DE2229760B2 - Wanderfeldverstärkerröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wanderfeldverstär kerröhren vom O-Typ mit einem Verzögerungsleilungsabschnitt in Form wenigstens einer verhältnismäßig wenig dispergierenden Wendel, deren Verstär-

kungscharakteristik einen zentralen Frequenzbereich, bei dem die Verstärkung im wesentlichen gleichförmig ist, sowie einen oberen und einen unteren Seitenfrequenzbereich, bei dem die Verstärkung kleiner ist als im zentralen Frequenzbereich, einschließt, und mit

wenigstens einem zusätzlichen, verhältnismäßig starker dispergierenden Verzögerungsleitungsabschnitt. Die Verzögerungsleitung einer Wanderfeldröhre ist um den Wechselwirkungsbereich herum und in seiner Längsrichtung angeordnet, und die meisten heutzu-

tage verwendeten Breitband-Wanderfeldröhren weisen einen elektrischen Leiter, z. B. einen Draht auf, der zu einer länglichen Wendel gewickelt ist.

Bei einer bekannten, weiterentwickelten Wanderfeldröhre ist die Wendel in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Wendel an einer bestimmten Stelle ihrer Längserstreckung durchgetrennt ist, da¹' jedes der auf diese Weise gebildeten benachbarten Enden der Wendelabschnitte auf elektrischem Erdpotential gehalten wird, und daß genügend für Mikrowellen verlustbehaftetes Material an der sog. Trennstelle vorgesehen wird, damit das Mikrowellensignal am Ende des ersten Wendelabschnittes vollständig absorbiert wird, und zwar zusätzlich zur Absorbierung irgendwelcher reflektierter Signale, die von dem zweiten Wendelaoschnitt gegen das Eingangsende wandern. Diese Anordnung wird vielfach verwendet, weil sie Eingang und Ausgang der Röhre voneinander isoliert.

Der Breitbandbetrieb einer Verstärkerröhre kann als der Betrieb einer solchen Röhre mit einer verhältnismäßig flachen Verstärkungs-Frequenzcharakteristik über einen weiten Frequenzbereich definiert werden, wobei der Ausdruck »Verstärkung« den Grad der erzielten Verstärkung angeben soll. In der Praxis muß die Verstärkung über einen Frequenzbereich innerhalb von etwa 6 Decibel liegen, damit sie als »flach«, d. h. als gleichförmige Verstärkung über diesen Frequenzbereich angesehen werden kann. Um eine große Bandbreite zu erzielen, muß eine Vcrzögerungsleitung verwendet werden, die einen Breitbandbetrieb innerhalb der Wanderwellenröhre durchführen kann. Häufig wird diese sogenannte Breitbandcharakteristik einer Verzögerungsleitung als »niehl dispergierend« bezeichnet, wenn die Ausbreitungs geschwindigkeit des Signals längs des Leiters weit gehend unabhängig von der Frequenz des Signals ist Verzögcrungsleiter, die eine Signalverstärkung inner halb sehr schmaler Bandbreitenbereiche bzw. Fre

juenzbereiche ergeben, werden als »dispergierend« Weichnet, was besagt, daß die AusbreitungsgeäChwindigkeit des Eingangssignals längs des Leiters stark von der Signalfrequenz abhängig ist. Je stärker dispergierend die Verzögerungsleitung ist, um so schmaler ist der Frequenzbereich, hei dem Signale durch die jeweilige Wanderfeldröhre verstärkt werden. Umgekehrt gilt, daß der Frequenzbereich, der von der Wanderfeldröhre mit gleichförmigem Verstärkungsgrad verstärkt wird, um so größer ist, je stärker nichtdispergierend der Verzögerungsleiter ist.

Die stromleitende Drahtwendel ist der am meisten nichtdispergierende bekannte Verzögerungsleiter, so daß sie häufiger als andere Anordnungen verwendet wird. Die Wendel ergibt jedoch nur einen effektiven Betrieb über eine Oktave von Frequenzen.

Grundsätzlich weist jede O-Wanderfeldröhre, die so ausgelegt ist, daß sie einen etwa gleichförmigen Verstärkungsgrad über wenigstens eine Oktave von Frequenzen besitzt, eine im wesentlichen nichtdispergierende Anordnung auf, die kontinuierlich oder getrennt ausgebildet sein kann. Die Verstärkunp.charakteristik wendeiförmiger Verzögerungsleiter ist jedoch durch zwei Faktoren begrenzt:

Der Verstärkungsgrad bei niedrigeren Frequenzen wird durch die Dispersivität begrenzt, die im wesentlichen durch das Verhalten der elektromagnetischen Felder bei niedrigen Frequenzen, bei denen die Felder sich über Abstände erstrecken, die groß im Vergleich zur Wendelsteigung sind, bedingt ist. Die Felder »springen« so gewissermaßen von Windung zu Windung der Wendel, und eine Signalausbreitung ist nicht auf eine spiralförmige Bewegung längs der Windungen der Wendel begrenzt. Bei niedrigen Frequenzen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals größer als die Signalgeschwindigkeit, wenn das Signal ausschließlich längs der Windungen der Wendel wandert. Aus diesen Grunde bewegt sich das Signal mit einer Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeit der Elektronen im Elektronenstrahl übersteigt, und es tritt eine verringerte Wechselwirkung im Vergleich zu Signalen bei höheren Frequenzen auf.

Eine weitere Begrenzung für die Wendel tritt im Betrieb bei dem oberen Bereich von Frequenzen auf. Während die Wendel an sich bei diesen Frequenzen eigentlich nichtdispergierend ist. nimmt der Wirkungsgrad der Wechselwirkung und damit der Verstärkungsfaktor mit zunehmender Frequenz auf Grund der den elektromagnetischen Feldern innewohnenden Eigenschaften ab. Zur Wechselwirkung zwischen dem längs der Wendel fortschreitenden Signal und den Strahlelektronen müssen die Felder sich in den Elektronenstrahl, d. h. in den mittleren Bereich der Wendel, erstrecken. Da der Wirkungsgrad der Wechselwirkung abnimmt, wird der erzielte Verstärkungsfaktor, d.h. die Signalverstärkung, vermindert.

Zusammenfassend ergibt sich somit, daß selbst die am besten nichtdispergierenden Ausführungen bekannter Verzögerungsleiter auf den niederfrequenten Bereich durch eine dispergierende Charakteristik und auf den hochfrequenten Bereich auf Grund einer weniger wirksamen Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl begrenzt sind, so daß eine gleichförmige, »flache« Frequenz-Verstärkungs-Charakteristik nur zwischen diesen beiden Seitenbereichen erzielt werden kann, daß aber jeder dieser beiden Bereiche ausgeschlossen ist.

Es sind bereits Anordnungen zum Breitbandigmachen, d. h. zum Vergrößern des Frequenzbereiches mit gleichförmiger Verstärkung für Wanderfeldröhren, bekannt (USA.-Patentschrift 3 385 994), wobei eine Anzahl von dispergierenden Verzögerungsleitern

verwendet wurde, und jeder dieser Leiter auf eine andere Frequenz abgestimmt war, wodurch eine »gestaffelte Abstimmung« erhalten wurde. Die Realisierung dieses Vorschlages hat sich als kompliziert herausgestellt, da Schwierigkeiten bei der gegenseitigen Anpassung der zahlreichen Abschnitte eines sog. Verzögerungsleiters auftraten; eine derartige Anpassung war jedoch erforderlich, um eine gleichförmige Gesamtbandbreitencharakteristik zu erzielen. Da ferner aufeinanderfolgende Abschnitte verlustbehaftetes Material zum Trennen und Isolieren benötigen, lassen zu hohe Verluste auf Grund der Dämpfung einen ausreichenden Verstärkungsgrad nicht zu.

Andere Vorschläge, um Mikrowellenröhren breithandig zu machen, d.h. die Frequenzbereiche zu verbreitern, innerhalb deren eine gleichförmige Verstärkung erzielt wird, gehen in üblL^er Weise von Schmalhandröhren für den Betrieb bei einer einzigen Frequenz oder einem sehr engen Frequenzbereich aus, wobei es erwünscht ist, die schmale Bandbreite

*5 für den betrieb der Röhre etwas zu vergrößern. Bei Wanderfeldröhren bringt dies die Verwendung einer stark dispergierenden Verzögerungsleitung für maximale Verstärkung bei einer einzigen Frequenz mit sich, damit der Wirkungsgrad der Röhre bei dieser Frequenz so groß wie möglich wird, und der höchstmögliche Verstärkungsgrad erzielt wird. Derartige Anordnungen sind bis zu einem gewissen Grade in der Weise breitbandig gemacht worden, daß die Verzögerungsleitung so abgeändert wurde, daß sie etwas weniger dispergierend gemacht wurde. Beispielsweise sind Verzögerungsleitungen hergestellt worden, die aus einer dispergierenden Reihe von Fahnen bestehen, welche miteinander auf jeder Seite durch !angliche Wendeln gekoppelt sind. Somit dient die Breitbandcharakteristik der Wendel dazu, die sehr schmale Bandcharakteristik des Hauptteils der Verzögerungsleitung, nämlich der stark dispergierenden Fahnenanordnung, etwas zu erweitern.

Wanderfeldverstärkerröhren der eingangs angegebenen Art sind bereits bekannt (USA.-Patentschrift 3 34'.) 278). Des weiteren sind Wanderfeldverstärkerröhren mit mehreren Verzögerungslcitungsabschnitten bekannt (USA.-Patentschrift 3 324 342), mit denen eine optimale Verstärkung und eine optimale

Leistungsabgabe für eine bestimmte Strahlspannung erxiel· werden soll. Des weiteren ist eine Verzögerungsleitung bekannt (USA.-Patentschrift 3 3S5 994). die gleichförmig aufgebaut ist und die z. B. wegen unterschiedlicher Spannungsbedingungen urtcrteilt ist.

Die Verzögerungsleitungsabschnittc weisen jedoch in keinem Fall unterschiedliche, dispergierende Eigenschaften auf.

Schließlich sind Mchrkammcrklystmnvcrstiirkerröhren mit großer Bandbreite bekannt (deutsche

Auslegcschrift 1 298 200), bei denen die Gütefaktoren der Kammern eines Klystrons gestuft sind. Derartige Klystrons weii.cn jedoch keine Verzögerungsleitung auf.

Demgegenüber ist Ziel der Erfindung eine Wan-

derfeldverstärkerröhre vom O-Typ, die in der Lage ist, eine gleichförmige Verstärkung über einen im Vergleich zu bekannten Anordnungen wesentlich breiteren Frequenzbereich zu erzielen, ohne daß der

Wirkungsgrad dadurch verringert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Wanderfcldverstärkerröhre der eingangs genannten Art dadurch erreicht. daß der zusätzliche Verzögerungslcitungsabschnittoder die zusätzlichen Vcrzögcrungsleitungsabschnitte derart ausgebildet ist bzw. sind, daß die durch den oder jeden Verzögerungsleitungsabschnitt erzielte maximale Verstärkung innerhalb eines Seitenfrequenzbereiches liegt.

Eine Vergrößerung des nutzbaren Frequenzbereiches der Röhre in beiden seitlichen Bereichen wird durch die Verwendung zweier derartiger zusätzlicher Verzögerungsleitungsabschnitte erzielt und die Frequenz maximaler Verstärkung wird durch einen zusätzlichen Abschnitt, der im oberen Bereich von Frequenzen liegt, sowie die Frequenz maximaler Verstärkung, die von dem anderen zusätzlichen Verzögerungsleitungsabschnitt erzeugt wird, der im unteren Bereich von Frequenzen liegt, erzeugt. Vorzugsweise stellt wenigstens eine Ring-Schleifen-Anordnung den zusätzlichen Vcrzögcrungsleitungsabschnitt bzw. die zusätzlichen Verzögerungsleitungsabschnitte dar. Wenn beide zusätzlichen Anordnungen als Ring-Schleifcn-Anordnungen ausgebildet sind, ist es vorteilhaft, eine erste Ring-Schleifen-Anordnung vorzusehen, deren Steigung so gewählt ist, daß sie Frequenzen im oberen Frequenzbereich maximal verstärken, während eine zweite Ring-Schleifen-Anordnung anderer Steigung so ausgelegt ist, daß sie eine maximale Verstärkung der Frequenzen im unteren Frequenzbereich ergibt.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird bei Wandcrfcldvcrstärkerröhrcn vom O-Typ mit wenigstens einer wcndcl'förmigen Ring- und Schleifenvcrzögerungslcitung vorgeschlagen, daß die Verzögerungsleitung ein gebogenes Metallblcchclemcnt aus Ringen ist, die durch ursprünglich geradlinige Streifen miteinander verbunden und zu einer Gestalt gebogen sind, bei der die Ringe eine gemeinsame Achse besitzen.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird durch Hinzufügen von dispergiercnden Verzögerungsleitungsabschnitten, die zur Verstärkung ausschließlich bei Frequenzen in den seitlichen Frequenzbereichen beitragen, eine Anordnung erreicht, die eine Breitbandcharakteristik besitzt, welche breiter ist als sie bisher mit einer Reihe von stark dispcrgicrenden Vcrzögerungsleitungsabschnitten oder mit einer Wendel allein möglich war. Dieser Breitbandeffekt läßt sich ohne Verringerung des Wirkungsgrades der Röhre erzielen und der Beitrag zu den dispergierenden Verzögerungsleitungsabschnitten ist entweder ein Beitrag zur Signalverstärkung oder er entfällt.

Vorstehend wurde eine Wanderfeldröhre erläutert, die eine Verstärkung der höheren als auch der niedrigeren Frequenzbereiche einer gewöhnlichen Wendel durch Einschalten zweier einzelner, stark dispcrgierender Ring-Schleifen-Verzögerungsleitungsanschnittc ergibt, die nur innerhalb der höheren und niedrigeren Frequenzbereiche arbeiten und wirksam sind. Bei weiteren Ausgestaltungen vorliegender Erfindung läßt sich eine verbesserte Bandbreitencharakteristik einer Wanderfeldröhre dadurch erzielen, daß die Verstärkung bei entweder dem unteren Frequenzbereich oder aber dem höheren Frequenzbereich vergrößert wird. Hierbei ergibt sich zwar eine Vergrößerung der Bandbreite im Vergleich /u bekannten Wanderfeldröhren, die eine wendeiförmige Verzögerungsleitung allein verwenden, das Ausmaß der Breitbandigkeit ist jedoch hierbei geringer als bei der speziellen Ausführungsform der Erfindung.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung einer Wanderfeldverstärkerröhrc vom O-Typ gemäß der Erfindung.

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht und in vergrößerter Darstellung eine Verzögerungsleitung der Röhre nach Fig. 1.

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Frequenz-Geschwindigkeits-Charakteristik eines jeden Ab-

'5 Schnitts der Verzögerungsleitung, wobei die Phasenlage der Geschwindigkeit genormt ist, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Verstärkungs-Frequenz-Charakteristik, wie sie von jedem Abschnitt der Verzögerungsleitung und von der gcsamten Wanderfeldröhre nach Fig. 1 erzeugt wird.

In Fig. 1 besteht das vakuumdichte Gehäuse 1 der

Wanderfeldröhre, das schematisch mit gestrichelten Linien angedeutet ist. aus nichtmagnetischem Metall und umschließt einen evakuierten Innenraum. Während des Betriebes liegt das Gehäuse elektrisch auf Erdpotential. Eine Kathode 3 stellt eine Elektronenquelle dar. Ein Glühfaden bzw. eine Heizvorrichtung 2 dient zum Aufheizen der Kathode 3, um die Emission von Elektronen zu verstärken. Sowohl die Kathode 3 als der Heizfaden 2 sind mit elektrischen Zuführleitern verbunden, die durch vakuumdichte Durchführungen in den Wandungen des Gehäuses geführt sind, damit elektrische Verbindungen zu den Speisequcllen hergestellt werden können.

Eine Bcschleunigerelektrode 5 ist von der Kathode 3 im Abstand angeordnet und während des Betriebes elektrisch dadurch geerdet, daß sie mit dem Röhrengehäuse 1 verbunden ist. Die Beschleunigcrelektrode 5 enthält eine mittlere Öffnung 7, durch die

Elektronen, weiche aus der Kathode 3 austreten, hindurchtreten. Eine Kollektorelektrode, nämlich die Anode 9. ist an dem Ende der Röhre angeordnet, das entfernt von der Kathode 3 liegt, d.h. rechts in der Darstellung nach Fig. 1. Die Kollektorelektrode 9 ist während des Betriebes elektrisch geerdet.

Der Raum innerhalb des Gehäuses 1 zwis«Jien der Beschleunigerelektrode 5 und der Kollektorelcktrode 9 wird als Wechselwirkung bezeichnet. Im Wechselwirkungsraum ist eine »Verzögerungslei-

tung« vorgesehen. Die Verzögerungsleitung der Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung nach Fig. 1 weist einen ersten Wendelabschnitt 11 und einen zweiten Wendelabschnitt 13, welcher von dem ersten Wendelabschnitt getrennt und versetzt ange-

ordnet ist, auf. Das eingangsseitige Ende 10 des Wendelabschnittes 11 ist mit einer Eingangsklemme 8 verbunden, während das andere Ende, d.h. das rechte Ende 12 des Wendelabschnittes 11 elektrisch an das Röhrengehäuse angeschlossen ist und deshalb auf

So Erdpotential liegt. Das linke, d.h. eingangsseitige Ende 14 des Wendelabschnittes 13 ist ferner mit dem Röhrengehäuse 1 verbunden und liegt deshalb ebenfalls auf Erdpotential. Das rechte Ende, d. h. das ausgangsseitige Ende 15 des Wendelabschnittes 13 ist an eine Ausgangsklemmc 16 gelegt. Diese zwei getrennten und unterschiedlichen Wendelabschnittc 11 und !3 stellen eine wenig dispergicrendc Verzögerungsleitung dar. wie nachstehend im einzelnen ausgeführt

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läi D. ve eii ur

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rii R al: st

m K \v till: t*t N

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π e S ν

Die Verzögerungsleitung weist wenigstens einen zusätzlichen dispergierendcn Verzögcrungsleitungsabschnitt auf, z. B. eine Anordnung, die sich auf die Gruppe von Verzögerungsleitungen mit entgegengesetzt gewickelter Wendel bezieht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Ring-Schleifen-Abschnitt einer solchen Anordnung dargestellt und zwischen den Wendelabschnitt 11 und den Wendelabschnitt 13 im Abstand von jedem dieser Abschnitte längs einer gemeinsamen Achse versetzt vorgesehen. Der Ring-Schleifen-Abschnitt, der hier als Beispiel verwendet wird, weist einen ersten Abschnitt 17 und einen zweiten Abschnitt 19 auf. Die Abschnitte 17 und 19 sind, wie zeichnerisch dargestellt, elektrisch und mechanisch miteinander an ihren benachbarten Enden, d. h. an ihren entsprechenden rechten und linken Enden miteinander verbunden, obgleich eine derartige Verbindung nicht notwendig ist. Sowohl das Eingangsende 18 des Abschnittes 17 als das Ausgangsende 20 des Abschnittes 19 sind elektrisch mit dem Röhrengehäuse 1 verbunden.

Diese Abschnitte der Verzögerungsleitung sind räumlich an entsprechenden Stellen innerhalb des Röhrengehäuses 1 auf drei keramischen Trägerstäben abgesetzt, von denen einer schematisch in Fig. 1 gestrichelt mit 23 gezeigt ist. Die Trägerstäbe sind in vorgegebenen Mengen und an vorbestimmten Stellen mit verlustbehaftctcm Material überzogen. z.B. mit Kohlenstoff oder einem anderen Material, das Mikrowellenenergie ableitet. Wie schematisch dargestellt, treten Ablagerungen 25. 27. 29 und 31 an verlustbehaftetem, kohlenstoffhaltigem Material in sich verringernder Dichte an den Trägerstaben an Stellen in der Nahe des rechten Endes des Wendclab^chnittes 11. am linken Ende des Ring-Schleifen-Abschnittes 17. am rechten Ende des Ring-Schleifen-Abschnittes 19 und am linken Ende des Wendelabschnittes 13 auf. Die Ablagerungen aus verlustbehaftetem Material sind in herkömmlicher Weise vorgesehen, um die Verzögerungsleitungen elektromagnetisch »anzupassen« und den Durchtritt von Mikrowcllenencrgie /u verhindern, die in heiden Richtungen an diesen Stellen vorbeiwandert. Somit verhindern die verlustbehafteten Ablagerungen eine direkte Kopplung von Mikrowcllenencrgie "/wischen Abschnitten der Verzögerungsleitung und verhindern auch, daß Mikrowellenenergie von der Röhrenausgangsklemme 16 zur Speisequelle zurückreflektiert wird, so daß eine unerwünschte Eigenschwingung vermieden wird. Eine Spannungsquclle V stellt schematisch die Hochspannungsspeisequelle fur die Röhre dar. Diese Speisequelle ist mit der negativen Klemme an die Zuleitungen zur Kathode 3 und mit ihrer positiven Klemme elektrisch an Erde gelegt. Eine Heizstromquelle V_r ist mit den Heizfadcnzuführleitern zur Heizvorrichtung 2 verbunden. Die Verbindung der Spannungsquelle 2 legt die Beschleunigcrelektrode 5. die verschiedenen Abschnitte der Verzögerungsleitung, das Röhrengehäuse 1 und die Kollektorelektrode 9 auf eine hohe positive Spannung in bezug auf die Kathode 3.

Ein magnetisches Feld, das sich in Längsrichtung der Verzögerungsleitung erstreckt und in typischer Weise mit Hilfe von Permanentmagnetringen oder einem Solenoid aufgebaut wird, ist schematisch durch den Pfeil ß angedeutet.

F ig. 2 zeigt in perspektivischer Ansieht die dispergierendcn Ring-Schleifen-Verzögcrungsleitungsabsehnitte 17 und 19 nach Fig. 1 einschließlich der benachbarten Endteile der Wendelabschnitte 11 und 13. Wie dargestellt, besteht die Ring-Schleifen-Verzöge-

rungsleitung aus einer Reihe von flachen, ringförmigen Elementen, z. B. Ringen 33, 35, 37. 39, 41, 43. 45. 47. 49. 51, 53 und 55. Diese Ringe sind im Abstand voneinander um eine bestimmte Strecke versetzt, sind aber räumlich und elektrisch, und zwar jeweils ei'ier mit dem benachbarten Ring, durch «ebogene Verbindunesabschnitte. d.h. Schleifen 34. 36. 38. 40. 42, 44, 46. 48. 50. 52, 54 miteinander verbunden. Bei der bevorzugten Ausführungsform verbinden abwechselnde Kopplungsschleifen abwechselnde Paare von benachbarten Ringen auf der Oberseite der Verzögerungsleitung und die übrigen Schleifen verbinden abwechselnde Paare von Ringen miteinander an der unteren Seite, wie in Fig. 2 gezeigt.

2(i Der Ring-Schleifen-Abschnitt 17 weist eine stark dispergierendc Geschwindigkeit-Frequenz-Charakteristik auf oder bewirkt, daß die Wanderfeldröhre eine solche Charakteristik annimmt, ist aber nur in dem höheren Frequenzbereich wirksam, während der

as Ring-Schlcifen-Abschnitt 19 stark dispergierend ist und nur im unteren Frequenzbereich wirksam wird, wie weiter unten im einzelnen ausgeführt wird.

Zu Erläuterungszwecken ist jeder der beiden Abschnitte der Ring-Schleifen-Anordnung als aus sechs

Ringen bestehend dargestellt, wobei der Abschnitt 17 die Ringe 33. 35. 37. 39. 41 und 43 umfaßt, während der Abschnitt 19 die Ringe 45. 47. 49. 51. 53 und 55 umschließt. Die Kopplungsleiter 44 verbindet die lieiden Abschnitte miteinander. Vorzugsweise sind die

is Ringe beider Abschnitte zusammen mit den Vcrbindunssschleifen aus einem einzigen Blechstreifen. 7. B. ,ms Molybdän, ausgestanzt, und dann wird das Stanzstück an den Stellen der Schleifen abgebogen, damit die Reihen von verbundenen Ringen in koaxiale

4c Richtung gebracht werden, wie in Fig. 2 gezeigt.

Der schmale Bereich von Frequenzen, bei welchem ein Ring-Schleifen-Verzogerungsleitungsabschnitt 0, irksam ist. hangt hauptsächlich von dem Abstand von Ring zu Ring ab. Somit ist der Abschnitt 19 se

auseelegt. ilaB er im niederfrequenten Seitenbereich arbeiter, da die Ringe hier naher beieinanderliegen wahrend der verhältnismäßig breitere Abstand vor Ring zu Ring in dem Ring-Schleifen-Abschnitt 17 be wirkt, daß dieser Abschnitt in einem schmalen Bereicr höherer Seitenfrequenzen wirksam wird.

Wie weiter unten erläutert, ist es möglich, die elek tromagnetische Charakteristik, die durch jeden de beiden Abschnitte 17 und 19 innerhalb des schmalei Frequenzbandes erhalten wird, dadurch einzustellen

daß der Abstand zwischen einzelnen Ringen diese Abschnittes geringfügig verändert wird, so daß εΐπι Verstärkungscharakteristik innerhalb dieses Fre quenzbereiches erzielt wird.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfin

fio dung wies die Verzögerungsleitung eine Röhre ein Reihe von 40 Ringen auf. die in einem Abstand vo 0.25 cm voneinander versetzt waren, damit die Funk tion des Abschnittes 17 erfüllt wurde, und es wurd ferner eine Reihe vo,'= 60 Ringen verwendet, die i einem Abstand von 0,125 cm voneinander vcrseU waren, so daß dieser Abschnitt als Abschnitt 19 vei wendet werden konnte. Bei anderen Ausführungsfoi men gemäß vorliegender Erfindung kann jedoch jt

Weils eine unterschiedliche Anzahl von Ringen »erwendet werden. Ferner kann die Anzahl von Ringen in jedem getrennten Abschnitt gleich der Anzahl von Ringen an dem anderen Abschnitt sein. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, die Abschnitte 17 und 19 miteinander 'u koppeln, obgleich sich dies als zweckmäßig herausgestellt hat. Falls es erwünscht ist, diese beiden Abschnitte der dispergierenden Verzögerungsleitung zu trennen, braucht man nur die

Der Ring-Sclilcifen-Abschnitt 19 weist eine Dispersionscharakteristik auf, entsprechend der die Phasengeschwindigkeit des angelegten Signals längs dieses Abschnittes im hohen MaIk von der Signalfrequenz abhängt, wie dies durch die linke, kurze und rasch ansteigende Kurve in Fig. 3 angezeigt ist, Entsprechend weist der Ring-Schleifen-Abschnitt 17 eine ähnliche oder identische Dispersionscharakteristik auf. die anzeigt, daß die Phasengeschwindigkeit eines

koppiungsschieife 44 wegzulassen, beispielsweise, in- ¹⁰ angelegten Signals ebenso eine Funktion der Frequenz

dem die äußerste Stelle eines jeden Ringes 43 und dieses Signals ist, die sich aus der rechten, kurzen und

45geerdet wird, und ableitendes, d. h. verlusibehafte- steilen Kurve in Fig. 3 ergibt. Beide Dispcrsionscha-

tes Material auf die Trägerstähe an den entsprechen- rakteristiken stellt:η ein hohes Dispersionsvermögen

den Stellen aufzubringen. dar. Dies bedeutet, daß jeder der Ring-Schleifen-Ab-

Fig. 3 zeigt (beispielsweise und für den Idealfall) '5 schnitte nur über einen schmalen Frequenzbereich, genormte Dispersionscharakteristiken in Form einer wirksam ist. vergleichbar mit K) bis 25 % des mittleren graphischen Darstellung, bei der die in der Phase nor- Frequenzbereiches, d. h. des Mittelbandes. Somit zeigt mierte Geschwindigkeit gegenüber der Frequenz auf- die Dispersionscharakteristik für jeden dieser Ringgetragen ist. und zwar für verschiedene Abschnitte der Schleifen-Abschnitte, daß jeder Abschnitt nur über Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre nach ²⁰ einen schmalen Frequenzbereich wirksam ist. Insbe-Fig. 1. Eine Dispersionskurve ist eines der herkömm- sond.-re ist im Bereich höherer Frequenz, (um M₁, liehen graphischen Hilfsmittel für den Röhrenkon- herum) nur der Ring-Schleifen-Abschnitt 17 wirksam, strukteur zur Bestimmung der Betriebseigenschaft ei- während im Bereich niedrigerer Frequenz (nämlich ner Wanderfeldröhre. Die Wendelcharakteristik ist um t»_c herum) nur der Ring-Schleifen-Abschnitt 19 zwischen den Frequenzen a>_a und «>_d verhältnismäßig ^a5 wirksam ist. Somit ergeben die Dispersionskurven der flach, sogar darüber hinaus in das seitliche Hochfre- F i g. 3 Auskunft darüber, ob und in welchem Ausmaß quenzband hinein. Für den Betrieb der Röhre heißl eine Wechselwirkung auftritt oder nicht,
dies, daß die Phasengeschwindigkeit für das Fort- Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Verstärschreitcn eines Mikrowellensignals, das der Wendel kungs-Frequenz-Charakteristiken der gesamten Veraufgegeben wird, unabhängig von der Frequenz über 3" /ögerungsleitung. dargestellt durch die gestrichelte diesen Frequenzbereich ist. Nimmt man an, daß die Kurve 60, wie auch der einzelnen Abschnitte, die horizontale, in Fig. 3 gestrichelte Linie die ideale durch die voll ausgezogenen Kurven 61. 63 und 65 Phasengeschwindigkeit für die Wechselwirkung mit dargestellt sind. Durch diese graphische Darstellung einer ausgewählten Elektronenstrahlgeschwindigkeit können die einzelnen Beiträge zur Verstärkung der darstellt, da der Elektronenstrahl sich normalerweise 35 Wanderfeldrohre ausgewertet werden. Die Verstär

i di btitn einzigen Geschwindigkit kk i d Ebi d Whlirkun

kungskurven zeigen das Ergebnis der Wechselwirkung an Hand der Verstärkung. Die Verstärkung, die zu den spiralförmigen Abschnitten 11 und '.3 der Verzögerungsleitung, dargestellt als Kurve 61. beiträgt, ist verhältnismäßig flach (± 3 db) zwischen den Frcquen-

Mi (D₁₁ und (/),,, wobei aber oberhalb a>_h und unterhalb >„ die Verstärkung abnimmt.

Wie oben erläutert, ist die Ahnahme der Verstärkung nach dem unteren Frequenzbereich 'u. die ein

mit dieser vorbestimmten einzigen Geschwindigkeit fortpflanzt, kann eine ausreichende Wechselwirkung zwischen dem Mikrowellensignal und dem Elektronenstrahl über den gesamten Bereich von Frequenzen zwischen ω_α und w_h erzielt werden. Innerhalb des Bereiches von Frequenzen u\ bis ">„, d.h. im Scitcnbcrcich der unteren Frequenzen, die das Diagramm zeigt, nimmt die Phasengeschwindigkeit bei abnehmender Frequenz des Signals etwas zu. Im unteren

Frequenzbereich wandert somit das Mikrowellensignal 45 charakteristisches Merkmal der wenig dispergierenmit einer größeren Phasengeschwindigkeit längs einer den wendeiförmigen Verzögcruncsleitung ist. bedingt wendeiförmigen Verzögerungsleitung, da die elektri- durch einen Wechselwirkungsverlust zwischen dem sehen Felder mit niedrigeren Frequenzen sich über niederfrequenzten Signal und dem Elektronenstrahl, größere räumliche Abstände als in Bereichen mittlerer ' weil eine wendeiförmige Verzögerungsleitung in dielind hoher Frequenzen erstrecken, so daß ein Signal 5° sem Frequenzbereich dispergierend Tst, wie sich aus verhältnismäßig niedrigerer Frequenz von Windung dem ansteigenden linken Teil der Kurve nach Fig. 3 7\x Windung der Wendel verläuft, gekoppelt wird oder ergibt. Die Abweichung der Wendelverstärkung »springt«, anstatt daß das Signal dem spiralförmigen Kurve 61 in Fig. 4 - von einer idealen flachen VerPfad des die Windunger, der Wendel bildenden Leiters stärkungscharakieristik im oberen Bereich von Frefolgt. Für eine gegebene Wendelanordnung tendiert 55 quenzen. nämlich solchen oberhalb <o_h. ergibt sich aus somit ein Signal niedriger Frequenz dahin, mit einer der Tatsache, daß die Signale bei den hohen Frequen-•■■■---"-¹---" ^J ' zen eine so kurze Wellenlänge besitzen, daß die Felder

sich nicht vollständig in die Mitte der Wendel erstrek-' , wo sie mit dem Elektronenstrahl zusammenwir-

höheren Phasengeschwindigkeit zu wandern als jene Mikrowellensignale, deren Frequenz im kritischen

Bereich zwischen ω_α bis ω_α liegt. Dies schließt natür-

iich eine elektronische Wechselwirkung mit einem 6o fc_en müssen, damit eine Verstärklina erreicht wird.

Elektronenstrahl, der so aufgebaut ist, daß er Elektronen enthält, die mit'einer einzigen Geschwindigkeit wandern, aus, oder verringert zumindest eine derartige elektronische Wechselwirkung. Wie oben erwähnt, muß die Geschwindigkeit der Elektronen etwas größer als die Geschwindigkeit des Mikrowellensignals sein, die Beziehung kann jedoch aufrechterhalten werden, damit eine Wechselwirkung auftritt.

ine Verstärkung e

Auf diese Weise tritt ein Verlust im Wirkungsgrad der Wechselwirkung auf: dieser Verlust ist für dieVerringerte und abnehmende Vcrstarkungsdiarakteristik der wendelformigen Abschnitte Il und 13 der Verzögerungsieitung im oberen Bereich von Frequenzen verantwortlich.

In Fig. 4 zeigt die Kurve 65 die Verstarkungscharaktcristik fur den Ring Schleifen-Abschnitt 17. und

die Kurvt 63 die Verstärkungscharakteristik für den Ring-Schleifen-Abschnitt 19. Jede dieser Verstärkungscharakteristiken der Ring-Schleifen-Abschnitte weist ein Verstärkungsmaximum auf, das anzeigt, daß die Verstärkung stark von der Frequenz abhängig ist. Ferner ergibt sich, daß im Bereich höherer Frequenzen der Ring-Schleifen-Abschnitt 19 keine Verstärkung ergibt, während im Bereich niedrigerer Frequenzen der Ring-Schleifen-Abschnitt 17 nicht zur Verstärkung beiträgt. Die Spitzenfrequenz des Ring-Schieifen-Abschnittes 19 (enspreehend der maximalen Verstärkung) liegt bei der Frequenz ai_r, was einem Punkt auf der Kurve 61 der Wendel entspricht, bei dem der Beitrag zur Verstärkung durch die Wcndelabschnittc auf den Vcrstärkungspegcl G₁. in der Praxis etwa 20 db, verringert ist. Kombiniert man die Ordinaten der Kurven 61 und 63 in diesem Bereich, wird eine kombinierte Verstärkungscharakleristik erhalten, die durch den Teil 67 der gestrichelten Kurve 60 dargestellt wird. Die Verstärkungscharakteristik wird auf den Pegel G, entsprechend der Verstärkung, die durch die wendeiförmigen Abschnitte im Mittelfrequenzband, d.h. im mittleren Bereich, beigetragen wird, angehoben und ist über einen zusätzlichen Bereich von niedrigeren Frequenzen von ω_α nach abwärts bis (O₁. (der Punkt 3 db) - dargestellt als Vcrstärkungspegcl G₂ - verhältnismäßig flach.

Auf diese Weise wird die Bandbreite der Verstärkerröhre über die Bandbreite hinaus vergrößert, die bisher allein mit einer wenig dispergierendcn. wendelförmigen Verzögerungsleitung zur Verfügung stand. und jrstreckt sich in den zusätzlichen Bereich von Frequenzen ω_Γ bis w„.

In ähnlicher Weise wird das Maximum der Verstärkungscharakteristik des Ring-Schleifen-Abschnittes 17 so gewählt, daß es bei der Frequenz M_d liegt, was einem Punkt auf der Verstärkungskurve 61 der Wendel entspricht, bei der die Verstärkung auf dem wesentlich niedrigeren Pegel G, liegt. Eine resultierende oder kombinierte Verstärkungscharakteristik wird dadurch erhalten, daß die Ordinaten der graphischen Darstellung addiert werden, was durch den Teil 69 der gestrichelten Kurve 60 dargestellt ist. Die Kombination der Verstärkungsbeiträge, die durch die wendelförmigen Abschnitte und den Ring-Schleifen-Abschnitt 17 erzeugt werden, hebt die Gesamtverstärkung der kombinierten Verzögerungsleitung im Hochfrequenzbereich in der Weise an, daß die Kurve feis zur Frequenz w_f, bei der die Verstärkung ziemlich stark zu fallen beginnt, verhältnismäßig flach ist. Wenn somit eine flache Verstärkungscharakteristik für die wendeiförmigen Abschnitte allein gegeben ist. die nur über den mittleren Frequenzbereich von o>_r bis <i)_h wirksam ist, wird eine resultierende flache Verstärkungscharakteristik, die über den wesentlich weiteren Frequenzbereich a>_f bisw_f wirksam ist. durch Addieren der stark dispergiercnden Ring-Schleifen-Abschnitte 17 und 19 erreicht.

Die Wendel ist allein als eine Verzögerungsleitung für Breitbandbetrieb fur Wanderfeklverstarkerrohten auf Grund der wenig dispergiercnden Eigenschaften gewählt worden. Mit tier Hinzufugung von dispergicrenden Verzögerungsleitungen, die zur Verstärkung ausschließlich bei Frequenzen in den seitlichen Frequenzbereichen beitragen, wird eine neuartige Ano.onung erzielt, die eine Breithandcharakteristik besitzt, welche breiter ist als sie bisher mit einer Reihe von stark dispergierendcn Verzögerungsleitungen

oder mit einer Wendelanordnung allein möglich war.

Weiterhin ergibt sich, daß der Breitbandeffekt ohne Verringerung des Wirkungsgrades der Röhre erzielt wird, und daß der Beitrag r.u den dispergierendcn Verzögerungsleitungen entweder ein Beitrag zur Signalverstärkung oder überhaupt keiner ist.

In der vorstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Wanderfeldröhre beschrieben, die eine Verstärkung sowohl innerhalb der höheren als auch der niedrigeren Frequenzbereiche einer gewöhnlichen Wendelanordnung durch Einschalten zweier einzelner, stark dispcrgiereivJer Ring-Schleifen-Verzögerungsleitungen ergibt, die nur innerhalb der höheren und niedrigeren Frequenzhereiche arbeiten und wirksam sind. Bei weiteren Modifikationen vorliegender Erfindung läßt sich eine verbesserte Bandbreitencharakteristik einer Wanderfeldröhre dadurch erzielen, daß die Verstärkung bei entweder dem unteren Frequenzbereich oder aber dem höheren Frequenzbereich vergrößert wi'd. Derartig«.· Ausfuhrungsformen ergeben jedoch mehl das Ausmaß der Breitbandigkeit. wie es durch die dargestellte AusfiiliFungsform erzieh wird, obgleich sie eine erhebliche Zunahme in der Bandbreite im Vergleich zu tier bekannten Wanderfeldröhre erzielen lassen, die eine wendelförmigc Verzögerungsleitung allein verwenden.

Eine Wanderfeldröhre, die eine Breitbandverstärkimgscharaktcristik besitzt, bei der die Verstärkung jedoch ausschließlich im unteren Frequenzbereich vergrößert wird, erfordert gemäß einer Ausführuniisforni der Erfindung eine Modifikation der Wanderfeldröhre, wie sie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. nämlich die Weglassung des Ring-Schleiten-Abschnittes 17. Dann ist das Ende des Ring-Schlcifcn-Abschnittes 19. das mit dem Ring-Schleiten-Abschniti 17 verbunden ist. statt dessen mil dem Röhrengehäuse 1 verbunden, so daß es elektrisch geerdet ist. Zusätzlich würde das Mikrowellen schwächenu'e Material 27 auf dem TrägersU · 23 statt d-'s sen in unmittelbarer Nähe des linken Endes de* Ring-Schleifen-Abschnittcs 19 in Fig. i angeordnet sein.

In ähnlicher Weise kann eine Breitbandwanderfcldrohrc nach einer anderen Ausführungsform τ Erfindung vorgesehen werden, bei der die Verstärkung der Wanderfeldröhre ausschließlich im höheren Frequenzbereich vergrößert wird. Diese Ausführungsform erfordert eine Modifikation der schematisch in Fig. I dargestellten Ausführungsform. bei der der Ring-Schleifen-Abschnitt 19 weggelassen ist. und bei der das rechte Ende des Ring-Schleifen-Abschnittes 17, das mit dem Ring-Schleifen-Abschnitt 19 verbunden dargestellt ist. statt dessen mit dem Röhrengehäuse 1 verbunden ist. so daß es auf Erdpotentia! liegt. Zusätzlich ist das verlustbehaftete Material 29. das auf Trägerstäben 23 in der Nähe des rechten Endes des Ring-Schleifen-Abschnittes 19 gezeig; ist. τ einer solchen Ausführungsform auf der rechten Seite des Ring-Schieifen-Abschnittes 17 angeordnet

Bei einer praktischen Konstruktion einer Ausf:;hrungsform der Erfindung, bei der die Verstärkung ausschließlich im oberen Frequenzbereich durch Einschalten eines einzigen Ring-Schleifen-Absehnittes vergrößert wurde, hatte die wcndelförmige .Anordnung eine Verstärkungscharakteristik, die im wesentlichen über den Frequenzbereich von l.d GHz bis 4.0 GHz flach war. Es wurde ein Rine-Schleifcn-Ab-

schnitt von 40 Ringen und dem gleichen Durchmesser wie die Wendel verwendet, wobei die Ringe um eine gleiche Teilung von etwa 0,25 cm voneinander entfernt waren. Auf diese Weise wurde die Verstärkung der Wanderfeldröhre über einen zusätzlichen Frequenzbereich von 4,0 GHz bis 5,4 GHz vergrößert. Bei einer solchen Konstruktion war die Verstärkungscharakteristik am hohen Frequenzende des Bereiches um einen Faktor von 3 db leicht zu einer Spitze ausgebildet, was zeigt, daß die Ring-Schleifen-Anordnung eine etwas höhere als die gewünschte Verstärkung ergab. Dies läßt sich jedoch leicht dadurch korrigieren, daß der Abstand von Ring zu Ring verjüngt, d. h. eingestellt wurd;. A.uf diese Weise wird die Dispersions-

chaiakteristik der stark dispergierenden Ring-Schleifen-Anordnung und damit die Verstarkungscharakterfctik aeändert. Beispielsweise wird durch Einstellung des Abstandes von Ring zu Ring in der Weise, daß der Abstand von 0,2 cm bis 0,25 cm bei wenigstens der Hälfte der Anzahl von Ringen mit einem gleichförmigen Abstand von 0,25 cm variiert, die Spitze -mseeelättet Durch Einstellung des Abstandes von Rim» zu Ring und damit der Mittenfrequenz, bei der die Verstärkungscharakteristik des dispergierenden Rine-Schleifen-Abschnittes ein Maximum hat, kann die Gesamtverstärkungscharakteristik der Wanderfeldröhre auf dem gewünschten Wert gehalten und entsprechend verbessert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wanderfeldverstärkerröhre vom O-Typ mit einem Verzögerungsleistungsabschnitt in Form wenigstens einer verhältnismäßig wenig dispergierenden Wendel, deren Verstärkungscharakteristik einen zentralen Frequenzbereich, bei dem die Verstärkung im wesentlichen gleichförmig ist, sowie einen oberen und einen unteren Seitenfrequenzbereich, bei dem die Verstärkung kleiner ist »is im zentralen Frequenzbereich, einschließt, und mit wenigstens einem zusätzlichen, verhältnismäßig stärker dispergierenden Verzögerungsleitungsabschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Verzögerungsleitungsabschnitt (17) oder die zusätzlichen Verzögerungskitungsabscbnitte derart ausgebildet ist bzw. sind, daß die durch den oder jeden Verzögerungsleitungsabschnitt erzielte maximale Verstärkung innerhalb eines Seitenfrequenzbereiches liegt.

2. Wanderfeldverstärkerrohre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei zusätzliche Verzögerungsleitungsabschnitte (17, 18), wobei die Frequenz maximaler Verstärkung, die von einem zusätzlichen Verzögerungsleitungsabschnitt (17) erzeugt wird, im oberen Frequenzbereich liegt, und die Frequenz maximaler Verstärkung, die von dem anderen zusätzlichen Verzögerungsabschnitt (19) erzeugt wird, im unteren Frequenzbereich liegt.

3. Wanderfeldverstärkerroh. t nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens eine Ring-Schlcifcn-Anordnung, die die zusätzliche(n) Verzögerungsleitungsabschnitte (17,19) darstellt.

4. Wanderfeldverstärkerrohre nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch eine erste Ring-Schleifen-Anordnung (17), deren Steigung so ausgelegt ist, daß sie maximal verstärkte Frequenzen im oberen Frequenzbereich ergibt, und eine zweite Ring-Schleifen-Anordnung (19) unterschiedlicher Steigung, die maximal verstärkte Frequenzen im unteren Frequenzbereich ergibt.

5. Wanderfeldverstärkerrohre nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verhältnismäßig wenig dispergierende Wendel zwei wendeiförmige Verzögcrungsleitungsabschnitte (11, 13) aufweist, die voneinander getrennt sind und die längs einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, wobei die zusätzlichein) dispergierende(n) Verzögcrungsleitungsabschnitte (17, 19) im Raum zwischen den wcndclförmigcn Verzögerungslcitungsabschnitten (11, 13) angebracht ist (sind).

6. Wanderfeldverstärkerrohre nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ring-Schleifen-Anordnungen (17, 19) an ihren benachbarten Enden in Serie geschaltet sind, und daß das entgegengesetzte Ende einer jeden Ring-Schleifen-Anordnung mi dem stromleitenden, geerdeten Gehäuse (1) der Wanderfeldverstärkerrohre verbunden ist.

7. Wanderfeldverstärkcrröhrc nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster der wendeiförmigen Verzögcrungsleitungsabschnittc (11) an einen Signaleingang und ein zweiter der wendeiförmigen Verzögerungsleitungsabschnitte (13) an einen verstärkten Ausgang des Signals gc-

lefit ist.

8. Wanderfeldverstärkerrohre vom Ü-Typ mit

wenigstens einer spiralförmigen Ring-Schleifen-Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung ein Metallblechelement aus einzelnen Ringen (35, 37 usw.) ist, die durch ursprünglich geradlinie Streifen (36, 38 usw.) miteinander verbunden und in eine Gestalt gebogen sind, bei der die Ringe eine gemeinsame Achse besitzen.