DE2636633C3

DE2636633C3 - Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-Wellen

Info

Publication number: DE2636633C3
Application number: DE2636633A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Gross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB1590065A; FR2361741B1; FR2361741A1; US4143341A; DE2636633A1; DE2636633B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-Wellen, bei der von einem Hohlleiter Querwände ausgehen, welche jeweils mit einer zentralen Elektronenstrahldurchtrittsöffnung sowie mindestens einer Koppelöffnung versehen sind und mit der benachbarten Querwand eine Leitungszelle bilden, und die zwei Abschnitte mit unterschiedlichem, konstantem Verzögerungsmaß für die Leitungsweile enthält, wobei das Verzögerungsmaß des in Richtung des Elektronenstrahls vorderen Leitungsabschnitts kleiner ist als das Verzögerungsmaß des hinteren Leitungsabschnitts und

ίο sich zwischen beiden Abschnitten ein Übergangsabschnitt befindet Eine solche Leitung ist in »Microwave System News« Juni/Juli 1974, S.64C bis 64F beschrieben.

Da für einen optimalen Energieübergang zwischen

i- Elektronenstrahl und mitlaufender Leitungswelle eine bestimmte Differenz zwischen der Strahlgeschwindigkeit und der Wellengeschwindigkeit vorliegen muß (»Synchronismusbedingung«) und da außerdem der ständig Energie abgebende Elektronenstrahl zum Leitungsende hin immer langsamer wird, erhält man bekanntlich einen guten Röhrenwirkungsgrad, wenn man das Verzögerungsmaß der Leitung zu ihrem Ausgang hin entsprechend dem Geschwindigkeitsverlust des Elektronenstrahls vergrößert Eine solche, auch als »Resynchronisation durch Geschwindigkeitstaper« bezeichnete Maßnahme ist beispielsweise in den Übersichtsartikeln von M. K. Scherba in »Microwaves«, Juli 1973, S. 4b bis 51 oder von J. T. Mendel in Proc. IEEE, VoI. 61, No.3, März !973, S. 280 bis 298, insbesondere S. 296, linke Spalte, Abs. 3 bis S. 297, rechte Spalte, Abf. 1 näher erläutert

Bei dem eingangs erwähnten Leitungstyp ist die Geschwindigkeitsanpassung nach einem Prinzip realisiert das in Fig.2a der zitierten Fundstelle »Microwa-

3^r> ves« anhand einer Wendel dargestellt ist: Zwei Leitungsabschnitte mit unterschiedlicher, konstanter Phasengeschwindigkeit sind über einen mehrere Leitungsperioden umfassenden, die Phasengeschwindigkeiten stetig ineinander überführenden Zwischenabschnitt miteinander verbunden. Bei einer Coupled-Cavity-Leitung muß dieser Zwischenabschnitt aus einer Anzahl von Unterschiedlich bemessenen Leilungszellen bestehen, was zu folgenden Unzuträglichkeiten führt: Die unterschiedlichen Zellengeometrien belasten die Ferti-

*5 gung. Außerdem kann die Zellenfolge die an sie gestellten Forderungen (Geschwindigkeitsangleichung unter möglichst reflektionsarmer Wellenwiderstandstransformation und unter Wahrung eines hohen Verstärkungsgrades) auch bei genauester Berechnung und sorgfältigstem Arbeiten nur unvollkommen erfüllen, da die idealen, stetigen Übergänge durch Stufenfunktionen angenähert werden müssen. Insbesondere gestalten «ich Korrekturen von fertigungsbedingten Fehlanpassungen, etwa durch Abmessungsvariationen bei einzel-

" nen Leitungsscheiben, außerordentlich aufwendig und unübersichtlich. Unter anderem auch aus diesem Grund hat man daher in jüngster Zeit für Leitungen vom Coupled-Cavity-Typ, insbesondere im mm-Wellen-Bereich, die »Spannungssprung«-Technik anstelle der Geschwindigkeitstaperung als praktikabler empfohlen (vergl. beispielsweise auch die beiden genannten Übersichtsartikel), obwohl man beim Nachbeschleunigen des Elektronenstrahls mit Isolationsproblemen konfrontiert wird.

Die vorliegende Erfindung setzt sich das Ziel, eine Leitung der eingangs genannten Gattung derart abzuwandeln, daß sie rationeller hergestellt werden kann und daß sich taperbedingte Anpassungsfehler

leicht und mit gutem Resultat korrigieren lassen, ohne daß man hierdurch Wirkungsgradverluste in Kauf nehmen müßte. Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß drei Ausführungsalternativen vorgeschlagen, die jeweils in den Ansprüchen 1, 2 und 3 charakterisiert sind.

Allen drei vorgeschlagenen Varianten liegt der Gedanke zugrunde, nicht wie bisher zwischen den Leitungsabschnitten mit unterschiedlichem Verzögerungsmaß eineii möglichst stetigen, allmählichen Übergang zu suchen, sondern statt dessen bewußt einen Sprung zuzulassen und dabei an der Sprungstelle durch geeignete Kompensationsvorkehrungen für eine möglichst reflektionsfreie Transformation der verschiedenen Wellenwiderstände zu sorgen. Ausgehend von diesem Lösungsprinzip sind in den drei Alternativvorschlägen jeweils Maßnahmen angegeben, wie die angestrebte Anpassung, d.h. im wesentlichen die erforderliche Blindkomponente des Wellenwiderstands in der Anpaßzelle, mit einfachen Mitteln zustande gebracht werden kann. Die Version 1 (Verwendung von Anpaßstiften) hai den besonderen Vorteil, daß man Fehlanpassungen allein durch Variation der !Jtiftlänge beseitigen kann und somit die Anpaßzelle keine Sonderanfertigung verlangt Aber auch die Wahl von Schlitzen und/oder Ausnehmungen in Anpaßzellenquerwänden (Alternative 2) und sogar eine Variation der Querabmessung der Anpaßzelle (Ausführung 3) führen noch zu beträchtlichen Fertigungserleichterungen.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Taperung ermöglicht überdies auch eine rasche Korrektur von Anpassungsfehlern in wenigen Schritten, da man nur an einer einzigen Zelle einen einzigen Parameter verändern muß. Versuche haben darüber hinaus ergeben, daß die erzielbare Anpassungsgüte jeden Vergleich mit den Werten eines Mehrzellenübergangs standhält und daß sogar der Verstärkungsfaktor bei einer erfindungsgemäßen Leitung etwas größer ist als bei einer gleichlangen Leitung mit stetigem Obergang.

Die Vorzüge der erfindungsgemäß vorgesehenen ResynchronLation kommen vor allem dann zum Tragen, wenn man eine Leitung mit ringförmigen Querblenden zwischen den einzelnen Querwänden zugrunde legt (DE-PS 18 04 959). In diesem Fall genügt es, die Querblenden mit den Anpaßstiften bzw. Schlitzen oder Ausnehmungen zu versehen oder ihre Innendurchmesser zu variieren.

Entschließt man sich für den Einsatz von Anpaßstiften, dann sollten möglichst metallische Stifte verwendet werden. Denn Metallstifte ändern, wenn sie im Betrieb der Röhre bedampft werden sollten, die Taperanpassung nicht.

Das Pritizip, an der Übergangsstelle von zwei Leitungsabschnitten einer Coupled-Cavity-Leitung mit unterschiedlichen Eigenschaften anstelle eines die Eigenschaften stetig ineinander überführenden Zwischenabschnittes bewußt einen Sprung zuzulassen und zur Anpassung an der Übergangsstelle eine mit metallischen Anpaßstiften versehene Anpaßzelle vorzusehen, ist zwar schon in einem älteren Vorschlag (DE-AS 25 25 845) verwirklicht worden, jedoch handelt es sich beim Gegenstand dieses älteren Vorschlages darum, einen konstant bedämpften Leitungsabschnitt an einen unbedämpften Leitungsabschnitt und umgekehrt anzupassen.

Die Erfindung soil nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. In iien Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispie! einer erfiudungsgemäßen Verzögerungsleitung in einem teilweise

s weggebrochenen Seitenschnitt,

Fig.2 von einem zweiten Ausführungsbeispiel die Querblende der Anpaßzelle in einer Rückansicht und

F i g. 3 von einem dritten Ausführungsbeispiel, in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 1, den die Anpaßzelle enthaltenen Teil der Verzögerungsleitung.

Die Verzögerungsleitung der F i g. 1 ist für sine Wanderfeldverstärkerröhre im Frequenzbereich zwischen 20 und 40GHz vorgesehen und besteht aus mehreren hochfrequenzmäßig voneinander getrennten Sektionen. In der Figur ist nur die ausgangsseitige Sektion, und zwar in ihrem die Anpaßzelle enthaltenden Teil, dargestellt

Die Leitung besteht aus in Elektronenstrahlrichtung (Pfeil 15) an wechselnd hintereinandergesetzten Querwänden 1 und Querblenden 2. Sowohl die Querwände als auch die Querblenden sind jf-.eils mit einem umlaufenden Steg versehen und dadurch ohne Einsatz weiterer Distanzstücke voneinander beabstandet Wände und Blenden bestehen aus Kupfer und sind zu einem festen Block miteinander verlötet (»Stapelleitung«). Jede Querwand enthält an zentraler Stelle ein Strahlröhrchen 3 mit einer Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 4 und außerdem eine Koppelöffnung 5. Auch die Querblenden haben jeweils eine zentrale Öffnung 6.

so Aufeinanderfolgende Querwände sind jeweils um 180° gegeneinander verdreht und bilden zusammen eine — durch je eine Querblende unterteilte — Leitungszelle 7.

Die dargestellte Leitungssektion enthält zwei, durch

eine einzige Zelle (Anpaßzelle 8) voneinander getrennte

Vj Abschnitte: Einen in Elektronenstrahlrichtung vor der Anpaßzelle sowie einen in der gleichen Richtung hinter der Anpaßzelle liegenden Abschnitt (Leitungsabschnitt 9 bzw. 11). Jeder Abschnitt hat identisch bemessene Leitungszelien, die Zellen des vorderen Abschnitts 9 haben dabei eine größere Länge als die Zellen des hinteren Abschnitts 11 (h>h\), so daß die Phasengeschv-indigkeit der Leitungswelle in beiden Abschnitten konstant und dabei in Abschnitt 9 größer als in Abschnitt 11 ist (In der etwas schematisierten Figur sind die Unterschiede in der Leitungsperiode nicht berücksichtigt.) Die Länge der Anpaßzelle kann einer der beiden Längen k, h\ entsprechen.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist die Querblende der Anpaßzelle (Querblende 10) mit zwei Anpaßstiften

so 12 versehen. Diese Stifte sinjj jeweils in dem Blendenbereich eingesetzt, der der Koppelöffnung einer Querwand gegenüberliegt, und springen zu diesen Koppelöffnungen hin vor. Wie auch die Wände und Blenden bestehen die Stifte aus Kupfer.

Die Version der F i g. 2 weicht von der geschilderten Ausführung lediglicb darin ab, daß in der Querblende anstelle der Anpaßstifte in Umlaufrichtung verlaufende Schlitze vorgesehen sind (Schlitze 13). Statt in die Querblende Schlitze einzubringen, könnte man aber auch ihren Innendurchmesser vom Innendurchmesser der übrigen Querblenden abweichen lassen, wie dies bei der Ausführung der F i g. 3 der Fall ist. In dieser Figur ist der Innendurchmesser der Anpaßblende (eis) größer als die untereinander gleichen Innendurchmesser der übrigen Blenden (d» in Abschnitt 9, d\ ι in Abschnitt 11).

Die taperbedingk.fi Anpaßfehler lassen sich folgendermaßen beseitigen:
Zunächst stellt man die beiden Leitungsabschnitte

her, fügt dann zwischen beide Abschnitte eine beispielsweise mit Anpaßstiften einer bestimmten Länge versehene Anpaßzelle und vermißt die so erhaltene Leitung. Je nach den erhaltenen Meßergebnissen verändert man die Stiftlänge so lange, bis sich hinreichend gute Anpaßwerte einstellen. Hiernach verankert man die Stifte und verfestigt die Anpaßzelle mit der übrigen Leitung.

Für weitere Herstellungseinzelheiten wird auf die Patentanmeldung P 25 25 845 verwiesen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten

Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann man die vorgeschlagenen Einzelmaßnahmen in beliebiger Weise miteinander kombinieren und auch andere konstruktive Maßnahmen treffen, die die Blindkomponente des Wellenwiderstandes innerhalb der Anpaßzelle in der gewünschten Weise verändern, beispielsweise die Querblende oder die Querwände mit Radialschlitzen oder Ausnehmungen versehen. Davon abgesehen findet die vorgeschlagene Lehre auch bei anderen Verzögerungsleitungen vom Coupled-Cavity-Typ Anwendung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-Wellen, bei der von einem Hohlleiter Querwände ausgehen, welche jeweils mit einer zentralen Elektronenstrahldurchtrittsöffnung sowie mindestens einer Koppelöffnung versehen sind und mit der jeweils benachbarten Querwand eine Leitungszeile bilden, und die zwei Abschnitte mit unterschiedlichem, konstantem VerzögerungsmaQ für die Leitungswelle enthält, wobei das Verzögerungsmaß des in Richtung des Elektronenstrahls vorderen Leitungsabschnitts kleiner ist als das Verzögerungsmaß des hinteren Leitungsabschnitts und sich zwischen beiden Abschnitten ein Übergangsabschnitt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergangsabschnitt aus einer einzigen Zelle (Anpaßzelle 8) besteht, wobei zumindest eine der beiden Querwände (1) der Anpaßzelle wenigstens einen in das Zelieninnere hineinragenden Stift (Anpaßsiifl 12} trägt
2. Verzögerungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergangsabschnitt aus einer einzigen Zelle (Anpaßzelle 8) besteht, wobei zurindest eine der beiden Querwände (1) der Anpaßzelle (8) mit wenigstens einem Schlitz (13) und/oder einer Ausnehmung versehen ist
3. Verzögerungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsabschnitt aus ein-?'· einzigen Zelle (Anpaßzelle 8) besteht wobei die Querabmessung der Anpaßzelle (8) von der Querabrnessung der übrigen Leitungszellen (7) verschieden ist.
4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Anpaßstift (12) aus Metall besteht
5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1 oder 4, mit jeweils einer ringförmigen Querblende in jeder Leitungszelle, dadurch gekennzeichnet daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) den Anpaßstift (12) trägt
6. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, mit einer ringförmigen Querblende in jeder Leitungszelle, dadurch gekennzeichnet daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) den Schlitz und/oder die Ausnehmung enthält.
7. Verzögerungsleitung nach Anspruch 3, mit einer ringförmigen Querblende in jeder Leitungszelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (dt) der ringförmigen Querblende (2) der Anpaßzelle (8) von den Innendurchmessern (d>, du) der übrigen Querblenden verschieden ist.
8. Verzögerungsleitung nach Anspruch 5, mit alternierenden Koppelöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) zwei Anpaßstifte (12) trägt, die jeweils der Koppelöffnung (5) einer der beiden benachbarten Querwände (2) gegenüberliegen (F ig. 1).