DE3711226C2 - Verfahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung für eine Wanderfeldröhre zum Gegenstand.

Aus der DE 32 10 352 A1, ferner der US-PS 4 229 676, und auch aus der GB-PS 677 990 sind wendelförmige Verzögerungsleitungen für Wanderfeldröhren bekannt, die zur Bildung eines schrauben­ förmigen Verzögerungsleitungsweges um eine zentrische axiale Bohrung herum eine wendelförmige Wand aufweisen, die längs ihres radial äußeren schraubenförmigen Randes an einer äußeren Hülse befestigt ist, während der radial innere Rand im Abstand entsprechend dem Radius der zentrischen Bohrung von deren Längsachse mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Steg versehen ist, der derart nach beiden Seiten über die Flanken der wendelförmigen Wand axial übersteht, daß an be­ nachbarten Gewindeabschnitten einander gegenüberstehende Steg­ enden einen schraubenförmigen Spalt zur zentrischen Bohrung hin bilden.

Zur Herstellung dieser Verzögerungsleitungen auf bekannte Art und Weise werden ein hochkant gestelltes Band, das längs eines Randes mit einem Quersteg versehen ist, derart, daß das Band T-formigen Querschnitt hat, zunächst mit dem Steg an dem Umfang eines Wickeldornes anliegend wendelformig auf diesen aufge­ wickelt, wonach die so erzeugte Wendel mit ihrem nicht den Steg tragenden Außenumfang mit einer hülsenförmigen Außenwand ver­ bunden wird. Andere bekannte Herstellungsverfahren nach den vorerwähnten Veröffentlichungen sehen jedenfalls das wendel­ förmige Aufwickeln des den erwähnten Steg bildenden Teiles der Verzögerungsleitung auf einen Wickeldorn vor, wonach weitere Teile der Verzögerungsleitung angefügt werden.

Mitunter bereitet es bei den bekannten Verfahren zur Herstel­ lung einer Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren der hier betrachteten Art Schwierigkeiten, eine hohe Präzision der fertigen Verzögerungsleitung zu erzielen, insbesondere dann, wenn die betreffende Wanderfeldröhre mit hohen Frequenzen, beispielsweise im Bereich von 20 bis 30 GHz betrieben wird, und daher sehr kleine Abmessungen aufweist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Ver­ fahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung für Wandler­ feldröhren so auszubilden, daß unter Einsatz vergleichsweise einfacher Herstellungsschritte ein hohes Maß an Präzision erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des angegebenen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Zur Herstellung einer Verzögerungsleitung in Gestalt einer Wendel entsprechend dem hier angegebenen Verfahren wird zunächst von einem massiven, stabförmigen Teil aus Kupfer ausgegangen, in das auf der Drehbank eine tiefe Rille in eng nebeneinanderliegenden Schraubengängen eingeschnitten wird. Eine Kupferhülse wird auf die Umfangsfläche des sich ergebenden Schraubengewindes aufgelötet, so daß ein wendelförmiger ge­ schlossener Ausbreitungsweg um einen zentrischen Kern herum entsteht, der sich axial erstreckt. Dieser zentrische Kern wird sodann teilweise entfernt bzw. erodiert, um die Verzö­ gerungsleitung zu vervollständigen, welche sich radial er­ streckende Schraubengang-Flankenwände und einen inneren, sich axial erstreckenden und die Achse nach Art einer Schraubenlinie umschlingenden Steg besitzt, so daß zwischen den benachbarten wendelförmigen verlaufenden Stegen ein wendelförmiger, die Achse umschlingender Spalt erzeugt wird. Die Verzögerungslei­ tung enthält den Ausbreitungsweg für die Mikrowellenenergie, die dem wendelförmigen Ausbreitungsweg folgt und eine Hochfre­ quenzspannung an dem Spalt zwischen benachbarten Teilen der genannten Stege anstehen läßt, derart, daß sich gleichsam eine mit Schlitz versehene Wand und eine sich in axial erstreckende Bohrung ergeben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer Wanderfeldröhre der hier betrachteten Art, wobei die Schnitt­ ebene längs der Längsmittelachse verläuft und eine schraubenlinienförmige Verzögerungs­ leitung erkennbar ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Schnittebene II-II,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Verzögerungsleitung gemäß Fig. 1 in einem bestimmten Zustand während der Herstellung und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die fertige Ver­ zögerungsleitung.

Fig. 1 zeigt, im wesentlichen im Längsschnitt, eine Wanderfeld­ röhre 1 mit einer Kathode 11, welche schematisch angegeben ist und die geeigneten Fokussierungselektroden enthält, ferner eine Anode 35, und einen Kollektor 13, welcher ebenfalls wieder schematisch angegeben ist und eine Wärmesenke enthält. Die Kathode 11 und die Anode 12 bewirken die Erzeugung eines Elek­ tronenstrahles 14, der sich längs der Achse 15 der Verzögerungs­ leitung in der dargestellten Weise ausbreitet. Die Verzögerungs­ leitungsstruktur ist hier mit 50 bezeichnet und hat wendelför­ mige Gestalt. Der Elektronenstahl 14 wird in herkömmlicher Weise durch eine Gruppe von Permanentmagneten 16 fokussiert, welche kreisringförmige Gestalt haben und zwischen denen sich jeweils Scheiben 17 befinden, die vereinfacht in Fig. 1 ange­ deutet sind, wobei die Ringscheiben 17 aus Werkstoff hoher Permeabilität, etwa aus Eisen, bestehen, um das magnetische Feld im Bereich des Elektronenstrahls 14 in geeigneter Weise zu formen. Die Ankopplung der elektromagnetischen Energie an jedem Ende der Verzögerungsleitung 50 geschieht durch Eingangs- bzw. Ausgangskoppler 7 und 8. Jeder der Koppler 7 und 8 besteht aus einer Wellenleitung 42, die sich quer durch die Röhre 1 und ihre Längsachse 15 erstreckt und welche jeweils mit ihrer Schmalseite 2 parallel zur Röhrenachse 15 orientiert ist. Die Wellenleitung 42 enthält eine zylindrische Hülse 43, die axial auf die Achse 15 der Verzögerungsleitung 50 ausgerichtet ist. Die Hülse 43 besitzt denselben Innendurchmesser wie der Steg 13 der wendelförmigen Verzögerungsleitung 50. Die Hülse 43 ist auf der einen Seite bei 45 an der Wand 44 der Wellenleitung 42 be­ festigt, während sich im Bereich des anderen Hülsenendes 46 eine kreisförmige Öffnung 47 in der Wand 48 befindet, wobei der Ausschnitt in der Wellenleiterwand 48 durch einen kreisför­ migen Rand 49 begrenzt ist. Die Wellenleitung 42 ist durch eine kurzschlußbildende Abschlußwand 49a abgeschlossen, die in Längs­ richtung bestimmten Abstand von der Hülse 43 hat. Dieser Abstand (im allgemeinen ein Achtel bis ein Viertel der Wellenlänge) und der Durchmesser sowie die Länge der Hülse 43 bestimmen die Impe­ danz und die Kopplung der Wellenleitung 42 mit der Verzögerungs­ leitung 50.

Fig. 2 zeigt im Schnitt entsprechend der in Fig. 1 angedeute­ ten Schnittebene II-II die Wanderfeldröhre von rückwärts. Die Breitenabmessung der Wellenleitung 42 ist mit 4 bezeichnet und in ihrem Verhältnis zur Röhrenwand 3 und den kreisringförmigen Dauermagneten und den zwischengelegten Eisenscheiben 16 bzw. 17 erkennbar.

Die Hülse 43 koppelt elektromagnetische Energie von einer Sig­ nalquelle 26 zu der Verzögerungsleitung 50 hinein, wobei die am Spalt 31 auftretende Energie mit dem Elektronenstrahl 14 in Wechselwirkung tritt und verstärkt wird und sich längs der Ver­ zögerungsleitung 50 zu dem Ausgangskoppler 7 hin ausbreitet, wo die Energie zu dem Verbraucher 27 geführt wird. Die Energie breitet sich längs des wendelformigen Weges entlang der Wander­ feldröhre 1 in dem Raum 30 aus, der zwischen den radial gerich­ teten Schraubengängen 12 erzeugt ist. Der von der elektromagne­ tischen Energie durchlaufende wendelförmige Weg verläuft die Verzögerungsleitung 50 vom Eingangsende zum Ausgangsende der Wanderfeldröhre entlang und vermindert so die effektive axiale Geschwindigkeit der Spannungswellen an dem Spalt 31 zwischen den aufeinander zuweisenden Rändern 32 und 33 des wendelförmigen Steges 13, derart, daß sich im wesentlichen dieselbe Geschwin­ digkeit ergibt, wie sie die Elektronen des Elektronenstrahls 14 aufweisen, wenn sie in axialer Richtung die Wanderfeldröhre durchfliegen. Als Ergebnis der annähernden Gleichheit der axialen Geschwindigkeit der Ausbreitung des elektrischen Feldes in dem Spalt 31 zwischen den einander gegenüberliegenden Stegen 13 und des Elektronenstrahls 14 kommt es zu einer Kopplung der zugeführten elektromagnetischen Energie zum Elektronenstrahl hin, wodurch eine Verstärkung der elektromagnetischen Energie erreicht wird, während der Elektronenstrahl die Röhre entlang der Achse 15 der Röhre in bekannter Weise durchsetzt.

Eine Herstellung einer Verzögerungsleitung 50, wie sie etwa in Fig. 1 gezeigt ist, bereitete bisher Schwierigkeiten selbst in denjenigen Fällen, in denen die Wanderfeldröhre bei verhält­ nismäßig niedrigen Frequenzen arbeitete, so daß die Abmessungen der Verzögerungleitung 50 verhältnismäßig groß blieben. Die Herstellung einer Verzögerungsleitung 50 für die Verwendung in Wanderfeldröhren, die bei sehr hohen Frequenzen, etwa von 20 bis 30 GHz, arbeiten, machen ganz besondere Herstellungstech­ niken erforderlich. Bei den soeben genannten hohen Frequenzen hat eine Verzögerungsleitung 50 folgende charakteristische Abmessungen: Der Durchmesser der Schraubengänge 12 beträgt annähernd 6,35 mm; die Gesamtlänge beträgt etwa 25,4 mm; die Gewindesteigung mißt annähernd 2,5 mm und der Durchmesser der zentrischen Bohrung 34 ist etwa 1 mm, um den Elektronenstrahl 14 in Axialrichtung hindurchleiten zu können. Die Herstellung einer Verzögerungsleitung 50 dieser Abmessungen erfordert Her­ stellungstechniken, welche ganz beträchtlich von üblichen Her­ stellungsverfahren zum Produzieren von Verzögerungsleitungen bekannter Art für die Erzeugung von Wanderfeldröhren abweichen.

Bei der Herstellung einer Verzögerungsleitung 50 gemäß dem Verfahren nach dem Anspruch 1 wird von einem massiven Stab aus Kupfer mit etwas größerem Durchmesser und etwas größerer Länge als die entsprechenden Abmessungen der Verzögerungsleitung betragen, ausgegangen. Im vorliegenden Falle ist also der Roh­ ling im Durchmesser etwas größer als 6,35 mm und in der Länge etwas größer als 25,4 mm. Die Länge des Stabmaterials wird größer gewählt als die Länge der fertigen Verzögerungsleitung 50 ist, um das Abdrehen des Stabmaterials und die Einspannung zu erleichtern. Der erste Schritt bei der Herstellung ist das Vermindern des Durchmessers des Stabmaterials auf das präzise Durchmessermaß (innerhalb der Toleranzen, im vorliegenden Falle 6,223 mm maximal und 6,213 mm minimal) der Verzögerungsleitung 50 durch übliches Bearbeiten auf der Drehbank. Aufgrund des Abdrehens des Stabmaterials auf zylindrische Form ist die Mittelachse 15 vorgegeben.

Das Stabmaterial wird an den beiden Enden 40 und 41 während der Feinbearbeitung auf der Drehbank eingespannt, so daß die schraubengangartige Struktur 10 entsprechend dem abgebrochen dargestellten Teil von Fig. 3, auf der Drehbank hergestellt werden kann. Die Feinheit der Bearbeitung, die zur Herstellung der Verzögerungsleitung erforderlich ist, erkennt man aus den folgenden typischen Abmessungen, wobei die Breitenabmessung der Gewindegänge 12 0,513 mm maximal und 0,501 mm minimal beträgt. Die einzelnen Schraubengänge 12 enden in einem Steg 13, dessen Durchmesser 1,351 mm maximal und 1,341 mm minimal beträgt. Eine Rille 6 wird so eingedreht, daß sie mittig zwischen den Schrau­ bengängen 12 liegt, und hat einen Durchmesser von 0,990 mm maximal und 0,939 mm minimal sowie eine Breite von beispiels­ weise 0,818 mm maximal und 0,808 mm minimal. Die schraubengang­ artige Struktur 10 erstreckt sich zumindest über die Länge der gewünschten fertigen Verzögerungsleitung, welche im vorliegenden, Beispiel 25,451 mm maximal und 25,349 mm minimal ist.

Der nächste Schritt bei der Herstellung der Verzögerungsleitung ist die Herstellung einer zylindrischen Kupferhülse 38 durch Werkstückbearbeitung auf der Drehbank. Die Kupferhülse 38 hat einen Außendurchmesser von 8,737 mm maximal und 8,712 mm minimal und der Innendurchmesser beträgt 6,236 mm maximal und 6,228 mm minimal. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Hülse 38 sind relativ zueinander konzentrisch innerhalb einer Toleranz von 0,025 mm. Die Länge der Hülse 38 ist 25,425 mm maximal und 25,375 mm minimal. Die Hülse 38 wird über die Struktur 10 gemäß Fig. 3 übergeschoben, wonach die Hülse 38 an den Scheiteln der Schraubengänge 12 festgelötet wird. Die Hülse 38 bietet den Schraubengängen der Struktur 10 baulichen Halt, so daß die Enden 40 und 41 auf der Drehbank abgestochen werden können und man die in der Hülse 38 befindliche wendel­ förmige Struktur 10 erhält.

Der nächste Schritt bei der Herstellung der fertigen Verzö­ gerungsleitung 50 von Fig. 4 ist die Entfernung des Kernes 5 der Struktur 10 in der Weise, daß die Stege 13 und die jeweils daran angesetzten Schraubengänge 12 zurückbleiben, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Das zu entfernende Material hat einen Durchmesser von 0,991 mm maximal und 0,940 mm minimal, was dem Durchmesser des zentrischen Kernes 5 entspricht, der den Grund der Rille oder Nut 6 bildet. Der Kern 5 wird durch Elektroent­ ladungserosion entfernt, wobei eine zugespitzte Elektrode ein­ gesetzt wird, die auf die Achse 35 ausgerichtet ist und den zentralen Kern der Struktur 10 von Fig. 3 durch Erosion ent­ fernt, so daß das gesamte Material des Kernes 5 bis zum Boden der Nut 6 beseitigt wird und nur die Stege 13 und die zuge­ hörigen Schraubengänge 12 zurückbleiben. Ein Strömungsmittel entfernt Partikelchen, welche sich bei der Funkenerosion ver­ mittels der Elektrode ablösen, während der Elektroerosionsvor­ gang fortschreitet. Eine Steuerung der Funkenerosionsbearbei­ tung kann so erfolgen, daß die Gleichförmigkeit der Erosion des Materials des Kernes 5 zwischen benachbarten Rändern der Stege 13 beobachtet wird. Falls gewünscht kann das Material des Kernes 5 in einem einzigen Durchgang der Elektrode längs der Achse 15 der schraubengangartigen Struktur 10 beseitigt werden oder das Material kann in zwei oder mehreren Durch­ gängen der Elektrode beseitigt werden, je nach Umgebung der Bedienungsperson der Funkenerosionsanlage. Die Verzögerungs­ leitung 50 mit auf dem Umfang 9 der Schraubengänge 12 fest­ gelöteter Hülse 38 und entferntem Material des Kernes 5 ist im Querschnitt in Fig. 4 gezeigt. Die Verzögerungsleitung 50 von Fig. 4 ist in Fig. 1 in eine Wanderfeldröhre 1 eingebaut gezeigt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, bei welchem ein wendelförmiger Wellenaus­ breitungsweg erzeugt wird, gekennzeichnet durch Eindrehen einer ersten tiefen wendelförmigen schmalen Rille in einem zylindrischen Stab aus elektrisch leitfähigem Material zur Bildung von Schraubgewindegängen zwischen den Enden des Stab­ materials zentrisch zu einer Achse, derart, daß die Gewinde­ gangflanken obere und untere schraubengangartige Wände der Verzögerungsleitung bilden; durch Eindrehen einer zweiten Rille am Grunde der ersten Rille zur Bildung eines Steges, der sich quer zur Gewindegangfläche erstreckt, wobei die zweite Rille bis zum Grunde eines zentrischen Kernes reicht, der axial längs der Gewindegänge ausgerichtet ist; durch Auflöten einer elektrisch leitfähigen Hülse auf den Außen­ umfang der Gewindegänge zur Bildung einer Außenwand, welche die Gewindegangwände der Verzögerungsleitung miteinander verbindet; durch Abdrehen oder Abstechen der zylindrischen Enden des zylindrischen Stabmaterials, derart, daß die Gewinde­ gangwände an den jeweiligen Enden der Hülse abschließen und durch Erzeugung einer Bohrung längs der Achse des zylindri­ schen Stabmaterials zum Entfernen des zentrischen Kernes, so daß eine wendelförmige Verzögerungsleitung entsteht, welche sich radial erstreckende Schraubengangwände, eine zylindrische Außenwand und eine Innenwand aufweist, welche zumindest einen sich axial erstreckenden, schraubengang­ förmig die Achse umschlingenden Steg mit einem Axialschlitz aufweist, welcher zwischen benachbarten Teilen des Steges frei bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rille so in der Mitte der ersten Rille an deren Grund eingedreht wird, daß zwei Stegbereiche entstehen, welche von einander gegenüberliegenden Gewindegangflächen axial aufein­ ander zu verlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Bohrung zur Entfernung des Materials des genannten Kerns durch elektrische Funkenerosion erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Eindrehen der ersten und der zweiten Rille und das Abdrehen oder Abstechen der zylindrischen Enden des Stabmaterials durch präzises Feindrehen geschieht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zylindrische Stabmaterial durch Abdrehen eines Stabrohlings auf der Drehbank bereitgestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die über die Schraubgewindegänge überzuschiebende Hülse auf einer Drehbank so bearbeitet wird, daß ihr Innen­ durchmesser ausreichend größer als der Außendurchmesser der Gewindegänge ist, so daß die Hülse übergeschoben und auf den Gewindegängen festgelötet werden kann, wobei gleichzeitig ihre koaxiale Lage zu den Schraubengängen sichergestellt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse und die Schraubengänge aus Material derselben Art gefertigt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Hülse und für die Schraubgewindegänge Kupfer verwendet wird.