DE3336404A1

DE3336404A1 - Verfahren zum aufbau einer wanderwellenroehre mit gekoppelten hohlraeumen

Info

Publication number: DE3336404A1
Application number: DE3336404A
Authority: DE
Inventors: Brian Frederick Chelmsford Essex Cooper; David Harris East Hanningfield Essex Cottey
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1984-04-12
Also published as: CA1227242A; GB2128110B; GB2128110A; US4598465A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Eohlräumen und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen für den Millimeter-Wellenbereich, d.h. zum Betrieb bei einer Frequenz im Bereich von 35 GHz bis zu 95 GHz und darüber hinaus. -·■-..

Ein typische Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen,wie sie derzeit bekannt ist, ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt, wobei

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des Langsamwellen-Aufbaus der Röhre und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 darstellt.

In der Darstellung nach Fig. 1 und 2 besteht der Langsamwellen Aufbau oder die Langsamwellen-Struktur aus einer Reihe von zylindrischen Hohlräumen 1 mit konstanter Höhe. In jeder die Hohlräume 1 voneinander trennenden Endwand„2 befindet sich ein gekrümmt ausgeführter Kopplungsschlitz 3, 4, von denen die Schlitze 3 in jeder zweiten ündwand 2 gegenüber den Schlitzen 4 in den jeweils anderen Endwänden 2 versetzt sind. Die Kopplungsschlitze 3 und 4 ergeben eine HF-Kopplung zwischen den Hohlräumen 1.

In der Mitte jeder Endwand 2 ist ein in ÄJiialrichtung ausgerichtetes Triftrohr oder Hülse 5 vorgesehen, durch welche im Betrieb der Elektronenstrahl durch die Gesamtlänge der Langsamwellen-Struktur von einem (nicht dargestellten) Elektronenstrahlerzeuger bis z\L einem (ebenfalls nicht dargestellten) Kollektor hindurchtritt.

Die Abmessungen und die Lagen der einzelnen Triftrohre 5 beeinflussen sowohl den Wirkungsgrad als auch die Bandbreite der Wanderwellenröhre.

Das normalerweise zum Aufbau der in Fig. 1 und 2 darge_v stellten Langsamwellen-Struktur benutzte Aufbauverfahren ist folgendes:

Der Langsamwellenaufbau oder die Langsamwellen-Struktur besteht aus Abschnitten, die jeweils eine Wand 2, einen Kopplungsschlitz 3 oder 4, ein Triftrohr 5 und einen kurzen Abschnitt der zylindrischen Außenwand 6 der Langsamwellen-Struktur enthalten. Jeder Abschnitt wird zunächst ausgestanzt und dann auf die Endabmessungen bearbeitet.

Daraufhin wird die vollständige Struktur so aufgebaut, daß die Einzelabschnitte mit in der erforderlichen Weise dazwischen eingefügten Hartlot-Draht- oder -Folienstücken aufeinander gestapelt werden. Die gesamte Anordnung wird dann zum Ausrichten zusammengespannt und im Ofen hartgelötet.

Derartige Aufbauverfahren sind für Wanderwellenröhren mit gekoppelten Hohlräumen, die für geringere Frequenzen als den Millimeterwellenbereich bestimmt sind, recht zufriedenstellend. Bei der Anwendung derartiger Fertigungsverfahren zur Herstellung von Wanderwellenröhren der genannten Art zum Betrieb im Millimeterwellenbereich treten jedoch Schwierigkeiten auf wegen der extrem geringen Toleranzen, die für die Einzelabmessungen und den Zusammenbau der Langsamwelienstrukturen solcher Röhren erforderlich sind. Es ist einzusehen, daß bei derartigen Wanderwellenröhren für den Millimeterwellenbereich die Gesamtabmessungen jedes Hohlraumes der Langsamwellenstruktur sehr gering sind, und in jeder Röhre sind typischerweise drei Lang-' s amwel lens trukturen mit jeweil-i bis zu 30 Hohlräumen erforderlich.

Es kann abgeschätzt werden, daß für den zufriedenstellenden
Betrieb insbesondere bei Röhren, die im Bereich von 95 GHz
arbeiten, Abmessungs- und Zusammenbautoleranzen der Größenordnung von 2,5 um (1/10 mil) erforderlich sind.

Toleranzen dieser Größenordnung können jedoch bei normalen
Betriebsbedingungen mit üblichen Bearbeitungsmaschinen nicht erreicht werden. Um eine Bearbeitung der Einzelabschnitte
in der beschriebenen Weise in den bei normaler Fertigung
erforderlichen Mengen zu erreichen, sind hochpräzise Dreh-
und Fräsmaschinen und eine Steuerausrüstung erforderlich,
wie sie beim Diamantdrehen von optischen Bauteilen verwendet werden, und diese müssen bei streng eingehaltenen Umgebungsbedingungen betrieben werden. Für Fertigungszwecke wird eine solche Bearbeitung als praktisch nicht ausführbar angesehen, und, auch wenn die Bearbeitung so durchgeführt würde, ergäbe sich wahrscheinlich eine sehr geringe Ausbeute von brauchbaren Abschnitten.

Auch wenn die Einzelabschni'tte mit Einhaltung der erforderlichen Toleranzen bearbeitet werden könnten, so ist doch der Aufbau der vollständigen Struktur durch Aufeinanderstapeln der einzelnen Abschnitte für das Aufrechterhalten der Abmessungstoleranzen während der Ofenlötung schädlich.

Zu diesen beschriebenen Fertxgungsproblernen kommen noch die
Schwierigkeiten, die bei dei Prüfung, Messung und dem Umgang mit den Strukturen auftreten.

Damit besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung oder zum Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen, und insbesondere der zugehörigen Wanderwellenstruktur zu schaffen, das unter normalen Fertigungsbedingungen die Erzielung der erforderlichen ToIe-

ranzen bei guter Ausbeute gestattet.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß ein Verfahren zum Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen geschaffen wird, bei dem mindestens ein Teil der zugehörigen Langs amwellen-Stru*; tür durch einen Senkvorgang (hobbing process) ausgebildet wird.

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen die Langsamwellen-Struktar aus zwei oder mehreren Einzelabschnitten gefertigt, die jeweils zumindest teilweise durch ein Senkverfahren ausgebildet und danach miteinander vereinigt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufbaus besitzt jeder Einzelabschnitt eine Axiallänge, die sich über einen Teil der kombinierten Axiallängen eines Hohlraumes und einer diesen Hohlraum vom nächstliegenden trennenden Endwand erstreckt, wobei der Abschnitt in Axialrichtung gesenkt wird, die mit der Trenn-Endwand endet.

Vorzugsweise bildet der Teil der Axiallänge eines Hohlraumes die gesamte Axiallänge des Hohlraumes.

Der Aufbau kann so geschehen, daß assymetrische Hülsen oder Triftrohre in jedem Einzelabschnitt so hergestellt werden, daß das Triftrohr aus der Endwand des Einzelabschnitts nur an der Seite der Endwand hervorsteht,, die dem Hohlraum über die Axiallänge zugewendet ist, oder über einen Teil der Axiallänge, von der die Axiallänge des Einzelabschnitts sich erstreckt.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Aufbau steht überhaupt keine Hülse von der Endwand des Abschnitts vor, sondern das

Triftrohr ist insgesamt in der Endwand enthalten.

In diesem Fall kann insbesondere die in dem Triftrohr erforderliche Strahlöffnung gemeinsam mit dem Hohlraum während eines Senkvorgangs ausgebildet werden. Bei anderen Fällen kann die Strahlöffnung in einem von dem Senkvorgang getrennten Vorgang, beispielsweise durch Funkenerosion oder durch konventionelle Bearbeitung ausgebildet werden.

Normalerweise wird der Außenunifang jedes Einzelabschnitts in einem getrennten Vorgang bearbeitet.

Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Aufbau besitzen die Einzelabschnitte Axiallängen, die gleich der Axiallänge einer Langsamwellenstruktur sind, wobei Teile aller Hohlräume in der Struktur gleichzeitig durch einen Senkvorgang erzeugt werden. Vorzugsweise sind zwei und nur zwei Einzelabschnitte einer Langsamwellenstruktur vorgesehen,cie jeweils eine sich in Axialrichtung erstreckende Hälfte der Struktur bilden.

Vorzugsweise werden bei jedem Einzelabschnitt ein Teil jedes Hohlraumes und ein Teil jeder Strahlkopplungsöffnung durch einen Senkvorgang ausgebildet.

Vorzugsweise ist bei dem Aufbau keine Hülse oder kein Triftrohr aus den die Hohlräume voneinander trennenden Wänden hervorstehend ausgebildet. Wenn es erforderlich ist, daß Hülsen oder Triftrohre aus den Hohlraum-Trennwänden hervorstehen, werden die Strahlöffnungen vorzugsweise übergroß hergestellt und einzel ne Hülsen oder Triftrohre werden in diese übergroßen Strahlöffnungen eingelötet oder auf andere Weise dort befestigt.

Vorzugsweise werden die in den Hohlraum-Trennwänden erforderlichen Kopplungsöffnungen in den jeweiligen durch Senken ausge-

bildeten Teil-Trennwänden in jedem Einzelabschnitt durch einen Vorgang ausgebildet, der getrennt vom Senken durchgeführt wird, beispielsweise durch übliche Bearbeitung oder Funkenerosion.

Normalerweise werden jeweils in allen Fällen die Einzelabschnitte durch öfenlötung zusammengefügt. ^:

Vorzugsweise ist die so aufgebauten Wanderwellenröhre mit gekoppeItenHohIräumen eine im Millimeterwellenbereich arbeitende Wanderwellenröhre.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 8 der Zeichnung näher erläutert; darin zeigt:

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Einzelabschnitt einer Langsamwellen-Struktur in einer erfindungsgemäß hergestellten Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen,

Figur 4 eine Ansicht des Einzelabschnitts nach Fig. 3, in Richtung des Pfeiles 7 gesehen,

Figur 5 einen Längsschnitt durch einen anderen erfindungsgemäß ausgebildeten Einzelabschnitt einer Langsamwellen-Struktur für eine Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumeu,

Figur 6 eine Ansicht des Einzelabschnitts nach Fig. 5, in Richtung des Pfeiles 8. gesehen,

Figur 7 einen Längsschnitt durch einen Teil einer einheitlichen Langsamweller-Struktur einer weiteren erfindungsgemäß aufgebauten Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumeu, und

COPY

Figur 8 einen Schnitt durch die Struktur nach Fig. 7 längs der Linie B-B.

In den Fig. 3 bis 8 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet.

Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Einzelabschnitten wird jede Langsamwellen-Strukrur der Wanderwellenröhre aus wie anhand der Fig. 1 und 2 teschrieben aufeinandergestapelten und ofengelöteten Einzelabschnitten hergestellt. Jedoch wird hierbei nicht jeder Einzelabschnitt als ein Stanzteil ausgebildet und dann auf die erforderlichen Abmessungen bearbeitet, sondern es wird in diesem Fall jeder Einzelabschnitt durch einen Senkvorgang (hobbing process) angefertigt.

Die Technik des Senkens ist an sich bekannt und besteht darin, daß eine Senkform, mit ander m Worten ein Körper, der die erforderliche Gestalt in Negativform enthält, in ein relativ weiches Material, z.B. angelassenes Kupfer, eingedrückt wird.

Beim Herstellen der Senkform wird ein Rohling aus gehärtetem Werkzeugstahl so geschliffen, daß der erforderliche Stempel entsteht, und zwar in so kontrollierter Weise, daß die erforderliche Genauigkeit erreicht wird. Es hat sich bei der praktischen Anwendung gezeigt, d iß Toleranzen der erforderlichen Größenordnung, ja sogar noch bessere Toleranzwerte beim derartigen Herstellen einer Senkform erreicht werden.

Im Gebrauch kann ein Formverschleiß während der Lebensdauer der Senkform als unbedeutsam angesehen werden, da die Senkform normalerweise nach "etwa einigen hundert Senkvergängen durch Bruch zerstört wird. Damit kann erwartet werden, daß während der Lebensdauer der Senkforir. Einzelteile wiederholt mit hohem Genauigkeitsgrad angefertigt werden können.

COPY

Bei dem anhand der Fig. 3 und 4 dargestellten Anwendungsfall wird bei jedem Einzelabschnitt eine assymetrische Hülse oder ein assymetrisches Triftrohr 5 hergestellt, d.h. jedes Triftrohr 5 steht nur in einen anliegenden Hohlraum 1 hinein vor, und nicht in die beiden benachbarten Hohlräume. Es wird zur Zeit angenommen, daß eine solche Formausbildung, wie sie zur Erzeugung einer symmetrischen Triftrohrform nach Fig. 1 und 2 erforderlich ist, zu kompliziert für eine Herstellung durch Senken ist.

In Fig. 3 und 4 ist die durch einen einzigen Senkvorgang in Richtung des Pfeiles 7 erzeugte Form die in Fig. 3 nach links gewendete Form, d.h. alle inneren Formteile bis auf die Strahlöffnung im Triftrohr. Diese Strahlöffnung im . Triftrohr und der Außendurchmesser der zylindrischen Außenwand 6 werden dann später bearbeitet.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 ist der Aufbau der Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen im wesentlichen gleichartig dem mit Bezug auf Fig. 3 und 4 eben beschriebenen. In diesem Fall ist jedoch die Form waiter insoweit vereinfacht, als keine vorstehende Hülse oder kein vorstehendes Triftrohr vorhanden ist, da das Triftrohr 5 hier vollständig in der Trennwand 2 enthalten .ist. Mittels dieser Vereinfachung kann auch die Strahlöffnung bei dem gleichen Senkvorgang hergestellt werden. Der Außendurchmesser der zylindrischen Außenwand 6 wird, wie bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4, getrennt bearbeitet..

Die Verbesserung, die bei Verwendung des mit Bezug auf Fig. 3 und. 4 oder Fig. 5 und 6 beschriebenen Aufbaus erwartet werden kann im Vergleich zu dem Aufbau, wie er anhand der Fig. 1 und 2 in der Einleitung beschrieben wurde, besteht in der Vereinfachung und Erleichterung bed der Ausbildung jedes Einzelabschnitts mit einer relativ hohen Genauigkeit. Jedoch werden

COPY

die Einzelabschnitte auch bei diesen Ausführungen immer noch wie vorher beschrieben zusammengefügt und vereinigt, und die auf diese Arbeitsvorgänge bezogenen Probleme sind die gleichen. Aus diesem Grund wird der nachfolgend anhand der Fig. 7 und 8 beschriebene Aufbau bevorzugt verwendet.

Bei dem in Fig. 7.und 8 gezeigten Aufbau wird, um die Anzahl der Einzelbestandteile zu verringern, die durch Löten zur Ausbildung der Langsamwellenstruktur vereinigt werden müssen, diese Struktur in Form von zwei gleichartigen Hälften durch Senken ausgebildet, die jeweils einen sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt der Struktur enthalten. Die Anzahl der dargestellten Hohlräume ist hier nur als Beispiel angegeben.

Zwei Knüppel aus angelassenem oder weichgemachtem Kupfer werden hier zum Senken verwendet, υτι die in Fig. 8 nach oben dargestellten Formen auszubilden.

Der Senkvorgang wird in die Zeichenebene in der Darstellung nach Fig. 7 und in Richtung des Pfeils 9 in der Darstellung nach Fig. 8 ausgeführt. Alle Abschnitte der Hohlräume und die Abschnitte der Strahlöffnung in jedem Einzelstück werden in einem Senkvorgang hergestellt.

Damit wird an jeder Hohlraiimstelle eine Hälfte des Hohlraums und eine' Hälfte jeder Strahlöffnung in einer Trennwand 2 durch Senken hergestellt. Wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 sind auch hier keine vorstehenden Hülsen oder keine vorstehenden Triftrohre vorhanden, d.b. jedes einzelne Triftrohr 5 ist insgesamt in der jeweiligen Trennwand 2 enthalten. Bevor die beiden Hälften der Langsamwellenstruktur durch Ofenlöten verbunden worden, werden in den Trennwänden in einem getrennten Arbeitsvorgang, beispielsweise durch Funkenerosion oder herkömmliche Bearbeitung Koppelschlitze ausgebildet

COPV

Wenn vorstehende Hülsen oder Triftrohre erforderlich sind, werden die durch Senken ausgebildeten Strahlöffnungen in Übergröße ausgeführt und die einzelnen Triftrohre der erforderlichen Länge an den entsprechenden Stellen durch Hartlöten bei der Verbindung der beiden Halbstrukturen eingesetzt und verbunden.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil einer Langsamwellenstruktur für die Röhre durch einen Senkvorgang (hobbing process) ausgebildet wird.

2. Verfahren zum Aufbau einer Wanderwellenröhre mit gekoppelten Hohlräumen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Langsamwellen-Struktur für die Röhre aus zwei oder mehreren Einzelabschnitten gebildet wird, die jeweils zumindest teilweise durch einen Senkvorgang hergestellt und danach miteinander vereinigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder Einzelabschnitt eine axiale Länge besitzt, die sich

ι τ π inatu οολοιι . TPi rv riVJCif»/:> VATtM

_ 2 —

über zumindest einen Teil der kombinierten Axiallängen eines Hohlraums (1) und einer diesen Hohlraum (1) von dem nächstliegenden trennenden Endwand {2) erstreckt, wobei jeder Abschnitt in einer axialen Richtung (7; 8), mit der Trenn-Endwand (2) endend, gesenkt wird.

i. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der axialen Länge eines Hohlraumes (1) die gesamte axiale Länge eines Hohlraumes ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 zur Erzeugung von assymetrischen Hülsen oder Triftrohren, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Einzelabschnitt ein ... Triftrohr (5) vorgesehen ist, das nur auf der Seite der Endwand (2) hervorsteht, die dem Hohlraum über die Axiallänge oder einem Teil der Axiallänge zugewendet ist, über dessen Axiallänge der Einzelabschnitt sich erstreckt (Fig. 3).

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch · g e k e η η ζ ei c hn'e t, daß von der Endwand (2)'des Hohlraums (1) keine Hülse vorsteht, so daß das Triftrohr (5) vollständig in der Wand (2) enthalten ist (Fig. 5).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Triftrohr erforderliche Strahlöffnung gleichzeitig mit dem Hohlraum (1) als Teil des einen Senkvorgangs ausgebildet wird. ·

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die in dem Triftrohr (5) erforderliche Strahlöffnung in einem von dem Senkvorgang unterschiedlichen Vorgang ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang (6) jedes Einzelabschnitts in einem besonderen Vorgang bearbeitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelabschnitte der Axiallänge einer Langsamwellen-Struktur entsprechende Axiallängen besitzen, wobei Teile aller in der Struktur vorhandenen Hohlräume (1) gleichzeitig durch Senken ausgebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß zwei und nur zwei Einzelabschnitte für eine Langsamwellen-Struktur vorhanden sind, die jeweils eine sich in Axialrichtung erstreckende Hälfte der Struktur bilden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder -11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Einzelabschnitt ein Teil jedes Hohlraums (1) und ein Teil jeder Strahlkopplungsöffnung durch Senken ausgebildet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Aufbau keine aus den einen Hohlraum (1) von dem nächsten trennenden Wänden (2) herausstehende Hülsen oder Triftrohre (5) ausgebildet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,bei dem aus den Hohlraumtrennwänden hervorstehende Hülsen oder Triftrohre erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlöffnungen in Übergröße ausgebildet und einzelne Hülsen oder Triftrohre (5) durch Hartlöten oder andere Weise in den übergroßen Strahlöfinungen befestigt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch g e kennz eichnet, daß in den Hohlraumtrennwänden (2) erforderliche Kopplungsöffnungen (3, 4) in den jeweiligen durch Senken in jedem Einzelabschnitt ausgebildeten Trennwänden (2) durch einen besonderen Bearbeitungsvorgang, getrennt von dem Senkvorgang, ausgebildet werden.

-A-

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelabschnitte durch Ofenlötung miteinander vereinigt werden.