DE954276C - Wanderfeldroehrenanordnung mit einem langgestreckten wendelfoermigen Wellenleiter - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 13. DEZEMBER 1956

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Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenstrahlröhren in Form von Wanderfeldverstärkerröhren mit einem wendeiförmigen Wellenleiter.

Es ist bereits eine Wanderfeldröhre für den Betrieb als Hochfrequenzgenerator bekannt, welche einen langgestreckten wendelförmigein Wellenleiter enthält, der an beiden Enden in geradlinige, in der Achsenrichtung der Wendel ■ verlaufende und von der Wendel abgewandte Leiterstücke übergeht, die zum Anschluß des Wellenleiters dienern. Diese Leiterstücke sind je an einen Zylinder angeschlossen, der den Elektronenstrahl umschließt. Diese Zylinder sind kapazitiv durch die Röhrenwand hindurch mit Kopplungsflanschen von Koaxialleitungen oder von Hohlrohrleitern gekoppelt, die den Eingangs- und den Ausgangskreis der Röhre bilden. Der wendeiförmige Wellenleiter wird somit an den Ausgangs- und Eingangskreis mittels der geraden Leiterstücke angekoppelt, die vor der Mündung der Eingangs- und Ausgangswellenleiter liegen. Die Wellenleiter des Eingangs- und Ausgangskreises sind miteinander durch ein Rohr verbunden, welches den wendeiförmigen Wellenleiter gegen äußere Einflüsse abschirmt.

Es ist außerdem eine Wanderfeldröhre bekannt, bei welcher der wendeiförmige Wellenleiter an einen Eingangs- und einen Ausgangskreis jeweils mittels eines geradlinigen, in der Richtung der

Wendelachse verlaufenden, von der Wendel abgewandten, frei endenden Leiterstückes angekoppelt ist.

Bei den beiden bekannten Einrichtungen müssen sich die zu den erwähnten Zylindern führenden und auch die frei endenden Leiterstücke über einen Teil der Röhrenlänge erstrecken., der einen erheblichen Teil der ganzen Röhrenlänge ausmacht.

Die Erfindung setzt eine Wanderfeldröhre mit ίο einem langgestreckten wendeiförmigen Wellenleiter als bekannt voraus, bei der die Ankopplung der Wendelleitung an die äußeren Kreise mit Hilfe von parallel zur Wendelachse verlaufenden Leiterstücken geschieht,- die frei enden oder die an metallische Ringe angeschlossen sind, welche ihrerseits durch die Röhrenwand hindurch kapazitiv mit Flanschteilen des Eingangs- und des Ausgangskreises gekoppelt sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ankopplung dienenden Leiterstücke vom Ende der Wendelleitung ausgehend, außerhalb derselben und im Bereich des Eingangs- und des Ausgangskreises in Richtung auf die Mitte der Röhre zurückverlaufen.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer bekannten Ausführung einer Wanderfeldröhre mit einem wendeiförmigen Wellenleiter;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Röhre;

Fig.. 3 zeigt eine Teilansicht einer gegenüber Fig. 2 geänderten Ausführungsform; ·

Fig. 4 zeigt einen Transversalschnitt längs der Linie 4^4' in Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform.·

Bei der üblichen Ausführung von Wanderfeldverstärkerröhren mit einer Wendelleitung wird ein Elektronenstrahl in Richtung der Wendelachse mit einer Geschwindigkeit gesandt, die etwa gleich der axialen Phasengeschwindigkeit der längs' der Wendelleitung sich fortpflanzenden Wellen ist. Das elektrische Feld, welches durch das zu verstärkende Signal längs der Wendelleitung erzeugt wird, bewirkt eine Geschwindigkeitsmodulation der Elektronen, die ihrerseits Energie an die Signalwelle zurückgeben, so daß diese in ihrer Amplitude verstärkt wird.

Am Anfang und am Ende der Wendelleitung sind geeignete Mittel zur Ankopplung an die Eingangsund die Ausgangsleitung vorgesehen. Diese Eingangs- und Ausgangsleitungen können Wellenleiter in Form von Hohlrohrleitern oder Koaxialleitungen sein.

Fig. ι zeigt eine übliche Röhrenausführung, bei welcher der Anfang der Wendelleitung 1 an einen Eingangswellenleiter 3 angekoppelt ist,, der transversal zur Röhrenachse verläuft, wobei die Ankopplung mittels eines Teils i._o der Wendelleitung erreicht wird, die mit veränderlicher Steigung in der Achsenrichtung der Wendelleitung liegt und parallel zu dem Anteil E₁ des elektrischen Feldes im Wellenleiter 3 verläuft. Innerhalb des erweiterten Teils 4_a des Kolbens 4, dessen Längsachse in Richtung der Wendelachse 1 liegt, ist ein Kathodenstrahlerzeug-er von üblicher Ausführung angeordnet, der im einzelnen aus einer Kathode 5, einer Fokussierungselektrode 7 und einer Beschleunigungselektrode 9 besteht. Der Abstand von der Beschleunigungselektrode 9 bis zum Ende des oben genannten Teiles i_ö, an dem der aktive Teil der Wendelleitung beginnt, ist mit L₁ bezeichnet. Das andere Ende der Wendelleitung 1 ist an einen Ausgangs wellenleiter 11 mittels eines Teiles I^ angekoppelt, der ebenso wie der Teil i_a in axialer Richtung eine veränderliche Steigung besitzt, so daß er parallel zum elektrischen Feld E₂ im Hohlrohrleiter 11 verläuft. Am rechten Ende der Röhre ist eine Auffangelektrode 13 angeordnet. Der Abstand vom Ende der. Wendel 1 bis zur Auffangelektrode ist mit L₂ bezeichnet. Die aktive Länge der Wendelleitung ist L₃.

Es ist von großer Bedeutung, daß eine Röhre der hier in Rede stehenden Art für eine gegebene Verstärkung so kurz als möglich gebaut wird. In, der Axialrichtung der Wendelleitung darf keine Baulänge für Einrichtungen verbraucht werden, die nicht zur Bildung des Strahles und zur Erreichung der gegenseitigen Einwirkung des Elektronenstrahles und des Wellenfeldes, von Bedeutung sind. Bei den bekannten Modellen wurda ein erheblicher Teil der Baulänge der Röhre dazu benutzt, eine breitbandige Anpassung zwischen der Eingangs- und Augangsleitung und der Wendelleitung zu schaffen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Die bekannte Kopplungsanordnung hat eine Reihe von Nachteilen. Ein Nachteil besteht darin, daß der Elektronenstrahl während seines Verlaufes längs der beiden Teile i_a und I₆ gegenüber den benachbarten Teilen des Röhrenkolben« elektrisch nicht abgeschirmt ist und daß daher an den Innenwänden dieses Röhrenteils im Betriebe veränderliche Spannungen auftreten können. Diese Spannungen rufen aber unerwünschte Änderungen der Strahlgeschwindigkeit längs der Röhrenachse hervor. Ein zweiter Nachteil der Anordnung nach Fig. ι besteht darin, daß die Notwendigkeit ein geeignetes, in der Axialdichtung wirksam, fokussierendes magnetisches Feld zu erzeugen zusätzliche Kosten verursacht. Ein derartiges magnetisches Feld ist andererseits notwendig, damit der Strahl sich nicht verbreitert und keine Elektronen auf der Wendelleitung landen. Die Verstärkung einer Röhre der hier in Rede stehenden Art ist proportional der aktiven Länge der Wendelleitung. Das fokussierende magnetische Feld muß aber längs des ganzen Strahlweges vorhanden sein, wie es in Fig. ι durch die PfeileH angedeutet ist. Jede Verkleinerung der Gesamtlänge des Strahlenweges, z. B. durch Verkleinerung der Abstände L₁ und L₂, ermöglicht also eine Senkung der Kosten für .eine Röhre von gegebener aktiver Länge, d. h. gegebener iao Verstärkung. Ein dritter Nachteil besteht darin, daß der verhältnismäßig große Abstand L₁ das Verhältnis von Signal zu Rauschen bei der Röhre vergrößert. Um ein möglichst geringes Rauschen zu erhalten, kann es notwendig werden, den Ab^ stand L₁ so klein wie möglich zu machen. Je kurzer

die aktive Länge der Wendelleitung ist, um so mehr fällt die Länge der Kopplungseinrichtung ins Gewicht und desto wichtiger wird es, eine Kopplungseinrichtung der bisherigen Art zu vermeiden. Gemäß der Erfindung wird der Anfang der Wendelleitung sehr nahe an die Beschleunigungselektrode des Elektronenstrahlerzeugers herangebracht und die Wendelleitung an die Eingangsleitung mittels eines Leiterstückes angekoppelt,

ίο welches am Ende der Wendelleitung beginnt, und außerhalb derselben und parallel zu ihr in der vom Elektronenstrahlerzeuger abgewandten Richtung verläuft. Für den Fall, daß die Eingangsleitung ein Hohlrohrleiter ist, verläuft die Wendelleitung wenigstens teilweise im Innern des Eingangswellenleiters bis zu einem Punkt, der nahe am Elektronenstrahlerzeuger liegt und der Kopplungsleiter erstreckt sich in der entgegengesetzten Richtung, also wieder innerhalb des Eingangswellenleiters parallel zu dem in ihm erzeugten elektrischen Feld. Der Kopplungsleiter kann dabei an einen Kopplungsring angeschlossen werden, der die Wendelleitung umgibt und kapazitiv mit einem Kopplungsflansch des Hohlrohrleiters gekoppelt ist. Außerdem wird die Ausgangsseite der Wendelleitung nahe an die Auffangelektrode herangebracht und die Wendelleitung an die Ausgangsleitung mittels eines gleichartig wie der Eingangskopplungsleiter ausgeführten Leiters angekoppelt, der vom Ende der Wendelleitung außerhalb derselben in der von der Auffangelektrode abgewandten Richtung parallel zur Achse der Wendelleitung verläuft, d. h. in der Richtung zum Eingangskopplungsleiter. Der Ausgangskopplungsleiter stellt die Kopplung mit der Ausgangsleitung her. Im Ausgangswellenleiter verläuft der Ausgangskopplungsleiter parallel mit dem elektrischen Hochfrequenzfeld, und es besteht daher wieder eine kapazitive Kopplung. Die Wendelleitung selbst ist nicht mit den elektrischen Feldern innerhalb der Hohlrohrleiter gekoppelt. Daher werden diese Felder durch den quer zu den Hohlrohrleitern verlaufenden Teil der Wendelleitung nicht gestört.

Wie in Fig. 2 dargestellt, verläuft der aktive Teil der Wendelleitung 1 quer zu den Eingangsund den Ausgang'shohlrohrleiterni 3 und 11 bis zu Punkten, die der Beschleunigungselektrode 9 und der Auffangelektrode 13 nahe benachbart liegen. Der Anfang und das Ende der Wendelleitung 1 sind an den Eingangs- und den Ausgangswellenleiter mittels Leiterstücke 15 und 17 angekoppelt, welche parallel zur Achse der Wendelleitung zurückverlaufen, d. h. parallel zu den elektrischen Feldern E₁ und E₂, die innerhalb der Hohlrohrleiter bestehen. Die Kopplungsleiter 15 und 17 können entweder mit der Wendelleitung aus einem Stück bestehen oder getrennte Leiterstücke bilden, die mit den Enden der Wendelleitung leitend verbunden sind.

Die freien Enden der Kopplungsleitungen 15 und 17 werden vorzugsweise an Kopplungsringe oder Kopplungshülsen 19 und 21 angeschlossen, welche die Wendelleitung innerhalb des Röhrenkolbens 4 in einem gewissen Abstand von der Wendelleitung umschließen. Die Kopplungsringe 19 und 21 sind durch die dielektrische Kolbenwand 4 hindurch an Flansche 23 und 25 der Wellenleiter 3 und 11 kapazitiv angekoppelt. Die Flansche 23 und 25 können-in der Axialrichtung der Wendelleitung verlängert und miteinander verbunden werden, so daß sie eine Abschirmung der Wendelleitung bewirken, wie in Fig. 3 und S angedeutet ist.

Durch die enge Ankopplung zwischen den Kopplungsleitern 15 und 17 und den beiden Hohlrohrleitern wird die Widerstandsanpassung zwischen jedem Kopplungsleiter und Hohlrohrleiter und daher auch zwischen der Wendelleitung und den äußeren Kreisen innerhalb eines breiten: Bandes viel besserj als es ohne diese Ankopplung möglich ist. Daher ist wegen der guten Anpassung, die sich gemäß der Erfindung über ein viel breiteres Frequenzband erzielen läßt, die Bandbreite der beispielsweise als Verstärker verwendbaren Röhre viel größer als bei einer Röhre ohne diese Kopplung. Um optimale Verhältnisse zu erzielen, soll die elektrische Länge der Kopplungsringe 19 und 21 eine Viertel wellenlänge der mittleren Frequenz des gewünschten Ubertragungsfrequenzbereiches der Röhre sein. Der Kopplungswiderstand ist jedoch für alle Frequenzen verhältnismäßig niedrig mit Ausnahme derjenigen Frequenz, für welche die elektrische Länge der Kopplungsringe etwa eine halbe Wellenlänge oder ein Vielfaches davon beträgt.

In Fig. 2 ist eine Wanderfeldröhre zusammen mit einer Magnetanordnung, welche sich zur Fokussierung des Elektronenstrahl eignet und Eingangs- und Ausgangswellenleiter enthält, dargestellt. Diese Anordnung enthält zwei Polschuhe 27 und 29, die durch einen oder mehrere permanente Magnetstäbe 31 miteinander verbunden sind. Die verschiedenen Elektroden der Rohe sind mittels geeigneter Haltevorrichtungen im Röhrenkolben angebracht und mit äußeren Zuleitungen verbunden zur Zuführung geeigneter Gleichspannungen. Diese letzten sind in der Fig. 2 nicht mit dargestellt.

Da die Wendelleitung gegebenenfalls in einer Stufe schwierig anzupassen ist, kann es vorteilhaft sein, einen Zwischentransformator zur Widerstandsanpassu'ng vorzusehen. Dieser Transformator kann ein Leiter sein,, der einen spiralförmig verlaufenden Teil 35 und einige Wendelwindungen 37 von verhältnismäßig großem Durchmesser besitzt und zwischen die Wendelleitung 1 und dem Kopplungsleiter 15 eingeschaltet ist, wie in FTg. 3 und 4 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Kopplungsleiter 15 an die Wendelleitung 1 im Abstand einiger Windungen vom Ende der Wendelleitung angeschlossen ist. Die freien Windungen 39 wirken als Wider-Standstransformator.

Claims (4)

1. Patentansprüche: .

   i. Wanderfeldröhrenanordnung mit einem langgestreckten wendeiförmigen Wellenleiter, bei der die Ankopplung der Wendelleitung an

   die äußeren Kreise mit Hilfe von parallel zur Wendelachse verlaufenden Leiterstücken erfolgt, die frei enden oder an metallische Ringe angeschlossen sind, welche durch die Röhrenwand hindurch kapazitiv mit Flanschteilen des Eingangs- und Ausgangskreises gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ankopplung dienenden Leiterstücke vom Ende der Wendelleitung ausgehend, außerhalb derselben und im Bereich des Eingangs- und Ausgangskreises in Richtung auf die Mitte der Röhre zurückverlaufen.
2. 2. Röhrenanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsvorrichtungen Mittel zur Erzielung einer Widerstandstransformation enthalten.
3. 3. Röhrenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandstransformator aus einem spiralförmig verlaufenden Leiter besteht, welcher unmittelbar an ao das Ende der Wendelleitung angeschlossen ist.
4. 4. Abänderung einer Röhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Kopplungsleiter an die Wendelleitung an ieptopm um einige Windungen von ihrem Ende entfernten Punkt angeschlossen ist bzw. sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   USA.-Patentschrift Nr. 2 521 760;
   schweizerische Patentschrift Nr. 270 413.

   Hierzu .1 Blatt Zeichnungen

   © 609 530/363 6.56 (609 705 12.56)