DE953269C

DE953269C - Delay line of the rung design for traveling field tubes or magnetron tubes

Info

Publication number: DE953269C
Application number: DEC7802A
Authority: DE
Inventors: Oscar Doehler; Bernard Epsztein
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1952-06-28
Filing date: 1953-06-26
Publication date: 1956-11-29
Also published as: GB761850A; GB761768A; FR64659E; DE963896C; US3068432A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Bauart von Verzögerungsleitungen, welche in den Elelctronenröhren verwendet werden, bei denen eine Wechselwirkung zwischen der Elektronen-Strömung und dem Feld einer längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden ultrahochfrequenten Welle stattfindet, wie z. B. in Wanderfeld- oder Magnetronröhren. Diese sogenannte, nach dem deutschen Patent 921 035, S. 1, Zeilen 1 bis 13, bekannte Sprossenbauart ist in Fig. 1 dargestellt, wo eine Leitung wiedergegeben wird, die aus zwei Holmen 1 und einer Reihe von parallelen Stäben 2 (Sprossen) zusammengesetzt ist, wobei das Ganze auf einer metallischen Platte 3 befestigt ist. Diese Bauart wird nicht als Erfindungsgegenstand angesehen, sondern nur als Leitung, deren Eigenschaften erfindungsgemäß verbessert werden sollen. Die Länge der Sprossen ist angenähert gleich der halben Wellenlänge der die Leitung durchlaufenden Welle.The invention relates to a particular type of delay lines which are used in the Electron tubes are used in which there is an interaction between the electron flow and the field of an ultra high frequency propagating along the delay line Wave takes place, such as B. in traveling wave or magnetron tubes. This so-called, after the German Patent 921 035, p. 1, lines 1 to 13, known type of rung is shown in Fig. 1, where a line is shown, which consists of two Holmen 1 and a series of parallel rods 2 (rungs) is composed, the whole being is attached to a metallic plate 3. This type of construction is not regarded as the subject of the invention, but only as a line, the properties of which are to be improved according to the invention. the The length of the rungs is approximately equal to half the wavelength of the line running through it Wave.

Wie bekannt, ist diese Leitung insofern vorteilhaft, als die Röhre eine verhältnismäßig große Leistung abgeben kann. Außerdem ist der Kopplungswiderstaad zwischen der Welle und der Elektronen-As is known, this line is advantageous in that than the tube can deliver a relatively large power. In addition, the coupling resistance is between the wave and the electron

strömung groß, was die Verstärkung der Röhre günstig beeinflußt.flow large, which has a favorable effect on the gain of the tube.

Die bekannten Leitungen in Sprossenbauart weisen indessen einen Nachteil auf, der an Hand eines in Fig. 2 gezeigten Ersatzschaltbildes eines Stromkreises mit lokalisierten Schaltelementen veran^- schaulicht wird. Der in Fig. ι punktiert dargestellte Umriß 14, der eine Sprosse 2 und den über die benachbarten metallischen Wände 1 und 3 geschlossenen Weg enthält, kann mit einem Parallelresonanzkreis verglichen werden, der aus einer Induktivität L₁ und einer Kapazität C₁ besteht und auf Il2. abgestimmt ist (Fig. 2). Die Spannungsverteilung entlang jeder Sprosse ist wie bei jedem Halbwellendipol derart, daß die Spannung an den Enden Null und in der Mitte maximal ist. Es ergibt sich hieraus gegen die Mitte jeder Sprosse ein Maximum des elektrischen Feldes, welches mit dem elektrischen Feld der Nachbarsprossen gekoppelt ist. Dieser Kopplung ist die Kapazität C₂ der Fig. 2 äquivalent. Außerdem fließt in jeder Sprosse ein Hochfrequenzstrom, der so verteilt ist, daß er in der Mitte Null und an den Enden maximal ist. Dieser Strom erzeugt an den Enden der Sprosse ein magnetisches Feldmaximum, welches mit den Magnetfeldern der benachbarten Sprossen gekoppelt ist. Dieser Kopplung entsprechen in Fig. 2 die induktiven Kopplungen der Induktivitäten L₂ und L₃ mit den Induktivitäten L₁ der aufeinanderf olgenden Stromkreise. Im ganzen stellt sich demnach das Ersatzschema der Fig. 2 als eine Kette von Parallelresonanzkreisen dar, die einerseits durch die Kapazitäten C₂ und andererseits durch die Induktivitäten L₂ und L₃ gekoppelt sind. •35 Bekanntlich wirken aber in einem solchen Kettenleiter die elektrische und die magnetische Kopplung einander entgegen, so daß die resultierende Kopplung sehr gering ist. Weiterhin ist bekannt, daß eine Kette oehr schwach gekoppelter Kreise eine sehr geringe Bandbreite hat und daß es notwendig ist, daß die Kreise sehr genau auf die Resonanzfrequenz abgestimmt sind. Dies ist in der Leitung der Fig. 1 der Fall, in der die Dispersion (die Änderung des Verzögerungsmaßes' c/v_ph in Abhängigkeit von der Wellenlänge) sehr stark ist und in der der geringste mechanische Herstellungsfehler eine Resonanzfrequenzabweichung der aufeinanderfolgenden Einzelstromkreise zur Folge hat, was auf Grund der geringen BandbreitB praktisch jedes Fortschreiten eines elektromagnetischen Feldes längs der Leitung verhindert.The known lines in rung design, however, have a disadvantage, which is illustrated by means of an equivalent circuit diagram of a circuit with localized switching elements shown in FIG. The outline 14 shown in Fig. Ι dotted, which contains a rung 2 and the path closed by the adjacent metallic walls 1 and 3, can be compared with a parallel resonance circuit _{, which consists of an inductance L 1} and a capacitance C ₁ and on Il2 . is matched (Fig. 2). As with every half-wave dipole, the stress distribution along each rung is such that the stress is zero at the ends and maximum in the middle. This results in a maximum of the electric field towards the middle of each rung, which is coupled with the electric field of the neighboring rungs. The capacitance C ₂ of FIG. 2 is equivalent to this coupling. In addition, a high-frequency current flows in each rung, which is distributed in such a way that it is zero in the middle and maximum at the ends. This current generates a magnetic field maximum at the ends of the rung, which is coupled with the magnetic fields of the neighboring rungs. This coupling corresponds in FIG. 2 to the inductive couplings of the inductances L ₂ and L ₃ with the inductances L _{1 of} the successive circuits. Overall, the substitute scheme in FIG. 2 is therefore represented as a chain of parallel resonance circuits which are coupled _{on the one hand by the capacitances C 2} and on the other hand by the inductances L ₂ and L _3. It is well known that in such a chain ladder the electrical and magnetic coupling counteract each other, so that the resulting coupling is very small. It is also known that a chain of loosely coupled circuits has a very small bandwidth and that it is necessary that the circuits are very precisely tuned to the resonance frequency. This is the case in the line in FIG. 1, in which the dispersion (the change in the degree of delay 'c / v _ph as a function of the wavelength) is very strong and in which the slightest mechanical manufacturing error results in a resonance frequency deviation of the successive individual circuits which, due to the narrow bandwidth B, prevents practically any propagation of an electromagnetic field along the line.

In einer in den Comtes-Rendus de l'Academie des Sciences, Paris 1950 (S. 1220 und 1221), veröffentlichten Untersuchung wurde bereits vorgeschlagen, bei einer Leitung der Kammbauart die obengenannten Nachteile wegzuschaffen, indem man eine der zwei Kopplungen in der Weise umändert, daß derselben ein von der Größenordnung der anderen Kopplung verschredrener Wert erteilt wird.In one published in the Comtes-Rendus de l'Academie des Sciences, Paris 1950 (pp. 1220 and 1221) Investigation has already been proposed in the case of a line of the comb type to eliminate the above disadvantages by changing one of the two couplings in such a way that that it grants a value that is cryptic by the order of magnitude of the other coupling will.

Man hat auch Mittel vorgeschlagen, um bei einer solchen Kammleitung die elektrische Kopplung durch Erhöhung der Kapazität zwischen den freien Enden der Kammfinger und der Metallplatte zu verringern, welche der in Fig. 1 dargestellten Platte 3 ähnlich ist. Man kann auch die letztere Anordnung spiegelsymmetrisch verdoppeln, womit eine Sprosseinleitung erhalten wird, in der die elektrische Kopplung mit Bezug auf die magnetische verringert wurde, und wobei die Entkopplungsmittel die Form einer auf der Platte 3 befestigten Längsleiste annehmen, die symmetrisch mit Bezug auf die mittlere Längsebene angebracht wird, so daß die Entfernung zwischen· den Mittelteilen der Sprossen und dieser Leiste gegenüber der Entfernung zwischen den Seitenteilen der Sprossen und der Platte vermindert ist. Die Kapazität zwischen der Platte und den Teilen der Sprossen, wo das elektrische Feld maximal ist, ist somit erhöht.Means have also been proposed for the electrical coupling in such a comb line by increasing the capacitance between the free ends of the comb fingers and the metal plate reduce, which is the plate 3 shown in Fig. 1 is similar. You can also do the latter Double the arrangement mirror-symmetrically, whereby a rung initiation is obtained in which the electrical Coupling with respect to the magnetic has been reduced, and the decoupling means take the form of a longitudinal bar fixed on the plate 3, symmetrical with reference is attached to the median longitudinal plane, so that the distance between the central parts of the Rungs and this bar compared to the distance between the side parts of the rungs and the plate is reduced. The capacity between the plate and the parts of the rungs where the electric field is maximum, is thus increased.

Die Erfahrung zeigt jedoch, daß eine solche Leitung, obwohl sie in gewissen Grenzen wirksam ist, was die Fortpflanzungsmöglichkeit des elektromagnetischen Feldes betrifft, noch immer eine zu starke Dispersion für gewisse gewünschte Bandbreiten zeigt.Experience shows, however, that such guidance, although effective within certain limits, as far as the possibility of propagation of the electromagnetic field is concerned, still one to shows strong dispersion for certain desired bandwidths.

Die Erfindung betrifft noch wirksamere Leitungen, welche kräftigere Mittel aufweisen^ um eine elektrische Entkopplung zu erhalten.The invention relates to more effective lines which have more powerful means to get an electrical decoupling.

Erfindungsgemäß bestehen solche Mittel aus auf der Grundplatte angebrachten Stegen, welche die aufeinanderfolgenden Sprossen in deren Mitten voneinander trennen. Die Wirksamkeit dieser Stege kann noch erhöht werden, indem man dieselben mit der obenerwähnten Längsleiste kombiniert.According to the invention, such means consist of webs attached to the base plate, which the Separate successive rungs from one another in the middle. The effectiveness of these webs can be increased by combining them with the above-mentioned longitudinal bar.

Beispiele von Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung, und zwar zeigenThe drawing shows examples of embodiments of the subject matter of the invention, namely demonstrate

Fig. 3 und 4 zwei Aueführungsbeispiele von Einrichtungen zur Herabsetzung der elektrischen Kopplung und3 and 4 show two exemplary embodiments of devices for reducing the electrical power Coupling and

Fig. 5 Dispersionskurven, die den Leitungen nach Fig. 3 bis 4 entsprechen.FIG. 5 dispersion curves which correspond to the lines according to FIGS. 3 to 4. FIG.

In Fig. 3, bei der. für einander entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden, wird die elektrische Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Sprossen dadurch vermindert, daß zwischen den Sprossen 2 Stege 5 angeordnet werden, die auf der Platte 3 befestigt sind und deren Breite sich um den Mittelteil der Sprossen erstreckt. Die Kapazität C₂ des Ersatzschemas der Fig. 2 wird so durch zwei in Reihe geschaltete Kapazitäten ersetzt, was bekanntlich auf eine verringerte resultierende Kapazität hinausläuft.In Fig. 3, in which. the same reference numerals are used for corresponding parts as in Fig. 1, the electrical coupling between the successive rungs is reduced in that between the rungs 2 webs 5 are arranged, which are attached to the plate 3 and whose width extends around the central part of the Rungs extends. The capacitance C _{2 of} the replacement scheme in FIG. 2 is thus replaced by two capacitors connected in series, which, as is known, amounts to a reduced resulting capacitance.

In Fig. 4 wird die Anordnung der Fig. 3 kombiniert mit einer an sich bekannten Leiste 4 verwendet, die zwischen der Platte 3 und den Sprossen 2 angeordnet ist.In Fig. 4, the arrangement of Fig. 3 is used in combination with a bar 4 known per se, which is arranged between the plate 3 and the rungs 2.

Die Entkopplung durch Stege gemäß Fig. 3 und 4 weist einen Vorteil auf, der darin besteht, daß in iao einer Wanderfeldröhre, in der sich bekanntlich die parallel zur Verzögerungsleitung fortschreitende Elektronenströmung allmählich der genannten Leitung nähert, indem sie in dem Wechselwirkungsraum fortschreitet, vor allem die Stege 5 und nicht die Sprossen von den Strömungsfäden des Elek-The decoupling by webs according to FIGS. 3 and 4 has an advantage, which is that in iao a traveling wave tube in which, as is well known, the parallel to the delay line progressing Electron flow gradually approaches said line by advancing in the interaction space, especially the webs 5 and not the rungs of the flow threads of the elec-

tromenstrahls getroffen werden. Die Elektronen werden also* von kräftigen Bauelementen absorbiert, die eine gute Wärmeableitung sicherstellen.be hit by a torrent. The electrons are therefore * absorbed by powerful components, which ensure good heat dissipation.

Die elektrische Entkopplung, die mit den Maßnahmen gemäß Fig. 3 und 4 erzeugt wird, wird von Fig. 3 nach Fig. 4 immer wirksamer als die bekannte, nur die Leiste 4 benutzende Entkopplung. Fig. 5 zeigt drei Kurven, die das Verzögerungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Lichtgeschwin- digkeit c zur Phasengeschwindigkeit v_p}l in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ wiedergeben und es somit ermöglichen, die Dispersion zu bestimmen. Die Kurve 1 entspricht der bekannten, nur die Leiste 4 benutzenden Leitung, die Kurven 2 und 3 der Leitung der Fig. 4, in welcher man den Stegen 5 zwei verschiedene Höhen gegeben hat, wobei die der Kurve 3 entsprechende Höhe größer ist. Die Gerade 4 stellt den Ort der Grenzfrequenzen dar. Die vollausgezogenen Kurventeile entsprechen einer Fortpflanzung mit der größten der möglichen Phasengeschwindigkeiten (Raumgrundwelle) und die gestrichelten Kurventeile einer Fortpflanzung mit einer der ersten· Raumoberwelle entsprechen den Phasengeschwindigkeit. Man sieht also,- daß, je wirksamer die elektrische Entkopplung ist, desto schwächer die Dispersion und desto größer folglich die Bandbreite der Leitung wird.The electrical decoupling that is generated with the measures according to FIGS. 3 and 4 is always more effective from FIG. 3 to FIG. 4 than the known decoupling which only uses the bar 4. 5 shows three curves which reproduce the delay ratio, ie the ratio of the speed of light c to the phase speed v _{p} l} as a function of the wavelength λ and thus make it possible to determine the dispersion. The curve 1 corresponds to the known line using only the bar 4, the curves 2 and 3 to the line of FIG. 4, in which the webs 5 have been given two different heights, the height corresponding to the curve 3 being greater. The straight line 4 represents the location of the limit frequencies. The fully extended curve parts correspond to a propagation with the greatest of the possible phase velocities (fundamental space wave) and the dashed curve parts to a propagation with one of the first spatial harmonics correspond to the phase velocity. It can thus be seen that the more effective the electrical decoupling, the weaker the dispersion and consequently the greater the bandwidth of the line.

Die Erfindung ist für Anwendung bei allen Elektronenröhren geeignet, die nach dem Prinzip der Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und Welle arbeiten. Eine besondere Anwendung ist indessen für Wanderfeldröhren beabsichtigt, die gemäß einer Wellenart, in der die Phasengeschwindigkeit dasselbe Vorzeichen wie die Gruppenges chwindigkeit hat (Vorwärtswellenbetrieb), als Verstärker betrieben werden, oder die als Oszillator gemäß einer Wellenart arbeiten, in der die beiden Geschwindigkeiten das umgekehrte Vorzeichen haben (Rückwärtswellenbetrieb). In Fig. 5 nehmen die ausgezogenen Kurventeile mit zunehmender Wellenlänge ab, was bedeutet, daß die PhasengeschwinThe invention is suitable for use in all electron tubes that operate on the principle of Interaction between electron beam and wave work. A special application is however intended for traveling wave tubes according to a wave type in which the phase velocity has the same sign as the group speed (forward wave operation) as an amplifier are operated, or which work as an oscillator according to a type of wave in which the two speeds have the opposite sign (Reverse wave operation). In Fig. 5, the solid curve parts take with increasing wavelength from, which means that the phase velocity

digkeit dasselbe Vorzeichen wie die Gruppengeschwindigkeit für die Wellenart, die diesen Kurventeilen entspricht, hat. Die gestrichelten Kurventeile dagegen wachsen mit zunehmender Wellenlänge an, was einer Gruppengeschwindigkeit entgegengesetzten Phasengeschwindigkeit entspricht. Hieraus ergibt sich, daß dieLeitungen, derenDispersion durch die Kurven der Fig. 5 gegeben ist (elektrisch entkoppelte Leitungen), in den Röhren mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern anwendbar sind, die im Vorwärts-Grundwellenbetrieb als Verstärker oder im Rückwärts-Oberwellenbetrieb als Oszillatoren arbeiten.speed has the same sign as the group speed for the type of wave that these curve parts corresponds, has. The dashed parts of the curve, on the other hand, grow with increasing wavelength, which corresponds to a group velocity opposite phase velocity. From this it follows that the lines, the dispersion of which is given by the curves of Fig. 5 (electrically decoupled Cables), applicable in the tubes with crossed electric and magnetic fields are used in the forward fundamental wave mode as an amplifier or in the reverse harmonic mode as Oscillators are working.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. rung-type delay line for electron tubes with interaction between the electron flow and a die Line passing ultra-high frequency wave in which facilities are provided, to make the coupling between the successive circles of the line tight, by suppressing or greatly reducing the electrical coupling between these circuits, characterized in that the means for reducing the electrical coupling consist of webs that are attached between the successive rungs in the middle are (Fig. 3).

2. Line according to claim 1, characterized in that that a combination of attached between the successive rungs Bars and a bar arranged parallel to the rungs around the middle of the rungs and between these rungs and the whole pipe supporting plate is used (Fig. 4).

Considered publications:
Comptes-Rendus, 1950, Vol. 231, pp. 1220 to 1221.

Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings