DE921166C - Elektronenroehrenanordnung zur Erzeugung oder Verstaerkung sehr kurzer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung oder Verstärkung sehr hoher Frequenzen. Zur Verstärkung solcher Schwingungen ist die Verwendung von Röhren bekannt, bei denen eine fortschreitende elektromagnetische Welle von so niedriger Geschwindigkeit erzeugt wird, daß ein Elektronenstrahl der Welle folgen kann. Eine solche Röhre ist unter dem Namen Wanderwellenröhre bekannt. Die in Richtung des Elektronenstrahles vorhandene elektrische Feldkomponente bedingt eine Wechselwirkung zwischen Welle und Elektronenstrahl und eine Entdämpfung der fortschreitenden Welle, so daß ihre Amplitude mit ihrer Fortpflanzungsrichtung zunimmt. Um die Geschwindigkeit der fortschreitenden Welle genügend zu verzögern, sind verschiedene Mittel vorgeschlagen worden, so z. B. eine aus Draht gewickelte Wendel, an der die elektromagnetische Welle entlang geführt wird.

Eine solche Anordnung nach dem Wanderwellen- ao röhrenprinzip besitzt aber verschiedene Nachteile. Diese bestehen z. B. darin, daß die Kopplung zwischen Welle und Elektronenstrahl nicht immer genügend fest ist. Die in Strahlrichtung vorhandene elektrische Feldstärke ist bei vorgeschriebener Wellengeschwindigkeit nicht genügend groß im Vergleich zu der durch die Welle übertragenen elektrischen Leistung. Dadurch läßt sich über einen bestimmten Verstärkungsgrad hinaus keine zusätzliche Verstärkung mehr erzielen. Weiterhin ist dabei nachteilig, daß die Wellenkomponente, die entgegen der Strahlrichtung läuft, für die Steuerung

des Elektronenstrahles nicht wirksam sein kann. Ihr Vorhandensein ist unerwünscht, läßt sich aber nicht vermeiden. Schließlich ist es auch rein mechanisch nicht möglich, die Röhre für alle Beanspruchungen stabil genug aufzubauen, da die aus Draht gewickelte Wendel sich nur schwer erschütterungsfrei haltern läßt.

Es sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, die diese Nachteile dadurch vermeiden, daß sich in ίο Richtung des Elektronenstrahles ein Kettenleiter befindet, der aus einzelnen in der Fortschreitungsrichtung aufeinanderfolgenden Gliedern besteht, deren Schwingungsphase gegeneinander um einen bestimmten Winkel versetzt ist. Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles ist dabei so zu wählen, daß die Elektronen bei ihrem jeweiligen Eintritt in den nächstfolgenden Resonator die gleiche Phasenlage vorfinden; die Verweilzeit der Elektronen ist also durch die Phasenlage der Schwingung bestimmt. Die in jedem Kettenglied auftauchende Spannung liegt in Richtung des Elektronenstrahles. Eine bevorzugte Ausführung besteht darin, daß die aufeinanderfolgenden Kettenglieder genau gegenphasig schwingen und daß die Elektronen in jedem Kettenglied genau eine halbe Periode der HF-Schwingung verweilen.

Die Kettenglieder des Kettenleiters sind bei den bekannten Anordnungen als rotationssymmetrische Kammern ausgebildet, die aus Metall oder einem anderen guten Leiter bestehen. Es ist im übrigen auch möglich, hier metallisierte Isolierstoffe, z. B. mit einer Metallschicht überzogenes Glas, zu verwenden. Diese rotationssymmetrischen Kammern besitzen in der Mitte eine öffnung, durch die der Elektronenstrahl hindurchtreten kann. Die Kammern schwingen in Form von Hohlraumresonatoren, wobei die Schwingungsform so gewählt werden kann, daß in Richtung der Mittelachse die größte Feldstärke auftritt. Zur Kopplung zwischen den einzelnen Kammern wird nicht nur die für den Durchtritt des Elektronenstrahles vorgesehene öffnung gleichfalls benutzt, falls sie entsprechend bemessen ist, sondern es befinden sich auch zusätzliche öffnungen in den Trennwänden zwischen den einzelnen Kammern.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer derartigen bekannten Anordnung die Kammern so ausgebildet und angeordnet sind, daß die Trennwände zwischen den einzelnen Kammern voneinander galvanisch getrennt sind und hochfrequenzmäßig kapazitiv miteinander in Verbindung stehen. Durch diese galvanische Trennung der Kammern voneinander können verschiedene Wirkungen erreicht werden. So ist es dadurch beispielsweise möglieh, eine zusätzliche kapazitive Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Kammern zu ermöglichen. Bei verhältnismäßig engen öffnungen für den Elektronenstrahldurchtritt ist nämlich die Kopplungskapazität zwischen den Kreisen vielfach zu niedrig und kann unter Umständen auch dann noch nicht groß genug sein, wenn zusätzliche öffnungen in den Wandungen angebracht sind. Der Größe der öffnungen in den Kammerwänden ist durch die Anforderungen an die hochfrequenzmäßigen Eigenschaften der Kreise nämlich eine Grenze gesetzt.

Wenn erfindungsgemäß die Trennwände zwischen den einzelnen Kammern galvanisch voneinander getrennt sind und lediglich hochfrequenzmäßig kapazitiv miteinander in Verbindung stehen, so ergibt sich dadurch weiterhin noch die Möglichkeit, unterschiedliche Spannungen an die einzelnen Trennwände anzulegen. Diese Spannungen können sowohl hochfrequenzmäßig als auch gleichstrommäßig (Hilfsspannungen) so gewählt werden, daß sich besondere Effekte erzielen lassen. So kann z.B. elektronenoptisch eine besondere Bündelung des Elektronenstrahles bewerkstelligt werden, die gegebenenfalls so vervollkommnet werden kann, daß sich ein zur Fokussierung dienendes Magnetfeld überhaupt erübrigt. Weiterhin können auch Wechselspannungen angelegt werden, um auf diese Weise Modulations- oder Überlagerungsfrequenzen oder sonstige Wirkungen zu erzielen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

In Fig. ι ist eine bekannte Anordnung in schematischer Darstellung veranschaulicht, bei der um einen Elektronenstrahl ι als Achse herum rotationssymmetrische metallische Kammern 2 angeordnet sind, die in der Mitte mit öffnungen 3 versehen sind, durch welche der Elektronenstrahl hindurchtritt. Die Kammern schwingen in Form von Hohlraumresonatoren, wobei in Richtung der Mittelachse die größte Feldstärke auftritt. Die Ankopplung nach außen ist hierbei so vorgenommen, daß von einer konzentrischen Eingangsleitung 4 in die erste Kammer eingekoppelt wird und in entsprechender Weise an die letzte Kammer eine konzentrische Ausgangsleitung 5 angeschlossen ist, wobei in ähnlicher Weise aus der letzten Kammer die Energie kapazitiv ausgekoppelt wird. Die Durchtrittsöffnungen für den Kathodenstrahl müssen dabei entweder besonders groß bemessen werden, um eine Kopplungswirkung zwischen den einzelnen Kammern zu erzielen, oder es müssen zusätzliche öffnungen in den Katnmerwänden vorgesehen sein. In den Fig. 2 bis 4 sind einzelne Ausführungsbeispiele der für die Erfindung wesentlichen Teile in stark vereinfachter schematischer Darstellung veranschaulicht.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine besondere Form einer galvanischen Trennung der einzelnen Kammerwände dargestellt. Zur Erhöhung der kapazitiven Kopplung können an die äußeren Enden der Trennwände große Kapazitäten gelegt werden, die zwei aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren gemeinsam angehören. Die Kapazitäten lassen sich leicht dadurch herstellen, daß die Trennwände mittels eines gemeinsamen Dielektrikums gehaltert werden. Dabei kann das Dielektrikum gegebenenfalls selbst Träger der Kammerglieder sein. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß man die Glaswandung in entsprechender Weise vergrößert und die Kettenleiterkreise durch aufgebrachte Metallschichten bildet.

In Fig. 2 ist zur Bildung großer Kapazitäten an den äußeren Enden der Trennwände eine äußere Umhüllung aus elektrisch leitendem Material 15 vorgesehen, in welcher die einzelnen Trennwände 16, 17, 18 und 19 isoliert gehaltert sind. Zur Isolation dienen ringförmig ausgebildete Körper 20 bis 23, die das Dielektrikum darstellen.

Man kann den aufeinanderfolgenden Trennwänden zwischen den Kammern verschieden große Gleichspannungen erteilen. Dadurch lassen sich elektronenoptische Bündelungselemente für den Elektronenstrahl schaffen, so daß dadurch der Elektronenstrahl in verschiedener Weise zusätzlich beeinflußt werden kann. Es kann sogar auf diese Weise allein schon eine Fokussierung des durchgehenden Elektronenstrahles erreicht werden oder zumindest die Wirkung eines fokussierenden Magnetfeldes erhöht werden. Gegebenenfalls kann somit auf ein äußeres Magnetfeld überhaupt verzichtet werden.

Schließlich ist es auch möglich, Hilfsspannungen oder auch sonstige zusätzliche Spannungen an beliebiger Stelle zuzuführen, um beispielsweise Modulations- oder Überlagerungsfrequenzen anlegen zu können.

Zur Erhöhung der Bandbreite und bei der Verstärkung innerhalb eines größeren Übertragungsbereiches körinen die einzelnen Kammern gegeneinander verstimmt werden. Es ist auf diese Weise auch möglich, ihnen die Form von Bandfiltern zu geben, um damit Bandfilterwirkungen zu erreichen. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, welches rein schematisch eine Folge hintereinanderliegender Kammern zeigt, sind die einzelnen Kammern durch ihre verschieden großen Abmessungen gegeneinander verstimmt.

Eine Bandfilterwirkung läßt sich auch durch die in Fig. 4 dargestellte Anordnung erreichen, bei der die einzelnen Kammern in radialer Richtung erheblich vergrößert sind und eine Ausdehnung von größenordnungsmäßig drei Viertel Wellenlängen besitzen. Zwischen den Kammern 24 befinden sich als Koppelkapazitäten wirksame Ringe 25.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Elektronenröhrenanordnung zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer Wellen, die innerhalb der Röhre fortgeleitet und mit einem Elektronenstrahl in Beziehung gebracht werden, bei der sich in Richtung des Elektronenstrahles ein Kettenleiter befindet, der aus einzelnen in der Fortpflanzungsrichtung aufeinanderfolgenden, gegeneinander mit bestimmter Phasenverschiebung schwingenden Gliedern besteht, die als vorzugsweise rotationssymmetrische Kammern ausgebildet sind und eine zentrisch angeordnete öffnung zum Durchtritt des Elektronenstrahles besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände zwischen den einzelnen Kam

   mern voneinander galvanisch getrennt sind und hochfrequenzmäßig kapazitiv miteinander in Verbindung stehen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Enden der Trennwände Kapazitäten liegen, die zwei aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatorkammern gemeinsam angehören.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände isoliert befestigt sind, wobei die Halterungsisolation das Dielektrikum der Kapazitäten darstellt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Halterungsringe aus einem geeigneten, das Dielektrikum bildenden Isoliermaterial.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Trennwände Hilfsspannungen, vorzugsweise Gleichspannungen, anlegbar sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegten Spannungen so bemessen sind, daß eine Beeinflussung, insbesondere Bündelung, des Elektronenstrahles, erfolgt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angelegten Spannungen in Verbindung mit den Durchtrittsöffnungen, für den Elektronenstrahl so bemessen sind, daß ein zur Fokussierung dienendes Magnetfeld erübrigt wird.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Wechselspannungen, insbesondere zur Modulation, Überlagerung usw., anlegbar sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Kammern des Kettenleiters oder einen Teil derselben gegeneinander zu verstimmen.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern verschiedene geometrische Abmessungen besitzen.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch Mittel, um von außen die geometrischen Abmessungen der Kammern zu verstellen.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern als flache, in radialer Richtung verhältnismäßig große Hohlkörper ausgebildet sind, zwischen denen sich als Koppelkapazitäten wirkende Ringe befinden.

    Angezogene Druckschriften:
    Proceedings of the I. R. E., Jan. 1949, S. 39/40; Annales de Radioelectricite, Okt. 1948, S. 273, S. 309/310; Physikalische Blätter, 1949, Bd. 5, S.211 bis218.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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