DE853014C

DE853014C - Wanderfeldroehre mit einer Verzoegerungsleitung

Info

Publication number: DE853014C
Application number: DEC2927A
Authority: DE
Inventors: Werner Kleen; Robert Warnecke
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1948-09-01
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-10-20
Also published as: US2681951A; FR972679A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultrakurzwellenverstärker, insbesondere für Dezimeterund Zentimeterwellen, unter Verwendung von Wanderfeldröhren, der sich von den bekannten Systemen durch ein sehr kleines Eigenstörgeräusch unterscheidet.

Wenn das Rauschen der ersten Röhre, die zur Verstärkung am Eingang eines Empfängers dient, hoch ist, muß die Größe des auf diese Röhre gegebenen Signals gleichfalls hoch sein, damit das Signal nicht durch das Störrauschen überdeckt ist. Die Verwirklichung eines Verstärkers mit schwachem Eigenrauschen ist also von wesentlicher Wichtigkeit, insbesondere auf dem Gebiet der Dezimeter- und Zentimeterwellen, für welche schon das äußere Fremdstörgeräusch sehr stark ist. Die vorliegende Erfindung gibt Mittel an, die gestatten, einen Verstärker mit schwachem Eigenrauschen herzustellen.

Das Prinzip der Erfindung besteht in einer besonderen Vervollkommnung der sogenannten Wanderfeldröhren. Nach der Erfindung verwendet man einen besonderen Kopplungsweg (Gegenkopplung) zwischen dem Eingang der Röhre und einer Hilfselektrode in der Nähe des Ausgangs der Röhre. Das Prinzip der Arbeitsweise einer Wanderfeldröhre wird als bekannt vorausgesetzt. Die Systeme, die Gegenstand der Erfindung sind, können wie folgt beschrieben werden:

Sie l>estehen aus einer Verzögerungsleitung, längs der die Welle läuft, die mit einem Elektronenbündel, welches sie durchläuft, in Wechselwirkung steht. Die Wechselwirkung zwischen der Welle und dem Bündel besteht in einer Bremsung

der Elektronen durch den elektrischen Vektor der Welle in der Weise, daß ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen auf die Welle übertragen wird, so daß diese längs ihres Laufweges verstärkt wird. Normalerweise wird das zu verstärkende Signal auf den Eingang der Verzögerungsleitung gelegt, während die verstärkten Schwingungen am Ende dieser Leitung abgenommen werden. Der Elektronenstrom des Bündels wird durch einen ίο Kollektor abgefangen, der sich hinter der Verzögerungsleitung befindet und etwa das gleiche positive Potential wie die Verzögerungsleitung besitzt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Störniveau einer solchen Röhre normalerweise sehr hoch ist, daß am Eingang eine hohe Signalamplitude nötig ist, damit das Verhältnis Signal : Störung genügend hoch wird. Die Erfahrung hat gleichfalls gezeigt, daß das Eigenrauschen der Röhre beao sonders hervorgerufen wird durch die Stromverteilung zwischen den Elementen der Verzögerungsleitung und des Kollektors. Werden diese störenden Stromschwankungen einzeln gemessen, so findet man ein erhöhtes Niveau dieser Schwankungen ,sowohl vom Strom der Verzögerungsleitung als auch im Stromkreis des Kollektors, während die Schwankungen klein bleiben, wenn sie im gemeinsamen Stromkreis gemessen werden, welcher sowohl vom Strom der Verzögerungsleitung als auch vom Strom des Kollektors durchflossen wird. Obgleich also der gesamte Strom nur kleine Schwankungen aufweist, sind die Schwankungen in den getrennten Stromkreisen der Verzögerungsleitung und des Kollektors sehr hoch.
Man kennt noch nicht mit hinreichender Genauigkeit die Ursache dieser Schwankungen, aber es ist wohl bekannt, daß eine Verteilung des Stroms zwischen zwei positiven Elektroden ein hohes Geräusch in jedem Stromkreis dieser Elektroden zur Folge hat, genannt Stromverteilungsgeräusch, welches viel stärker sein kann als das Geräusch, welches in dem Gesamtstrom enthalten ist. Es ist klar, daß die Stromschwankungen im Stromkreis einer Elektrode, die . an dieser Stromverteilung teilhaben, in Phaseopposition zu denen im Stromkreis der anderen Elektrode stehen muß. Beziehen wir dies auf Wanderfeldröhren, so sind die Elektroden, zwischen denen eine Stromverteilung stattfindet, d. h. diejenigen, die der Ursprung für die Verteilungsgeräusche sind, die Verzögerungsleitung und der Kollektor.

Gemäß dem allgemeinen Gedanken der vorliegenden Erfindung ist der Kollektor der Röhre mit einem Schwingkreis verbunden, außerdem ist ein Kopplungsweg zwischen dem Schwingkreis des Kollektors und dem Eingang der Röhre vorgesehen. Das Maß dieser Gegenkopplung ist derart gewählt, daß das Verteilungsgeräusch, unterdrückt wird.

Einige Ausführungsbeispiele sind in den Abb. 1 bis 4 dargestellt.

In der Abb. 1 bezieht sich das Bezugszeichen ο auf die Elektronenquelle, 1 bezeichnet die Verzögerungsleitung, deren gewählte Form gleichgültig ist und die im vorliegenden Beispiel die Form einer Wendel besitzt, 2 ist der Eingangskreis der Röhre, als Beispiel in Form einer Hohlrohrleitung dargestellt, 13 ist der Kollektor, der mit einem Schwingkreis in Form eines Hohlraums 3 verbunden ist, 4 ist die Kopplungsleitung zwischen dem Hohlraum (an der Stelle 5) und dem Eingang 6 der Röhre, 7 ist der Ausgang der Röhre, z. B. ein Wellenleiter, der mit dem Ausgang der Verteilungsleitung gekoppelt ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen mit einer Rückkopplung zwischen Ausgang und Eingang der Röhre findet im vorliegenden Falle eine Gegenkopplung zwischen Eingang und einer Hilfselektrode (Kollektor) statt, die zusammen mit der Ausgangselektrode (Verzögerungsleitung, insbesondere Wendel) der Ursprung des Störrauschens ist. Eine Gegenkopplung, zwischen Ausgang und Eingang der Röhre würde das Verhältnis Signal : Störung der Röhre keineswegs abändern.

Um eine Gegenkopplung von passendem Wert für das ganze Frequenzband, das die Röhre durchläuft, zu erreichen, wird es notwendig sein, mit dem Kollektor einen Hohlraumresonanzkreis mit geringem Gütefaktor zu verwenden, in der Art, daß das Frequenzband, welches diesen Hohlraum durchläuft, von derselben Größenordnung ist wie das Frequenzband, das die Verzögerungsleitung der Röhre durchläuft. Aber selbst in dem Falle, wo diese Bedingung nicht erfüllt ist, erhält man schon eine Verbesserung des Verhältnisses Signal: Störung.

In der Praxis ist es ziemlich schwierig, einen Kollektorhohlraum für ein ziemlich breites Frequenzband zu verwirklichen. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist an die Stelle eines Hohlraums eine zusätzliche Wendel getreten, die von der eigentlichen Verzögerungsleitung getrennt ist, welche zur Verstärkung der Schwingungen dient.

Diese zusätzliche Wendel ist mit einem massiven Kollektor verbunden, der in der Lage ist, die auftretende Wärme abzuführen. Die Abb. 2 zeigt eine derartige Anordnung, in der dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente wie in der Abb. 1 bezeichnen. Der Hohlraum 3 der Abb. 1 ist durch eine Kollektorwendel 12 ersetzt, die mit dem massiven Kollektor 13 verbunden ist. Die Gegenkopplung zwischen 12 und dem Eingang der Röhre ist mittels irgendeines üblichen Kopplungsweges bewerkstelligt. In der Abb. 2 besteht dieser beispielsweise aus deren Leiter 8, der mit der Kollektorwendel 12 gekoppelt ist, und einer koaxialen Leitung 4, die den Leiter 8 mit dem Leiter 1 am Eingang der Röhre koppelt.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Röhren, in denen Steuerschwingungen (Signal) auf den Eingang der Verzögerungsleitung gegeben werden. Es sind auch Wanderfeldröhren bekannt, in denen das Signal auf ein der Kathode benachbartes Gitter gelegt wird und so eine Modulation in der Dichte des Emissionsstroms 1>ewerkstelligt wird. Dieser in seiner Dichte modulierte Strom tritt dann in die

cine Verzögerungsleitung ein, die zugleich als Ausgangskreis der Röhre dient und an dessen Ende die verstärkten Schwingungen an den Lastkreis abgegeben werden. Das Elektronenbündel wird von S einem Kollektor abgefangen, der sich hinter dem Ende der Verzögerungsleitung befindet. Die Erscheinungen, die ein erhöhtes Störgeräusch verursachen und die von der Verteilung des Stroms abhängen, sind in dieser Röhre die gleichen wie

ίο oben. Der Erfindungsgedanke ist also in gleicher Weise auf eine derartige Röhre anwendbar, und die Abb. 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen seiner Anwendung. In der Abb. 3 ist die Gegenkopplung zwischen einer Kollektorwendel 12 und einem Hohlraumresonator 9 wirksam, der sich zwischen der Kathode ο und dem Steuergitter 10 befindet. In dem Beispiel nach Abb. 4 wird die Gegenkopplung zwischen einer Kollektorwendel 12 und dem Eingang 11 der Ver-

ao zögerungsleitung 1 wirksam. Es handelt sich dabei um Vorrichtungen, die dieselbe Wirkung für die Unterdrückung des Störrauschens, das seinen Ursprung in der Stromverteilung hat, aufweisen. Sowohl in der Abb. 3 als auch in der Abb. 4 bezeichnen die gleichlautenden Bezugszeichen entsprechende Elemente wie in den Abb. 1 und 2.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sie läßt im Gegenteil jede dem Fachmann geläufige Abänderung zu.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Wanderfeldröhre mit einer Verzögerungsleitung und einem davon getrennten Kollektor auf dem der Kathode gegenüberliegenden Ende der Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis der Röhre mit dem Ende der Verzögerungsleitung gekoppelt ist und daß zwischen dem Kollektor und dem kathodennahen Teil der Röhre ein Kopplungsweg (Gegenkopplung) vorgesehen ist, der so eingestellt ist, daß das Eigenrauschen der Röhre vermindert wird.
2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kollektor ein Hohlraumresonator mit geringem Gütefaktor verbunden ist, von dem aus der Kopplungsweg zum kathodennahen Teil der Röhre führt.
3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Kollektor ein kurzes Stück einer zusätzlichen Verzögerungsleitung geschaltet ist, von der aus der Kopplungsweg zum kathodennahen Teil der Röhre führt.
4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsweg mit dem Anfang der Verzögerungsleitung gekoppelt ist.
5. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsweg mit einem Hohlraumresonator gekoppelt ist, der mit der Kathode ve-rbunden ist und in Richtung auf die Verzögerungsleitung ein Steuergitter besitzt, welches zur Dichtesteuerung verwendet wird.·
6. Wanderfeldröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mit der Kathode ein Hohlraumresonator verbunden ist, dem die Steuerschwingungen zugeführt werden und der in Richtung auf die Verzögerungsleitung ein Steuergitter besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5423 10.52