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Laufzeitröhre zur Erzeugung oder Verstärkung von Millimeterwellen
mit einer als Leitungsresonator wirkenden Verzögerungsleitung Die Erfindung betrifft
eine Laufzeitröhre zur Erzeugung oder Verstärkung von Millimeterwellen mit einem
Elektronenatrahlerzeuger an dem einen und einem Elektronen- -auffänger an dem anderen
Ende der Röhre sowie mindestens einer dazwischen angeordneten, als Leitungsresonator
wirkenden Verzögerungsleitung, die über ein Hohlleiter-
Z<<rischenstück
und ein daran anschließendes vakuumdichtes Auskoppelfenster mit einem Auskoppelleiter
fest gekoppelt ist, der ein in der Längsrichtung des Auskoppelleiters verschiebbares
Abstimmteil enthält, das mit benachbarten Wendungsteilen des Auskoppelle.iters einen
Koppelspalt zur Entnahme von Hochfrequenzenergie aus der Röhre bildet.
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Eine derartige laufzeitröhre ist aus der deutschen Patentschrift 1
121 231 bekannt. Es handelt sich dort um eine Röhre zur Erzeugung von 14iillimeterrrellen,
bei der auffängerseitig die Verzögerungsleitung in Elektronenstrahlrichtung mit
einem Hohlleiter verbunden ist, der einen Abotimmschieber enthält. Die erzeugte
Hochfraquenzenergie wird dabei über einen Spalt zwischen dem Abstimmschieber und
der Wandung drs Auskoppelhohlleiters entnommen.
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Hei einer Laufzeitröhre nach Art der genannten deutschen Patentschrift
muß der Auskoppelspalt, der zwischen dem Abstimmtel und der benachbarten Wandung
des Auskoppelleitero vorhanden ist, eine bestimmte Höhe haben, vrenn eine optimale
Auskopplung von Hochfrequenzenergie gewährleistet sein soll. Ist die Spaltbreite
zu klein, dann wirkt zwar die beidseitig reflektierend abgeschlossene Verzögerungsleitung
als Resönator hoher Güte, es
kann jedoch zu vrenig Hochfrequenzenergie
durch den Spalt'austreteri. Falls dagegen durch einen zu großen Spalt eine starke
Kopplung zwischen dem Resonanzraum und einem Verbraucher herrscht, reißt die Schwingung
im heitungsre,onator mangels eines hinreichenden Kurzschlussec der Leitung ab. Es
hat sich nun herausgestellt, daß die jeweils günstigste Spaltbreite von der Frequenz
abhängt, welche durch das Abstimmteil, das zur mechanischen Verstimmung der resonanzfähigen
Verzögerungsleitung vorgesehen ist, eingestellt worden ist. Der Erfindung liegt
deshalb die Aufgabe zugrunde, die Abstimmung einer Laufzeitröhre mit einer als Resonator
wirkenden Verzögerungsleitung so auszugestalten, daß die aus der Röhre duck oppelbare
Leistung im gesamten mechanischen Abstimmbereich der Röhre maximal ist.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe wird bei einer Laufzeitröhre der
eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß über die Länge des
Verschiebungsweges des Abstimmteils die lichte Innenweite des Auskoppelleiters mit
zunehmendem Abstand von der Verzögerungsleitung stetig zunimmt, so daß der zwischen
Abstimmtcil und Auskoppelle'iter vorhandene Koppelspalt seine Höhe in Abhängigkeit
von der Einstellung des Abstimmteiles ändert.
Der vresentliche Vorteil
einer erfindungsgemäßen Laufzeitröhre besteht darin, daß im gesamten Durchstimmbereich-
der Röhre für die jeweils eingestellte Frequenz optimale Energieauskopplung ohne
zusätzliche Maßnahmen möglich ist. Die für eine bestimmte Lage des Abstimmteiles
günstigste Höhe des Auskoppelspaltes und die daraus sich ergebende Änderung der
inneren-Querabmessungen des Auskoppelleiters lassen sich experimentell leicht ermitteln.
Im allgemeinen ist eine lineare Verjüngung der-lichten Innenweite der Auskeppelleiters
zwischen den beiden Endstellungen des Abstimmteiles ausreichend. für den fall, daß
der Auskoppelleiter eine Koaxialtitung ist, wird die gewünschte Änderung der Spaltbreite
atrreder bei Führung des Abstimmteiles im Außenleiter durch eine Durchmesseränderung
des Innenleiters oder bei Führung des Abstimmteiles auf dem Innenleiter durch eine
Durchmesseränderungdes Außenleiters erreicht.
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Anhand der-Zeichnung, die das auffängerseitige Ende einer erfindungsgemäßen
Ioaufzeitröhre in zum Teil. vereinfachter Darstellungsweise zeigt., soll ein Ausführungebespiel
der Erfindung@mit weiteren Merkmalen näher erläutert vrerden.
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.Mit-1 ist eine Verzqgerungsleitung bezeichnet, die an beiden Enden
reflektierend abgeschlossen sein soll
(Zeitungsresona-tor). Eine
der beiden reflektierenden Abschlüsse wird durch einen Abstimmschieber 2 bewirkt,
der in einem Auskoppelleiter 3 angeordnet ist, in den die Verzögerungsleitung 1
über ein Hohlleiterztrischenstück 4 und ein daran anschließendes vakuumdichten Auskoppelfenster
5 unmittelbar einmündet. Das kurze Hohlleiterzwiachenatüek 4 dient dabei dazu, den
Elektronenauffänger in Form eines mit einer Bohrung versehenen Längssteges 6 aufzunehmen.
Das Auskoppelfenster 5 ist vorzugsweise zwischen dem Röhrenende und dem Auskoppellciter
3 eingelötet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auvkoppelleiter 3 eine
Koaxialleitung, wobei der Innenleiter von einem dem FerÜer 5 benachbarten Quersteg
8 ausgeht, dessen freistehendes Ende in Richtung auf die Längsachse des Au;koppelleiters
3 umgebogen ist und nachfolgend stetig in den Innenleiter 7 übergeht. Der Abstimmschieber
2 ist im Außenleiter 9 des Auskoppelleiters, 3 passend geführt, während. zum Innenleiter
7 ein angenähert kreiszylindrischer Koppelspalt 10 frei bleibi. Dieser Koppelspalt
10 ist so hoch bemessen, daß optimale Energieauskopplung gewährleistet ist. Im allgemeinen
beträgt die hoppelspalthöhe etr7a 0,05 bis 0,3 Millimeter, wobei die axiale hänge
des Abtimmschiebers 2 zwischen einem Viertel der Betriebswellenlänge bei Mittenfrequenz
und einem
Viertel der unteren GrenzwelLenlänge liegt: Die jeweils
am besten geeigneten Abmessungen.können durch elektrische Versuche ermittelt werden.
Der Abstimmachieber 2 befindet sich in der Zeichnung in einer seiner beiden Endstellungen,
und zwar in der Endstellung für die höchste einstellbare Frequenz der Röhre. Die
zweite Endstellung.für die niedrigste Frequenz ist mit 2" mit gestrichelten Linien
angedeutet. An dieser Stelle mu13 der Auskoppelspalt 10' höher sein als in der anderen
dargestellten Endstellung des Abstimmschiebers 2, wenn eine ebenso günstige Bnergieaüskopplung
wie dort erzielbar sein soll. Die entsprechende Spalthöhe ist wieder durch Messung
feststellbar. Zwischen den beiden Endstellungen des Abstimmschiebers 2 ist der Innenleiter
7 des Aüskoppelleitexs 3 mit zunehmendem Abstand von der Verzögerungsleitung 1 stetig
verjüngt, so daß die Höhe des Auskoppelspaltes 10 bei jeder möglichen Einstellung
des Abstimmschiebers 2 einen Wert hat, der im vresentlichen optimale Leistungsauskopplung
bewirkt Für eine praktische Ausführungsform der in der Zeichnung dargestellten Anordnung
können folgende Abmessungen'angegeben vierden und zwar für eine Rückwärtsrrellenoszillatorröhre,
die in einem Frequenzbereich von &,5 bis 12,7 GHz mechanisch vollständig durchstimmbar
ist. Der Innendurchmesser des Außenleiters 9 der koaxialen Auskoppelleitungl
betrügt
10 mm. In diesen Außenleiter ist der Abstimmsohieber 2 in Form eines hohlzylindrischen
Bolzens eingepaßt2 der eine Länge von etwa 8 mm und einen Innendurchmesser von 4
mm hat. Die Länge des gesamten Verschiebungsweges des Abstimmschiebers in Längsrichtung
der Auskoppelleitung 3 liegt bei etwa 100 mm. Zwischen den beiden Endstellungen
des Abstimmschiebers 2 nimmt der Außendurchmesser des Innenleiters 7 in Auskoppelrichtung
von 3,7.mm auf 3,5 mm ab. Im gesamten Durchstimmbereich von 6,5 bis 12,7 GHz konnte
dabei mit kontinuierlicher Verstellung des Abetimmschiebers 2 eine weitgehend konatente
Hochfrequenzleistung ausgekoppelt werden: Die *Erfindung beschränkt sich nicht auf
das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere braucht der Auskoppelleiter keine
Koaxialletung zu sein, sondern kann auch einen Hohlleiter vorzugsweise rechteckigen
Querschnitts darstellen. In diesem Fall sollen die Quersehnittsabmessungen des Hohlleiters
sich über die Länge des Verschiebungsweges des Abstimmteiles ändern. weiterhin ist
es nicht unbedingt erforderlich, daß die als Resonator wirkende Verzögerungsleitung
auffängerseitig in den Auskoppelleiter einmündet, da dieser grundsätzlich auch am
anderen Ende der Verzögerungsleitung angeschlossen sein kann. Schließlich sei festgestellt,
daß
die Erfindung bei einer Laufzeitröhre sowohl zur Erzeugung als auch zur Verstärkung
von Millimeterwellen Anwendung finden kann. Eine Verstärkerröhre mit einer als Resonator
Wirkenden Ver2ögerungsleitung kann nämlich dadurch realisiert werden, daß mindestens
zwei Leitungsresonatoren, die elektronisch miteinander gekoppelt sind, hintereinander
geschaltet vterden,- wobei, die verstärkte Hochfrequenzenergie dem zuletzt vom Elektronenstrahl
durchsetzten heitungsresonator entnommen wird.