DE2060822A1

DE2060822A1 - Vorrichtung zum Tragen einer Verzoegerungsleitung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2060822A1
Application number: DE19702060822
Authority: DE
Inventors: Burgess James Edward; Graham Robert Leo; Falce Louis Raymond; Scott Allan Woodburn
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1971-06-24
Also published as: US3691630A; US4268778A; GB1329453A; JPS5437467B1; FR2073035A5

Description

Ausgangspunkt der Erfindung

Frühere Verzögerungsleitungen würden im Zylinderteil der Wanderfeldröhre über mehrere dazwischengelegte dielektrische Stäbe getragen, die an einer Seite mit der Verzögerungsleitung und an der entgegengesetzten Seite mit der Innenwand des Zylinders verlötet waren. Bei einigen der früheren Röhren waren die Tragstäbe in Querrichtung geschlitzt und bildeten dielektrische Tragfinger, so daß das dielektrische Material der Tragstruktur zwischen benachbarten periodischen Elementen der Verzögerungsleitung entfernt war, wodurch eine unerwünschte kapazitive Aufladung der Leitung vermindert wurde und die Wechselwirkungsimpedanz verbessert wurde.

Bei den früheren Strukturen war der Wärmeausdehnungskoeffizient des dielektrischen Trägeraufbaus, der etwa aus Aluminiumoxid oder Berylliumoxid besteht, an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Röhrenkörpers angepaßt, indem der Röhrenkörper aus einem Material oder in solcher Welse hergestellt war, daß sein Wärmeausdehnungskoeffizient gleich dem des keramischen Trägers war, um einen Bruch des dielektrischen Trägeraufbaus aufgrund thermischer Spannungen zu vermeiden. Beispielsweise wurde ein Röhrenkörper aus einer porösen Wolfram-Grundmasse, die mit Kupfer infiltriert war, hergestellt, so daß die zusammengesetzte Materialzusammenstellung einen Ausdehnungskoeffizienten gleich dem der Keramik hatte. Bei dieser Anordnung ergab sich die Schwierigkeit, daß der Röhrenkörper zur Vermeidung von Gasleckstellen sehr dick hergestellt werden mußte und ein Anlöten an das zusammengesetzte Material schwierig war.

Andere Röhrenkörper wurden hergestellt, indem aufeinanderfolgende Windungen eines bandförmigen Metallglieds so

zusammengepackt und gelötet wurden, daß wenn der Raum zwischen den Bandwindungen mit Lötmaterial gefüllt war, die gesamte Axialausdehnung der des keramischen Trägeraufbaus entsprach. Es erwies sich jedoch als schwierig, diesen zusammengesetzten Bauteil vakuumdicht herzustellen.

Weiterhin wurden RÖhrengefäße aus abwechselnden Zylindern aus Molybdän und Monelmetall hergestellt, wobei die Axialausdehnungen der Zylinder so proportioniert waren, daß die zusammengesetzte Linearausdehnung der zusammengesetzten Röhre derjenigen des keramischen Trägeraufbaus angepaßt war. Ein solcher zusammengesetzter Aufbau ist schwer herzustellen und sollte möglichst vermieden werden.

Zusammengefaßte Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Tragen der Verzögerungsleitung im Metallzylinder anzugeben.

Gemäß einem Merkaal der Erfindung ist eine Reihe dielektrischer Tragklötze oder Tragzapfen angeordnet, die zwischen der Verzögerungsleitung und dem uagebenden Metallgefäß eingeschoben sind und die einzeln quer zur Verzögerungsleitung angeordnet und an einander gegenüberliegenden Enden mit der Verzögerungsleitung bzw. mit den Gefäß verbunden sind, wobei der Ausdehnungskoeffizient des Zylinders wesentlich verschieden vom Ausdehnungskoeffizienten der dielektrischen Tragzapfen sein kann und die Herstellung der Röhre erleichtert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann zusätzlich zum Vorhergenannten das zylinderförmige Gefäß einen Metallstreifen aufweisen, der sich in Längsrichtung der Verzögerungs-

•leitung In Übereinstimmung mit den äußeren Enden der Tragzapfen erstreckt, an einer Seite mit dem Röhrenkörper und an der anderen Seite mit dem Tragzapfen verbunden ist und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen demjenigen der dielektrischen Tragzapfen gleich ist, so daß die Konstruktion der Röhre erleichtert ist.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung der zapfengetragenen Verzögerungsleitung der beschriebenen Art, gemäß dem ein langgestreckter dielektrischer Trägeraufbau mit einem Metallteil verbunden wird und dann in Querrichtung geschlitzt wird, so daß er die Reihe dielektrischer Tragzapfen bildet, die an ihren Basen mit dem Metallteil verbunden sind, und man dann die freien Endteile der Reihe von Tragzapfen mit der Verzögerungsleitung verbindet und den Metallteil am Verzögerungsleitungsteil des Röhrenkörpers befestigt.

Die Erfindung betrifft auch ein alternatives Verfahren zum Herstellen der Verzögerungsleitung der beschriebenen Art, nach dem man einen dielektrischen Trägeraufbau mit der Verzögerungsleitung verbindet, ihn in Querrichtung schlitzt, so daß er die Reihe von dielektrischen, sich quer zur Verzögerungsleitung erstreckenden und in freie Enden auslaufenden Tragzapfen bildet, und dann die freien Enden der Reihe von Tragzapfen mit einem Metallteil, das sich längs der Verzögerungsleitung erstreckt, verbindet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, es zeigen:

- 5 -10987RMR4/«

Fig. 1 und 2 perspektivische Teilansichten eines dielektrischen Trägeraufbaus, mit aufeinanderfolgenden Schritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Verzögerungsröhre (slow wave tube) mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 3 bis 6 perspektivische Teilansichten eines dielektrischen Trägers, der an benachbarten Windungen einer Wendel-Verzögerungsleitung befestigt ist, mit aufeinanderfolgenden Schritten eines Verfahrens zur Herstellung der von Tragzapfen getragenen Verzögerungsleitung mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Verzögerungsröhre (slow wave tube) mit Merkmalen der Erfindungj

Fig. 8 und 9 perspektivische Teilansichten eines dielektrischen Trägeraufbaus mit den beiden ersten Schritten eines abgewandelten Verfahrens zum Herstellen einer Verzögerungsleitung mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 10 und 11 perspektivische Teilansichten einer Wendeltragvorrichtung zur Veranschaulichung des dritten bzw. vierten Schritts eines Verfahrens zur Herstellung einer von Tragzapfen getragenen Verzögerungsleitung, die Merkmale der Erfindung aufweist; und

Fig. 12 eine perspektivische Teilansicht einer von Tragzapfen getragenen Wendel, die Merkmale der Erfindung aufweist.

In den Fig. 1 bis 7 ist ein Verfahren zum Herstellen einer in Figur 7 im Querschnitt gezeigten, von Tragzapfen getragenen Verzögerungsleitung veranschaulicht. In einem ersten

10982R/ 1 KU

Verfahrensschritt wird ein dielektrischer Trägerstab 1, der beispielsweise aus Aluminiumoxid- oder Berylliumoxid-Keramik besteht, mit einer Mehrzahl von Querschlitzen 2 versehen, die nur durch einen Teil des Stabs 1 verlaufen und eine Reihe von Tragzapfen 3 bilden bzw. begrenzen, die von einem durch den ungeschlitzten Teil des Stabs 1 gebildeten Rückenteil 4 vorstehen.

Im zweiten Verfahrensschritt werden die freien Endteile der keramischen Tragzapfen 3 mit einer geeigneten metallisierenden Verbindung, beispielsweise einer üblichen Molybdän-Mangan- Zusammensetzung, in bekannter Weise metallisiert.

Im dritten Verfahrensschritt werden die freien Endteile der Tragzapfen 3 an benachbarte Windungen einer Wendel-Verzögerungsleitung 5 mit irgendeiner von vielen bekannten Lötlegierungen, die zwischen die Leitung 5 und die metallisierten Tragzapfen 3 eingefügt wird, angelötet. In Abständen um den Umfang der Wendel wird eine Mehrzahl solcher geschlitzter und metallisierter Stäbe 1 angelötet, wie in Figur 7 dargestellt ist.

Im vierten Verfahrensschritt wird der Rückenteil 4 des an die Verzögerungsleitung 5 angelöteten Trägerstabs 1 in Querrichtung in Übereinstimmung mit den vorherigen Schlitzen 2 geschlitzt, so daß eine Reihe der Tragzapfen 3 entsteht, die an einem Ende an benachbarte Windungen der Wendel-Verzögerungsleitung 5 angelötet sind und an ihrem Jeweiligen anderen Ende frei sind.

In einem fünften Verfahrensschritt werden die freien Endteile der Tragzapfen 3 mit einer bekannten Metallzusammensetzung, beispielsweise die bereits erwähnte Molybdän-Mangan-Zusammensetzung, metallisiert.

Im sechsten Verfahrensschritt werden die metallisierten freien Bndteile der Tragzapfen 3 an einen Metallstreifen 6 angelötet, der beispielsweise aus 0,38 nun (0,013 Zoll) dickem Metall besteht und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen demjenigen der keramischen Tragzapfen 3 gleich ist. Ein besonders geeigneter Metallstreifen 6 besteht aus einer Mischung aus Wolfram und Kupfer, die unter dem Warenzeichen "Elkonite" vertrieben wird und aus einer porösen Wolframgrundlage besteht, deren Poren mit Kupfer infiltriert sind. Nachdem die Verzögerungsleitung über die keramischen Tragzapfen 3 mit dem Streifen 6 verlötet ist, wird die zusammengesetzte Leitung chemisch geätzt, um überschüssiges Lot von den Tragzapfen 3 zu entfernen. Für diesen Zweck kann irgendeines der im Handel erhältlichen Säureätzmittel dienen.

Im siebten Verfahrensschritt wird die zusammengesetzte Verzögerungsleitung 5 mit den daran gelöteten Tragzapfen 3 und den längsgerichteten Streifen 6 in den Zylinderteil 7 des Körpers oder Gefäßes einer üblichen Wanderwellenröhre eingelötet. Der Zylinder 7 kann aus einem von einer Anzahl bekannter Gefäßmaterialien bestehen, beispielsweise aus Eisen oder Kupfer, oder er kann als zusammengesetzter Zylinder durch eine abwechselnde Aufeinanderfolge von Elsen- und Kupfernickelscheiben zur Bildung eines zusammengesetzten Gefäßes gebildet sein, das eine integrale Magnetpolstruktur zu» periodischen Fokussieren des Strahls der Wanderfeldröhre aufweist. Die Innenwand des Zylinders 7 weist eine Mehrzahl von längsgerichteten Ausnehmungen 6 auf, deren Tiefe im wesentlichen der Dicke des Metallstreifens 6 entspricht. Der Streifen 6 wird dann an die Innenwand der Ausnehmung 8 mittels einer bekannten Lötlegierung, deren Schmelzpunkt unter dem Schmelzpunkt des zum Löten der Tragzapfen 3 an die

10982R/154A "⁸"

Leitiang 5 verwendeten Lotes liegt, angelötet. Hieraus ergibt sich eine zapfengetragene Verzögerungsleitung gemäß Fig. 7, die den Vorteil bietet, daß das Gefäß bzw. der Zylinder 7 nicht einen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Tragzapfen 3 oder der Verzögerungeleitung 5 angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben muß. Nach dem Verfahren und in der Konstruktion gemäß Figuren 1 bis 7 hergestellte Röhren wurden erfolgreich mit einer Ausgangsleistung von 1kW Dauerstrich im X-Band betrieben.

In den Figuren 8 bis 12 ist ein alternatives Verfahren zum Herstellen der zapfengetragenen Verzögerungsleitung gemäß Figur 7 dargestellt. Im ersten Verfahrensschritt wird, ebenso wie mit Bezug auf Figur 1 beschrieben, der dielektrische Trägerstab 1 in Querrichtung mit Schlitzen 2 versehen und bildet so eine Reihe von Tragzapfen 3, die von einem Rückenteil 4 gehalten werden.

Im zweiten Verfahrensschritt werden gegenüberliegende Seitenflächen des mit Schlitzen versehenen dielektrischen Stabs mit Hilfe eines üblichen Metallisierungsmaterials beispielsweise der bekannten Molybdän-Mangan-Zusammensetzung, metallisiert und bilden metallisierte Flächen 11.

Im dritten Verfahrensschritt wird eine Seite des Stabs 1 an den Metallstreifen 6 angelötet, wie vorher unter Bezugnahm· auf Flg. 6 beschrieben wurde, und zwar mit Hilfe einer geeigneten Lötlegierung.

Im vierten Verfahrensschritt wird der Rückenteil 4 in Übereinstimmung mit den vorher gebildeten Schlitzen 2 mit durchgehenden Schlitzen versehen und bildet sodann eine Mehrzahl

- 9 -10982R/1S4Ä

der dielektrischen Tragzapfen 3» die mit einem Ende am Metallstreifen 6 sitzen und an ihren freien Enden die metallisierte Fläche 11 aufweisen.

Im fünften Verfahrensschritt werden die metallisierten Flächen 11 an den freien Enden mit benachbarten Windungen der Wendel der Verzögerungsleitung 5 verlötet. Wie beim vorherbeschriebenen Beispiel unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben wurde, werden mehrere solcher von einem Streifen getragener Reihen von Zapfen 3 in Abständen um den Umfang der Verzögerungsleitung angelötet, beispielsweise in Abständen von 120° (Figur 7). Nachdem die Tragzapfen 3 mit der Wendel der Verzögerungsleitung 5 verlötet sind, wird die Untereinheit chemisch in der oben anhand von Figur 6 beschriebenen Weise geätzt, um überschüssiges Lot von den Tragzapfen 3 zu entfernen.

Im sechsten Verfahrensschritt wird die Untereinheit in den Zylinderteil 7 des Röhrenkörpers eingelötet, wie ο\η>λ anhand von Figur 7 und des siebten Verfahrensschrittes des zuerst beschriebenen Verfahrens erläutert wurde, so daß eine von Stümpfen getragene Verzögerungsleitung entsteht. Das Verfahren gemäß den Figuren δ bis 12 bietet den Vorteil, daß im Vergleich zum Verfahren gemäß den Figuren 1 bis 7 ein Verfahrensschritt weniger durchzuführen 1st und daß außerdem die Tragzapfen 3 auf dem Metallstreifen 6 gebildet werden, im Gegensatz zu einem Anlöten an den Metallstreifen 6 nach ihrer Bildung. Dies erleichtert das Aufrechterhalten des richtigen Abstands und des Einsetzens der Tragzapfen 3» wenn sie an den Streifen 6 angelötet werden.

- 10 10982R/1544

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde In der Anwendung zum Tragen einer Wendel beschrieben, es 1st jedoch auch zum Tragen anderer Typen von Verzögerungsleitungen, etwa des Ring- oder des Stangentyps sowie von gegengewickelten Wendeln, bifilaren Wendeln, Doppelring- und -Stange und für viele andere Arten solcher Leitungen anwendbar.

- 11 1 0 9 8 ? R/1ZUi

Claims

2080822

Patentansprüche

1J Verzögerungsröhren-Vorrichtung mit einer aus Metall bestehenden Verzögerungsleitung für elektromagnetische Wechselwirkung mit einem Elektronenstrom zum Erzeugen einer Mikrowellenenergie am Ausgang und mit einem rohrfömigen evakuierten Metallgefäß, das die Verzögerungsleitung umgibt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Reihe dielektrischer Tragzapfen (3)» die zwischen die Verzögerungsleitung (5) und das Gefäß (7) eingesetzt sind, die Verzögerungsleitung (5) vom Gefäß (7) aus tragen, daß die Reihe der dielektrischen Tragzapfen (3) sich in Längsrichtung des Gefäßes (7) erstreckt und daß die Tragzapfen (3) der Reihe einzeln in Querrichtung zur Verzögerungsleitung gerichtet sind und mit ihren gegenüberliegenden Enden mit der Verzögerungsleitung (5) bzw. mit dem Gefäß (7) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsleitung (5) wendelförmig ist und benachbarte Tragzapfen (3) der Reihe mit benachbarten Windungen der Wendel verbunden sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Gefäß (7) einen Metallstreifen (6) enthält, der sich in Längsrichtung der Verzögerungsleitung (5) in Übereinstimmung mit der Reihe der Tragzapfen (3) erstreckt, mit dem die äußeren Enden der Tragzapfen (3) verbunden sind und der aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen demjenigen

10982R/154A

des dielektrischen Materials der Tragzapfen (3) gleich ist.

4. Verfahren zur Herstelltang einerVorrichtung gemäß einem

der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß ein dielektrisches Bauteil (1) mit einem metallischen Träger (6) verbunden wird, der dielektrische Bauteil (1) in Querrichtung geschlitzt (2) wird, so daß eine Reihe dielektrischer Tragzapfen (3) entsteht, die an ihrer Basis mit dem metallischen Träger (6) verbunden sind und von diesem vorstehen, die freien Endteile der Tragzapfen (3) mit der Verzögerungsleitung (5) verbindet und den metallischen Träger (6) an einem Teil des Körpers (7) der Verzögerungsröhre befestigt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden des dielektrischen Bauteils (1) mit dem metallischen Träger (6) gegenüberliegende Seiten (11) des dielektrischen Bauteils (1) metallisiert werden und daß eine der metallisierten Seiten (11) des dielektrischen Bauteils (1) mit dem metallischen Träger (6) verbunden werden.

6. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem

der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein dielektrisches Tragbauteil (1) mit der Verzögerungsleitung (5) verbunden wird, das dielektrische Tragbauteil (1) zur Bildung/dielektrischen Tragzapfen (3), die mit einem Ende mit der Verzögerungsleitung (5) verbunden sind und von dieser vorstehen, in Querrichtung geschlitzt (2) werden und die freien Bndteile der dielektrischen Tragzapfen (3) mit einem metallischen Träger (6) verbunden werden, der sich in der Längsrichtung der Verzögerungsleitung (5) erstreckt.

10982RMR44 -13-

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der metallische Träger ein Metallstreifen (6) ist und dieser mit dem Gefäßkörper (7) der VerzogerungsrO.hre verbunden wird.

10982R/1544