DE1045482B - Wanderfeldroehrenanordnung mit einer Verzoegerungsleitung, bestehend aus einer Anzahl roehrenfoermiger Leitungselemente, die von stabfoermigen Stuetzen gehaltert werden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Ausbildung der An- und Abkopplung von Hochfrequenzschwingungen an Verzögerungsleitungen mit periodischer Struktur der Bauelemente, d. h. mit sich regelmäßig wiederholenden Koppelelektroden, die den Elektronenstrahl umfassen und als Teile der Wellenführung eine Wechselwirkung zwischen den Elektronen des Strahles und der hochfrequenten Welle ermöglichen.

Dabei ist im allgemeinen die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle in der Richtung des Elektronenstrahles ein wenig geringer als die durchschnittliche Elektronengeschwindigkeit in dem Strahl, so daß die elektromagnetische Welle aus dem Strahl Energie aufnimmt.

Es sind verschiedene Arten von Verzögerungsleitungen bekannt. Die am besten bekannten haben die Form einer Wendel. Es ist auch bekannt, daß eine elektromagnetische Welle mit verringerter Geschwindigkeit an einer sich regelmäßig wiederholenden Anordnung von Leitungselementen z. B. in Form von Umwegleitungen oder an einer Filteranordnung entlanglaufen kann. Diese Anordnungen lassen sich gewöhnlich leichter herstellen und kühlen, da die Abmessungen für eine gegebene Wellenlänge des elektromagnetischen Feldes verhältnismäßig groß im Vergleich zu den üblichen Wendeln sind.

Bisher hat die Verwendung von Filtern mit sich regelmäßig wiederholenden Leitungselementen gewisse Schwierigkeiten bezüglich der Stabilität infolge der rücklaufenden Welle gemacht, d. h. bezüglich der Möglichkeit, die Röhre mit großer Leistung zu betreiben, ohne daß die Röhre selbstschwingend wird oder ohne daß am Ausgang starke höhere Harmonische auftreten. Auch wegen der Schwierigkeit, eine zufriedenstellende Widerstandsanpassung am Eingang und Ausgang zu erhalten, ist die verfügbare Bandbreite im Vergleich zu der verhältnismäßig großen Bandbreite von Wendel anordnungen bei den Verzögerungsleitungen mit sich regelmäßig wiederholenden Leitungselementen verhältnismäßig begrenzt gewesen.

Röhrenanordnungen, die als Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung angesehen werden können, sind der Fig. 6 der französischen Patentschrift 934 220 als bekannt zu entnehmen.

Derartige Röhrenanordnungen besitzen eine Verzögerungsleitung bestehend aus einer Anzahl röhrenförmiger Leitungselemente, die von stabförmigen Stützen gehaltert werden und längs der Achse eines metallischen Hohlzylinders derart angeordnet sind, daß alle Teile zusammen ein Filternetzwerk bilden.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zu- und Ableitungen der Hochfrequenzschwingungen mit dem ersten bzw. letzten röhrenförmigen Element der Verzögerungsleitung direkt Wanderfeldröhrenanordnung mit einer

Verzögerungsleitung, bestehend aus einer Anzahl röhrenförmiger Leitungselemente,

die von stabförmigen Stützen

gehaltert werden

Anmelder:

General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt, Frnkfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 25. Januar 1955

Malcolm Robert Boyd, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

verbunden sind und gegenüber den stabförmigen Stützen der Leitungselemente am Umfang des metallischen Hohlzylinders derart versetzt sind, daß eine möglichst kleine Einwirkung auf die benachbarten Abschnitte des Filternetzwerkes ausgeübt wird (Fig. 5). Besonders zweckmäßig ist eine Wanderfeldröhrenanordnung, bei der leitende Platten den metallischen Hohlzylinder an den Stirnseiten abschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen für die Hochfrequenzschwingungen in einem Abstand von den röhrenförmigen Leitungselementen rechtwinklig abgebogen sind und ein Stück parallel zu einer Mantellinie innerhalb des Hohlzylinders verlaufen und dann durch die Abschlußplatte hinausgeführt sind (Fig. 1 und T).

Die Erfindung geht deutlicher aus der folgenden Beschreibung hervor, in der auf die Zeichnung Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf eine Wanderfeldröhre mit einem sich regelmäßig wiederholenden Aufbau der Leitungselemente der Verzögerungsleitung;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht nach der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1;

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Fig. 3 zeigt eine schematische Wiedergabe des sich regelmäßig wiederholenden Aufbaues nach Fig. 1, in Seitenansicht;

Fig. 4 zeigt eine entsprechende Ersatzschaltung, um die Wirkungsweise der Verzögerungsleitung zu erläutern ;

Fig. 5 und 6 stellen abgeänderte Formen der Kopplung dar.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Ein Elektronenstrahlerzeugungssystem enthält eine Elektronen aussendende Kathode 11, einen Heizfaden 12 und Beschleunigungselektroden 13. Der Heizstrom wird von einer Stromquelle 14 über Leitungen 15 und 16 geliefert. Die Leitung 16 ist auch mit der Kathode 11 verbunden. Der Elektronenstrahl, der von dem Erzeugungssystem 11 ausgeht, durchsetzt eine Reihe von auf den Strahl einwirkenden Elementen, die als Zylinder 17, 18, 19, 20 und 21 dargestellt sind. Diese Zylinder sind so ausgebildet, daß sie eine günstige Strahlkopplung, d. h. eine hinreichende Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und der fortschreitenden elektromagnetischen Welle, die an der sich regelmäßig wiederholenden Anordnung der Leitungselemente entlang läuft, ermöglichen. Die Elemente sind durch Glaszylinder 23, 24, 25 und 26 miteinander verschmolzen. Das Glas- oder Keramikgehäuse 22 des Strahlerzeugungssystems ist mit dem Leitungssystem verschmolzen. Eine wassergekühlte Auffangelektrode 27 ist mit Hilfe eines Glaszylinders 28 am Ende des Leitungssystems angeschmolzen, so daß hierdurch das evakuierte System abgeschlossen wird, welches der Elektronenstrahl 29 von der Kathode bis zur Auffangelektrode 27 durchsetzt.

Um die sich regelmäßig wiederholende Anordnung von Leitungselementen zu vervollständigen, ist der ganze evakuierte Teil dieses Systems in einem gemeinsamen zylindrischen äußeren Leiter 30 gehaltert, der als koaxialer Hohlzylinder aus leitendem Material, z. B. Messing oder Kupfer, ausgebildet ist und die mit dem Elektronenstrahl zusammenwirkende Elemente umgibt. Jedes der auf den Strahl einwirkenden Elemente ist getrennt mit dem umgebenden Zylinder 30 mit Hilfe von stabförmigen bingsamen leitenden Stützen 31, 32, 33, 34 und 35 gekoppelt. Es sei bemerkt, daß diese biegsamen Stützen sich in im wesentlichen ein und derselben Ebene ausdehnen. Die Art und Weise, wie die Vakuumhülle in dem gemeinsamen Leiter 30 mit Hilfe dieser Stützen gehaltert ist, kann am besten aus Fig. 2 entnommen werden.

Eine Gleichstromquelle 36 liefert die zum Betrieb der Einrichtung notwendigen Gleichvorspannungen. Die Beschleunigungsspannung wird an die Beschleunigungselektrode 13 mittels einer Leitung 38 über die Anzapfung 39 gelegt. Es sei bemerkt, daß die auf den Strahl einwirkenden Elemente auf der gleichen Vorspannung durch eine Leitung 40 gehalten werden, die mit der Abschlußplatte 41 in Kontakt steht. Es ist ersichtlich, daß die Lauffeldröhre mit einem üblichen axialen magnetischen Sammelfeld versehen sein kann, um den Elektronenstrahl zu bündeln. Eine Darstellung der zur Erzeugung dieses Feldes dienenden Einrichtung ist fortgelassen worden, um die Beschreibung zu vereinfachen.

Die elektromagnetische Schwingungsenergie wird der Verzögerungsleitung mit Hilfe einer Leitung 42 zugeführt, die mit dem ersten Element 17 leitend verbunden ist, zunächst parallel zur Endplatte 41 verläuft und dann rechtwinklig durch die Abschlußplatte 41 hindurchgeht. Da die Leitung 42 durch die Abschlußplatte 41 hindurchführt, die leitend mit dem gemeinsamen Leiter 30 verbunden ist, wird eine wirksame Übertragungsleitung gebildet. Diese liegt im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Stützen 31 bis 35, welche die auf den Strahl einwirkenden Elemente mit dem gemeinsamen Hohlzylinder 30 verbinden. Eine entsprechende Ausgangsleitung 44 führt durch die x4.bschlußplatte 45 hindurch.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Röhrenanordnung

ίο wird durch Einkopplung einer zu verstärkenden elektromagnetischen Welle an der koaxialen Eingangsleitung 43 betrieben. Diese Welle wandert an der Verzögerungsleitung entlang, die durch die auf den Strahl einwirkenden Elemente und die als Kopplungsglieder wirkenden Stützen gebildet wird, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche durch die induktiven und kapazitiven Eigenschaften der Bauelemente der Leitung bestimmt ist. Wenn die Elektronen des Strahls in der Achse der rohrförmigen Leitungselemente entlang wandern, kommen sie mit dem elektromagnetischen Feld zur Einwirkung, so daß eine verstärkte Ausgangsenergie an dem Ausgang 44 abgenommen werden kann. Die Elektronen des Strahls werden nach der Beeinflussung durch das elektromagnetische Feld von der Auffangelektrode 27 aufgenommen, die zur Erhöhung des Wirkungsgrades auf einer etwas niedrigeren Vorspannung gehalten wird als die Beschleunigungselektrode 13 und die Leitungselemente. Die Vorspannung der Auffangelektrode 27 wird über eine Leitung 50 zugeführt, die an die Spannungsquelle 36 angeschlossen ist.

Die Röhre ist so ausgebildet, daß sie in einem Frequenzbereich von etwa 600 bis 900 MHz betrieben werden kann; die Dämpfung liegt in der Größenordnung von 5 Decibel pro Abschnitt und wird von Widerstandsgliedern 80 geliefert, die so orientiert sind, daß sie mit den leitenden Stützen 31 bis 35 gekoppelt sind, welche die auf den Strahl einwirkenden Elemente tragen und elektrisch mit dem gemeinsamen Leiter (Hohlzylinder 30) verbinden. Eine Lauffeldröhre dieser Art liefert eine Ausgangsleistung in der Größenordnung von 4OkW bei einem Wirkungsgrad in der Größenordnung von 25 %.

Fig. 3 dient dazu, die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Verzögerungsleitung mit den sich regelmäßig wiederholenden Leitungselementen zu erläutern. Es ist ein Strahlerzeugungssystem 51 angedeutet, welches einen Elektronenstrahl 52 erzeugt, der von einer Auffangelektrode 53 aufgenommen wird, nachdem er durch die rohrförmigen Leitungselemente 54, 55 und 56 hindurchgewandert ist. Diese Elemente sind an einem gemeinsamen parallel zur Systemachse verlaufenden Leiter 57 über Kopplungsmittel in Form von Stützen 58, 59 und 60 angeschlossen.

Es ist ersichtlich, daß die Zylinder 54, 55 und 56 den Leitungselementen 17, 18 und 19 der in Fig. 1 dargestellten Verzögerungsleitung entsprechen und daß die Koppelleitungen 58, 59 und 60 den Stützen 31, 32 und 33 entsprechen. Der gemeinsame Leiter 57, der als Erdung angedeutet ist, entspricht dem koaxialen leitenden Hohlzylinder 30 der Fig. 1, der die Anordnung koaxial umgibt, um die Gefahr einer Strahlung der Anordnung zu vermindern.

Es kann leicht gezeigt werden, daß die in Fig. 3 dargestellte Anordnung der Anordnung der Fig. 1 gleichwertig ist und daß die in Fig. 4 dargestellte Filterschaltung der Anordnung der Fig. 3 gleichwertig ist. Es sei bemerkt, daß diese Gleichwertigkeit nur in dem Fortpflanzungsfrequenzbereich gilt, da die Xebenschlußelemente nur Induktivitäten sind, wenn ihre

Länge weniger als ein Viertel der Wellenlänge oder ungerader Vielfacher derselben beträgt.

Die elektrischen Randfelder zwischen den Teilen 54 und 55 z. B. ergeben eine effektive Kapazität 61 und ebenso eine effektive Kapazität 62 zwischen dem Zylinder 55 und 56. In ähnlicher Weise bilden die Leiterpaare, z. B. 58 und 59, wenn sie eine Länge von weniger als ¹A Wellenlänge in dem Bereich der Arbeitsfrequenz haben, eine induktive Übertragungsleitung, so daß sie Gegeninduktivitätselemente 63, 64 und 65 darstellen.

Wenn daher dem Element 63 ein Eingangssignal zugeführt wird, dann wird es in an sich bekannter Weise an der Anordnung entlang wandern, und wenn die Übertragungsleitung durch eine charakteristische Impedanz Z₀ abgeschlossen ist, entstehen keine Reflektionen. Die elektromagnetische Welle erzeugt bei ihrer Wanderung von dem Eingang bis zum Abschlußwiderstand umlaufende elektromagnetische Felder, die durch Pfeile 66 und 67 angedeutet sind. Wenn man kapazitive und induktive Impedanzen benutzt, läßt sich eine Siebschaltungstheorie für die sich regelmäßig wiederholende Anordnung aufstellen, so daß die weitere Untersuchung dieser neuartigen Kopplungs- und Stabilisierungseinrichtung stark vereinfacht wird.

An sich bekannte Verfahren zur Ein- oder Auskopplung von Schwingungen bei einer derartigen Verzögerungsleitung bestehen z. B. darin, eine Einkopplung unmittelbar in die elektromagnetischen Felder λ-orzunehmen, die an der Verzögerungsleitung entstehen, wenn eine elektromagnetische Welle entlang läuft. Dabei kann im wesentlichen eine einfache Kopplungsschleife vorgesehen sein, die im Bereich des elektromagnetischen Feldes liegt oder bei einer anderen Ausführung auch eine direkte Verbindung mit einem induktiven Glied, z. B. eine Kopplungsstütze 31.

Gemäß der Erfindung wird eine neue Art der Kopplung mit einem Endabschnitt oder mit einem beliebigen Abschnitt der sich regelmäßig wiederholenden Anordnung vorgenommen, ohne die elektromagnet!- sehen Felder, die mit den anderen Abschnitten verknüpft sind, zu beeinflussen, so daß eine relativ breitbandige Kopplung entsteht und die Verzögerungsleitung über einen weiten Frequenzbereich mit einer im wesentlich flachen Verstärkungscharakteristik betrieben werden kann. Die Ausführungsbeispiele der weiter unten beschriebenen Koppelanordnungen sind gemäß der Erfindung über die ganze Bandbreite angepaßt mit einem verhältnismäßig niedrigen Spannungsverhältnis der stehenden Wellen, das z. B. wesentlich kleiner als Zwei ist.

Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele des Koppelsystems, das in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. In diesen Figuren sind Teile, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 5 zeigt eine Verbindungsleitung 42 für die elektromagnetischen Wellen, die senkrecht durch die äußere Wandung des Hohlzylinders 30 hindurchgeht. Diese Verbindungsleitung ist mit einem schräg~~zulaufenden Endabschnitt 43 zum Anschluß einer koaxialen Leitung versehen. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Leiter 42 für die elektromagnetische Welle durch die äußere Wandung des Hohlzylinders 30 hindurchgeht und frei in einem Hohlleitungsabschnitt 68 endet, so daß das vorstehende Ende 69 eine elektromagnetische Welle in dem Hohlleiter erzeugt.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wanderfeldröhrenanordnung mit einer Verzögerungsleitung, bestehend aus einer Anzahl röhrenförmiger Leitungselemente, die von stabförmigen Stützen gehaltert werden und längs der Achse eines metallischen Hohlzylinders derart angeordnet sind, daß alle Teile zusammen ein Filternetzwerk bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (42, 44) der Hochfrequenzschwingungen mit dem ersten (31) bzw. letzten (35) röhrenförmigen Element der Verzögerungsleitung direkt verbunden sind und gegenüber den stabförmigen Stützen der Leitungselemente am Umfang des metallischen Hohlzylinders (30) derart versetzt sind, daß eine möglichst kleine Einwirkung auf die benachbarten Abschnitte des Filternetzwerkes ausgeübt wird (Fig. 5).

2. Wanderfeldröhrenanordnung nach Anspruch 1, bei der leitende Platten (41, 45) den metallischen Hohlzylinder (30) an den Stirnseiten abschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (42; 44) für die Hochfrequenzschwingungen in einem Abstand von den röhrenförmigen Leitungselementen rechtwinkelig abgebogen sind und ein Stück parallel zu einer Mantellinie innerhalb des Hohlzylinders (30) verlaufen und dann durch die Abschlußplatte (41, 45) hinausgeführt sind (Fig. 1 und 2).

3. Wanderfeldröhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von biegsamen Stützen (31 bis 35) die röhrenförmigen Leitungselemente (17 bis 21) durch rohrförmige Zwischenstücke (23 bis 28) aus Glas miteinander, mit dem Gehäuseteil (22) der Elektronenquelle und mit der Auffangelektrode (27) durch Anschmelzungen vakuumdicht verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 934 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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