DE913084C - Verfahren zur Herstellung mechanisch starrer und elektrisch leitender UEbertragungsbahnen (Wellenleiter) fuer Wanderfeldroehren in Form von Wendeln - Google Patents

Description

Für Wanderfeldröhren sind elektrisch leitende Übertragungsbahnen in Form von Wendeln in Vorschlag gebracht Worden, um welche zur Distanzierung und Halterung eine Mehrzahl von nichtleitenden Längsstäben angeordnet ist. Längs dieser Übertragungsbahnen findet eine Wechselwirkung zwischen einem in der Längsrichtung verlaufenden Elektronenstrahl und dem elektrischen Feld einer Hochfrequenzwelle statt, die längs der wendeiförmigen Bahn übertragen wird.

Bei solchen Wanderfeldröhren muß die Phasengeschwindigkeit der Hochfrequenzwelle ungefähr der Durchschnittsgeschwindigkeit des Elektronenstrahls gleich sein, damit eine merkbare Energieübertragung stattfinden kann. Die Geschwindigkeit der Hochfrequenzwelle in Luft hat die Größenordnung der Lichtgeschwindigkeit, während die Geschwindigkeit der Elektronen etwa ¹J₁₃ der Lichtgeschwindigkeit ausmacht, wenn eine Strahlspannung von etwa 1500 V Anwendung findet. Die Anpassung der Geschwindigkeit der Hochfrequenzwelle und des Elektronenstrahls kann man bei Wanderfeldröhren mit wendeiförmiger Übertragungsbahn durch passende Wahl der Ganghöhe für die Wendel näherungsweise erreichen.

Es ist bei Wanderfeldröhren notwendig, spezielle Vorkehrung zu treffen, um eine sich selbst aufrechterhaltende Schwingung zu verhindern, welche durch Wellen bedingt sein kann, die von dem Ausgangsabschnitt infolge ungeeigneter Scheinwiderstandsanpassung zwischen Wendel und Ausgangsabschnitt

reflektiert werden. Ein bekanntes Verfahren zur Verhinderung reflektierter Wellen hat darin bestanden den wendeiförmigen Übertragungsleiter mittels eines punktförmig verteilten Widerstandes an den Ausgang anzupassen. Eine andere bekannte Methode besteht beispielsweise in der Anbringung eines Überzugs aus leitendem Material von hoher Verlustwirkung, z. B. Aquadag, an dem mittleren Teil der die wendeiförmige Wicklung tragenden Stäbe, um alle reflektierten ίο Wellen zu dämpfen. Die wirksame Verstärkungslänge der Wendel wird dabei natürlich verringert, da praktisch in dem Bereich des Verlustmaterials keine Wechselwirkung bestehen wird. Es ist daher ratsam, diesen Bereich auf einen kleinstmöglichen Teil der Wendellänge zu beschränken.

Es wurde festgestellt, daß Wanderfeldröhren nach den bisherigen Ausführungen nicht von Geräuschen frei sind und daß diese Geräusche auf verschiedenen Ursachen beruhen können. Als eine Geräuschursache ao wurde der veränderliche Druck und demzufolge der veränderliche Kontaktwiderstand und die veränderliche Kapazität zwischen den mit Verlustmaterial beschichteten Tragstäben und der Wendel ermittelt. Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, diese Geräuschursachen zu beseitigen oder in ihrer Auswirkung abzuschwächen, indem Schwankungen des Kontaktdruckes infolge Veränderungen hinsichtlich Durchmesser und Geradheit der Stäbe, ungleichförmige Dehnungskoeffizienten und relative Bewegungen der Wendel gegenüber den Stützstäben vermindert werden.

Für maximale Verstärkung muß die Ganghöhe der Wendel so gewählt werden, daß die Feldstärkevektoren von Draht zu Draht längs der Röhren sich in der Phase addieren, wenn die Welle längs dem wendeiförmigen Weg fortschreitet. Es ist daher nicht nur notwendig, die Wendel in richtiger Ganghöhe aufzuwickeln, sondern es muß auch die Möglichkeit einer Ganghöheveränderung nach Beendigung der Aufwicklung so klein wie möglich gehalten werden. Diese Schwankungen werden erfindungsgemäß stark vermindert, so daß die maximal erzielbare Verstärkung für die ganze Lebensdauer der Röhre aufrechterhalten werden kann.

Die erläuterten Voraussetzungen zur Geräuschbeseitigung bzw. Geräuschminderung und zur Sicherstellung maximaler Verstärkung werden im Sinne der Erfindung dadurch geschaffen, daß die wendeiförmige Übertragungsbahn (Wellenleiter) und die um die Wendel angeordneten Längsstäbe zu einem mechanisch starren Gebilde zusammengefaßt werden. Die hierfür gemäß der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme besteht darin, daß die Stäbe vor ihrer Anordnung um die Wendel entlang einem schmalen Längstreifen mit glasbildendem Material beschichtet und danach von außen in festen Kontakt mit dem Wendelumfang gebracht werden, worauf das aus Wendel und Stäben zusammengesetzte Gebilde zwecks Verbindung dieser Teile bis zum Schmelzen des glasbildenden Materials erhitzt wird. Ein solches Gebilde zeichnet sich durch hohe mechanische Widerstandsfähigkeit aus, bei welchem die Ganghöhe der Wendel gleichmäßig und unveränderbar ist, und bei welchem eine Relativbewegung zwischen Wendel und Stützstäben nicht auftreten kann. Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Aufbaus und der Herstellungsart der in der Zeichnung veranschaulichten Wanderfeldröhren. In der Zeichnung zeigt

Fig. ι die bildmäßige Darstellung einer Vorrichtung, an welcher die erfindungsgemäßen Maßnahmen Anwendung finden können;

Fig. 2 und 3 Darstellungen von Fertigungsstufen einer Wendel mit Haltestäben;

Fig. 4 A und 4 B Darstellungen zum Vergleich der mittels der Erfindung erzielbaren Ergebnisse mit den Ergebnissen nach der früheren Verfahrensart;

Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines einheitlichen Wendelaufbaus, wie er sich für Wanderfeldröhren eignet; · -

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht des Eingangsteiles des Wellenleiters einer Wanderfeldröhre.

Die Wanderfeldröhre nach Fig. 1 umfaßt eine Elektronenquelle 11, z. B. ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, und einen Kollektor 12, welche einen Elektronenstrahl veranlassen, längs eines Weges zu wandern, welcher neben und parallel zur Längsachse eines wendeiförmigen Übertragungsleiters 13 verläuft. Bei der Ausführungsform nach Fig. τ werden zu verstärkende Signalwellen dazu benutzt, um mittels eines Steuergitters an dem Elektronenstrahlerzeugungssystem den Elektronenstrahl zu modulieren. Das verstärkte Signal wird an dem der Elektronenquelle il abgewandten Ende der Wendel mittels eines nicht dargestellten Auskopplungsmittels entnommen, welches durch die Wendel erregt wird. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise bei solchen Vorrichtungen anwendbar, bei welchen die Signal-Wellen längs der Wendel mittels Wellenführungsmitteln eingeführt werden, und zwar in ähnlicher Weise wie die verstärkten Wellen von der Wendel an ihrem entfernt liegenden Ende abgenommen werden. Da die vorliegende Erfindung sich mit der Ausbildung eines einheitlichen Wendelaufbaus befaßt, so ist außerdem klär, daß solche Vorrichtungen als Verstärker, Modulatoren oder Oszillatoren verwendet werden können, ohne daß damit von dem Umfang und dem Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird eine Wendel 21 sorgfältig und unter Einhaltung der vorgeschriebenen Ganghöhe auf einen Dorn 22 aufgewickelt, welcher zusammendrückbar sein kann, um seine spätere Entfernung zu erleichtern. Der Dorn soll genügend lang sein, so daß er aus noch später zu erläuternden künden über beide Enden der Wendel vorsteht.

Der Wendeldraht kann aus Stahl oder irgendeinem sonstigen leitenden Material bestehen. Molybdän hat sich als sehr zweckdienlich erwiesen. Es ist erwünscht, einen Dorn zu verwenden, der aus dem gleichen Material besteht wie die Wicklung, so daß die spätere Wärmebehandlung, während welcher die Wicklung sich noch auf dem Dorn befindet, die Ganghöhe der Wendel infolge ungleicher Ausdehnungskoeffizienten nicht verzerrt. Zur Erläuterung WiFd eine Zusammenstellung beschrieben, bei welcher die Wendel und der Dorn aus Molybdän bestehen. Im Anschluß an den

Wicklungsvorgang kann die Wendel in irgendeiner an sich bekannten Weise genormt werden.

Die zylindrischen Tragstäbe 23 für die Wendel 21 können aus keramischem Material bestehen, und zwar zweckmäßig aus einem Material mit geringem dielektrischem Verlust. Solches Material sollte außerdem annähernd den gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie die Wendel, damit die Ganghöhe der Wendel sowohl bei der anschließenden Hitzebehandlung als auch nach dem endgültigen Zusammenbau erhalten bleibt.

Zirkon, und zwar eine Verbindung, welche Zirkondioxyd enthält, erfüllt diese Bedingungen, wenn es in Verbindung mit einer Molybdänwendel verwendet wird. Diese Stäbe sollten außerdem verhältnismäßig gleichförmige Durchmesser und gerade Längsseiten haben, wenn auch diese Bemessungserfordernisse nicht so streng sind, als wenn die Stäbe lediglich durch den Druck einer Glasumhüllung in Berührung mit der Wendel gehalten werden müßten.

Das Glasurmaterial sollte solcherart sein, daß es zu dem Ausdehnungskoeffizienten der Wendel und der Stäbe paßt. Es muß auch ebenso wie die Wendel und die Stäbe in der Lage sein, Wärmespannungen aufzunehmen, welche sich aus dem Fertigungsprozeß, der im nachstehenden erläutert werden soll, ergeben. Ein glasähnliches Material, welches aus etwa 6,3 % Li₂O, 5,9 o/_o CaO, 16,5 % BaO, 21,4% A1_?O₃, 50,4% SiO₂ besteht, hat sich in Verbindung mit einer Wendel aus Molybdän und Tragstäben aus Zirkon als befriedigend erwiesen. Es hat, wie die meisten Glasurmaterialien, die Eigenschaft eines guten Isolators, was sehr bedeutungsvoll ist, wie sich aus folgendem ergeben wird:

Um eine gleichförmige Glasurbeschichtung auf den Stäben sicherzustellen, wird die Oberfläche bis auf einen Teil des Umfangs abgedeckt, wie es Fig. 3 veranschaulicht. Die pulverförmige Glasur 31 wird mit genügend Alkohol vermischt, so daß sie auf die frei liegende Längsseite der Stäbe in gleichförmiger Stärke aufgespritzt werden kann, wobei der Druck und der Abstand der Sprühdüse 32 von den Stäben gesteuert werden. Längs der Oberfläche der Abdeckung 33 kann man eine dünne Messerklinge vorbeiführen, um die Glasur auf eine gleichförmige Stärke zu bringen.

Die Tragstäbe 23 werden" danach in ihre Lage gebracht, und zwar unter Beobachtung eines symmetrischen Abstandes um den Umfang der Wendel 21; zu diesem Zweck findet eine Einspannvorrichtung 24 Verwendung, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die Stäbe Werden natürlich so ausgerichtet, daß die mit Glasur beschichtete Seite mit der Wendel in Berührung kommt. Die in der oberen Hälfte der Einspannvorrichtung 24 liegenden Stäbe 23 können innerhalb der Vorrichtung während der Zusammenfügung dadurch festgehalten werden, daß man sie mittels einer kleinen Menge Amylacetat betupft. Diese Substanz verdampft während der anschließenden Hitzebehandlung bereits bei verhältnismäßig niedriger Temperatur.

Bei einigen vorbekannten Wanderfeldröhren können die Signalwellen am Eingang der Wendel zugeführt und/oder am Ausgang der Wendel abgenommen werden, indem man an diesen Stellen metallische Koppler 25 vorsieht, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Koppler, welche bei der betrachteten Ausführungsform ebenfalls aus Molybdän bestehen würden, können auch durch Glasierung mit den Tragstäben 23 verbunden werden, um dadurch die mechanische Steifigkeit des Wendelaufbaus zu unterstützen. Bevor die Einspannvorrichtung 24 geschlossen wird, wird Glasurmaterial auf die Enden der Stützstäbe 23 aufgetragen, welche natürlich auf richtige Länge geschnitten sind. Die gegebenenfalls vorgesehenen beiden Koppler 25 werden über die erwähnten vorstehenden Enden des Dorns 22 aufgesetzt und mit Bezug auf die Wendel 21 und die Stäbe 23 so eingestellt, daß die Stäbe in den Nuten 26 der Koppler 25 festgeschmolzen werden. Danach kann die Wendel 21 mit ihren beiden Enden an die Teile 27 der Koppler angeschweißt werden.

Die Hälften der Einspannvorrichtung 24 sind jetzt fest miteinander verspannt, und das gesamte Gebilde wird in einen von Wasserstoff durchströmten Ofen eingesetzt und darin so erhitzt, daß die Glasur flüssig wird; die Temperatur wird so gesteuert, daß unzulässige Wärmespannungen nicht auftreten. Bei der beschriebenen speziellen Ausführungsform wird die Temperatur allmählich innerhalb 15 Minuten auf 1240⁰ C gebracht und auf dieser Höhe für die Dauer von etwa 5 Minuten gehalten. Das Ganze wird dann aus dem Ofen herausgenommen und abgekühlt. Die Kühlung wird zweckmäßig ebenfalls gesteuert und so verzögert, daß Wärmespannungen vermieden werden, insbesondere innerhalb der Stäbe und der Glasur. Die Einspannvorrichtung und der Dorn können dann entfernt werden. Die Wendel, die Tragstäbe und gegebenenfalls die Koppler bilden nunmehr eine mechanische starre Einheit.

Im Anschluß daran wird das Verlustmaterial 28, z. B. Aquadag, auf den Mittelteil des Gebildes bis zur gewünschten Stärke aufgespritzt. Das Aufspritzen erfolgt sowohl auf die Stäbe als auch auf die Glasur und die Wendel. Eine Maske kann Anwendung finden, um die Länge des mittleren mit Verlustmaterial versehenen Teils zu begrenzen.

Aus Fig. 4A und 4 B ist zu ersehen, daß die erläuterte Verfahrensart ein Gebilde liefert, welches gegenüber der vorbekannten Technik wesentliche Vorteile bietet. Wenn das Verlustmaterial erst auf die Stäbe 23 aufgetragen wird, und die Stäbe danach durch äußeren Druck mit der Wendel 21 in Berührung gebracht werden, wie es bisher der Fall gewesen ist, und wie es in Fig. 4A veranschaulicht Wurde, so hat das elektrische Feld zwischen den Drähten 21', welche sich auf unterschiedlichem Potential befinden, zur Folge, daß in dem Verlustmaterial längs der Staboberfläche Ströme fließen. In Reihe mit dem effektiven Widerstand des Verlustmaterials iao liegt der Kontaktwiderstand der Drähte 21', welcher, wie bereits erwähnt, von Draht zu Draht schwanken kann, und zwar auf Grund von Ungleichmäßigkeiten der Stab- oder Drahtabmessung oder auf Grund einer relativen Bewegung zwischen der Wendel 21 und dem Stab 23, die durch ungenügende Druck-

wirkung auf den Stab verursacht sein kann. Eine solche relative Bewegung hat außerdem zur Folge, daß die Kontaktkapazitäten schwanken; diese Schwankungen haben sich, wie bereits erwähnt, als Geräuschquelle erwiesen.

Die mit der Erfindung geschaffene Technik verhindert die relative Bewegung zwischen Stab und Wendel, indem die Drähte starr mit den Drähten verbunden werden, und zwar durch den Glasierungsprozeß, wie es Fig. 4B veranschaulicht. Das trägt nicht nur zur Herstellung und Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Kontaktkapazität bei, sondern schaltet auch die auf dem Kontaktwiderstand beruhende Wirkung aus, da die Glasur 31 die Drähte gegenüber den Zirkonstäben 23 isoliert. Da die Aquadagbeschichtung 28 über die Drähte verläuft, so werden die auf Grund des erwähnten elektrischen Feldes entstehenden Ströme längs der Drähte überbrückt und sind demgemäß von dem Kontaktwiderstand unabhängig. Da sich sowohl auf den Drähten als auch auf den Stäben Verlustmaterial befindet, und da die Kontakte kräftiger gehalten sind, so besteht gegenüber den vorbekannten Anordnungen ein im Verhältnis von etwa 3: 1 höherer Verlust pro Längeneinheit. W^Tenn der Verlustbereich bisher sich beispielsweise über etwa 7,5 cm im mittleren Teil der Stäbe erstreckte, so wird demgemäß die gleiche Dämpfung der Gegenwelle erzielt, wenn der Verlustbereich nur 2,5 cm lang ist. Der verlustfreie Wechselwirkungsbereich ist auf diese Weise um 5,0 cm vergrößert worden, was eine höhere Verstärkung für die gegebene Gesamtlänge der Wendel zur Folge hat. Bei einer Wanderfeldröhre kann die Wendel an ihrem Eingangsende an ein Gitter angeschlossen werden, welches die Bündelung des Elektronenstrahls unterstützt. Wie die auseinandergezogene Darstellung in Fig. 6 erkennen läßt, enthält ein solches Kollimatorgitter 34 ein Wolframraster 35, welches mittels eines aus zwei leitenden ringförmigen Scheiben 36 und 37 bestehenden Rahmen gehalten wird; die Scheiben 36 und 37 würden bei dem erläuterten Beispiel aus Molybdän bestehen. Zwischen dem Raster 35 und der Scheibe 36 ist eine Nickelscheibe 38 eingesetzt, welche die Zusammenschweißung des Rasters und des Rahmens 36, 37 fördert.

Die Wendel 21 und die Tragstäbe 23 werden in der bereits beschriebenen Weise in die Einspannvorrichtung eingelegt, wobei nur der Unterschied besteht, daß die Stäbe 23 an dem für die Aufnahme des Gitters 34 bestimmten Ende über die Einspannvorrichtung 24 vorstehen. Außerdem ist der Dorn 22 in geringem Abstand von diesem Ende gehalten, so daß die Wendel an ihrem einen Ende verformt Werden kann, wie es bei 50 in Fig. 6 veranschaulicht ist, um eine gute Scheinwiderstandsanpassung an das Gitter 34 zu bewirken.

Das Gittergebilde 34 ist durch Schweißung zusammengefügt und wird in einem von Wasserstoff durchströmten Ofen behandelt, um jegliche Oxyde, insbesondere Oxyde, die sich während des Schweißvorgangs gebildet haben, zu entfernen. Das Gitter wird dann mittels der Schlitze 39 auf die Keramikstäbe 23 aufgeschoben, derart, daß jeder Stab 23 um ein geringes Stück über das Gitter 34 vorsteht. Gewünschtenfalls wird ein Koppler 25 auf das entgegengesetzte Ende der Wendel 21 aufgesetzt, wie es bereits erläutert Worden ist; danach wird die Wendel mit einem Ende an den Koppler 25 und mit dem anderen Ende an das Gitter 34 angeschweißt. Auf die vorstehenden Enden der Stäbe 23, und zwar sowohl im Bereich des Gitters 34 als auch im Bereich des Kopplers 25 wird Glasurmaterial aufgetragen, und das Gitter 34 wird mit Bezug auf die Wendel 21 ausgerichtet. Danach wird die Einspannvorrichtung 24 geschlossen und das Ganze in der vorbeschriebenen Weise erhitzt und abgekühlt. Nach der Abkühlung können die Stabenden, welche über das Gitter 34 vorstehen, mit dem Gitter bündig gefeilt werden, so daß das Gitter und die Stäbe zuverlässig an dem schalenförmigen Keramikteil 40 anliegen, welcher den endgültigen Zusammenbau mit der Elektronenquelle 11 gemäß Fig. 1 erleichtert.

Für die Wendel kann Tantaldraht benutzt werden, was in gewisser Hinsicht erwünscht ist, da Tantal als Gettermaterial wirkt. Diese Eigenschaft ist außerordentlich erwünscht, insbesondere bei einer Wanderfeldröhre, da Plasma-Ion-Schwingungen ebenfalls eine Geräuschquelle darstellen und daher alle Mittel als vorteilhaft gelten müssen, welche die Aufrechterhaltung eines hohen Vakuums fördern und dadurch jegliche Ionisation verhindern. Es ist jedoch notwendig, Tantal im Vakuum zu erhitzen, da es bei einer Wärmebehandlung in einem von Wasserstoff durchströmten Ofen brüchig wird. In Verbindung mit 4ner Tantalwendel empfiehlt sich die Verwendung von Speckstein als Material für die Tragstäbe.

Wenn auch die Erfindung in Verbindung mit speziellen Verfahrensarten und speziellen Materialien, die sich für besondere Vorrichtungen eignen, beschrieben worden ist, so ist doch erkennbar, daß viele Änderungen und Abweichungen möglich sind, ohne daß dadurch von dem Wesen der Erfindung abgewichen wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung mechanisch starrer und elektrisch leitender Übertragungsbahnen no (Wellenleiter) für Wanderfeldröhren in Form von Wendeln, welche durch eine Mehrzahl von nichtleitenden Längsstäben gehaltert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe vor ihrer Anordnung um die Wendel entlang einem schmalen Längsstreifen mit glasbildendem Material beschichtet und danach von außen in festen Kontakt mit der Außenseite der Wendel gebracht werden, worauf das aus Wendel und Stäben zusammengesetzte Gebilde zwecks Verbindung dieser Teile bis zum Schmelzen des glasbildenden Materials erhitzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wendel und die Haltestäbe Materialien mit im wesentlichen gleichen Wärmedehnungskoeffizienten verwendet werden.
3. 3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wendel aus Molybdän und Stäbe aus einer Verbindung von Zirkondioxyd verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als glasbildendes Material eine Mischung verwendet wird, die sich im wesentlichen aus 6,3 % Li₂O, 5,9 % CaO, 16,5 % BaO, 21,4 °/₀ Al₂O₃, Rest SiO₂ zusammensetzt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr allmählich innerhalb einer Zeitspanne von etwa 15 Minuten bis zu einer Temperatur von 1240⁰C gesteigert wird und danach für etwa 5 Minuten auf diese Temperatur eingestellt wird.
6. 6. Nachbehandlung eines Wellenleiters, welcher nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder einem folgenden hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Stäben und Wendel bestehende Gebilde nach der Herstellung der GIasierungsverbindung auf einem vorbestimmten mittleren Längsbereich mit Material von hoher Verlustwirkung beschichtet wird.

   Angezogene Druckschriften:

   Französische Patentschriften Nr. 954 564, 962 369.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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