DE2928677C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Wanderfeldröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Wanderfeldröhre ist aus der DE-OS 26 09 997 bekannt. Bei dieser Wanderfeldröhre wird ein stabiler Betrieb mittels einer Trenn-Abschlußvorrichtung erzielt, welche die Verzögerungsleitungen der Röhre aufteilt in einzelne Abschnitte und welche diese Abschnitte bezüglich der Ausbreitung von Schwingungen jedes Abschnittes in be­ nachbarte Abschnitte vollständig voneinander isoliert.

Diese isolierende Aufteilung der Verzögerungsleitung in eine Anzahl von Abschnitte hat sich als sehr wirksam er­ wiesen für die Erzielung eines stabilen Betriebs, soweit es die Verhinderung von Oszillationen betrifft.

Andererseits hat diese Maßnahme den Nachteil, daß in den einzelnen voneinander isolierten Abschnitten erzeugte Reflexionswellen sich nachteilig auf die Röhre auswirken mit der Folge, daß der Verstärkungsverlauf eine erheb­ liche Welligkeit zeigt.

Aus der DE-OS 15 41 989 ist es an sich bekannt, zum Be­ dämpfen einen Teil der Verzögerungsleitung mit einem schlecht leitenden Metall zu beschichten. Bei dieser be­ dämpften Verzögerungsleitung handelt es sich aber nicht um voneinander entkoppelte Teilverzögerungsleitungen, so daß hier die gesamten Probleme nicht auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wanderfeldröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß sie eine geringere Wellig­ keit der Frequenzabhängigkeit der Verstärkung ohne Beein­ trächtigung der Verstärkung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Gegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Metall mit schlechter Leitfähigkeit kann vorteilhafter­ weise Eisen, rostfreier Stahl oder Nickel sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dämpfende Schicht in den an den Enden der jeweiligen Verzögerungsleitung liegenden Hohlräumen am dicksten ist und in den davon weiter entfernt liegenden Hohlräumen abnimmt.

Durch Verwendung einer dickeren oder flächenmäßig größeren Schicht aus schlecht leitendem Metall oder durch Erhöhen des spezfischen Widestandes des Metalls bei den nahe dem Ende der jeweiligen Verzögerungsleitung liegenden Hohlräumen können auch solche Reflexionswellen eliminiert werden, die zwischen einem bedämpften Hohlraum und einem verlustfreien Hohlraum auftreten, wodurch eine vollständige Impedanzan­ passung erzielt wird. Durch die sofortige Dämpfung der ent­ stehenden Reflexionswelle wird deren Auswirkung auf die von dem Elektronenstrahl induzierte Wanderfeldwelle auf ein Minimum herabgesetzt und dadurch eine sehr kleine Wellig­ keit des Verstärkungsverlaufes erzielt.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Wanderfeldröhre mit ge­ koppelten Hohlräumen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Verstärkung von der Frequenz bei verschiedenen Beschichtungen der Hohlräume mit schlecht leitendem Metall.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine Wanderfeldröhre gemäß einer anderen Ausführungsform mit einer anderen Zahl von An­ passungs- und Haupthohlräumen als bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 umfaßt die Röhre 1 eine Elektronenkanone 3 zum Erzeugen und Aussenden eines Elektronenstrahles 2. Verzögerungsleitungen, die als Eingangsverzögerungsleitung - auch Eingangsabschnitt 4 genannt -, als Zwischenabschnitt 5 und als Ausgangsabschnitt 6 längs des Elektronenstrahls angeordnet sind, eine erste Trenn-Abschlußvorrichtung 7 - auch Trennabschnitt genannt - und einen zweiten Trennabschnitt 8 zum Ver­ hindern der Kopplung von Hohlraumschwingungen zwischen diesen Verzögerungsleitungen, und eine Kollektorelektro­ de 9 am Ende des Weges des Elektronenstrahls.

Der Eingangsabschntt 4 umfaßt Anpassungshohl­ räume 4 a und 4 b am einen Ende und Anpassungshohlräume 4 f und 4 g am anderen Ende des Abschnittes sowie dazwischen drei Haupt­ hohlräume 4 c, 4 d und 4 e. Insgesamt sieben Hohlräume 4 a bis 4 g sind elektromagnetisch miteinander gekoppelt durch eine Kopp­ lungsöffnung 16, die in jeder Trennwand zwischen zwei Hohlräumen angebracht ist. Ein Ende des Eingangsabschnitts 4 ist mit einem Eingangs­ wellenleiter 10 und das andere Ende mit einem Trenn-Wellenleiter 11 verbunden.

Der Zwischenabschnitt 5 umfaßt Anpassungshohl­ räume 5 a, 5 b am einen Ende und Anpassungshohlräume 5 g, 5 h am anderen Ende und dazwischen vier Haupthohlräume 5 c, 5 d, 5 e und 5 f. Insgesamt 8 Hohlräume sind elektromagnetisch miteinander gekoppelt in gleicher Weise wie im Eingangsabschnitt 4. Ein Ende des Zwischenabschnitts 5 ist mit einem Trenn-Wellenleiter 12 und das andere Ende mit einem Trenn-Wellenleiter 13 verbunden.

Der Ausgangsabschitt 6 umfaßt insgesamt neun Hohlräume, nämlich zwei Paare von Anpassungshohlräumen 6 a, 6 b und 6 h, 6 i an den beiden Enden sowie dazwischen fünf Haupthohlräume 6 c, 6 d, 6 e, 6 f und 6 g, die sämtlich miteinan­ der in gleicher Weise wie im Eingangsabschnitt 4 gekoppelt sind. Ein Ende des Ausgangsabschnitts 6 ist mit einem Trennwellenleiter 14 und das andere Ende mit einem Ausgangswellenleiter 15 ver­ bunden.

Um die charakteristische Impedanz jedes Wellenleiters und der Haupthohlräume in jedem der Verzögerungsleitungsabschnitte anzu­ passen, haben die Anpassungshohlräume eine höhere Resonanzfre­ quenz für den TM₀₁₀-Mode als die Haupthohlräume, so daß sich ein breiteres Durchlaßband für die Anpassungshohlräume im TM₀₁₀-Hohlraumschwingungsmode ergibt. Zusätzlich sind die Innenwände der Anpassungshohlräume 4 a, 4 g, 5 a, 5 h, 6 a und 6 b mit einer Schicht 20 aus rostfreiem Stahl als schlecht leiten­ dem Metall versehen, während die Innenwände der Anpassungshohl­ räume 4 b, 4 f, 5 b und 5 g sowie der Haupthohlräume 6 c und 6 d mit einer Schicht 21 aus Nickel als schlecht leitendem Metall versehen sind.

Ein hochfrequentes Eingangssignal, das durch den Eingangs­ wellenleiter 10 in den Eingangsabschnitt 4 zugeführt wird, induziert ein elektrisches Wanderwellenfeld an den Wech­ selwirkungsspalten 17. Die Wanderwelle erzeugt einen dichtemodulierten Elektronenstrahl 2, der sich im wesentlichen mit gleicher Geschwin­ digkeit wie die Phasengeschwindigkeit der Wanderwelle fortbewegt, und gleichzeitig nimmt die Amplitude der Wanderwelle zu, indem sie kinetische Energie aus dem Elektronenstrahl absorbiert, und schließlich tritt sie in den Trenn-Abschlußwellenleiter 11 ein. Der im Eingangsabschnitt 4 dichtemodulierte Elektronen­ strahl 2 induziert im Zwischenabschnitt 5 ein elektri­ sches Wanderwellenfeld, so daß der Elektronenstrahl 2 weiterhin stark dichtemoduliert wird durch die Wechselwirkung mit dieser Wanderwelle, und schließlich in den Ausgangsabschnitt 6 eintritt, wo ein elektrisches Wandewellenfeld mit einer wei­ ter verstärkten Amplitude induziert wird.

Die induzierte Wanderwelle absorbiert weiterhin kinetische Energie aus dem Elektronenstrahl 2, und nach Ansteigen ihrer Amplitude wird sie durch den Ausgangswellenleiter 15 einer (nicht dargestellten) äußeren Schaltung als Hochfrequenzsignal zugeführt. Wenn der Effekt von reflektierten Wellen in jedem Verzögerungsleitungsabschnitt vernachlässigbar ist, dann hat das in die äußere Anschlußschaltung abgezogene Hochfrequenzsignal eine konstante Abhängigkeit der Verstärkung von der Frequenz, die be­ stimmt wird durch die Synchronisationsbeziehung zwischen der Wanderwelle und dem Elektronenstrahl. Wenn jedoch an den Verbindungsstellen zwischen den Wellenleiterabschnitten (10 bis 15) und den Verzögerungsleitungen (4, 5, 6) eine reflektierte Welle erzeugt wird und sich längs der Verzögerungsleitungen ausbreitet, dann addiert sie sich vektoriell zu der von dem Elektronenstrahl 2 induzier­ ten Wanderwelle und bewirkt eine Welligkeit in der Verstärkungs- Frequenzkennlinie. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Innenwände der Anpassungs­ hohlräume 4 a, 4 g, 5 a, 5 h, 6 a und 6 b mit der Schicht 20 aus rostfreiem Stahl als schlecht leitendem Metall und die Innen­ wände der Anpassungshohlräume 4 b, 4 f, 5 b und 5 g sowie der Haupthohlräume 6 c und 6 d mit der Schicht 21 aus Nickel als schlecht leitendem Material versehen. Diese Schichten 20 und 21 bewirken eine rasche Schwächung jeder reflektierten Welle, die an den Verbindungsstellen zwischen Wellenleiterabschnitten (10 bis 15) und Verzögerungsleitungen (4, 5, 6) erzeugt wird. Wenn ferner der spezi­ fische Widerstand dieser Schichten aus schlecht leitendem Me­ tall in Abhängigkeit vom Abstand von jedem Ende der betreffen­ den Verzögerungsleitung zunimmt, dann wird auch jede an den Verbindungsstellen zwischen verlustbehafteten und verlust­ freien Hohlräumen erzeugte Reflexionswelle unterdrückt, und da­ durch jede Einwirkung von reflektierten Wellen auf die vom Elek­ tronenstrahl 2 induzierte Wanderwelle auf ein Minimum redu­ ziert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 unterscheidet sich der Ausgangsabschnitt 6 von dem Eingangsabschnitt 4 und dem Zwischenabschnitt 5 dadurch, daß die Innenwände der Haupthohlräume 6 c und 6 d, und nicht der Anpas­ sungshohlräume 6 h und 6 i am Ausgangsende mit der Schicht aus schlecht leitendem Metall versehen sind. Der Grund ist der, daß die Mikrowelle im Ausgangsabschnitt 6 durch die Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl auf hohe Leistung ver­ stärkt worden ist und stärker als in den beiden anderen Verzögerungsleitungen ist, so daß sich in dem an den Ausgangs­ wellenleiter 15 angekoppelten Anpassungshohlraum 6 i oder in dem unmittelbar davorliegenden Anpassungshohlraum 6 h eine ma­ ximale Leistung ergibt. Wenn diese Anpassungshohlräume 6 i oder 6 h mit einer Schicht aus schlecht leitendem Material ausgekleidet würden, würde diese die Mikrowellenleistung ab­ sorbieren und Hitze erzeugen, die durch zusätzliche Kühlmit­ tel abgeführt werden müßte. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in den Anpassungshohlräumen 6 h und 6 i keine Schicht aus schlecht leitendem Metall vorgesehen.

Andererseits besteht aber die Möglichkeit einer Oszillation, die von einer reflektierten Welle vom Ausgangsende des Ausgangs­ abschnitts 6 bewirkt wird, und deshalb sind die In­ nenwände der Haupthohlräume 6 c und 6 d mit der Schicht 21 aus Nickel versehen, wodurch der Verstärkungsfaktor verringert und das Auftreten von Oszillationen verhindert wird.

Fig. 2 zeigt die Kennlinie der Abhängigkeit der Leistungs­ verstärkung für kleine Signale von der Frequenz für die Wander­ feldröhre gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1, und zwar ver­ glichen mit einer Röhre, bei der sämtliche Hohlräume in den Verzögerungsleitungen mit einer Schicht aus schlecht leitendem Metall versehen sind und auch mit einer Röhre, bei der nur die Haupthohlräume eine solche Schicht aufweisen. Die Kurve 30 in Fig. 2 gibt die Kennlinie der Röhre an, bei der sämtliche Haupt- und Anpassungshohlräume mit einer Schicht aus schlecht leitendem Material versehen sind, die Kurve 31 ist die Kenn­ linie einer Röhre, bei der nur die Haupthohlräume mit einer solchen Schicht versehen sind, wodurch sich ein verteilter Verlust ergibt, und die Kurve 32 zeigt die Kennlinie der er­ findungsgemäßen Röhre, bei der die im Patentanspruch 1 angegebenen Anpassungshohlräume mit der Metallschicht versehen sind, wie anhand von Fig. 1 be­ schrieben. Wie man aus Fig. 2 deutlich erkennt, hat die Röhre, bei der sämtliche Hohlräume mit einer Schicht aus schlecht leitendem Metall versehen sind, nur eine geringe Welligkeit der Verstärkung, liefert aber auch nur einen geringen Leistungs­ verstärkungsfaktor und ist somit als kommerzielles Produkt weniger vorteilhaft. Der Versuch, den Leistungsverstärkungs­ faktor dadurch zu steigern, daß nur die Haupthohlräume mit dem Metallbelag versehen werden (Kurve 31) ergibt eine verstärkte Welligkeit der Verstärkung und beeinträchtigt die Stabilität des Betriebs der Röhre. Im Gegensatz dazu ergibt die erfindungs­ gemäße Wanderfeldröhre (Kurve 32) bei der die im Anspruch 1 angegebenen Anpassungs­ hohlräume mit dem Metallbelag versehen sind, eine gute Kennlinie mit hoher Leistungsverstärkung und geringer Welligkeit.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen gemäß der Erfindung. In Fig. 3 hat der Eingangsabschnitt 4 fünf Hohlräume, der Zwischen­ abschnitt 5 hat sechs und der Ausgangsabschnitt 6 hat sieben Haupthohlräume. Ferner haben der Zwischen­ abschnitt 5 und der Ausgangsabschnitt 6 je drei Anpassungshohlräume. Die Innenwände der Anpassungshohlräume der Verzögerungsleitungen 4, 5 und 6 sind mit einer Schicht 20 aus schlecht leitendem Metall versehen. Die Ausführungsform nach Fig. 3 ergibt eine Wanderfeldröhre, deren Verstärkungs-Frequenz- Kennlinie für kleine Signale ebenso gut wie die der Röhre nach Fig. 1 ist und eine hohe Leistungsverstärkung bei geringer Wel­ ligkeit aufweist.

Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung können anstatt rostfreiem Stahl und/oder Nickel für die Schicht aus schlecht leitendem Metall an der Innenwand der angegebenen Hohlräume auch geeignete andere Materialien verwen­ det werden. Ferner kann die Anzahl der Haupt- und Anpassungs­ hohlräume der jeweiligen Langsamwellenabschnitte variiert werden und es brauchen nicht alle Anpassungshohlräume mit der Metall­ schicht versehen zu werden. Die Anzahl der Haupthohlräume, die mit der Schicht aus schlecht leitendem Metall an der Ein­ trittsseite des Ausgangsabschnitts 6 zum Verhindern der Oszillation vorgesehen sind, hängt von dem Verstär­ kungsfaktor dieses Abschnitts bei der entsprechenden Ausführungsform ab. Jedoch sollen nicht mehr als die Hälfte der Haupthohlräume im Ausgangsabschnitt mit der Schicht aus schlecht leitendem Metall versehen werden, da andernfalls der Verstärkungsfaktor dieses Abschnitts verrin­ gert wird.

Claims (3)

1. Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen, die min­ destens eine Eingangsverzögerungsleitung (4) und eine Aus­ gangsverzögerungsleitung (6) entlang eines Elektronenstrahl­ weges aufweist, die durch mindestens eine Trenn-Abschluß­ vorrichtung (7, 8) voneinander getrennt sind und mindestens je einen Anpassungshohlraum an jedem ihren Enden zum Anpassen der Impedanz und dazwischen min­ destens je zwei Haupthohlräume aufweisen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwände mindestens je eines der Anpassungshohlräume (4 a, 4 g) an den beiden Enden der Eingangsverzögerungsleitung (4) ganz oder teil­ weise mit einer Schicht (20, 21) aus einem Metall überzogen sind, dessen Leitfähigkeit kleiner oder gleich der von Nickel ist, daß die Innenwände mindestens eines Haupthohlraumes (4 c bis 4 e) der Eingangsverzögerungsleitung (4) nicht mit einer solchen Schicht überzogen sind,
daß die Innenwände der der Trenn-Abschlußvorrichtung (8) zu­ gewandten Anpassungshohlräume (6 a, 6 b) und die Hälfte oder weniger der anschließenden Haupthohlräume (6 c, 6 d) der Ausgangsverzögerungsleitung (6) ganz oder teilweise mit einer solchen Schicht (20, 21) überzogen sind und daß die Innenwände der ausgangsseitigen Anpassungs- und Haupthohlräume (6 b bis 6 i) der Ausgangsverzögerungs­ leitung (6) nicht mit einer solchen Schicht überzogen sind.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht (20, 21) in den an den Enden der jeweiligen Verzögerungsleitungen (4, 6) liegenden Hohlräumen am dicksten ist und in den davon weiter entfernt liegenden Hohlräumen abnimmt.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schicht (20, 21) aus Eisen, rostfreiem Stahl oder Nickel besteht.