DE1491469B1

DE1491469B1 - Mikrowellenroehre vom Lauffeldtyp,die mit gekreuzten statischen,elektrischen und magnetischen Feldern arbeitet

Info

Publication number: DE1491469B1
Application number: DE19651491469
Authority: DE
Inventors: Joseph Feinstein
Original assignee: SFD LAB Inc
Current assignee: SFD LAB Inc
Priority date: 1964-10-26
Filing date: 1965-10-05
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3376463A; GB1074449A

Description

1 2

Es ist eine kreiszylindrische, mit gekreuzten stati- In F i g. 1 ist in auseinandergezogener Darstellung

sehen, elektrischen und magnetischen Feldern arbei- ein Verzögerungsleitungs-Rohling dargestellt. Bei der

tende Mikrowellenröhre vom Lauffeldtyp bekannt, Herstellung der Verzögerungsleitung wird eine metal-

bei der als Wechselwirkungskreis eine Wendel-Ver- lische toroidförmige Röhre von rechteckigem Quer-

zögerungsleitung dient, deren der Elektronenströ- 5 schnitt hergestellt, vorzugsweise, indem zwei ringför-

mung benachbarte Windungsabschnitte geradlinig mige Metallplatten 1 und 2 an die beiden Enden von

ausgebildet sind und sich parallel zur Röhrenachse metallischen, koaxial angeordneten und sich in

erstrecken (USA.-Patentschrift 2620458). axialer Richtung gleich erstreckenden Zylindern 3

Bei dieser bekannten Röhre ist die Wendel-Ver- bzw. 4 angelötet werden. Bei einer bevorzugten Aus-

zögerungsleitung aus axial gerichteten Drähten auf- io führungsform wird das Toroid aus einem Werkstoff

gebaut, die mit einer Reihe von etwa halbkreisför- mit hoher Wärmekapazität hergestellt, beispielsweise

migen Bügeln verbunden sind. Eine solche aus Molybdän, Kupfer, Aluminium oder rostfreiem Stahl,

Drähten aufgebaute Wendel-Verzögerungsleitung hat so daß Wärme leicht an eine geeignete Wärmeabfuhr

schlechte Wärmeabführungseigenschaften und ist für geleitet werden kann, ohne daß die mechanische

Hochleistungs-Mikrowellenröhren nicht robust genug. 15 Widerstandsfähigkeit verlorengeht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Sobald der Toroid-Rohling hergestellt ist, wird er eine Mikrowellenröhre der bekannten Art zu schaf- mit einer Reihe von radial gerichteten Schlitzen 5 fen, bei der die Wendel-Verzögerungsleitung gute (Fig. 2) versehen, die durch den Innenzylinder 3 Wärmeabführungseigenschaften hat und mechanisch geschnitten sind und vorzugsweise auch durch die robust aufgebaut ist, und diese Aufgabe wird erfin- 20 obere und untere Platte 1 bzw. 2, nicht aber durch dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wendel-Ver- die zylindrische Außenwand 4. Eine Sektion 6 des zögerungsleitung aus einem toroidförmigen Rohr Rohlings bleibt ungeschlitzt, so daß ein Leitungsgebildet ist, in das zwei, die Wendel ergebende Grup- trenner gebildet wird und die beiden Enden der Ver- Λ pen von Schlitzen eingeschnitten sind, von denen die zögerungsleitung definiert werden,
eine (erste) Gruppe aus längs dem Rohr verteilten, 25 Die zylindrische Außenwand 4 des Toroids wird radial von innen nach außen geführten Schlitzen be- dann mit Schlitzen 7 versehen, die leicht gegenüber steht und die andere (zweite) Gruppe aus längs dem der Toroidachse geneigt sind, so daß die Schlitze 7 Rohr verteilten, an der außenliegenden Seite des benachbarte radiale Schlitze 5 an den Außenrändern Rohres angebrachten schrägen Schlitzen, die ent- der Endplatten 1 und 2 miteinander verbinden. Wiesprechend der Wendelsteigung einander zugeordnete 30 der ist die Trennsektion 6 des Rohlings nicht mit Schlitze der ersten Schlitzgruppe miteinander ver- Schlitzen 7 versehen. Der so entstandene geschlitzte binden. Toroid ist eine gebogene Wendel-Verzögerungslei-Zweckmäßigerweise ist die Wendel-Verzögerungs- tung sehr großer Genauigkeit und hervorragender leitung von und zwischen zwei ringförmigen, ther- mechanischer Festigkeit, die für breitbandige Hochmisch gut leitenden dielektrischen Trägern gehaltert, 35 leistungs-Kreuzfeldröhren geeignet ist.
um für eine gute Wärmeabfuhr von der Wendel zu In einer Ausführungsform einer Wendel-Verzögesorgen, rungsleitung, die für Betrieb im Bereich von 200 MHz

Vorzugsweise hat die Wendel-Verzögerungsleitung bis 2000 MHz mit einer mittleren Ausgangsleistung

rechteckigen Querschnitt, um den mechanischen Auf- von 5 kW geeignet ist, würde die Leitung folgende

bau der Halterung zu erleichtern, und in diesem 40 Abmessungen haben: Die Zylinder 3 und 4 haben

Falle wird das toroidförmige Rohr gemäß einer spe- eine Wanddicke von 3,81 mm und einen Außen-

ziellen Ausbildung der Erfindung durch Zusammen- durchmesser von 64,3 mm bzw. 86 mm, beide haben

löten von zwei konzentrisch angeordneten, gleich eine Länge von 26,2 mm. Die Endplatten 1 und 2

langen, kreiszylindrischen Rohren mit zwei kreisring- haben eine Dicke von 2,03 mm. Es sind 53 Radial-

förmigen Endplatten erzeugt, so daß die Herstellung 45 schlitze 5 von 1,59 mm Breite vorgesehen, die einen ™

der Wendel-Verzögerungsleitung auf einfachste Weise Winkelabstand von 6° haben, so daß eine gebogene

mit sehr guter Präzision möglich ist. Leitung gebildet wird, die einen Bogen von 318°

Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeich- erfaßt, während die Trennsektion 6 einen Bogen von

nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er- 42° erfaßt. Die Schlitze 7 haben eine Breite von

läutert werden. Es zeigt 50 1,59 mm und sind um 10° 3' gegen die Achse des

F i g. 1 in auseinandergezogener perspektivischer Toroids geneigt.

Darstellung die zur Herstellung einer erfindungs- Dispersionskurven für eine Wendel-Verzögerungsgemäßen Wendel-Verzögerungsleitung verwendeten leitung nach obiger Beschreibung sind in F i g. 5 dar-Teile, gestellt. Eine Kurve zeigt die Dispersionskennlinie

F i g. 2 eine Aufsicht auf einen Rohling bei der 55 für eine Wendel-Verzögerungsleitung mit relativ gro-

Herstellung einer erfindungsgemäßen Verzögerungs- ßer Steigung, und die andere Kurve gilt für eine

leitung, Wendel-Verzögerungsleitung mit kleiner Steigung.

Fig. 3 eine Ansicht von 3-3 in Fig. 2 aus einer Beide Kurven zeigen konstante Phasengeschwindig-

fertig bearbeiteten erfindungsgemäßen Verzögerungs- keit von unterhalb 200 MHz bis oberhalb 2000 MHz.

leitung, 60 Die tatsächliche Phasengeschwindigkeit für die bei-

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfin- den Verzögerungsleitungen unterscheidet sich um

dungsgemäßen Verzögerungsleitung, einen Faktor 2, entsprechend der elementaren Thec-

F i g. 5 ein Dispersionsdiagramm zur Veranschau- rie auf Grundlage der geometrischen Mäanderform

lichung der Wellenfortpflanzungscharakteristik einer des Fortpflanzungsweges,

erfindungsgemäßen Wendelleitung, 65 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

F i g. 6 einen Schnitt durch eine Röhre mit einer dung hat der Toroid rechteckigen Querschnitt, das

erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung und ist jedoch nicht erforderlich. Es ist lediglich erforder-

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie7-7 in Fig. 6. lieh, daß die Fläche der toroidförmigen Wendel-

Verzögerungsleitung, die dem Kathodenemitter oder dem Elektronenstrom gegenüberliegt, flach ist, um eine bessere elektronische Wechselwirkung zu erreichen. Die übrigen flachen Seiten der Wendel-Verzögerungsleitung mit rechteckigem Querschnitt sind besonders vorteilhaft, weil sie gut für großflächige Stützung mit thermisch leitenden dielektrischen Blökken geeignet sind, beispielsweise aus Bornitrid oder Berylliumoxyd, die an der Ober- und Unterseite der Wendel-Verzögerungsleitung zu deren Kühlung flach anliegen können. Diese nicht an der Wechselwirkung beteiligten Seiten der Wendel-Verzögerungsleitung brauchen aber nicht flach zu sein, sondern können auch gekrümmte Flächen sein.

In Fig. 6 und 7 ist eine kreisförmige Kreuzfeldröhre mit einer erfindungsgemäßen Wendel-Verzögerungsleitung dargestellt. Genauer, die Röhre besteht aus einem hohlzylindrischen Hauptkörper 21, beispielsweise aus Kupfer. Zwei Endplatten 22, beispielsweise aus Kupfer, schließen die Enden des Hauptkörpers 21 vakuumdicht ab. Die toroidförmige Wendel-Verzögerungsleitung 24, wie sie oben beschrieben worden ist, ist koaxial innerhalb des Hauptkörpers 21 montiert, und zwar mit Hilfe von wärmeleitenden ringförmigen dielektrischen Platten 23 aus Bornitrid oder Berylliumoxyd. Die dielektrischen Platten 23 dienen dazu, die toroidförmige Wendel-Verzögerungsleitung 24 zwischen sich zu halten, und die Platten 23 ihrerseits werden wieder in gut wärmeleitender Berührung mit den Abschlußplatten 22 des Körpers gehalten, so daß sie als gute Wärmeabfuhr für die Verzögerungsleitung 24 dienen.

Eine hermetisch dicht angeschlossene Ausgangs-Koaxialleitung 25 ist an den Ausgang der Verzögerungsleitung 24 angeschlossen, so daß ein Ausgangsanschluß zum Abziehen von Ausgangsleistung vorhanden ist. Übliche, nicht näher dargestellte Impedanzanpassungstechniken werden dazu verwendet, die Koaxialleitung für ein breites Frequenzband an die Verzögerungsleitung anzupassen.

Ein hohlzylindrischer Kaltkathodenemitter 26, beispielsweise aus Beryllium-Kupfer oder Aluminium, ist koaxial zur Verzögerungsleitung 24 angeordnet, so daß ein ringförmiger Raum 27 für elektronische Wechselwirkung im Raum zwischen der Kathode 26 und der Verzögerungsleitung 24 gebildet wird.

Zwei Kathodenpolschuhe 28, beispielsweise aus Eisen, schließen die offenen Enden des zylindrischen Kathodenemitters 26 ab. Die Polschuhe 28 dienen auch als Kathoden-Endkappen, indem sie über die Oberfläche des Kathodenemitters 26 hinaus zur Verzögerungsleitung 24 hervorstehen.

Ein zylindrischer Permanentmagnet 29 ist koaxial innerhalb des Kathodenemitters 26 angeordnet. Der Permanentmagnet 29, beispielsweise aus Alnico VIII, ist axial magnetisiert. Der Magnet 29 ist vorzugsweise radial im Abstand von der Innenseite des Emitters 26 angeordnet, um die Wärmeleitung von der Kathode zum Magneten 29 herabzusetzen.

Der Magnet 29 liefert ein axial gerichtetes Magnetfeld H von beispielsweise 900 Gauß im ringförmigen Wechselwirkungsbereich 27. Die Magnetpolschuh-Endkappen dienen dazu, die Gleichförmigkeit des axialen Magnetfeldes H zu verbessern, so daß eine unerwünschte Strahlstörung durch die Verzögerungsleitung 24 herabgesetzt wird.

Ein axial gerichteter isolierter Kathodenstab 31 dient dazu, die Kathode 26 und den inneren Magneten 29 an der Endplatte 22 des Hauptkörpers 21 abzustützen. Der Kathodenstab enthält einen Hochspannungsisolator, der den Mittelleiter 32 des Stabes gegen das Potential des Hauptkörpers isoliert. Eine Hochspannungs-Energieversorgung 33, beispielsweise mit 3 kV, liegt zwischen dem Mittelleiter des Kathodenstabes und dem Hauptkörper der Röhre und der Wendel-Verzögerungsleitung 24 über Leitungen 34, so daß die Wendel-Verzögerungsleitung 24 und der Körper 21 gegenüber der Kathode 26 auf einem hohen positiven Potential liegen.

Claims

Patentansprüche:

1. Kreiszylindrische, mit gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Feldern arbeitende Mikrowellenröhre vom Lauffeldtyp, bei der als Wechselwirkungskreis eine Wendel-Verzögerungsleitung dient, deren der Elektronenströmung benachbarte Windungsabschnitte geradlinig ausgebildet sind und sich parallel zur Röhrenachse erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel-Verzögerungsleitung aus einem toroidförmigen Rohr gebildet ist, in das zwei, die Wendel ergebende Gruppen von Schlitzen eingeschnitten sind, von denen die eine (erste) Gruppe aus längs dem Rohr verteilten, radial von innen nach außen geführten Schlitzen besteht und die andere (zweite) Gruppe aus längs dem Rohr verteilten, an der außenliegenden Seite des Rohres angebrachten schrägen Schlitzen, die entsprechend der Wendelsteigung einander zugeordnete Schlitze der ersten Schlitzgruppe miteinander verbinden.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel-Verzögerungsleitung von und zwischen zwei ringförmigen, thermisch gut leitenden, dielektrischen Trägern gehaltert ist.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel-Verzögerungsleitung einen rechteckigen Querschnitt hat.

4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das toroidförmige Rohr durch Zusammenlöten von zwei konzentrisch angeordneten, gleich langen, kreiszylindrischen Rohren mit zwei kreisringförmigen Endplatten erzeugt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY