DE1189208B

DE1189208B - High performance running field pipes, especially for amplifying very short electric waves

Info

Publication number: DE1189208B
Application number: DES79159A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Werner Veith; Dr-Ing Roland Liebscher; Dipl-Ing Erich Mayerhofer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-04-25
Filing date: 1962-04-25
Publication date: 1965-03-18
Also published as: NL291851A; US3277332A; GB977002A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #fW PATENTAMT Int. Cl.: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN #fW PATENTAMT Int. Cl .:

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

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H03fH03f

Deutsche KL: 21g-13/17 German KL: 21g -13/17

Nummer: 1189 208Number: 1189 208

Aktenzeichen: S 79159IX d/21 gFile number: S 79159IX d / 21 g

Anmeldetag: 25. April 1962 Filing date: April 25, 1962

Auslegetag: 18. März 1965Opening day: March 18, 1965

Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre hoher Leistung, insbesondere zur Verstärkung von sehr kurzen elektrischen Wellen, bei der der Elektronenstrahl im Raum zwischen zwei, den Elektronenstrahl mehr oder minder umschließenden Elektroden, die zusammen wendelförmig um die Röhrenachse gewunden sind und von denen die eine Elektrode (Innenelektrode) mit einem höheren Gleichpotential beaufschlagt ist als die andere Elektrode (Außenelektrode), rein elektrostatisch längs einer wendeiförmigen Bahn durch das zwischen diesen beiden Elektroden errichtete elektrische Gleichfeld gebündelt geführt ist und bei der die Innenelektrode zugleich als Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur ausgebildet ist. The invention relates to a high-power running wave tube, in particular for amplifying very short ones electric waves in which the electron beam is in the space between two, the electron beam more or less enclosing electrodes that are coiled together helically around the tube axis and of which one electrode (inner electrode) has a higher DC potential applied to it is than the other electrode (outer electrode), purely electrostatically along a helical path is guided in a bundled manner by the constant electric field established between these two electrodes and in which the inner electrode is also designed as a delay line with a periodic structure.

Es ist bereits bei einer Lauffeldröhre mit einer Verzögerungsleitung, die wendelförmig einen zylindrischen Leiter kreisförmigen Querschnitts koaxial umschließt, bekannt, einen Elektronenstrahl im Raum zwischen der Verzögerungsleitung und dem zylindrischen Leiter rein elektrostatisch längs einer wendeiförmigen Bahn gebündet zu führen. Der zylindrische Leiter wird dazu gegenüber der Verzögerungsleitung mit einem höheren Gleichpotential beaufschlagt. Längs ihrer Bahnen stehen die Elektronen in Wechselwirkung mit einer von der Verzögerungsleitung geführten elektromagnetischen Welle.It is already the case with a Lauffeldtube with a delay line, which is helically a cylindrical one Head of circular cross-section coaxially encloses, known, an electron beam in the Space between the delay line and the cylindrical conductor along a purely electrostatic basis helical path bundled to lead. For this purpose, the cylindrical conductor has a higher DC potential than the delay line. Along their orbits, the electrons interact with one of the delay lines guided electromagnetic wave.

Bei einer Lauffeldröhre hoher Leistung, die nach dem Prinzip der genannten bekannten Röhre arbeitet, ist weiterhin bereits vorgeschlagen, den Elektronenstrahl innerhalb einer wendelförmig um die Röhrenachse gewundenen hohlen Verzögerungsleitung rechteckigen Querschnitts im Raum zwischen einer glatten Elektrode, die im Innern der Verzögerungsleitung und galvanisch von dieser getrennt angeordnet ist (Außenelektrode), und dem der Röhrenachse benachbarten Wandungsteil der Verzögerungsleitung (Innenelektrode) rein elektrostatisch gebündelt zu führen. Die Verzögerungsleitung ist dabei so ausgebildet, daß zumindest der der Röhrenachse benachbarte Wandungsteil periodische Durchbrechungen aufweist. Die glatte Elektrode ist gegenüber der Verzögerungsleitung mit einem niedrigeren Gleichpotential beaufschlagt und kann als die Außenelektrode eines Zylinderkondensators aufgefaßt werden, dessen Innenelektrode der der Röhrenachse benachbarte Wandungsteil der Verzögerungsleitung bildet. Eine solche Lauffeldröhre hat den Vorteil, daß die Hochfrequenzenergie, ähnlich wie bei einer Magnetronröhre, der potentiellen Energie des elektrostatischen Feldes »entnommen« wird. Die im Innern der Verzögerungsleitung angeordnete Außenelektrode beeinflußt jedoch auch das Hochfrequenzfeld der Verzögerungsleitung in stärkerem Lauffeldröhre hoher Leistung, insbesondere zur Verstärkung von sehr kurzen elektrischen
WellenIn the case of a high-power running wave tube, which works on the principle of the known tube mentioned, it has also been proposed to divert the electron beam inside a hollow delay line of rectangular cross-section, wound helically around the tube axis, in the space between a smooth electrode, which is inside the delay line and galvanically from it is arranged separately (outer electrode), and to guide the wall part of the delay line adjacent to the tube axis (inner electrode) purely electrostatically bundled. The delay line is designed in such a way that at least the wall part adjacent to the tube axis has periodic perforations. The smooth electrode has a lower DC potential than the delay line and can be regarded as the outer electrode of a cylindrical capacitor, the inner electrode of which forms the part of the wall of the delay line adjacent to the tube axis. Such a running field tube has the advantage that the high-frequency energy, similar to a magnetron tube, is "taken" from the potential energy of the electrostatic field. The outer electrode arranged inside the delay line, however, also influences the high-frequency field of the delay line in a more powerful high-power running wave tube, in particular for amplifying very short electrical signals
waves

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

München 2, Witteisbacherplatz 2Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Werner Veith, München;
Dr.-Ing. Roland Liebscher, Poing;
Dipl.-Ing. Erich Mayerhofer, MünchenNamed as inventor:
Dr. rer. nat. Werner Veith, Munich;
Dr.-Ing. Roland Liebscher, Poing;
Dipl.-Ing. Erich Mayerhofer, Munich

Maße. In der Strahlzone ergeben sich dadurch geringere Hochfrequenzfelder.Dimensions. This results in lower high-frequency fields in the beam zone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lauffeldröhre für hohe Leistungen mit rein elektrostatischer Fokussierung des Elektronenstrahls zu schaffen, bei der insbesondere auch die die Fokussierung bewirkenden Elektroden das Hochfrequenzfeld der Verzögerungsleitung nur unwesentlich, beeinflussen.The invention is based on the object of an improved running field tube for high performance with to create purely electrostatic focusing of the electron beam, in particular also the Electrodes causing focusing the high-frequency field of the delay line only insignificantly, influence.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Lauffeldröhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Außenelektrode in untereinander gleiche, mit Abstand periodisch aufeinanderfolgende Teilelektroden unterteilt ist, die, alle auf dem gleichen Gleichpotential liegend, in intermittierender Folge zwischen den die Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur bildenden Elementen der Innenelektrode angeordnet sind.In order to achieve this object, the invention is carried out according to the invention in a running field tube of the type mentioned at the beginning suggested that the outer electrode in mutually identical, spaced periodically successive Partial electrodes are subdivided, all of which are at the same constant potential, in intermittent Sequence between the elements forming the delay line with periodic structure the inner electrode are arranged.

Um zu erreichen, daß auch die Gleichspannungszuführungen für die (die Außenelektrode bildenden) Teilelektroden die Hochfrequenzeigenschaften der Verzögerungsleitung möglichst wenig beeinflussen, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, jeweils Gruppen einer gleichen Anzahl von galvanisch unmittelbar miteinander verbundenen Teilelektroden über kurze Wendelstücke mitemander zu verbinden. Die Wendelstücke sind dabei so zu dimensionieren, daß der Übertragungsbereich der Verzögerungsleitung in einen Sperrbereich der Wendelstücke fällt. Diese Maßnahme stellt eine Verdrosselung der Gleichspannungszuführungen der Teilelektroden dar, die eine Rückkopplung des hoch-In order to ensure that the DC voltage leads for the (the outer electrode forming) Partial electrodes influence the high-frequency properties of the delay line as little as possible, is proposed according to a development of the invention, groups of the same number in each case of partial electrodes that are galvanically directly connected to one another via short helical pieces connect to. The helical pieces are to be dimensioned so that the transmission range of the Delay line falls in a blocking area of the helical pieces. This measure constitutes a throttling of the DC voltage feeds of the partial electrodes, which feed back the high-

509 519/326509 519/326

frequenten elektromagnetischen Feldes der Verzögerungsleitung über diese Zuführungen verhindert.Frequent electromagnetic field of the delay line via these feeds prevented.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Hochfrequenzfelder der Verzögerungsleitung in Längsrichtung der Röhre zu verhindern, ist es besonders zweckmäßig, die Innen- und die Außenelektrode in an sich bekannter Weise im Raum zwischen den Windungen eines metallischen Abschirmkörpers vorzusehen, der nach Art einer Schneckenschraube ausgebildet ist. Die Windungen des Abschirmkörpers «> verlaufen dann also — in axialer Richtung gesehen — zwischen denen der Innen- und Außenelektrode; sie können zugleich zur Halterung der Innen- und der Außenelektrode dienen, wobei natürlich dann die Außenelektrode von dem Abschirmkörper elektrisch *5 isoliert sein muß. Es ist aber auch möglich, die Innen- und/oder die Außenelektrode an einer gesonderten wendeiförmigen Strebe aus Isoliermaterial zu haltern, die im Raum zwischen den Windungen des Abschirmkörpers verläuft. aoTo a mutual influencing of the high frequency fields of the delay line in the longitudinal direction To prevent the tube, it is particularly useful to put the inner and outer electrodes in to be provided in a manner known per se in the space between the turns of a metallic shielding body, which is designed in the manner of a worm screw. The turns of the shielding body «> then run - seen in the axial direction - between those of the inner and outer electrodes; she can serve at the same time to hold the inner and the outer electrode, of course then the The outer electrode must be electrically isolated from the shielding body. But it is also possible to use the interior and / or to hold the outer electrode on a separate helical strut made of insulating material, which runs in the space between the turns of the shielding body. ao

An Hand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Dabei sind die Teile, die zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, weggelassen. Einander entsprechende as Teile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen.The invention is intended to be based on the exemplary embodiments shown in the figures of the drawing are explained in more detail below. The parts that are not required for an understanding of the invention are hereby are omitted. Corresponding as Parts are given the same reference numbers.

Die Fig. 1 zeigt den Verstärkerteil einer erfindungsgemäßen Lauffeldröhre. Zur Verdeutlichung ist in F i g 2 ein Ausschnitte aus diesem Verstärkerteil vergrößert dargestellt. Mit 1 ist ein bandförmiger Elektronenstrahl bezeichnet, der auf einer wendeiförmigen Bahn um die Röhrenachse ζ im Raum zwischen einer Verzögerungsleitung 2 (Innenelektrode), die von parallel zur Röhrenachse sich erstreckenden hakenförmigen Metallstegen gebildet wird, und einer Außenelektrode 3, die aus untereinander gleichen, periodisch aufeinanderfolgenden Teilelektroden besteht, gebündelt geführt ist. Die Teilelektroden 3 bestehen aus parallel zur Röhrenachse sich erstreckenden U-förmigen Metallstegen, die in intermittierender Folge zwischen den die Verzögerungsleitung bildenden Metallstegen 2 angeordnet sind. Zur Abschirmung des Hochfrequenzfeldes der Verzögerungsleitung in z-Richtung der Röhre ist ein nach Art einer Schneckenschraube ausgebildeter metallischer Abschirmkörper 4 vorgesehen, der gleichzeitig zur Halterung der die Verzögerungsleitung bildenden Metallstege 2 dient. Die hakenförmigen Metallstege 2 sind gleichmäßig verteilt längs der Schneckenschraube an dieser angelötet. Die die Außenelektrode bildenden Teilelektroden 3 sind gegenüber den Metallstegen 2 und dem Abschirmkörper 4 mit einem niedrigeren Gleichpotential beaufschlagt. Die Teilelektroden 3 können dabei elektrisch isoliert ebenfalls am Abschirmkörper 4 gehaltert sein. Die beiden Elektrodensysteme aus den Metallstegen 2 einerseits und den Teilelektroden 3 andererseits bilden eine Kette von elektrostatischen Einzellinsen, durch die der Elektronenstrahl 1, wie in der F i g. 3 dargestellt, nach Art einer periodischen elektrostatischen Fokussierung gebündelt geführt wird. Die Beeinflussung des Hochfrequenzfeldes der Verzögerungsleitung, die aus den hakenförmigen Metallstegen 2 besteht, durch die Teilelektroden 3 ist dabei sehr gering.Fig. 1 shows the amplifier part of a running field tube according to the invention. For the sake of clarity, an excerpt from this amplifier part is shown enlarged in FIG. 1 with a band-shaped electron beam is referred to, which on a helical path around the tube axis ζ in the space between a delay line 2 (inner electrode), which is formed by hook-shaped metal webs extending parallel to the tube axis, and an outer electrode 3, which are equal to each other, periodically successive partial electrodes is made bundled. The partial electrodes 3 consist of U-shaped metal webs extending parallel to the tube axis, which are arranged in an intermittent sequence between the metal webs 2 forming the delay line. To shield the high-frequency field of the delay line in the z-direction of the tube, a metallic shielding body 4 designed in the manner of a worm screw is provided, which simultaneously serves to hold the metal webs 2 forming the delay line. The hook-shaped metal webs 2 are soldered to the worm screw in a uniformly distributed manner. The partial electrodes 3 forming the outer electrode have a lower DC potential applied to them than the metal webs 2 and the shielding body 4. The partial electrodes 3 can also be held on the shielding body 4 in an electrically insulated manner. The two electrode systems consisting of the metal webs 2 on the one hand and the partial electrodes 3 on the other hand form a chain of electrostatic individual lenses through which the electron beam 1, as shown in FIG. 3, is guided in a bundled manner in the manner of periodic electrostatic focusing. The influence of the sub-electrodes 3 on the high-frequency field of the delay line, which consists of the hook-shaped metal webs 2, is very slight.

Die Fi g. 4 zeigt schematisch die Gleichspannungszuführung der die Außenelektrode bildenden Teilelektroden 3. Die Teilelektroden 3 erhalten über den Leiter 5 eine gemeinsame negative Vorspannung gegenüber den hakenförmigen Metallstegen 2. Jeweils zwei benachbarte Teilelektroden 3, die galvanisch unmittelbar miteinander verbunden sind, bilden eine Gruppe, die mit der nächstfolgenden Gruppe über ein kurzes Wendelstück 6 verbunden ist. Die Wendelstücke 6, die so dimensioniert sind, daß der Übertragungsbereich der Verzögerungsleitung in einen Sperrbereich der Wendelstücke 6 fällt, bewirken eine Verdrosselung der Gleichspannungszuführung 5. Es wird dadurch verhindert, daß die Gleichspannungszuführung 5 (z. B. durch Rückkopplung) die Hochfrequenzeigenschaften der Verzögerungsleitung nachteilig beeinflußt.The Fi g. 4 schematically shows the direct voltage supply to the sub-electrodes 3 forming the outer electrode. The sub-electrodes 3 receive a common negative bias voltage via the conductor 5 compared to the hook-shaped metal webs 2. Two adjacent sub-electrodes 3, which are galvanically directly connected to one another, form a group that is connected to the The next group is connected via a short helical piece 6. The helical pieces 6, which are dimensioned so that the transmission range of the delay line falls into a blocking area of the helical pieces 6, cause a throttling of the DC voltage supply 5. This prevents the DC voltage supply 5 from (e.g. by feedback) the high-frequency properties of the delay line adversely affected.

Es ist für die Erfindung nicht erforderlich, daß die Elemente 2 der Verzögerungsleitung und/oder die Teilelektroden 3 der Außenelektrode den Abschirmkörper 4 als Halterungsbasis haben. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kann zur Halterung der Elemente der Verzögerungsleitung und der Teilelektroden der Außenelektrode auch eine gesonderte wendeiförmige Strebe 7 aus Isoliermaterial vorgesehen sein, die im Raum zwischen den Windungen des Abschirmkörpers 4 verläuft.It is not necessary for the invention that the Elements 2 of the delay line and / or the partial electrodes 3 of the outer electrode, the shielding body 4 as a support base. As shown in Fig. 5, for holding the elements of Delay line and the partial electrodes of the outer electrode also have a separate helical Strut 7 made of insulating material can be provided in the space between the turns of the shielding body 4 runs.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele. Insbesondere ist es möglich, als Verzögerungsleitung z. B. auch eine Wendel zu verwenden. Diese Wendel kann besonders vorteilhaft an der Strebe 7 nach Fi g. 5 befestigt werden. Zur Kühlung einer erfindungsgemäßen Lauffeldröhre ist es vorteilhaft, eine metallische Vakuumhülle vorzusehen, die mit dem Abschirmkörper 4 verlötet ist. Die Vakuumhülle kann dann unmittelbar konvektionsgekühlt werden.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown. In particular it is possible as a delay line z. B. to use a helix. This helix can be special advantageous to the strut 7 according to Fi g. 5 are attached. For cooling a running field tube according to the invention it is advantageous to provide a metallic vacuum envelope that is soldered to the shielding body 4 is. The vacuum envelope can then be cooled directly by convection.

Claims

Patent claims:

1. High-performance running wave tube, especially for amplifying very short electrical signals Waves in which the electron beam is in the space between two, the electron beam more or less enclosing electrodes, which are wound together helically around the tube axis and of which one electrode (inner electrode has a higher DC potential applied to it is than the other electrode (outer electrode), purely electrostatic along a helical Path through the constant electric field established between these two electrodes is out bundled and in which the inner electrode is also used as a delay line with periodic Structure is formed, characterized in that the outer electrode is identical to one another, with a spacing periodically successive partial electrodes are subdivided, all of which are at the same potential in an intermittent sequence between those forming the delay line with a periodic structure Elements of the inner electrode are arranged.

2. Lauffeldtube according to claim 1, characterized in that each group is the same Number of galvanically directly connected partial electrodes via short ones, as chokes acting helical pieces are interconnected.

3. Lauffeldtube according to claim 2, characterized in that each group has two sub-electrodes includes.

4. running field tube according to claim 2 or 3, characterized in that the inner and the Outer electrode in the space between the turns of a shaped like a worm screw metallic shielding body run.

5. running field tube according to claim 4, characterized in that the inner and the outer electrode are held rigidly on the windings of the shielding body.

6. running field tube according to claim 5, characterized in that the inner electrode of parallel to the tube axis extending, hook-shaped metal webs is formed, which on the

10 outer winding edges of the shielding body are attached.

7. running field tube according to claim 6, characterized in that the forming the outer electrode Partial electrodes consist of U-shaped metal bars extending parallel to the tube axis, which point with their free leg ends towards the tube axis.

8. running field tube according to claim 4, characterized in that the inner and / or the outer electrode on a separate helical strut made of insulating material are held / is that in Space between the turns of the shielding body runs.

1 sheet of drawings