroden 9 und 10 sind von den übrigen Röhrenteilen isoliert, während die Elektrode 11 unmittelbar mit den Wänden 7 verbunden ist, so daß ihre Potential mit demjenigen der Verzögerungsleitung übereinstimmt und der Wechselwirkungsraum einen Äquipotentialraum darstellt. Die Elektroden 9 und 10 sind an entsprechende Abgriffe der Spannungsquelle 12 angeschlossen, wobei die Anschlußleitungen 13 und 14 durch einen Glasfuß 16 geführt sind. Die Kathode 9 wird bezüglich des geerdeten Kolbens 8 auf negativem Potential gehalten. Der Elektronenstrahlerzeuger sendet einen bandförmigen Elektronenstrahl 17 aus, der sich in einer zur Verzögerungsleitung parallelen Ebene senkrecht zu den Holmen 1 und 2 ausbreitet, derart, daß er mit dem Wellenfeld der Verzögerungsleitung in Wechselwirkung treten kann. Am Ende seines Weges wird der Elektronenstrahl von der Auffangelektrode 18 aufgenommen, die einen Teil der Seitenwand des Kolbens 8 bildet. Am Eingang 19 wird die zu verstärkende Welle zugeführt, am Ausgang 20 die verstärkte Welle entnommen. Die Beschleunigungsanode 11 befindet sich auf so hohem Potential bezüglich der Kathode 9, daß die Elektronengeschwindigkeit im wesentlichen gleich ist der in Elektronenstrahlrichtung liegenden Phasengeschwindigkeitskomponente der raumharmonischen Grundwelle der am Eingang 19 zugeführten zu verstärkenden Welle.

Zur Fokussierung des Elektronenstrahles kann ein Magnetfeld dienen, dessen Kraftlinien parallel zur Richtung des Elektronenstrahles verlaufen. In Fig. 3 sind die Polschuhe 21 angedeutet, zwischen welchen dieses Magnetfeld erzeugt wird. Es kann eine Dämpfung vorgesehen werden, indem ein mittlerer Abschnitt der Verzögerungsleitung, gesehen in Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahles, mit einer absorbierenden Substanz bedeckt wird. Dieser mittlere Abschnitt kann z. B. durch die Linien XX, YY (Fig. 1) begrenzt werden. Genauer gesagt, liegt er innerhalb des Parallelogramms S, T, U, V, d. h., es sind mindestens der erste Zahn 5 und der letzte Zahn 6 ausgeschlossen, an welche der Eingang 19 und der Ausgang 20 angekoppelt sind.

Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 wird die Verzögerungsleitung von den Abschluß deckein 22 und 22' eines zylindrischen Metallkolbens 23 getragen. Eine Gegenelektrode 24 ist in den Isolierstücken 25 und 25' gehaltert, die an den Deckeln 22 und 22' befestigt sind, und erstreckt sich parallel zur Verzögerungsleitung. In bekannter A¥eise wird die Gegenelektrode mittels einer Anschlußleitung 26, die durch die Glaseinschmelzung 27 hindurchgeführt und mit einer Spannungsquelle 28 verbunden ist, auf einem negativen Potential gegenüber der Verzögerungsleitung gehalten. Eine Wicklung 29 liefert ein axiales Magnetfeld. In einem parallel zu den Holmen 1 und 2 verlaufenden Schlitz der Gegenelektrode 24 befindet sich die Kathode 9', die von den übrigen Röhrenteilen isoliert ist und mittels einer Anschlußleitung 13 auf negativem Potential gehalten wird. Gegenüber der Kathode ist eine positive Elektrode 30 angebracht, die über eine Anschlußleitung 31 mit einem positiven Potential beaufschlagt ist. Ferner sind die Heizanschlüsse 32 und 33 dargestellt; die Anschluß leitungen 13, 31, 32, 33 sind durch eine Glaseinschmelzung 34 nach außen geführt und an die Spannungsquellen 35 und 36 angeschlossen, die mit der Spannungsquelle 28 vereinigt sein können. In bekannter Weise sendet die Kathode 9' einen Elektrodenstrahl 17 aus, der sich unter dem Einfluß der Elektrode 30 und der im Raum zwischen der Verzögerungsleitung und der Gegenelektrode 24 vorhandenen gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Felder senkrecht zu den Holmen 1 und 2 mit einer Geschwindigkeit ausbreitet, die gleich dem Verhältnis zwischen der elektrischen und der magnetischen Feldstärke ist. Am Ende seines Weges wird der Elektronenstrahl von einer Auffangelektrode 18 aufgenommen, die einen Teil der Kolbenwand 23 bildet.

Die in Richtung des Elektronenstrahles liegende Komponente der raumharmonischen Grundwelle der in der Verzögerungsleitung angefachten Schwingung tritt in Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl, und die erzeugte Schwingungsenergie kann bei 20 abgenommen werden. Das andere Ende der Verzögerungsleitung ist in bekannter Weise mit einer Dämpfung 37 versehen.

Die erfindungsgemäße Rückwärtswellenröhre besitzt den Vorteil, daß zur Wechselwirkung die raumharmonische Grundwelle herangezogen wird, die nicht nur schneller, sondern bei dem erfindungsgemäßen Leitungsaufbau auch kräftiger als die übrigen raum-

harmonischen Teilwellen ist. Aus diesem Grunde transportiert die Grundwelle den größten Teil der auf sämtliche Raumharmonischen verteilten Energie. Ihre Verwendung zur Wechselwirkung gestattet also die Schaffung einer Röhre mit großem Wirkungsgrad im Gegensatz zu den Röhren, bei denen eine raumharmonische Teilwelle Verwendung findet.

Ferner gestattet die Erfindung den Bau von Röhren mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen, weil der Elektronenstrahl viel kräftiger als bei den bekannten Röhren ist. Da die Zähne der bei einer erfindungsgemäßen Röhre verwendeten Verzögerungsleitung gegen die Holme geneigt sind, kann außerdem ihreLänge ohne wesentliche Zunahme des Platzbedarfs der Verzögerungsleitung vergrößert werden. Dies ist besonders wesentlich bei verhältnismäßig langen Wellen in der Größenordnung von etwa 50 cm oder 1 m.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Anwendungsbeispiele beschränkt. So könnte die Verstärkerröhre ebensogut vom M-Typ und die Oszillatorröhre vom O-Typ sein.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wanderfeldröhre für Rückwärts wellenbetrieb zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer Wellen, bei der als Verzögerungsleitung eine ebene Doppelkammleitung mit ineinandergreifenden Gliedern (Zähnen) dient, die parallel zueinander angeordnet sind und von zueinander parallelen Holmen getragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3, 4) schräg zu den sie tragenden Holmen (1, 2) angeordnet sind, daß der mit der Verzögerungsleitung in Wechselwirkung tretende Elektronenstrahl senkrecht zu den Holmen an der Verzögerungsleitung vorbeigeführt wird, und daß die Richtung des Elektronenstrahls so gewählt ist, daß in den von der Elektronenstrahlrichtung (F) und der resultierenden Energieausbreitungsrichtung (C) gebildeten rechten Winkel die Erstreckungsrichtung (D) jener Zähne fällt, die von dem vom Elektronenstrahl zuerst passierten Holm getragen werden.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode als Band ausgebildet ist, dessen emittierende Oberfläche parallel zu den Leitungsholmen verläuft und das etwa ebenso lang ist wie die Leitungsholme.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl durch gekreuzte statische magnetische und elektrische Felder geführt wird.

4. Röhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teilabschnitt der Zähne, eine Dämpfungssubstanz angebracht ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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