DE954076C - Wanderfeldroehre, bei der zur Wellenuebertragung ein Rechteck-Hohleiter verwendet wird - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. DEZEMBER 1956

W 12595VIIIa/21 a*

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenübertragungs-Einrichtungen, insbesondere auf sogenannte Wanderfeldröhren.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau eines wellenleitenden Kreises zu vereinfachen, der zur Verstärkung oder Erzeugung von elektromagnetischen Schwingungen mit Millimeterwellenlängen geeignet ist.

Eine andere Aufgabe besteht darin, eine Breitbandverstärkung bei Wanderfeldröhren ohne Einbuße an Verstärkung zu erreichen und eine einfache Herstellung des Wellenleiters zu erreichen.

Mikrowellenübertragungs-Einrichtungen des sogenannten Wanderfeldröhrentyps, die einen Energieübergang von einem Elektronenstrahl auf eine sich entlang des Kreises fortpflanzende elektromagnetische Welle bewirken, bieten besondere Vorteile, die man bei anderen verstärkenden Einrichtungen nicht findet, nämlich eine brauchbare Verstärkung in einem sehr breiten Frequenzband. Da diese Bandbreite, in Prozent der Betriebsfrequenz ausgedrückt, verhältnismäßig konstant ist, ist es wünschenswert, die Betriebsfrequenz so weit wie möglich zu erhöhen, und zwar auf einen Wert, bei dem z. B. eine Bandbreite von io°/₀ mehrere tausend Megahertz umfaßt. Leider treten aber verschiedene Schwierigkeiten auf, wenn die Betriebsfrequenz erhöht wird. Zum Beispiel wurde eine Wendel, wie sie gewöhnlich in Wanderfeld-

röhren zur Fortpflanzung einer »schnellen« elektromagnetischen Welle benutzt wird, bei einer Röhre verwendet, die bei etwa 50 000 MHz arbeitete, doch ist die Verstärkung der Röhre so begrenzt und die Wendel wegen ihrer mikroskopisch kleinen Größe so schwierig herzustellen, daß eine solche Anordnung wenig befriedigt. Eine andersartige Lösung dieser Probleme wurde von S. Millman in einem Aufsatz »A Spatial Harmonie Traveling Wave Amplifier for Six Millimeters Wavelength«, der in den »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Bd. 39, S. 1040, September 1951 erschienen ist, vorgeschlagen.

Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von dem Arbeitsprinzip mit räumlichen Harmonischen. Eine umfassende Darstellung dieses Prinzips findet der Leser im obenerwähnten Aufsatz. Kurz zusammengefaßt kann gesagt werden, daß dieses Prinzip im wesentlichen darin besteht, daß man einen Elektronenstrahl nur in gegebenen Zwischenräumen mit einer elektromagnetischen Welle in Wechselwirkung treten läßt. Dies geschieht, indem man den Elektronenstrahl in die elektrische Nähe einer Reihe von Unstetigkeiten mit regelmäßigen Abständen bringt, an denen entlang sich eine Welle fortpflanzt. Diese Un-Stetigkeiten werden so gewählt, daß sich zwischen ihnen eine elektrische Feldkomponente parallel zur Richtung des Elektronenstrahls befindet und daß keine derartige Komponente in ihrem Bereich vorhanden ist. Durch Einstellung der Elektrorienstrahlgeschwindigkeit kann bewirkt werden, daß ein gegebenes Elektron jeden Zwischenraum zwischen den Unstetigkeiten zu einer Zeit erreicht, wenn die Stärke des elektrischen Feldes die gleiche ist wie im vorherigen Zwischenraum, als dieses Elektron dort eintraf. Die Elektronen können auf diese Weise in der Phase mit einer Welle synchronisiert werden, die sich entlang diesen Unstetigkeiten fortpflanzt, wobei eine Komponente der Phasengeschwindigkeit parallel zum Elektronenstrahl gleich der Geschwindigkeit der Elektronen, vermehrt um eine so große Geschwindigkeit ist, daß das elektrische Feld sich um ein Vielfaches von 360° zwischen aufeinanderfolgenden Wechselwirkungszwischenräumen dreht.

Gemäß der Erfindung wird ein Elektronenstrahl unter Kopplung mit einem elektrischen Feld ausgesandt, das in der Nähe einer Reihe von Unstetigkeiten mit regelmäßigen Abständen und grundsätzlich einfachem Aufbau vorhanden ist, wobei die Unstetigkeiten sich innerhalb einer wellenleitenden Bahn mit leitender Begrenzung befinden.

Diese Unstetigkeiten, die gleichmäßiger und viel leichter herzustellen sind als die für den gleichen Zweck bisher verwendeten Anordnungen, werden bei einer" speziellen Ausführung durch eine Vielzahl von schlitzartigen Öffnungen in einem dünnen Blech gebildet, während sie bei einer zweiten Ausführung durch parallele, in einem Abstand befindliche Drahtwindungen gebildet werden, zwischen denen sich schlitzartige Öffnungen befinden.

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Wanderfeldröhre, bei der zur Wellenübertragung ein Rechteckhohlleiter verwendet wird, in dessen Innern parallel zur Hohlleiterachse eine Verzögerungsleitung für räumlich harmonische Betriebsweise asymmetrisch angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Besonderheit einer solchen Wanderfeldröhre besteht darin, daß die Verzögerungsleitung aus einem rohrförmigen Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt besteht, dessen eine Breitseite in Richtung der längs des Wellenleiters sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle eine Vielzahl von periodisch aufeinanderfolgenden und im wesentlichen quer zur Wellenfortpflanzungsrichtung angeordneten Durchbrechungen aufweist, und daß Mittel vorgesehen sind, einen Elektronenstrahl entlang der mit Durchbrechungen versehenen Breitseite zu führen.

Ein besseres Verständnis der Art und der Aufgaben der Erfindung läßt sich durch die nachfolgende Erläuterung erbringen, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele gegeben wird.

Erklärung der Zeichnungen:

Fig. ι zeigt die perspektivische Ansicht einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Kreises zur Führung einer räumlichen harmonischen Welle, der aus einem rechteckigen Wellenleiter besteht, welcher eine aufrechte hohle rechteckige Schiene umgibt, in deren Oberfläche sich eine Vielzahl von schlitzartigen Öffnungen in regelmäßigen Abständen befindet;

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil einer zweiten Ausführung eines Kreises zur Führung von räumlichen harmonischen Wellen, der ähnlich wie der Kreis der Fig. 1 aufgebaut ist, bei dem jedoch die Unstetigkeiten durch parallele Windungen eines Drahtes gebildet werden, der um einen U-förmigen Kanal gewickelt ist;

Fig. 3 zeigt einen Seitenschnitt eines Oszillators mit rückwärts wandernder Welle, der als Bestandteil einen Kreis ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten aufweist.

Es soll nun näher auf die Zeichnungen eingegangen werden. In Fig. 1 ist als Beispiel für die Darstellung ein Übertragungskreis 10 gezeigt, der zur Fortpflanzung einer-elektromagnetischen Welle durch eine Reihe von Resonatoren eingerichtet ist, die durch schlitzartige Öffnungen in einer leitenden Oberfläche gebildet werden, so daß die Welle mit einem Elektronenstrahl unter Kopplung mit diesen Resonatoren in Wechselwirkung treten kann. Wellenenergie, die eine Phasengeschwindigkeit entlang des Kreises größer als die Lichtgeschwindigkeit haben kann, kann dann aus dem Elektronenstrahl, der sich in derselben Richtung wie die Welle mit einer Geschwindigkeit von z-B. ein Zwanzigstel der Lichtgeschwindigkeit fortpflanzt, Energie herausziehen.

Der Übertragungskreis 10 besteht aus einem rechteckigen Wellenleiter 11, der eine hohle, rechteckige Schiene 12 umgibt, die sich in der Mitte der Bodenwand des Leiters befindet und an sie angelötet oder geschweißt ist. In der oberen Oberfläche 13 dieser Schiene, die parallel zur unteren und oberen Ober- iao fläche des sie umgebenden Wellenleiters liegt, befindet sich eine Vielzahl von schlitzartigen öffnungen 14, die regelmäßige Abstände d in Richtung der Wellenfortpflanzung aufweisen. Diese Öffnungen bilden zusammen mit dem dazwischenliegenden Metall Schlitzresonatoren, die quer zur Richtung der Wellen-

fortpflanzung liegen. Sie haben eine Breite w und eine Länge/, die sie bei der oberen Grenzfrequenz des Kreises mit einer Viertelwellenlänge in Resonanz kommen läßt. Die untere Grenzfrequenz des Wellenleiters Ii wird durch die Schiene 12 entlang seines mittleren Stückes etwas erniedrigt, wodurch eine Erhöhung der Betriebsbandbreite erreicht wird. Das Maß, um das diese niedrigere Grenzfrequenz verändert wird, hängt von den relativen Abmessungen der Schiene und des umgebenden Wellenleiters ab, jedoch genügt eine Schiene mit Außenabmessungen von etwa fünf Achtel der Innenabmessungen des zugehörigen Wellenleiters. Die Wandstärke der Schiene 12 ist nicht kritisch, doch sollte sie klein im Vergleich zur Betriebswellenlänge im freien Raum sein. Der Längsspalt 15, der senkrecht zu den Öffnungen 14 in die Wand 13 eingeschnitten ist, ergibt einen bequemen Durchlaß für den Elektronenstrahl 16 durch die Reihe der Schlitzresonatoren. Dieser Spalt hat eine vernachlässigbare Wirkung auf die Schlitzresonatoren.

Wenn er nicht erwünscht ist, kann er beseitigt werden, indem die beiden Teile der Wand 13 zusammengebracht werden. Seine Verwendung ist jedoch wünschenswert, da er zusätzlich dazu dient, zu verhindern, daß sich Metall zwischen den Öffnungen aus der Ebene der .Wand 13 herausbiegt, wenn diese Wand ungleichmäßig erhitzt wird.

Das Elektronenstrahlsystem 17 und die Sammelelektrode 18 sind in. bezug auf den Kreis 10 so ausgerichtet, daß der Elektronenstrahl entlang der Achse des Spaltes 15 durch die Öffnungen in der unteren Wand des Wellenleiters 11 fliegt, die für diesen Zweck vorgesehen sind. Die nichtmagnetischen Umhüllungen 19, die diese Elektroden umgeben, bilden zusammen mit (nicht gezeichneten) Fenstern in den Enden 20 und 21 des Wellenleiters 11 und dessen Metallwänden ein luftdichtes Gehäuse.

Die gekrümmten Enden des Übertragungskreises Ii bilden ein einfaches und wirkungsvolles Mittel zur Impedanzanpassung zwischen dem gestreckten Teil des Kreises 10, der die Schiene 12 enthält, und den Eingangs- und Ausgangsleitern, die an den Enden 20 und 21 befestigt sein können. Die Schiene 12 kann durch Öffnungen in der unteren Wand des Wellenleiters eingeschoben und so an Ort und Stelle angelötet oder angeschweißt werden, daß die Krümmung dieser Wand eine wirksame Abschrägung-der Schienenhöhe ergibt. Die inneren Abmessungen des Wellenleiters 11 werden vorzugsweise so gewählt, daß sich eine transversale elektrische Welle in der Grundform mit senkrechtem elektrischem Feld zur oberen und unteren Wand des

. w

Wellenleiters fortpflanzt. Die leitenden Teile des Kreises io werden vorzugsweise aus dem gleichen Metall hergestellt, z. B. aus Kupfer oder aus versilbertem Molybdän.

In Fig. ι ist parallel zum Elektronenstrahl 16 eine einzelne Kraftlinie des magnetischen Flusses Φ gezeichnet, um die Richtung dieses Feldes relativ zum Kreis io anzudeuten. Die Elemente zum Erzeugen dieses Feldes sind nicht gezeichnet, um die Zeichnung zu vereinfachen, es kann jedoch jedes geeignete Mittel benutzt werden, z. B. die in Fig. 3 dargestellten Magnetpole 50 und 51.

Beim Betrieb wird vorzugsweise eine transversale elektrische Welle durch ein geeignetes Mittel an den Kreis 10 angelegt, z. B. durch einen Wellenleiter mit den gleichen Abmessungen wie der Leiter 11. Wenn diese Welle sich von der Zuleitung 20 auf der Seite des Strahlsystems 17 des Kreises zur Sammelelektrode 18 fortpflanzt, wird sie durch räumlich harmonische Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl verstärkt. Dieser räumliche harmonische Vorgang kann am besten durch Betrachtung der nachfolgenden kurzen mathematischen Untersuchung verstanden werden, die speziell auf die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zugeschnitten ist, jedoch auf die räumliche harmonische Wirkung im allgemeinen angewendet werden kann.

Wenn ζ die Richtung der Wellengeschwindigkeit im Wellenleiter ist, so kann in der Nähe der wiederkehrenden Unstetigkeiten im Leiter die z-Komponente einer fortschreitenden Welle geschrieben werden:

wobei ω die Kreisfrequenz und

F (z) = 2 -^m ^exP —'/ (^{2 πη} + ®) -j-

⁽²⁾

ist. Hierbei ist d der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Unstetigkeiten, die hier die Schütze 14 sind, η ist eine ganze Zahl und<9 der Phasenverzug im Winkelmaß von einer Unstetigkeit zur nächsten. Θ ist gegeben durch

Θ =

2 πα.

(3)

wobei λ _g die Leiterwellenlänge der Grundwelle entsprechend η = O in Gleichung (2) ist. Mit der Annahme, daß die Amplitude E_z an den Kanten der Unstetigkeiten oder Schlitze konstant ist und mit E₀ bezeichnet wird, kann A_n geschrieben werden:

E₀ C [·, , ™* Ί j ^2Eo ■ Γ/ ■ ™ * 1

A_n = —^- ι exp j (2 πη + &)-τ- dz = sin (2 πη + Θ) —r-

d J |/^v d \ 2πη+Θ [ ' 2d \

w_

wobei to die Breite eines Schützes 14 ist. Durch Einsetzen in Gleichung (1) ergibt sich:

(4)

= E₀

sin I

2 sin \(z π η +

2πη + Θ exp

Ij \cot— {2πη + Θ) -j j - (5) «5

Aus der letzten Gleichung ist ersichtlich, <iaß iiahe bei den Schlitzunstetigkeiten im Wellenleiter eine unendliche Anzahl von räumlichen harmonischen Komponenten der Grundwelle vorhanden zu sein scheint, wobei jede mit einer anderen Phasengeschwindigkeit

fortschreitet, die gegeben ist durch -. JT&\ ·

Hierbei ist η eine ganze Zahl zwischen—oo und + oo. Wenn man η — ο setzt, sieht man, daß die Grundwelle in der positiven ^-Richtung mit einer Phasengeschwindigkeit von —g- fortschreitet. Für η = ι scheint eine Welle in positiver ^-Richtung mit einer Geschwindigkeit von —— fortzuschreiten, die

geringer als die Geschwindigkeit der Grundwelle ist. Das gleiche gilt für andere positive Werte von n. Für n = — ι scheint eine Welle vorhanden zu sein, die in der positiven ^-Richtung mit einer Phasengeschwindigkeit - —~- fortschreitet, die negativ

ist, da die Grundphasenverschiebung Θ zwischen aufeinanderfolgenden Schlitzen geringer als 2 π ist. Somit entspricht jeder negativen ganzen Zahl η eine

as Welle mit negativer Phasengeschwindigkeit oder mit anderen Worten eine rückwärts laufende· Welle. Die ■ Gruppengeschwindigkeit aller räumlichen harmonischen Wellen liegt bekanntlich stets in Richtung der Leistungsfortpflanzung und ist für alle Wellen die gleiche einschließlich der Wellen mit negativer Phasengeschwindigkeit.

In der Nähe der Leiterwände zwischen den Schlitzen, d. h. im Metallgebiet zwischen den Schlitzen 14, finden die Elektronen keine ^-Komponente des elekirischen Feldes vor, während sie beim Vorbeigehen an einer Schlitzöffnung ein starkes elektrisches Feld in z-Richtung vorfinden. Dieser abwechselnde Übergang vom Strömungsraum zum Wechselwirkungsraum ist analog dem stroboskopischen Lichtaufleuchten von einem unterbrochenen Rad, wobei die Dauer eines jeden Aufleuchtens der Zeit entspricht, während der die Elektronen im Wechselwirkungsraum über den Schlitzöffnungen sind, wobei ferner der Zeitraum zwischen dem Aufleuchten der Zeit entspricht, die die Elektronen brauchen, um von einer Schlitzmitte zur nächsten zu fliegen, und wobei schließlich die Winkelgeschwindigkeit des Rades der Phasengeschwindigkeit der räumlichen Grundharmonischen der fortschreitenden Welle entspricht. Für eine gegebene Radgeschwindigkeit gibt es eine stroboskopische Frequenz, bei der das Rad stillzustehen scheint; dieses scheinbare Nichtdrehen des Rades entspricht dem Synchronismus zwischen einer räumlichen Harmonischen der Welle und den Elektronen. In diesem synchronen Zustand »sieht« ein einzelnes Elektron jeweils den gleichen Feldvektor, wenn es an einer Schlitzöffnung vorbeigeht, daher wird die Forderung für die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Welle und Elektronenstrahl in der Tat durch »Täuschen« der Elektronen erfüllt.

Mit der Annahme, daß die Gruppengeschwindigkeit der im Wellenleiter fortschreitenden Welle der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls entgegengesetzt ist, kann man der obigen Analogie folgend sehen, daß die Elektronen mit einer räumlich Harmonischen der Welle mit einer gegenüber der Gruppengeschwindigkeit negativen Phasengeschwindigkeit synchronisiert werden können. Wenn solche Bedingungen tatsächlich in einer Röhre für räumlich harmonische Betriebsweise herrschen, fließt elektromagnetische Energie vom Sammelelektrodenende der Röhre .zum Elektronenstrahlsystemende. Die Betriebsart, die bis zu einem kritischen Wert des Strahlstromes zur Verstärkung brauchbar ist, ist in gleicher Weise zur Schwingungserzeugung jenseits dieses. kritischen Wertes zu verwenden, da der zur» Aufrechterhaltung der Schwingungen notwendige Rückkopplungsweg automatisch durch den Elektronenstrahl gewährleistet ist.

Durch Betrachtung der Fig. 1 wird offensichtlich, daß irgendwo zwischen dem Zustand, bei dem der Schlitzabstand d gleich der Schlitzbreite w ist, in welchem Falle im wesentlichen keine Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Elektronenstrahl auftritt, und dem Zustand, bei dem die Breite w der Schlitzöffnung gleich Null ist, in welchem Falle die Wechselwirkung gleichfalls Null ist, ein Verhältnis der Schlitzbreite zum Schlitzabstand vorhanden sein muß, das eine optimale Wechselwirkung ergibt, wenn eine reine Verstärkung vorhanden sein soll. Nun kann gezeigt werden, daß die für den Synchronismus erforderliche Elektronengeschwindigkeit V_e gegeben ist durch

V =

(6)

wobei ω die Kreisfrequenz, d der Abstand von Schlitzmitte zu Schlitzmitte und Θ die Grundphasenverschiebung zwischen den Schlitzen ist, gewöhnlich —

bis —. Es kann ferner gezeigt werden, daß die Verstärkung der mit den Elektronen in Wechselwirkung tretenden elektromagnetischen Welle proportional

₂ [(2 π η + Θ) w]

SUl²

Verst. =

(2 π η -f-

(7)

■zd

ist, wobei K eine Proportionalitätskonstante und w die Breite einer Schlitzöffnung ist. Durch Differenzieren

der letzten Gleichung nach -j- und durch Gleichsetzen

Cb

des Resultats mit Null sieht man, daß die Verstärkung ein Maximum ist, wenn

2,33

{2πη ■

(8)

Wie oben erwähnt, können praktische Werte von Θ mo etwa zwischen — < Θ < —liegen. Somit kann w leicht

aus den Gleichungen (6) und (8) für eine gegebene Elektronengeschwindigkeit V_e, einen gegebenen Wert von η und eine gegebene Betriebsfrequenz bestimmt werden.

Der Schlitzabstand und die Abmessungen in dem in Fig. ι dargestellten Kreis können gemäß den Gleichungen (6) und (8) zur Synchronisierung des Elektronenstrahls entweder mit vorwärts oder mit rückwärts wandernden räumlichen harmonischen Wellen gewählt werden. Die Zahl der verwendeten Schlitze hängt von der gewünschten Verstärkung ab, doch reichen etwa ioo für die üblichen Verstärkungsforderungen aus. Selbstverständlich kann eine An- Ordnung, die für eine besondere Form des räumlichen harmonischen Betriebs bei einer gegebenen Frequenz und bei einem Elektronenstrahl mit einer bestimmten Geschwindigkeit bemessen ist, außerdem verwendet werden, um eine Wechselwirkung zwischen Wellen mit den gleichen oder etwas anderen Frequenzen und Elektronenstrahlen mit sehr verschiedenen Geschwindigkeiten zu erhalten. Die nachfolgenden Abmessungen, die lediglich zur Erläuterung gegeben werden, haben sich als befriedigend für einen Kreis ergeben, der entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Form gebaut wurde, um Synchronismus zwischen der ersten räumlichen harmonischen Vorwärtswelle und einem Elektronenstrahl mit einer ungefähr 1300 Volt entsprechenden Geschwindigkeit zu erhalten: Länge I = 0,220 /I₀, Abstand d = 0,086 /I₀, Breite w = 0,025/I₀ und Breite des Spalts 15 = 0,065/I₀, wobei A₀ die Wellenlänge im freien Raum bei der mittleren Betriebsfrequenz ist.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil des Mittelstückes eines Kreises 30 ähnlich dem in Fig.i gezeichneten, der für räumlich harmonische Betriebsweise geeignet ist. Hier werden· die Schlitzresonatoren durch parallele Windungen des Drahts 31 gebildet, die im wesentlichen quer zum Oberteil des tragenden jj-förmigen Kanals 32 liegen. Die Steigung, -mit der der Draht um den Kanal gewickelt ist, bestimmt den Schlitzabstand d, während diese Steigung zusammen mit dem Drahtdurchmesser die Breite der Öffnungen zwischen den Windungen bestimmt. Die Länge der Windungen des Drahts 31 auf dem Oberteil des Kanals ist bei Nichtvorhandensein eines Längsspalts entsprechend dem Spalt 15 in Fig. 1 so gewählt, daß diese Windungen zusammen mit den zwischen ihnen liegenden Öffnungen eine Resonanz mit halber Wellenlänge bei der oberen Grenzfrequenz des Kreises bilden. Der Wellenleiter 33, der den um den Kanal oder die Schiene gewickelten Draht umgibt, kann ebenso beschaffen sein wie der Leiter 11 in Fig. 1, doch braucht er nicht notwendigerweise so aufgebaut zu sein. Wie in Fig. 1 ist diese Schiene an der Bodenwand des Leiters befestigt und befindet sich in der Mitte zwischen dessen-Seitenweiten. .Ein (nicht gezeichnetes) Elektronenstrahlsystem und eine Sammelelektrode ähnlich denen in Fig. 1 können benutzt werden, um einen Elektronenstrahl eben oberhalb und unterhalb der Windungen des Drahtes 31 zu leiten. (Nicht gezeichnete) Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, das mit der Achse des Elektronenstrahls in einer Linie liegt, können ebenso aufgebaut sein wie die in Fig. 3 dargestellten.

Es ist nicht notwendig, daß der-Draht 31 einen besonderen Querschnitt hat, doch ist er vorzugsweise rund, wie gezeichnet, oder bandförmig mit einer Dicke, die geringer ist als seine Breite. Die Dicke des Drahtes ist nicht kritisch, jedoch soll sie wie die Dicke der Schienenwände des Kreises 10 geringer sein als die Wellenlänge im freien Raum bei der Betriebsfrequenz. Aus Gründen der mechanischen. Stabilität soll der Draht vorzugsweise dicht um den Kanal 32 herumgewickelt sein, wenn auch andererseits Drahtstücke über die Kanalöffnung gelegt und durch einen Rahmen oder durch andere geeignete Mittel in ihrer Lage befestigt sein können.

Jede dieser Drahtanordnungen ist insbesondere für den Betrieb mit räumlichen harmonischen Rückwärtswellen geeignet, da das Verhältnis des Raumes w zwischen den Drähten zum Abstand d leicht so ausgeführt werden kann, daß es den Gleichungen (6) und (8) für negative ganze Zahlen genügt. Ein Verhältnis von ^-= — hat sich bei diesen Anordnungen als ge-

eignet erwiesen, um den Synchronismus des Elektronenstrahls mit der ersten Rückwärtswelle zu erhalten.

Ein kleineres Verhältnis in der Nähe von — soll für die „

- 3

erste Vorwärtswelle benutzt werden.

Die Arbeitsweise des Wellenleiterkreises 30 ist im wesentlichen die gleiche wie beim Kreis 10 in Fig. 1. Es ist hier lediglich notwendig, zu erwähnen, daß zur Verstärkung mit räumlichen harmonischen Rückwärtswellen die Wellenenergie am Sammelelektrodenende des Kreises 10 zugeführt und am Elektronenstrahlsystemende abgenommen werden soll.

Selbstverständlich ist keine der oben beschriebenen Wellenleiterkreise auf die Verstärkung mit räumlichen harmonischen Wellen beschränkt, da jede dieser Anordnungen zur Erzeugung von Wellenenergie entweder in üblicher Weise oder durch Rückwärtswellenbetrieb benutzt werden kann, wenn sie die erforderlichen Abmessungen aufweist. Die üblichen Schwingungen können bei jedem Verstärker einfach dadurch erhalten werden, daß ein genügend großer Teil der Ausgangsenergie zum Eingang des Verstärkers zurückgeführt wird. Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung ist so bekannt, daß eine weitere Erläuterung überflüssig ist. Die Erzeugung von Rückwärtswellenschwingungen ist andererseits eine neue Entwicklung in der Technik, so daß in Anbetracht der Bedeutung der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht eine kurze Beschreibung eines Rückwärtswellen-Oszillators zweckmäßig ist.

Fig.. 3 zeigt die Seitenansicht eines Rückwärtswellen-Oszillators, bei dem ein Kreis 40, im wesentlichen ebenso aufgebaut wie Kreis 30, das wellenfortpflanzende Element bildet. Dieser Kreis ist in bezug auf das Elektronenstrahlsystem 41 und den Auffangehohlraum 42, welcher die Sammelelektrode darstellt, so ausgerichtet, daß der Elektronenstrahl eben oberhalb und unterhalb der um den Kanal 45 gewickelten Drahtwindungen 44 fliegt. Am Sammelelektrodenende des Kreises befindet sich innerhalb des Leiters 47 auf jeder Seite des Kanals 45 Widerstandsmaterial 46, um die Reflexion von Wellenenergie an dieser Stelle auf ein Minimum zu bringen. Wellenenergie, die vom Ausgangsanschluß am Elektronenstrahlsystemende durch Impedanzfehlanpassung zurückgeworfen werden kann, wird hierdurch wesentlich vermindert, und

ihre unerwünschte Interferenz mit in entgegengesetzter Richtung fortschreitender Energie wird zum größten Teil beseitigt. Am Strahlsystemende des Kreises wird dem Kreis Schwingungsenergie entnommen, und zwar durch eine Fortsetzung des Leiters 47, die zur Impedanzanpassung nach unten gekrümmt ist, wie oben erklärt wurde. Im gebogenen Teil der oberen Wand des Leiters ist eine geeignete Öffnung zum Durchlaß des Elektronenstrahls 43 vor-

gesehen. Der Leiter 47 ist in den Kolben 48 eingeschmolzen. Dieser Kolben bildet zusammen mit dem Fenster 49 im Leiter und den Magnetpolen 50 und 51 ein luftdichtes Gehäuse, das den Elektronenstrahl umgibt. Der Auffangeraum 42 im Polschuh 51 ist etwa

so geformt, wie er gezeichnet ist, um die Sekundäremission von diesem Teil zu verringern, der als Sammelelektrode dient. Alle Elemente im Gebiet zwischen den Polschuhen sollen unmagnetisch sein, so daß das Magnetfeld den Elektronenstrahl entlang der Achse, mit der das Feld in einer Linie liegt, fokussieren kann.

Wenn die Stromdichte des Elektronenstrahls bei der Anordnung in Fig. 3 einen gewissen kritischen Wert übersteigt, können plötzlich bei einer Frequenz, die durch die Strahlgeschwindigkeit bestimmt ist, Schwingungen einsetzen. Wellenenergie, die am Sammelelektrodenende des Kreises 40 entsteht, fließt zum Ausgangsende des Kreises, wo sie durch das Fenster 49 einem geeigneten Ausgangsanschluß zu-

geführt wird. Wenn diese Energie entlang der mit Draht bewickelten Schiene innerhalb des Leiters 47 vorbeigeht, wird sie durch Wechselwirkung zwischen ihrer rückwärts wandernden räumlichen Harmonischen, die mit dem Elektronenstrahl synchronisiert ist, und dem Elektronenstrahl verstärkt. Diese Wechselwirkung verursacht gleichzeitig eine Bündelung des Elektronenstrahls. Diese Bündelung verursacht ihrerseits eine Erhöhung der Wellenenergie, welche wiederum eine Bündelung des Elektronen-Strahls zur Folge hat usw. Somit wird die zur Aufrechterhaltung der Schwingungen notwendige Rückkopplungsenergie automatisch durch den Elektronen-" strahl zum Kreis zurückgeführt. Da für eine gegebene Wellenleiteranordnung die Frequenz der Schwingungen in der Hauptsache durch die Elektronengeschwindigkeit bestimmt ist und da diese Geschwindigkeit leicht in einem großen Bereich elektrisch verändert werden kann, kann die Frequenz in hohem Maße und mit einer sehr breiten Bandbreite moduliert werden.

Die beschriebene Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungen beschränkt. Außerdem können die oben im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Eingangs- und Ausgangsanschlüsse durch gleichwertige Mittel ersetzt werden, ohne die Art der Erfindung zu ändern. Schließlich wird es dem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann klar sein, daß die Abmessungen der in der beigegebenen Zeichnung dargestellten Wellenleiterkreise in einem weiten Bereich gewählt werden können, ohne daß man vom Wesen und Ziel der Erfindung abweicht.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre, bei der zur Wellenübertragung ein Rechteckhohlleiter verwendet wird, in dessen Innern parallel zur Hohlleiterachse eine Verzögerungsleitung für räumlich harmonische Betriebsweise asymmetrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung aus einem rohrförmigen Wellenleiter von rechteckigem Querschnitt besteht, dessen eine Breitseite in Richtung der längs des Wellenleiters

- sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle eine Vielzahl von periodisch aufeinanderfolgenden und im wesentlichen quer zur Wellenfortpflanzungsrichtung angeordneten Durchbrechungen aufweist, und daß Mittel vorgesehen sind, einen Elektronenstrahl entlang der mit Durchbrechungen versehenen Breitseite zu führen.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht mit Durchbrechungen vorgesehene Breitseite des Wellenleiters mit einer Breitseite des den Wellenleiter umgebenden Rechteckhohlleiters leitend verbunden ist.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen quer zur Wellenfortpflanzung angeordnete Schlitze sind.

4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Durchbrechungen versehene Wellenleiter aus einem Teil von U-förmigem Querschnitt besteht, der mit einem draht- oder bandförmigen Leiter wendelförmig bewickelt ist, derart, daß die Windungen der Wendel in Abstand voneinander liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 827 660.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

©609530/335 6.56 (609 705 12.56)