DE853016C

DE853016C - UKW-Verstaerker unter Verwendung einer Wanderfeldroehre

Info

Publication number: DE853016C
Application number: DEC2936A
Authority: DE
Inventors: Alfred Lerbs
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1949-02-04
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-10-20
Also published as: US2730648A; FR984020A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wanderfeldröhren mit magnetischem Transversalfeld und hat zum Ziel, gleichzeitig eine hohe Leistungsverstärkung und eine hohe Spannungsverstärkung zu erhalten.

Man weiß, daß eine Röhre vom betrachteten Typ eine Verzögerungsleitung enthält, z. B. in Wendelform, die auf einem positiven Potential gehalten wird in bezug auf eine andere lineare Elektrode, die sich zu ihr parallel erstreckt. Ein Elektronenstrahl, der von einer Kathode ausgesandt wird, wird in den Raum zwischen diese beiden Elektroden mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die vergleichbar ist mit der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs der Achse der Verzögerungsleitung. Senkrecht zu der Richtung des Bündels und des elektrostatischen Feldes zwischen den beiden parallelen Elektroden wird ein konstantes magnetisches Feld angelegt.

Bei den bekannten Ausführungen dieses Röhrentyps ist das magnetische Feld längs der Verzögerungsleitung homogen, und ebenso ist auch der Abstand zwischen den beiden Elektroden konstant.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die optimalen Bedingungen für die Beschleunigungsspannung und das magnetische Feld für die Verstärkung und die Leistung nicht identisch sind.

Die Elektronen beschreiben in dem Raum zwischen den Elektroden Zykloidenbahnen, und die Induktion des magnetischen Feldes B läuft durch einen kriti-

sehen Wert B_cr im Augenblick, wo diese Bahnen beginnen, die Verzögerungsleitung zu berühren. Es ist bekannt, daß Voraussetzung für einen großen Verstärkungsgrad ist, daß das Verhältnis B : B_cr nahe an ι liegt, während der Wirkungsgrad um so mehr steigt, je mehr B : B_cr > ι wird. Um das Verhältnis zwischen der Stärke des magnetischen Feldes und seinem kritischen Wert zu verändern und so einen hohen Verstärkungsgrad mit einem

ίο hohen Wirkungsgrad zu verbinden, wird nach der Erfindung das Verhältnis B : B_cr längs der Verzögerungsleitung veränderlich gemacht.

Man kann also am Eingang der Verzögerungsleitung einen derartigen Wert für B wählen, daß B : B_cr nahe an 1 liegt. Die Elektronen verlaufen dann sehr nahe an der Verzögerungsleitung und befinden sich in einem Gebiet, wo das Hochfrequenzfeld seine höchstmögliche Stärke besitzt, was eine gute Phasenfokussierung der Elektronen ermöglicht.

Schreitet man längs der Verzögerungsleitung fort, so kann man das Verhältnis B : B_cr ohne Gefahr für den Mechanismus der Verstärkung wachsend ansteigen lassen. Sind nämlich die Elektronen am Anfang der Leitung fokussiert, dann nähern sie sich auf Grund der dynamischen Bedingungen automatisch der Verzögerungsleitung und geben dabei ihre Energie an das Hochfrequenzfeld ab, welches übrigens bereits verstärkt ist infolge der Verstärkung bei seinem Fortschreiten von seinem Eingang aus.

Das Verhältnis B : B_cr ist durch den Ausdruck gegeben

B B-d .—

Vv.

3.36

d bezeichnet die Entfernung und V die Spannung zwischen den Elektroden.

Man sieht also, daß dieses Verhältnis dadurch variiert werden kann, daß man entweder B oder d vergrößert oder daß man die Variationen dieser beiden Faktoren durch Anpassung kombiniert. Unter der Bedingung, daß die Geschwindigkeit der Elektronen, die durch den Ausdruck definiert ist

ν =

d-B

io⁸ cm/sec,

gleichfalls mit d und B variiert, ist es notwendig, die Wellengeschwindigkeit und diejenige des Strahls längs der Leitung heranzuführen, was in bekannter Weise dadurch erreicht werden kann, daß man die Ganghöhe oder die Dimensionen der Verzögerungsleitung beeinflußt.
Abb. ι a und 1 b zeigen eine Aueführungsform der Erfindung für eine gerade Form der Röhre, die unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes steht; in

Abb. 2 a und 2 b ist ein Ausführungsbeispiel für eine gleiche Röhrentype dargestellt, bei dem der Abstand zwischen den Elektroden variiert wird; in Abb. 3 ist als Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Röhre gewählt, bei der gleichfalls der Abstand zwischen den Elektroden variiert wird.

Die Abb. ι a stellt eine Seitenansicht und die Abb. ι b eine Draufsicht der ersteren Röhrentype in bezug auf die Erfindung dar. In dieser Figur bezeichnet H die Verzögerungsleitung, die z. B. in Wendelform ausgeführt ist. Der Eingang E und der Ausgang O sind mit den koaxialen Leitungen L gekoppelt. Z bezeichnet die Elektrode, die parallel zu H verläuft und in bezug auf die Verzögerungsleitung auf einem negativen Potential gehalten wird. K bezeichnet die Kathode und C den üblichen Kollektor (Auffangelektrode) der Röhre.

In Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken steigt das magnetische Feld längs der Verzögerungsleitung in Richtung des Elektronenstrahls an, wenn man den Polen N und 5" gemäß Abb. 1 b die Form von schiefen Ebenen gibt, die sich der Röhre nähern in dem Maße, wie der Elektronenstrahl vorwärts schreitet. Gleichzeitig ändert die Wendel H ihre Ganghöhe derart, daß sie in Richtung der Fortpflanzung des Elektronenstrahls abnimmt, um die axiale Geschwindigkeit der Welle in dem Maße zu verringern, wie die Geschwindigkeit des Strahls abnimmt.

Die Kurve α zeigt den Weg eines Elektrons unter den statischen Bedingungen an. Die Kurve b zeigt den Weg eines Elektrons von günstiger Phase unter den dynamischen Bedingungen, wobei Energie an das Hochfrequenzfeld abgegeben wird. Man sieht, daß ein derartiges Elektron stets in dem Bereich des hohen Wechselfeldes bleibt und daß die Amplitude der zykloidalen Bahn am Eingang sehr genau gleich ist dem Abstand zwischen den Elektroden, was für eine gute Spannungsverstärkung günstig ist, und daß sie sich längs der Leitung verringert, was für eine gute Leistungsverstärkung günstig ist.

In der Abänderung nach den Abb. 2 a und 2I), die analoge Ansichten entsprechend denen der Abb. ia und ib 'darstellen und in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestimmungsstücke bezeichnen, sind die Polschuhe N und S, wie die Abb. 2 b zeigt, wie in den üblichen Systemen parallel zur Röhre. Hingegen ist die Elektrode Z nicht mehr parallel zu H, wie die Abb. 2 a zeigt, sondern sie entfernt sich fortschreitend in der Richtung des Elekronenstrahls. Die Kurve b zeigt, daß man damit denselben Effekt wie in der Abb. 1 a erhält. Die n° Kurve α der Abb. 2 a unterscheidet sich nur von der entsprechenden Kurve α der Abb. 1 a dadurch, daß die Amplitude der Zykloide unveränderlich ist. Die Leistung in den Fällen nach den Abb. 1 und 2 ist .näiherungsweiise die gleiche. Sie ist durch die Gleichung bestimmt

= 1 —

Ber

und sie ist nicht abhängig von den Mitteln, durch welche die Änderung des Verhältnisses B : B_cr bewirkt wird.

Um eine hohe Leistung zu erhalten, dürfen die Elektronen die Verzögerungsleitung nur in einem vom Eingang auch weit entfernten Punkte er-

reichen, denn D : B_cr und die Leistung haben alsdann die höchsten Werte. Um zu vermeiden, daß die Verzögerungsleitung· eine nicht zu große Menge von Elektronen abfängt, was zu großen Wärmeverlusten führen würde, muß das System derart dimensioniert werden, daß die ankommenden Elektronen die Verzögerungsleitung am Ende beinahe berühren und daß sie nach dem Durchgang am Ausgang von einer Elektrode aufgefangen werden, die leicht gekühlt

ίο werden kann. Diese Dimensionierung kann sehr leicht verwirklicht werden, wenn man die durch die Erfindung vorgeschlagenen Mittel kombiniert.

Der Ernndungsgedanke ist gleichfalls auf eine kreisförmige Röhre anwendbar. In diesem Falle ist die Lösung mit veränderlicher Distanz zum konstanten Felde viel brauchbarer, da die Verwirklichung eines magnetischen Feldes, welches vom Eingang nach dem Ausgang hin wächst, für die Kreisform zu schwierig ist. Die Abb. 3, welche dieselben Bezeichnungen wie die vorangehenden Abbildungen hat, bezieht sich auf diesen Fall. Sie stellt eine Wanderfeldröhre mit transversalem magnetischem Felde von bekannter Kreisform dar, mit dem Unterschied, daß die innere Elektrode Z als Windung einer Spirale gewickelt ist, die sich stetig von der wendeiförmigen Verzögerungsleitung entfernt, je nach Maßgabe der Fortpflanzung der Welle in der Verzögerungsleitung.

Es ist gestattet, daß zahlreiche Ausführungsformen, die von dem Erlindungsgedanken nicht abweichen, so z. B. die beiden Lösungen veränderliches Feld und veränderliche Entfernung, kombiniert werden können, um das beste Ergebnis für die Variation des Verhältnisses des Feldes zu dem kritischen Feldwerte zu verwirklichen. Bei der Lösung mit inhomogenem Magnetfeld kann der Neigungswinkel der Profile der Pole die Form erhalten, um die gewünschte Feldverteilung zu erhalten. Der Ernndungsgedanke hängt ferner weder von der Form der Röhre noch von der Ausbildung der Verzögerungsleitung ab.

Claims

Patentansprüche:

1. UKW-Verstärker unter Verwendung einer Wanderfeldröhre, bei der parallel zu einer Verzögerungsleitung ein zweiter linearer Leiter vorgesehen ist und bei der zwischen den beiden Leitern ein konstantes elektrisches Feld und senkrecht dazu ein konstantes magnetisches Feld wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines oder beider Felder so gewählt bzw. angeordnet sind, daß die Größe des bzw. der Felder zwischen dem Anfang und dem Ende der Verzögerungsleitung stetig abnimmt oder zunimmt.

2. UKW^r-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Stärke des magnetischen Feldes in der Richtung vom Anfang zum Ende der Verzögerungsleitung stetig ansteigt.

3. UKW-Verstärkernach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes aus zwei parallel zur langgestreckten Röhrenachse angeordneten Polschuhen bestehen, deren gegenseitiger Abstand in Richtung vom Anfang zum Ende der Verzögerungsleitung stetig abnimmt.

4. UKW-Verstärkernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des elektrischen Feldes in Richtung vom Anfang zum Ende der Verzögerungsleitung stetig abnimmt.

5. UKW-Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Leitern in Richtung vom Anfang zum Ende der Verzögerungsleitung sich stetig vergrößert.

6. UKW-Verstärker, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung der Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 3 und 5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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