DE878813C

DE878813C - Wanderfeldroehre, insbesondere zur Verstaerkung ultrahochfrequenter Schwingungen

Info

Publication number: DE878813C
Application number: DEC2903A
Authority: DE
Inventors: Oscar Doehler; Werner Kleen
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1947-01-09
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-06-05
Also published as: GB663728A; CH267518A; US2511407A; FR59012E; FR61021E; FR58447E; DE919296C; NL88043C; FR60910E; FR940063A; FR57746E

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeldröhre, in welcher die Verstärkung durch Wechselwirkung zwischen einem Elektronenbündel und einer fortschreitenden elektromagnetischen Welle vor sich geht. Die bekannten Röhren dieser Gattung haben den Nachteil, daß sie eine zu große Länge besitzen, was Schwierigkeiten bei der Fokussierung des Elektronenbündels bereitet. Dieser Nachteil soll durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden werden.

Die Abb. ι zeigt einen Schnitt der Röhre nach dir Erfindung, ι und 2 sind zwei Leiter, zwischen denen eine Welle, deren elektrischer Vektor E senkrecht zum Durchmesser steht, sich längs der Peripherie bewegen kann, k ist die Kathode, e die Eingangsund .? die Ausgangskopplung. Senkrecht zur Zeichnungsebene besteht ein magnetisches Feld, dessen Induktion einen konstanten Wert B besitzt. Zwischen den Elektroden ι und 2 besteht ein Gleichspannungsunterschied, und das elektrische Feld zwischen ι und 2 ändert sich in radialer Richtung nicht im Laufe der Zeit. Die Elektronen, die die Kathode verlassen, bewegen sich in der Richtung der Peripherie mit einer Kreisfrequenz

V--

Eo bezeichnet den Wert des radialen elektrischen Feldes in einer gegebenen Entfernung vom Leiter ι. Damit der Energieaustausch zwischen den Elektronen und dem elektromagnetischen Feld im günstigen Sinne vor sich geht, um die Röhre als Verstärker zu gebrauchen, muß die Phasengeschwindigkeit Vp der Welle näherungsweise gleich V sein.

Normalerweise ist die Phasengeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Wellenleiter wesentlich höher als diejenige der Elektronen für geeignete Werte von E₀ und von B, (Der Wert von B₁ für ein gegebenes E₀, ist notwendigerweise größer als der kritische Wert, der dadurch definiert ist, daß oberhalb dieses Wertes die Elektronen nicht in Richtung der Peripherie kreisen.) Um V und V₀ gleich zu machen, muß man die Phasengeschwindigkeit ίο der Welle, die sich zwischen den Leitern ι und 5 fortpflanzt, vermindern.

Diese Verminderung wird dadurch erzielt, daß man in die Wände der Elektrode 2 oder der Elektrode ι oder in die Wände beider Leiter longitudinal Induktanzen einschaltet, die Umwegglieder für die Welle darstellen. Diese Induktanzen werden z. B. durch Schlitze verwirklicht, die in regelmäßigen Abständen in den Leiterwänden vorgesehen sind und wodurch die Welle gezwungen wird, vom geraden Wege abzuweichen. Für die Arbeitsweise der Röhre als Verstärkerröhre ist es notwendig, die Selbsterregung zu verhüten. Um dieses Ziel zu erreichen, sind nach der Erfindung drei wesentliche Bedingungen zu erfüllen: a) Die Welle, die vom Eingang kommt, darf sich nur in einer Richtung fortpflanzen; b) die Welle darf den Weg zwischen Ein- und Ausgang nur einmal beschreiben; c) die Drehung der Elektronen um die zentrale Elektrode 1, von der Kathode aus gesehen, darf niemals 360 ° überschreiten.

Diese Bedingungen, die für die Arbeitsweise der Röhre Voraussetzung sind, können sowohl für die Welle als auch für die Elektronen erfüllt werden, wenn in der Röhre hinter dem Ausgang s eine Auffangelektrode oder ein ,Kollektor p vorgesehen ist.· Dies ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.

Was die Kathode betrifft, so kann man einen dünnen Draht benutzen, der sich in der Richtung parallel zur Achse des Systems aber außerhalb der Achse erstreckt. Die Kathode k ist in dieser Anordnung einer Gleich vor spannung in bezug auf die Elektroden 1 und 2 unterworfen, die gleich oder näherungsweise gleich dem Potential des Punktes k zwischen 1 und 2 bei Abwesenheit der Kathode ist. Es ist zu bemerken, daß die Elektronen, da ihr Weg durch die Auffangelektrode p begrenzt ist, keine zusätzliche Erhitzung der Kathode bewirken können wie in den gewöhnlichen Magnetrons, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt. Die Anordnung nach Abb. 1 ähnelt ein wenig den üblichen Magnetrons mit einer Blockanode, die eine große Zahl von Resonanzkreisen enthält, aber sie zeigt einige wesentliche Unterschiede gegenüber diesen, besonders die folgenden: 1. Die Kathode der vorgeschlagenen Röhre befindet sich nicht in der Achse des Systems; 2. der Abschluß der Elektronenbahnen zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis der Röhre mit Hilfe der Auffangelektrode p ist absolut notwendig, um das Arbeiten der Röhre als Verstärker zu gewährleisten; 3. das konstante magnetische Feld muß in der Röhre eine bestimmte Richtung besitzen, da die Umkehr des magnetischen Feldes das Arbeiten der Röhre verhindert, während für das übliche Magnetron die Umkehr des magnetischen Feldes keinen Einfluß auf die Arbeitsweise der Röhre hat.

Die Abb. 1 stellt das Schema einer Röhre nach der Erfindung dar, in welcher die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle durch die Schlitze f bestimmt ist, die gleichförmig in der Leiterwand 2 verteilt sind. Es ist ersichtlich, daß die Röhre mit allen möglichen Arten von Vorrichtungen ausgestattet sein kann, welche die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle verringern. Die Abb. 2 z. B. zeigt eine andere Röhre. Bei dieser Abbildung tragen dieselben Einrichtungen die gleichen Bezugszeichen wie in der Abb. i. In diesem Falle setzt die Welle sich längs eines Lecher-Systems L fort, welches in Form eines Kreises gekrümmt ist. Einer der beiden Leiter des Lecher-Systems oder alle beide sind durch wellenförmig gebogene Drähte h dargestellt, die genügend eng aneinandergereiht sind, oder durch Drähte, die mäanderförmig geführt werden, wodurch ebenfalls eine Erhöhung der longitudinalen Induktanzen erreicht wird.

Verglichen mit den bekannten Vorrichtungen besitzt die Röhre nach der Erfindung außer sehr kleinen Dimensionen folgenden Vorteil; In den bekannten Röhren verlieren die Elektronen, welche ihre Energie an die Welle abgeben, an Geschwindigkeit. Da die Geschwindigkeit verringert ist, vermögen die Elektronen sich nicht mit der Wellengeschwindigkeit bis zum Ausgang ihres Entladungsweges zu bewegen, was die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Welle vermindert und infolgedessen den Wirkungsgrad und die Verstärkung der Röhre herabsetzt. In der vorgeschlagenen Röhre besitzen die Elektronen stets dieselbe Geschwindigkeit, weil die Energieübertragung auf die Welle kompensiert ist durch' die Entnahme von Energie aus dem radialen elektrischen Feld E₀ in der Art, daß die Kreisgeschwindigkeit der Elektronen, d. h. die Geschwindigkeit in der Richtung der

•p·

Welle, stets durch die Beziehung V — -^- gegeben ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Wanderfeldröhre, insbesondere zur Verstärkung ultrahochfrequenter Schwingungen, mit zwei äquidistanten Leitern, welche eine Verzögerungsleitung bilden und zwischen ihnen einen Raum bilden, in welchen die von der eintrittsseitig liegenden'Kathode ausgehenden Elektronen hineindringen, die zur austrittsseitig liegenden Auffangelektrode gelangen, und bei der ein konstantes elektrisches Feld zwischen den Leitern ' und senkrecht dazu ein konstantes magnetisches Feld aufrechterhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiter auf konzentrischen Kreisen liegen und das Verhältnis elektrisches zu magnetisches Feld der Elektronengeschwindigkeit gleich ist, wobei die Richtung des Magnetfeldes so gewählt ist, daß

die von der Kathode ausgehenden Elektronen bis zur Auffangelektrode eine kreisförmige Bewegung zwischen den beiden Leitern ausführen.
2. Wanderfeldröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Leiter und gegebenenfalls auch der innere Leiter mit longitudinalen Induktanzen ausgestattet ist, die für die vorwärts schreitende Welle Umwegglieder darstellen, die die Phasengeschwindigkeit der Welle

ίο ungefähr gleich der Elektronengeschwindigkeit machen.
3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Leiter als glatter Zylinder und der äußere Leiter als Hohlzylinder ausgebildet ist und daß letzterer mit radial verlaufenden Schlitzen ■ versehen ist.
4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere und gegebenenfalls der innere Leiter je in Form eines wellenförmig oder mäanderförmig gebogenen Drahtes ausgebildet ist, der je auf einem Hohlzylinder aufgewickelt ist.
5. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathode und der Auffangelektrode in radialer Richtung benachbart liegenden Teile der Kreisbögen von longitudinalen Induktanzen frei bleiben.
6. Wanderfeldröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der frei bleibenden Stelle des äußeren Leiters die Zuführungen für den Eingangs- und Atisgangskreis vorgesehen sind, welche unmittelbar in die longitudinalen Induktanzen übergehen.
7. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entkopplungsschirm radial zwischen dem Eingangs- und Ausgangskreis der kreisförmig gebogenen Verzögerungsleitung geschaltet ist.
8. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode zwischen beiden Leitern angeordnet und auf ein Potential angebracht ist, das näherungsweise gleich dem Feldpotential des betreffenden Punktes bei Abwesenheit der Kathode ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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