DE1491352B1 - Lauffeldroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in zwei Schwingungsmoden anregbaren Resonatoren, die durch einen Zylindermantel und senkrecht zur Achsrichtung ausgerichtete Scheiben gebildet und durch sich über einen Umfangsbogen erstreckende Ringabschnittkoppelschlitze miteinander gekoppelt sind.

Die französische Patentschrift 1188 773 beschreibt eine Lauffeldröhre, deren Verzögerungsleitung als Koaxialleitung aufgebaut ist. Die blendenartigen Belastungen der Mittelleiteranordnung besitzen einen zentralen Durchgang für den Elektronenstrahl.

Eine Lauffeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in zwei Schwingungsmoden anregbaren Resonatoren ist in der Arbeit »A new circuit for a wide-band high-power travelling wave tube« aus »Mikrowave Tubes«, Bd. 7, S. 304 bis 306, Bericht des internationalen Kongresses über Mikrowellenröhren, München, 7. bis 11. Juni 1960, beschrieben. Eine solche Verzögerungsleitung besitzt demnach zwei Resonanzen. Die F i g. 1 a bis 1 d zeigen eine solche Verzögerungsleitung in verschiedenen Anregungsmoden, einmal im O-Modus und zum anderen im ττ-Modus. Die Verzögerungsleitung besitzt einen metallischen Zylindermantel 1 und zahlreiche, jeweils senkrecht zur Achse des Zylindermantels 1 und gleichständig angeordnete, kreisförmige, metallische Scheiben 2,2', 2", 2'", deren eine in F i g. 1 a im Grundriß dargestellt ist. Danach ist im Zentrum der Scheibe 2 ein Durchgang 3 für den Elektronenstrahl vorgesehen. Symmetrisch zu demselben sind zwei Koppelschlitze 4 und 5 vorgesehen. In der Zeichnung sind in F i g. 1 zur Vereinfachung nur vier Scheiben dargestellt, selbstverständlich kann man zum Aufbau einer Verzögerungsleitung noch mehr Scheiben vorsehen. Dies gilt auch für die anderen Figuren. Die Schnittebene x-x' in Fig. la geht durch das Zentrum jedes Koppelschlitzes. F i g. 1 b zeigt Einzelheiten der periodischen Anordnung der Scheiben 2, 2', 2", 2'" in Richtung Z-Z'.

F i g. 1 a und 1 b zeigen die Erregungsverhältnisse für den O-Modus der Lauffeldröhre. Man ersieht aus Fig. Ib, daß auf beiden Seiten jeder Scheibe die elektrischen Feldlinien jeweils in gleicher Richtung bezüglich der Achse Z-Zf längs der Innenfläche des Zylindermantels 1 verlaufen. Die Pfeile 6, 6' und 6" geben die Richtung dieser Feldlinien an. Die Zeichen 0 und © geben die jeweilige Richtung der magnetischen Kraftlinien an. Im Bereich jedes Koppelschlitzes 4 und 5 verlaufen die elektrischen Feldlinien auf entgegengesetzten Seiten jeder Scheibe zueinander entgegengerichtet, wogegen die magnetischen Feldlinien auf entgegengesetzten Seiten jeder Scheibe im Bereich jedes Koppelschlitzes gleiche Richtung haben. Demzufolge bildet sich in unmittelbarer Nähe der inneren Umfangswandung eine elektromagnetische Welle aus, und die Verzögerungsleitung zeigt eine Resonanz in gleicher Weise wie ein Hohlraumresonator mit dem Radius R. Der Oberflächenstrom innerhalb der schraffierten Flächenbereiche in F i g. 1 a fließt in radialer Richtung und vermeidet die Flächenbereiche, in denen sich Koppelschlitze befinden.

Andererseits erhalten die Scheiben 2, 2', 2" bei Betrieb im ΐτ-Modus nach Fig. Ic und 1 d jeweils abwechselnd ein entgegengesetztes Potential gegeneinander; die an entgegengesetzten Oberflächen jeder Scheibe verlaufenden elektrischen Feldlinien haben im Bereich der Koppelschlitze 4, 5, 4', 5' entsprechend den Pfeilen 6, 6' und 6" jeweils gleiche Richtung. Zum Beispiel sind die Richtungen der Feldlinien 6 und 6' auf entgegengesetzten Seiten der Scheiben im Bereich des Koppelschlitzes 4' einander gleich. Infolgedessen haben die magnetischen Feldlinien auf entgegengesetzten Seiten jeder Scheibe zueinander umgekehrte Richtung, so daß die resultierende magnetische Feldstärke im Bereich eines jeden Koppelschlitzes verschwindet bzw. stark vermindert wird. Mit anderen Worten ist der Hauptteil der elektromagnetischen Feldenergie innerhalb des zylindrischen Bereiches zwischen den Koppelschlitzen vorhanden, und somit zeigt die Verzögerungsleitung ein π-Modus-Resonanzverhalten, das einem kleinen Resonator mit dem Radius r entsprechend dem gestrichelt eingezeichneten Kreis in F i g. 1 c entspricht. Der Resonator 7 besitzt jedoch im Bereich der durch den Radius r gegebenen Berandung keine elektrisch leitenden Wandungsteile zur Verbindung der Scheiben. Infolgedessen besitzt dieser Resonator einen hohen Widerstand und eine niedrige Güte Q. Da- , durch wird die Stabilität der Erregungsform der Ver- ' zögerungsleitung verschlechtert, und es ist mit der Erregung anderer Schwingungsmoden neben dem π-Modus zu rechnen, so daß die Frequenzbreite kaum vergrößert und die gegenseitige Austauschwirkung mit den Elektronen kaum gesteigert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbreiterung des Durchlaßbandes und eine Vergrößerung des Widerstandes bei Verzögerungsleitungen der genannten Art.

Dies wird nach der Erfindung bei einer Lauffeldröhre der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß in unmittelbarer Nähe des inneren Randes der Koppelschlitze Kurzschlußleiter die Scheiben miteinander verbinden.

Hierdurch erhält man eine Verzögerungsleitung mit zweifacher Resonanz, die in beiden Schwingungsmoden ein stabiles Betriebsverhalten zeigt. Dies läßt eine größere Bandbreite der Verzögerungsleitung zu.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind jeweils benachbarte Koppelschlitze jeder Scheibe durch auf einem Umfangsbogen verlaufende Schlitze ge- I ringerer Breite miteinander verbunden. Dadurch wird der Kopplungskoeffizient für die magnetischen Feldkomponenten weiter gesteigert, wodurch das Übertragungsband günstig beeinflußt wird.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Fig. 2 und 3. Fig. 2a bis 2 d entsprechen dabei F i g. 1 a bis Id, wobei Fig. 2a und 2b die Verhältnisse bei Erregung im O-Modus und F i g. 2 c und 2 d bei Erregung im jT-Modus darstellen.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch Verkopplung der metallischen Scheiben 2,2', 2" mittels der Kurzschlußleiter 8 und 9 eine Verzögerungsstrecke mit zwei stabilen Schwingungsmoden gebildet wird. Die Kurzschlußleiter 8 und 9 sind jeweils in der Nähe des Innenrandes der einander gegenüberliegenden Koppelschlitze 4 und 5 angeordnet. Bei diesem Aufbau reicht jeder Kurzschlußleiter 8 bzw. 9 am Rande eines Koppelschlitzes 4 bzw. 5 durch die Scheiben hindurch, so daß der Großteil des längs der Ober- und Unterseite jeder Scheibe fließenden Stromes gemäß Fig. 2a die Sektorflächen ausspart, in denen sich die Koppelschlitze 4

und 5 befinden, was im wesentlichen der Arbeitsweise einer bekannten Verzögerungsleitung im O-Modus entspricht. Somit wird die Stromverteilung durch die Kurzschlußleiter 8 und 9 im wesentlichen nicht beeinflußt.

Andererseits wirken die Kurzschlußleiter 8 und 9 im „τ-Modus als Umfangswandungsteile des kleinen Resonators 7 nach F i g. 2 c und dienen als Stromrückleitungen. Deshalb erfolgt die gegenseitige Auslöschung des Magnetfeldes infolge der Koppelschlitze 3 und 4 in vergleichsweise stabiler Weise. Die Anordnung kann deshalb als Resonator mit dem Radius r und einer höheren Güte Q als beim Fehlen der Kurzschlußleiter arbeiten.

Hierdurch wird die Übertragungsbandbreite der Anordnung gegenüber einer bekannten Anordnung verbreitert, die Güte Q des kleinen Hohlraums wird durch die Kurzschlußleiter vergrößert, und infolgedessen wird auch der Kopplungswiderstand der Elektronen gesteigert.

Unter den zahlreichen durch die Erfindung erzielten Vorteilen sind das außerordentlich breite Übertragungsband, eine Vergrößerung des Kopplungswiderstandes der Elektronen und Verbesserungen der Übertragungsleistung hervorzuheben.

Der zuvor beschriebene Grundgedanke der Erfindung kann in mannigfacher Weise abgewandelt werden. Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist in F i g. 3 schematisch dargestellt. Dort sind in jede Scheibe symmetrisch zu deren Zentrum drei Koppelschlitze eingelassen. Gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 2 sind somit ein dritter Koppelschlitz 10 und ein dritter Kurzschlußleiter 11 vorgesehen. Jeweils zwei benachbarte Koppelschlitze 4, 5,10 sind durch einen schmalen Schlitz 12,13 bzw. 14 miteinander verbunden, um die Koppelwirkung der Koppelschlitze zu verbessern.

Da bei dieser Anordnung die Schlitze konzentrisch zu den Koppelschlitzen angeordnet sind, wird der Kopplungskoeffizient der magnetischen Feldkomponenten auf entgegengesetzten Seiten jedes Koppelschlitzes vergrößert, und dadurch wird die Auslöschwirkung der Magnetfeldkomponenten gesteigert. Folglich kann zwischen dem O-Modus und dem -i-Modus eine genügend kleine Arbeitsfrequenz gewählt werden. Auch wird die Koppelwirkung der Elektronen verbessert.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Scheibenwellenleiters sind beispielsweise geringere Möglichkeiten zur Anregung unerwünschter Schwingungsformen gegenüber bekannten Verzögerungsleitungen und die Verwendungsmöglichkeit der Anordnung als Bauelement einer Hochleistungsröhre, wobei durch das Innere der Kurzschlußleiter Kühlluft bzw. Kühlflüssigkeit strömt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lauffeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in zwei Schwingungsmoden anregbaren Resonatoren, die durch einen Zylindermantel und senkrecht zur Achsrichtung ausgerichtete Scheiben gebildet und durch sich über einen Umfangsbogen erstreckende Ringabschnittkoppelschlitze miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des inneren Randes der Koppelschlitze Kurzschlußleiter (8, 9) die Scheiben (2, 2', 2") miteinander verbinden.

2. Lauffeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils benachbarte Koppelschlitze (8,9,10) jeder Scheibe durch auf einem Umfangsbogen verlaufende Schlitze (12. 13, 14) geringerer Breite miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen