DE903726C

DE903726C - Verzoegerungsleitung fuer Wanderwellenroehren

Info

Publication number: DE903726C
Application number: DEC5527A
Authority: DE
Inventors: Pierre Guenard; Robert Warnecke
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1951-03-15
Filing date: 1952-03-14
Publication date: 1954-02-08
Also published as: FR1034007A; GB699890A; US2888595A

Description

Bevor der Gegenstand' der Erfindung l>eschrieben wird, weiche sich auf Verbesserungen der Verzögerungsleitungen von Waraderwellenröhren, insbesondere der Wanderwellenröhren der Magnetronbauart, bezieht, bei diar zwei Wellenleiter in. Form von abgeflachten, Wendeln sich gegenüberstehen, zwischen denen der Elektronenstraibl· läuft und die z.B. durch die französische Patentschrift 940 063 bekanntgeworden sind, ist es angezeigt, die Bedingungen anzuführen, welchen diese Leitungen möglichst weitgehend genügen sollen.

Hinsichtlich ihrer Hochfrequenzcharakteristiken sollen die Verzögerungsleitungen folgende Bedingungen erfüllten:

i. Sie sollen ein bestimmtes Verzögerungsmaß aufweisen (dias Verzögeruingsniaß ist dias■ Verhältnis der Lichtgescihwinidligkeit zu der Phasengieschwindigkeit dter benutztem Weite, wobei diese Geschwindigkeit der Laufgeschwindigkeit der Elektronen in dein gekreuzten elektri schien und magnetischen Feldern angenähert gleich ist, deren Wirkung sie unterliegem). Dieses Verzögerungsmaß' hängt gleichzeitig von der Spannung, auf welche die Verzögerungsleitung in bezug auf die Kathode gebracht wurde, und von dem Wirkungsgrad dter Röhre ab.

2. Sie sollen eine Streuung (Änderung der Pbasengesehwindigkeit mit der Friequenz) aufweisen, die unter einer Grenze liegt, welldhe durch das angestfcrebte Durchlaßband der Röhre bestimmt wird.

3. Sie sollen für die mit den Elektronen in Wechselwirkung tretende Weife einen hohen Kopplungswiderstand aufweisen, d.h. für eine bestimmte, in die

Leitung geschickte Leistung· eine möglichst große Längskomponenite dies elektrischen! Feldes in dem von dem Elektronenstrahl eingenommenen Teil des Raumes besitzen.

4. Sie solle» nicht bei einer außerhalb des Verwendiungsbereiches liegenden Frequenz eine Ausbreituingisart mit derselben Phasengesehwindigkeit wie die benutzte Welle und einen beträchtlichen Kopplungswiderstand aufweisen, womit die Gefahr verbunden wäre, daß auf dieser störenden Frequenz Schwingungen angeregt würden.

5. Sie sollen eine geringe Eigendämpfung besitzen,, um dien Wirkungsgrad nicht herabzusetzen.

6. Sie sollen eine Form htasbeni, welche sich gegebenenfalls für die Einführung einer starken Dämpfung auf einem geringen Bruchteil ihrer Länge eignet, um die Gefahr einer Selbsterregung auf Grund einer schlechten Anpassung an dien beiden Enden der Leitung zu vermeiden, ohne den·

ao Wirkungsgrad zu vermindern: oder die Verstärkung in merklicher Weise herabzusetzen.

Die geometrische Form der Leitung soll ihre AVechsehvirkung mit einem Elektronenstrahl gestatten, welcher sich in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern verschiebt. Dadurch wird der Verzögerungsleitung im allgemeinen die folgende Bedingung auferlegt:

7. Sie soll auf der Seite des Strahles eine ebene Fläche aufweisen, wenn, der Strahl geradlinig ist, odier eine Fläche in Form eines Kreiszylinders mit zu der Ausbreitungsriehtung senkrechter Achse, wenn der Strahl ,selbst um düese Achse kreisförmig ist.

In der Beschreibung werden nur ebene Gebilde behandelt. Die Erfindung erstredet sich jedoch auf solche Leitungen, welche aus diesen ebenen Gebil*- den durch Aufwicklung auf einem Zylinder mit einer zu der Ausibreituingsrichtung senkrechten Achse gewonnen werden.

Vom technologischen Standpunkt aus ist die Erfüllung der folgenden Bedingungen als wünschenswert anzusehen:

8. Die Leitung soll eine geometrische Form haben, welche sich für eine mechanisch genaue und leicht ausführbare Herstellung eignet und dieren Genauigkeit nicht merklich durch die Wärmebehandiliungen, welche sie während der Herstellung der Röhre erfährt, oder unter dem Einfluß der Temperaturerhöhung beeinträchtigt wird, welche von dem Elektronenbeschuß während des Hochf requenzibetriebeSi herrührt.

9. Die Leitung soll eimie Wärmeabstrahlung zulassen, welche ihre Betriebstemperatur auf einen sowohl hinsichtlich des Vakuums als auch hinsichtlich der geometrischen Stabilität der Leitung annehmbaren Wert begrenzt.

10. Es soll -nicht die Einführung von festen Dielektriken in unmitteltbarer Nähe der Leitung oder in Berührung mit ihr erforderlich sein, da solche Dielektriken durch Verunreinigung ihrer Oberfläche in. unkontrollierbarer Weise die Eigenschaften der Leitung und insbesondere ihre Dämpfung verändern können. Wenn dieses Dielektrikum Teile trennt, die auf verschiedene Gleichpoteretiale gebracht sind, kann es außerdem eine schlechte Isolation; und die Gefahr einer Entladung nach sich ziehen.

Verzögerungsfeitungien in Form einer abgeflachten; Wendel, wie sie z. B. in 'der französischen Patentschrift 940 063 beschrieben sind, erfüllen die Bedingungen 1 bis"7 in befriedigender Weise; sie zeigen jedoch zahlreiche Mangel hinsichtlich der Bedingungen 8 bis 10, und zwar insbesondere bei Röhren mit verhältnismäßig hoher Leistung.

Die bekannte Verzögerungsleitung in Form von ineinandergreifenden Stegen,, welche, wie in Fig. 1 gezeigt, aus zwei gleichen und! symmetrisch ineinandergreifenden Kämmen besteht, besitzt, wenn ihre Stege !genügend' stark und kurz sind·, zweckmäßige technologische Eigenschaften.. Offenbar ist ihre Herstellung mit einer hohen geometrischen Genauigkeit möglich. Andererseits können die Trä- - ger der Stege, ohne die Eigenschaften der Leitung merklich zu verändern!, mit ein und derselben Metallmasse verbunden werden, die beispielsweise einen Teil des Vakuumkolbens der Röhre bildet. Dadurch wird einerseits vermieden, daß die Leitung mit Hilfe von dielektrischen Elementen abgestützt werden muß, und andererseits kann die Wärmeenergie, welche von dlem Elektronenbeschuß der Stege der Leitung herrührt, leicht abgeführt werden. Wenn diese Leitung symmetrisch ist, besitzt sie jedoch einen Mangel, der sich aus der folgenden Untersuchung ergibt.

Die Ausbildung der Welten, welche sich in dlem Wechselwirlcungsraum, d. h. außerhalb der Leitung,, ausbreiten, ist in der Nähe ilhrer Mittelebene im wesentlichen durch die Phasendifferenz ψ α—ψ β bestimmt;, welche die Felder in zwei in aufeinanderfolgen den Stegzwischenräumen gelegenen Punkten A und B dler Mittelebene. (Fig. 2) .aufweisen. Wenn ψ dien W^Tert dieser Phasendifferenz zwischen —π unid^! + π darstellt, wird 'die Phasengeschwindigkeit der schnellsten Welle durch folgenden Ausdruck wiedergegeben:

ν =

co p Ψ

wobei ω die Pulsation der sich längs dier Leitung ausbreitenden Welle und p den Abstand A-B darstellt. Ein positiver Wert vom ν entspricht Welten, die sich in derselben Richtung ausbreiten wie die ■die Leitung durchlaufende Hochfrequenzenergiie, während ein negativer Wert einer Welle entspricht, die sich in der umgekehrten Richtung der Energie ausbreitet. Neben dieaer Grundlwelle sind langsamere Wellen oder harmonische Wellen vornaneilen, dieren Phasengeschwindigkeit ausgedrückt wird durch

ω p

■ψ + 2 π m

wobei meine ganze positive oder negative ZaM ist. Man kann den Phasenwinkel ψ schätzen, wienn man die Stegleitung als eine gefaltete Lecherleitung betrachtet. Die Phasendifferenz stammt einerseits

von der Ausbrieituogszeit längs des Elementes ACDB der Lecherleitung und andererseits aus einer Phasenumkehrung, die 'darauf beruht, daß ein in der Mittelebena der Leitung befindlicher Beobachter, wenn er von A nach B gebt, sich nacheinander in den entgegengesetzten Feldern bewegt, wie dies die PfeiTe anzeigen, welche durch A bzw. B gehen. Es ergibt sich demnach

ζπΐ

— π,

wobei / die Länge ACDB bedeutief, d.h. etwa die zwischen den' Punkten G und' H gemessene Breite der Leitung. Wenn diese Breite kleiner ist als 2/2 (ein zur Erfüllung der Bedingungen 8 und¹9 günstiger Umstand¹), ist ψ negativ, und die Grundwelle entspricht dann einer Ausbreitung in umgekehrter Richtung der Energie. Die Verstärkung kann dann nur erzielt werden, indem man für die Wechsel·- wirkunig die m = 1 entsprechende harmonische Wellte ausnutzt, welche unter den Wellen, die sich in derselben Richtung wie die Energie ausbreiten, die schnellste ist. Bei Röhren diester Art kommt es aber geradle darauf an, für die Wechselwirkung die Grundwelle auszunutzen, welche schneller ist als die harmoniischen Wellten und die größte Energiemenge mit sich führt.

Es ist jedoch zu bemerken, daß diese Überlegungen nur in unmittelbarer Nähe dier Mittelebene zutreffend sind. In einer Ebene wie z. B. A'B'F' (Fig. 2) finden die Felder dieselbe Verteilung, abgesehen von der Phase, nor am Ende einer Laufstrecke gleich A'F', d.h. gleich 2p, vor. Die Phasendifferenz zwischen A' und F' ist offenbar gleich

---j—, "nd es finden sich daher außerhalb der Mittelebene Wellen, deren Phasengeschwindigkeiten bestimmt sind durch:

V_n =

2p ω

Ι ,
Y 2 η π

ω φ

2πΙ

+ 2 η π

wobei η eine ganze positive oder negative ZaW ist.

Wenn / kleiner ist alls Xl4, is* offenbar V_n bei r, = ο positiv. Außerhalb der Symmetrieebene ist somit eine Grundwelle vorhandlen, welche n — o entspricht und sich in der direkten'Richtung ausbreitet. Diese Untersuchung zeigt, daß in der Leitung zwei Wellenarten vorhanden sind, nämlich symmetrische Wellen, welche den geraden Werten von η (μ = 2 m) entsprechen und welche mit einer von Null verschiedenen Amplitude allein in der Mittelebene der Leitung auftreten, und unsymmetrische Wellen, welche den ungeradem Werten von η entsprechen und deren Amplitude im der Mittelebene der Leitung Null ist.

Wenn die Breite dar Leitung kleiner ist als ein Wert von annähernd U2, breitet sich die symmetrische Grumdwelle in der umgekehrten Richtung der Energie aus. Wenn die Breite kleiner ist als etwa A/4, ist die Grundwelle eine unsymmetrische Welle mit direkter Richtung. Da diese Welle in der Mittelebene, d. li. im lallgemeinen in dem Bereich, wo der Elektronenstrahl verläuft, die Amplitude Null besitzt, zeigt sie einen kleinen Kopplungswiderstand, d. h. daß die Bedingung 3 nicht erfüllt ist.

Die Erfindung bezweckt die Ausbildung von Mitteln, welche es ermöglichen, den Kopplungswiderstand; dieser Welle ,auf Kosten der symmetrischen Grundwel'le zu erhöhen. Diese Mittel treten durch die Einführung einer Unsymmetrie in den Aufbau der Leitung in Erscheinung, wodurch die Symmetrie des Feldes der Welle in bezug auf die Mittelebene zerstört und in dieser Ebene das Auftreten von Wellen veranlaßt wird, deren Amplitude in der symmetrischen Leitung Null war. Diese Unsymmetrie kann gemäß der Erfindung durch getrennte oder kombinierte Anwendung der folgernden Maßnahmen verwirklicht werden: 1. Man kann die beiden Kämme zueinander parallel zu der Ausbreitungsrichtung versetzen; 2. man kann die beiden Kämme senkrecht zu ihrer Ebene versetzen; 3. man kann zwei Kämme 'mat verschieden langen Stegen verwenden; 4. man kann zwei Kämme verwenden, deren Stege verschiedene Querschnitte haben.

An Hand der Zeichnung wenden in den Fig. 1 bis 16 Ausführungsbeiispielie von unsymmetrischen Stegleitungen gemäß der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 3 a und- 3 b eine Leitung mit zwei gleichen, in der Ausbreitungsirichtung versetzten Kämmen, Fig. 3 b einen Schnitt nach A-B der Fig. 3 a,

Fig. 4 a und 4b entsprechende Darstellungen einer Leitung mit zwei gleichen, senkrecht zu ihrer Ebene versetzten Kämmen,

Fig. 5 a und 5 b eine Leitung, deren Kämme mit Stiegen von verschiedener Länge verseihen sind,

Fig. 6 eine Abwandlung derselben Leitung, bei welcher ein geringer Raumbedarf in der Querrichtung dadurch erzielt ist, daß die Stiege b des einen Kammes rechtwinklig abgebogien und an einem Träger d befestigt; sind, welcher auf dem Träger c der Stege α senkrecht steht und mit diesem einen Block bildet,

Fig. 7a uind Jh eine Leitung, deren Stege verschiedene Querschnitte hoben,

Fig. 8 a und 8 b eine Leitung, 'deren Stege vers'dhiedene Querschnitte haben und senkrecht zu der Ebene der Leitung versetzt sind,

Fig. 9 bis 12 Abwandlungen derselben Anordnung, bei welchen der eine Kamm Stege besitzt, die aus Stäben von kreisförmigem Querschnitt bestehen, während 'der andere Kamm. Stege besitzt, deren Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Dreiecks (Fig. 9), eines rechtwinlkligen Dreiecks (Fig. 10), eines L (Fig. 11) oder eines T (Fig. 12) ausgebildet ist. In allen Figuren bezeichnet / die iao Achse des Strahles, der sich parallel zu der Leitung fortpflanzt.

Zur Ausschaltung von störenden Schwingungsarten) nach dter Bedingung 4 verwendet man gemäß der Erfindung zweckmäßig Stage, welche gleichzeitig verschiedene Querschnitte haben, senkrecht

zu dler Leitung versetzt sind und verschiedene Länge besitzen.

Dieser Vorteil wird' an Hand der graphischen Darstellung der Fig. 17 erläutert, welche das Verzögarungsmaß clv (wobei c die Lichtgeschwindigkeit und ν die Pbasengeschwindigkeit dler Welle mit der Länge λ ißt) im Abhängigkeit von λ für die Grundlwielle zeigt, die sich, in einer Leitung ausbreitet, deren Querschnitt in Fig. 10 dargestellt ist. unidi zwar in dein Fällen a) mit Stegen von gleicher Länge und b) mit Stegen von ungleicher Länge. Wie ersichtlich, ist im Falle a) diese Kurve (Sfcretiungskurve) aus zw.i Zwdgen zusammengesetzt, die sich an dem Punkt O treffen. Für ein und dieselbe Geschwindigkeit ν gibt es daher immer zwei Punkte, wie z. B. M und N, welche zwei verschiedenem Welfenliängen I₁ tund X₂ entsprechen. Es ist daher eine Möglichkeit für eine störende Schwingung auf 'der WeMe A₂ außerhalb dbr Verstärkung der gewünschten Welle A₁ gegeben.

Hingegen reduziert sich in dem Falle b) nach den der Erfindung zugrunde Hegenden Versuchen dlie Sitreuungskurve auf einen einzigen Zweig, und die Bedingung 4 wird erfüllt.

Bei dien Anordnungen, bei welchen die Kämme gemäß den Beispielen! nach Fig. 4 und' S bis 12 senkrecht zu dler Leitung versetzt sind, empfängt der eine¹ Kamm keine Elektronen des Strahles, und man bann seinen Querschnitt, wie in Fig. 9 bis χ 2 gezeigt, verkleinern·, ohne eine Temperatursteigerung dieser Stege hervorzurufen. Der Umstand, daß diese Elemente von diem Elektronenstrahl verhältnismäßig weit entfernt sind, ermöglicht es ferner, in einfacher Weise eine Dämpfung einzuführen', indem eine gewisse Anzahl dieser Stege aus einem Stoff mit einem großen Hodhfrequenzwi der stand, insbesondere aus einem magnetischen Stoff, wie z. B. Kovar, welcher mit 'dien vakuurntecbnisehen Anforderungen vereinbar ist, bargesteillit wird¹.
Der in Fig. 3 schematisch gezeigte Aufbau kann zweckmäßig mit den in Fig. 8 bis 12 gezeigten Anordnungen kombiniert werden, wie dies in Fig. 13 für die erste dieser Anordnungen veranschaulicht ist. In den vorhergehenden Figuren wurde angenommen, daß die Stege auf ihrer ganzen Länge denselben Querschnitt haben. Es kann vorteilhaft sein, Stege zu verwenden, welche diese Voraussetzung nicht erfüllen, wie dies in Fig. 14, 15 und 16 gezeigt ist. Nach Fig. 14 ist der eine Kamm mit Stegen versehen, deren Querschnitt von dem Ende bis zu dem Träger zunimmt. Nach Fig. 15 besitzt der eine Kamm Stege, welche; durch eine Plätte abgeschlossen sind, während nach Fig. 16 der eine Kamm Stege besitzt, die mit einem Längseinstich versehen sind.

Claims

Patentansprüche:

Ί. Verzögerungsleitung für Wande>rwel!enröhren, denen Elektronenstrahl parallel zur Wellenausbreitung verläuft, insbesondere derjenigen Bauart, bei welcher die Strahlbewegung senkrecht zu gekreuzten elektrischen und .magnetischen Feldern erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die aus zwei Kämmen mit imeinanidiergireifenden' Stegen bestehende Leitung etiiiie Unsymmetrie aufweist', welche durch eine verschiedene Bemessung dier Kämme und/oder durch ihre gegenseitige Lage hervorgerufen wird, wobei dlie Breite dler Leitung so gewählt ist, daß die Gnundwelle in der Mittetebene sich in gleicher Richtung wie dt'ie durch die Leitung übertragene Energie ausbreitet und das Feld dieser Welle in dieser Mittelebene nicht Null ist.
2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unsymmetrie dadurch erzeugt ist, daß die gleich ausgebildeten Kämme parallel zu dier Ausbrei'tiungsrichtunig versetzt sind.
3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unsymmetrie dadurch erzeugt ist, daß die gleich ausgebildeten Kämme senkrecht zu der Ebene der Stege versetzt sind.
4. Leitiung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kämme zugleich parallel zu der Ausbreitungsriehtuing versetzt sttnd.
5. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unsymmetrie dadurch erzeugt ist, daß die Stege -der beiden Kämme verschiedene Längen haben.
6. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unsymmetrie dadurch erzeugt ist, daß die Stiege'der beiden Kämme verschiedene Querschnitte baten.
7. Leitung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet:, diaß die Stege der beiden Kämme außerdem verschiedene Längen haben.
8. Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kämme parallel zu der Ausbreitiungsricbtumg versetzt sind.
9. Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichneit, daß die Kämme senkrecht zu der Ebene 'der Stege versetzt sind.
10. Leitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, diaß dlie Kämme außerdem parallel zu der Ausbreituingsrichtung versetzt sind.
11. Leitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 'daß außerdem die Stege der beiden Kämme verschiedene Längen haben.
12. Leitung nach Anspruch 6 bis ri, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Stege dier beiden Kämme rechteckig sind.
13. Leitung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt dier Stege des einen Kammes kreisförmig und des anderen Kammes* dreieckig ist.
14. Leitung-nach Anspruch 6 bis fi, dadurch gekennzeichnet, daß 'dier Querschnitt der Stege bei 'dem einen Kamm kreisförmig und^; bei dem anderen L-förmig ist.
15. Leitung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stege bei dem einem Kamm kreisförmig und bei dem anderen Kamm T-förmig ist.
16. Leitiung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß d'ie Stege 'des einen; Kammes an ihren Enden· rechtwinkligie Platten auf- 1*5 weisen.
Γ7- Leitung nach Anspruch 6 bis ii, dadurch gekeonzieidmet, daß due Stege des einen Kammes mit Längseinstidhen verseilen sind.
i8. Leitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stege eines Kammes in Richtung der Stege veränderlich ist.
19. Leitung nach Anspruch 1. dadturch gekennzeichnet, dlaß die Stege des einen Kammes rechtwinklig albgebogen! und an einem Träger angebracht-sind, welcher im rechten Winkel mit dem Stegträger des zweiten Kamme« verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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