DE2600705A1

DE2600705A1 - Vorrichtung zur unterdrueckung von parasitaeren schwingungen in elektronenroehren

Info

Publication number: DE2600705A1
Application number: DE19762600705
Authority: DE
Inventors: Michel Benoit; Pierre Gerlach
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1976-07-15
Also published as: GB1521613A; JPS5196279A; JPH0132621B2; FR2298184B1; DE2600705B2; FR2298184A1; US4017760A; DE2600705C3

Description

75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 1926

Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen

in Elektronenröhren

Die Erfindung bezieht sich auf Leistungselektronenröhren und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen, die in solchen
Röhren entstehen können, wenn diese einen koaxialen
Aufbau haben.

In den Röhren des betreffenden Typs werden koaxial angeordnete Zylinderelektroden verwendet und in gewissen Betriebsbereichen kommt es in ihnen manchmal zum Entstehen von parasitären Schwingungen, weil nämlich zwei benachbarte Elektroden einen Koaxialhohlleiterabschnitt bilden. Diese Störerscheinung, die in besonderer Weise mit der
Geometrie der Strukturen verknüpft ist, tritt haupt-

609829/0654

ORIGINAL INSPECTED

sächlich mit den TE11- oder TE21-Höchstfrequenzmoden auf. Sie ist für den Betrieb der Röhre schädlich, und zwar wegen der selbsttätigen Erzeugung von unerwünschten Schwingungen und vor allem wegen der durch sie verursachten Überspannungen und überstromstärken, die sich durch Überschläge bzw. Abschaltungen ausdrücken können.

Verschiedene Systeme zur Dämpfung von Schwingungen sind zwar bereits bekannt, insbesondere für die Höchstfrequenzhohlleiter, ihre Einführung in eine Elektronenröhre ist jedoch wegen der zusätzlichen Einschränkung, die diese auferlegt, gewöhnlich nicht möglich. Diese Systeme sollen nämlich in der Lage sein, in warmer Umgebung zu arbeiten und sollen weder die Qualität des Vakuums noch die Geometrie der Röhre stören, die durch andere elektronische Parameter vorgeschrieben wird. Es sei außerdem angemerkt, daß die bewußten Systeme in dem Bereich der Betriebsfrequenzen der Röhre keine Verluste hervorrufen sollen.

Die Erfindung schafft eine frequenzselektive Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen mit einem elektrisch leitenden Teil, das aus einem Zylinder besteht, der mit einem Kragen versehen ist. Das Teil trägt eine vorzugsweise ungerade Anzahl von Resonanzkreisen des RLC-Typs mit gleichmäßig verteilten Konstanten und ist derart hergestellt und angeordnet, daß die Resonanzkreise auf den Frequenzbereich der parasitären Schwingungen abgestimmt und mit den Kreisen der Röhre gekoppelt sind, in denen die parasitären Schwingungen entstehen können. Die Resonanzkreise der Röhre werden auf diese Weise belastet und gedämpft, so daß die Aufrechterhaltung von parasitären Schwingungen nicht mehr erfolgt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und v/erden im folgenden näher

609829/065Ä

beschrieben. Es zeigen:

Die Fig. 1 und 2 im Schnitt bzw- in Draufsicht eine

erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,

die Fig. 3 und 4 im Schnitt bzw. in Draufsicht eine

zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, und

die Fig. 5 und 6 im Schnitt bzw. in Draufsicht eine

Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Erfindung.

In den verschiedenen Figuren tragen gleiche Teile gleiche Bezugs zeichen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht und Fig. 1 eine Schnittansicht längs der Achsen AA eines elektrisch leitenden Teils, welches hauptsächlich einen zylindrischen Teil 1 aufweist, der in einem Kragen 2 endigt. Der Kragen 2 bildet mit der Achse 10 des Zylinders 1 einen Winkel, der zwischen O und 90 liegen kann, vorzugsweise aber einen ausreichend großen Wert hat, welcher durch weiter unten dargelegte Überlegungen festgelegt wird. Der zylindrische Teil 1 endigt an seinem anderen Ende, das den Kragen 2 nicht trägt, in einem Element 3, das zur Befestigung des gesamten Teils an dem übrigen Teil der Röhre dient. Das Element 3 ist beispielsweise ein Ring, dessen Ebene zu der Achse 10 senkrecht ist. Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Teil wird vorzugsweise durch maschinelle Bearbeitung aus einem einstückigen Teil, beispielsweise aus Metall oder Graphit, hergestellt.

Der Zylinder 1 ist ebenso wie der Kragen 2 mit Öffnungen 11 bzw. 21, die im wesentlichen übereinander angeordnet

609 8 2 9/0654

sind, und mit Schlitzen 22 versehen, welche eine öffnung mit der darüber angeordneten öffnung 21 verbinden, welche die Selbstinduktivitäten bzw. die Kapazitäten der Resonanzkreise des RLC-Typs mit gleichmäßig verteilten Konstanten bilden, wobei die Widerstände durch das Material selbst gebildet werden. Genauer gesagt bilden eine induktive Öffnung 21 und der ihr entsprechende kapazitive Schlitz 22 einen von dem Kragen 2 getragenen Resonanzkreis, der über den Schlitz 22 mit dem von dem Zylinder 1 getragenen und durch denselben Schlitz. 22 und durch die ihm entsprechende Öffnung 11 gebildeten! Resonanzkreis gekoppelt ist.

Die induktiven öffnungen 11 und 21 und die kapazitiven Schlitze 22 sind derart dimensioniert, daß die Resonanz bei der Frequenz der parasitären Schwingungen erzielt wird, und zwar mit einer ausreichenden Bandbreite. In an sich bekannter Weise gestattet die Festlegung der Frequenz _f der Bandbreite und infolgedessen des Gütefaktors sowie die Wahl des Materials, d.h. die Kenntnis seines spezifischen Widerstandes ρ und seiner magnetischen Permeabilität /U, den Wert der Induktivitäten L und der Kapazitäten C und infolgedessen die Abmessungen der entsprechenden öffnungen und Schlitze festzulegen. Die Berechnungen ge— statten im allgemeinen die Dimensionierung von im wesentlichen kreisförmigen induktiven öffnungen. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Form ist experimentell ermittelt worden und .es handelt sich um langgestreckte Öffnungen, deren Breite ungefähr gleich einem Viertel der Länge ist und die auf der Höhe des kapazitiven Schlitzes 22 eine Verdickung 40 aufweisen.

Man erhält so zwei getrennte Gruppen von Resonanzkreisen, die die Aufgabe haben, der Vorrichtung eine maximale Wirksamkeit zu verleihen: die magnetischen Feldlinien der parasitären TE-Moden sind nämlich krummlinig und konvergieren zu der Achse 10 der Röhre, die auch die

609829/0654

Achse des Zylinders 1 ist. Die erste Gruppe von Resonanzkreisen, die der Zylinder 1 trägt/ weist gegenüber den Feldlinien eine maximale Wirksamkeit auf, wenn sie radial zu der Achse konvergieren. Die zweite Gruppe von Resonanzkreisen, die der Kragen 2 trägt, weist ge^ genüber denselben Feldlinien in ihrem Teil, der zu der Achse des Zylinders parallel ist, eine maximale Wirksamkeit auf. In einer solchen Konfiguration gibt es somit immer zwei gekoppelte Resonanzkreise für ein und dieselbe Feldlinie, was insbesondere zur Folge hat, daß in an sich bekannter Weise die Bandbreite der Vorrichtung vergrößert wird.

Andererseits sieht man vorzugsweise eine ungerade Anzahl von induktiven Öffnungen in jeder Gruppe von Resonanzkreisen vor, um eine passende Kopplung zwischen den Resonanzkreisen und den Moden der parasitären Schwingungen zu erzielen, und zwar aus folgendem Grund:

einerseits entsprechen die Moden der parasitären Schwingungen, die man in koaxialen Elektronenröhren am häufigsten antrifft, nämlich die TE11- und TE21-Moden geradzahligen Verteilungen von Feldlinien;

andererseits ist die Kopplung zwischen dem elektrisch leitenden Teil und den Resonanzkreisen der Röhre maximal, wenn der Fluß des magnetischen Feldes, der durch die induktiven Öffnungen hindurchgeht, maximal ist.

Da man weiß, daß die Gesamtanordnung eine Rotationssymmetrie besitzt, wird folglich vorzugsweise eine ungerade Anzahl von öffnungen vorgesehen, um zu vermeiden, daß die Flußmaxima zwischen den Öffnungen auftreten, d.h. daß die Kopplung minimal ist.

Bei dieser ersten Ausführungsform sind fünf induktive

609829/0654

Öffnungen vorgesehen worden, was einer Optimierung zwischen den verschiedenen Parametern entspricht, insbesondere zwischen dem vorgeschriebenen Flußmaximum durch die induktiven Öffnungen hindurch und den Abmessungen dieser Öffnungen, die durch die Abstimmung auf die Frequenz der parasitären Schwingungen festgelegt sind.

Auf diese Weise ist eine Vorrichtung geschaffen worden, die aus einer Anordnung von Resonanzkreisen besteht, die derart hergestellt und angeordnet sind, daß sie auf den Frequenzbereich der zu absorbierenden parasitären Schwingungen abgestimmt und mit den Kreisen gekoppelt sind, in welchen diese Schwingungen erzeugt werden können. Wenn diese Schwingungen tatsächlich erzeugt werden, werden sie zumindest teilweise durch die Vorrichtung absorbiert und in Form von Wärme abgeführt, und zwar mit einer Wirksamkeit, die umso größer ist, je näher ihre Frequenz der Resonanzfrequenz der Kreise kommt. Wenn die auf diese Weise verwirklichte Absorption ausreichend ist, sind die Bedingungen für die Aufrechterhaltung der parasitären Schwingungen nicht mehr erfüllt und diese werden deshalb gedämpft.

Das Material, aus dem das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Teil hergestellt wird, wird in Abhängigkeit von seinen folgenden Parametern gewählt: dem spezifischen Widerstand ρ und der magnetischen Permeabilität ,u. In dem Bereich der zu eliminierenden Frequenzen muß nämlich der verteilte Widerstand R jedes Kreises ausreichend groß sein. Für eine gegebene Frequenz f und eine gegebene Geometrie hängt dieser Widerstand von dem spezifischen Widerstand ρ des Materials und von seiner äquivalenten Dicke bei der betreffenden Hochfrequenz (oder der Eindringtiefe des elektrischen Stroms bei dieser Frequenz) ab. Die Dicke δ ist durch folgende Gleichung

609829/065^

gegeben:

δ = κ

wobei K eine Konstante ist, die mit der Geometrie der Leiter und mit den gewählten Einheiten verknüpft ist.

Da aber die Abführung der in Wärme umgewandelten Energie gewöhnlich ein heikles Problem ist, wählt man das Material in Abhängigkeit von den gewählten Betriebsfrequenzen, um eine übermäßige Abführung zu vermeiden: wenn man mit Röhren arbeitet, die für Verwendungszwecke im Kurzwellen- oder Ultrakurzwellenbereich bestimmt sind, wählt man ein Material, das eine geringe Permeabilität ,μ und einen relativ hohen spezifischen Widerstand ρ aufweist; wenn die Röhre für Verwendungszwecke im Mittelwellen- oder Langwellenbereich bestimmt ist, benutzt man vorzugsweise Stähle (bei denen die Permeabilität ,u groß ist und der spezifische Widerstand ρ einen mittleren Wert hat) , deren Herstellung einfacher und deren Herstellungspreis niedrig ist.

Schließlich sind bezüglich des Anbringungsortes der Vorrichtung in der Elektronenröhre verschiedene Lösungen möglich, von denen genannt seien:

- der Bereich der Röhre, der zwischen der Anode und dem Fuß der Röhre liegt;

- der Mittelteil der Anode selbst in dem Fall einer Röhre, die mit zwei übereinander angeordneten Katoden ausgerüstet und in diesem Teil mit einer nichtbeschossenen neutralen Zone versehen ist; und

- der dem Fuß entgegengesetzte Bereich der Röhre zwischen der Anode und dem letzten Gitter der Röhre.

In allen Fällen werden der Winkel, den der Kragen 2 mit der Achse 10 bildet, und auch seine Krümmung derart gewählt, daß das Vorhandensein des elektrisch leitenden

609829/065i

Teils keinen Impedanzbruch erzeugt, der geeignet, ist, die Reflexion der zu absorbierenden parasitären Schwingungen auf dem Teil hervorzurufen. Deshalb ist in dem Fall beispielsweise, in dem man sich für den dritten der o.g. möglichen Anbringungsorte entschieden hat, der Kragen nicht zu der Oberfläche des Zylinders 1 rechtwinkelig (sein Winkel mit der Verlängerung derselben beträgt etwa 60°) und ist zum Innern der Röhre hin leicht konkav, so daß er zu dem Ende des Gitters parallel bleibt, hinter dem er angeordnet wird. Diese letztgenannte Ausführungsform ist in den Figuren dargestellt.

Fig. 4 zeigt in Draufsicht und Fig. 3 in Schnittansicht längs der Achse .B-B eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Sie besteht, wie die vorhergehende Ausführungsform, aus einem elektrisch leitenden Teil, welches einen zylindrischen Teil 1 hat, der an einem Ende in einem Kragen 2 und an dem anderen Ende in einem Befestigungselement 3 endigt.

Der Zylinder 1 ist mit kreisförmigen induktiven Öffnungen

13 versehen, die miteinander durch Gruppen von kapazitiven Schlitzen 14 verbunden sind. In dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Beispiel hat der Zylinder 1 neun Öffnungen 13, die in Gruppen von drei Öffnungen durch zwei Schlitze

14 miteinander verbunden sind.

Der Kragen 2 ist ebenfalls mit kreisförmigen induktiven Öffnungen 23 versehen, die vorzugsweise ebenso wie die des Zylinders 1 angeordnet sind, d.h. es sind neun an der Zahl und sie sind in Gruppen von jeweils drei Öffnungen durch kapazitive Schlitze 24 miteinander verbunden.

609829/065^

Die Festlegung der verschiedenen Parameter, nämlich der Abmessungen, der Anzahl und der Anordnung der induktiven Öffnungen und der kapazitiven Schlitze sowie die Neigung und die Form des Kragens erfolgen wie zuvor. Ebenso arbeitet die Vorrichtung in derselben Weise.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Bandbreite der Vorrichtung aufgrund der kapazitiven Kopplung, die in jeder Gruppe zwischen drei Selbstinduktivitäten hergestellt ist, größer ist.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht und Fig. 5 in einer Schnittansicht längs der Achse C-C eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, in welcher diskrete Belastungen hinzugefügt worden sind.

Die Vorrichtung besteht wieder aus einem elektrisch leitenden Teil, welches einen Zylinder 1, einen Kragen 2 und ein Befestigungselement 3 aufweist.

In dieser Ausführungsform ist der Kragen 2 ebenfalls mit Gruppen von induktiven Öffnungen versehen, nämlich mit fünf Gruppen von drei Öffnungen 25, 26 und 27, die nicht auf ein und demselben Radius angeordnet sind: die mittlere Öffnung 25 liegt etwas weiter außerhalb als die beiden seitlichen Öffnungen 26 und 27. Die drei Öffnungen jeder Gruppe sind durch kapazitive Schlitze verbunden.

Der Zylinder 1 hat ebenfalls fünf Gruppen von induktiven Öffnungen 15, aber jede von ihnen enthält nur zwei Öffnungen, die über einen kapazitiven Schlitz 17 gekoppelt sind. Die Gruppen von Öffnungen 15 sind jeweils kapazitiv mit einer Gruppe von Öffnungen 25, 26, 27 des Kragens 2 gekoppelt, beispielsweise durch einen kapazitiven Schlitz 16, der den Schlitz 17 mit der Öffnung 25 verbindet,

609829/0654

Man erhält somit bei dieser Ausführungsform aufgrund der kapazitiven Kopplung der Selbstinduktivitäten ebenfalls eine Vergrößerung der Bandbreite. Die induktiven Öffnungen des Zylinders 1 und des Kragens 2 sind innen jeweils mit einem zylindrischen Teil 29 bedeckt, das aus einem Material hergestellt ist, in welchem die Energieumsetzung in Wärme bei den Betriebsfrequenzen der Röhre gering und bei den Frequenzen der parasitären Schwingungen groß ist. Ein solches Material kann ein Ferrit oder ein Spezialmaterial für Höchstfrequenzen sein.

Diese letztgenannte Ausführungsform kann in dem Fall benutzt werden, in welchem die mit Hilfe der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtungen erzielte Absorption sich als unzureichend erweisen würde, insbesondere bezüglich der Frequenzen der parasitären Schwingungen. Die Zylinder 29, die an den Stellen angeordnet sind, wo der maximale induzierte Strom fließt, d.h. um die induktiven Öffnungen herum, bilden nämlich diskrete Belastungen, in denen die Absorption im wesentlichen größer ist als die, die mit Hilfe der vorgenannten Vorrichtungen mit gleichmäßig verteilten Konstanten erzielt wird. Außerdem braucht in diesem Fall das Material, aus welchem die Vorrichtung hergestellt ist, nicht notwendigerweise zu der Absorption der parasitären Schwingungen beitragen und die Vor·^ richtung kann somit aus einem Material mit geringen Verlusten, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt werden.

609829/065^

Claims

- 11 Patentansprüche :

1., Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen für eine Elektronenröhre mit koaxialem Aufbau, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Teil enthält, das aus einem elektrisch leitenden Material im wesentlichen in Form eines mit einem Kragen versehenen Zylinders hergestellt ist und mehrere Resonanzkreise trägt, die jeweils vom RLC-Typ sind und zumindest eine Induktivität enthalten, die aus einer Öffnung in dem Teil besteht, welche mit wenigstens einer Kapazität gekoppelt ist, die aus einem Schlitz in dem Teil besteht, daß die Resonanzkreise auf den Frequenzbereich der parasitären Schwingungen abgestimmt sind, daß die Oberfläche des Kragens und sein Winkel mit der Oberfläche des Zylinders so gewählt sind, daß die in der Röhre durch das Teil erzeugte Impedanzänderung minimiert ist, und daß das Teil in der Elektronenröhre derart angeordnet ist, daß die Resonanzkreise mit den parasitären Schwingungen gekoppelt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen und der Zylinder die gleiche Anzahl von Resonanzkreisen tragen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen und der Zylinder eine ungerade Zahl von Resonanzkreisen tragen.

4. . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen mit der Achse des Zylinders einen Winkel zwischen ? und ? bildet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kragens zu der Achse des Zylinders hin konkav ist.

609829/0654

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen des Kragens mit einer der Öffnungen des Zylinders durch einen der Schlitze gekoppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen eine langgestreckte Form haben, daß die Mitte jeder der Öffnungen des Kragens in ein und derselben Radialebene wie eine der Öffnungen des Zylinders liegt und daß der sie miteinander koppelnde Schlitz die Radialebene als Symmetrieebene hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Resonanzkreise drei im wesentlichen kreisförmige Öffnungen enthält, die durch zwei der Schlitze miteinander gekoppelt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in ein und demselben Abstand von der Achse des Zylinders angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,. dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Resonanzkreise, die der Kragen trägt, jeweils drei im wesentlichen kreisförmige Öffnungen enthalten, welche durch zwei der Schlitze miteinander gekoppelt sind, und daß diejenigen Resonanzkreise, die der Zylinder trägt, jeweils zwei im wesentlichen kreisförmige Öffnungen enthalten, die durch einen dritten der Schlitze miteinander gekoppelt sind, wobei jeder der Resonanzkreise, die der Kragen trägt, mit einem Resonanzkreis, den der Zylinder trägt, über einen vierten der Schlitze gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schlitz eine mittlere Öffnung des Kragens und den dritten Schlitz miteinander verbindet.

609829/0654

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkreise außerdem diskrete Belastungen enthalten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1O oder 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Belastungen aus zylindrischen Teilen bestehen, welche die Öffnungen innen bedecken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Teile aus Ferritmaterial hergestellt sind.

15. Verwendung einer Vorrichtung zur Unterdrückung von parasitären Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einer Leistungselektronenröhre mit koaxialem Aufbau.

609829/06 5

Leerseite