DE2134996B2 - Wanderfeldverstaerkerroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeldverstärkerröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in Strahlrichtung hintereinanderliegenden. mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung stehenden und auf die Betriebsfr-quenz abgestimmten WechselwirkungszelSen sowie aus einer Anzahl von auf Frequenzen in der Nähe der Grenzfrequenzen abgestimmten Hohlraumresonatoren, die, in radialer Richtung gesehen, außerhalb der Wechselwirkungszellen auf einer Parallelen zur Strahlrichtung hintereinander angeordnet sind, mit je einer der Wechselwirkungszellen in Verbindung stehen und in denen je ein körper aus einem verlustbehafteten Material angeordnet ist (Dämpfungshohlraumresonatoren).

Eine solche Wanderfeldverstärkerröhre ist aus der deutschen Patentschrift 1 297 768 bekannt. Bei dieser bekannten Wanderfeldverstärkerröhre haben die Dämpfungshohlraumresonatoren den Zweck, eine frequenzabhängige Bedämpfung der Verzögerungsleitung zu bewirken, um die Neigung der Röhre, im Bereich der Grenzfrequenzen der Verzögerungsleitung /u 'chwingen, zu vermindern. Dieses Ziel wird auch erreicht, jedoch ist die von den Dämpfungsh.ihlraumresonatoren bewirkte Dämpfung im wesentlichen von der Richtung unabhängig, mit der sich üie elektromagnetische Welle längs der Verzögerungsleitung fortpflanzt, so daß nicht nur die für die Schwingungsanregung verantwortliche Rückwärtswclle, sondern im gleichen Maße auch die Vorwärtswelle bedämpft und dadurch der Verstärkungsfaktor der Röhre reduziert wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrifi 1 491 524 ist eine Wanderfeldverstärkerröhre mit kleeblattförmigen Wechselwirkungszellen bekannt, an die ebenfalls bedämpfte Hohlraumresonatoren angekoppelt sind. Die Wirkung dieser Hohlraumresonaloren ist im wesentlichen die gleiche wie bei der vorstehend erwähnten Wanderfeldverstärkerröhre nach der deutschen Patentschrift 1 297 768.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wanderfeldverstärkerröhre der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die nicht nur eine frequenzabhängige, sondern auch eine richtungsabhängige Bedämpfung der Verzögerungsleitung aufweist.

Diese Aulgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Körper aus verlustbehaftetem Material jeweils in die angrenzende Weehselwirkungszelle der Verzögerungsleitung hineinragen.

Bei der erfindungsgemäßen Wanderfeldverstärkerröhre bewirken die verlustbchaftcten Hohlraumresonatoren ebenso wie bei den bekannten Wanderfeldverslärkerröhren eine frequenzabhängige Dämpfung, während die in die angrenzende Wechselwirkimcszcllc der Verzögerungsleitung hineinragen-

den Abschnitte des verlustbehafteten Körpers eine tun der Fortpllanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle in der Verzögerungsleitung abhängige Dämpfung bewirken, und zwar in der Weise, daß tue Verluste für die Rückwärtswelle größer sind als die Verlust·: für die Vc.rwäriswelle, wodurch eine weitere Erholung der Röhrenstabilität erreicht wird. Durch die Erfindung wird also auf überraschend ein-Iache Weise die frequenzabhängige Bedämpfung der Verzögerungsleitung mittels abgestimmter Hohlraumresonatoren mit der richtungsabhängigen Bedämpfung der Verzögerungsleitung durch die Bedampfung der Verzögerungsleitung mit verlustbehaftetem Material kombiniert, wie sie beispielsweise in dem Buch von A. H. W. Beck: »Space-Charge Waves and slow Electromagnetic Waves«. IVrgamon Press 1958. insbesondere S. 21 ft. behandelt ist.

Die Erfindung ist auch bei Wanderf'ldver-.tärkermhren anwendbar, die mehrere in Strahlrichtung hinteremanderliegende und nur elektronisch miteinander gekoppelte Verzögerungsleitungsabschnitk aufweisen. Während bei Wanderfeldverstärkerröhren mit ungeteilter Verzögerungsleitung vorzugsweise alle Körper im wesentlichen gleich weit in die angrenzende Wechselwirkungszelle hineinragen, nimmt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einer in mehrere Abschnitte unterteilten Verzögerungsleitung die Eindringstrecke in wenigstens einem der Verzögerungsleitungsabschnitle als Funktion des Abstandes vom Ende dieses Verzögerungsleitungsabschnittes fortlaufend ab. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der besondere Vorteil erzielt, daß die in die Zellen der Verzögerungsleitung hineinragenden Abschnitte der verlustboafteten Körper eine fortlaufend zunehmende Dämpfung bewirken, die zu einem refiexionsfreien Abschluß des Verzöeerungsleitungsabschnittes führt. Daher erübrigen sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung zusätzliche Abschlußwiderstände für die Verzögerungsleitung, und es wird gleichzeitig ein verbesserter Abschluß erzielt.

insgesamt hat die erfindungsgemäße Wanderfeld- \erstärkerröhre gegenüber den bekannten Röhren den Vorteil, daß sie bei großer Bandbreite Ausgangssignale höherer Leistung liefern kann.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1, teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, eine erste Ausführungsform einer Wanderfeldröhre nach der Erfindung mit einem einzigen Verzögcrungsleitungsabschnitt,

Fi g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 durch die Wanderfeldröhre nach Fig. 1.

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 durch die Anordnung nach Fi g. 2.

Fi g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 durch die Anordnung nach Fi g. 2,

Fig. 5. tcil'.veise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, eine weitere Ausführungsl'orm einer Wanderfeldröhre nach der Erfindung, deren Verzögerungsleitung in mehrere Abschnitte unterteilt ist, und

Fig. 6 perspektivisch in Explosionsdarstellung einen Abschnitt der Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre nach F i g. 5.

Die in Fig. 1 dargestellte Wanderfeldröhre 10 weist eine Anordnung 12 von Magneten 32, Polstücken 34 und Abstandshalter 42 auf. Die Abstandshalter 42 und die inneren Abschnitte der Polslücke 34 begrenzen die über Löcher 48 in den Polstücken 34 gekoppelten Wechselwirkungszellen 46 einer Verzögerungsleitung, während die Magnete 32 und Polstücke 34 eine periodische Fukussieranordnung für den Elektronenstrahl bilden, der die Verzögerungsleitung in Längsrichtung durchdringt. Wie" aus "den F i g. 2 und 4 ersichtlich, enthalten

ίο Abstandshalter 42 der Verzögerungsleitung zwei zylindrische Hohlraumresonatoren 50 und 52. die in abstehenden Lappen 43 und 44 des Abstandshaltern 42 angeordnet sind und deren Längsachsen parallel zu derLängsachse der Wanderfeldröhre 12 verlaufen.

t5 Die Hohlraumresonatoren 50 und 52 haben eine Länue. die der Dicke der Abstandshalter 42 gleich ist. und sind so ausgebildet, daß sie bei einer Frequenz, bei der Verluste in die Verzögerungsleitung eingeführt werden so^;'en. in Resonanz sind.

ao Zylindrische, knopfartige Körper 54 und 56. die aus einer Mischung von keramischen und \erlustbehaiieten Werkstoffen bestehen, sind i.i den Hohlra-inresonatoren 50 und 52 angeordnet und füllen sie im wesentlichen aus. um die gewünschten Veras luste einzuführen. Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Ausbildung der Hohlraumresonatoren 50 und 52 und der verlustbehafteten Körper 54 und 56 sind der USA.-Patentschrift 3 221 204 sowie der tkutschen Patentschrift 1 297 76K zu entnehmen.

Wie F i g. 2 veranschaulicht, ragen die verlustbehafteten Körper 54 und 56 um eine Strecke d in die benachbarte Wechselwirkungszelle 46 hinein. Die Eindringstrecke d beträgt \orzugsweise etwa 5 bis 30" (i des Abstandes vom Rand der Zelle 46 bis zur Achse des Elektronenstrahls, also des Radius r der Wechsel wirkungszelle.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 4 hat die Wanderfeldröhre einen einzigen Verstärkungsabschnitt, und es ist die Eindringstrecke d jedes der verlustbehafteten Körper 54 oder 56 im wesentlichen die gleiche. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen gleichförmig verteilte Dämpfung in die Verzögerungsleitung eingeführt. Diese gleichförmig verteilten Verluste dämpfen elektromagnetische Wellen.

welche die Verzögerungsleitung in Rückwärtsrichtung, also entgegen der Richtung des Elektronenstrahls, durchlaufen, etwa zwei- bis dreimal so stark wie elektromagnetische Wellen, welche dl·.: Röhre in Vorwärtsrichtung, also in Richtung des Elektronen-Strahls, durchlaufen. Demnach bewirken die Hohliaumreson~.toren 50 und 52 und die vorstehenden verlustbehafteten Körper 54 und 56 sowohl eine frequetizabhängige Dämpfung bei der Resonanzfrequenz der Hohlraumresonatoren als auch eine richtungsabhängige Dämpfung, durch die in Vorwärtsrichtung wandernde elektromagnetische Wellen begünstigt werden und die Stabilität der Röhre erhöht wird.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsfo.-m der Erfindung ist die Wanderfeldröhre in mehrere Verstärkerabschnitte unterteilt. Da die Wanderfeldröhre nach den Fig. 5 und (·> derjenigen nach den Fig.! bis 4 sehr ähnlich ist, sind die Komponenten der Wanderfeldröhre nach den F i g. 5 und ft, die mit den entsprechenden Komponenten der Wanderfeldröhre nach den F i g. 1 bis 4 übereinstimmen, mit Bezugszahlen versehen, die in der zweiten und dritten Stelle die »!eichen Ziffern haben

wie clic entsprechenden Komponenten in den F i α. 1 bis 4, denen jedoch die Ziffer 1 vorangestellt ist.

Die in den Fi g. 5 und 6 beispielsweise dargestellte Wanderfeldröhre 110 hat drei Verstärkerabschnitte 162. 164 und 166. Dabei sind der erste und der zweite Vcrstärkcrabschnitl 162 bzw. 164 voneinander durch einen Isolator 168 und der zweite und der dritte Verstärkerabschnitt 164 bzw. 166 voneinander durch einen Isolator 170 getrennt. Die Isolatoren 168 und 170 bewirken eine im wesentlichen vollständige Trennung zwischen den benachbarten Verstärkerabschnitten der Wanderfeldröhre 110 für die elektromagnetischen Wellen, welche die Verzögerungsleitung durchlaufen und im folgenden einfach als Leitungswellen bezeichnet werden.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich, besteht der zum Isolator 168 identische Isolator 170 aus einem abgewandelten Polstück 134', der keine Koppellöcher für die Leitungswelle aufweist.

Fig. 6 veranschaulicht den an den Isolator 170 angrenzenden Abschnitt der Verzögerungsleitung des mittleren Verstärkerabschnittes 164. Es ist ersichtlich, daß die Eindringstrecke aufeinanderfolgender verlustbehafteter Körper 154 a, 154 b, 154 c und

154 rf und ebenso 156«, 156 6, 156 c und 156 d, die in entsprechenden Abstandshaltern 142 a. 142 b, 142 c und 142 rf angeordnet sind und in die entsprechenden Zellen 146 α, 146 ο, 146 c und 146 rf hineinragen, als Funktion des Abstandes in Axialrichtung von dem isolierenden Polstück 134' abnimmt. Die Eindringstrecke kann durch Verändern des radialen Abstandes aufeinanderfolgender verlustbehafteter Körper von der Röhrenachse verändert werden. Bei der in Fig. 6 veranschaulichten bevorzugten Anordnung sind jedoch die aufeinanderfolgenden verlustbehafteten Körper axial zueinander ausgerichtet, und es wird die Eindringstrecke in die entsprechenden Wechselwirkungszellen dadurch verändert, daß Abschnitte verschiedener Größe von den verlustbehafteten Körpern an deren dem Elektronenstrahl zugewandter Seite abgetrennt sind. So weisen in F i g. 6 die verlustbehafteten Körper 154 b, 154 c und 154 rf und ebenso 156 5, 156 c und 156 rf entsprechende ebene Seitenflächen 155 b, 155 c und

155 rf bzw. 157 b, 157 c und 157 rf auf, die dem Elektronenstrahl zugewandt sind und in entsprechenden Ebenen liegen, die auf der Ebene senkrecht stehen, welche durch die Längsachsen der verlustbehafteten Körper und die Achse des Elektronenstrahls verläuft. Der Abstand zwischen den Ebener, der Oberflächen 155 b, 155 c und 155 d und ebenso 157 6, 157 c und 157 rf und dem äußeren Rand der entsprechenden Wechselwirkungszellen 146 b, 146 c und 146 rf ist als Funktion des Abstandes von dem isolierenden Polstück 134' fortlaufend vermindert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Eindringstrecke d (Fig. 2) aufeinanderfolgender vcrlustbehaftetcr Körper als Funktion des Längsabstandcs von dem isolierenden Polstück 134' im wesentlichen linear vermindert, obwohl es sich versteht, daß auch andere Funktionen möglich sind und angewendet werden können.

Da die Eindringstrecke der vcrlustbehaftetcn Körper das Ausmaß der Dämpfung bestimmt, die in die Verzögerungsleitung eingeführt wird, und die

to Verluste um so giößer sind, je größer die Eindringstrecke ist. hat die Anordnung nach F i g. 6 als Funktion des Abstandes von dem isolierenden Polstück 134' eine in Richtung auf dieses isolierende Polstück progressiv zunehmende Dämpfung. Daher ist das Ende des Verstärkerabschnittes 164, das an das isolierende Polstück 134' angrenzt, effektiv mit einem Minimum an Reflexion elektromagnetischer Wellenenergie in Richtung auf den Elektronenstrahlerzeuger 128 abgeschlossen. Als Ergebnis werden unerwünschte Schwankungen der Verstärkung kleiner Signale als Funktion der Frequenz auf ein Minimum reduziert. Da außerdem die Hohlraumresonatoren und die vorstehenden, verlustbehafteten Körper die kombinierte Wirkung einer frequenzabhängigen Dämpfung und einer abgeschlossenen Trennanordnung haben, welche Funktionen bei bekannten Wanderfeldröhren getrennte Dämpfungs- und Abschlußelemente erforderlich machten, benötigt eine in Abschnitte unterteilte Wanderfeldröhre nach der Erfindung weniger Teile und ist kompakter als bekannte unterteilte Wanderfeldröhren vergleichbarer Leistung. Darüber hinaus ist eine unterteilte Wanderfeldröhre nach der Erfindung in der Lage, eine höhere HF-Leistung zu behandeln als bekannte Wanderfeldröhren vergleichbarer Größe.

Es sei darauf hingewiesen, daß die in F i g. 6 veranschaulichte Anordnung so ausgebildet ist, daß sie einen Abschluß für in Vorwärtsrichtung laufende Leitungswellen im mittleren Verstärkerabschnitt 164 aufweist. Die gleiche Anordnung kann am Ende des hinteren Verstärkerabschnittes 162, der an den Isolator 168 angrenzt, vorgesehen sein, um einen Abschluß für in Vorwärtsrichtung laufende Leitungswellen im Abschnitt 162 zu schaffen. Darüber hinaus* kann eine gleiche Anordnung in jedem der Abschnitte 162.164 und 166 vorhanden sein, um einen Abschluß für die rückwärts laufenden Leitungswellen herzustellen. In diesem Fall würde die Eindringstrecke aufeinanderfolgender verlustbehafteter Körper

als Funktion des Abstandes von den Enden der entsprechenden 'erstärkerabschnitte abnehmen, die dem Elektronenstrahlerzeuger 128 zugewandt sind. Demnach würde in den Abschnitten 162 und 164 die Eindringstrecke der verlustbehafteten Körper an

beiden Enden am größten und im Bereich der Mitte dieser A bschnitte am kleinsten sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wandert'eldverstärkerröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in Strahirichtung hintereinanderliegenden, mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung stehenden und auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Wechselwirkungszellen sowie aus einer Anzahl von auf Frequenzen in der Nahe der Grenzfrequenzen abgestimmten to Huhlraumresonatoren, die, in radialer Richtung gesehen, außerhalb der Wechsehvirkungszellen auf einer Parallelen zur Strahlrichtung hintereinander angeordnet sind, mit je einer der Wechselwirkungszellen in Verbindung stehen und in dcrven je ein Körper aus einem verlustbehafteten Material angeordnet ist (DämpfungshohlraumiLM)iiatoren), uadureh gekennz e i c h η e t, daß die Körper (54 und 56) aus Ncrlustbehaftetem Material jeweils in die angrenzende Weehselwirkungszelle (46) der Verzögerungsleitung hineinragen.

2. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch t. dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungshohlraumresonatoren (50 und 52) und die darin angeordneten Körper (54 und 56) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt autweisen und ihre Achsen parallel zur Stral.'richtung verlaufen.

3. WanderteldverstärkerTöhre nach Ansoruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (54 und 56) um etwa 5 bis 30°, υ de- Abstandes (r) vom Rand der Weehselwirkungszelle (46) bis zur Achse des Elektronenstrahls in die angrenzende Weehselwirkungszelle (46) hineinragen.

4. Wanderfeldverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Körper (54 und 56) im wesentlichen gleich weit in die angrenzende Weehselwirkungszelle hineinragen.

5. Wanderfeldverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren in Strahlrichtung hintereinandcrliegenden und nur elektronisch miteinander gekoppelten Verzögerungsleitungsabschnitten, dadurch gekennzeichnet. daß die Eindringstrecke (d), um die die Körper in die benachbarte Weehselwirkungszelle hineinragen, in wenigstens einem der Verzögerungsleitungsabschnitte (164) als Funktion des Abstandes vom Ende dieses Verzögerungsleitungsabschnittes fortlaufend abnimmt.

(S. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringstrecke (rf) ais Funktion des Abstandes vom Ende des Vcrzögerungsleitungsabschnittes (164) im wesentlichen linear abnimmt.

7. Wanderfeldverstärkerröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der in den Dämpfungshohlraumrcsonatoren angeordneten Körper (z.B. 154 b) eine ebene Seitenfläche (155 b) aufweisen, die dem Elektronenstrahl zugewandt und in einer Ebene angeordnet ist. die zu der durch die L.iugsachse des Körpers (154 b) und din Achse des Elektronenstrahls gehenden Ebene im wesentlichen senkrecht steht.

8. Wanderfeldverstärkerröhre nach einem der vnrlii-r.-· henden Ansprüche, deren Wechselwirkungszellen in Strahlrichtung von jeweils zwei Querwänden und in Radialrichtung von jeweils einem zwischen den Querwänden angeordneten ringförmigen Abstandshalter begrenzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungshohlraumresonatoren (50 und 52) in den Abstandshaltern (42) angeordnet und zu der jeweiligen Zelle (46) hin offen sind.