DE2160633A1

DE2160633A1 - Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren

Info

Publication number: DE2160633A1
Application number: DE19712160633
Authority: DE
Inventors: Allan Woodburn; Hiramatsu Yukio; Los Altos Calif. Scott (V.St.A.)
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1970-12-14
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1972-06-22
Also published as: US3654509A

Description

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nutzbare Bandbreite der Röhre erheblich vergrößert wird. Stand der Technik: .

Es ist bereits bekannt, eine Ring- und-Stange-Struktur von einem diese umgebende metallischen fassartigen Gefäß über eine Reihe von metallischen Pfosten abzustützen, die das Faß mit den Stangenteilen der Ring- und-Stange-Leitung verbindet. Bei einer solchen Rohre hatten die Stützpfosten eine Länge in der Größenordnung von einer viertel Wellenlänge, . um für die Mikrowellenleitung eine hohe Impedanz zu erhal-™ ten. Zusätzlich wurden elektrisch leitende Belastungskämme, die aus Reihen von metallischen Fahnen bestanden, mit dem Faß verbunden und ragten in den Bereich zwischen benachbarten Ringteilen der Ring- und-Stange-Verzögerungsleitung-vor, um die Dispersion der Leitung am niederfrequenten Ende des Betriebsbereiches herabzusetzen (Walter Revis Ayers "High Power Applications of the Connected Ring Structures in Traveling Wave Tubes" ASTIA AD Report 207168 ML Report 554 aus 1958, Seite 50).

Die Belastungskämme der bekannten Röhre dienten zwar dazu, die Dispersion der Leitung herabzusetzen, die mit Stützen ge- |) stützte Leitung war aber immer noch eine relativ streuende Leitung, die eine Bandbreite von erheblich weniger als einer halben Oktave hatte.

Es ist ferner bekannt, eine von einer Wendel abgeleitete Leitung, wie eine Ring- und-Stange-Leitung, mit einem keramischen Kamm oder einer serpentinsnförmigen keramischen Struktur abzustützen, die mit der Verzögerungsleitung und dem Faß der Verzögerungsleitung zu verbinden, um die Wärmekapazität der Leitung zu erhöhen (US-Patentschriften 3 505 730; 3 508 108). Solche von einer Wendel abgeleitete dielektrisch gestützte Verzögerungsleitungen haben die

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Wärmekapazität erhöht und ergeben einen relativ breitbandigen Betrieb, beispielsweise von 20 %, es ist jedoch ervränscht,' die Bandbreite solcher von der "Viende 1 abgeleiteter Verzögerungsleitungen mit dielektrischer Abstützung auf mehr als 40 % zu vergrößern und vorzugsweise auf eine volle Oktave der Bandbreite.

Zusammenfassung der Erfindung: ,

Durch die Erfindung soll eine verbesserte von einer Wendel abgeleitete Verzögerungsleitung mit dielektrischer Abstützung und eine damit arbeitende Röhre"verfügbar gemacht werden. Erfindungsgemäß wird in einer dielektrisch gestützten, von einer Wendel abgeleiteten Verzögerungsleitung eine Reihe von elektrisch leitenden Fahnen vorgesehen, die zwischen benachbarten dielektrischen Stützfahnen der dielektrischen Abstützung angeordnet sind, werden diese elektrisch leitenden Fahnen elektrisch mit dem metallischen Faß der Röhre gekoppelt, um für Mikrowellen eine Erde in engem Abstand von den periodischen Elementen der Verzögerungsleitung zu erhalten, so daß die Dispersionseigenschaften der Verzögerungsleitung am niederfrequenten Ende des Betriebsbandes herabgesetzt v/erden.

Vorzugsweise v/erden die Wurzeln der leitenden Fahnen mit dem Faß verbunden.

Gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird die dielektrische Abstützung für die Verzögerungsleitung serpentinenförmig ausgeführt, wobei eine Reihe von fahnenförmigen dielektrischen Elementen miteinander so verbunden sind, daß. eine mäandernde serpentinenförmige Struktur gebildet wird, vrabei die elektrisch leitenden Fahnen zwischen die dielektrischen Stützfahnen eingeschaltet sind und die serpentinen-

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förmige dielektrische Abstützung mit einem entsprechend geformten, serpentinenförmigen Teil der Verzögerungsleitung einer Ring- und -Stange-Leitung, verbunden ist.

Vorzugsweise sind die elektrisch leitenden Fahnen im Abstand von den benachbarten dielektrischen Fahnen angeordnet.

Insbesondere soll gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung die Stärke jeder elektrisch leitenden Fahne etwa gleich der Hälfte des Abstandes zwischen benachbarten dielek-P trischen Stützfahnen sein.

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

Fig. 1 schematisch eine verkürzte perspektivische Ansicht einer bekannten Mikrowellenröhre;

Fig. 2 den Zusammenhang zwischen der Phasengeschwindigkeit und der Frequenz zur Veranschaulichung der Dispersionskennlinie einer bekannten Röhre und einer Röhre mit Merkmalen der Erfindung;

^ Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

jedoch für eine Röhre mit Merkmalen der Erfindung ;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4; und

Fig. 6 das in Fig. 5 mit der Linie 6-6 umschlossene Detail.

In Fig., 1 ist eine bekannte Llikrowellenröhre 1 dargestellt.

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Die Röhre 1 v/eist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 2 auf, mit dem ein Elektronenstrahl 3 geformt und über einen länglichen Strahlweg zu einem Strahlkollektor 4 projiziert wird, der am Abschlußende des Strahls angeordnet ist, um den Strahl aufzufangen und dessen Energie abzuführen. Line von der Wendel abgeleitete Verzögerungsleitung 5 ist zwischen dem Strahlerzeugersystem 2 und dem Kollektor 4 längs des Strahlweges zur kumulativen elektromagnetischen Wechselwirkung mit dem Strahl angeordnet, um am Ausgang Hikrowellenenergie zu liefern, die von der Leitung 5 über einen nicht dargestellten, üblichen Ausgangskoppler in bekannter Weise abgezogen wird. Eine solche Röhre mit Verzögerungsleitung ist in den US-Patentschriften 3 508 108 und 3 505 730 beschrieben.

Die Verzögerungsleitung 5 besteht aus einer topologisch äquivalenten, von einer Wendel abgeleiteten Ring- und -Stange-MikroveLlenleitung, die zwei einander gegenüberliegende mäanderförmige Teile 6 aufweist, die in Querübereinstimmung auf den konkaven, trögartigen Flächen von zwei serpentinenförmigen keramischen Isolatoren 7 angeordnet sind, die beispielsweise aus Tonerde- oder Beryllerde-Keramik bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ring- und -Stange-Verzögerungsleitungsteile 6 zv/eckmäßig mit der dielektrischen Abstützung 7 dadurch verbunden, daß durch Sprühen eine relativ dünne Schicht aus Molybdän oder Wolfram zu einer Stärke von 400 bis 10.000 AE niedergeschlagen wird. Das durch Sprühen niedergeschlagene Metall bildet eine dicht haftende Schicht. Rhodium wird dann über die Grundschicht bis zu einer Stärke von etwa 5-8 Mikron (0,0002-0,0003 ") plattiert. Die serpentinenförmigen dielektrischen Abstützungen 7 sind jeweils an eine Platte 8 gelötet, deren thermischer Dehnungskoeffizient an den der Keramik angepaßt ist. Ein

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geeigneter Werkstoff hierfür ist Klkonite (eine mit Kupfer imprägnierte Wolframmatrix). Die Platten 8 sind ihrerseits an ein Kupferfaß 9 gelötet, das rechteckigen Querschnitt hat und das Vakuumgefäß der Röhre bildet.

Die Mikrowellenleitung 5 bekannter Art, wie sie in Fig. 1-dargestellt ist, hat eine Dispersionskennlinie wie durch Kurve 11 in Fig. 2 dargestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß-die Phasengeschwindigkeit mit wachsender Frequenz fällt. Bs ist erwünscht, die Dispersionseigenschaft der Leitung zu verringern, um die Betriebsbandbreite der.Röhre zu verbessern. Die bekannte Röhre ergab im X-Band etwa 20 % Bandbreite, und es ist erwünscht, diese Bandbreite auf 40 % oder mehr zu erhöhen.

In Figuren 3 bis 6 ist eine von der Wendel abgeleitete Mikrowellenleitung 12 nach der Erfindung dargestellt. Die . Leitung 12 ist im wesentlichen identisch mit der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen, nur daß eine Reihe von elektrisch leitenden Fahnen 13, beispielsweise aus Molydän, in den Raum zwischen benachbarten Fahnenteilen 14 der dielektrischen Abstützung 7 eingeschaltet sind. Die Kupferfahnen 13 sind, beispielsweise durch Löten, mit der Platte 8 der Faßstruktur 9 verbunden. Die"Innenspitzen der leitenden Fahnen 13 haben eine konkave Kurve, die an die Außenkrümmung der Mikrowellenleitung 12 angepaßt ist.

Die leitenden Fahnen 13 haben einen axialen Abstand, in Strahlrichtung, von den benachbarten dielektrischen Fahnen 14, so daß sich ein kleiner Spalt d bildet, und reichen vorzugsweise so dicht wie möglich an die Außenfläche der Leitung 12. Der Abstand von den Innenspitzen der Fahnen 13 zum benachbarten Verzögerungsleitungsteil 6 soll kleiner sein als der Abstand 8 zwischen benachbarten periodischen Elementen der Leitung 6. Der axiale Spalt d erlaubt es, die

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Wechselwirkungsimpedanz der Verzögerungsleitung auf einem relativ hohen Wert zu .halten. Wenn die elektrisch leitende Fahne 13 zu viel vom Spalt g zwischen benachbarten dielektrischen Fahnen 14 einnimmt, erhöht die leitende Fahne 13 die gespeicherte Energie rund um die Außenseite der Leitung in unzulässiger Weise, so daß die Wechselwirkungsimpedanz herabgesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stärke"W' der Metallfahne 13 etwa gleich der Hälfte des Spaltes g zwischen benachbarten dielektrischen Fahnenelementen 14.

Die elektrisch leitende Fahne 13 dient dazu, zu verhindern, daß die längs der mändernden Verzögerungsleitung laufende Schwingungsenergie über den Spalt zwischen benachbarten periodischen Elementen der Verzögerungsleitung streut, d.h. über den Spalt g, insbesondere am niederfrequenten Ende der Betriebsbandbreite, wo die Wellenlänge relativ lang, verglichen zum Abstand g, ist. Die verbesserte Dispersionskennlinie für die fahnenbelastete Leitung 12 ist durch Kurve 16 in Fig. 2 dargestellt. Diese verbesserte Dispersionskennlinie erhöht die Betriebsbandbreite der Röhre erheb- ,. lieh, und es sind bereits Betriebsbandbreiten größer als 40 $o erreicht v/orden, während die relativ hohe Leistungsbelastbarkeit der keramisch abgestützten, von der Wendel abgeleiteten Verzögerungsleitung beibehalten wurde..

In einem typischen Beispiel.für das X-Band betrug der Durchmesser des Strahllochs durch die Leitung 12 etwa 1,98 mm (0,078 ") die Periode der Mikrowellenleitung von der Mitte eines Rings bis zur Mitte des benachbarten Ringes 1,52 mm (0,060 "), die Breite des Bandleiters 6 0,38 mm (0,015 ") und der Spalt g zwischen benachbarten Ringen und dielektrischen Fahnen 0,38 mm (0,015 ")· DiQ Stärke der leitenden Fahnen 13 betrug 0,13 mm (0,005 ") und die Fahnen 13 hatten

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eine Höhe und Breite von 3,05 mm (0,120 "). Der bandförmige Leiter 6 der Leitung 12 hatte eine Stärke von 0,076 mm (0,003 ")·

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Claims

Patentansprüche

(τ, Verzögerungsleitung für Lauffeldröhren, die in einem elektrisch leitenden Gefäß angeordnet ist und mit einer dielektrischen Abstützung an diesem abgestützt ist, die eine Vielzahl von dielektrischen Fahnen aufweist, die in Richtung des Strahls voneinander entfernt sindj wobei die (

Ebene jeder Fahne im allgemeinen senkrecht zum Strahlweg liegt und jede der dielektrischen Stützfahnen eine konkave innere Spitze auf v/eist, die an der Verzögerungsleitung anliegt, sowie eine außenliegende Wurzel, dadurch gekennzeichnet , daß eine Reihe von elektrisch leitenden Fahnen zwischen benachbarte dielektrische Fahnen geschaltet ist und elektrisch mit dem metallischen Gefäß verbunden ist, um eine Mikrowellen-Erde zu schaffen, die zwischen periodischen Elementen der Verzögerungsleitung liegt, um die Dispersionseigenschaften der Verzögerungsleitung herabzusetzen.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die dielektrische Abstützung mit der Verzögerungsleitung und dem metallischen Gefäß verbunden ist, um thermisch leitende Verbindungen zwischen den dielektrischen Stützfahnen und der Verzögerungsleitung einerseits und dem Gefäß andererseits zu erhalten.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die leitenden Fahnen längs ihrer o'eitenkanten mit dem Gefäß verbunden sind.

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'!■»'Leitung nach. Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsleitung und, die dielektrische Abstützung jeweils ein serpentinenförmiges Element aufweisen, das serpentinenförmige Element der Verzögerungsleitung eine serpentinenförmige-äußere konvexe Fläche hat, die dielektrische Abstützung eine serpentinenförmige konkave Fläche aufweist, die mit der Außenfläche der Verzögerungsleitung in Querübereinstimmung verbunden ist. ·

5.. Leitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere serpentinenförmige Fläche der serpentinenförmigen dielektrischen Abstützung mit dem umgebenden Gefäß verbunden ist.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch Leitenden Fahnen jeweils eine äußere Wurzel aufweisen, die mit dem Gefäß verbunden ist, und eine innere, konkave Spitze, die außerhalb des Außenumfangs der periodischen Verzögerungsleitung endet, so daß der Abstand von der Spitze der elektrisch leitenden Fahne zum benachbarten periodischen Element der Verzögerungsleitung kleiner ist als der Abstand g zwisehen benachbarten periodischen Elementen der Verzögerungsleitung.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die periodische Verzögerungsleitung aus einer topologisch äquivalenten Ring- und -Stange-Verzögerungsleitung besteht.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jede der elektrisch leitenden Fahnen in Richtung des Strahls einen Abstand von der benach-

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barten dielektrischen Stützfahne hat.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e kennzeichnet , daß die Stärke der leitenden Fahnen etwa gleich der Hälfte des Äbstandes zwischen benachbarten dielektrischen Stützfahnen ist.

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