DE1914102A1

DE1914102A1 - Helically coupled traveling field pipes

Info

Publication number: DE1914102A1
Application number: DE19691914102
Authority: DE
Inventors: Heinson Derek Norman
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-20
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR2004462A1; GB1189615A; SE343174B; US3535580A; DE1914102B2; NL6904092A; CH488286A

Description

DR. MÜLLER-BOR£ DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ DR. DEUB¹ELDR. MÜLLER-BOR £ DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ DR. DEUB ¹ EL

PATENTANWÄLTE A C\A I Λ Γ\>") PATENTANWÄLTE AC \ AI Λ Γ \>")

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Braunschwelg, 18. März 1969· Unser Zeichen: E 343 - Kl/LieBraunschwelg, March 18, 1969 Our reference: E 343 - Kl / Lie

ENGLISH ELECTRIC VALVE COMPMY LIMITED English Electric House, Strand, London W.C.2» EnglandENGLISH ELECTRIC VALVE COMPMY LIMITED English Electric House, Strand, London WC2 » England

WendeigekoppeIte WanderfeldröhreReversible traveling wave tube

Die Erfindung betrifft Wanderfeldröhren, insbesondere sogenannte wendelgekoppelte Wanderfeldröhren, bei denen die Verzögerungsleitung eine Wendel ist. Es handelt sich dabei um eine sehr verbreitete Röhrenart.The invention relates to traveling wave tubes, in particular so-called helically coupled traveling wave tubes, in which the delay line is a helix. It is a very common type of tube.

Die Erfindung ist nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. Darin »eigen dieThe invention is described below in connection with the drawing. In it »own the

Figuren 1 und 2, soweit zum Verständnis notwendig, lediglich zu Erläuterungszwecken zwei typische bekannte wendelgekoppelte Wanderfeldröhren.Figures 1 and 2, as far as necessary for understanding, two typical known helical-coupled devices only for explanatory purposes Traveling wave tubes.

Fig. 3 zeigt in ähnlicher Form wie die Fig. 1 und 2 eine Ausführungsform der Erfindung und3 shows an embodiment in a form similar to that in FIGS of the invention and

Fig. 4- ist eine graphische Darstellung, die die Art der durch die Erfindung erzielten Verbesserung zeigt.Fig. 4- is a graph showing the nature of the shows the improvement achieved by the invention.

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BRAUNSCHWEIG. AM »OnolRPARK S "2? (OSSI > ϊ ·4 ·7 S MÜNCHEN 22. ROiERT-KOCH-STR. I V loam 2111IO Form 20/5 1000 6. 65BRAUNSCHWEIG. AM "OnolRPARK S" 2? (OSSI > ϊ · 4 · 7 S MUNICH 22. ROiERT-KOCH-STR. I V loam 2111IO Form 20/5 1000 6. 65

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Zeichnun^sfiguren gleiche Teile.The same reference symbols are used in the drawing figures same parts.

Bei wendelgekoppelten Wanderfeldröhren werden die hochfrequenten Signale an oder nahe einem Ende der i/endel aus einem Hohlleiter oder dergleichen, über den die Signale herangeführt werden, in diese eingekoppelt. Gewöhnlich wird die Koppelung durch das evakuierte Gehäuse der Köhre, das zumindest in dem Bereich, in dem die Koppelung stattfinden soll, elektrisch durchlässig ist, bewirkt. Das jjinde der eigentlichen V/endel ist mit dem einen Ende eines axialen Leiters hier als Antenne bezeichnet - , der in Bezug auf den Hohlleiter oder anderen Hochfrequenzeingang eine geeignete Lage hat, um die von diesem übertragene Energie zu empfangen, verbunden. Um eine maximale Energieübertragung zu erzielen, ist eine gute Impedanzanpassung dadurch sichergestellt, daß das von der eigentlichen v/endel abgewandte JJnde der Antenne mit einem Dämpfungsglied (choke) verbunden ist, das gewöhnlich die Form eines MetallZylinders hat, der mit der Wendel koaxial ist und einen größeren Durchmesser als diese hat. Das für die Wendel erforderliche Betriebspotential wird von einer geeigneten Quelle über das Dämpfungsglied und die Antenne herangeführt. Es gibt zwei Arten, das Dämpfungsglied anzuordnen. Die eine kann als Folge-Anordnung bezeichnet werden, wobei das Dämpfungsglied und die Pendel durch die Antennenlänge in Abstand voneinander gehalten werden. Die andere Art kann als rückgeführte Anordnung bezeicnnet werden, da bei ihr das Dämpfungsglied einen Teil der v/endel nahe derem einen Ende umschließt und die Antenne innerhalb einiger Endwindungen der wendel, die aus demf Dämpfungsglied herausragen, axial zu dem Dämpfungsglied zurück-With spiral-coupled traveling wave tubes, the high-frequency signals at or near one end of the i / endel are made from one Waveguide or the like, via which the signals are brought in, coupled into this. Usually the Coupling through the evacuated housing of the tube, which at least in the area in which the coupling is to take place, is electrically permeable, causes. The jjinde of the real ones V / endel is referred to here as the antenna with one end of an axial conductor - the one in relation to the waveguide or another high frequency input has a suitable location to receive the energy transmitted by it. In order to achieve maximum energy transfer, a good impedance matching is ensured that the from the actual end of the antenna facing away from it with a Attenuator (choke) is connected, which is usually the shape of a metal cylinder coaxial with the helix and has a larger diameter than this. The operating potential required for the helix is obtained from a suitable source brought in via the attenuator and the antenna. There are two ways to arrange the attenuator. One can can be referred to as a follower arrangement, with the attenuator and the pendulum spaced apart by the antenna length being held. The other type can be referred to as a recirculated arrangement, since it has the attenuator a part of the v / endel near which one end encloses and the antenna within a few end turns of the helix, which from demf Protrude attenuator, axially back to the attenuator

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geführt wird. In beiden Fällen wird die Gleichspannung für die Wendel dem Dämpfungeglied über eine kurze Wendel mit relativ großen Durchmesser (nachfolgend als Gleichspannungs-Zuführungswendel bezeichnet« um sie von der vorgenannten Ver— uögerungswendel zu unterscheiden), die an ihrem einen Ende mit dem nächstgelegeneη Funkt des Dämpfungsgliedes und an ihrem anderen Ende mit einem Abschlußzylinder verbunden ist, herangeführt·to be led. In both cases the DC voltage is for the helix to the damping element via a short helix with relative large diameter (hereinafter referred to as DC voltage supply coil denotes "in order to distinguish it from the aforementioned delay coil" at one end with the closest η point of the attenuator and on its other end is connected to a locking cylinder, brought up

fig« 1 zeigt eine bekannte wendelgekoppelte Wanderfeldröhre ait Folge-Anordnung des Dämpfungsgliedes.FIG. 1 shows a known helically coupled traveling wave tube with a sequential arrangement of the attenuator.

In Fig. 1 ist das vakuumdichte Höhrengehäuse aus Glaö oder einem anderen geeigneten Material mit 1 bezeichnet. Die eigentliche Verzögerungswendel ist mit 2 bezeichnet. Sie ist von einer Mehrzahl von Quarzstäben 3 gehaltert, beispielsweise von drei um 120° versetzten Stäben. Das Ende der V/ende 1 geht in einen axial verlaufenden Draht 4- über, der die Antenne bildet und dessen anderes Ende mit dem Dämpfungsglied 5, welche« die Form eines koaxialen Metallzylinders von größerem Durchmesser als dem der Wendel 2 hat, verbunden ist. Die Betriebsgleichspannung wird von einem Abschlußzylinder (der in dem gebrochen dargestellten Teil der Fii:. 1 nicht erscheint) über eine GleichspannungsZuführungswendel 6 mit großem Durchmesser dem Dämpfungsglied 5 zugeführt und von dort über die Antenne 4 der Wendel 2. Ein Hohlleitereingang '? ist in Bezug auf die Antenne 4 so angeordnet, daß eine zufriedenstellende Hochfrequenzkopplung gegeben ist und die Gesamtanordnung ist nach bekannten Grundregeln so konstruiert und bemessen, daßIn Fig. 1, the vacuum-tight tube housing made of glass or another suitable material is denoted by 1. The actual delay coil is labeled 2. It is held by a plurality of quartz rods 3, for example three rods offset by 120 °. The end of the end 1 merges into an axially extending wire 4 - which forms the antenna and the other end of which is connected to the attenuator 5, which is in the form of a coaxial metal cylinder with a larger diameter than that of the coil 2. The DC operating voltage is fed from a terminating cylinder (which does not appear in the broken part of FIG. 1) via a DC voltage supply helix 6 with a large diameter to the attenuator 5 and from there via the antenna 4 to the helix 2. A waveguide input '? is arranged with respect to the antenna 4 so that a satisfactory high frequency coupling is given and the overall arrangement is constructed and dimensioned according to known basic rules so that

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eine maximale Übertragung der hochfrequenten Energie auf die Wendel 2 erfolgt. 7 A bezeichnet den üblichen kurzgeschlossenen Hohlleiterstutzen.a maximum transfer of the high frequency energy to the Helix 2 takes place. 7 A denotes the usual short-circuited waveguide connector.

Die bekannte Anordnung gemäß Fig. 1 arbeitet allgemein zufriedenstellend, hat jedoch einen Fehler. Dieser besteht darin, daß die verfügbare Abmessung in Längsrichtung nicht maximal ausgenutzt wird. Die Länge, d.h. das Maß in Achsrichtung, das von dem Dämpfungsglied und der Antenne in Anspruch genommen wird, ist sehr beträchtlich und da bei einer wendelgekoppelten Wanderfeldröhre die erzielbare Verstärkung in Beziehung zur Länge der Wendel st;eht - je länger die Wendel, desto größer die Verstärkung - , eine Höhre gemäß Fig. 1 mit gegebener axialer Länre jedoch eine wesentlich kürzere Wendel 2 aufweist, ict bei einer derartigen höhre gegebener Länge die Verstärkung kleiner als erwünscht.The known arrangement according to FIG. 1 works generally satisfactorily, however has a bug. This is that the available dimension in the longitudinal direction is not maximal is exploited. The length, i.e. the dimension in the axial direction, taken up by the attenuator and the antenna is, is very considerable and since in a helically coupled traveling wave tube the gain that can be achieved in relation to Length of the helix st; eht - the longer the helix, the larger the gain -, a hearing according to FIG. 1 with given axial length, however, has a significantly shorter helix 2, the reinforcement at such a higher given length smaller than desired.

Dieser Fehler kann vermieden werden, in-dem die rückgeführte Anordnung des Dämpfungsgliedes gewählt wird, was zu einer beträchtlichen verbesserung im HinblicK auf die Verstärkung einer Röhre gegebener Länge führt. Die bekannte rückgeführte Anordnungist in Fig. 2 dargestellt. Nach dieser Figur umgibt das Dämpfungsglied 5 einen L'eil der Wendel 2 nahe derem Ende derart, daß einige ütodwi ndungen herausragen (nach links in Fig. 2)· Die Antenne 4- wird koaxial durch diese Windungen rückgeführt und mit dem Dämpfungsglied verbunden. Die Gleichspannung wird dem Abschlußzylinder (in Fig. 2 teilweise dargestellt und mit β oezeicnnet) zugeführt, der mit der einen Seite der GleichspannungsZuführungswendel 6 verbunden ist, die auf ihrer anderenThis error can be avoided in-that the recirculated arrangement of the attenuator is chosen, which leads to a considerable improvement in terms of the reinforcement of a tube of a given length. The known recirculated arrangement is shown in FIG. According to this figure, the attenuator 5 surrounds a part of the helix 2 near its end in such a way that that some turns protrude (to the left in Fig. 2) The antenna 4- is fed back coaxially through these turns and connected to the attenuator. The DC voltage is the final cylinder (partially shown in Fig. 2 and with β oezeicnnet) supplied to one side of the DC voltage supply coil 6 is connected to that on their other

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Seite mit dem angrenzenden Ende des Dämpfungsgliedes 5 verbunden ist.Side connected to the adjacent end of the attenuator 5 is.

Die Anordnung nach Fig. 2 hat den Vorteil gegenüber der nach Fig. 1, daß sie die Unterbringung einer beträchtlich längeren wendel 2 in einer Röhre gegebener Länge, zuläßt, was zu einer wesentlich besseren Verstärkung führt. Eine Anordnung gemäß Fig. 2 hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, durch Begrenzung der Frequenzbandbreite, über die eine zufriedenstellende Impedanzanpassung erzielbar ist, die Röhre schmalbandiger zu machen. Die erzielte Anpassung kann durch eine Kurve wiedergegeben werden, bei der-der Eeflektxonskoeffizient, in Prozent des Eingangs-Hochfrequenzsignals ausgedrückt, über die Frequenz aufgetragen ist. Die voll ausgezeichnete Kurve A der Fig. 4-zeigt das typische Ergebnis, das mit einer bekannten Anordnung gemäß Fig. 2 erhalten wird. Wie ersichtlich, offenbart die Kurve ausgeprägte Spitzen X, die über die Frequenzskale nicht weit auseinander liegen. Die Lage der Spitzen, welche durch .Resonanzerscheinungen infolge des Durchlaufs der G-leichspannungsZuführungswendel 6 durch einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke hervorgerufen werden, kann durch geeignete Auslegung der Zuführungswendel 6 längs der Frequenzskale verschoben werden, jedoch hat sich in der Praxis ergeben, daß es nicht möglich ist, sie aus dem Frequenzband, in dem die Wanderfeldröhren gewöhnlich arbeiten sollen, zu eliminieren. The arrangement according to FIG. 2 has the advantage over that according to Fig. 1 that it allows the accommodation of a considerably longer helix 2 in a tube of a given length, resulting in a leads to much better reinforcement. However, an arrangement according to FIG. 2 has the serious disadvantage of limitation the frequency bandwidth over which a satisfactory impedance matching can be achieved, the tube is narrower do. The adaptation achieved can be represented by a curve in which the reflection coefficient is expressed as a percentage of the input high-frequency signal, is plotted against the frequency. The fully drawn curve A of Fig. 4 shows the typical result obtained with a known arrangement according to FIG. As can be seen, the Curve of pronounced peaks X that are not far apart over the frequency scale. The location of the tips, which by .Resonance phenomena as a result of the passage of the DC voltage supply coil 6 caused by an area of high electric field strength can be achieved by suitable design the feed helix 6 can be moved along the frequency scale, but in practice it has been found that it is not possible is to eliminate them from the frequency band in which the traveling wave tubes are usually supposed to operate.

Die Erfindung zielt darauf ab, bessere wendelgekoppelte Wanderfeldröhren zu schaffen, bei denen der Vorteil der bekannten rückgeführten Anordnung gemäß Fig. 2 hinsichtlich der Verstärkung mit dem Vorteil breitbandiger Betriebseigenschaften derThe invention aims to provide better helically coupled traveling wave tubes to create in which the advantage of the known recirculated arrangement according to FIG. 2 with regard to the gain with the advantage of broadband operating characteristics of the

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Folgeanordnung gemäß Fig. 1" verbunden ist,Follow-up arrangement according to FIG. 1 "is connected,

Gemäß der Erfindung enthält eine wendelgekoppelte · «ränder— feldröhre eine Verzögerungswendel, deren eine yeite mit einer Antenne verbunden ist, über die das Bingangshoclifrequenz— signal in die Verzögerungswendel eingekoppelt werden kann und die innerhalb der Endwindungen dieser Wendel verläuft, weiter ein Dämpfungsglied, das mit dem anderen Ende der Antenne verbunden ist und die Wendel nahe dem antennenseitigen Ende aus— sen umgibt, so daß die JMidwindungen auf dem antennenseitigen Ende aus dem Dämpfungsglied herausragen, und Mittel für die Zuführung einer Gleichspannung zu der Pendel» Diese Mittel enthalten eine GleichspannungszuführungsT/endel, welche die Endwindungen der Verzögerungswendel umgibt, sowie eine Verbindung , die von dem Dämpfungsglied selbst getrennt ist und zwischen den dem Dämpfungsglied näherliegenden iäide der ^leichspannungsZuführungswendel und einem Punkt des Dämpfungsgliedes an oder nahe an dessen>der Gleichspannungszuführungswendel abgewandtem Ende verläuft.According to the invention, a helically coupled "edges" field tube a delay coil, one yeite with a Connected to the antenna through which the input radio frequency signal can be coupled into the delay coil and which runs within the end turns of this coil, further an attenuator which is connected to the other end of the antenna and which exits the helix near the antenna-side end - sen surrounds so that the JMidwindungen on the antenna side End protruding from the attenuator, and means for supplying a DC voltage to the pendulum »These means contain a DC voltage supply T / endel, which the Surrounding end turns of the delay coil, as well as a connection , which is separate from the attenuator itself and between the iäide of the light voltage supply coil, which is closer to the attenuator and a point on the attenuator at or close to it> facing away from the DC voltage supply coil End runs.

Nach einem Merkmal der Erfindung enthält eine wendelgekoppelte Wanderfeldröhre eine Verzögerungswendel, ein. zylindrisches Dämpfungsglied, das einen Teil der Verzögerungswendel koaxial umschließt, derart, daß einige Windungen dieser //enael aus dem Dämpfungsglied herausragen, weiter eine koaxial angeordnete Antenne, die innerhalb der herausragenden jändwindungen verläuft und das herausragende Ende der Verzögerungswendel mit dem Dämpfungsglied an oder nahe dessen benachbartem Ende verbindet, sowie eine GleichspannungsZuführungswendel, aie die herausragen^According to one feature of the invention, a helically coupled traveling wave tube contains a delay helix. cylindrical Attenuator, which coaxially encloses part of the delay coil, in such a way that some turns of this // enael from the Attenuator protrude, further a coaxially arranged Antenna that runs within the protruding windings and connects the protruding end of the delay coil to the attenuator at or near its adjacent end, as well as a DC voltage supply coil, all of which protrude ^

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den Windungen koaxial umschließt und deren dem Dämpfungsglied näher gelegenes Ende mit diesem über eine Verbindungsleitung, die in Längsrichtung innerhalb des Dämpfungsgliedes zwischen diesem und der Verzögerungswendel zu einem Punkt an oder nahe dem der GleichspaimungsZuführungswendel abgekehrten Ende verläuft} verbunden ist·coaxially encloses the turns and the attenuator closer end to this via a connecting line running in the longitudinal direction within the attenuator between this and the delay helix to a point at or near the end facing away from the co-paring feed helix} connected is·

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt, daß der wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Figuren darin besteht, daß in FIg· 2 die GleichspannungsZuführungswendel 6 direkt mit dem benachbarten Ende des Dämpfungsgliedes 5 verbunden ist, in Fig. 5 jedoch diese Verbindung über eine Leitung 61 erfolgt, die in Längsrichtung durch das Dämpfungsglied zwischen diesem und der Verzögerungswendel verläuft und mit dem Dämpfungsglied an dessen von der GleichspannungsZuführungswendel 6 abgelegenen Ende verbunden ist· Dieser Unterschied ist, vom rein mechanischen Standpunkt aus gesehen, sehr gering, so daß sich für die Praxis der große Vorteil ergibt, daß die Konstruktion gemäß Fig. 3 nicht aufwendiger ist bzw. nur vernachlässigbar höhere Kosten ergibt als die gemäß Fig. 2· Elektrisch jedoch und aus betrieblicher Sicht ist die durch diesen Unterschied erzielte Verbesserung recht bemerkenswert, da sie dazu führt, dab die Spitzen X der voll ausgezeichneten Kurve A der Fig. 4- aus einem sehr breiten praktischen Frequenzbereich eliminiert werden können und eine Kurve entsteht, die in Fit-;· 4- durch die gestrichelt dargestellt Linie B wiedergegeben wird.Fig. 3 shows a preferred embodiment of the invention. A comparison of Figures 2 and 3 shows that the main difference between these two figures consists in the fact that in FIG. 2 the DC voltage supply coil 6 is connected directly to the adjacent end of the attenuator 5 is connected, but in Fig. 5 this connection takes place via a line 61, which runs in the longitudinal direction through the attenuator between this and the delay coil and with the attenuator at its remote from the DC voltage supply coil 6 End is connected · This difference is, from a purely mechanical point of view, very small, so that for the The great advantage in practice is that the construction according to FIG. 3 is not more complex or only negligibly higher Cost results than that of FIG. 2 · Electrical however and from an operational point of view is that achieved by this difference Improvement quite remarkable as it leads to the Peaks X of the fully drawn curve A of Fig. 4- from one very broad practical frequency range can be eliminated and a curve is produced which is in Fit-; · 4- through the dashed line shown line B is reproduced.

Die theoretische Erklärung für die durch die Erfindung erzielte merkliche Verbesserung ist noch unklar. Es scheintThe theoretical explanation for that achieved by the invention noticeable improvement is still unclear. It seems

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wahrscheinlich, daß die Verbesserung teilweise durch die fox't schreitende Abschirmung der Verbindungsleitung 61 durch das Dämpfungsglied gegen das hochfrequente Feld, zum anderen Teil durch die Tatsache, daß die Verbindung zwischen der Leitung 61 und dem Dämpfungsglied in einem Bereich niedriger Feldstärke des hochfrequenten Feldes erfolgt, zustande kommt. In dieser Art beeinflussen die Reaktanzen der Gleichspannungszuführungssehaltung nicht die Kopplung der Hochfrequenzenergie zwischen Hohlleiter und Verzögerungsleitung.likely that the improvement is due in part to that fox't progressive shielding of the connecting line 61 through the attenuator against the high-frequency field, on the other hand by the fact that the connection between the Line 61 and the attenuator in an area of low field strength of the high-frequency field occurs. In this way, the reactances affect the DC voltage supply circuit not the coupling of the high frequency energy between the waveguide and the delay line.

Bei der Ausführung gemäß Fig· 3 ist das elektrische Feld im wesentlichen üoer den gesamten Wendelbereich symetrisch, so dan die Störung durch den Katodenstrahl, die bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 durch die Antenne auftritt, vermieden wird, während die Ladung auf den Quarzhalterungsstäben 3 stabil ist, was bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ebenfalls nicht der Fall ist.In the embodiment according to FIG. 3, the electric field is im essential over the entire filament area symmetrically, so then the disturbance by the cathode ray, which in the known Arrangement according to FIG. 1 occurring through the antenna is avoided while the charge on the quartz support rods 3 is stable, which is also not the case with the arrangement according to FIG. 1.

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Claims

A nstrology

f1.) Helically coupled traveling wave tube, characterized by a ^ - Delay coil, one side of which is connected to an antenna is, via which the input high-frequency signal can be coupled into the delay coil and the inside The end turns of this helix runs further through an attenuator that connects to the other end of the antenna is connected and the coil near the antenna-side end surrounds the outside, so that the end turns on the antenna-side Protrude from the end of the damping element, and through Means for supplying a direct voltage to the filament, which contain a direct voltage supply filament, which surrounds the end turns of the delay coil, as well as a connection that is separated from the attenuator itself and between the end of the DC voltage supply coil which is closer to the attenuator and a point of the attenuator at or close to its end facing away from the DC voltage supply coil.

2 «. Helically coupled traveling wave tube, characterized by a Delay coil, through a cylindrical attenuator, which coaxially encloses part of the delay coil, so that some turns of this coil from the attenuator protrude further through a coaxially arranged antenna which runs within the protruding end turns and the protruding end of the delay coil with the attenuator -at or near its adjacent end connects, as well as through a sliding voltage supply helix, which coaxially surrounds the protruding turns and the end thereof which is closer to the attenuator with the latter

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is connected via a connecting line, which runs in the longitudinal direction / within the attenuator between the latter and the delay helix to a point at or near the Ignde facing away from the coaxial feed helix.

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