DE1184427B - Elektronenroehre des Wanderfeld-Typs mit einer Verzoegerungsleitung mit periodischer Struktur - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIj;

H 03 b;
H03f

Deutsche KL: 21g-13/17

R15098IX d/21g
24. September 1954
31. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre des Wanderfeld-Typs (Lauffeldröhre) mit einer periodisch aufgebauten Verzögerungsleitung, bei welcher der Weilenwiderstand der Verzögerungsleitung möglichst groß und eine einwandfreie Kühlung der Verzögerungsleitung möglich ist.

Es ist bei Verzögerungsleitungen, der Sprossenbauart für Elektronenröhren des Wanderfeld-Typs bereits vorgeschlagen worden, von den in zwei Gruppen, geradzahlige und ungeradzahlige, eingeteilten Sprossen mindestens die Sprossen der einen Gruppe an ihren Enden rechtwinklig umzubiegen und die Sprossenenden in eine (metallische) Fläche einzusetzen, die von der (metallischen) Fläche verschieden ist, in welche die Sprossenenden der anderen Gruppe eingesetzt sind. Durch eine derartige Ausbildung und Anordnung ist es möglich, die resultierende Kopplung zwischen benachbarten Sprossen dadurch zu erhöhen, daß die magnetische Kopplung zwischen diesen Sprossen unterdrückt oder stark verringert wird.

Die Erfindung geht von einer Elektronenröhre des Wanderfeld-Typs zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen aus, bei der die Elektronenströmung längs einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur zum Zwecke einer Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und der längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Wellenenergie geführt wird und bei der die Verzögerungsteitungaus einem leitenden Glied und einer Vielzahl von U-förmigen Leitungselementen (Bügeta) besteht, die, in Elektronenströmungsrichtung hintereinanderliegend, quer zur Elektronenströmungsrichtung angeordnet und jeweils an ihren Enden mit dem leitenden Glied verbunden sind, und ist dadurch gekennzeichnet!, daß die U-förmigen Leitungselemente in Elektronen!- Strömungsrichtung fluchtend hintereinanderliegen und mindestens ein Paar von leitenden Längsstegen aufweisen, die mit den Leitungselementen abwechselnd leitend verbunden sind.

Vorzugsweise sind die Längsstege auf der der Elektronenströmung abgewandten Seite der Leitungselemente angeordnet.

Es ist weiterhin zweckmäßig, die Leitungselemente rohrförmig auszubilden, damit sie gegebenenfalls von einem Kühlmittel durchströmt werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das leitende Glied als Hohlleiter rechteckigen Querschnitts mit einer offenen Breitseite ausgebildet, über welcher sich die zwischen den jeweiligen Schenkeln der Leitungselemente liegenden Abschnitte der Leitungselemente erstrecken. Vorzugsweise haben dabei die Leitungselemente jeweils eine Länge, die etwa Elektronenröhre des Wanderfeld-Typs mit einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur

Anmelder:

Raytheon Company, Lexington, Mass.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,

Augsburgs Philippine-Welser-Str. 14

Als Erfinder benannt:

Edward Charles Dench, Needham, Mass.

(V. St. A.);

John Irteson Smith«, Chelmsford, Essex

(Großbritannien)

Beanspruchte Prioritäte

V. St. v. Amerika vom 24. September 1953

(382133);

vom 19. Oktober 1953

(387 015)

gleich- der halben LeitangsweBenHnge oder einem ungeradzahligem Vielfachen davon» bei der oberen Grenzfrequenz der VerzögerungsJeitong ist.

Gemäß einer bevorzugten weitere» Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Läsgssteg periodisch abwechselnd Vorspränge und· Aussparungen
wobei die Vorsprünge mit jedem zweiten der Li
elemente verbunden= sind und» die Aussparungen an den Stellen der jeweils dazwischenliegenden Leitungs"-elemente vorgesehen sind.

Es ist ganz allgemein» wünschenswert, daß der Wellenwiderstawä- Z₀ einer periodisch aufgebauten Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren möglichst groß ist. Der Wellenwiderstand Z#. ist, bezogen auf den Wellenwiderstand Z₀ des von zwei aufeinanderfolgenden Leitungselementen gebildeten Leitungsabschnitts, eine Funktion des Entwurfparameters ot. Der Entwurfparameter α ist im vorliegend interessierenden Fall' durch die Beziehung

CK =

festgelegt, wobei ω₀ die untere Grenzfrequenz der Verzögerungsleitung, L_s die Längssteg-Induktivität je

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Leitungsabschnitt und Z_c den Wellenwiderstand des Fig. 5 ein Ersatzschaltungsschema der Verzöge-

von zwei aufeinanderfolgenden Leitungselementen rungsleitung nach Fig. 1,

gebildeten Leitungsabschnitts (Paralleldrahtleitung) F i g. 6 das Ersatzschaltungsschema eines einzelnen

bedeutet. Leitungsabschnitts nach F i g. 5,

Der Entwurfparameter α muß so gewählt werden, 5 F i g. 7 eine graphische Darstellung, welche den daß auf der Verzögerungsleitung Wellen bei allen Zusammenhang zwischen dem Wellenwiderstand Z₆ Frequenzen innerhalb des Durchlaßbereiches mit einer Verzögerungsleitung nach F i g. 1 und der Phasengeschwindigkeiten übertragen werden, die gerin- Wellenlänge λ einer sich längs der Verzögerungsger sind als die Phasengeschwindigkeit V_p„ bei der leitung ausbreitenden Welle für verschiedene Werte unteren Grenzfrequenz (π-Modul-Frequenz). io des Entwurfparameters λ wiedergibt,

Das Verhältnis von Z₀ zu Z_c ist bei einem gege- F i g. 8 eine graphische Darstellung des Zusammen-

benen Wert von λ für eine gegebene Wellenlänge eine hanges zwischen der Phasengeschwindigkeit V_P und

Konstante. Um Z₀ zu erhöhen, ist es daher notwendig, der Wellenlänge λ einer sich längs einer Verzögenings-

auch das Z_c zu erhöhen. leitung nach Fig. 1 ausbreitenden Welle für ver-

Es gilt 15 schiedene Werte des Entwurfparameters x,

s /i\ F i g. 9 eine graphische Darstellung betreffend den

Ze = K₀ , (2) f

" Einfluß der Konstanten k = ~ ,

wobei Ic₀ eine Konstante, s den Abstand zwischen zwei Fig. 10 eine perspektivische Teilansicht einer

aufeinanderfolgenden Leitungselementen und h die ³° weiteren Ausführungsform einer Verzögerungsleitung (wirksame) Länge eines Leitungselementes bezeichnet. nach der Erfindung,

Der Wellenwiderstand Zc kann nun nicht in Fig. 11 eine Teilansicht, welche eine abgeänderte

beliebiger Weise erhöht werden, da sich insbesondere Ausführungsform der in F i g. 10 gezeigten Lftngsdie nächstliegenden Möglichkeiten (Erhöhung von s, Stege wiedergibt, Reduzierung von h) vielfach als unzweckmäßig^ Fig. 12 einen Querschnitt durch eine flüssigkeitserweisen. (Erhöhung von s bedeutet Erhöhung der gekühlte Verzögerungsleitung nach F i g. 10, Phasengeschwindigkeit und damit auch der Strahl- Fig. 13 eine perspektivische Teilansicht einer

spannung, Reduzierung von h bedeutet Reduzierung weiteren, bevorzugten Ausführungsform einer Verder Strahlbreite und damit der Strahlstromstärke.) zögerungsleitung nach der Erfindung, Beim Erfindungsgegenstand erhält man den gewünsch- 30 F i g. 14 einen Querschnitt durch die Verzögerungsten hohen Wellenwiderstand Z₀ der Verzögerungs- leitung nach Fig. 13,

leitung, ohne die räumliche Periode, also den Abstand Fig. 15 einen Längsschnitt durch einen Teil der

zwischen auf einanderf olgenden Leitungselementen oder Verzögerungsleitung nach Fig. 13, die Länge der einzelnen Leitungselemente zu verändern. Fig. 16 einen Querschnitt durch eine flüssigkeits-

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 35 gekühlte Verzögerungsleitung nach Fig. 13, bildet man die dem Elektronenstrahl zugewandten Fig. 17 einen Längsschnitt durch eine Wander-

Flächen der Leitungselemente eben aus. feldverstärkerröhre mit einer Verzögerungsleitung

Durch eine rohrförmige Ausbildung der Leitungs- ähnlich F i g. 10,

elemente kann man zudem die entstehende Wärme Fig. 18 einen Längsschnitt durch eine Rückwärtsmittels einer Kühlflüssigkeit leicht abführen. 40 wellenoszillatorröhre mit einer flüssigkeitsgeküblteii

Da es im allgemeinen nicht möglich ist, die Grenz- Verzögerungsleitung nach Fig. 11 und frequenz ω₀ zu erhöhen, muß nach Gleichung (1) zur Fig. 19 eine Auf sieht auf das in F i g. 18 benutzte

hinreichenden Erhöhung des Wellenwiderstandes Z₀ Kühlmittelsystem.

gegebenenfalls auch die Längssteginduktivität L_s er- Die in F i g. 1 gezeigte erfindungsgemäße Verhöht werden. Dies kann auf zwei Arten geschehen. 45 zögerungsleitung 10 ist auf einem (elektrisch) leitenden Einmal kann die Zahl der Längsstege vermindert plattenförmigen Glied 11 aufgebaut. Über die Länge werden, so daß man beispielsweise an Stelle von vier des plattenförmigen Gliedes verteilt ist eine Vielzahl Längsstegen nur noch zwei verwendet. Man kann von (elektrisch) leitenden U-förmigen Rohrbügeln 14 ferner die Längssteginduktivität erhöhen, indem man und 14' angeordnet. Der Abstand zwischen benachdie Stege (mit Ausnahme der mit den Leitungs- 5° barten Bügeln (d. h. die »räumliche Periode« bzw. die elementen verbundenen Stegteile) in einem möglichst »Teilung« des die Verzögerungsleitung bildenden Neto· großen Abstand von den Leitungselementen längs der werkes) ist vorzugsweise über die ganze Länge der Verzögerungsleitung führt. Verzögerungsleitung gleich. Die Enden jedes Bügels

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus sind in einander gegenüberliegenden, durchgehenden der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Aus- 55 öffnungen 12 des plattenförmigen Gliedes 11 einführungsformen an Hand der Zeichnungen. Es stellt gesetzt,
dar In den Mittenbereichen der Bügel 14,14' sind zwei

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Ver- im Abstand voneinander befindliche Längsstege 15 zögerungsleitung nach der Erfindung, und 15' parallel zueinander angeordnet, mit denen die

F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht einer ahn- 60 Bügel 14 und 14' wechselweise verbunden sind. Die liehen Verzögerungsleitung wie in Fig. 1, die Längsstege bestehen vorzugsweise aus einem Metall besonders ausgeführte Längsstege aufweist, von hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit.

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Wanderfeld- Jeder Längssteg weist eine Vielzahl von Vorsprängen 16 verstärkerröhre mit einer Verzögerungsleitung nach auf, deren Mittenabstände dem zweifachen Wert der F i g. 1, 65 räumlichen Periode (Teilung) des Netzwerks ent-

F i g. 4 einen Teillängsschnitt mit einer abgeänder- sprechen. Die Längsstege sind mit den Bügeln an dea ten Ausführungsform einer Verzögerungsleitung nach Vorsprüngen 16 beispielsweise durch Löten verbua-F i g. 2, den. Damit die Bügel 14 mit dem einen Steg 15 und

die Bügel 14' mit dem anderen Steg 15' verbunden Am rechten Ende der Basiselektrode 44 ist starr auf

werden können, sind die Vorsprünge des einen Steges einem metallischen Zuleitungsstab 51 eine Auffanggegen die Vorsprünge des anderen Steges versetzt. Die elektrode 50 angeordnet. Der Stab 51 wird ähnlich Stege 15 und 15' können, wie in F i g. 2 gezeigt, auch den Haltestäben 46 von der Wand 27 durch eine als bogenförmig verlaufende Metallstreifen ausgebildet 5 metallische Kappe 52, einen keramischen Zylinder 53 sein. Die Mitte jedes bogenförmigen Abschnitts nach und einen Metallzylinder 54 isoliert gehaltert. Fig. 2 bzw. jedes nutenförmig ausgesparten Steg- Im Betrieb wird zwischen der Verzögerungsleitung 10

teils nach F i g. 1 hat daher von den U-förmigen und der Basiselektrode 44 mittels einer nicht gezeigten Leitungselementen 14 und 14' einen verhältnismäßig Gleichspannungsquelle ein elektrisches Gleichfeld großen Abstand, so daß die Steginduktivität L₃ io aufgebaut. Die Kathode 35 ist mit Bezug auf die wesentlich erhöht ist. Verzögerungsleitung 10 stark negativ; sie kann gege-

Die Verzögerungsleitung 10 (Fig. 1 und 2) kann benenfalls auf dem gleichen Gleichpotential wie die mittels eines dämpfenden Überzugs, beispielsweise Basiselektrode 44 liegen. Außerdem wird dann zwimittels einer Graphitschicht 18 (F ig. 1), die auf die sehen der Verzögerungsleitung 10 und der Basis-Enden einiger Leitungselemente aufgebracht ist, ge- 15 elektrode 44 senkrecht zum elektrischen Gleichfeld dämpft werden. Statt eines dämpfenden Überzuges und zur Zeichenebene ein magnetisches Querfeld erkönnen die Leitungselemente auch aus einem Material zeugt. Durch entsprechende Einstellung der Stärke des mit hohem Dämpfungsfaktor, beispielsweise aus Eisen elektrischen und magnetischen Feldes werden die bestehen. von der Kathode 35 emittierten Elektronen längs der

Auf der Unterseite des plattenförmigen Gliedes 11 ao Verzögerungsleitung geleitet. Die Wechselwirkung (F i g. 1 und 2) sind zwei trogförmige Kühlmittel- zwischen dem Elektronenstrahl und einem sich längs leitungen 20 und 21 beispielsweise durch Löten der Verzögerungsleitung ausbreitenden elektromagneflüssigkeitsdicht befestigt. Das eine Ende jeder Kühl- tischen Wellenfeld führt dann zur Verstärkung desmittelleitung ist geschlossen, während das andere selben. Mit 20 ist die eine Kühlmittelleitung bezeichnet. Ende mit einer (nicht gezeigten) Flüssigkeitsumwälz- 25 Die in F i g. 3 gezeigte, mit der Basiselektrode 44 pumpe verbunden ist. Die Kühlflüssigkeit fließt längs zusammenwirkende Kathode 35 kann durch eine sich der einen Kühlmittelleitung hin, durch jeden der über die ganze Länge der Verzögerungsleitung erparallel angeschlossenen Bügel hindurch und längs streckende kontinuierliche Kathode ersetzt werden, der anderen Kühlmittelleitung wieder zurück. Dies kann unabhängig davon geschehen, ob ein

Die Verzögerungsleitung 10 (F i g. 1 und 2) kann 30 magnetisches Querfeld verwendet wird oder nicht, auch kreisförmig in der bei Magnetronröhren üblichen F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform

Form aufgebaut sein. einer Verzögerungsleitung nach Fig. 2, bei welcher

In F i g. 3 ist eine Wanderfeldverstärkerröhre 25 mit ebene metallische Platten 60 beispielsweise durch Harteiner Verzögerungsleitung 10 nach F i g. 1 als Anode löten auf der Außenseite der Leitungsbügel 14 und 14' dargestellt. Das plattenförmige leitende Glied 11 35 befestigt sind, so daß eine »Plattenebene« dem Elekbildet gleichzeitig eine Wand des luftleeren Ent- tronenstrahl 61 zugekehrt ist. Die Platten sind im ladungsraumes, welcher ferner von einer metallischen wesentlichen rechteckig und können annähernd die Wand 27, den metallischen Endwänden 28 und 29 Länge der Bügeloberkanten haben. Gegebenenfalls und zwei nicht gezeigten metallischen Seitenwänden können auch die entsprechenden Oberflächen der begrenzt ist. Das plattenförmige Glied 11 ist mit den 40 Leitungsbügel flach ausgebildet sein. Wenn die anschließenden Wänden beispielsweise durch eine Verzögerungsleitung eine,solche durch mehrere Plat-Lötverbindung vakuumdicht verbunden. ten 60 gebildete Fläche aufweist, die dem Wechsel-

Der Innenleiter 31 eines koaxialen Einkoppel- wirkungsraum zugekehrt ist,. wirkt diese Fläche im gliedes 30 ragt durch eine öffnung 32 in der Wand 11 wesentlichen wie eine durchgehende leitende Ebene, und ist beispielsweise an ein Ende des ersten Bügels 14 a 45 wenn die Spalte zwischen benachbarten Platten 60 klein angelötet. Die Endbügel 14 a und 14« sind im Gegen- sind im Vergleich zu dem mittleren Abstand zwischen satz zu den dazwischenliegenden Leitungsbügeln 14,14' benachbarten Leitungsbügeln 14 und .14', Das elekmassiv ausgeführt. In ähnlicher Weise wie das Ein- irische Gleichfeld im Wechselwirkungsraum ist dakoppelglied ist ein Auskoppelglied 40 an ein Ende durch verhältnismäßig homogen. Auf diese Weise des letzten Bügels 14« beispielsweise angelötet. Mit 15 50 läßt sich längs der Verzögerungsleitung ein gleichist der eine der beiden Längsstege bezeichnet. mäßigerer Elektronenstrahl erreichen. Entsprechend

Gegenüber dem Eingangsende der Verzögerungs- F i g. 3 ist in F i g. 4 mit 44 die Basiselektrode und leitung 10 ist eine Kathode 35 mit einer Elektronen- mit 46 ein Haltestab bezeichnet, emissionsschicht 36 angeordnet. Die Kathode 35 ruht F i g. 5 zeigt ein Ersatzschaltungsschema einer Ver-

auf einem Hohlzylinder 37, der durch die Wand 27 55 zögerungsleitung nach Art der Fig. 1. Die Länge hindurchgeht. Der Zylinder 37 umgibt einen Innen- der Leitungsbügel 14 und 14' ist mit d bezeichnet; leiter 38, der der Zuführung des Heizstromes für die die beiden Längsstege 15 und 15' haben von den Kathode dient. Enden der Bügel jeweils einen Abstand /. Das Ver-

Wenigstens annähernd parallel zur Verzögerungs- ,..,_x . , / .,. . ., „ „.. , „. * ,. , leitung 10 ist in einem Abstand zu derselben auf zlei 60 ^{haltms k} = T »^{bt em Maß fur den} Stegabstand, metallischen Haltestäben 46 eine Basiselektrode 44 Die Linien 11 symbolisieren den jeweiligen Kurzschluß angeordnet. Die Basiselektrode 44 weist einen U-förmi- durch die leitende Platte.

gen Querschnitt auf, wobei die Bodenfläche etwas F i g. 6 zeigt das Ersatzschaltungsschema eines eintiefer liegt als die Elektronenemissionsschicht 36 der zigen Leitungsabschnitts Δ nach F i g. 5, der als eine Kathode. Die Haltestäbe 46 sind jeweils mittels der 65 bei 11 jeweils kurzgeschlossene Übertragungs-Doppel-Metallkörper 47 und 49 und des keramischen Zylin- leitung mit den Leitern 14 und 14' und einem Wellenders 48 isoliert in der Wand 27 gelagert. Die Metall- widerstand Z₀ betrachtet werden kann. Dieser Leitungskörper 47 und 49 umgeben die Stäbe 46. abschnitt ist durch die gestrichelte Linie durch den

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Punkt τη, an welchem der Längsstegl5 mit dem Bügell4 digkeit, so daß in der Lauffeldröhre unerwünschte leitend verbunden ist, in zwei parallele Pfade unter- Schwingungen entstehen können. Für hohe Werte teilt. Die Eingangsimpedanzen dieser Pfade sind dann, von «, beispielsweise für Werte von der Größenvom Punkt m bzw. der gestrichelten Linie 15 aus- Ordnung 0,6 bis 1, sind die zugehörigen Kurven 86 bis 9β gehend, Z₁ und Z₈. Die resultierende Eingangs- 5 nur in einem kleinen Bereich hinreichend flach; der impedanz Z zwischen dem Punkt m und dem Punkt n, Verstärkungsgrad einer auf diesen Kurven arbeitenden welch letzterer den Verbindungspunkt zwischen dem Verstärkerröhre ändert sich deshalb, selbst wenn keine Steg 15' und dem Bügel 14' bezeichnet, ist gleich der unerwünschten Schwingungen auftreten, beträchtlich Parallelschaltung der beiden Impedanzen Z₁ und Z₂. mit der Wellenlänge. Für Werte von « im Bereich Es gilt: ίο von 0,3 bis 0,5 verlaufen die zugehörigen Kurven 83

2J₁JCd bis 85 über einen verhältnismäßig weiten Wellenlängen

Z₁ = j Zc tg j ; (3) bereich sehr flach, beispielsweise zwischen den nor

malisierten Wellenlängen von annähernd 0,75 und 0^95.

2 π (1 — k)d Dies bedeutet praktisch, daß der Verstärkungsgrad bei

Z₁ = J Zc tg χ (4) ₁₅ Verwendung der gleichen Anodenspannung oder, wenn

in der Röhre ein magnetisches Querfeld verwendet

^un "> h Λ h\ A wird, der gleichen magnetischen Feldstärke über einen

yZ_ctg ■-- ·- tg - ~ >^d weiten Frequenzbereich nahezu konstant bleibt.

_Z — ?l ^ .(5) Für die der F i g. 8 zugrunde liegende Verzögerungs-

2mkd 2π(1 — k) d so leitung nach Fi g. 1 ist ein Wert von α zwischen an-

tg j h tg j nähernd 0,4 und 0,5 zufriedenstellend.

Nach Gleichung (5) hängt die Eingangsimpedaoz Z Fig. 7 zeigt den Einfluß des Entwurf parameters einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung von dem

ot auf den normalisierten Wellenwiderstand ~- der Faktor k = ~ ab. F i g. 9 zeigt für x = 0,3 die

Verzögerungsleitung nach F i g. 1 in Abhängigkeit _nonM&ierte Impedanz #~ in Abhängigkeit von der

von der auf die Wellenlange I₀ bei der oberen Grenz- ^F Z_c . ⁵

frequenz bezogenen Wellenlänge λ. Der Wellenwider- _{normalisierten} Wellenlänge ± ^iür verschiedene

stand Z₀ der Verzögerungsleitung erhöht sich, wenn V

α von 0,1 auf 1 zunimmt. Zum Beispiel erhöht sich 3° Werte von k zwischen 0,1 und 0,5. Aus den in Fig. 9

, . . ... „,,,,.. λ _nn gezeigten Kurven 95 bis 99 ergibt sich, daß sich die

bei einer normalisierten Wellenlange von _χ = 0,9 _{Impedanz z} vermindert, wenn k abnimmt. Da durch

der normalisierte Wellenwiderstand A- von etwa den Wert von λ sowie durch den Wert von « die Form

Ze der Kurven beeinflußt wird, müssen gleichzeitig die

0,9 für α = 0,1 auf annähernd 2,7 für α = 1. Der 35 Werte für k und λ entsprechend den gewünschte)» Eigen* graphischen Darstellung liegt eine Verzögerungs- schäften der Verzögerungsleitung gewählt werden. , ^ .„ . ,,, _x , f nA j. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführuagsfofm des

leitung mit einem Wert von * = j = 0,4 zugrunde. _E^_{aag haben die} U^g_6n Lehungselemeate,

Der Verlauf der Kurven der F i g. 7 ändert sich, wenn die eine halbe Wellenlänge, bezogen auf die ontere sich der Stegabstand oder der Wert k ändert. 40 Grenzfrequenz der Verzögerungsleitung, lang sein

In F i g. 8 ist die zugehörige Schar von Dispersions- können, einen dreieckförmigen Querschnitt, wdeke* _; kurven der für Verstärkerbetrieb geeigneten ersten einen besonders hohen Wellenwiderstand, zoiißt and Raumharmonischen (d. h. die jeweilige Abhängigkeit darüber hinaus die zusätzlichen Vorteile eines sehr zwischen der Wellenlänge und der Phasengeschwindig- gleichförmigen elektrischen- GleichfeMes im Wechsel keit der ersten Raumharmonischen einer längs der 45 wirkungsraam, einer größere»' Amplitude der geVerzögerungsleitung nach F i g. 3 bzw. 1 wandernden wünschten Raumharmonischen, einer höheren IncWfc-Welle für verschiedene Werte von λ eingetragen. Der- tivität der Längsstege und einer größeren GleichmäBigjenige Teil der Dispersionskurven, welcher die für keit in der Herstellung der Leitungsbügel: mit sicli Oszillatorbetrieb geeigneten Komponenten aufzeigt, bringt.

ist in F i g. 8 nicht gezeigt. Die beiden Teile einer 50 In Fig. 10 ist ein Teil einer Verzögerungsleitung 110 Dispersionskurve, welche die Grundwelle (Fundamen- gezeigt mit den im wesentlichen einen dreieckfönaiges tale) einerseits und die ersten Raumharmonische Querschnitt aufweisenden Leitungsbügeln 112 andlI2'. andererseits darstellen, liegen symmetrisch zu einer Die Endteile 122 jedes Bügeis, die vorzugsweise ge· Linie, die durch den Ursprung rundet sind, sind in entsprechenden ööhungea 113

Y λ \ ^{5S e}*^nes Plattenförmigen metallischen Gliedes ill em·

—~- = 0 und -j- = 0) gesetzt. Die Bügel 112 sind durch einen metaliisefaen

^{v λ}° ι Längssteg 114, die Bügel 112' durch einen ähnlichen

und den Punkt 1 auf der normalisierten Phasen- Längssteg 114'miteinander verbunden. Die Stege sind geschwindigkeitsachse verläuft und die eine Steigung mit ihren wechselweise angeordneten Vorsprünge» 115 hat, die gleich dem reziproken Wert der doppelten 60 und 115' an der Unterseite der entsprechenden Btgel räumlichen Periode (Teilung) der Verzögerungsleitung beispielsweise durch Löten befestigt. Sie können, wie ist. in F i g. 11 dargestellt, gegebenenfalls mit V-förmigea

Wie sich aus F i g. 8 ergibt, verlaufen die Kurven 81 Schlitzen 117 ausgestattet sein, in welche die Scheitel und 82 für die Werte α = 0,1 bzw. 0,2 über einen sehr der Bügel vor dem Verlöten eingesetzt werden. Wie weiten Wellenlängenbereich verhältnismäßig flach. Die 65 bereits erwähnt, beeinflußt der Abstand der Stege erforderliche Phasengeschwindigkeit ist jedoch für 114 und 114' von den Bügeln 112 und 112' den Weilen» die meisten Wellenlängen im Durchlaßbereich größer widerstand der Verzögerungsleitung; dies gilt aiicb als die für den π-Modul erforderliche Phasengeschwin- für die Dispersionscharakteristik.

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Die Gründe für die Verwendung von Bügeln mit stärkeres Hochfrequenzfeld der für die Verstärkung

dreieckförmigem Querschnitt sollen nun kurz detailliert wirksamsten ersten Raumharmonischen und eine

angegeben werden: verbesserte Wechselwirkung zwischen dem Elektronen-

Wie bereits erwähnt, steht der Wellenwiderstand Z₀ strahl und dieser Raumharmonischen zur Folge, der Verzögerungsleitung mit dem Wellenwiderstand Z_c 5 Die Bügel dreieckigen Querschnitts können in eineines von zwei aufeinanderfolgenden Bügeln gebildeten fächer Weise aus normalem Rohrmaterial mit Hilfe Leitungsabschnittes bei einer gegebenen Wellenlänge üblicher Gesenke hergestellt werden, so daß alle und gegebenem Entwurfparameter χ durch einen kon- Bügel gleichmäßig werden und gegebenenfalls von stanten Faktor in Beziehung. Um Z₀ zu erhöhen, muß einem Kühlmittel durchströmt werden können, daher auch der Wert von Z₀ erhöht werden. Da ein io Die in F i g. 12 gezeigten Leitungsbügel sind hohl, bestimmter konstanter Wert von α ohnehin wünschens- um das Hindurchströmen eines Kühlmittels, wie wert ist und es im allgemeinen auch nicht möglich ist, Wasser, zu ermöglichen. Die Kühlung bewirkt ein die Grenzfrequenz ω₀ zu erhöhen, muß dann also ununterbrochener Flüssigkeitskreislauf, der über die nach Gleichung (1) auch der Wert der Steginduktivi- zwei trogförmigen Kühlmittelleitungen 118 und 119 tat Ls erhöht werden. Bei gleicher räumlicher Periode 15 und die einzelnen parallel angeschlossenen Kanäle 120 (Teilung) der Verzögerungsleitung ist nun die mittlere der Bügel 112 bzw. 112' umläuft. Das eine Ende jeder Spaltbreite zwischen benachbarten Bügeln dreieckigen Kühlmittelleitung ist an eine (nicht gezeigte) Flüssig-Querschnitts beträchtlich größer als im Falle von keitspumpe angeschlossen. Ein möglicher Strömungs-Bügeln kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitts. verlauf des Kühlmittels ist in F i g. 12 durch Pfeile Der mit dem jeweiligen Längssteg verbundene schnei- 20 angedeutet. Die übrigen Bezugszahlen entsprechen denförmige Flächenabschnitt eines solchen Bügels ist denen der Fig. 10.

ebenfalls sehr klein, so daß die wirksame Länge eines I_n F i g. 17 ist eine Lauffeldverstärkerröhre 125

Längssteges zwischen benachbarten Bügeln größer ist. mit einer Verzögerungsleitung 110 nach Art der

Es ergibt sich dadurch eine erhöhte Steginduktivität Lg, Fig. 10 gezeigt. Die metallische Grundplatte 111

so daß ein höherer Wellenwiderstand Z₀ erzielt werden 35 bildet zusammen mit einer metallischen Wand 127,

kann. den metallischen Endwänden 128 und 129 und zwei

Wie bereits erwähnt, kann die Steginduktivität nicht gezeigten metallischen Seitenwänden das Röhrenweiter dadurch erhöht werden, daß die genuteten Teile gehäuse. Der Innenleiter 131 eines koaxialen Eingangsdes Steges (in Fig. 10 mit 116 bezeichnet), welche kopplers 130 erstreckt sich durch eine Öffnung 133 jeden zweiten Bügel überbrücken, einen möglichst 30 in der Wand 111 und ist, beispielsweise durch Löten, großen Abstand von den Bügeln erhalten. Die Kapazität nüt dem einen Ende 122 des ersten Bügels 112a zwischen einem im Querschnitt dreieckigen Bügel am Eingangsende der Verzögerungsleitung verbunden, und einem entsprechend genuteten Längsstegteil ist I_n ähnlicher Weise ist ein Ausgangskoppler 140 an nun nicht unerheblich geringer als diejenige zwischen ein Ende 122 des letzten Bügels 112« am Ausgangsende einem im Querschnitt kreisförmigen oder rechteckigen 35 der Verzögerungsleitung angeschlossen. Bügel und dem gleichen genuteten Teil. Die Steg- Dem Eingangsende ■ der Verzögerungsleitung liegt induktivität, die sich im umgekehrten Verhältnis zur eine Kathode 135 mit einer " Elektronenemissions-Kapazität ändert, nimmt daher noch weiter zu. schicht 136 gegenüber. Die Kathode 135 ruht auf einem

Der Vorteil eines gleichförmigeren elektrischen hohlen, durch eine Öffnung in der Wand 127 führenden

Gleichfeldes im Wechselwirkungsraum ergibt sich 40 Tragzylinder 137, welcher einen Leiter 139 zur Zu-'

daraus, daß bei nach Art der Fig. 10 angeordneten führung des Heizstromes umgibt.

Bügeln mit dreieckigem Querschnitt die dem Elektro- Wenigstens angenähert parallel zu der Verzögerungs-

nenstrahl zugewandte Seite der Verzögerungsleitung leitung 110 ist eine auf zwei metallischen Haltestäben

im wesentlichen eben ist. Die von benachbarten 143 ruhende Basiselektrode 142 U-förmigen Quer-

Bügeln in dieser Ebene begrenzten Spalte sind dabei 45 Schnitts angeordnet, deren Bodenfiäche etwas tiefer

bezogen auf die mittlere Spaltbreite beträchtlich liegt als die Elektronenemissionsschicht 136 der

kleiner als bei Verwendung von Bügeln kreisförmigen Kathode. Die Haltestäbe 143 sind in der Wand 127

Querschnitts, weshalb die dem Elektronenstrahl zu- jeweils mit-Hilfe von Metallkörpern ■ 144 und 146

gewandte Seite der Verzögerungsleitung — ähnlich sowie des keramischen Zylinders 145 isoliert gelagert

wie bei der Verzögerungsleitung nach F i g. 4 — einer 50 Am rechten Ende der Basiselektrode 142 ist eine

durchgehenden leitenden Ebene nahekommt. Auffangelektrode 148 angeordnet, die starr auf einem

Ein weiterer Vorteil einer Verzögerungsleitung mit metallischen Zuleitungsstab 149 ruht. Der Stab 149

Bügeln dreieckigen Querschnitts gegenüber den Bau- wird ähnlich den Haltestäben 143 von der Wand 127

formen mit Bügeln kreisrunden Querschnitts besteht durch eine metallische Kappe 150, einen keramischen

darin, daß sie einen größeren Anteil an Raum- 55 Zylinder 151 und einen Metallzylinder 152 isoliert

harmonischen zu erzeugen vermögen. Eine raum- gehaltert.

harmonische Fourier-Analyse des Hochfrequenzfeldes Die Bügel der in Fig. 17 gezeigten Verzögerungs-

zwischen benachbarten Leitungsbügeln zeigt an, daß leitung 110 können voll ausgeführt sein, jedoch auch

die Amplituden der Raumharmonischen des Feldes, als Hohlbügel in Verbindung mit einem Flüssigkeits-

bezogen auf die Grundwelle (Fundamentale), in einem 60 kühlsystem verwendet werden.

gegebenen Abstand von der Verzögerungsleitung zu- Die Verzögerungsleitung 110 kann sowohl in einer nehmen, wenn der Abstand zwischen benachbarten Rückwärtswellen-Oszillatorröhre als auch in einer Bügeln abnimmt. Da das elektrische Hochfrequenzfeld Wanderfeldverstärkerröhre verwendet werden. In an der Verzögerungsleitung nur über den Spalten jedem Falle ist der durch die Verwendung von Bügeln zwischen den Leitungsbügeln bestehen kann, hat die 65 dreieckigen Querschnitts erzielbare höhere Wellen-Verringerung des Abstandes zwischen benachbarten widerstand der Verzögerungsleitung vorteilhaft. Die Bügeln, die durch die Verwendung von Bügeln drei- in Fig. 17 -geaeigte^RöhterJcaäin» als Rückwärtseckigen Querschnitts herbeigeführt wird, auch ein wellen-Oszillatorröhre verwendet werden, wenn das

Auskoppelglied 140 entfernt und mit einer Rückwärts-Raumharmonischen statt mit einer Vorwärts-Raumharmonischen gearbeitet wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 13 bis 16 ist als leitendes Glied ein Hohlleiter rechteckigen Querschnitts mit einer offenen Breitseite vorgesehen, der in der angegebenen Weise durch Leitungsbügel dreieckigen Querschnitts belastet ist. Jeder Leitungsbügel ist annähernd eine halbe Leitungswellenlänge, bezogen auf die obere Grenzfrequenz der Verzögerungsleitung, lang. Es hat sich gezeigt, daß diese Hohlleiter-Verzögerungsleitung einen noch höheren Wellenwiderstand besitzt als eine Verzögerungsleitung nach Art der Fig. 10 und 11, was Vorteile hinsichtlich der Röhrenoptik, des Verstärkungsgrades und des Wirkungsgrades ergibt. Ferner ist der Aufbau stabiler. Diese Ausführungsform ermöglicht ebenfalls Flüssigkeitskühlung und kann daher mit relativ hohem Leistungspegel betrieben werden.

In den Fig. 13 bis 16 wird der einen rechteckigen Querschnitt aufweisende, offene Hohlleiter 160 von der Wand 161 und den zwei Seitenwänden 162 und 163 gebildet. Die drei Wände des Hohlleiters bilden vorzugsweise zusammen mit dem plattenförmigen Teil 111 ein Stück. Der Hohlleiter 160 kann jedoch *5 auf der Platte 111 auch durch Löten od. dgl. befestigt sein. In der Platte 111 ist eine Vielzahl von öffnungen 113 zur Aufnahme der Leitungsbügelenden vorgesehen.

Jede der Seitenwäride 162 und 163 weist Vor- 3<? sprünge 165 auf, die mit bogenförmigen Aussparungen 166 abwechseln, wobei die Aussparungen 166 der Wand 162 den Vorsprüngen 165 der Wand 163 gegenüberliegen und umgekehrt. In den Vorsprüngen 165 ist ähnlich Fig. 11 vorzugsweise ein mittiger V-förmiger Einschnitt 168 vorgesehen. Die ähnlich den Fig. 10 und 11 abgerundeten Endteile 122 der Bügel sind in die kreisförmigen Öffnungen 113 der Platte 111 und die Schneiden der Bügel in die zugehörigen V-förmigen Einschnitte 168 der Seitenwände 162 bzw. 163 eingepreßt und mit diesen verlötet. ■

Zur Erhöhung der Induktivität der Verzögerungsleitung 160 ist der 'Abstand zwischen den Bügeln und den Wänden der Aussparungen 166 verhältnismäßig groß gemacht. Die Aussparungen 166 sind in F i g. 13 halbkreisförmig ausgebildet, da diese Form in einfacher Weise herstellbar ist. Es können jedoch auch andere Formen von Aussparungen, wie beispielsweise bei den Längsstegen nach den Fig. 10 und 11, vorgesehen sein, vorausgesetzt, daß zwischen den Seitenwänden des Hohlleiters und den Bügeln ein ausreichender Abstand¹ erzielt wird. ........

Wie bei der in F ig. 10 gezeigten Ausführüngsform können auch die Bügel der in den Fig. 13 bis 15 gezeigten Verzögerungsleitung hohl ausgebildet'sein, SS wie in Fig. 16 gezeigt ist. An der Platte 111 sind zwei trogförmige Kühlmittelleitungen 170 und 171, in die die Öffnungen 113 münden, befestigt. Die Kühlflüssigkeit fließt über die eine der Kühlitiittelleitüngen hin, durch die einzelnen parallel angeschlossenen Bügel 112 bzw. 112' hindurch und über die andere Kühlmittelleitung zurück.

Obwohl Bügel dreieckigen Querschnitts aus den erwähnten Gründen Bügeln mit anderen Querschnittsformen vorzuziehen sind, kann ein zufriedenstellendes 65 ' Arbeiten der Hohlleiter-Verzögerungsleitung auch mit Bügeln runden oder rechteckigen Querschnitts erzielt werden. - ...... ...

In F i g. 18 ist eine Rückwärtswellen-Oszillatorröhre gezeigt, die mit einer Hohlleiter-Verzögerungsleitung 160 ähnlich Fig. 13 ausgerüstet ist. Die sonstigen Elemente der in Fig. 18 dargestellten Röhre, welche denjenigen der in Fig. 17 dargestellten Röhre entsprechen, tragen die gleichen Bezugszahlen. Da es sich bei der Röhre der Fig. 18 um eine Oszillatorröhre handelt, ist nur ein Auskoppelglied 130 erforderlich. (Bei Verwendung der periodischer! Verzögerungsleitung 160 in einer Wanderfeldverstärkerröhre muß entsprechend der in F i g. 17 gezeigten Weise ein Ein- und ein Auskoppelglied vorgesehen werden.)

Der Endbügel 112a in Fig. 18 besteht aus vollem Material und ist mit dem Innenleiter 131 des koaxialen Auskoppelgliedes 130 verbunden. (Wenn die Röhre als Verstärker, also mit einem Eingangs- und einem Ausgangsanschluß betrieben werden soll, muß der andere Endbügel 112« ebenfalls aus vollem Material hergestellt und mit dem Innenleiter des koaxialen Anschlusses, wie im Falle der Röhre nach Fig. 17, verbunden werden.) Die übrigen Bügel sind rohrförmig und bilden zusammen mit den Kühlmittelleitungen 170 und 171, die längs der Wand Ul der Röhre angeordnet sind, wie sich am besten aus Fig. 19 ergibt, ein Kühlkreislaufsystem. Ein Ende jeder Kühlmittelleitung ist abgeschlossen, während das andere Ende mit einem der Anschlüsse einer Flüssigkeitsumwälzpumpe 175 verbunden ist.

Claims (12)

Patentansprüche: · ;

1. Elektronenröhre des Wanderfeld-Typs zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen, bei der die Elektronenströmung - längs einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur zum Zwecke einer Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und der längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Wellenenergie geführt wird und bei der die Verzögerungsleitung aus einem leitenden Glied und einer Vielzahl von U-förmigetf Leitungselementen (Bügeln) besteht, die, in Elektronenströmungsrichtung hintereinanderliegend, quer zur Elektronenströmungs^ richtung angeordnet und jeweils an ihren Enden mit dem leitenden Glied verbunden sind, d a dttrr c l·. g e k ennzeichnetj daß die U-förmigen Lei¹ '· tüngselemente in Elektronenströmungsrichtung ^r> flüchtend hintereinariderliegen und mindestens ein Paar von leitenden Längsstegen aufweisen, die mit den Leitungselementen abwechselnd leitend Verbunden sind. -^J ' ·■·'

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsstege auf- der der Elektronenströmung abgewatidten Seite der Leitungselemente angeordnet sind. · ■ ^J

3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselemeflte rohrförmig ausgebildet sind und gegebenenfalls vtrn einem Kühlmittel durchströmt werden. · · -■ ^J

4. Elektronenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselethentfc einen kreisförmigen Querschnitt haben. ·" ' ·

5. Elektronenröhre nach Anspruch!. 2 odei* 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsefemetite einen dreieckigen Querschnitt aufweisen. ■ ^Λ ■

6. Elektronenröhre nach Anspruch 4 oder'5, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Glied als Hohlleiter rechteckigen Querschnitts mit

offenen Breitseite ausgebildet ist, über der sich die zwischen den jeweiligen Schenkeln der Leitungselemente liegenden Abschnitte der Leitungselemente erstrecken.

7. Elektronenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselemente jeweils eine Länge aufweisen, die etwa gleich der halben Leitungswellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon bei der oberen Grenzfrequenz der Verzögerungsleitung ist.

8. Elektronenröhre nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Leitungselementen abwechselnd leitend verbundenen Längsstege von den beiden Seitenwänden des Hohlleiters gebildet werden.

9. Elektronenröhre nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einen dreieckigen Querschnitt aufweisenden Leitungselemente so angeordnet sind, daß die einander zugewandten Seiten von nebeneinanderliegenden Leitungselementen in Richtung auf das Hohlleiterinnere auseinanderstreben.

10. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Längssteg

periodisch abwechselnd Vorsprünge und Aussparungen aufweist, wobei die Vorsprünge mit jedem zweiten der Leitungselemente verbunden sind und die Aussparungen an den Stellen der jeweils dazwischenliegenden Leitungselemente vorgesehen sind.

11. Elektronenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Leitungselement eine der Elektronenströmung benachbarte ebene Seitenfläche aufweist und daß diese Seitenflächen in einer parallel zum leitenden Glied sich erstreckenden Ebene liegen.

12. Elektronenröhre nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Leitungselement, der Elektronenströmung benachbart, eine ebene leitende Platte derart befestigt ist, daß alle Platten in der gleichen, parallel zum leitenden Glied sich erstreckenden Ebene liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 612 623.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 963 896.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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