DE3210352A1 - Wanderwellenroehren mit rueckwaertswellensperrvorrichtungen - Google Patents

Description

Dipl.-Ing.A.Wasmeier """" " £ Dipl.-mgTH.Ora?

Zugelassen beim Europäischen Patentamt ■ Professional Representatives before the European Patent Office Patentanwälte Postfach 382 8400 Regensburg 1

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Deutsche Patentamt greflinger strasse

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8000 MiiQ.Ch.eH 2 Telegramm Begpatent Rgb.

Telex 6 5709 repat d

Äf^chen . l^aie 15- März 1982 W/He

L/p 10.797

Anmelder: LITTON SYSTEMS, IWC₉ 360 Morth Crescent Drive, Beverly Hills, California 9021O₅ USA

Titel: ''Wanderwellenröhren mit Eüctafärtswelleiisperrvorriclitiingen"

Priorität: USA - Ser.Ir. 246.835 vom 23. März 1981 USA - Ser.Nr. 247.452 vom 25» März 1981

Erfinder: Robert M. Phillips

Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 20073) 5 839 300 Gerichtsstand Regensburg

Postscheck München (BLZ 700100 80) 89369-801

"Wanderwellenröhren mit RiickwärtswellensperrvorrichtunKen".

Die Erfindung besieht sich auf Mikrowelleneinrichtungen und insbes. auf Wanderwellenröhren mit einer verbesserten Verzögerungswellenanordnung mit Vorrichtungen zur Erzielung sowohl einer frequenz- und richtungsempfindlichen Verstärkung.

Eine Wanderwellenröhre ist eine Art einer Mikrowelleneinrichtung, die als Bestandteil von elektronischen Mikrowelleneinrichtungen in großem Umfang verwendet wird, um elektromagnetische Wellen mit Mikrowellenfrequenz zu verstärken und zu erzeugen. Bei der Wanderwellenröhre ist ein Elektronenstrom längs einer Verzögerimgswellenanordnung der Einrichtung gerichtet. Eine elektromagnetische Welle mit Mikrowellenfrequenz schreitet längs der Verzögerungswellenanordnung fort. Diese Anordnung ergibt einen Wanderungspfad für die elektromagnetische Welle, der erheblich langer ist als die axiale Länge der Anordnung, so daß die Wanderwelle in axialer Eichtung mit nahezu der Geschwindigkeit des Elektronenstrahles fortschreitet. Die Zwischenwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der elektromagnetischen Welle "bewirkt Geschwindigkeitsmodulationen und gusammenballungen der Elektronen im Strahl. Dadurch wird Energie von dem Elektronenstrahl auf die elektromagnetische Welle, die längs der Verzögerungswellenanordnung wandert, übertragen, wodurch die elektromagnetische Welle verstärkt wird.

Pdngfönaige und wendeiförmige Anordnungen sind zwei Arten von Yersögerungswellenanordnungen nach vorliegender Erfindung. Derartige Anordnungen sind in einem Aufsatz von E.M. White et al. in "IEEE Transactions on Electron Devices", Juni 1964, Seiten 247 - 261 beschrieben. Die ringförmige Schaltung besteht aus einer Heiiie von axial versetzten Singen, die durch radiale Abstützungen miteinander verbunden sind. Die wendeiförmige Schaltung ist eine Wendel, die von radialen Abstützungen aufgenommen

ist. Im vorerwähnten Aufsatz wird festgestellt, daß Messungen an der ringförmigen Anordnung eine sehr schmale Bandbreite ergeben haben, aufgrund der eine solche Schaltung für die meisten Anwendungsfälle unbrauchbar ist. Der Aufsatz fuhrt auch von der wendeiförmigen Art der Anordnung insoferne xreg, als er ausführt, daß eine solche wendeiförmige Anordnung im wesentlichen die gleiche schmale Bandbreite wie die ringförmige Schaltung'ergibt. Die Anmelderin hat im Rahmen vorliegender Erfindung festgestellt, daß die Bandbreite wendelfönaiger Anordnungen verhältnismäßig hoch ist, jedenfalls wesentlich höher als durch die Messungen von White et al. angegeben.

ELn wesentliches Problem bei allen !»Janderwellenröhren, die als Vorwärtswellenverstärker betrieben werden, besteht daring daß sie unerwünschte Oszillationsmoden ergeben „ die durch Rückwärtswellen verursacht sind, das sind elektromagnetische Wellen an der Yerzögerungswellenanordnung, die in der Sichtung entgegengesetzt zu der des zu verstärkenden Signales wandern. Diese Rückwärtswellen wandern in einer Richtung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles und bewirken unerwünschte Oszillationen und Streusignale. Diese charakteristische Eigenschaft ist ein direktes Resultat der Fähigkeit von Verzögerungswellenanordnungen, wie z.B„ der vorbeschriebenen, zahlreiche Oszillationsmoden zu stützn, und kann unabhängig davon auftreten, wie gut die Eingangs- und Ausgangsenden der Röhre an die Verzögerungswellenanordnung angepaßt sind.Bisher sind zahlreiche Techniken angewendet xforden, um unerwünschte Rückwärtswellenoszillationen in Wanderwellenröhren zu unterbinden» Diese Techniken schließen die Verwendung von frequenzempfindlichen_s verlustbehafteten Elementen, die auf die Hückwärtswellenoszillationsfrequenz abgestimmt sind, und .Diskontinuitäten in der Verzögerungswellenanordnung, die zwei oder mehr Rückwärtsxfellenoszillationsfrequenzen erzeugen, so daß die Schaltanordnung in zwei oder mehr Teile unterteilt ist, deren jeder eine ausreichende Länge besitzt, um die unerwünschten Oszillationen zu stützen, ein.

Diese Techniken haben eine Reihe von Nachteilen, insbes. eine erhöhte Komplexität der Anordnung und die Einführung von unerwünschten Yerlusten in der zur verstärkenden Vorwärtswelle. Ferner tendieren solche Techniken dazu, daß ihre Effektivität in Schaltungen mit größeren Querdimensionen, z.B. den ringförmigen und wendeiförmigen Schaltungen, verlorengeht ., weil eine große Anzahl von Rückwärtswellenmoden im allgemeinen Frequenzbereich der gewünschten Mode gestützt werden können.

Es besteht somit ein Bedarf an verbesserten Wanderwellenröhren, insbes. solchen mit größeren Querdimensionen, die am anfällig- ■ sten für unerwünschte Rückwärtswellenoszillationen sind. Mit vorliegender Erfindung soll diesem Bedarf dadurch Rechnung getragen werden, daß Mittel vorgesehen werden, die das Fortschreiten der Sückwärtswellen unterdrücken, während sie die Verstärkung einer gewünschten Vorwärtswelle begünstigen. -■

Bei einer Wanderwellenröhre mit einer elektrischleitenden Verzögerungswellenanordnung, die im Betrieb von einem Elektronenstrahl in Achsrichtung durchlaufen wird, die eine in Längsrichtung und um die Achse angeordnete Wendel aufweist, und die ferner eine Abstützung für die Wendel sowie ein koaxial um die Wendel angeordnetes rohrförmiges Gehäuse besitzt, wird vorgeschlagen, daß die Steigung der Wendel als vorgegebene Funktion eines. Abstaades längs der Wendel und einer vorgewählten baulichen Dimension der Abstützung als lunktion des Abstandes längs der Wendel in einem gegebenen Verhältnis zur Änderung .der Steigung variiert, um die Verstärkung einer Welle mit einer bestimmten Mittenfrecniens au verbessern, die entlang der Verzögerungswellenanordnung in Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles wandert, während in entgegengesetzter Richtung wandernde Wellen unterdrückt werden.

Sine spezielle Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,, daß die Abstützung zwei kammartige Bauteile aufweist, die in Längsrichtung der Wendel verlaufen und in einer diametralen Ebene innerhalb des rohrförmigen Gehäuses befestigt sind,

derart, daß eine Längssymmetrieebene mit dem Gehäuse entsteht,

en daß jedes kammartige Bauteil ein Hückteil und eine Anordnung von axial im Abstand versetzten Fingern besitzt, die von dem Bücken ausgehen, und daß jede Spitze der aufeinanderfolgenden Finger mit einer entsprechenden der aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel verbunden ist, wobei der Micken mit dem rohrförmigen Gehäuse verbunden ist. Die vorgexfaalte bauliche Dimension der Abstützung ist die Länge eines jeden Fingers, und die länge aufeinanderfolgender Finger ändert sich in Längsrichtung der Wendel.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Steigung der Wendel als vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahles zunimmt, und daß die Länge aufeinanderfolgender Finger als im wesentlichen die gleiche vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in der gleichen Richtung zunimmt.

Bei einer abgeänderten Version dieser Ausführungsform nimmt die Steigung der Wendel zu und die Länge aufeinanderfolgender Finger ab, statt zu, und zwar im wesentlichen als die gleiche vorbest-immte Funktion des Abstandes längs der Wendel in der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Wendel mit einer Hohlleitung für den Durchfluß eines Kuhlmediums durch die Wendel versehen.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß jede der Spitzen der Finger einen konkaven Teil aufweist, der mit der Krümmung des äußeren IJmfangs der Wendel konform ist. Der Rücken besitzt einen konvexen Teil, der mit der Krümmung des inneren Umfanges des Gehäuses konform ist. Ein weiterer Teil eines jeden Fingers legt ein Paar von im wesentlichen zueinander parallelen Randflächen fest, die an ihren äußeren Spitzen sich gleichweit wie der Rücken erstrecken und im wesentlichen parallel zur

Längssjnniaetrieebene sind.-Ein anderer Teil eines jeden Fingers legt ein Paar von Randflächen fest, die sich, im wesentlichen radial nach außen von der Wendel und symmetrisch zu der Längssymmstrieebene erstrecken. Jedes Paar der radial angeordneten !lachen erstreckt sich über einen Winkel von etwa 90° auf der Achse der Wendel.

Im Gegensatz zu dem zuerst "beschriebenen Ausführungsbeispiel ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Länge der Finger konstant, es ändert sich jedoch die Dicke in der Querrichtung eines jeden Bauteiles in Längsrichtung der Wendel gleichseitig mit der Änderung der Steigung der Wendel, wobei die Dicke als der senkrechte Abstand zwischen den parallelen Handflächen festgelegt ist.

Bei einer von zwei alternativen Versionen dieser Ausführungsform nimmt die. Steigung der Wendel entsprechend der vorbestimmten Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung des Elektronen-Strahles au, und die Dicke von aufeinanderfolgenden Fingern nisiiflt als die gleiche vorbestimmte Funktion in Längsrichtung der Wendel in der gleichen Richtung ab.

Weiterhin wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß die Steigung der Wendel abnimmt und die Dicke·der aufeinanderfolgenden linger zunimmt, und zwar in der gleichen vorbestimmten■ Funktion in Längsrichtung der Wendel in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahles.

die Wendel lach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt/einen Basisteil und einen Stegteil, der sich von dem Basisteil zum rohrförmigen Gehäuse nach außen erstreckt. Die Wendel kann aus einem T-förmigen Band gewickelt sein, so daß ein Paar von miteinander verbundenen Wendeln, die im gleichen Sinne gewickelt sind, ersielt wird.

Querteile des Stegteiles werden auf radial gegenüberliegenden Seiten der Wendel entfernt, so daß der entfernte Anteil der Qaerteile des Stegmateriales und die Steigung der Wendel gleichzeitig in Längsrichtung der Wendel variieren, damit die richtungs- und frequenzempfindliche Verstärkung erzielt wird.

Bei allen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung.kann die Wendel aus.einem einzigen Bauteil bestehen, so daß .eine monofilare Wendelanordnung erhalten wird. Die Wendel kann aber auch aus zwei Bauteilen bestehen, so daß eine bifilare Wendel erhalten wird, oder aber aus mehr als zwei Bauteilen«,,

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert· Ss zeigt:

Pig. 1 eine vereinfachte schematische, teilweise im Schnitt gezeichnete Darstellung einer Wanderwellenröhre nach einer Ausführungsform der Erfindung,

.Fig. 2 eine perspektivis-che Ansicht einer Verzögerungswellenanordnung nach 3S¹Xg. 1,

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung einer Ausführungsform einer Verzögerungswellenanordnung nach Mg. 1 mit einer Wendel, die auf kammartigen Anordnungen abgestützt ist,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht·längs der Linie 4—4 der Fig. 3,

Fig. 5 - 9 ω- B-Diagramme zur Erläuterung der charakteristischen Eigenschaften der Ausführungsform nach den Figuren 1-4 wie auch der weiteren Ausführungsformen .darstellt,

Fig. 10 eine graphische Darstellung, die verschiedene alternative Funktionen der Änderung der Wendelsteigung als Funktion des Abständes längs der Wendel,

Fig. 11 eine Endansicht einer weiteren Ausführungsform einer Verzögerungswellenanordnung ähnlich der nach Fig. 2 mit zusätzlicher Kühlvorrichtung,

Fig. 12 eine Längsschnittansicht der Anordnung nach Fig. 11,

Fig. 13 eine Längsschnittansicht einer Verzögerungswellenanordnung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14 eine Eadansicht der Anordnung nach Fig. 13,

Fig. 15 eine Ansicht eines der Paare von kammartigen Bauteilen nach Fig. I3 von o"ben,

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung einer Verzögerungswellenanordnung nach.einer weiteren Ausführungsform der Erfindungj wobei das rohrförmige Gehäuse der besseren Übersicht wegen weggelassen ist,

Fig. I? eine Eadansicht der Ausführungsform nach Fig. 16,

Fig. 18 einen Längsschnitt längs der Linie 18-18 der Fig. 17, und

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung einer Verzögerungswellenanordnung mit einer bifilaren Wendel nach einer ande-. ren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer Wanderwellenröhre 10 nach der Erfindung dargestellt, die- einen teilweise herausgebrochen dargestellten Verzögerungswellenabschnitt 12, einen Eingangsabschnitt 14 und einen Ausgangsabschnitt 16 aufweist.

Der Eingangsabschnitt IM- besitzt eine Elektronenkanone 18 herkömmlichen Aufbaus mit einer Kathode 19 und einer Beschleunigungselektrode 21, ferner einen Eingangswellenleiterabschnitt zur Kopplung der Wanderwellenröhre IO an einen externen Wellenleiter oder eine andere Mikrowellenübertragungsleitung (nicht gezeigt), die das Eingangsmikrowellensignal ergibt. Der Eingangswellenleiterabschnitt 20 weist ferner ein Mikrowellenfenster (nicht dargestellt) auf, das - für Mikrowellenenergie transparent ist, das aber in der Lage ist, ein Vakuum innerhalb der Wanderwellenröhre 10 aufrechtzuerhalten. Der Ausgangsabschnitt 16

besitzt eine Kollektorelektrode 22 und einen Ausgangswellenlei terabscnnitt 24·, der im wesentlichen ähnlich dem .ELngangswsllenleiterabschnitt 20 ist. Da alle diese Bestandteile mit Ausnahme der Verzögerungswellenanordnung 12 herkömmlicher Art sind und an sich nicht Teil "vorliegender Erfindung darstellen, werden diese Elemente nicht näher beschrieben«,

Im Betrieb erzeugt und beschleunigt die Elektronenkanone 18 einen Elektronenstrahl längs der Achse der Söhre 10. Der Strahl wandert mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, die im wesentlichen gleich der axialen Geschwindigkeitskomponente einer elektromagnetischen Welle ist, die der Verzögerungswellenanordnung 12 aufgeprägt wird. Der Elektronenstrahl wird in herkömmlicher Weise durch ein Magnetfeld parallel zur Achse des Elektronenstrahles fokussiert«, Dieses Magnetfeld kann entweder durch ein Solenoid (nicht dargestellt) oder durch eine Reihe von Permanentmagneten (nicht dargestellt), die in Längsrichtung der Röhre angeordnet sind, gespeist werden» Die zu verstärkende elektromagnetische Welle wird von dem Eingangsabschnitt 20 mit der Verzögerungswellenanordnung 12 gekoppelt und schreitet in Längsrichtung der Verzögerungswellenanordnung 12 fort. Der Elektronenstrahl steht mit der Verzögerungswellenanordnung 12 so in Wechselwirkung, daß die Elektronen einen Seil ihrer Energie an die elektromagnetischen Wellen abgeben, so daß die Welle auf der Anordnung in der Amplitude zunimmt und am Ausgangswellenleiterabschnitt 24- erscheint. Der Elektronenstrahl kommt am Ausgang etwa zur gleichen Zeit wie die Welle an, tritt aus der Anordnung aus und wird im Kollektor 22 eingefangen. Somit tritt ein stetiger Energieaustausch ein_s bei welchem die Elektronenstrahlenergie der elektromagnetischen Welle aufgegeben wird. Am Ausgang ergibt sich eine getreue Wiedergabe des Einganges mit der Ausnahme, daß eine wesentliche Verstärkung der Signalamplitude erhalten worden ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Wanderwellenröhre 10 so dargestellt, daß sie drei Verstärkungsabschnitte 26, 28 und 30 besitzt, wobei jeder Verstärkungsabschnitt eine Verzögerungswellenanordnung 12 besitzt. Jeder der Verstärkungsabschnitte ist gegenüber dem benachbarten Abschnitt bzw. den benachbarten Abschnitten mit Hilfe einer Isolier- oder Trennvorrichtung isoliert. Somit sind der erste und der zweite Verstärkungsabschnitt 26 und 28 voneinander über eine Trennvorrichtung 32, und der zweite und der dritte Verstärkungsabschnitt 28 und 30 voneinander mit Hilfe der Trennvorrichtung 34 isoliert. Jeder Verstärkerabschnitt 26 bis 30 besitzt eine Länge, die eine maximale stabile Verstärkung ergibt. Die Trennvorrichtungen 32 und 34 absorbieren die elektromagnetischen Wellen, die längs der Verzögerungswellenanordnung 12 wandern, während der Elektronenstrahl durch die gesamte Länge der Wanderwellenröhre 10 laufen kann. Der Elektronenstrahl wird in jedem Verstärkerabschnitt moduliert und löst, wenn er in den nachfolgenden Verätärkerabschnitt eintritt, eine neue elektromagnetische Welle aus, die durch Zwischenwirkung zwischen der neuen elektromagnetischen Welle und dem Elektronenstrahl verstärkt wird. Lediglich zu Darstellungszwecken sind mehrere Verstärkungsabschnitte dargestellt, und es wird bei Wanderwellenröhren geringer Leistung lediglich ein einziger Abschnitt anstatt einer Vielzahl von Verstärkungsabschnitten verwendet.

In. den figuren 2, 3 und 4 ist im einzelnen eine Ausführungsform der Verzögerungswellenanordnung 12 gezeigt, die in der Wanderwellenröhre nach Fig. 1 verwendet wird. Die Verzögerungswellenanordnung 12 weist eine Wendel 36 auf, die aus einem Band besteht, das mit einer vorbestimmten Steigung P zwischen aufeinanderfolgenden Windungen je nach den gewünschten Wellenfortschreiteigenschaften für die herzustellende Verzögerungswellenanordnung gewickelt wird. Ein rohrförmiges Gehäuse 38 ist koaxial um die Wendel 36 gesetzt. Die Verzögerungswellenanordnung 12 weist ferner eine Abstützung 40 auf, die sich in Längsrichtung

der Wendel 36 erstreckt und die mit dem äußeren Umfang der Wendel 36 an vorbestimmten Stellen in Längsrichtung der Wendel 36 verbunden ist sowie sich, nach außen zur Verbindung mit der Innenwand des rohrförmigen Gehäuses 38 erstreckt. Die Wendel 36, das Gehäuse 38 und die Abstützung 40 bestehen aus elektrischleitendem Material, z.B. Kupfer. Bei der speziellen Ausführungsform nach den Figuren 3, 2 und 4 besteht die Abstützung aus zwei kaiimartigen Bauteilen 42 „ deren jedes einen Kammrücken 44 mit einer Gruppierung von axial voneinander versetzten ungern 46, die von dem Rücken 44 ausgehen, aufweist. Die Spitze eines jeden Fingers 46 ist mit einer entsprechenden Windung der Wendel 36 verbunden und ist im wesentlichen, auf die Breite einer entsprechenden Windung der Wendel zentriert, wobei die Breite als die Bandbreite in Längsrichtung der Wendel definiert ist. Der Kammrücken ist mit dem Gehäuse 38 verbunden« Wie am besten den Figuren 2 und 4 entnommen wird, sind' die kammartigen Bauteile 42 in einer diametralen Ebene befestigt, so daß. eine Längssymmetrieebene gebildet wird.

Wie sich der Fig. 3 aua besten entnehmen, läßt, sind die Länge L der Finger 46 und die Steigung P der Wendel 36 nicht von gleicher Größe, sondern nehmen in Längsrichtung der Wendel 36 in der Richtung von links nach rechts zu. Aus Gründen der besseren Darstelung ist der Grad der Veränderung in der Zeichnung übertrieben dargestellt. Hier wird die Länge L durch die Länge einer radialen Linie längs eines jeden Fingers 46 definiert, die sich von der Spitze eines jeden Fingers zu der Schnittstelle mit dem Kammrücken erstreckt. Eine Beispiel für die Änderung der Steigung beträgt 10% von einem Ende der Wendel 36 zum anderen, während die Länge der Finger 46 um etwa 13% variiert.

Der Zweck dieser Änderung besteht darin, das Problem unerwünschter Rückwärtswellenoszillationen zu lösen, indem die Verzögerungswellenanordnung 12 so modifiziert wird, daß nur der gewählte Vorwärtswellentyp mit der konstanten Geschwindigkeit fortschreitet, die zur Erzielung einer Verstärkung erforderlich ist. Es

ist für eine Ausführungsform der Erfindung entscheidend, daß die Steigung der Wendel als eine vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel variiert, und eine weitere bauliche Dimension der Verzögerungswellenanordnung 12 gleichzeitig mit der Steigung so variiert, daß eine elektromagnetische Welle mit einer gegebenen zeitlichen Frequenz, die längs der Verzögerungswellenanordnung in einer Sichtung wandert, bevorzugt in Hinblick auf Wellen verstärkt wird, die längs der Verzögerungswellenanordnung in einer entgegengesetzten Richtung wandern. Obgleich die bauliche Dimension der Verzögerungswellenanordnung, die bei der Ausführungsform nach den Figuren 2, 5 und Λ verändert wird, die. Länge der Singer 46 ist, kann die änderung anderer baulicher Dimensionsparameter stattdessen vorgesehen werden, wie bei weiteren, nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert wird. .

Um die verschiedenen Fortschreiteigenschaften nach vorliegender Erfindung einschließlich der Rückwärtswellenunterdrückung nach der Ausführungsform nach den Figuren 2, 3 und 4- zu erläutern, wird die bekannte Art von Dispersionsdiagrammen verwendet und in den Figuren 5 bis 9 gezeigt. Wie bei solchen Diagrammen üblich,

ist die Winkelfrquenz ω

OJ = 2 rcf

wobei f die zeitliche Frequenz der Wellenfortschreitung ist, und die Winkelraumfrequenz β

(b = 2flr
■ ■ λ

wobei λ die Wellenlänge der Wellenfortschreitung auf der Verzögerungswellenanordnung 12 ist. Zusätzlich ist die Haasengeschwin digkeit ν der elektromagnetischen Welle

und die Gruppengeschwindigkeit ν ist

Fig. 5 zeigt ein Dispersionsdiagramm für zwei Verzögerungswellenanordnungen 12, die identisch denen nach den Figuren 2 bis 4· sind, mit der Ausnahme, daß die Steigung der Wendel 36 und die Länge der Finger 46 sich nicht verändert, sondern konstant ist. Hier werden zwei Verzögerungswellenanordnungen -verglichen, deren eine eine Wendel 36 ^fflit einer langen Steigung P^., die mit der Dispersionslinie 48 bezeichnet ist, und deren andere eine Wendel 36 mit einer kurzen Steigung Pg, die durch die Dispersionslinie 50 dargestellt ist, besitzt. Die Linien 4-8 und 50 schneiden sich nicht im Ursprung bei ω = 0, sondern schneiden sich bei Grenzfrequenz W , die größer ist als 0, wodurch angezeigt wird, daß die Wellenfortschreitung längs der Versogerungswellenanordnung unterhalb ■<-*-■ "verboten" ist. Ferner ist die Elektronenstrahlgeschwindigkeitslinie 52 gezeigt, deren Neigung proportional der Wanderungsgeschwindigkeit des Elektronenstrahles ist. Wie bekannt, ist die Strahlgeschwindigkeit eine zunehmende Funktion der Spannung, die an die Beschieunigungselektrode 19 in der Elektronenkanone 18 nach Fig„ 1 angelegt ist.

An der Stelle, an der die Strahlgeschwindigkeitslinie 52 die Dispersionslinie 48 großer Steigung und die Dispersionslinie 50 geringer Steigung schneidet, sind der Elektronenstrahl und die Elektronenwelle, die auf der Verzögerungsxtfellenanordnung 12 fortschreitet, in der Geschwindigkeit gleich, und die Zwischenwirkung zwischen dem Strahl und der elektromagnetischen Welle nimmt ein Maximum an, wodurch eine maximale Verstärkung für elektromagnetische Wellen bei den Mittenfrequenzen ^-, und uj^ entstehen, die auf den Wendeln mit großer Steigung und kleiner Steigung fortschreiten. An Stellen, die von der Mittenfrequenz abweichen, nimmt der vertikale Abstand zwischen der Elektronenstrahlgeschwindigkeitslinie 52 und einer der Dispersionslinien

48 und 50 zu. Wie sich aus vorstehender Erläuterung ergibt, zeigt diese Zunahme im Abstand zwischen den Linien an, daß die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Elektronenstrahl progressiv mit einer sich daraus ergebenden Verkleinerung der Verstärkung bei Frequenzen außerhalb der Mittenfrequenz zunimmt. Somit bestimmt die jeweilige Spannung, bei der der Elektronenstrahl beschleunigt wird, die Mittenfrequenz einer begrenzten Bandbreite, und die Mittenfrequenz wird fortschreitend geringer bei zunehmender Strahlspannung. Ferner hat .die Verzögerungswellenanordnung, die durch die Linie 48 großer Steigung dargestellt wird, eine größere Neigung als die Linie 50 kleiner Steigung, und ergibt somit eine größere Bandbreite als die Verzögerungswellenschaltung, die durch die Linie 50 kleiner Steigung dargestellt ist. Damit bestimmt die Steigung der Wendel die Bandbreite des Stromkreises.

Einige der vprteilhaften Effekte der kammartigen Anordnung 42 werden nachstehend anhand der Fig. 6 erläutert. Die Linien 54, 56, 58 gelten für drei Verzögerungswellenanordnungen, die mit denen nach den Figuren 2 bis 4 identisch sind, ausgenommen, daß für jede der entsprechenden Anordnungen die Steigung der Wendel und die Längen der Finger über die Längserstreckung der Anordnung konstant sind. Die konstanten Längen der Finger sind KuIl, kurz und lang für die Linien 54, 56 und 58. Die Fingerlänge Null bezieht sich auf den Fall, bei welchem die Abstände zwischen den Fingern ausgefüllt sind, so daß eine in axialer Richtung kontinuierliche Abstützung 40 ausgebildet wird. Wie sich aus. Fig. 6 ergibt, besteht der Einfluß zunehmender Fingerlänge darin, daß die Dispersionslinien nach abwärts ohne. Änderung ihrer Neigungen verschoben werden. Wie in Verbindung mit Fig. 5 ausgeführt, entspricht jeder der Schnittpunkte der Elektronenstranigeschwindigkeitslinien 60 mit jeder der Linien 54, 56 und 58 der Mittenfrequenz c·; u> oder oj^ der Bandbreite, über der elektromagnetische Wellen eine Zwischenwirkung mit dem Elektronenstrahl ergeben.

Es ist häufig erwünscht, daß eine gegebene Röhre mit einer möglichst großen Bandbreite "bei einer gegebenen Betriebsfrequenz oj~ und der Spannung des Elektronenstrahles arbeitet. Xm. lalle vorliegender Erfindung kann eine so große Bandbreite bei einer bestimmten Betriebsfrequenz und Spannung dadurch erhalten werden, daß die Grenzfrequenz ^„ mit Hilfe einer Verlängerung der linger reduziert und gleichzeitig die Steigung der Wendel so vergrößert wird, daß eine Betriebscharakteristik nach der Linie 62 erhalten wird. In diesem Fall wird die Bandbreite über die einer .Anordnung mit Fingern der Länge Null der Linie 54 vergrößert, weil Neigungen der Geschwindigkeitslinie 60 und der Linie 62 für lange Finger und lange Steigung eher nahezu gleich sind als die Neigungen der Geschwindigkeitslinie 60 mit der Linie 5^ ³¹¹It Fingern der Länge Null und kurzer Steigung.

Einer der Vorteile nach vorliegender Erfindung gegenüber bekannten vergleichbaren Unordnungen besteht darin, daß die Länge der Finger 46 und die Steigung der Wendel 36 der unabhängig eingestellten Dispersionslinie 62 entsprechen können, damit gerade die gewünschte Bandbreite für die benötigte Betriebsfrequenz und Elektronenstrahlspannung erzielt wird«, Beispielsweise ergibt eine Betrachtung der Figur 6, daß dann, wenn eine Abstützung 40 eine Fingerlänge von Null hat, eine gewünschte hohe Bandbreite nur dadurch erreicht werden kann, daß gleichzeitig die Steigung der'Wendel 36 erhöht und mit einer höheren Elektronenstrahlspannung gearbeitet werden kann. Häufig ist eine derartige Erhöhung der Spannung wegen der Beschränkungen des Systems nicht möglich.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 7» 8 und 9 wird die Unterdrückung der Rückwärtswellenoszillationen durch eine kombinierte Veränderung der Fingerlänge und der Wendelsteigung in Längsrichtung der Verzögerungswellenanordnung 12 nachstehend erläutert.

Hg. 7 zeigt die Dispersionskurve für eine Verzögerungswellenanordnung ähnlich der nach den Figuren 2 bis 4, jedoch mit dem Unterschied, daß die Steigung und die Fingerlange mit dem Abstand längs der Wendel 36 konstant bleiben. Die Linie 64 ist die Vorwärtswanderwelle (Gruppengeschwindigkeit positiv) und 66 stellt die Rückwärtswanderwelle (Gruppengeschwindigkeit negativ) dar. Die Linie 68 ist die Strahlgeschwindigkeitslinie, deren Neigung, die Strahlgeschwindigkeit,so gewählt ist, daß die Vorwärtswellenlinie 64· an der Schnittstelle 65 geschnitten wird, so daß eine .Anordnung erhalten wird, die in der Lage ist, Vorwärtswellen im !Frequenzbereich um eine gewünschte Mittenfrequenz ^₀ zu verstärken. Dies ist die gewünschte Betriebsart. Leider gibt der. Schnitt der Strahllinie 68 mit der Eückwärtswellenlinie 66 an der Schnittstelle 70 Anlaß zu einer unerwünschten Bückwärtswellenoszillationsfrequenz bei "V. Im allgemeinen hat die Eückwärtswelle eine höhere Zwischenwirkungsimpedanz mit dem Elektronen-. strahl als die Vorwärtswellen, wodurch ein wesentlicher Betrag der Energie des Elektronenstrahles in eine Oszillation der unerwünschten Rückwärtswelle auf Kosten der Energie in der gewünschten Vorwärtswelle gekoppelt wird.

Wenn die Verzögerungswellenanordnung nach Fig. 7 mit konstanter Steigung und konstanter Fingerlänge nicht modifiziert wird, wird ein der Anordnung aufgegebenes Signal in der Amplitude mit der frequenz «^ oszillieren, die durch die Schnittstelle 70 definiert ist, anstatt daß sie bei der Frequenz o-_Q, die durch die Schnittstelle 68 definiert ist, verstärkt wird.

Bisher hat die Erörterung von Dispersionsdiagrammen Verzögerungswellenanordnungen berücksichtigt, bei denen die Wendelsteigung und die Fingerlänge in Längserstreckung der Wendel konstant sind. Nunmehr werden Verzögerungswellenanordnungen betrachtet, bei denen die Wendelsteigung in Längsrichtung der Wendel variiert. Fig. 8 zeigt die Dispersionseigenschaften einer Ausführungsform ähnlich der nach den Figuren 2 bis 4, jedoch mit der Ausnahme,

daß nur die Wendelsteigung, nicht aber die Pingerlänge sich in Längsrichtung der Wendel verändert.. Alle Dispersions linien in Fig. 8 gelten für die gleiche Anordnung. Die Dispersionslinie stellt die Dispersionseigenschaft für eine Vorwärtselle am Ende großer Steigung der Verzögerungswellenanordnung dar. Die Dispersionslinie 72' ist die Dispersionseigenschaft am Ende geringer Steigung der Verzögerungswellenanordnung» Positionen längs der Verzögerüngswellenanordnung zwischen den beiden Enden haben Dispersionslinien (nicht gezeigt), die zwischen den Dispersionslinien 72 und 72' liegen. Die Dispersionslinien 74 und 74·' stellen die Dispersionseigenschaften für die Enden der Anordnung mit kleiner Steigung und großer Steigung dar.

Als erster Schritt in einer zweistufigen Lösung des Problems der unerwünschten Rüekwärtswellenoszillationen zeigt I¹Xg. 8, daß die Dispersionslinien für Vorwärts- und Sückwärtswellen die Neigung in entgegengesetzten Richtungen ändern, wenn die Wendelsteigung in Längsrichtung variiert. Somit variieren die Dispersionslinien für die Vorwärtswelle von der Linie 72 entsprechend dem Ende kleinerer Steigung der Wendel zur Linie 72* entsprechend dem gegenüberliegenden Ende der Wendel größerer Steigung mit einem Verhalten, das ähnlich dem in Verbindung mit Fig. 5 erläuterten ist.

Die Dispersionslinien für die Eückwärtswelle variieren nach Fig. 8 von der Linie 74- mit d-em Ende kleinerer Steigung zur Linie 74-' mit dem Ende größerer Steigung der gleichen Wendel.

Eine physikalische Erläuterung für das Verhalten der Verschiebungen in der Neigung mit sich ändernder Wendelsteigung ergibt sich daraus, daß die Neigung einer jeden Linie eine axiale Geschwindigkeit der fortschreitenden Welle an diesem Querabschnitt der Wendel darstellt, und daß die Wellen dem weitschweifigen Pfad der Wendel folgen. Deshalb ist im Falle einer Vorwärtswanderwelle die zunehmende Geschwindigkeit der Welle mit zunehmender

Steigung das Ergebnis davon, daß die Welle weniger Windungen pro Längeneinheit zu folgen hat und damit eine erhöhte Axialgeschwindigkeit erreicht wird. Andererseits trifft im Falle der Eückwärtswanderwelle die Welle auf eine zunehmende Anzahl von Windungen pro Längeneinheit, wodurch sich eine geringere Axialgeschwindigkeit ergibt.

Die Elektroenenstrahlgeschwindigkeitslinie 76 schneidet die Linie 72, 72', 7M- und 74' an Schnittstellen 78, 78', 80 und 80'. Aus Gründen der Erörterung sei angenommen, daß es erwünscht ist, Vorwärtswellen mit einer Frequenz <x-_Q entsprechend der Schnittstelle 78 zu verstärken.

Ohne weitere Modifikation der Anordnung nach Fig. 8, in der die Steigung der einzige variable bauliche Parameter ist, ist die Verzögerungswellenanordnung nicht in der Lage, entweder Vorwärts- oder Rückwärtswanderwellen zu verstärken. Der Grund hierfür besteht darin, daß eine Vorwärtswelle mit einer Frequenz innerhalb eines Frequenzbereiches entsprechend dem Bereich von der Schnittstelle 78 zur Schnittstelle 78' nicht eine gleiche Geschwindigkeit wie der Elektronenstrahl längs eines ausreichenden axialen Abstandes zur Erzeugung der Wellenverstärkung hätte und damit nicht in der Lage wäre, mit dem Elektronenstrahl in Zwischenwirkung zu treten. Dies gilt entsprechend auch für die Eückwärtswelle.

Nachstehend wird Fig. 9 betrachtet, die die charakteristischen Eigenschaften der tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung nach den Figuren 2 bis 4- zeigt. Hierbei ändert sieh nicht nur die Wendelsteigung, sondern auch die Länge der Finger in Längsrichtung der Wendel. Die Fingerlänge wird dabei in Längsrichtung der Wendel um einen vorbestimmten Betrag verändert, derart, daß die Dispersionslinie 72' der Fig. 8 nach- abwärts so weit verschoben wird, daß die Schnittstelle 78 der Fig. 8 in Koinzidenz mit der Schnittstelle 78 kommt, so daß die Schnittstelle 78" der Fig. 9 gebildet wird. Eine derartige Änderung der Fingerlänge

läßt die Neigungen aller Linien unverändert, und sie werden lediglich mit zunehmender Finger länge nach unten verschoben. In Fig. 9 stellen die Linien 72 und 72'' jeweils die Vorwärtswellendispersionslinien für entgegengesetzte Enden der Wendel mit geringerer Steigung und kürzeren Fingern am einen Ende und größerer Steigung und längeren Fingern am entgegengesetzten Ende dar. Entsprechend stellen die Linien 74- und 74'' die Rückwärtswellendispersionslinien am Ende der Wendel mit geringerer Steigung und kürzeren Fingern und am entgegengesetzten Ende der Wendel mit größerer Steigung und längeren Fingern dar« Die Linien und 74 *' schneiden die Strahllinie 76 an den Schnittstellen 80 und 80".

Wie sich aus der Fig. 9 ergibt, fallen die Schnittstellen 78 und 78'' bei einer Frequenz von ^q zusammen, während die Rückwärtswellenfrequenzen über den noch weiteren Ausehlag entsprechend dem Bereich von der Schnittstelle 80 zur Schnittstelle 80'' schwingen. Somit ist die Vorwärtswelle, die mit einer Mittenfrequenz ^q, welche durch die koinzidenten Schnittstellen 78, 78^lf definiert ist, fortschreiten, in Synchronismus mit der Elektronenstrahlgeschwindigkeit längs der gesamten Länge der Verzögerungswellenanordnung 12. Im Gegensatz hierzu versucht die Rückwärtswelle über den breiten Frequenzbereich zu oszillieren, der durch die Schnittstellen 80, 80'¹ definiert ist, mit dem Resultat, daß eine ungenügende Verstärkung in jedem gegebenen Zuwachsanteil der Wendellänge zur Erzielung einer Rückwärtswellenoszillation vorhanden ist. Das Resultat ist eine bevorzugte Verstärkung der Vorwärtswanderwelle, derart, daß jede Rückwärtswelle entweder verschwindet oder im Vergleich zu der Energie der Vorwärtswelle einen vernachlässigbaren Energiegehalt besitzt.

Die vorbeschriebene Methode zur Unterdrückung unerwünschter Rückwärtswellenoszillationen ist in gleicher Weise wirksam unabhängig davon, ob die gleichzeitigen Änderungen der Wendelsteigung und Fingerlänge eine zunehmende oder abnehmende Funktion in bezug auf die Wanderrichtung des Elektronenstrahls sind. Wenn somit bei

ZS

der Ausführungsform nach Fig. 1 die Steigung der Wendel 36 und die Länge der Finger 42 zunehmende Funktionen in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahles sind, verläuft die Verzögerungswellenanordnung 12 nach Fig. 1 von Ende zu Ende, so daß die Steigung der Wendel und die Länge der Finger in der Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles abnehmen. Die Unterdrückung von Rückwärtswellen wäre in jeder Orientierung in gleicher Weise einwandfrei. Das Dispersionsdiagramm für den letzteren Fall wäre vollständig analog dem nach Fig. 5-9 mit der Ausnahme, daß die Dispersionslinien entgegengesetzte Änderungen in der Neigung und Verschiebung als eine Funktion des Abstandes längs der Wendel erfahren wurden. YMt diesen Unterschieden bleiben die vorausgehenden Erörterungen bezüglich des Vorwärtswellenfortschreitens

wellen··

und Rückwärtsunterdrückens für die Figuren 5 "bis 9 sonst identisch. Beispielsweise würde Fig. 9 sich soweit ändern, daß die Linien74 und 74-'' wie auch die Linien 72 und 72' ' abwechselnd vertauscht würden.

Die Steigung der Wendel und die Länge der Finger kann in Form einer Anzahl von verschiedenen Funktionen des Abstandes in Längsrichtung der Wendel variieren. Fig. 10 zeigt eine Anzahl von verschiedenen Beispielen der Änderung der Wendelsteigung für verschiedene Funktionen des Abstandes längs der Wendel. Die Linie 82 zeigt eine Bezugs-BasLslinie für gleichförmige Wendelsteigung. Jede der anderen Linien ist für einen Wendelsteigungsunterschied von Ende zu Ende von etwa 10% bestimmt. In jedem Fall variiert die Länge der Finger so, daß eine Vorwärtswellengeschwindigkeit verbleibt', die gleichmäßig in der Länge der Wendel bei einer Frequenz entsprechend der Schnittstelle der Strahlgeschwindigkeitslänge und der Vorwärtswellendispersionslinie ist. Derartige Änderungen der Fingerlänge haben im wesentlichen die gleiche funktionelle Form wie die Funktionen nach Fig. IO zur Änderung der Wendelsteigung und haben einen etwas größeren Änderungswert als die Wendelsteigung.

Diese Funktionen werden nach.steh.end in angenäherter Reihenfolge von abnehmender Effektivität und zunehmender einfacher Herstellung beschrieben. Die Linie 84- ist eine cösinus-Änderung, bei der die Steigung der Wendel und die Länge der aufeinanderfolgenden Finger mit dem cosinus des Abstandes längs der Wendel variiert, wobei die gesamte .Änderung des cösinus-Argumentes ein halber Zyklus ist, und eine Minimum-Maximum-Amplitude der Änderung an entgegengesetzten Enden der Wendel auftritt. Diese cosinus-Änderung ist so dargestellt worden, daß sie die optimale Unterdrückung der Bückwärtswellenoszillationen für eine gegebene Vorwärtswellenverstärkung erzeugt % es kann jedoch schwierig sein, sie herzustellen. Die Linie 86 ist eine linearisier.te Version einer cosinus-Änderung, bei der die Steigung im ersten Viertel der Schaltung gleichförmig ist, sich eine lineare Abschrägung auf der mittleren Hälfte der Schaltungslänge anschließt, auf die eine weitere gleichförmige Steigung bei geringerer Steigung im letzten Viertel der Schaltungslänge folgt. Die Linie 88 ist eine lineare Variation. Weniger effektiv«, aber für .eine Hückwärtswellenunterdrückung brauchbar ist die Anwendung von getrennten Schritten anstelle einer gleichförmigen Änderung in der Steigung und Fingerlänge. Ein Beispiel hierfür ist mit Linie 90 angedeutet, bei der die Schaltung in zwei gleichlange Abschnitte unterteilt ist und eine einstufige Änderung in der Steigung vorgesehen ist. Anstelle der einen einstufigen Änderung ergeben zwei, drei öder mehr Stufen einen besseren Effekt«, Die lineare Abschrägung der Linie 88 stellt einen guten Kompromiß zwischen der optimalen Eückwärtswellenunterdrückung der cosinus-Kurve 84- und einer einfachen Herstellungsmethode dar.

Ein typisches Beispiel der Ausführungsform nach den Figuren 2 -4-, das in der Praxis gute Ergebnisse ergeben hat, besitzt eine lineare Änderung der Steigung und Fingerlänge mit einer Gesamtänderung der Steigung zwischen entgegengesetzten Enden der Wendel von etwa 10% und dem Verhältnis von Ge samt änderung der Fingerlänge zu Wendelsteigung von etwa 15%. Analysen haben ergeben, daß die

Gessoatänderung der Steigung von 6 - 25 % reichen kann, während das Verhältnis der Gesamtänderung von Fingerlänge zu Wendelsteigung von etwa 1,1 - 1,7 gehen kann.

Die Konstruktion der Terzögerungswellenanordnung 12 wird durch herkömmliche Herstellmethoden erreicht, beispielsweise indem die Wendel 36 auf einem Dorn unter Verwendung einer kommerziell zur Verfügung stehenden numerisch gesteuerten Wendelwickelvorrichtung aufgewickelt wird. Die Wicklung einer Wendel mit einer veränderlichen Steigung ist mit einer solchen Maschine nicht schwieriger zu erreichen als die Wicklung einer Wendel mit gleichförmiger Steigung. Die Herstellung der kammartigen Abstützung 42 wird auf einfache Weise durch bekannte Methoden mit Hilfe elektrischer Entladungsmaschinen (EDM) erzielt. Wenn die elektrische Entladungsmaschine computergesteuert ist, ist, wenn die Maschine programmiert ist, die kammartige Anordnung 42 mit variablem Abstand und variabler länge der Finger nicht schwieriger herzustellen als eine Abstützung mit gleichförmigem Abstand und gleichförmiger Länge.

Ein Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß bei abnehmender Querschnittsflache eines jeden Fingers 44 die Grenzfrequenz u> ebenfalls abnimmt, wodurch die Betriebsbandbreite vergrößert wird und ebenfalls das Produkt aus Bandbreite und Impedanz erhöht wird. Wenn die Querschnittsfläche abnimmt, nimmt auch die Wärmeableitfähigkeit ab und damit wird die Ausgangsleistung der Wanderwellenröhre verringert. Somit muß ein Kompromiß zwischen dem Produkt aus Impedanz und Bandbreite sowie der Wärmeableitung im Falle der Ausführung nach den Figuren 2-4 gemacht werden.

Eine Möglichkeit, um diesen Kompromiß zugunsten einer höheren Ausgangsleistung zu beeinflussen, besteht in einer einfachen Modifizierung der Ausführungsform nach den Figuren 2-4, wobei die Querschnittsflache eines jeden Fingers 46 dadurch vergrößert wird, daß die Breite eines jeden Fingers 46 längs der axialen

Richtung der Wendel erhöht wird. Ui einem extremen Fall gehen die Finger 46 und der Kicken 44 ineinander über und bilden eine kontinuierliche radiale Ebene· Da "bei einer solchen Konfiguration die Fingerlange nicht verändert wird, ist eine andere Vorrichtung für die Riickwärtswellenunterdrückung erforderlich.

Bei dem anderen extremen Kompromiß kann das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite dadurch ein Maximum werden, daß die Querschnitt sflache eines jeden Fingers 46 verringert wird, bis jeder der Finger 46 zahnstocherartig ausgebildet ist. Äußerstenfalls kann der Rücken 44 ganz weggelassen werden „ wobei wiederum eine andere Vorrichtung zur Unterdrückung der Rückwärtswellenoszillationen erforderlich wird.

Die Notwendigkeit für diese Art von Kompromiß wird durch eine andere Ausführungsform nach der Erfindung, die in den Figuren 11 und 12 gezeigt ist, reduziert, wenn nicht ganz aufgehoben.

Die Verzögerungswellenanordnung nach den Figuren 11 und 12 ist ähnlich der Verzögerungswellenanordnung nach den Figuren 2, 3 und 4 aufgebaut, unterscheidet sich jedoch von ihr darin, daß die Wendel mit Vorkehrungen für den Durchfluß eines Kühlmediums durch die Wendel versehen ist. Bestandteile bei der Anordnung nach der Ausführungsform der Figuren 11 und 12, die den entsprechenden Bestandteilen nach der Ausführungsform der Figuren 2, und 4 entsprechen oder mit diesen gleich sind, sind mit den gleichen zweiten und dritten Bezugsziffern entsprechend den Bestandteilen in den Figuren 2, 3 und 4 und mit einer zusätzlichen vorangestellten Ziffer "1^M bezeichnet. Mach den Figuren 11 und weist die Verzögerungswellenanordnung 112 eine Wendel 136 mit einer Hohlleitung 192 für den Durchfluß eines Kühlmediums durch die Wendel auf. Die Leitung 192.ist schraubenförmig ausgebildet und in gleichem Sinne und als integraler Teil der Wendel 136 gewickelt. Die Finger verbleiben somit so_s daß si® ein hohes R?odukt aus Bandbreite und Impedanz ergeben, und die hohe Wärmeableitung wird durch /lie Leitung durchströmende Kühlmedium erzielt.

daö

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für den Hochleistungsbetrieb olme Erfordernis einer Kühlung geeignet ist, ist in den Figuren IJ bis 15 dargestellt; hierbei sind die Bestandteile, die gleich oder äquivalent den entsprechenden Bestandteilen in der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 3 sind, mit den gleichen zweiten und dritten Bezugsziffern wie die entsprechenden Bestandteile in den Figuren 2 und 3, sowie mit einer vorgestellten Ziffer "2" bezeichnet.

Die Ausführungsform der Yerzögerungswellenanordnung 212 nach den Figuren 13 bis 15 ist ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 2 bis 4, insbesondere insoferne, als sie eine Wendel 236 mit einer Steigung, die in ihrer Länge von links nach rechts zunimmt, ein Gehäuse 238 und zwei radial gegenüberliegende kammartige Abstützungen 242 mit einer longitudinalen Symmetrieebene aufweist. Die Ausführungsform nach den Figuren 13 bis 15 unterscheidet sich jedoch von der nach den Figuren 2 bis 4 darin, daß die Länge der Finger 246 in Längsrichtung der Wendel 236 konstant ist, daß aber die Dicke der Qaerdimension eines jeden kornartigen Bauteiles 242 in Längsrichtung der Wendel 236 in der gezeigten Weise variiert.

Wie sich am besten aus den Figuren 14 und 15 ergibt, besitzt jede der Spitzen der Finger 246 einen konkaven Teil, der mit der Krümmung des äußeren Umfanges der Wendel 236 konform ist. Der konvexe äußere Teil des Hückens 244 ist konform mit der Kurvenform der inneren Fläche des Gehäuses 238. Ein Teil eines jeden Fingers 246 definiert zwei Sandflächen 294, die radial zur Verzögerungswellenanordnung 212 und symmetrisch zur Längssymmetrieebene angeordnet sind. Jedes Paar von Handflächen 294 erstreckt sich in einem Winkel von etwa 90° zur Achse der Wendel. Jeder Finger 246 weist ferner zwei im wesentlichen zuei-nander parallele Handflächen 296 auf, die sich gleichweit wie der Rücken 244 und etwa parallel zur Längssymmetrieebene erstrecken.

Die Dicke t der Finger 246 nimmt in Längsrichtung der Wendel 236 in der in Fig.13 gezeigten Richtung von links nach rechts ab, während die Steigung der Wendel 236 in dieser Sichtung zunimmt. Die Dicke eines jeden Fingers 246 wird durch den senkrechten Abstand zwischen jedem Paar von Handflächen 296 festgelegt. Diese Inderung der Steigung und Dicke ergibt eine Eiickwärtswellenunterdxückung, die vollständig analog zu der in Verbindung mit den vorausgehen·*- den Ausführungsleispielen ist. So sind z.B. die Disperionsdiagramme für die Aasführungsform, nach den Figuren 13 bis 15 qualitativ ähnlich denen nach den Figuren 5 "bis 9» uncL <üe Dispersionslinien für diese Figuren werden durch fortlaufende Verringerung der Dicke der Finger 246 nach unten verschoben« Diese Wendelsteigung und die Fingerdicke können als die entsprechenden verschiedenen alternativen Funkitionen,die in Verbindung mit Fig. 10 gezeigt sind, variieren.

Weil die Querschnittsflache der kammartigen Bauteile 242 größer ist als bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen, kann mehr Wärme von der Wendel 236 abgeleitet iirerden, so daß ein Betrieb mit höheren Ausgangsleistungen möglich, ist, ohne daß eine !flüssigkeitskühlung erforderlich wird.

Ein Beispiel für eine Version der Verzögerungswellenanordnung 212 der Ausführungsform nach den Figuren 13 bis 15 arbeitet beispielsweise mit einer Ausgangswellenlänge im Subzentimeterbereich und hat eine Länge von 3*0 cm, eine Wendel 236 mit einem Außendurchmesser von 1,5 cm, eine Abstützung' 240 mit einem äußeren Durchmesser von 0,35 cm, eine Gesamtwendelsteigungsanderung von 13,1% und ein Verhältnis von Gesamtdickenänderung zu Steigungsänderung von 2,3. Bei anderen Versionen kann die Steigung sich von etwa 6% bis 25% ändern, und das Verhältnis der Inderung von Dicke zur Steigung kann von etwa 1,8 bis 2,8 variieren.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 16 bis 18 dargestellt, wobei die Bestandteile, die gleich oder

äquivalent entsprechend den Bestandteilen in der Ausführungsform nach den Figuren 2 Ms 4- sind, mit den gleichen zweiten und dritten Bezugsziffern zusammen mit einer Vorziffer ^M3" versehen sind. Nach den figuren 16 bis 18 ist eine Stegwendel 336 aus einem T-förmigen Band gewickelt und besitzt ein Basisteil 380 sowie ein Querstegteil, das sich von dem Basisteil 398 zu einer Abstützung 338 nach außen erstreckt. Die Breite des Stegteiles 399 ist kleiner als die Breite des Basisteiles 398, so daß letzteres in Längsrichtung verlaufende Teile auf beiden Seiten des Stegteiles 399 definiert. Das Stegteil 399 dient als Abstützung 34-0 zwischen der Wendel 336 und dem rohrförmigen Gehäuse 338. Die Wendel 336 kann unter Verwendung eines T-förmigen Bandes auf einem Dorn aufgewickelt werden. Andererseits können zwei einzelne Bänder mit den gewünschten relativen Breiten verwendet werden, um den Basisteil 398 und den Stegteil 399 getrennt auszubilden.

Wie in den !Figuren 16 bis 18 gezeigt, werden Querteile des Stegteiles 399 auf aufeianderfolgenden Windungen der.Wendel 336 an in Längsrichtung versetzten, jedoch ansonsten radial gegenüberliegenden Stellen der Wendel 336 entfernt, so daß der Anteil der Querteile des Stegmateriales, der entfernt ist, und die Steigung der Wendel gleichzeitig in einer Richtung von links nach rechts in Fig. 16 zunehmen. Ein Parameter, der variiert werden kann, um Stegteile zu entfernen, ist der Bogenabstand X nach Pig. 17. Ein weiterer Parameter, der variiert werden kann, ist die Querfläche des Stegteiles 399- Andererseits kann die Dickendimension, die durch den senkrechten Abstand, zwischen federn Paar von radial gegenüberliegenden ebenen Flächen 397 definiert ist, variiert werden. Jeder dieser Parameter kann als Funktion in Fig. 10 variiert werden, damit eine Kückwärtswellenunterdrückung erreicht wird, und zwar wiederum vollständig analog zu den .vorbeschriebenen Ausführungsformen.

Die Ausführungsbeispiele nach der Erfindung, die bisher erörtert worden sind, besitzen eine Wendel, die aus einem einzigen Bauteil,

z.B. einem Band, gewickelt sind. Eine solche Wendel kann als "monofilare Wendel" bezeichnet werden. Die Erfindung kann jedoch auch eine Wendel aus zwei oder mehr Bändern aufweisen. Fig. 19 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Bestandteile, die gleich oder äquivalent entsprechend den Bestandteilen der Ausführungsform nach den Figuren 2 bis 4 sind, mit der gleichen zweiten und dritten Bezugsziffer und mit einer vorangestellten ^M4" gekennzeichnet sind. Die Verzögerungswellenanordnung 412 nach Fig. 19 ist ähnlich der nach den Figuren 2 bis 4 mit der Ausnahme, daß die Wendel 4J6 aus zwei Bändern 4102 und 4104 besteht, deren jede im gleichen Richtungssinn und mit dem gleichen Durchmesser sowie axial verschlungen in der dargestellten Weise gexcLekelt ist. Eine derartige Wendel wird als "bifilare Wendel" bezeichnet.

Wie in Fig. 19 gezeigt, ist die Steigung einer bifilaren Wendel durch den Abstand jeder abwechselnden Windung anstatt den Abstand jeder aufeinanderfolgenden Windung, wie im Falle einer monofilaren Wendel, definiert. Ein Vorteil der Ausführungsform nach Fig. ist, daß die bifilare Wendel ein wesentlich höheres Produkt aus Impedanz und Bandbreite ergibt als die monofilare Wendel.

Aus Gründen der einfacheren Darstellung zeigt die Ausführungsform nach Fig. 19 nicht eine Inderung der Steigung der Wendel 4J6 oder der Länge der Finger 444 in Längsrichtung der Wendel 436* Eine solche 'Änderung wird jedoch verwendet, um Rückwärtswellenoszillationen in einer Weise zu unterdrücken, die vollständig analog den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist.

Es können auch Wendeln aus mehr als zwei Bändern verwendet werden, d.h. eine trifilare oder quadrifilare Wendel.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die beschriebenen Aus- · führungsformen so modifiziert werden, daß die Steigung der Wendel

und der vorbestimmte Parameter der Verzögerungswellenanordnung eine konstante anstatt einer sich ändernden Funktion in Längsrichtung der Wendel ist. Eine derartige Konfiguration ergibt nicht von selbst eine Mckwärtswellenunt erdrückung. Eine solche Unterdrückung kann jedoch durch Verwendung einer "beliebigen Anzahl bekannter Vorrichtungen zur Unterdrückung von Eückwärtswellenoszillationen erreicht werden. Ferner braucht eine solche Verzögerungswellenanordnung mit konstanter Steigung nicht auf die Verwendung als Vorwärtswellenverstärker beschränkt bleiben, sondern kann z.B. als Rückwärtswellenoszillator Verwendung finden.

Claims (23)

1. Patentansprüche;

   ¥anderwellenröhre mit einer elektrisch, leitenden Verzögerungswellenanordnung, die im Betrieb von einem Elektronenstrahl in Achsrichtung durchlaufen wird, die eine in Längsrichtung und um die Achse angeordnete Wendel aufweist, und die ferner eine Abstützung für' die Wendel sowie ein koaxial um die Wendel angeordnetes rohrförmiges Gehäuse bsitzt,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel(36; .136; 236; 3365 4-36) als vorgegebene !funktion eines Abstandes längs der Wendel und einer vorgewählten baulichen Dimension der Abstützung (40; 24-0) als Funktion des Abstandes längs der Wendel in einem gegebenen Verhältnis zur Änderung der Steigung variiert, um die Verstärkung einer Welle mit einer bestimmten Mittenfrequenz zu verbessern, die entlang der Verzögerungswellenanordnung (12; 112; 212; 412| in Bewegungsrichtung des Elektronenstrahles wandert, während in entgegengesetzter Richtung wandernde Wellen unterdrückt Xf erden.
2. 2. Wanderwellenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (4-0; 24-0) zwei kammartige Bauteile (4-2, 14-2; 24-2j 4-4-2) aufweist, die in Längsrichtung der Wendel (36; 136; 25&1 336; 4-36) verlaufen und in einer diametralen Ebene innerhalb des rohrförmigen Gehäuses (38; 1J8; 238; 338; 4-38) befestigt sind,. derart, daß eine Längssymmetrieebene mit dem Gehäuse entsteht, daß .jedes kamiaartige Bauteil (4-2; 14-2; 24-2; 442) ein Rückenteil (4Λ5 144} 244; 444) und eine Anordnung von axial im Abstand versetzten Ungern (4-6; 14-6; 24-6; 446) besitzt, die von dem Rücken (44-; ....) ausgehen, und daß jede Spitze der aufeinanderfolgenden Jünger (4-6; ...) mit einer entsprechenden der aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel (36; ....) verbunden ist, wobei der Flicken (44; ....) mit dem rohrförmigen Gehäuse (38; ...) verbunden ist.
3. 3. Wanderwellenröhre nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze eines jeden Fingers (46}..·.) in Längsrichtung auf den aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel (365 „„..) zentriert ist und nicht breiter ist als die Breite der entsprechenden, aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel (365 »»..).
4. 4„ Wanderwellenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte-bauliche Dimension der Abstützung (40; «,.„.) die Länge eines jeden Fingers (46; 146, «,..) ist, und daß die Länge aufeinanderfolgender Finger (465 ...) in Längsrichtung der Wendel (36; ....) variiert.
5. 5. Wanderwellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel (36; ...) als vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahles zunimmt, und daß die Länge aufeinanderfolgender Finger (46; ...) als im wesentlichen die gleiche vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel (365 .·.) in der gleichen Richtung zunimmt«
6. 6. Wanderwellenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel (36; ..·.) als vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahles abnimmt, und daß die Länge aufeinanderfolgender Finger (46; ...) als im wesentlichen die gleiche vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel (365 .....) in der gleichen Richtung abnimmt.
7. 7. Wanderwellenröhre nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (36; ...) mit einer hohlen Leitung (92; 192) für den Durchfluß eines Kühlmediums durch die Wendel versehen ist»
8. 8. Wanderwellenröhre nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spitzen der Finger (465 .,.) einen konkaven Teil besitzt, der mit der Krümmung des äußeren Umfanges der Wendel (36; ....) konform ist, und der Rücken (44; ...) einen konvexen Teil besitzt,

   der mit der Krümmung des inneren Umfanges des Gehäuses (38; ...) konform ist, daß ein Teil eines jeden Fingers (46; ...) ein Paar im wesentlichen zueinander paralleler Randflächen festlegt, die sich an ihren äußeren Spitzen gleich weit wie der Rücken erstrecken und im wesentlichen parallel zur Längssymmetrieebene verlaufen, und daß ein anderer Teil eines jeden üngers (46; ...) ein Paar von Randflächen festlegt, die sich im wesentlichen radial von der Wendel nach außen und symmetrisch zu der Längssymmetrieebene erstrecken.
9. 9· WanderwellenrÖhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von radial angeordneten Oberflächen sich über einen Winkel von etwa 90° zur Achse der Wendel erstrecken.
10. 10. Wanderwellenröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte bauliche Dimension der Abstützung (40; ...) die Dicke ist, die als senkrechter Abstand zwischen den parallelen Handflächen definiert ist, wobei die Dicke aufeinanderfolgender Singer (46; ...) in Längsrichtung der Wendel (36; ...) variiert.
11. 11. Wanderwellenröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel (36; ...) als vorbestimmte Funktion des Ab stände s längs der Wendel in Richtung des Elektronenstrahles. suniiamt und die Dicke aufeinanderfolgender Finger (46; ...)als die gleiche vorbestimmte Funktion in Längsrichtung der Wendel in der gleichen Richtung abnimmt.
12. 12. Wanderwellenröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel (36; ...) als vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung der Wanderung des Elektronenstrahls s abnimmt, und daß die Dicke der aufeinanderfolgenden Finger (46; ...) als gleiche vorbestimmte Funktion in Längsrichtung der Wendel in gleicher Richtung zunimmt.
13. 13. Wanderwellenröhre nach Anspruch I₅₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (36; ...) einen Basisteil und einen Stegteil mit einer in Längsrichtung verlaufenden Breite besitzt, die kleiner' ist als die Breite des Basisteiles, daß der Stegteil in Längsrichtung auf dem Basisteil zentriert ist und in radialer Richtung von dem Basisteil zur Befestigung mit dem Gehäuse nach außen verläuft, wobei der Stegteil die Abstützung darstellt«
14. 14. Wanderwellenröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Querteile des Stegteiles auf jeder der aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel (36; ...) an in Längsrichtung versetzten, sonst aber radial gegenüberliegenden Stellen in Längsrichtung der Wendel entfernt sind, so daß Paare von· gegenüberliegenden Sandflächen gebildet werden.
15. 15. Wanderwellenröhre nach .Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte bauliche Dimension der Abstützung der Qixerbogenabstand eines jeden Querteiles des verbleibenden Stegteiles ist.
16. 16. Wanderwellenröhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte bauliche Dimension der Abstützung die Querfläche eines jeden Teiles des verbleibenden Stegteiles ist.
17. 17. Wanderwellenröhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Parameter der Abstützung der Abstand zwischen jedem Teil gegenüberliegender Eandflachen in einer Richtung senkrecht zu den Randflächen ist. .
18. 18. Wanderwellenröhre nach Anspruch 15, 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel als die vorbestimmte Funktion des Abstandes längs der Wendel in Richtung der Elektronenstrahlwanderung zunimmt, und daß die vorgewählte bauliche Dimension der Abstützung als Funktion des Abstandes in Längsrichtung der Wendel in der gleichen Richtung abnimmt.
19. 19. Wanderwellenröhre nach Aaspruch I5, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendel als vorbestiinnfce Funktion des Äbstandes längs der Wendel in Sichtung der Wanderung des Elektronenstrahles abnimmt, und die vorgewählte bauliche Dimension der Abstützung als !funktion des Abstandes in Längsrichtung der Wendel in der gleichen Sichtung zunimmt.
20. 20. Wanderwellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 1% dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte lunktion des Abstandes in Längsrichtung der Wendel eine im wesentlichen lineare Funktion ist.
21. 21. Wanderwellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte lunktion des Abstandes längs der Wendel eine cosinus-Funktion ist, daß die Gesamtänderung des Arguments des cosinus einen halben Zyklus beträgt, und daß die minimalen und maximalen Amplituden der Inderung an entgegengesetzten Enden der Wendel auftreten.
22. 22. Wanderwellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus einem einzigen Bauteil hergestellt ist und eine monofilare Wendel darstellt.
23. 23. Wanderwellenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel aus zwei Bauteilen hergestellt ist und eine bifilare Wendel darstellt.