DE1109272B - Anordnung mit einer rauscharmen Wanderfeldwendelroehre zur Verstaerkung sehr kurzer elektrischer Wellen - Google Patents

Anordnung mit einer rauscharmen Wanderfeldwendelroehre zur Verstaerkung sehr kurzer elektrischer Wellen

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DE1109272B DEI10339A DEI0001339A DE1109272B DE 1109272 B DE1109272 B DE 1109272B DE I10339 A DEI10339 A DE I10339A DE I0001339 A DEI0001339 A DE I0001339A DE 1109272 B DE1109272 B DE 1109272B
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
kl. 21 g 13/17
INTERNATIONALE KL.
HOIj; H 03 f
110339 Vnia/21g
ANMELDETAG: 21. JUNI 1955
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 22. JUNI 1961
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer rauscharmen Wanderfeldwendelröhre zur Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen, bei der das Elektronenstrahlerzeugungssystem einen anfänglich divergierenden Elektronenstrahl liefert und aus einer Kathode mit ebener Emissionsfläche, einer Schirmelektrode (Wehneltelektrode), durch deren zentrale Öffnung die Kathode hindurchragt, sowie (in Strahlrichtung gesehen) einer ersten, zweiten und dritten Beschleunigungselektrode, deren Gleichpotentiale in Strahlrichtung fortschreitend zunehmen, besteht und dessen Elektroden so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen der ersten und zweiten sowie zwischen der zweiten und dritten Beschleunigungselektrode ungefähr zweimal so groß ist wie der Abstand zwischen der Kathode und der ersten Beschleunigungselektrode, bei der ferner ein Triftrohr zwischen der dritten Beschleunigungselektrode und der Wendel vorgesehen ist, das eine solche Länge hat, daß am Ort der Ankopplung des Eingangswellenleiters an die Wendel das mittlere Geschwindigkeitsquadrat der Rauschgeschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls ein Minimum ist, und bei der schließlich Mittel zur Erzeugung eines längs der Wendel im wesentlichen homogenen magnetischen Fokussierungsfeldes vorgesehen sind. Derartige Anordnungen sind bereits bekannt.
Bei den bekannten Anordnungen ist jedoch auch das Strahlerzeugungssystem in dem parallel zur Strahlachse verlaufenden, homogenen Fokussierungs-Magnetfeld angeordnet (vgl. »RCA-Review«, September 1952, S. 344 ff.).
Zwecks weiterer Herabsetzung des Rauschens bei einer Anordnung mit einer rauscharmen Wanderfeldwendelröhre der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß weitere Mittel vorgesehen sind, die im Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems, zumindest zwischen der Kathode und der ersten Beschleunigungselektrode, ein stärker divergierendes magnetisches Fokussierungsfeld erzeugen.
Das gewünschte divergierende magnetische Fokussierungsfeld kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß mehrere Fokussierungsspulen längs der und koaxial zur Röhre angeordnet sind und der magnetische Feldfluß der am kathodenseitigen Röhrenende angeordneten Fokussierungsspule so erheblich größer gewählt ist als der der übrigen Fokussierungsspulen, daß sich das gewünschte divergierende magnetische Fokussierungsfeld ergibt.
Es können zur Erzeugung des gewünschten magnetischen Fokussierungsfeldes jedoch auch mehrere Anordnung mit einer rauscharmen
Wanderfeldwendelröhre zur Verstärkung
sehr kurzer elektrischer Wellen
Anmelder:
International Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Juni 1954
Douglas Cecil Rogers und Walter John Pohl,
London,
sind als Erfinder genannt worden
Fokussierungsspulen längs der und koaxial zur Röhre angeordnet sowie ein ferromagnetischer Polschuh am kathodenseitigen Röhrenende vorgesehen sein, der in Verbindung mit der am kathodenseitigen Röhrenende angeordneten Fokussierungsspule das gewünschte divergierende magnetische Fokussierungsfeld erzeugt.
An Hand der Ausführungsbeispiele in der Zeichnung sei im folgenden die Erfindung näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der Elektroden des Strahlerzeugungssystems und das Magnetfeld bei einer Anordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit der entsprechenden Fokussierungseinrichtung, in die die Wanderfeldwendelröhre eingebaut ist.
Das Strahlerzeugungssystem der Fig. 1 besteht aus der Kathode 1 z. B. in der Form, wie sie in der genannten Literaturstelle beschrieben worden ist. Die aus dem Teil 2 vorspringende Kathode 1 tritt durch eine Öffnung der zurückspringenden Schirmelektrode 3. Die ebene Emissionsfläche der Kathode befindet sich im wesentlichen in der Ebene des scheibenförmigen Teiles der Schirmelektrode 3. Die erste Beschleunigungselektrode 4 ist so dicht wie möglich bei der Kathode angeordnet. Die mit einer etwas größeren Öffnung versehene zweite Beschleunigungselektrode 5 ist von der ersten Beschleunigungselektrode 4 in einem Abstand angeordnet, welcher ungefähr zweimal so groß ist wie der Abstand zwischen der Kathode und der ersten Beschleunigungselektrode. Die dritte
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Beschleunigungselektrode 6 ist von der zweiten Beschleunigungselektrode 5 in ungefähr dem gleichen Abstand angeordnet und bildet in der Fig. 1 mit dem Triftrohr 7 eine Einheit. Die Wendel 8 der Wanderfeldröhre ist über die »Antenne« 9 mit dem anderen Ende des Triftrohres 7 verbunden. Die Antenne 9 und ein Teil der ersten Windung der Wendel 8 liegen innerhalb des Eingangswellenleiters, welcher durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
In der Fig. 1 sind die Ebenen der Kathode, der Schirmelektrode und der verschiedenen Beschleunigungselektroden mit C, S bzw. A1, A2, As bezeichnet. Die Räume C-A1, A1-A2-A3 können in bekannter Weise als Laufräume befrachtet werden, in welchen die Strahlelektronen Geschwindigkeitsänderungen unterworfen sind, ähnlich wie diese in Geschwindigkeitssprungverstärkerröhren erfolgen. Die dem Strahl durch die Kathode aufgedrückte Rauschgeschwindigkeitsmodulation wird im Triftrohr 7 in eine Dichtemodulation verwandelt. Das mittlere Geschwindigkeitsquadrat der Rauschgeschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls wird — wie bekannt — ein Minimum am Ende des Triftrohres 7.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel hatten die Abstände zwischen den verschiedenen in der Fig. 1 wiedergegebenen Ebenen und die Elektrodenpotentiale folgende Werte:
Ebene Potential Abstand
von der Kohle
A0
Al 		55 V
115 V
950 V		 1,35 mm
4,32 mm
8,12 mm
Das Triftrohr 7 war 7,28 cm lang; für einen Strom von Va mA war die Schirmelektrode S auf Kathodenpotential gehalten. Die Auffangelektrode an dem von der Kathode abliegenden Wendelende hatte ein Potential von 1200V. Bei einem Magnetfeld von 325 Gauß, welches zunächst längs des ganzen Elektronenstrahls homogen war, flössen 2 μΑ des Strahlstromes über die Wendel und das Triftrohr; die Rauschzahl wurde dann zu ungefähr 10 db ermittelt. Als erfindungsgemäß das Magnetfeld in der Nähe des Strahlerzeugungssystems stärker divergent gemacht wurde, war die Rauschzahl besser als erwartet. Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß dies nicht durch andere Gründe verursacht wurde. Das Optimum der Verbesserung wurde erhalten, wenn das Magnetfeld in dem RaUmC-^1 (von der Kathode zur ersten Beschleunigungselektrode) auf einer Länge von 2,54 cm um den Betrag von ungefähr 2,1 divergierte. Für den gleichen Strahlstrom und die gleiche Stromaufnahme der Wendel wurde eine Verbesserung der Rauschzahl um 2 db erreicht, wenn das längs der Strahlachse gemessene magnetische Feld sich in folgender Weise änderte (in Strahlrichtung gesehen):
Abstand von der Kathode
1,27 cm vor der Kathode .
Am Ort der Kathode
2,54 cm hinter der Kathode
5,1 cm hinter der Kathode
7,6 cm und darüber
Magnetische Feldstärke
600 Gauss 550 Gauss 440 Gauss 370 Gauss 320 bis 330 Gauss Es sei bemerkt, daß bei der bekannten Ausführungsform, welche ein Magnetfeld benutzte, das überall parallel zur Strahlachse war, der Strahl in den Raum zwischen Kathode und erster Beschleunigungselektrode auffächerte, wenn das Magnetfeld entfernt wurde. Bei Anwesenheit des axialen Magnetfeldes sind die divergierenden Elektronen (mit augenblicklichen Geschwindigkeiten in einem Winkel zu den magnetischen Kraftlinien) Lorentz-Kräften unterworfen, welche sie zwingen, um die magnetischen Kraftlinien zu rotieren, was den Strahl an der weiteren Divergenz hindert. Anfangs wird etwas Strahldivergenz vorhanden sein, aber danach zieht sich der Strahl zusammen.
In einem bereits anfänglich stärker divergenten Magnetfeld ist die Strahldivergenz größer als in einem axialen Magnetfeld, da der Winkel zwischen der augenblicklichen Elektronengeschwindigkeit und den magnetischen Kraftlinien verringert ist. Auf Grund der Ausführungen in der oben genannten Literaturstelle war an sich zu erwarten, daß ein Anwachsen der Strahldivergenz in dem RaUmC-^1 (Kathode — erste Beschleunigungselektrode) einen nützlichen Effekt haben würde, aber die danach bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf Grund der Magnetfelddivergenz zu erwartende Reduktion der Rauschzahl ist eine Größenordnung kleiner als die in praxi tatsächlich erhaltene Reduktion der Rauschzahl.
Die Anordnung der Röhre in ihrem äußeren Aufbau ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die Wanderfeldröhre 11, deren Kathodenteil mit 1 bezeichnet ist, wird am kathodenseitigen Ende durch die Platte 12 getragen, mit welcher der Glasteller 13 der Röhre verbunden ist. Das auffängerseitige Ende der Röhre ist in einer ferromagnetischen Endplatte 14 gehaltert, durch welche die Auffangelektrode 15 ragt. Die Platte 12 ist an einer zweiten ferromagnetischen Endplatte 16 befestigt, und eine Anzahl von Fokussierungsspulen 17 bis 22 ist zwischen den Platten 16 und 14 mittels der Bolzen 23 aus magnetischem Material gehaltert. Diese Bolzen bilden zusammen mit den Endplatten 14 und 16 eine Art magnetische Hülle um die Fokussierungsspulen. Die Anordnung enthält ferner die Ein- und Ausgangswellenleiter 24 bzw. 25. Die Wellenleiter sind mit Öffnungen zur Aufnahme der Wanderfeldröhre versehen und mit Anpassungsanordnungen 26 bzw. 27 ausgerüstet. An dem kathodenseitigen Ende der Röhre ragt ein innerer Polschuh 28, der mit der Endplatte 16 verklammert ist, in die Spule 17. Wenn der Strom durch alle die Fokussierungsspulen der gleiche ist, wird gewöhnlich eine rückwärtige Verlängerung des zylindrischen Teiles des Polschuhes 28 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist diese Verlängerung weggelassen und der Kathodenteil 1 ungefähr 2,5 cm vor dem zylindrischen Teil des Polschuhes angeordnet. Der zurückspringende Polschuh veranlaßt das Magnetfeld, unmittelbar in der bezeichneten Weise zu divergieren. Die erforderliche Divergenz des Magnetfeldes kann auch dadurch erhalten werden, daß der durch die Spule 17 fließende Strom vergrößert wird.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Anordnung mit einer rauscharmen Wanderfeldwendelröhre zur Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen, bei der das Elektronenstrahlerzeugungssystem einen anfänglich divergierenden
Elektronenstrahl liefert und aus einer Kathode mit ebener Emissionsfläche, einer Schirmelektrode (Wehneltelektrode), durch deren zentrale Öffnung die Kathode hindurchragt, sowie (in Strahlrichtung gesehen) einer ersten, zweiten und dritten Beschleunigungselektrode, deren Gleichpotentiale in Strahlrichtung fortschreitend zunehmen, besteht und dessen Elektroden so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen der ersten und zweiten sowie zwischen der zweiten und dritten Beschleunigungselektrode ungefähr zweimal so groß ist wie der Abstand zwischen der Kathode und der ersten Beschleunigungselektrode, bei der ferner ein Triftrohr zwischen der dritten Beschleunigungselektrode und der Wendel vorgesehen ist, das eine solche Länge hat, daß am Ort der Ankopplung des Eingangswellenleiters an die Wendel das mittlere Geschwindigkeitsquadrat der Rauschgeschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls ein Minimum ist, und bei der schließlich Mittel zur Erzeugung eines längs der Wendel im wesentlichen homogenen magnetischen Fokussierungsfeldes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Mittel vorgesehen sind, die im Bereich des Elektronenstrahlerzeugungssystems, zumindest zwischen der Kathode und der ersten Beschleunigungselektrode, ein stärker divergierendes magnetisches Fokussierungsfeld erzeugen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des magnetischen Fokussierungsfeldes mehrere Fokussierungsspulen längs der und koaxial zur Röhre angeordnet sind und der magnetische Feldfluß der am kathodenseitigen Röhrenende angeordneten Fokussierungsspule so erheblich größer gewählt ist als der der übrigen Fokussierungsspulen, daß sich das gewünschte divergierende magnetische Fokussierungsfeld ergibt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des magnetischen Fokussierungsfeldes mehrere Fokussierungsspulen längs der und koaxial zur Röhre angeordnet sind und ein ferromagnetischer Polschuh am kathodenseitigen Röhrenende vorgesehen ist, der in Verbindung mit der am kathodenseitigen Röhrenende angeordneten Fokussierungsspule das gewünschte divergierende magnetische Fokussierungsfeld erzeugt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
RCA-Review, September 1952, S. 344 ff.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 618/375 6.
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