DE3421037C1

DE3421037C1 - Process for producing a traveling wave tube with coupled cavities, and traveling wave tube made by this method

Info

Publication number: DE3421037C1
Application number: DE3421037A
Authority: DE
Inventors: David Harris Cottey
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2004-06-07
Also published as: GB2302206B; GB8315692D0; GB2302206A; IT8467583A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen sowie eine Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen, insbesondere eine Millimeter-Wan derfeldröhre, d. h. eine Wanderfeldröhre zum Betrieb bei einer Frequenz im Bereich von 35 GHz und bis zu und über 95 GHz.The invention relates to a method for producing a Traveling wave tube with coupled cavities and a traveling wave tube with coupled cavities, especially a millimeter pan derfeld tube, d. H. a traveling wave tube for operation a frequency in the range of 35 GHz and up to and over 95 GHz.

Aus der älteren, jedoch nachveröffentlichten DE 33 36 405 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer gekoppelte Hohlräume aufweisenden Wanderfeldröhre beschrieben, bei dem zur Erzie lung der erforderlichen Toleranzen vorgeschlagen wird, die Verzögerungsleitung mittels eines Senkverfahrens aus zumin dest einem sich in Längsrichtung erstreckenden Teil herzu stellen, wobei für dieses Teil ein Profil erhalten wird, das demjenigen entspricht, welches in einem Längsschnitt durch die fertiggestellte Röhre erforderlich ist.From the older, but later published DE 33 36 405 A1 is a process for making a coupled cavity showing traveling wave tube, in which to educate development of the required tolerances is proposed Delay line using a lowering method from at least a part extending in the longitudinal direction , whereby a profile is obtained for this part, the corresponds to that in a longitudinal section through the completed tube is required.

Eine typische Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen nach dem Stand der Technik ist in den Fig. 1 und 2 dar gestellt; in dieser zeigt:A typical traveling wave tube with coupled cavities according to the prior art is shown in FIGS. 1 and 2; in this shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil der Verzöge rungsleitung der Röhre und Fig. 1 shows a longitudinal section through part of the delay line of the tube and

Fig. 2 einen Querschnitt der Verzögerungsleitung nach Linie A-A in Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section of the delay line along line AA in FIG. 1.

Nach den Fig. 1 und 2 besteht die Verzögerungsleitung aus einer Reihe von zylindrischen Hohlräumen 1. In jeder der Wände 2, die einen der Hohlräume 1 vom anderen trennen, ist ein bogenförmiger Kopplungsschlitz 3, 4 vorgesehen, von denen die Schlitze 3 in abwechselnden Wänden der Wände 2 relativ zu den Schlitzen 4 versetzt angeordnet sind, die in den verbleibenden Wänden der Wände 2 vorliegen. Die Kopp lungsschlitze 3, 4 sorgen für die Hochfrequenzkopplung zwi schen den Hohlräumen 1.According to FIGS. 1 and 2, the delay line consists of a series of cylindrical cavities 1. In each of the walls 2 , which separate one of the cavities 1 from the other, an arcuate coupling slot 3 , 4 is provided, of which the slots 3 are arranged offset in alternating walls of the walls 2 relative to the slots 4 , which are in the remaining walls of the Walls 2 are present. The coupling slots 3 , 4 ensure high-frequency coupling between the cavities 1 .

In der Mitte jeder der Wände 2 ist ein axial ausgerichtetes Driftrohr oder ein Metallring 5 vorgesehen, durch den im Betrieb das Elektronenbündel über die Länge des Langsam- Wellen-Aufbaus von einer nicht dargestellten Elektronenkano ne zu einem nicht dargestellten Kollektor verläuft.In the middle of each of the walls 2 , an axially aligned drift tube or a metal ring 5 is provided, through which, during operation, the electron beam extends over the length of the slow-wave structure from an electron gun, not shown, to a collector, not shown.

Die Abmessungen und Positionen der Driftrohre beeinflussen sowohl die Bandbreite als auch den Wirkungsgrad.The dimensions and positions of the drift pipes influence both the bandwidth and the efficiency.

Das normalerweise für die Herstellung einer Verzögerungslei tung verwendete Verfahren wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.The method normally used for the production of a delay line is described below with reference to FIGS. 1 and 2.

Die Verzögerungsleitung wird aus Sektionen hergestellt, von denen jede eine Wand 2, einen Kopplungsschlitz 3 oder 4, ein Driftrohr 5 und eine kurze Länge der zylindrischen Wand 6 der Verzögerungsleitung umfaßt.The delay line is made up of sections, each of which comprises a wall 2 , a coupling slot 3 or 4 , a drift tube 5 and a short length of the cylindrical wall 6 of the delay line.

Jede Sektion wird ausgeschnitten und dann zur Erreichung der Enddimensionen bearbeitet.Each section is cut out and then used to achieve the Finished dimensions.

Die vollständige Leitung wird dann durch Stapeln einer Sek tion auf die nächste zusammengestellt, wobei Lötdraht oder eine Lötfolie in geeigneter Weise dazwischen angeordnet wird. The complete line is then stacked for one second tion to the next, using solder wire or a solder foil is suitably arranged in between becomes.

Die gesamte Anordnung wird dann zur Ausrichtung zusammenge halten und im Ofen hartgelötet.The entire assembly is then put together for alignment hold and brazed in the oven.

Während eine derartige Baumethode sehr zufriedenstellend ist für gekoppelte Hohlräume aufweisende Wanderfeldröhren zum Be trieb unterhalb der Millimeterfrequenzen, treten Schwierig keiten auf, wenn dieses Verfahren auf gekoppelte Hohlräume aufweisende Millimeter-Wanderfeldröhren angewendet wird. Bei Millimeter-Wanderfeldröhren sind die Gesamtabmessungen jedes Hohlraums in der Verzögerungsleitung sehr gering. In jeder Röhre sind typischerweise drei Verzögerungsleitungen erfor derlich, von denen jede 30 Hohlräume enthält. Für ein einwandfreies Arbeiten, insbesondere bei einer Röhre, die im Bereich von 95 GHz arbeitet, sind Dimensions- und Anordnungs toleranzen in der Größenordnung von 0,0001′′ (1/10 000 eines Inch oder 0,00254 mm) einzuhalten.While such a building method is very satisfactory for traveling cavities with coupled cavities drifted below the millimeter frequencies, difficult to pedal come up when this procedure is based on coupled cavities having millimeter traveling wave tubes is used. At Millimeter traveling wave tubes are the overall dimensions of each Cavity in the delay line is very small. In every Tubes typically require three delay lines each of which contains 30 cavities. For a flawless Working, especially with a tube that is in the Range of 95 GHz works, dimensions and arrangement tolerances of the order of 0.0001 ′ ′ (1/10 000 one Inch or 0.00254 mm).

Toleranzen dieser Größenordnung können nicht ohne weiteres durch Bearbeitung mit konventionellen Maschinen unter norma len Werkstattbedingungen erhalten werden. Um die Bearbeitung der individuellen Sektionen wie vorstehend beschrieben in Mengen auszuführen, die für eine normale Produktion erforder lich sind, würden Hochpräzisionsdrehmaschinen und Steuervor richtungen der Art erforderlich sein, wie sie für das Diamantdrehen von optischen Bauteilen erforderlich sind und welche in einer eng geregelten Umgebung arbeiten.Tolerances of this order of magnitude cannot be taken for granted by processing with conventional machines under norma workshop conditions. To the editing of the individual sections as described above in Execute quantities required for normal production would be high-precision lathes and control directions of the type required for the Diamond turning of optical components are required and who work in a tightly regulated environment.

Zu den oben ausgeführten Herstellungsproblemen kommen Schwierigkeiten in bezug auf die Inspektion, die Messung und die Handhabung.In addition to the manufacturing problems outlined above Difficulties related to inspection, measurement and the handling.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Ver fahren zur Herstellung einer Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen und insbesondere der Verzögerungsleitung dersel ben zu schaffen, bei dem ein oder mehrere der obengenannten Schwierigkeiten herabgesetzt oder vermieden werden.The object of the invention is an improved Ver drive to manufacture a traveling wave tube with coupled Cavities and especially the delay line itself ben to create one or more of the above Difficulties are reduced or avoided.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wanderfeldröhre mit gekoppelten Hohlräumen vorgesehen, bei dem wenigstens die Verzögerungsleitung aus einer Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden dünnen Schichten gebildet ist, wobei jede Schicht ein Profil besitzt, das demjenigen entspricht, welches in einem Längsschnitt durch die fertige Röhre erforderlich ist, der für die Position der Schicht innerhalb der fertigen Röhre passend ist.According to the invention is a method for producing a Traveling wave tube with coupled cavities provided at at least the delay line from a variety of thin layers extending in the longitudinal direction is formed, each layer having a profile that corresponds to that in a longitudinal section through the finished tube is required for the position of the Layer within the finished tube is appropriate.

Jede individuelle dünne Schicht ist vorzugsweise durch Foto ätz- oder Elektroformungs-Techniken gebildet. Vorzugsweise sind die einzelnen Schichten zur Ausrichtung während des Zusammenbaus zusammengehalten und werden miteinander durch Diffusionsbindung bei hoher Temperatur verbunden.Each individual thin layer is preferably by photo etching or electroforming techniques. Preferably are the individual layers for alignment during the Assembly held together and are going through with each other Diffusion bond associated at high temperature.

Vorzugsweise ist jede Schicht aus Kupfer. Jede Schicht ist zweckmäßigerweise 25 bis 50 Mikron dick.Each layer is preferably made of copper. Every layer is conveniently 25 to 50 microns thick.

Besonders dort, wo jede individuelle Schicht eine vorerwähn te Dicke hat, kann der Querschnitt der Hohlräume und der Bündellöcher in der fertigen Röhre eine gute Annäherung an den konventionellen kreisförmigen Querschnitt darstellen.Especially where each individual layer mentions one te thickness, the cross section of the cavities and the Bundle holes in the finished tube are a good approximation represent the conventional circular cross section.

Vorzugsweise sind die Driftrohre oder Metallringe, die gegebenenfalls in jedem Hohlraum vorspringen, als Teil des Laminierungsprozesses gebildet. Gegebenenfalls können auch Wellenleiterübergänge nach dem Laminierungsprozeß geformt werden.Preferably the drift tubes or metal rings are the if necessary protrude in each cavity as part of the Lamination process formed. If necessary, too Waveguide junctions formed after the lamination process will.

Um zu vermeiden, daß man sich auf die Vakuumdichtheit des verbundenen Stapels von Schichten verlassen muß, kann der laminierte Aufbau durch eine getrennt geformte äußere Hülse umschlossen werden, welche eine massive Wand aufweist, deren Funktion es ist, ein Vakuum innerhalb der fertigen Röhre gegen jedes Leck aufrechtzuerhalten, welches als Folge des laminierten Aufbaus vorhanden sein könnte. To avoid having to rely on the vacuum tightness of the connected stack of layers must leave Laminated construction through a separately molded outer sleeve are enclosed, which has a solid wall, the The function is to create a vacuum inside the finished tube against any leak that occurs as a result of the laminated structure could be present.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben; in dieser zeigt:The invention is described below, for example, with reference to FIGS. 3 and 4; in this shows:

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils von Fig. 4. Fig. 3 is a view in the direction of arrow of Fig. 4.

Nach den Fig. 3 und 4 ist eine Verzögerungsleitung der Wanderfeldröhre durch Stapeln einer Vielzahl einzelner, sich in Längsrichtung erstreckender Schichten 7 gebildet. Die Schichten 7 sind nicht maßstabsgetreu darge stellt. Jede individuelle Schicht 7 besteht aus 50 Micron dickem Kupfer und ist durch eine Fotoätztechnik individuell aus einer fotografischen Vorlage gebildet, die ein Profil darstellt, das demjenigen entspricht, welches für die einzelne Schicht erforderlich ist, wobei ihre endgültige Lage innerhalb des Stapels zu berücksichtigen ist. Jede einzelne Schicht 7 ist so gebildet, daß sie sich in Längsrichtung parallel zu der Röhrenachse über die gesamte Länge der Verzögerungsleitung erstreckt. Somit umfaßt eine Schicht 7 Teile aller Hohlraumab schnitte. Durch geeignete Veränderung der Profile von Schicht zu Schicht können nicht nur die Hohlräume 8 (in diesem Fall von rechteckigem Querschnitt) sondern auch die erforderlichen Kopplungslöcher 9 und Driftrohre 10 (in diesem Beispiel wieder mit rechteckigem Querschnitt) als Teil des Laminierprozesses gebildet werden. FIGS. 3 and 4, a delay line of the traveling wave tube is individual by stacking a plurality, formed of longitudinally extending layers 7. The layers 7 are not to scale Darge. Each individual layer 7 consists of 50 micron thick copper and is individually formed by a photo-etching technique from a photographic template, which represents a profile that corresponds to that which is required for the individual layer, taking into account their final position within the stack. Each individual layer 7 is formed such that it extends in the longitudinal direction parallel to the tube axis over the entire length of the delay line. Thus, a layer comprises 7 parts of all Hohlraumab sections. By suitably changing the profiles from layer to layer, not only the cavities 8 (in this case of rectangular cross-section) but also the required coupling holes 9 and drift tubes 10 (in this example again with rectangular cross-section) can be formed as part of the lamination process.

Wenn die einzelnen dünnen Schichten 7 einmal gestapelt und zur Ausrichtung montiert sind, wird ein Verbinden der Schichten 7 miteinander durch eine Diffusionsbindung bei hoher Temperatur herbeigeführt.Once the individual thin layers 7 are stacked and mounted for alignment, the layers 7 are joined together by high temperature diffusion bonding.

Um zu gewährleisten, daß die fertige Röhre vakuumdicht ist, wird die laminierte Röhre innerhalb einer in Fig. 3 und 4 nicht dargestellten äußeren Hülse, die mit einer festen Wand ausgestattet ist, eingeschlossen.In order to ensure that the finished tube is vacuum tight, the laminated tube is enclosed within an outer sleeve, not shown in Figs. 3 and 4, which is provided with a fixed wall.

Während in dem beschriebenen Beispiel die Hohlräume 8 und die Driftrohre 10 (und die durch die Hohlraumstirnwände verlaufenden Kopplungslöcher) von rechteckiger Konstruktion sind, ist es durch geeignete Einstellung des Profiles von einer dünnen Schicht 7 zur nächsten möglich, eine gute Annäherung an einen Aufbau bzw. eine Verzögerungsleitung zu erzielen, welcher von kreisförmigem Querschnitt ist. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, daß jede einzelne Schicht 7 (oder wenigstens diejenigen, welche zur Formung der Hohlräume 8 oder der Driftrohre 10 beitragen) so dünn wie möglich ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, die gewünschten Wellenleiterübergänge durch den La minierungsprozeß herzustellen.While in the example described the cavities 8 and the drift tubes 10 (and the coupling holes running through the cavity end walls) are of rectangular construction, it is possible, by suitably adjusting the profile, from one thin layer 7 to the next, a good approximation to a structure or to achieve a delay line which is of circular cross-section. For this purpose, it is advantageous that each individual layer 7 (or at least those which contribute to the formation of the cavities 8 or the drift tubes 10 ) is as thin as possible. Although not shown, it is also possible to produce the desired waveguide transitions through the lamination process.

Claims

1. A method for producing a traveling wave tube with coupled cavities, characterized in that the delay line is constructed from a lot of longitudinally extending layers, each of which has a profile that corresponds to that which is required in a longitudinal section through the finished tube which is suitable for the position of that layer within the finished tube.

2. The method according to claim 1, characterized records that every individual layer is formed by a photo etching technique.

3. The method according to claim 1, characterized records that every individual layer is formed by an electroforming technique.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the individual layers during assembly held together for alignment and together by diffusion bonding at high temperature be bound.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that each Layer consists of copper.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that each Layer is 25 to 50 microns thick.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that drift tubes or metal rings that may be in each Project the cavity as part of the lamination process getting produced.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the waveguide transitions can also be produced in the lamination process.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the laminated structure in a separately shaped outer sleeve is enclosed, which has a solid wall whose function it is a vacuum inside the finished tube against each To maintain leakage as a result of laminated structure could be present.

10. Wandering tube with coupled cavities that pass through a method according to any one of the preceding claims is made.

11. traveling wave tube according to claim 10, characterized net that their cavities and any drift pipes or metal rings that protrude into each cavity from circular cross section.

12. traveling wave tube according to claim 11 or 12, characterized characterized that it is a millimeter wander field tube with coupled cavities.