DE2239459B2

DE2239459B2 - Lauffeldröhre mit extrem niedriger Phasenverzerrung

Info

Publication number: DE2239459B2
Application number: DE2239459A
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dipl.-Phys.Dr. 8032 Graefelfing Heynisch; Klaus Dipl.Math.Prof.Dr. 8024 Furth Poeschl; Werner Dipl.-Phys.Dr. 8000 Muenchen Veith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1972-08-10
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DE2239459A1; FR2195839B1; JPS4953758A; GB1439466A; US3863092A; DE2239459C3; FR2195839A1; JPS5732459B2

Description

steuerungsunabhängiger Phasenverzerrung zu schaffen, die dabei von den genannten Beschränkungen in den Röhrenparametern weitgehend frei ist Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, das bei Lauffeldröhren der eingangs genannten Art sich dem Mittelabschnitt (Phasene Dtzerrungsabschnitt) elektronenstrahlauffängerseitig ein Abschnitt mit einem in an sich bekannter Weise gegenüber dem Verzögerungsmaß des elektronenstralilerzeugerseitigen Abschnitts vergrößerten Verzögerungsmaß anschließt und daß eine Dämpfstrecke im Zuge der Verzögerungsleitung vorgesehen ist, wobei der Phasenentzerrungsabschnitt der Verzögerungsleitung auf der Höhe des dem Elektronenauffänger zugewandten Endes der Dämpfstrecke beginnt. Ist die Dämpfungsstrecke beidswnig getapert, so empfiehlt es sich, den Phasenentzerrungsabschnitt der Verzögerungsleitung auf der Höhe der größten Dämpfkraft oder Dämpfungsstrecke beginnen zu lassen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß für die Phasenentzerrung neben der Größe der Raumladung auch eine Veränderung des Verzögerungsmaßes im Zuge der Verzögerungsleitung von Einfluß ist und hierfür auch herangezogen werden kann. Es ist aufgefunden worden, daß bei Einschaltung eines Abschnitts mit verkleinertem Verzögerungsmaß in die Verzögerungsleitung die Phase der Welle im Strahl gegenüber der Phase der Welle auf der Leitung über einen großen Aussteuerung^bereich verzerrungskompensierend verschoben werden kann. Die genaue Bemessung des abschnittsweise verkleinerten Verzögerungsmaßes hat sich dabei nach der Größe des vorzugebenden Raumladungsparameters QC einerseits und nach den Gegebenheiten bezüglich Leitungsbemessung und Dämpfung andererseits zu richten. In der Wahl dieser Parametergrößen ist man jedoch frei. Mit derart gewonnenen Freiheitsgraden für den Entwurf einer Laufzeitröhre ist es möglich, die nach der Erfindung vorgeschlagene Phasenverzerrungsmaßnahme auch bei bereits vorhandenen Röhrenkonzepten nachträglich vorzunehmen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Änderung des mittleren Verzögerungsmaßes erscheint zunächst abwegig, denn bekanntlich ist das Verzögerungsmaß im Zuge einer Verzögerungsleitung bisher im wesentlichen nur deshalb geändert worden, um den Wirkungsgrad der Röhre durch Anpassung der Wellengeschwindigkeit an die infolge der Energieabgabe abgebremsten Elektronen zu verbessern. Bei einer solchen »Geschwindigkeitstaperung« muß am ausgangsseitigen Teil der Verzögerungsleivung das Verzögerungsmaß allmählich vergrößert statt verkleinert werden. Tatsächlich wird auch durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme der Wirkungsgrad gegenüber einer Röhre mit ungetaperter Verzögerungsleitung etwas vermindert. Dieser Verlust kann jedoch in vielen Fällen in Kauf genommen bzw. durch Verlängerung des Wechselwirkungsabschnitts oder Absenkung des Elektronenauffängerpotentials ausgeglichen werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dem Phasenentzerrungsabschnitt elektionenauffängerseitig einen Abschnitt mit einem in an sich bekannter Weise gegenüber dem Verzögerungsmaß des elektronenstrahlerzeugerseitigen Abschnitts vergrößertes Verzögerungsmaß anzuschließen. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Zusatzmaßnahme der erwähnte Wirkungsgradverlust unter Wahrung der phasenentzerrenden Wirkungsweise weitgehend aufgefangen werden kann.

An einer Wanderfeldröhre mit einer Wendelleitung soll die Erfindung nachstehend an Hand der Figuren der Zeichnung mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Für das Verständnis der Erfindung unwesentliche Teile einer Laufzeitröhre sind weggelassen. Es zeigt

ίο F i g. 1 in schematischer Darstellung eia Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laufzeitröhre, F i g. 2 in einem Diagramm neben einem konstanten Verzögerungsmaß ein Beispiel einer Verzögerungsmaßänderung im Rahmen der Erfindung,

F i g. 3 in einem Diagramm die Abhängigkeit des AM/PM-Konversionsfaktors von der Ansteuerleistung.

Die schematische F i g. 1 zeigt eine Lauffeldröhre nach der Erfindung für den Fall einer Wanderfeldröhre mit Wendelleitung. Dabei ist mit 1 das Elektronenstrahlerzeugungssystem und mit 2 der Elektronenstrahlauffänger bezeichnet, zwischen denen die mit 3 bezeichnete Wendel angeordnet ist. Pfeile 20, 21 deuten die Hochfrequenzeinkopplung bzw. Hochfrequenzauskopplung an. Die Wendel 3 ist durch eine Dämpfungsstrecke 4, die in der Figur schraffiert eingezeichnet ist und in ihrer Dreiecksform die übliche Taperung darstellen soll, in einen Eingangsteil 5 und einen Ausgangsteil 6 aufgeteilt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verzögerungsmaßänderung ist nun in diesem Fall so vorgenommen, daß sich der Phasenentzerrungsabschnitt dem elektronenstrahlerzeugerseitigen Abschnitt im Bereich der Dämpfungsstrecke 4, und zwar auf der Höhe ihrer höchsten Dämpfkraft (Ort 8) anschließt; bei ungetaperter Dämpfungsstrecke ist es günstig, den Phasenentzerrungsabschnitt auf der Höhe des dem Elektronenauffänger zugewandten Ende der Dämpfungsstrecke beginnen zu lassen. Dabei ist die Verzögerungsmaßverkleinerung durch eine Vergrößerung der Ganghöhe 7 verwirklicht. In der Praxis wird man es vorziehen, die einzelnen Abschnitte zur Vermeidung von Stoßstellen mit stetigen Verzögerungsmaßänderungen ineinander übergehen zu lassen.

Bei der dargestellten Lauffeldröhre empfiehlt es sich, zur Optimierung von Phasenentzerrung und Wirkungsgrad folgende, leicht einzuhaltende Randbedingungen zu beachten: es sollte gelten

0,8 <Ξ y_a <Ξ 2,0, wo y_a

der Verstärkungsparameter für die elektromagnetische Welle ist; weiterhin sollte der Verstärkungsgewinn auf dem Ausgangsteil 6 der Verzögerungsleitung mindestens 24 dB betragen; außerdem sollte £*<0,l sein, wobei d ein Maß für die Eigenverluste der Verzögerungsleitung im Ausgangsteil ist

die Dämpfungskonstante der

Tc·-'

wo

Systemwelle, ß_e die »Phasenkonstante« der Elektronenströmung und C der Verstärkungsparameter sind); schließlich sollte gelten

2 A_w

6 A_n

wobei mit I₀ die Länge der Dämpfungsstrecke und mit l_w die Länge der elektromagnetischen Welle im

5 ₍ 6

Wechselwirkungsabschnitt bezeichnet ist. Die genaue verzerrung., In !einem Diagramrn ist der ÄM/PM-

Gestaltung des Verlaufes der Verzögerung, hängt Koeffizientk_p gegen die Anstfcueileistu.ng,,'dargestellt

dann für.einen bestimmten Leitungstyp außer, vom in, relativen Einheitep A², aufgetragen. Dabei' ent-

gewählten Raumladungsparameter von diesen frei spricht die KuniolOO der. Verzögerungsieitüng mit

wählbaren Röhrenparametern ab. und kann berech- 5 konstantem VerzÖgeriingsrnaß (KüryeIQ in Fig. 2),

net oder experimental bestimmt werden. die Kurve JlO der gleichen'. Verzögerungsleitung, je-

Im Diagramm der Fig. 2 ist. ein. Beispiel für ein doch mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung ge-Verzögerungsmaß längs der Verzögerungsleitung maß Kurve 11 der Fig. 2; der Vergleich Würde mit einer erfindungsgemäßen Laufzeitröhre angegeben; . einer Wendelleitung durchgeführt, wie sie in Fig. 1 dabei ist das Verzögerungsmaß, definiert als das Ver- io angedeutet ist. Man erkennt die durch die erfindungshältnis der Lichtgeschwindigkeit c zur Phasenge- gemäße Maßnahme erziehe erhebliche Senkung des schwindigkeit ν der Welle in der Verzögerungsleitung, Konversionsfaktörs, welcher bei dem der Kurve 110 gegen die Längskoordinate L der Verzögerungsleitung entsprechenden Ausführungsbeispiel einen Höchstaufgetragen. Fig. 2 zeigt nur ein Beispiel mit unge- wert von nur etwa l°/dB erreicht und damit wie vertapertem Eingangsteil 5, es sind aber auch getaperte 15 langt stets deutlich unter 2°/dB bleibt
Eingangsteile verwendbar. In diesem Fall gelten Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die für die vorgeschlagenen Verzögerungsmaßrelationen dargestellte Ausführungsart einer Laufzeitröhre besinngemäß die mittleren Verzögerungsmaße beider schränkt, weder auf eine Wanderfeldröhre noch auf Teile. Gegenüber einem konstanten Verzögerungs- eine bestimmte Art der Verzögerungsleitung. Außermaß (Kurve 10) ist ein Beispiel einer Verzögerungs- ao dem kann die vorgeschlagene Verzögerungsmaßändemaßänderung im Rahmen der Erfindung (Kurve 11) rung außer durch eine Periodenvariation der Verzöeingezeichnet; aller Änderungen bewegen sich inner- gerungsleitung auch durch andere Maßnahmen wie halb der lO°/o-Grenzen. beispielsweise durch Querschnittsveränderungen der

F i g. 3 zeigt nun die Auswirkung einer erfindungs- Verzögerungsleitung oder durch Einbringen von

gemäßen Verzögerungsmaßänderung auf die Phasen- »5 dielelektrischem Material vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

! 2 2 Cf 9. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer wendeiförmigen VerPatentansprüche: zögerungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Verzögerungsmaße durch

1. Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre 5 Variation der Ganghöhen in der Verzögerungsmit einer zwischen einem Elektronenstrahlerzeu- leitung verwirklicht sind.

gersystem und einem Elektronenstrahlauffänger
untergebrachten Verzögerungsleitung, in welcher

zwischen einem elektronenstrahlerzeugerseitigen

und einem elektronenstrahlauffängerseitigen Ab- io
schnitt der Verzögerungsleitung ein Mittelabschnitt mit gegenüber dem Verzögerungsmaß des Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre mit einer elektronenstrahlerzeugerseitigen Abschnitts ver- zwischen einem Elektronenstrahlerzeugersystem und kleinerten Verzögerungsmaß eingeschaltet ist, einem Elektronenstrahlauffänger untergebrachten dadurch gekennzeichnet, daß sich dem 15 Verzögerungsleitung, in welcher zwischen einemelek-Mittelabschnitt (Phasenentzerrungsabschnitt) elek- tronenstrahlerzeugerseitigen und emem elektronentronenstrahlauffängerseitig ein Abschnitt (6) mit strahlauffängerseitigen Abschnitt der Verzögerungseinem in an sich bekannter Weise gegenüber dem leitung ein Mittelabschnitt mit gegenüber dem Ver-Verzögerungsmaß des elektronenstrahlerzeuger- zögerungsmaß des elektronenstrahlerzeugerseitigen seitigen Abschnitt (5) vergrößerten Verzögerungs- 20 Abschnitts verkleinerten Verzögerungsmaß eingemaß anschließt und daß eine Dämpfstrecke (4) schaltet ist. Eine derartige Röhre ist aus der US-im Zuge der Verzögerungsleitung (3) vorgesehen Patentschrift 2 908 844 bekanntgeworden. Bei dieser ist, wobei der Phasenentzerrungsabschnitt der voibekannten Anordnung hat zum Zwecke der Verzögerungsleitung auf der Höhe des dem Elek- Rauschpegelsenkung im Mittelabschnitt der Leitung tronenauffänger (2) zugewandten Endes der 25 keine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl Dämpferstrecke (4) beginnt. und der mitlaufenden Leitungswelle stattzufinden und

2. Lauffeldröhre nach Anspruch 1, dadurch muß es im auffängerseitigen Abschnitt zu einer gekennzeichnet, daß bei beiderseitig getaperter destruktiven Interferenz zwischen einem bestimmten Dämpferstrecke (4) der Phasenentzerrungs-Ab- Rauschwellen-Modus der in diesem Abschnitt einschnitt der Verzögerungsleitung (3) auf der Höhe 30 tretenden Leitungswelle und einem in diesem Abie) der größten Dämpferkraft der Dämpferstrecke schnitt erst entfachten Rauschwellen-Modus kommen. (4) beginnt. Wird bei einer Lauffeldröhre die Übertragung von

3. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehen- Wirkleistung, d. h. die Verstärkung, nicht mehr durch den Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß gilt lineare Vorgänge bestimmt, so wird bekantlich die 0,8 Z.y_a^L 2,0, wobei mit y_a die Verstärkungs- 35 Verschiebung der Ausgangsphase gegenüber der Einkonstante für die elektromagnetische Welle be- gangsphase einer verstärkten Welle amplituden- bzw. zeichnet ist. frequenzabhängig; Phasen Verzerrungen in einem zu

4. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehen- übertragenden Signal sind die Folge. Derartige Signalden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfälschungen wirken sich besonders störend aus, Verstärkungsmaß auf dem der Dämpfungsstrecke 40 beispielsweise beim Einsatz der Lauffeldröhre im folgenden Teil der Verzögerungsleitung (Aus- Richtfunk, wo die Signalübertragung mittels Fregangsteil) mindestens 24 dB beträgt. quenzmodulation vorgenommen wird. Ein Maß für

5. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehen- die Phasenverzerrung ist dabei der sogenannte Amden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gilt plitudentnodulation / Phasenmodulation-Konversions-

A ^- η 1 ,«,nVioi w ~<*° «,« λ·* ns«, +5 faktor (AM/PM-Konversionsfektor); speziell bei

d < 0,1, wöbe. d = -f-_c , wo «₀ die Damp- _Richtfun ^V _{kwanderwellenröhren ist} für diesen Faktor

fungskonstante für die elektromagnetische Welle, ein Maximalwert deutlich unter 2°/dB wünschens-

ß_e die »Phasenkonstante« der Elektronenströ- wert, um den Amplitudenbegrenzungsaufwand in ver-

mung und C der Verstärkungsparameter ist. tretbaren Grenzen zu halten.

6. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehen- 50 Zur Senkung des Konversionsfaktors ist es aus der den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gilt DT-OS 1149 383 bereits bekanntgeworden, bei einer

2A </ <6/l Lauffeldröhre mit einer teilweise mit Dämpfungs-

^{w D w>} material versehenen wendeiförmigen Verzögerungs-

wobei mit I_n die Länge der Dämpfungsstrecke leitung die Dämpfung je Längeneinheit — bis auf

und mit l_w die Länge der elektromagnetischen 55 erforderliche Taperungen — konstant zu halten.

Welle im Wechselwirkungsabschnitt bezeichnet ist. Dabei soll die dämpfungsfreie Ausgangsseite der Ver-

7. Lauffeldröhre mit einer zwischen einem zögerungsleitung im ganzen Betriebswellenlängen Elektronenstrahlerzeugersystem und einem Elek- bereich der Anordnung wenigstens 10 Wellenlängen tronenauffänger untergebrachten Verzögerungs- lang sein und der Wert des Produktes QC (Raumleitung, die Abschnitte mit unterschiedlichem 60 ladungsparameter) für die Röhre wenigstens 0,4 be-Verzögerungsmaß enthält, und einer Dämpfungs- tragen. Eine derartige Anordnung macht sich den strecke im Zuge der Verzögerungsleitung, ge- Verzerrungskompensierenden Einfluß verhältnismäßig kennzeichnet durch eine Kombination von Merk- starker Raumladungsfelder zunutze und ist damit malen aus den vorhergehenden Ansprüchen. zugleich auf Laufzeitröhren mit hoher Perveanz und

8. Lauffeldröhre nach einem der vorhergehen- 65 mit bestimmten Bemessungsvorschriften für die Verden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zögerungsleitung beschränkt.

Verzögerungsmaße der einzelnen Abschnitte Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine

stetig ineinander übergehen. Laufzeitröhre mit extrem niedriger, weitgehend an-