DE1081156B

DE1081156B - Wanderfeldroehre mit einer langgestreckten Verzoegerungsleitung mit ineinander- greifenden haarnadelfoermigen Gliedern

Info

Publication number: DE1081156B
Application number: DEC13341A
Authority: DE
Inventors: Daniel Charles; Roger Gentner
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1955-07-12
Filing date: 1956-07-11
Publication date: 1960-05-05
Also published as: US2890374A

Description

'EUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wanderfeldröhren ohne Quermagnetfeld, bei welchen ein Elektronenstrahl von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt innerhalb einer langgestreckten Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden haarnadelförmigen Gliedern (Zähnen), welche mit ihren freien Enden an zwei einander gegenüberliegenden Holmen befestigt sind, gebündelt geführt wird.

Die prinzipielle Arbeitsweise der Wanderfeldröhren ist bekannt. Ferner wurde beispielsweise in der fran- ίο zösischen Patentschrift 1035 379 ein Wanderfeldröhren-Rückwärtswellenoszillator beschrieben. Die dabei verwendete RÖhr,e ist gekennzeichnet durch eine Verzögerungsleitung, deren beide Enden gegenseitig entkoppelt sind, wobei das der Emissionskatode zügewandte Ende mit der Ausgangsleitung gekoppelt ist, während das entgegengesetzte Ende gedämpft ist. Die Arbeitsweise dieser Röhre beruht auf der Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und einer zu der sich längs der Verzögerungsleitung ausbreitenden Wellenenergie entgegengesetzt fortschreitenden räumlichen Harmonischen.

Bei Wanderfeldröhren der betrachteten Art geschieht die Fokussierung des Elektronenstrahls längs seiner Bahn im allgemeinen durch periodische, in der Richtung alternierende elektrostatische Felder und/ oder mit Hilfe eines axialen Magnetfeldes. Man verwendet zu dem letzteren Zweck einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, wodurch aber der Umfang und das Gewicht der Röhre und dementsprechend auch deren Preis beträchtlich erhöht werden.

Andererseits ist aus der französischen Patentschrift 1 068 448 (Fig. 2) eine Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden Gliedern (Zähnen) bekannt, welche aus abwechselnd an zwei Holmen befestigten rechteckigen Metallscheiben bestehen, von denen jede eine rechteckige Ausnehmung für den Durchgang des Elektronenstrahls aufweist. Die Ausnehmungen liegen in Strahlrichtung fluchtend hintereinander.

Demgegenüber wird bei einer Wanderfeldröhre, bei der ein Elektronenstrahl von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt innerhalb einer langgestreckten Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden haarnadelförmigen Gliedern (Zähnen), welche mit ihren freien Enden an zwei einander gegenüberliegenden Holmen befestigt sind, gebündelt geführt wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in einem Abstand von dem jeweiligen Befestigungsholm die beiden Schenkel eines jeden Gliedes durch einen leitenden Teil miteinander verbunden sind, derart, daß der so gebildete, von dem Befestigungsholm abliegende Abschnitt eines jeden Gliedes den Elektronenstrahl symmetrisch zur Strahlachse umschließt.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegen-Wanderfeldröhre
mit einer langgestreckten
Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden haarnadelförmigen Gliedern

Anmelder:

Compagnie Generale

de Telegraphie sans FiI,

Paris

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

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 12. Juli 1955

Daniel Charles und Roger Gentner, Paris,
sind als Erönder genannt worden

Standes ist entlang jedem Holm auf der den Gliedern zugewandten Holmseite einen gegen den Holm isolierte und auf einem anderen Gleichpotential als dieser liegende Flächenelektrode angeordnet, welche sich senkrecht zu der durch die beiden Holme definierten Ebene nahe dem jeweiligen Holm erstreckt und im Bereich der zu dem Holm gehörigen Glieder mit Ausschnitten zum Durchtritt dieser Glieder versehen ist.

Vorzugsweise ist parallel zu der durch die beiden Holme definierten Ebene auf beiden Seiten der Verzögerungsleitung eine ebene Flächenelektrode angeordnet, weche auf einem ähnlichen Gleichpotential wie die Katode liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röhre,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsart der Röhre nach Fig. 1,

0O9 508/340

Fig. 3 einen Schnitt durch die Ebene III-III von Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Gliedes (Zahnes) der in der erfindungsgemäßen Röhre verwendeten Verzögerungsleitung und

Fig. 5 und 6 die Darstellung einer Befestigungsweise der Zähne an den Holmen der Verzögerungsleitung.

In sämtlichen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschema der Erfindung besteht die Röhre aus einem zylindrischen evakuierten Kolben 1, in dessen Innerem ein Elektronenstrahlerzeugungssystem angeordnet ist. Dieses besteht aus der indirekt geheizten Katode 2 mit dem Heizdraht 3, einer, Fokussierungselektrode 6, welche mit der (gegenüber der emittierenden Fläche der Katode 2 angeordneten) rechteckigen Öffnung 7 versehen ist, und aus der Beschleunigungsanode 8, welche gleichfalls eine rechteckige Öffnung 9 enthält, die mit der öffnung 7 fluchtet. Die Anschlüsse 4, 5, 10 und 11 ermöglichen es, die Katode 2, den Heizdraht 3, die Fokussierungselektrode 6 und die Beschleunigungsanode 8 an entsprechende Spannungen zu legen.

Die Röhre enthält ferner die Verzögerungsleitung^, welche aus zwei gleichen Kammern B besteht. Zu jedem Kamm gehört ein Holm 12 bzw. 13. Ein Winkelstück 22 bzw. 20 ist entlang jedem Holm angeordnet, wobei sich dessen einer Teil parallel zur Innenseite des Holms in einem kleinen Abstand davon erstreckt, während der andere Teil auf der Oberseite des Holms befestigt und gegen diesen isoliert ist. Eine Folge von Ausschnitten 21 bzw. 23 sind in gleichmäßigen Abständen in den parallel zu den Innenseiten der Holme 12 bzw. 13 liegenden Teilen der Winkelstücke angebracht. Durch jeden Ausschnitt 21 bzw. 23 erstreckt sich ein haarnadelförmiger Zahn 14, welcher mit seinen freien Enden am zugehörigen Holm befestigt ist. In einem bestimmten Abstand vom jeweiligen Holm sind die beiden Schenkel jedes Zahnes 14 durch einen gekrümmten leitenden Teil 15 verbunden, welcher symmetrisch zum runden Endteil 16 des Zahnes ist. Auf diese Weise bildet jeder Zahn einen geschlossenen Umriß C.

Die beiden Kämme B liegen parallel, wobei jeder Zahn des einen Kammes zwischen zwei Zähnen des anderen Kammes derart angeordnet ist, daß die Umrisse C sämtlicher Zähne unter sich parallel sind und so einen Durchgang für den Elektronenstrahl bilden.

Die Katode 2 ist am einen Ende der Verzögerungsleitung angeordnet, während am anderen Ende die Auffangelektrode 26 liegt. Der Elektronenstrahl durchsetzt den von den Umrissen C gebildeten Durchgang.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind zwei gitterförmige Flächenelektroden 24 und 25 zu beiden Seiten der Verzögerungsleitung angeordnet, so daß sie parallel zu der durch die Holme 12 und 13 definierten Ebene liegen, wobei sie gegen die Holme isoliert sind. Die Anschlüsse 27, 28, 29, 30, 31, 32 und 33 ermöglichen es, die Kämme B, die Winkelstücke 20, 22, die Elektroden 24, 25 und die Auffangelektrode 26 an die erforderlichen Spannungen zu legen. Die Stromquelle 34 liefert den Heizstrom für die Katode und die Batterie 35 die notwendigen Spannungen für die anderen Elektroden der Röhre.

Da die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Röhre eine Rückwärtswellenoszillatorröhre ist, enthält das der Auffangelektrode 26 zugewandte Ende der Verzögerungsleitung ein Dämpfungsmittel, welches im vorliegenden Beispiel durch einen absorbierenden Überzug auf den Zähnen 18 und 19 gebildet wird. Der Hochfrequenzausgang 17 ist mit dem der Katode 2 benachbarten Zahn 60 gekoppelt.

Wenn das Potential der Katode 2 als Bezugspotential gewählt wird, werden mittels des einstellbaren Abgriffs 61 die Fokussierungselektrode 6 an eine negative Spannung und die Beschleunigungsanode 8 an eine positive Spannung von beispielsweise 400 Volt gelegt.

Der den Zahn 60 tragende Holm 13 liegt auf einer höheren Spannung als die Beschleunigungsanode, beispielsweise auf 800 Volt. Dem Holm 12 kann mittels des regelbaren Abgriffs 36 eine Spannung zugeführt werden, welche zwischen derjenigen der Katode 2 und derjenigen der Beschleunigungsanode8 liegt, beispielsweise zwischen 0 und 100 Volt. Das Winkelstück 22 und die Auf f angelektrode 26 liegen an der gleichen Spannung wie der Holm 13, während das Winkelstück 20 und die Elektroden 24 und 25 das Potential der Katode 2 haben. ' '

Die Röhre hat folgende Arbeitsweise: Die durch die Heizwendel 3" geheizte Katode 2 emittiert Elektronen auf ihrer gesamten emittierenden Oberfläche. Diese Elektronen werden von der Elektrode 6 gebündelt und anschließend durch die Beschleunigungsanode 8 und den Zahn 60 beschleunigt. In dem Augenblick, "wo der Elektronenstrahl auf der Höhe des Zahns 60 ankommt, hat er einen rechtwinkligen Querschnitt.

Der Elektronenstrahl hat von Natur aus die Neigung, infolge der Raumladung zu divergieren. Es ist bekannt, daß sich die Ränder eines Strahls auf parabolischen Bahnen voneinander zu entfernen suchen. Die Anordnung der der Katode benachbarten, auf verschiedenen Potentialen liegenden ersten beiden Zähne der Verzögerungsleitung und der einander gegenüberliegenden Teile der beiden Winkelstücke 20 und 22, welche gleichfalls verschiedene Potentiale haben, bildet eine konvergierende elektrostatische Linse, welche bewirkt, das der Elektronenstrahl etwa die Form seines ursprünglichen Querschnitts beibehält. Jedes nachfolgende Paar Zähne, hat in Verbindung mit den Winkelstücken eine gleichartige Wirkung und verhält sich wie eine konvergierende elektrostatische Linse, durch welche die natürliche Neigung des Elektronenbündels zur Divergenz bekämpft wird.

Durch Erfahrung hat es sich herausgestellt, daß die Bündelungswirkung um so besser ist, je besser die in den Elementen der Verzögerungsleitung vorhandene geometrische Symmetrie ist. Beim Erfindungsgegenstand wird diese Wirkung in natürlicher Weise durch die Elemententeile 15 und durch die Winkelstücke 20 und 22 verstärkt.

Es sei angenommen, daß der Holm 13 auf das Potential F₁₃ und das zugehörige Winkelstück 20 auf das Potential F₂₀, der Holm 12 auf das Potential F₁₂ und das zugehörige Winkelstück 22 auf das Potential F₂₂ gelegt werden. Wenn dann F₁₃ größer als F₁₂ ist, so ergibt die Erfahrung, daß die beste Bündelung dann erzielt wird, wenn F₂₀ niedriger als F₂₂ ist.

Damit günstige Arbeitsbedingungen erhalten werden, ist es notwendig, daß das Bündel sehr nahe an den den Abschnitt C der Zähne, bildenden Metallteilen vorbeigeht. Eine nicht vernächlässigbare Menge von Elektronen trifft dadurch auf die Zähne, welche im allgemeinen aus Kupfer sind und daher die Quelle einer starken Sekundäremission werden. Die von den Zähnen ausgesandten Sekundärelektronen werden beschleunigt und prallen auf den Kolben der Röhre. Dar-

aus ergibt sich bei einem Metallkolben ein Energieverlust oder bei einem Kolben aus Isoliermaterial das Auftreten von parasitären Ladungen. Die auf dem Potential der" Katode 2 liegenden Elektroden 24 und 25 verhindern, daß die Sekundärelektronen zum Kolben der Röhre gelangen.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Röhre im einzelnen dargestellt. Der beispielsweise aus Kupfer bestehende Kolben 1 trägt den Metallsockel 38, welcher durch Hartlötung am Kolben befestigt ist. Am Sockel 38 ist mittels der Schrauben 39 und 40 die ebene Metallplatte 41 angebracht, welche die verschiedenen Elemente der Röhre trägt. Die Auffangelektrode 26 ist mittels der Schrauben 42 an der Platte 41 befestigt. Am anderen Ende der Platte 41 ist die Katode 2 über isolierende Zwischenteile starr mit der Fokussierungselektrode 6 verbunden. Die Gesamtanordnung der Fokussierungselektrode 6 und der Beschleunigungsanode 8 wird durch den nichtleitenden Bügel 59 festgehalten, welcher in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist und mit seinen beiden Enden an der Platte 41 starr befestigt ist. Die Holme 12 und 13 der Verzögerungsleitung, die Winkelstücke 22 und 20 und die Elektroden 24 und 25 werden durch die Gewindestangenpaare43 und 58 festgehalten. Diese tragen jeweils Gegenmuttern 45 und 46. Alle diese Teile sind gegeneinander durch Isolierstücke 44, beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder einem keramischen Material, isoliert. Die die Zähne der Verzögerungsleitung tragenden Holme 12 und 13 sind mit Öffnungen 47 und 48 in Form von Langlöchern versehen, um eine freie Ausdehnung unter der Wirkung der Temperaturschwankungen zu ermöglichen. Die Gewindestangen 43 erstrecken sich durch diese Öffnungen. Ferner ist in der außenliegenden Hälfte des Holms 13 über dessen ganze Länge der Kanal 49 gebohrt, durch welchen die Ausgangskoaxialleitung 50 geführt ist. Der Mittelleiter dieser Leitung ist durch Har,tlötung mit dem der Katode 2 benachbarten Zahn verbunden.

Es wurde eine den Darstellungen von Fig. 1, 2 und 3 entsprechende Röhre gebaut, welche Schwingungen in einem zusammenhängenden Frequenzband zwischen 18 und 38 cm liefern konnte. Dieses Ergebnis wurde dadurch erzielt, daß die Spannung der Beschleunigungsanode8 auf dem konstanten Wert von 400VoIt gehalten wurde, während die dem Holm 13 zugeführte Spannung in einem großen Bereich (zwischen 100 und 1200VoIt) geändert wurde, wobei jedesmal wenigstens die Spannung des Holms 12 eingeregelt wurde.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsart der Verzögerungsleitung dargestellt, welche bei der erfindungsgemäßen Röhre verwendet werden kann. Die gekrümmten Teile 15 und 16 der Zähne, nach Fig. 1 bis 3 sind hierbei durch gerade Teile 51 und 52 ersetzt. Dadurch haben die Zahnabschnitte C, durch welche sich der Elektronenstrahl bewegt, einen vollkommen rechteckigen Querschnitt, wodurch die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und dem Feld in der Verzögerungsleitung verbessert wird.

Fig. 5 und 6 zeigen die beiden Hauptstufen beim Aufbau einer Verzögerungsleitung von der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Art. In der ersten Stufe werden die Holme 53 hergestellt, welche in gleichen Abständen seitlich hervorstehende Stützen 54 aufweisen. Ferner werden die haarnadelförmigen Zähne 55 erzeugt, deren freie Enden in die Rinnen 56 passen, welche an der Ober- und Unterseite der Stützen 54 angebracht sind und eine entsprechende Form haben. Die Stirnseite 57 der Stützen 54 ist konkav und übernimmt im Endzustand die Rolle des gekrümmen Teils 15 der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Zähne,

In Fig. 6 ist ein in der oben beschriebenen Weise befestigter Zahn dargestellt. Die dadurch erzielte Verzögerungsleitung ist sehr starr. Der gesamte Aufbau kann mit jeder gewünschten Präzision hergestellt werden und liefert ausgezeichnete Ergebnisse.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung sind hinsichtlich der Übertragung der hochfrequenten Energie etwa dieselben wie diejenigen einer Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden haarnadelförmigen Zähnen der bekannten Art.

Mit »Fökussierungsverhältnis« bezeichnet man das Verhältnis des über die gesamte Länge der Verzögerungsleitung gehenden Strahlstromes zu dem in den Eingang der Verzögerungsleitung eintretenden Gesamtstrahlstrom. Dieses Verhältnis ergibt einen Wert, welcher ein Maß für die Güte der Fokussierung ist. Durch Erfahrung hat sich herausgestellt, daß bei Bündelstromdichten von 12,5 mA/cm² und von 62 mA/cm² dieses Verhältnis bei einer Verzögerungsleitung mit üblichen ineinandergreifenden haarnadelförmigen Zähnen 47 bzw. 26% beträgt, während es bei einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung von der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Art 75 bzw. 38% ausmacht.

Ferner zeigt die Erfahrung, daß in gewissen Grenzen liegende Schwankungen der den Winkelstücken zugeführten Spannungen das Fökussierungsverhältnis nicht merklich ändern und keine Rückwirkung auf die Frequenz der Schwingung haben. Man kann deshalb bei bestimmten Anwendungen der erfindungsgemäßen Röhre zum Zweck der Vereinfachung das Winkelstück 22 mit dem Holm 13 (Fig. 1) und das Winkelstück 20 mit der Katode 2 galvanisch verbinden, so daß durch das Vorhandensein dieser Winkelstücke keine zusätzlichen Spannungen erforderlich werden.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf die dargestellten Ausführungsarten beschränkt, welche nur als Beispiele gewählt wurden.

Claims

Patentansprüche:

!.Wanderfeldröhre, bei der ein Elektronenstrahl von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt innerhalb einer langgestreckten Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden haarnadelförmigen Gliedern (Zähnen), welche mit ihren freien Enden an zwei einander gegenüberliegenden Holmen befestigt sind, gebündelt geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von dem jeweiligen Befestigungsholm (12 bzw. 13) die beiden Schenkel eines jeden Gliedes durch einen leitenden Teil (15 bzw. 52) miteinander verbunden sind, derart, daß der so gebildete, von dem Befestigungsholm abliegende Abschnitt (C) eines jeden Gliedes den Elektronenstrahl symmetrisch zur Strahlachse umschließt.
2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang jedem Holm (12 bzw. 13) auf der den Gliedern zugewandten Holmseite eine gegen den Holm isolierte und auf einem anderen Gleichpotential als dieser liegende Flächenelektrpde (22 bzw. 20) angeordnet ist, welche sich senkrecht zu der durch die bei den Holme definierten Ebene nahe dem jeweiligen Holm erstreckt und im Bereich der zu dem Holm gehörigen Glieder mit Ausschnitten zum Durchtritt dieser Glieder versehen ist.
3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der durch die beiden Holme (12,13) definierten Ebene auf beiden Seiten der Verzögerungsleitung eine ebene Flächenelektrode (24 bzw. 25) angeordnet ist,

welche auf einem ähnlichen Gleichpotential wie die Katode liegen.

In BetracEt gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 068 448.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 SOS/340 4.60