-
Wanderfeldverstärkerröhre mit Wellenleitern als gesteuerten Eingangskreis
und bedämpften Ausgangskreis Es ist bekannt, Elektronenstrahlen mit Wellenleitern
so zu koppeln, daß ein im Wellenleiter laufendes Signal in der einen Richtung gedämpft
wird, während es bei Durchlaufen desselben Wellenleiters in der entgegengesetzten
Richtung ungedämpft bleibt. Derartige Wellenleiter mit richtungsabhängiger Dämpfung
sind geeignet, in Kaskadenverstärkern mit Wanderfeldröhren die schädliche Rück-
und Gegenkopplung herabzusetzen.. Da der Aufwand für eine zusätzliche Dämpfungsröhre
ziemlich groß ist, hat man schon vorgeschlagen, Verstärkung und elektronische Dämpfung
in einer Röhre zu vereinigen. Der Wellenleiter wirkt dann von der Eingangsseite
der Wanderfeldverstärkerröhre aus gesehen als gesteuerter Eingangskreis und von
der Ausgangsseite der Wanderfeldverstärkerröhre aus gesehen als bedämpfter Ausgangskreis.
Besonders einfach ist es, den Verstärkerwellenleiter einer Wanderfeldröhne gleichzeitig
als Dämpfungswellenleiter zu benutzen. Dabei muß man der Tatsache Rechnung tragen,
daß die Stromstärke des Dämpfungselektronenstrahles wesentlich kleiner sein muß
als die Stromstärke des Verstärkungselektronenstrahles, da die größte Dämpfung bei
Stromstärken eintritt, bei denen die Verstärkung mit dem gleichen Wellenleiter nur
etwa 0,7 Neper betragen würde.
-
Nach den angegebenen Erkenntnissen gebaute Wanderfeldverstärkerröhren
mit Wellenleitern als gesteuerte Eingangskreise und bedämpfte Ausgangskreise haben
auf Grund eingehender Untersuchungen noch den Nachteil, daß eine ausreichende
Dämpfung
.nur über einen verhältnismäßig, kleinen Frequenzbereich vorhanden ist. Der mit
Wanderfeldröhren übertragbare Frequenzbereich ist jedenfalls meist um den Faktor
3 bis 5 größer, als die so gleichzeitig erreichbare Dämpfungsbreite. Man
wird daher Anordnungen mit einem größeren Frequenzbereich für die Dämpfung, als
bisher erreicht. worden ist, gern den Vorzug geben.
-
Die Erfindung betrifft nun derartige Wanderfeldverstärkerröhren mit
Wellenleitern als gesteueetc Eingangskreise und bedämpfte Ausgangskreise. Erfindungsgemäß
besitzt der Dämpfungselektronenstrahl größenordnungsmäßig dieselbe Stromstärke wie
der Verstärkungselektronenstrahl. Aus der Bedingung, daß für das Eintreten der elektronischen
Dämpfung die maximale Verstärkung mit der gleichen Strahlstromstärke und dem gleichen
Wellenleiter etwa o,7 Neper betragen muß, folgt für den mit dem Dämpfungselektronenstrahl
gekoppelten Wellenleiter (Dämpfungswellenleiter) eine bestimmte Länge. Sie ist merklich
kleiner als die Länge des mit dein Verstärkungselektronenstrahl gekoppelten Wellenleiters
(Verstärküngä= wellenleiter), wenn beide Wellenleiter etwa von der gleichen Art
sind; bei Wendeln ist die gleiche Art vorhanden, wenn die Wendeln etwa den gleichen
Durchmesser und die gleiche Ganghöhe besitzen. Die Verkürzung des Dämpfungswellenleiters
und die Gleichheit der beiden Elektronenstrahlen ermöglichen konstruktiv vorteilhafte
Lösungen für die Vereinigung von Verstärkung und Dämpfung in einer Röhre.
-
Eine konstruktiv sehr einfache Lösung der Aufgabe besteht z. B. darin,
daß ein Teil des Verstärkungswellenleiters als Dämpfungswellenleiter benutzt wird.
Zweckmäßig ist, dazu das ausgangsseitige Ende des Verstärkungswellenleiters zu verwenden.
Der Dämpfungselektronenstrahl wird aus dem Raum des Verstärkungsstrahlauffängers
in den Wellenleiter geschossen. Die Elektronenoptik für den Dämpfungsstrahl muß
dann z. B. so bemessen sein, daß die Elektronen nach dem vorgeschriebenen Laufweg
von dem Wellenleiter aufgefangen werden, während der Verstärkungselektronenstrahl
den Wellenleiter ganz durchfliegt.
-
Für den Dämpfungswellenleiter werden bei dieser Anordnung keine besonderen
Hochfrequenzzuführungen benötigt. Die Länge des für die Dämpfung benutzten Teiles
des Wellenleiters kann eine gewisse Mindestlänge nicht unterschreiten; da die Stromstärke
des Dämpfwigselektronenstrahls nicht beliebig groß gemacht werden kann. Irrt allgemeinen
benutzt man für den Verstärkerstrahl meist bereits den aus elektronenoptischen Gründen
höchst zulässigen Strom, und ,diesen wird 'man für den Dämpfungsstrahl dann auch
nicht überschreiten können.
-
Im Fall von Wanderfeldwendelröhren arbeitet man üblicherweise mit
Verstärkungen von etwa 2 bis 2,5 Neper pro Röhre. Nehmen wir hiervon den größeren
Wert, dann berechnet sich für die gleiche Stromstärke für 0,7 Neper Gesamtverstärkung
die Länge der Dämpfungswendel gerade zu 1/2--der, Länge 'der Verstärkerwendel.-Die,
Uriach Abzug von i, i Neper Einschwingdämpfung aufzubringenden Verstärkungen betragen
dann nämlich gerade 3,6 bzw. i,8 Neper, so daß sich die Wellenleiterlängen wie 3,6
: 1,8 verhalten müssen, wenn Elektronenstrahlstromstärke und Wellenwiderstand in.
beiden Fällen die gleiche Größe haben.
-
Bei den bisher bekannten Wellenleitern mit elektronischer Dämpfung
war die Wellenleiterlänge etwa die gleiche wie bei Wanderfeldverstärkerröhren. Gegenüber
diesen Anordnungen ergibt die Verkürzung des Wellenleiters auf die halbe Länge eine
Vergrößerung des Frequenzbereichs, in dem.die Dämpfung wirksam ist, um etwa den
Faktor 2. Dieses Verhalten' ist verständlich, wenn man bedenkt, daß die Dämpfung
bei Änderung der Frequenz hauptsächlich dadurch verkleinert wird, daß am Ausgang
der Dämpfungswendel die von dem Wellenleiter transportierte Leistung nicht mehr
in der richtigen Phase zu der von den Elektronen transportierten Leistung ist. Je
kürzer der Wellenleiter nun ist, desto kleiner ist der Laufzeitwinkel der Elektronen
Lind daher die Phasenverschiebung in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
-
Die Aufnahme der Elektronen des Dämpfungsstrahles durch den Wellenleiter
erfordert im allgemeinen besondere Maßnahmen zur Abführung der Verlustleistung an
dieser Stelle des Wellenleiters. Wenn 'die Kühlung nicht genügend groß gemacht werden
kann, muß man versuchen, die Elektronen zum großen Teil durch den Wellenleiter hindurch
auf einen äußeren Strahlauffänger abzusaugen. Im Fall der Wendel als Wellenleiter
kann der Strahlauffänger eine Zylinderelektrode sein, die die Wendel umgibt. Es
ist aber sehr, schwer, elektronenoptische Anordnungen hierfür. vorzusehen, die nur
den Dämpfungselektronenstrahl absaugen und nicht gleichzeitig auch den Verstärkungselektronenstrahl.
Zweckmäßig wird man daher den iVerstärkungselektronenstrahl von vornherein an der
gleichen Stelle auffangen, an der auch der Dämpfungselektronenstrahl aufgefangen
wird. Das bedeutet dann, daß sich der Dämpfungswellenleiter an der Elektronenauffangstelle
an den Verstärkerwellenleiter anschließt. Beide Wellenleiter können einen geringen
Abstand voneinander aufweisen, so daß Platz für den Strahlauffänger gewonnen wird.
Man muß dann aber dafür sorgen, daß die beiden Wellenleiter hochfrequenzmäßig an
dieser Stelle nahezu reflexionsfrei verbunden sind. Zweckmäßig wird man diese Verbindung
innerhalb der Röhre ausführen. .Im Fall von Wendeln als Wellenleiter kann man die
Verbindung so hersW1len, daß man die Steigung der Wendeln an dieser Stelle nach
den Wendelenden zu allmählich stetig vergrößert,_ bis die Ganghöhe z. B. größer
ist als der Durchmesser der Wendel.
-
Die Erkenntnis, die Stromstärke des -Dämpfungselektronenstrahles nahezu
gleich der Stromstärke des Verstärkungselektronenstrahles zu machen, ermöglicht
unter besonderen Voraussetzungen als weitere Vereinfachung der Vereinigung von Verstärkung
und elektronischer Dämpfung in einer
Röhre -die Benutzung desselben
Elektronenstrahles für die Verstärkung und für die Dämpfung. Die Länge der Wellenleiter
ist dabei gemäß den oben gemachten i`b.erlegungen zu wählen. Der Elektronenstrahl
kann zuerst den Verstärkungswellen= leiter durchfliegen und dann den Dämpfungswellenleiter
oder umgekehrt. Es ist bei solchen Anordnungen allerdings meist schwer; ein Ende
des Verstärkerwellenleiters mit einem Ende des Dämpfungswellenleiters innerhalb
der Röhre hochfrequenzmäßig ohne Störung zu verbinden. Man wird deshalb meist 'von
beiden Wellenleitern sowohl den Eingang als auch den Ausgang heraus-, führen müssen.
-
Wenn der Verstärkungswellenleiter zuerst vom Elektronenstrahl durch
tiossen wird, sind Verstärkungswellenleiterausgang und Dämpfungswellenleitereingang
in der Röhre eng benachbart. Es zeigt sich jedoch, daß ohne Elektronenstrahl zwischen
beiden die schädliche Kopplung genügend klein gehalten werden kann. Dasselbe gilt
für den anderen Fall, daß Dämpfungswellenleiterausgang und Verstärkungswelleiileitereingang
in der Röhre eng benachbart sind. Schwierig ist es dagegen in beiden Fällen, die
Wellenleiter elektronisch zu entkoppeln. Man wird daher zwischen den beiden Wellenleitern
für die Elektronen eine gewisse Laufstrecke frei halten, längs der eine im Strahl
hcreits vorhandene Geschwindigkeits- und Dichtemodulation beseitigt werden kann.
-
In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Abbildung zeigt eine Wanderfeldwendelröhre mit einem eingebauten wendelförmigen
Wellenleiter für elektronische Dämpfung. i ist die Verstärkungswendel und 2 die
Dämpfungswendel. Beide Wendeln sind am Punkt 3 galvanisch und hochfrequenzmäßig
miteinander verbunden. Damit die hochfrequenzmä[äige Verbindung nahezu reflexionsfrei
ist, ist die Steigung beider Wendeln nach 3 zu stetig vergrößert, bis die Ganghöhe
etwa gleich dem Wendeldurchmesser ist. Bei 3 ist die Wendel von dem zylindrischen
Strahlauffänger 4 umgehen. Der Durchmesser dieses Strahlauffängers wird zweckmäßig
nicht sehr viel kleiner gewählt als der Durchmesse-t- des die Wendel außerhalb der
Glashülle 5 umgebenden Zylinders 6, damit für die aulierhalb der Wendel laufende
Hochfrequenzenergie an dieser Stelle keine beträchtliche Störstelle entsteht. Das
zu verstärkende Signal wird bei 7 der Verstärkungswendel zugeführt und tritt bei
8 aus der Dämpfungswendel aus. Von höheren Verstärkungsniveaus reflektierte Signale
treten bei 8 in die Dämpfungswendel ein und werden in dieser aufgezehrt. Der Verstärkungselektronenstiahl
g entstammt der Elektronenkanone io und wird hauptsächlich von dem Strahlauffänger
4 aufgenommen. Der Dämpfungselektronenstrahl i i entstammt der Elektronenkanone
12 und endet ebenfalls auf dem Strahlauffänger 4. Zur Unterstützung der Fokussierung
beider Elektronenstrahlen dienen die Magnetfeldspulen 13 und 14, die ein in ihrem
mittleren Teil homogenes Magnetfeld in Achserrichtung liefern. Durch die richtige
Wahl des Abstandes 15
zwischen den beiden Magnetfeldspulen-#kamn man die Inhomogenität
des Magnetfeldes im Ratim in der Nähe des . Strahlauffängers so einstellen'' daß
ein möglichst großer Bruchteil der Elektronen zu diesem Strahlauffänger gelangt:
Unterstützt wird diese Wirkung durch ein genügend hohes positives Potential, das
man dein Strahlauffänger 4 gegenüber den Wendeln i und 2 'gibt. -Durch °unab-. hängige
Einstellung der" Potentiale der Elektron#j--nkanonen i o- und 12 kann: man sowohl
auf 'höchste Verstärkung als auch auf größte Dämpfung unabhängig voneinander regeln.
-
Die aktive Länge der Dämpfungswendel ist in dem Ausführungsbeispiel
etwa halb so groß wie die aktive Länge der Verstärkungswendel. Die aktive Wendellänge
gibt jeweils die Länge des Wendelteiles an, in dem die Ganghöhe aus Gründen der
Ankopplung noch nicht vergrößert ist. Verstärkungselektronenstrahlstrom und Dämpfungselektronenstrahlstrom
sind wegen des Längenverhältnisses von i : 2 ungefähr gleich groß, wenn die Verstärkung
etwa 2,5 Neper betragen soll. Durch genaue empirische Einregelung des Stromes der
Elektron:mkanone 12 wird die Dämpfung auf ihren optimalen Wert gebracht.