DE1277448B

DE1277448B - Breitbandig abstimmbare Elektronenstrahlroehre fuer sehr kurze elektrische Wellen

Info

Publication number: DE1277448B
Application number: DEV16912A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Schmidt; Robert Spencer Symons
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1958-07-17
Filing date: 1959-07-16
Publication date: 1968-09-12
Also published as: GB927473A; GB927472A; NL241314A; FR1227792A; GB927474A; US2994009A; GB927471A; NL102264C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/17

Nummer: 1277 448

Aktenzeichen: P 12 77 448.0-35 (V 16912)

Anmeldetag: 16. Juli 1959

Auslegetag: 12. September 1968

Die Erfindung betrifft Elektronenstrahlröhren, insbesondere Hochleistungsröhren, für sehr kurze elektrische Wellen, bei denen der Elektronenstrahl mit wenigstens einem Hohlraumresonator in Wechselwirkung steht, der über einen weiten Frequenzbereich dadurch leicht abstimmbar ist, daß die Induktivität und die Kapazität des Hohlraumresonators gleichzeitig und gleichsinnig geändert werden, d. h., daß bei Vergrößerung der Induktivität des Hohlraumresonators auch dessen Kapazität vergrößert wird, und umgekehrt. Solche Röhren werden z. B. als Ausgängsröhren für Nachrichtenübertragungsanlagen für die Troposphäre und als Senderöhren für Ultrakurzwellenfernsehbänder benutzt.

Es ist bekannt, den Hohlraumresonator einer Laufzeitröhre dadurch breitbandig abstimmbar zu machen, daß die Induktivität und die Kapazität des Hohlraumresonators gleichzeitig und gleichsinnig geändert werden (deutsche Auslegeschrift 1 026 377). Dabei hat man die Anordnung so getroffen, daß mit einer die Kapazität beeinflussenden Änderung des Abstandes zwischen den den Wechselwirkungsspalt des Hohlraumresonators begrenzenden Elektrodenteilen, also durch eine Bewegung in Richtung der Längsachse des Hohlraumresonators (Röhrenachse), gleichzeitig eine die Induktivität gleichsinnig beeinflussende Änderung der Lage der entsprechenden Resonatorwandungsteile erfolgt. Die Bewegung in Richtung der Röhrenachse bedingt eine wenig robuste zur Mikrophonie neigende Konstruktion des Röhrenaufbaus. Die bei dieser Konstruktion notwendigen Unterbrechungen der Resonatorwandung sind besonders bei Hochleistungsröhren sehr nachteilig.

Zur Vermeidung derartiger Nachteile wird bei einer Elektronenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß die zu gemeinsamer Bewegung miteinander verbundenen Einrichtungen zur Änderung der Induktivität und Kapazität des Hohlraumresonators quer zur Längsachse des Hohlraumresonators (Röhrenachse) bewegbar sind.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Abstimmvorrichtung besteht z. B. die Möglichkeit, eine Hochleistungs-Klystronverstärkerröhre mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung in der Größenordnung von 12 kW über einen Abstimmbereich von etwa 40 % störungsfrei abzustimmen. Die Schaffung eines so breiten, störungsfreien Abstimmbereiches bei einer Klystronverstärkerröhre führt zu wesentlichen Ersparnissen für die Abnehmer dieser Röhren, weil die Anzahl der verschiedenen Röhrentypen, die erforderlich ist, um ein sehr breites Frequenzband stö-Breitbandig abstimmbare Elektronenstrahlröhre
für sehr kurze elektrische Wellen

Anmelder:

Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Robert Charles Schmidt, Redwood City, Calif.;

Robert Spencer Symons,

Menlo Park, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 17. Juli 1958 (749 225)

rungsfrei zu überdecken, stark vermindert wird. Bisher war es z.B. notwendig, sechs verschiedene Klystronverstärkerröhren zu benutzen, um die Ultrakurzwellenfernsehkanäle 14 bis 83 der USA.-Norm zu überdecken. Dieses gesamte Frequenzband kann nun mit nur zwei Röhrentypen überstrichen werden, deren Abstimmung gemäß der Erfindung erfolgt. Diese beiden Röhrentypen sind so ausgeführt, daß sie einen Frequenzbereich von 470 bis 1000 MHz überdecken.

Die Ausbildung ist vorzugsweise so getroffen, daß die Einrichtung zur Änderung der Kapazität in Längsrichtung des Hohlraumresonators wenigstens in etwa in der Mitte desselben angeordnet ist. Bei einem in Längsrichtung der Röhre klappsymmetrischen Hohlraumresonator mit eingestülpten, den Wechselwirkungsspalt begrenzenden Elektroden besteht die Einrichtung zur Änderung der Kapazität aus mindestens einem, parallel zu den eingestülpten Elektroden angeordneten, flächenhaften Metallteil, der sich mit seinem mittig angebrachten metallischen Halterungsteil in Längsrichtung der Röhre klappsymmetriSch bezüglich der Klappsymmetrieebene des Hohlraumresonators erstreckt.

Die Einrichtung zur Änderung der Induktivität besteht vorzugsweise aus einem parallel zu den eingestülpten Elektroden angeordneten, plattenförmigen Metallteil, der sich in Längsrichtung der Röhre klappsymmetrisch bezüglich der Klappsymmetrieebene des

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Hohlraumresonators erstreckt und — in Längsrich- die Induktivität als auch die Kapazität des Hohltung der Röhre gesehen — stirnseitig durch gleiche, raumresonators zu vermindern. Wenn umgekehrt die membranartige metallische Teile mit der jeweils Membranplatte 13 nach außen bewegt wird, wird sogegenüberliegenden Endwandung des Hohlraum- wohl die Induktivität als auch die Kapazität des resonators verbunden ist und an dem der Halterungs- 5 Hohlraumresonators vergrößert. Diese kombinierte teil der Einrichtung zur Änderung der Kapazität starr kapazitive und induktive Abstimmung bedingt, weil befestigt ist. die Induktivität und die Kapazität des Hohlraum-Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung resonators gleichzeitig gleichsinnig geändert werden, gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausfüh- eine sehr breitbandige Abstimmwirkung, ohne daß rungsbeispiels hervor, das in den Zeichnungen dar- io Störungen durch Mikrophonie od. ä. zu befürchten gestellt ist. sind.

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch einen Hohlraum- Die Abstimmvorrichtung kann, wie aus F i g. 1 resonator mit einer Abstimmvorrichtung gemäß der hervorgeht, gekühlt sein. Eine kreisförmige Kühl-

Erfindung; platte 20, z. B. aus Monelmetall, ist zu diesem Zweck

F i g. 2 und 3 zeigen im Längsschnitt eine Hoch- 15 an der Rückseite der Membranplatte 13 z. B. durch

leistungs-Klystronverstärkerröhre mit mehreren sol- Hartlöten befestigt. Die Kühlplatte 20 trägt in der

chen erfindungsgemäß abstimmbaren Hohlraum- Mitte eine mit Innengewinde versehene Buchse 18.

resonatoren. Eine Schraube 19 drückt den Innenbund eines hohlen,

In den Figuren ist die Erfindung am Beispiel einer mit Innengewinde versehenen Abstimmstabes 21 fest Mehrkammer - Klystronverstärkerröhre dargestellt. 20 gegen die Buchse 18. Der Außenbund einer am inne-Diese Röhre enthält mehrere, in Längsrichtung der ren Ende des Abstimmstabes 21 starr befestigten Röhre klappsymmetrische, rechteckige Hohlraum- kreisringförmigen Scheibe 22 wird durch die Schraube resonatoren, nämlich einen Eingangshohlraumreso- 19 ebenfalls fest gegen die Rückseite der Kühlplatte nator 2, zwei Bündelungshohlraumresonatoren 3 20 gedruckt. Der vertiefte Teil der Scheibe 22 bildet und 4 und einen Ausgangshohlraumresonator 5. Die 25 dabei mit der Kühlplatte 20 eine ringförmige Kühl-Hohlraumresonatoren 2 bis 5 sind jeweils über einen kammer. Die Scheibe 22 ist mit zwei öffnungen verweiten Frequenzbereich mit Hilfe einer erfindungs- sehen, die mit zwei Kühlschlangen 23 und 24 in Vergemäßen Abstimmvorrichtung abstimmbar. bindung stehen. Die eine Kühlschlange 23 dient dazu,

Jede der Abstimmvorrichtungen enthält eine recht- der Kühlkammer eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser,

eckige Metallplatte 13, z. B. aus Kupfer, an der zwei 30 zuzuführen; die andere Kühlschlange 24 dient dazu,

gleiche metallische Membranen 14 aus einem z. B. die Kühlkammer zu entleeren und die Kühlflüssigkeit

0,75 mm starken Kupferblech befestigt sind (Mem- zum Kühlaggregat zurückzuleiten. Die schrauben-

branplatte). Die doppelt gekrümmten Membranen 14 förmige Ausbildung der Kühlschlangen 23 und 24

sind — in Längsrichtung der Röhre gesehen — einer- ermöglicht es, die Membranplatte 13 gegenüber dem

seits an den Stirnseiten der Membranplatte 13, 35 Hohlraumresonator geradlinig zu verschieben, ohne

andererseits an den Endwandungen des rechteckigen daß die Anschlüsse der Kühlschlangen an der Ab-

Hohlraumresonators befestigt, z. B. durch Hartlöten, stimmvorrichtung zu stark beansprucht werden,

und zwar an einer Stelle, die — von der Membran- Eine mit dem Innengewinde des Abstimmstabes 21

platte 13 aus gesehen — nach dem Inneren des je- im Eingriff stehende Abstimmschraube 25 bewirkt

weiligen Hohlraumresonators zu liegt. 40 die Abstimmung. Da der Abstimmstab 21 sowohl

Zwei parallel zu den eingestülpten Elektroden 17 gegen Drehung, als auch gegen unbeabsichtigte geradangeordnete, rechteckige Metallplatten 15 (Konden- linige Bewegungen gesichert ist, verursacht eine satorplatten) sind von zwei metallischen Stützen 16 Drehung der Abstimmschraube 25 eine Bewegung des (Kondensatorstützen) mittig gehaltert, die ihrerseits Abstimmstabes 21 nach einwärts oder auswärts, je von der Membranplatte 13 getragen werden und 45 nachdem, in welcher Richtung die Abstimmschraube gegenüber den Membranen 14 um 90° versetzt an- 25 gedreht wird.

geordnet sind. Die Kondensatorplatten 15 erstrecken Eine Buchse 26, z. B. aus Messing, sitzt in der sich in Längsrichtung der Röhre jeweils klappsym- zentrischen Öffnung einer Abschlußplatte 27, die die metrisch bezüglich der Klappsymmetrieebene des Öffnung im Bodenteil der Hohlraumresonator-Hohlraumresonators. 50 abschlußkappe 28, die z. B. aus Monelmetall besteht,

Auch jede der Kondensatorstützen 16 ist klapp- abdeckt. Die Abschlußkappe 28 ist vakuumdicht auf symmetrisch zur Klappsymmetrieebene des Hohl- die mit einer kreisförmigen öffnung 29 für die Abraumresonators. Auf diese Weise werden zirkulierende stimmvorrichtung versehene Seitenwandung des Ströme in den Kondensatorstützen 16 auf einem Hohlraumresonators aufgesetzt.
Mindestwert gehalten; außerdem werden dann durch 55 Ein nachgiebiger Metallbalg 31, z. B. aus rostdie Stützen 16 keine unerwünschten Schwingungs- freiem Stahl, ist mit seinem einen Ende vakuumdicht moden erregt, die unter anderem auch eine un- mit dem Bodenteil der Abschlußkappe 28 und mit erwünschte Hochfrequenzaufheizung der Stützen 16 seinem anderen Ende vakuumdicht mit der Kühloder anderer Teile herbeiführen könnten. platte 20 der Abstimmvorrichtung z. B. durch Hart-

Die Kondensatorplatten 15 dienen dazu, die kapa- 60 löten verbunden. Die Abstimmelemente können dazitive Belastung zwischen den den Wechselwirkungs- durch verschoben werden, ohne daß das Röhrenspalt begrenzenden Elektroden 17 zu beeinflussen. vakuum beeinträchtigt wird.

Die Membranplatte 13 dient mit den Membranen 14 Am oberen Ende der Buchse 26 ist auf einem

dazu, die induktive Belastung des Hohlraumresona- Innenbunde der Buchse ein Kugellager 32 befestigt,

tors zu beeinflussen. Da die Kondensatorplatten 15 65 an dem die Abstimmschraube 25 mit einem Bund an-

auf der zur Membranplatte 13 gegenüberliegenden liegt. Der Abstimmstab 21 wird durch das Kugellager

Seite des Hohlraumresonators liegen, führt eine Ein- daran gehindert, aus der Buchse 26 in Achsrichtung

wärtsbewegung der Membranplatte 13 dazu, sowohl herauszutreten.

Am oberen Ende der Abstimmschraube 25 ist ein Kegelrad 34 befestigt. Das Kegelrad 34 steht mit einem zweiten Kegelrad 35 in Eingriff, dessen Antriebswelle mit einem Skalenrad 36 versehen ist.

Da eine Drehung der Abstimmschraube 25 unmittelbar in eine geradlinige Bewegung der Abstimmelemente des Hohlraumresonators umgesetzt wird, kann die Zahl der Umdrehungen der Abstimmschraube 25 unmittelbar als Maß für die Lage der Abstimmelemente dienen und daher auch als Maß für die Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators. Es kann zweckmäßig sein, eine graphische Darstellung zu benutzen, die die Zahlenangaben des Skalenrades 36 mit der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators in Übereinstimmung bringt.

Ein topfförmiger, an der Abschlußplatte 27 befestigter Deckel 37 deckt die Kegelräder 34 und 35 und das Skalenrad 36 ab. Der Deckel 37 hat in der Mitte eine Öffnung, so daß die Abstimmschraube 25 ein wenig aus dem Deckel herausragt und leicht zu- «o gänglich ist. Außerdem ist in dem Deckel eine rechteckige Öffnung 40 vorgesehen, die dem Skalenrad 36 gegenüberliegt, so daß dessen Einstellung leicht ablesbar ist. Der Deckel 37 ist ferner an der Seite mit Öffnungen versehen, durch die die Kühlschlangen 23 und 24 hindurchgehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlröhre, insbesondere Hochleistungsröhre, für sehr kurze elektrische Wellen, bei der der Elektronenstrahl mit wenigstens einem Hohlraumresonator in Wechselwirkung steht, der über einen weiten Frequenzbereich dadurch abstimmbar ist, daß die Induktivität und die Kapazität des Hohlraumresonators gleichzeitig und gleichsinnig geändert werden, d. h., daß bei Vergrößerung der Induktivität des Hohlraumresonators auch dessen Kapazität vergrößert wird, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu gemeinsamer Bewegung miteinander verbundenen Einrichtungen (13,14,15,16) zur Änderung der Induktivität und Kapazität des Hohlraumresonators quer zur Längsachse des Hohlraumresonators (Röhrenachse) bewegbar sind.

2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung so ist, daß die Einrichtung (15,16) zur Änderung der Kapazität in Längsrichtung des Hohlraumresonators wenigstens in etwa in der Mitte desselben angeordnet ist.

3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in Längsrichtung der Röhre klappsymmetrischen Hohlraumresonator mit eingestülpten, den Wechselwirkungsspalt begrenzenden Elektroden (17) die Einrichtung zur Änderung der Kapazität aus mindestens einem, parallel zu den eingestülpten Elektroden (17) angeordneten, flächenhaften Metallteil (15) besteht, der sich mit seinem mittig angebrachten metallischen Halterungsteil (16) in Längsrichtung der Röhre klappsymmetrisch bezüglich der Klappsymmetrieebene des Hohlraumresonators erstreckt (F i g. 1 und 2).

4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Induktivität aus einem parallel zu den eingestülpten Elektroden (17) angeordneten, plattenförmigen Metallteil (13) besteht, der sich in Längsrichtung der Röhre klappsymmetrisch bezüglich der Klappsymmetrieebene des Hohlraumresonators erstreckt und — in Längsrichtung der Röhre gesehen — stirnseitig durch gleiche, membranartige metallische Teile (14) mit der jeweils gegenüberliegenden Endwandung des Hohlraumresonators verbunden ist und an dem der Halterungsteil (16) der Einrichtung zur Änderung der Kapazität starr befestigt ist (F i g. 1 und 2).

5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartigen metallischen Teile (14) doppelt gekrümmt sind und jeweils mit ihrem einen Ende an dem plattenförmigen Metallteil (13) befestigt und mit ihrem anderen Ende mit der Wand des Hohlraumresonators (2, 3, 4 oder 5) an der Stelle verbunden sind, die — von dem plattenförmigen Metallteil (13) aus gesehen — nach dem Inneren des Hohlraumresonators (2, 3, 4 oder 5) zu liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 026 377;
französische Patentschrift Nr. 1127 784;
britische Patentschrift Nr. 636 527;
USA.-PatentschriftNr. 2 529 668.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen