DE2103608C2

DE2103608C2 - Wanderfeldröhre vom M-Typ

Info

Publication number: DE2103608C2
Application number: DE2103608A
Authority: DE
Inventors: Bernard Sceaux Epsztein; Pierre Orsay Guenard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-01-26
Filing date: 1971-01-26
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2076723A5; GB1344385A; US3708764A; DE2103608A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre vom M-Typ, mit einer Verzögerungsleitung, einer im wesentlichen parallel zu der Verzögerungsleitung •ngeordrieten Elektrode, die gegenüber der Verzögerungsleitung auf negativem Potential liegt, wobei ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der Verzögerungsleitung aufgebaut ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines zu dem elektrischen Feld »entrechten Magnetfeldes in der Röhre, mit einer Kathode zur Erzeugung eines Elektronenbündßls, das senkrecht zu dem elektrischen Feld und zu dem Magnetfeld ausgesandt wird, und mit einer auf der Austrittseite der Kathode vor dieser angeordneten Steuerelektrode zur Modulation des Elektronenbündels. Bekanntlich ist eine M-Röhre eine Wanderfeldröhre, welche entweder mit Vorwärts- oder mit Rückwärtswellen arbeitet und außer den in den anderen Röhren dieser Art vorhandenen Teilen eine zusätzliche Elektrode, die als Grundplatte bezeichnet wird, sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, dessen Richtung einerseits senkrecht zu dem zwischen der Verzögerungsleitung der Röhre und der Grundplatte vorhandenen elektrischen Feld und andererseits senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Elektronenbündels in dem von der Verzögerungsleitung und der Grundplatte begrenzten Raum verläuft Diese Röhre weist im allgemeinen darüber hinaus Eingangs- und Ausgangsglieder für die Hochfrequenz auf, weiche mit <ien Enden der Verzögerungsleitung elektrisch verbunden sind.

Es gibt zahlreiche Ausführungsformen dieser Röhrenart, von denen beispielsweise die Verstärker oder Wanderfeldröhren vom M-Typ und die Oszillatoren mit gesteuerter Phase genannt werden können. Eine ähnliche Röhre ist z.B. in der GB-PS 7 43 519 beschrieben.

Die M-Röhren, welche höhere Leistungen erbringen können, sind bish< r Gegenstand zahlreicher Untersuchungen und Entwicklungen gewesen.
Wanderfeldröhren der eingangs genannten Art sind z. B. aus den US-PS 27 02 370 und 27 04 350 bekannt Diese bekannten Röhren enthalten eine Steuerelektrode, die mit einem niederfrequenten Modulationssignal beaufschlagt wird, um das verstärkte Höchstfrequenzsignal durch Steuerung des Elektronenbündels ein- oder auszuschalten, also zu tasten.

Bei allen bekannten Wanderfeldröhren wird das zu verstärkende Höchstfrequenzsignal direkt in die Verzögerungsleitung eingespeist Nachteilig ist bei diesem Röhrentyp bekanntlich der hohe Rauschpegel, welcher auf der Instabilität der Raumladung des Bündels in dem zwischen der Kathode und dem Beginn der Verzögerungsleitung, d. h. der Elektronenkanone, liegenden Teil der Röhre beruht. Dieser Effekt besteht in einem Verstärkungsmechanismus, welcher im Inneren des Bündels unabhängig von den äußeren Schaltungen und auch bei Abwesenheit jeglicher äußeren Schaltung auftritt, wenn ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zu den Elektronenflugbahnen angelegt wird, und sie verstärkt jegliche im Bündel vorhandene Modulation und in erster Linie die normalerweise mit der Elektronenemission verbundene Rauschkomponente. Dadurch ist bei den M-Röhren ein hohes Eingangssignal erforderlich, so daß die Verstärkung der Röhren wesentlich vermindert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wanderfeldröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein niedrigerer Rauschpegel und eine höhere Verstärkung als bei den bekannten Wanderfeldröhren erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Wanderfeldröhre der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß an die Steuerelektrode gleichzeitig ein negatives Polarisatiönspotential und die durch Ausbreitung auf der Verzögerungsleitung zu verstärkende Höchstfrequenzenergie angelegt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre erfolgt eine Dichtemodulation des Elektronenbündels in der

Umgebung der Kathode. Diese Dichtemodulation muß unterschieden werden von dem üblichen Begriff der Modulation, welche im allgemeinen mittels eines nahe der Kathode, von der das Bündel emittiert wird, angeordneten Gitters bei kontinuierlichem oder pulsierendem Betrieb und mit sehr niedrigen Frequenzen auf das Elektronenbündel alle·· Arten von Röhren, wie beispielsweise bekannter Trioden, gegeben wird, welche bei außerhalb des Höchs'.frequenzbandes gelegenen Wellenlängen arbeiten, d. h. bei Wellenlängen von mehr als 40 oder 50 cm, sowie unter diesen Trioden gleichermaßen von Röhren, welche mit periodischen Verzögerungsleitunger, zum Aufnehmen der Energie der Elektronen des Bündels versehen sind.

Bei den Trioden dkser letzteren Art legt man ebenfalls an die Bahn des Bündels ein Magnetfeld zum Zweck der Fokussierung an, aber es verläuft im allgemeinen parallel zum elektrischen Feld und hat keine Gemeinsamkeit mit dem bei den M-Röhren angewendeten Magnetfeld, welches senkrecht zu dem längs der Flugbahn des Bündels herrschenden elektrischen Feld verläuft und welche·; eine grundlegende Rolle bei der Energieübertragung in der R'.hre spielt. Mit anderen Worten, die Röhren, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, unterscheiden sich wesentlich von allen bekannten Röhren und auch von solchen Röhren, welche periodische Verzögerungsanordnungen enthalten.

In den Wanderfeldröhren nach der Erfindung treten bei der Modulation des Elektronenbündels mittels des Gitters vor der Kathode spezielle Effekte auf, die bei der Modulation in üblichen Röhren wie Trioden nicht vorhanden sind. Das zu verstärkende Nutzsignal wird nämlich gerade an der Stelle eingespeist, wo die aufgmnd von Instabilitäten der Raumladungen im Elektronenbündel erzeugte Rauschspannung noch sehr gering ist, d. h. in unmittelbarer Nähe der Kathode, wo sich das Gitter befindet.

Tatsächlich wird im Gegensatz zu den Vorgängen bei bekannten Vorrichtungen das Höchstfrequenzsignal mit einer größer ·η Signalhöhe im Vergleich zu dem auf der Kathodenemission beruhenden Rauschpegel in eine Zone der M-Röhre eingegeben, in der die sich aufgrund des Magnetfeldes bei solchen Röhren für das Rauschen ergebende charakteristische Verstärkung noch gering ist. Der Signal-Rausch-Abstand, welcher sich aus dieser EinspeisunjjSweise ergibt, stellt ein«, bemerkenswerte Verbesserung dar.

Im weiteren Verlauf des Elektronenbündels bewirkt der für die M-Typ-Wanderfeldröhren typische, durch das Magnetfeld verursachte Verstärkungseffekt eine gleichzeitige Verstärkung des eingespeisten Signals und des RauscKjignals. Es tritt also keine Veränderung des Signal-Rausch-Abstands im Verlauf dieser Verstärkung ein.

Während bei bekannten Wanderfeldröhren eine hohe Eingangsleistung eingespeist werden muß, um einen ausreichenden Rauschabstand von der durch den charakteristischen Verstärkungseffekt an der Einspeisungsstelle vorhandenen Rauschleistung zu erzielen, genügen bei der Einspeisung am Gitter vor der Kathode vergleichsweise sehr viel geringere Signalpegel. Durch die Erfindung werden also gleichzeitig ein besserer Räuschabstand und eine höhere Verstärkung des Nützsignäls erreicht

Ferner entfallen bei der erfindungsgemäßen Wander* feldröhre die lokalisierten Dämpfungen die bei der Einspeisung des Signal:, in die Verzögerungsleitung auftreten. Dadurch kann die Länge der Verzögerungsleitung reduziert werden, so daß die Röhre einen geringeren Platzbedarf aufweist. Außerdem zeichnet sich durch eine hohe Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang aus.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch im Teilschnitt zwei Ausführungsformen einer Verstärkeranordnung ίο gemäß der Erfindung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Röhre.

In diesen beiden Figuren sind gleiche Teile mic den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt die Anwendung auf eine lineare Röhre vom M-Typ dar.

Diese weist in einem von einem Gehäuse 30 begrenzten Vakuumraum eine Draht 1 geheizte Kathode 2, ein Modulationsgitier 3, eine Verzögerungsleitung 5, weiche beispielsweise ein Kettenleiter ist, eine Grundplatte 4, eine Elektrode 6 zur Fokussierung des Bündels und eine Elektrode 7 zur magnet· ;hen Abschirmung des Bündels au^.

Diese Röhre unterscheidet sich von einer bekannten Wanderfeldröhre vom M-Typ mit Modulationselektrode durch die folgenden Punkte:

— Der Eingang der Vorrichtung zur Dichtemodulation des Bündels (in F i g. 1 schematisch durch einen Draht dargestellt) ist ein Höchstfrequenzeingang: — die Verzögerungsleitung endet suf der Seite der Elektronenkanone in einer angepaßten Belastung, weist jedoch keine örtliche Dämpfung oder Unterbrechung auf.

Diese angepaßte Belastung 14, welche hier außerhalb des Gehäuses 30 dargestellt ist, kann sich auch im Inneren des Vakuumraumes befinden. Sie kann von irgendeiner bekannten Bauart sein: eine Kohlenstoffbelastung, ein Wasserkeil oder, wenn sie sich im Hneren der Röhre befindet, ein absorbierender Niederschlag an dem auf der Seite der Elektronenkanone befindlichen Eni'2 der Verzögerungsleitung.

Bei einer außerhalb der Röhre angeordneten angepaßten Belastung muß der Anschluß zwischen der

« Verzögerungsleitung und der angepaßten Belastung sorgfältig vorgenommen werden, um Reflexionen zu vermeiden. Nach diesem Anschließen hat die Leitung eine homogene Struktur bis zum Hochfrequenzausgang.

Die Arbeitsweise der Röhre wird anhand der Fig. I erläutert, in welcher einfach die Schaltanordnung am Eingang der Röhre dargestellt ist. wobei die übrigen Zuleitungen bekannt sind. Die Grundplatte 4 ist auf ein negatives Potential bezüglich der Kathode gebracht, während die Verzögerungsleitung wie auch der positive Pol der Hochspannungsquelle WTrnit Masse verbunden ist, während der n"gative Pol dieser Spai.ivmgsquelle mit der Kathode verbunden ist. Das Gitier 3 ist mittels einer Hilfsspann-ingsquelle 11 auf ein Potential gebracht, welches gleich dem Potential der Kathode ist oder demselben nahekommt. Eine Drosselspule 10 kann in diesen Krois eingeschaltet sein.

Das zu verstärkende Höchstfrequenzsignal, wird von einer Höchstfreqüenzquelle, beispielsweise einem OsziU iätof 9, geliefert Dieses Signal wird auf das Gitter 3 über einen Kondensator 8 gegeben, welcher den Oszillator 9 von der an das Gitter 3 gelegten hohen Gleichspannung trennt. In Höhe der Kathode moduliert das Höchstfrequenzsignal, desseii Amplitude weit über derjenigen der

Störsignale (Rauschen) liegen kann, das Bündel in seiner Dichte. Das Höchstfrequenzsignal erfährt längs des Bündels eine sehr hohe Verstärkung in dem Zwischen dem Gitter und der Verzögerungsleitung gelegenen Raum.

Das Bündel führt sodann seine Leistung in die Verzögerungsleitung ein, welche dieselbe an die Nutzlast 16 wie bei einer bekannten Wanderfeldröhre vom M-Typ abgibt. Ein Auffänger 17 nimmt das Bündel auf.

Versuche mit einer solchen Wanderfeldröhre haben eine Erhöhung der Verstärkung von mehr als ungefähr 1OdB bezüglich der Ergebnisse, welche mit einer bekannten Wanderfeldröhre vom M-Typ unter den gleichen Spannungs- und Strombedingungen erhalten werden, sowie eine sehr starke Rauschvefminderung gezeigt, welche 1OdB weit übersteigt.

In Fig.2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbesserung einer Wanderfeldföhre vom M-Typ gezeigt. Bei dieser Äusiönrungsfonii ζσ weist die Vorrichtung zur Dichtemodulation des Bündels in Höhe der Kathode eine Koaxialleitung 21 auf. in welche das Höchstfrequenzsignal eingegeben wird. Ihr Ende bildet ein T, dessen horizontaler Schenke! einerseits durch die Kathode 2, welche vom Innenleiter 20 der Koaxialleitung getragen wird, und andererseits durch ein Gitter 27 abgeschlossen wird, welches vom Außenleiter 22 der Koaxialleitung getragen wird, svobei ein Zwischenraum das Gitter von der Kathode trennt. Die Länge der Koaxialleitung ist so gewählt, daß das Höchstfrequenz-Modulationssignal des Bündels in Höhe der Kathode eine maximale Amplitude besitzt. λ/4-Fallen 23, wobei λ die Wellenlänge des Höchslfreqtienz-Modulationssignals des Bündels ist, gewährleisten die Hochspannungsisolierung der Kathode 2 und des Gitters 27 von der übrigen Koaxialleitung.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Es wird insbesondere festgestellt, daß es möglich ist, das Rauschen der Röhre noch zu vermindern und den Wirkungsgrad und den Durchlaßbereich noch zu verbessern, indem gleichzeitig ein Höchstfrequenzsignal auf ein Gitter, wie das Gitter 3 der Fig. I₁ oder in eitle Koaxialleitung, wie die Koaxialleitung 21 in Fig.2, sowie auf den Eingang 24 der Verzögerungsleitung, wie sie in einer bekannten Wanderfeldröhre vom M-Typ vorhanden ist, gegeben wird. In diesem Fall müssen die erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, damit die beiden Modulationssignale in Phase sind. Jedoch ist eine Entkopplung zwischen dem Hochfre- IJUdliLCftfgnilg UIIU *aU3g(l!tg UVr rMbVguiuirgdiuuuiig erforderlich, und daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Unterbrechung oder einer örtlichen Dämpfung.

Andererseits ist die erfindungsgemäße Anordnung auf eine Oszillatorschaltung anwendbar, welche eine umgekehrte Wanderfeldröhre mit geregelter Phase .vom Typ M verwendet. In diesem Fall wird auf der Seite des Auffängers die Verzögerungsleitung nicht durch eine geringe Dämpfung (welche wenigstens teilweise die R,*lexionen am Ende der Leitung ausschaltet), sondern durch eine angepaßte Belastung abgeschlossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre vom M-Typ, mit einer Verzögerungsleitung, einer im wesentlichen parallel zu der Verzögerungsleitung angeordneten Elektrode, die gegenüber der Verzögerungsleitung auf negativem Potential liegt, wobei ein elektrisches Feld zwischen der Elektrode und der Verzögerungsleitung aufgebaut ist, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines zu dem elektrischen Feld senkrechten Magnetfeldes in der Röhre, mit einer Kathode zur Erzeugung eines Elektronenbündels, das senkrecht zu dem elektrischen Feld und zu dem Magnetfeld ausgesandt wird, und mit einer auf der Austrittseite der Kathode vor dieser angeordneten Steuerelektrode zur Modulation des Elektronenbündels, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerelektrode (3, 27) gleichzeitig ein negatives Polarisat'ionspotential und die durch Ausbreitung auf der Verzögerungsleitung (5) zu verstärkende Höchstfrc^uenzenergie angelegt sind.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Steuerelektrode (3,27) eine weitere Einrichtung zur Einleitung der Höchstfrequenzenergie vorgesehen ist, durch die diese an die Verzögerungsleitung (5) angelegt ist.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (3,27) und die zweite Einrichtung zur Einleitung der Höchstfrequenzenergie von derselben Höchstfrequenzquelle (9) gespeist sind.

4. Wandfrf eidröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (17) zur bntnahme der Höchstfrequenzenergie an dem von der Kathode (2) entfernt liegenden Ende der Verzöge, ungsleitung (5) und eine abgestimmte Absorptionseinrichtung (14), die mit dem anderen Ende der Verzögerungsleitung (5) verbunden ist, vorgesehen sind.

5. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Entnahme von Höchstfrequenzenergie an dem Ende der Verzögerungsleitung (5), das der Kathode (2) benachbart ist, und eine abgestimmte Absorptionseinrichtung, die mit dem anderen Ende der Verzögerungsleitung (5) verbunden ist, vorgesehen sind.

6. Wanderfeldröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektrode (27) eine Koaxialleitung (21) zugeordnet ist, deren Innenleiter (20) an der Kathode (2) endet und diese trägt und deren Außenleiter (22) an der Steuerelektrode (27) endet und diese trägt, wobei die Steuerelektrode (27) und die Kathode (2) durch einen Abstand voneinander getrennt sind.