DE916328C

DE916328C - Wanderfeldroehre

Info

Publication number: DE916328C
Application number: DEC2913A
Authority: DE
Inventors: Alfred Lerbs
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1947-06-13
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1954-08-09
Also published as: US2566087A; FR948762A; GB681425A; CH273805A

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Wanderfeldröhre, insbesondere zur Verstärkung ultrahochfrequenter Schwingungen, mit zwei äquidistanten Leitern, welche eine Verzögerungsleitung bilden und zwischen sich einen Raum lassen, in welchen die von einer Kathode ausgehenden Elektronen eindringen. Zwischen den Leitern wird ein konstantes elektrisches Feld und senkrecht dazu ein konstantes magnetisches Feld aufrechterhalten. Das besondere Merkmal des Hauptpatents besteht darin, daß die beiden Leiter der Verzögerungsleitung auf konzentrischen Kreisen liegen und das Verhältnis elektrisches : magnetisches Feld der Elektronengeschwindigkeit entspricht, wobei die Richtung des Magnetfeldes so gewählt ist, daß die von der Kathode ausgehenden Elektronen bis zur Auffangelektrode hin eine kreisförmige Bewegung zwischen den beiden Leitern ausführen. Durch diese Maßnahmen kann die Länge der Röhren verringert und die Fokussierung des Elektronenbündels verbessert werden.

Die Erfindung betrifft die Verbesserung und weitere ao Ausgestaltung der Wanderfeldröhre nach dem Hauptpatent. Erfindungsgemäß wird die Elektronenquelle durch eine emittierende Schicht gebildet, die auf dem in der Mitte des Elektrodensystems angeordneten Leiter angebracht ist. Durch diese Anordnung wird »5 eine besondere Kathode erspart, und die Elektronen

werden unmittelbar in den Wechselwirkungsraum eingeführt.

Die Röhre ist derart gebaut, daß die vom Eingangssignal herrührende Welle durch die erwähnte Verzögerungsleitung eine solche Verzögerung erhält, daß ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich derjenigen der Elektronen wird. Auf diese Weise kann der Energieaustausch zwischen ihnen stark wachsen, und man erhält eine große Leistung und einen guten ίο Wirkungsgrad. Um die Selbsterregung der Röhre zu vermeiden, sieht man in ihr Anordnungen vor, durch die die Elektronen, nachdem der Energieaustausch mit der Eingangswelle während eines einzigen Umlaufes im Wechselwirkungsraum vor sich gegangen ist, nicht mehr in den Eingangsteil der Röhre zurückkehren können.

Eine solche Anordnung kann aus einem Schirm aus leitendem Material bestehen, der zwischen Ein- und Ausgangskreis geschaltet ist. An Stelle des Schirmes kann auch ein elektrisches Bremsfeld benutzt werden.

Die Entkoppelung des Ein- und Ausgangskreises ist durch Unterbrechung des Fortpflanzungsweges für die elektromagnetische Welle besonders wirksam.

Die Abb. 1 stellt ein Magnetron dar, dessen Anödenblock A mehrere Schlitze enthält, die sich in Hohlräume C₁, C₂, C₃ usw. fortsetzen. Sie sind gleichmäßig über den größten Teil der Peripherie der Anode verteilt, während der Teil zwischen A₁ und A₂ keine Einschnitte besitzt. Die Empfangswelle wird etwa durch eine Schleife E in einen der Hohlräume C₁ eingeführt. Die Energie wird durch die Schleife S an einem anderen Hohlraum C abgenommen. Das magnetische Feld wird in der Richtung B und eine Gleichspannung zwischen Kathode und Anode angelegt. Die Anode erhält gegenüber der Kathode ein positives Potential, und damit entsteht ein radiales FeMiJ₁ für die Beschleunigung der Elektronen. Die Elektronen bewegen sich unter dem Einfluß dieser beiden Felder in einer Kurve, deren Richtung durch den Pfeil F dargestellt ist. Die Welle des Eingangssignals schreitet längs der Peripherie der Anode fort. Jedes Resonanzsegment der Anode verhält sich seinerseits wie ein Stromkreis, der eine Kapazität und Induktivität enthält. Die Kapazität ist durch die

♦5 Dimensionierung des Schlitzes und dem Abstand von der Kathode und die Induktanz durch den Hohlraum bestimmt. Ein derartiger Stromkreis ist in dem Element C₁ punktiert eingezeichnet. Die Welle erfährt hierdurch eine Verzögerung ihrer Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Durch entsprechende Dimensionierung der Röhre kann erreicht werden, daß die Geschwindigkeit der Welle praktisch gleich derjenigen der Elektronen wird.
Die Geschwindigkeit der Elektronen ist durch die Gleichung gegeben

V =

Andererseits kann man den Entladungsraum zwischen Anode und Kathode als eine Fortsetzung der gekoppelten Kreise betrachten, die bei C punktiert dargestellt sind. Auf dieses System ist also die Theorie der Kettenleiter anwendbar. Unter diesen Bedingungen ist die Phasengeschwindigkeit V_p der Welle in der Röhre durch die Formel gegeben

V₉ =

VLC

I bezeichnet die lineare Ausdehnung eines elementaren Vierpols dieser Leitung längs der Anoden- Peripherie. L ist die Selbstinduktion, die in Serie liegt, und C die transversale Kapazität des elementaren Vierpols, so wie es bei C punktiert dargestellt ist. Für die Bestimmung dieser Werte muß man auf die Kopplung zwischen den Elementarkreisen Rücksicht nehmen. Um die Leistung und den Wirkungsgrad der Röhre zu erhöhen, ist es erforderlich, eine wiederholte Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Welle zu sichern, und zu diesem Zweck muß V = V_P gemacht werden. Eine derart entwickelte Röhre wird. aber zur Selbsterregung neigen und eignet sich infolgedessen nicht zur Verstärkung.

Man verhindert die Selbsterregung, indem man jede Rückkopplung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis vermeidet, was dadurch erfolgt, daß man die Elektronen, sobald sie einen Umlauf vollzogen haben, abbremst. Zu diesem Zweck wird zwischen M₁ und M₂ ein Schirm aus leitendem Material P-P geschaltet, der vorzugsweise auf einem negativen Potential gegenüber der Kathode gehalten wird. Andererseits unterbricht man die Bahn für die Welle, d. h. die Verzögerungsleitung, dadurch, daß zwischen A₁ und A₂ die Resonatorhohlräume unterdrückt werden.

Die Abb. 2 zeigt eine andere Vorrichtung zur Kopplung mit dem Ausgangskreis, die eine bessere Anpassungen die Stromkreise gestattet und die auch viel besser für den Anschluß an die Antenne geeignet ist. Die Wellen am Ein- und Ausgang werden in rechtwinklige Zuleitungen Ge und G_s übernommen, die mit den Resonatorhohlräumen durch Leitungsabschnitte von der Länge λ\\ verbunden sind, welche zur Transformation der Spannungen bestimmt sind. Um die Wechselwirkung zwischen der verzögerten Welle und den Elektronen zu verstärken, kann man die Zahl der Anodenschlitze steigern, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Diese Anordnung ist gleichwertig mit einer Vermehrung der Zahl der Kopplungskreise. Man erhält auf diese Weise ein viel breiteres Übertragungsfrequenzband. Eine andere Abänderung mit demselben Ziel ist in der Fig. 4 dargestellt, die den Teil der Anode in Plansicht darstellt. Der Pfeil F-F zeigt die Richtung der Elektronenbewegung, der Pfeil B die des magnetischen Feldes. Die Anodenelemente sind in Serpentinform angeordnet. Die Abb. 5a und 5b zeigen einen Schnitt nach F-F der Abb. 4.

Gemäß der Abb. 6 ist die Rückkopplung dadurch vermieden, daß man zwischen Ein- und Ausgangskreis mittels einer Hilfselektrode T, die auf ein negatives Potential gebracht ist, ein Bremsfeld schaltet. iao

Die Röhren gemäß der Erfindung unterscheiden sich von den bekannten Magnetrons in mehreren wichtigen Punkten. Sie zeigen eine Aus- und Eingangselektrode, zwischen denen Vorrichtungen vorgesehen sind, um die Rückkopplung zu verhüten. Sie sind in der Weise dimensioniert, daß die Eingangs-

welle auf dieselbe Geschwindigkeit wie die der Elektronen gebracht sind. Das magnetische Feld in Richtung der Kathode muß konstant sein und gleichzeitig eine bestimmte Polarität besitzen, während in den selbsterregten Magnetronen eine Umpolung die Arbeitsweise nicht beeinflußt. Endlich ist die Ausbildung ihrer Elektroden nicht an die Kreisform gebunden, und in gewissen Fällen kann die Kathode in bezug auf die Anode sogar achsenverschoben sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wanderfeldröhre, insbesondere zur Verstärkung ultrahochfrequenter Schwingungen, mit zwei äquidistanten Leitern, welche auf konzenirischen Kreisen liegen und die Verzögerungsleitung bilden, wobei der Raum zwischen den Leitern unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes steht, das senkrecht zur Ebene der Kreise verläuft und einen solchen Wert besitzt, daß die Elektronen in diesem Raum kreisförmige Bewegungen ausführen, nach Patent 878 813, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle (K) durch eine emittierende Schicht gebildet wird, die auf dem Leiter angebracht ist, der in der Mitte des Elektrodensystems angeordnet ist.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Entkopplungsmittel zwischen Ausgang und Eingang der Verzögerungsleitung eine auf einem vorzugsweise negativen Potential gehaltene Bremselektrode (T) dient, die auf dem Ergänzungsbogen des von den Umweggliedern (C₁, C₂, C₃...) der Verzögerungsleitung besetzten Kreisbogens angeordnet ist.

3. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang und Eingang der Verzögerungsleitung ein auf vorzugsweise negativem Potential gehaltener leitender Schirm (P) angeordnet ist.

4. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung durch einen schlangenförmig gewundenen Kanal (E-S in Fig. 4) gebildet wird, der in einen festen Anodenblock eingeschnitten ist.

5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung durch eine Reihe von Hohlräumen (C₁, C₂, C₃...) gebildet wird, die in dem Anodenblock ausgespart sind.

6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum am Eingang der Verzögerungsleitung mit einer Zuführungsleitung, z. B. Eingangsantenne, über eine Zwischenleitung von ^x/₄ Wellenlänge gekoppelt ist.

7. Röhre nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum am Ausgang der Verzögerungsleitung mit einem Kreis für die Abnahme der verstärkten Wellen, z. B. Ausgangsantenne, unter Zwischenschaltung eines Leitungsstückes von */₄ Wellenlänge gekoppelt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen