DE2247495C2 - Lauffeldröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lauffeldröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich ist eine Lauffeldröhre eine Elektronenstrahlröhre, die eine Verzögerungsleitung enthält, in welcher ein Elektronenstrahl Energie an eine elektromagnetische Welle abgibt, die dem Eingang der Röhre zugeführt wird, und deren Ausbreitungsgeschwindigkeit sehr nahe bei derjenigen der Elektronen des Elektronenstrahls liegt, wobei die Verzögerungsleitung durch eine periodische lineare Struktur von Zellen oder Elementen verschiedener Art gebildet ist, insbesondere von Hohlräumen, Schlitzen, die in Resonanz sein können oder nicht, Leitungsabschnitten von mehr oder weniger komplizierten Formen, deren einfachste Formen Wendeln, Interdigitalleitungen sind usw.

Die Betriebsweise solcher Lauffeldröhren ist an sich bekannt und kann entweder im kontinuierlichen Betrieb oder im Impulsbetrieb erfolgen, wobei die beiden Betriebsweisen mit verschiedenen Erregungspegeln, d.h. mit verschiedenen Pegeln der dem Eingang der Röhre zugeführten Welle durchgeführt werden.

Eine aus der DE-PS 8 41 767 bekannte Lauffeldröhre enthält eine Elektronenquelle, die gleichzeitig zwei verschiedene Elektronenstrahlen liefern kann. Eine erste Verzögerungsleitung ist vorgesehen, welche die zu verstärkende Hochfrequenzwelle empfängt und mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten kann. Ferner ist eine zweite Verzögerungsleitung vorgesehen, die in der Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlen hinter der ersten Verzögerungsleitung liegt und mit dieser über eine Anpassungsverzögerungsleitung verbunden ist Dabei kann die zweite Verzögerungsleitung mit dem zweiten Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten. An die zweite Verzögerungsleitung ist der Ausgang angeschlossen, der die Hochfrequenzwelle abgibt. Die beiden Elektronenstrahlen werden gleichzeitig erzeugt und sind miteinander elektromagnetisch gekoppelt

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lauffeldröhre, die mit zwei verschiedenen Ausgangspegeln betrieben werden kann, ohne einen schlechteren Wirkungsgrad bei niedrigerem Ausgangspegel in Kauf nehmen zu müssen.

Lauffeldröhren bekannter Art, die nur eine einzige Verzögerungsleitung aufweisen und mit einem einzigen Elektronenstrahl arbeiten, können diese Bedingung nur sehr schwierig erfüllen, weil der Übergang von einer Betriebsart zur anderen bei solchen Röhren im allgemeinen durch eine Änderung des Strahlstroms erhalten wird, so daß es unter diesen Bedingungen schwierig ist, den Wirkungsgrad für die beiden Betriebsarten zu optimalisieren. Eine solche Bedingung ist natürlich noch schwieriger zu erfüllen, wenn es außerdem erwünscht ist, augenblicklich von einem Leistungspegel zum anderen überzugehen.

Gemäß der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Lauffeldröhre nach der Erfindung ermöglicht eine Änderung von wenigstens 1OdB zwischen den beiden gewählten Betriebspegeln, und zwar bei optimalem Wirkungsgrad bei beiden Betriebspegeln. Bei der ersten Betriebsart mit niedrigem Pegel wird nur einer der beiden Elektronenstrahlen angewendet, während bei der zweiten Betriebsart mit hohem Pegel die beiden Elektronenstrahlen gleichzeitig unter später genauer angegebenen Bedingungen zur Anwendung kommen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform enthält die Lauffeldröhre zwischen einer doppelten Elektronenquelle und einer Fangelektrode eine doppelte HF-Struktur. Zwei gleichachsige getrennte Elektronenstrahlen, von denen der erste rohrförmige Elektronenstrahl den zweiten zylindrischen Elektronenstrahl umgibt, werden konzentrisch von zwei getrennten Elektronenstrahlsystemen emittiert, von denen das eine aus einer ringförmigen Katode und einer Anode gebildet ist, während das andere von einer kugelkalottenförmigen Katode und einer weiteren Anode gebildet ist. Die beiden Elektronenstrahlen werden verschiedenen Beschleunigungsspannungen ausgesetzt, wobei die Beschleunigungsspannung des rohrförmigen Elektronenstrahls kleiner als die Beschleunigungsspannung des

zylindrischen Elektronenstrahls ist, und die doppelte H F-Struktur besteht aus einer ersten Verzögerungsleitung mit hohem Verzögerungsgrad und aus einer zweiten Verzögerungsleitung mit niedrigerem Verzögerungsgrad, die mit der ersten Verzögerungsleitung über einen Übergang mit veränderlichem Verzögerungsgrad verbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Eitindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung >st in der Zeichnung dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 die Gesamtanordnung der Lauffeldröhre und

Fig.2 eine Detailansicht der Elektronenoptik des doppelten Elektronenr.trahlsystems der Lauffeldröhre in einem halben Längsschnitt

F i g. 1 zeigt schematisch:

— das erste Eiektronenstrahlsystem 1 mit einer kreisringförmigen Katode 11, einer Anode 12 und einer zwischen diesen beiden Elektroden angeordneten Wehneltelektrode 13;

— das zweite Eiektronenstrahlsystem 2, das gleichachsig zu dem ersten Eiektronenstrahlsystem angeordnet ist mit einer scheibenförmigen Katode 21, einer Anode 22, einer Wehneltelektrode 23 und einem vor der Katode 21 parallel dazu angeordneten Sperrgitter 24.

Die Katoden 11 und 21 haben konstruktionsbedingt vom Innern der Röhre her gesehen sine Konkavität, die durch die Geometrie der Gesamtanordnung bedingt ist, und die rotationssymmetrischen Anoden 12 und 22 haben Profile, die an die Krümmungen der Erzeugenden der Elektronenstrahlen 10 und 20 angepaßt sind, die von der Katode 11 bzw. der Katode 21 emittiert werden. Die ganze Anordnung ist nach dem klassischen Verfahren ausgebildet, die zur Festlegung der Elektronenoptik der Elektronenstrahlsysteme von Lauffeldröhren angewendet werden. Diese Verfahren sind an sich bekannt, so daß ihre Erläuterung im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht erforderlich ist.

Die Katoden 11 und 21, die insbesondere Oxidkatoden sein können, werden durch Heizdrähte 19 bzw. 29 mit einer an die Katoden angepaßten Form auf ihre optimale Betriebstemperatur gebracht.

Die Anode 12 des Elektronenstrahlsystems 1, die von allen übrigen Elektroden isoliert ist, ermöglicht die Einstellung des Strahlstroms dieses Elektronenstrahlsystems. Die Wehneltelektrode 13 des Elektronenstrahlsystems 1 ist so konstruiert, daß ihr inneres Profil eine Fortsetzung des Profils der Anode 22 des Elektronenstrahlsystems 2 darstellt. Die Katode 11, die Wehneltelektrode 13 des Elektronenstrahlsystems 1 und die Anode 22 des Elektronenstrahlsystems 2 sind elektrisch miteinander verbunden.

Die richtige Fokussierung des rohrförmigen Elektronenstrahls 10 für sich allein einerseits und die gemeinsame Fokussierung des rohrförmigen Elektronenstrahls 10 und des zylindrischen Elektronenstrahls 20 andererseits erfolgt, wie in Fig. 2 gezeigt ist, durch die ausgeklügelte Anordnung eines Polteils 3 und einer magnetischen Abschirmung 4 in bezug auf die Elektronenstrahlsysteme 1 und 2.

Die HF-Struktur enthält zwei Verzögerungsleitungen 5 und 6, die durch einen Übergang 7 miteinander verbunden sind. Die erste Verzögerungsleitung 5 enthält, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als nichteinschränkendes Beispiel angegeben ist, eine Wendel 51, die mit dem Eingang 50 der Röhre verbunden ist und eine Wendel 52, die mit dtm Ausgang 60 der Röhre verbunden ist und von der Wendel 51 durch eine Unterbrechung 53 getrennt ist, die die Gefahr des Auftretens von Reflexionsschwingungen einschränken soll. Die zweite Verzögerungsleitung 6 hat einen niedrigeren Verzögerungsgrad als die erste Verzögerungsleitung 5. Es ist jedoch hervorzuheben, daß außer den hier als Beispiel dargestellten Wendeln liuch beliebige andere Konfigurationen für die Verzögerungsleitungen gewählt werden können, beispielsweise die Hohlraumstrukturen, Interdigitalleitungen mit Schlitzen oder Flügeln, kettenleiterförmige Interdigitalleitungen usw.

Die aus den Elektronenstrahlsystemen 1 und 2 und der HF-Struktur 5, 6, 7 gebildete Anordnung, ergänzt durch eine gleichachsige Fangelektrode 8, ist in einen vakuumdichten Kolben eingesetzt der entsprechend der üblichen Praxis bei Lauffeldröhren in dem die Verzögerungsleitungen 5 und 6 umgebenden Teil einen kleineren Durchmesser als in dem den Elektronenstrahlsystemen 1 und 2 gegenüberliegenden Teil aufweist; dies ermöglicht eine genaue Fokussierung der beiden Elektronenstrahlen mit Hilfe eines Magnetfeldes, das durch eine Magnetspule 9 erzeugt wird, die über die ganze Länge des einspringenden Teils des Röhrenkolben angeordnet ist.

Die beschriebene Lauffeldröhre arbeitet in folgender Weise:

Im normalen Betrieb wird an die Katode 11 des Elektronenstrahlsystems 1 eine negative Spannung in bezug auf die Anode 12 und die Verzögerungsleitung 5 derart angelegt, daß die Geschwindigkeit der Elektronen des rohrförmigen Elektronenstrahls gleich der Phasengeschwindigkeit der sich entlang der Verzögerungsleitung 5 ausbreitenden HF-Welle ist. Die zweite Verzögerungsleitung 6 mit dem niedrigeren Verzögerungsgrad ist dann vollkommen passiv; sie bewirkt ausschließlich die Übertragung der verstärkten Welle

to zum Ausgang 60 der Röhre.

Beim Übergang zu der zweiten möglichen Betriebsart der Röhre wird auch an die Katode 21 des Elektronenstrahlsystems 2 eine in bezug auf die Anode 22 negative Spannung angelegt, wobei die Verzögerungsleitung 6 elektrisch mit der Anode 22 verbunden ist. Bei dieser Betriebsart wird die zwischen der Katode 21 und der Anode 22 angelegte Spannung so eingestellt, daß dem von der Katode 21 abgegebenen vollen Elektronenstrahl eine Geschwindigkeit erteilt wird, die im wesentlichen gleich der Phasengeschwindigkeit der sich entlang der Verzögerungsleitung 6 ausbreitenden HF-Welle ist.

Die erste Betriebsart findet im kontinuierlichen Betrieb statt, während die zweite Betriebsart beim Impulsbetrieb angewendet wird, der durch das Sperrgitter 24 erhalten wird, das durch Anlegen einer entsprechend bemessenen Spannung in bezug auf die Katode 21 die Unterbrechung der von dieser Katode kommenden Elektronenemission ermöglicht. Außerdem wird die zwischen der Katode 21 und der Anode 22 des Elektronenstrahlsystems 2 angelegte Spannung einerseits und die Stromstärke des vollen Elektronenstrahls 20 andrerseits wesentlich größer als die entsprechenden Werte des rohrförmigen Elektronenstrahls 10 bemessen, r*ie bei der ersten Betriebsart vorkommen.

Die von der Verzögerungsleitung 6 bei der zweiten Betriebsart verstärkte Welle weist also einen wesentlich höheren Pegel auf als die von der Verzögerungsleitung

5 bei der ersten Betriebsart verstärkte Welle; dies ist die Folge des Energieniveaus des Elektronenstrahls, das bei der ersten Betriebsart zur Anwendung kommt, und der Kaskadenverstärkung, die sich aus dem Durchgang des Elektronenstrahls nacheinander durch das Innere der beiden Verzögerungsleitungen 5 und 6 ergibt.

Es ist zu bemerken, daß die Verzögerungsleitung 6 unter diesen Bedingungen einen geringeren Verzögerungsgrad als die Verzögerungsleitung 5 aufweisen muß, da der Verzögerungsgrad einer Verzögerungsleitung, die bei einer Lauffeldröhre mit einem Elektronenstrahl in Wechselwirkung steht, unter sonst gleichen Bedingungen bekanntlich um so kleiner sein muß, je größer die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls ist, der mit ihr in Wechselwirkung kommt.

Als Beispiel können die folgenden Zahlenwerte angegeben werden, die den beiden Betriebsarten entsprechen:

— im kontinuierlichen Betrieb wird beim Anlegen einer Spannung von —3000 V an die Katode 11 des Elektronenstrahlsystems 1 und mit einem Strahlstrom des Elektronenstrahls 10 (Fig. 2) von 300 mA, der eine Ausgangsleistung von 200 W ergibt, eine Verstärkung von 25 dB erhalten;
— im Impulsbetrieb wird beim Anlegen einer Spannung von — 12 000 V an die Katode 21 und mit einem Strahlstrom des Elektronenstrahls 20 von ) 800 mA, der eine Ausgangsleistung von 2 kW

ergibt, eine Verstärkung von 35 dB erhalten.

Beim Übergang von der einen Betriebsart zu der anderen Betriebsart erhält man also eine Verstärkungs-

Ki änderung von 35 — 25 = 1OdB zwischen den diesen beiden Betriebsarten entsprechenden Pegeln.

Infolge dieser Betriebsweise sind die beschriebenen Lauffeldröhren besonders als Senderöhren bei Mehrfunktions-Radargeräten geeignet, die beispielsweise als

ι) Doppler-Geräte im Dauerstrichbetrieb oder als Impulsradargeräte arbeiten, sowie auch bei Abwehrgeräten, bei denen mit einer kontinuierlichen Rauschsendung eine Hochleistungs-Impulssendung kombiniert ist, die zur Erzeugung von Echos mit veränderlicher Laufzeil

2(i dient. Dabei dient der kontinuierliche Teil zur Störung der wahren Echos, während der Impulsteil falsche Echos erzeugt, die von dem gegnerischen Empfänger fälschlich interpretiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lauffeldröhre für die Verstärkung einer Hochfrequenzwelle, mit einer Elektronenquelle, die einen ersten Elektronenstrahl und gleichzeitig mit diesem einen zweiten Elektronenstrahl liefert, einer ersten Verzögerungsleitung, weiche die zu verstärkende Hochfrequenzwelle empfängt, und mit dem ersten Elektronenstrahl in Wechselwirkung tritt, einer zweiten Verzögerungsleitung, die in der Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlen hinter der ersten Verzögerungsleitung liegt und mit dieser über eine Anpassungsverzögerungsleitung verbunden ist, wobei die zweite Verzögei ungsleitung mit dem zweiten Elektronenstrahl in Wechselwirkung tritt, und mit einem an die zweite Verzögerungsleitung angeschlossenen Ausgang, der die Hochfrequenzwelle abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle (1, 2) selektiv entweder nur den ersten Elektronenstrahl oder den ersten und den zweiten, sich mit größerer Energie in der gleichen Richtung wie der erste Elektronenstrahl ausbreitenden Elektronenstrahl liefert, und daß die Hochfrequenzwelle entweder durch die Wechselwirkung zwischen dem ersten Elektronenstrahl und der ersten Verzögerungsleitung (5) allein oder durch diese Wechselwirkung in Verbindung mit der Wechselwirkung zwischen dem zweiten Elektronenstrahl und der zweiten Verzögerungsleitung (6) verstärkt ist.

2. Lauffeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzögerungsleitungen (5, 6) und die Anpassungsverzögerungsleitung (7) gleichachsige zylindrische Wendeln aus einem Leiterdraht sind, durch deren Inneres die beiden Elektronenstrahlen gehen, daß der eine Elektronenstrahl ein voller zylindrischer Elektronenstrahl ist, und daß der andere Elektronenstrahl ein rohrförmiger Elektronenstrahl ist, der zu den anderen Elektronenstrahlen und zu den Wendeln gleichachsig ist.

3. Lauffeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den beiden Verzögerungsleitungen (5, 6) in Wechselwirkung tretende Elektronenstrahl der volle Elektronenstrahl ist.

4. Lauffeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der zweiten Verzögerungsleitung (6) in Wechselwirkung tretende Elektronenstrahl impulsmoduliert ist.

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