DE862776C

DE862776C - Wanderfeldroehre als Ultra-Hochfrequenzschwingungserzeuger

Info

Publication number: DE862776C
Application number: DEC2929A
Authority: DE
Inventors: Lothar Brueck
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1948-09-09
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-01-12
Also published as: FR974022A

Description

Es besteht oft das Bedürfnis in der Technik der Ultrakurzwellen nach einem Schwingungserzeuger, dessen Schwingungsfrequenz durch Änderung der Speisespannung regelbar ist, wodurch es möglich ist, eine automatische Abstimmung oder eine Frequenzmodulation leicht zu !erreichen. Indessen ist es nicht möglich, die Frequenz in einem so weiten Bereich zu variieren, wie man es möchte, da das Frequenzband durch die reziproke Wirkung der Impedanz des Elektronenstrahls begrenzt ist. Für ein gegebenes Bündel ist sie um so enger, als die Kreisimpedanz schwächer ist und außerdem als die Änderung dieser mit der Frequenz in der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz ausgeprägter ist.

Als Schwingungserzeuger mit Elektronenabstimmung hat man bis jetzt insbesondere die Reflexklystrons benutzt. Diese Röhren benutzen als Schwingungskreis einen Hohlraumresonator mit sehr hoher Spannungsüberhöhung, weshalb die Elektroneniabstimmung nur in einem Bereich von ι o/o in ao der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz möglich ist. Für viele Anwendungen ist aber ein viel weiterer Bereich erwünscht.

Man kann einen ausgedehnteren Wellenbereich erhalten, wenn man als Schwingungserzeuger eine Wanderfeldröhre benutzt, in welcher die Änderung der Frequenz dadurch erhalten wird, daß man die Spannung der Wendel variiert und damit die Geschwindigkeit der Elektronen, welche die Wendel durchlaufen. Diese Röhre ist aber nur anwendbar, wenn ihr Eingang mit dem Ausgang durch Zwischenschaltung eines Hohlraumresonators verbunden

ist, welche - das Frequenzband festlegt, über welches die Röhre schwingt. Ist im Innern der Röhre eine Wendel von schwacher Dämpfung vorgesehen, so ist die erzeugte Frequenz nicht gut festgelegt, und zwar infolge der sehr hohen Zahl von Oszillaticins'möglichkeiten, die sehr nahe aaieitianderliegen. Aus diesem letzteren Grunde ist das brauchbare Frequenzband für Elektronenabstimmüng gleichfalls sehr eng.

ίο Die Zahl der Sichwingungsmöglichkeiten ist durch die Länge der Wendel bedingt, 'die einen Resonanzkreis darstellt, der eine große Zahl von Resonanz;-frequenzen besitzt. Der Unterschied zwischen den aufeinanderfolgenden Schwingungsarten oder -gattungen ist gering, 'und der !entsprechende Frequenzbereich für jede von ihnen ist schmal. En der Tat,, wenn die Länge der Wendel der Zahl nach η Wellenlängen λ entspricht, genügt der Frequenzbereich Δ λ annäherungsweise der Gleichung:

Δλ ι

—-— »ί —.
λ η

In den üblichen Wanderfeldröhren hat man annäherungsweise η = 40.
Hieraus folgt _

Δ λ ι
-j- = —- = 0,025 .

Der Frequenzbereich zur Elektronenabstiimmung darf diese Zahl nicht überschreiten, ohne daß die Frequenz plötzlich ihre Schwingungsgattung ändert. Immer ist in einer Wanderfeldröhre der Abstimmungsbereich größer als in den Reflexklystrons. Diamit die Möglichkeit der Trennung zwischen den verschiedenen Schwingungsgattungen vergrößert wird, ist es notwendig, eine viel kürzere Wendel zu benutzen. Aber die Grenze der Verkürzung¹ ist durch die notwendige Verstärkung bestimmt, um die Schwingungen zu erregen, die mit der Länge der Wendel wächst, so daß ein Minimum für ihre Länge festliegt.

Die erwähnten Nachteile werden durch die. vorliegende Erfindung beseitigt, -die von der Tatsache ausgeht, daß, an die Trennung zwischen den verschiedenien Schwingungsgattungen zu erhöhen, 'eine kurze Wendel notwendig ist. Um nun mit einer kurzen Wendel die notwendige Verstärkung für die Erregung von Schwingungen zu erreichen, muß der Elektronenstrahl die gleiche Wendel zweimal durchlaufen, und zwar das zweite Mal im !entgegengesetzten Sinne wie das erste Mal.

Ittt- Vergleich mit dem Reflexklystron gewährt diese Anordnung den Vorteil, daß eine Elektrotnienabstimmung in einem viel breiteren Frequenzband zu erreichen ist, indem als Resonanzkreis eine Wendel verwendet wird,, die 'eine geringere Spannungsüberhöhung führt als diejenige des Klystranhohlraumes. Tn bezug auf Wanderfeldröhren, die als Schwingungserzeuger geschaltet sind, hat man bei 'dieser Röhne den Vorteil, daß die Schwingungsgattungen eine von der anderen viel weiter entfernt sind und hieraus ein Elektronienabstim'mungsbereich folgt, !der viel weiter ist als der der bekannten, Wanderfeldröhren. Außerdem. ist bei der üblichen Wanderfeldröhre die Regelung nur durch Änderung der Wendelspannung möglich, die Leistung infolge des Stromflusses verbraucht, während in den Reflexwanderfeldröhren gemäß der Erfindung die Abstimmung ohne Leistungsverbrauch möglich ist, und zwar durch Variation der Spannung des Reflektors.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Rohre nach der Erfindung.

Die Kathode/C, die auf der negativen Spannung

— U₁ gehalten wird, .sendet ein Elektronenbündel aus, welches durch die Elektroden W, die sich auf dem Potential U₁ befinden, fokussiert wird. Das Elektamenbündel durchsetzt die Beschleunigungselektrode B und tritt in die Wendel// ein, die an dem 'metallischen Körper T befestigt ist, der sich auf dem Potential O befindet. Die erzeugten Schwingungen in der Röhre erregen stehende Wellen auf der Wendel, deren elektrisches Feld das Elektronenbündel moduliert. Nach Durchgang durch die Wendel tritt das Bündel in den Raum zwischen der Wendel// und dem Reflektor/? ein, in dem die Gruppierung der Elektronen sich vollzieht. Der Reflektor befindet sich auf dem negativen - Potential

— U₂, Ider das Bündel in derselben Weise reflektiert wie in einem Reflexklystron. Das Bündel durchsetzt alsdann die Wendel lein zweites Mal und gibt die Hochfrequenzenergie ,an diese ab, die ihrerseits durch eine Auskoppelantenne A aufgenommein und aus der Röhre herausgeführt wird. Das Ende der Antenne ist in der Nachbarschaft der Wendel angeordnet und befindet sich damit hinreichend in deren elektrischem Feld. Man kann die Koppelung noch fester gestalten, indem man die Leitung A unmittelbar mit der Wendel verbindet. Es ist dann aber möglich-, 'daß die Stabilität der Schwingung infolge der Ladung verringert wird, die sich auf der Außenwand der Röhre befindet.

Die erregte Schwingungsfrequenz in der Röhre ist -die Resonanzfrequenz der Wendel, für welche die Verstärkung ein Maximum ist. Um die Möglichkeit zu besitzen, diese Eigenfrequenz der Wendel ZUi ändern, ist ein Leitungsstück Z vorgesehen, welches außerhalb der Röhre verschiebbar angeordnet ist und die Windungen der Wendel kurzzuschließein gestattet infolge der Kapazität, die zwischen dieser Platte und den Dirahtwindungen besteht. Der Halter T in der Abbildung dient als Stütze der Wendel.

Die elektrische Steuerung der Frequenz kann durch eine Änderung der Beschleunigungsspannung der Elektronen oder durch eine Änderung der Spannung des Reflektors R erreicht werden. Die Regelung der Spannung des Reflektors hat den Vorteil, daß keine Leistung verbraucht wird. Diese Möglichkeiten, Idie Spannung zu ändern, sind symbolisch durch die Rbeostaten R₁ und R₂ dargestellt, die in die Schaltung zwischengeschaltet sind, die zu den Speisespannutiigen O und — U₂ führt.

Claims

Patentansprüche:

Ί. Wanderfeldröhre als Ultra-Hochfrequenzschwingungserzeuger mit einem fokussierten

Elektronenstrahl und einer Verzögerungsleitung, die um die Achse des Strahls angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung in bezug auf die Kathode eine positive Vorspannung erhält und daß am Ausgang der Verzögerungsleitung eine Reflexionselektrade angeordnet ist, die in bezug auf die Verzögerungsleitung eine negative Vorspannung erhält, so daß die Elektronen die Verzögerungsleitung rückwärts durchlaufen, und daß die Schwingungsenergie durch eine Elektrode abgenommen wird, die mit dem Feld der Verzögerungsleitung gekoppelt ist.
2. Schwingungserzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Vorspannung der Verzögerungsleitung regelbar ist.
3. Schwingungserzeuger nach · Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Vorspannung der Reflektorelektrode regelbar ist.
4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Eigenfrequenz der Verzögerungsleitung innerhalb der Wanderfeldröhre in der Nachbarschaft der Verzögerungsleitung eine Platte (7) angeordnet ist, deren Stellung zur Wendel von außen einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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