DE841767C - Wanderfeldverstaerkerroehre mit Wellenleitern als gesteuerten Eingangskreis und bedaempften Ausgangskreis - Google Patents

Wanderfeldverstaerkerroehre mit Wellenleitern als gesteuerten Eingangskreis und bedaempften Ausgangskreis

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DE841767C
DE841767C DESCH3557A DESC003557A DE841767C DE 841767 C DE841767 C DE 841767C DE SCH3557 A DESCH3557 A DE SCH3557A DE SC003557 A DESC003557 A DE SC003557A DE 841767 C DE841767 C DE 841767C
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DE
Germany
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waveguide
electron beam
traveling field
amplifier tube
field amplifier
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Expired
Application number
DESCH3557A
Other languages
English (en)
Inventor
Herbert Dr-Ing Habil Schnitger
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Telefunken AG
Original Assignee
Telefunken AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/24Slow-wave structures, e.g. delay systems
    • H01J23/30Damping arrangements associated with slow-wave structures, e.g. for suppression of unwanted oscillations

Description

  • 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.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wanderfeldverstärkerröhre mit Wellen-]eitern als gesteuerten Eingangskreis und bcdämpften Ausgangskreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verstärkung bewirkender und 'il eine Dämpfung verursachender Elektronenstrahl, vorzugsweise in gegenläufigen Richtungen, die Wellenleiteranordnung durchlaufen und daß der Dämpfungselektronenstrahl größenordnungsmäßig dieselbe Stromstärke besitzt wie der Verstärkungselektronenstrahl.
  2. 2. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Dämpfungselektronenstrahl du_ chlaufene Wellenleiter mit dem ausgangsseitigen Teil des von dem Verstärkungselektronenstrahl durchlaufenen Wellenleiters identisch ist. -
  3. 3. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Auffänger für den Dämpfungselektronenstrahl der Wellenleiter dient.
  4. 4. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsende des Verstärkerwellenfeiters innerhalb der Röhre hochfrequenzmäßig reflexionsfrei oder nahezu reflexionsfrei mit dem anodenseitigen Ende des Dämpfungswellenleiters verbunden ist und das Signal an dessen kathodenseitigem Ende ausgekoppelt wird.
  5. 5. Wanderfeldverstärkerrö.hre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter gleichzeitig als Auffänger für die Elektronenstrahlen dienen.
  6. 6. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, ' daß die verbundenen Wellenleiter Wendeln sind und der größte Teil der Strahlelektronen an der Verbindungsstelle durch die Wendel hindurch von einem die Wendel umgebenden Strahlauffänger abgesaugt wird.
  7. 7. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wendeln stetig nach der Verbindungsstelle zu vergrößert wird. B.
  8. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der VeTstärkungselektronenstrahl auch als Dämpfungselektronenstrahl dient.
  9. 9. Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungswellenleiter zwischen Elektronenkanone und Verstärkerwellenleiter angeordnet ist. iö: Wanderfeldverstärkerröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, däß der Dämpfungswellenleiter zwischen Verstärkerwellehleiter und Strahlauffänger angeordnet ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961109C (de) * 1953-06-17 1957-04-04 Western Electric Co Wanderfeldroehrenanordnung mit richtungsabhaengiger Daempfung
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