DE955700C - Koppelvorrichtung fuer den Hohlraumresonator einer Entladungsroehre - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 10. JANUAR 1957

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre mit einem dosenförmigen Hohlraumresonator. Derartige Entladungsröhren sind z. B. die bekannten Laufzeitröhren nach Art des Klystrons, insbesondere das Reflexklystron.

Es ist bekannt, bei derartigen Entladungsröhren für größere Leistungen, z. B. für Leistungen größer als ι Watt, seitlich am Resonator eine als Koaxialleitung ausgebildete Koppelvorrichtung anzuordnen, und zwar in der Weise, daß am resonatorseitigen Ende der Innenleiter als Koppelschleife ausgebildet ist. Am anderen Ende ist bei den bekannten Ausführungsformen die Koaxialleitung mit einer üblichen Anschlußverbindung für eine weitere Koaxialleitung versehen, die dann zur Verbindung mit einem Verbaucher, beispielsweise einer Hohlrohrleitung, dient. Dieser bekannten. Anordnung haftet der Nachteil an, daß die erforderliche Verbindungsleitung zwischen Koppelvorrichtung und Verbraucher meist unerwünschte Reflexionen und Leistungsverluste mit sich bringt.

Für Entladungsrohren geringerer Leistung, beispielsweise in der Größenordnung von ι oo Milliwatt, wurde deshalb bereits ein anderer Weg beschritten. Man ordnete an einer" der Stirnseiten des wenigstens angenähert dosenförmig ausgebildeten Hohl raumresonatorS) dessen Achse angenähert parallel zur Röhrenachse verläuft, eine Koaxialleitung an, deren Innenleiter am resonatorseitigen Ende als Ankoppelschleife ausgebildet ist und in das Innere des Hohlraumresonators hineinragt. Die Koaxialleitung wurde etwa parallel zur Röhrenachse ver-

laufend angeordnet und durch' den Röhrensockel herausgeführt. Am röhrensockelseitigen Ende der Koaxialleitung ist deren Innenleiter etwas über das Leitungsende hinaus fortgeführt und dient als Anregungsantenne für eine Hohlrohrleitung. Dieser bekannten. Anordnung, die beispielsweise ebenso wie die vorstehend erwähnte in dem Buch »Klystrons and Microwave Triodes«· Radiation Laboratorys Series, Bd. 7, 1948, McGraw-Hill Book Comp., S. 14, dargestellt ist, haftet der Nachteil an, daß die Koaxialleitung unerwünscht lang ist und außerdem in ihrem Wellenwiderstand nicht so einheitlich dimensioniert werden kann wie es für eine möglichst vollständige Auskopplung der Hochfrequenzenergie aus dem Hohlraumresonator erwünscht ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einer Entladungsröhre mit einem dosenförmigen Hohlraumresonator, dessen Achse wenigstens angenähert parallel zur Röhrenachse liegt und an den eine, wenigstens angenähert radial vom Hohlraumresonator wegführende, als Koaxialleitung ausgebildete Koppelvorricbtung angeschaltet ist, die von einem der Befestigung der Röhre an einer Hohlrohrleitung dienenden Flansch umschlossen ist, und deren Innenleiter am resonatorseitigen Ende eine Ausbildung als Koppelschleife und am anderen Ende eine Ausbildung als stab- oder schleifenförmige Anregungsantenne für die Hohlrohr-■ leitung besitzt, diese so aufzubauen, daß der Befestigungsflansch an der Resonatorwand derart angeordnet ist, daß hierdurch eine hur unwesentliche Verlängerung der vom Flansch umschlossenen Koppelleituing gegeben ist, und daß entweder der Außenleiter der Koppelleitung mit der Auflagefläche des Koppelflansches abschließt oder nur geringfügig zum Zweck der hochfrequenten Verbindung mit einer angrenzenden Hohlrohrleitungswandung über die Auflagefläche des Flansches hinausragt.

Bei einer bekannten Anordnung ist eine Röhre zum unmittelbaren Aufsetzen auf eine Hohlrohrleitung mit einem in radialer Richtung des Resonators weisenden Flansch versehen (vgl. »Proc. of the I.E.Ε.«, Bd. 90, Nr. 18, 1952. Teil lila, S. 449'450)· Dieser Flansch ist jedoch nicht unmittelbar am Resonator angesetzt, sondern besitzt gerade gegensätzlich hierzu noch Verlängerungen, die Schraubenverbindungen zur Befestigung der Hohlrohrleitung tragen. Damit ist aber die elektrische Lange der Koppelleitung wesentlich größer als beim Erfindungsgegenstand. . Bei einer anderen bekannten Anordnung wird die Auskopplung von einem dosenförmigen Resonator in eine Hohlrohrleitung an einer Seitenfläche des Resonators vorgenommen, und hierbei ist zur Verbindung des Resonators mit der Hohlrohrleitung an dieser Stelle ein Flansch vorgesehen, jedoch geschieht die Auskopplung bei dieser bekannten Anordnung, die beispielsweise in dem oben bezeichneten Buch auf S. 518 dargestellt ist, über ein sogenanntes Kopplungsfenster bzw. über eine sogenannte Iriskopplung. Diese Anordnung vermeidet zwar ebenso wie der Erfindungsgegenstand die bei den vorstehend erwähnten bekannten Anordnungen erforderliche große Ankopplungsleitung, doch haftet ihr der Nachteil an, daß die Iris- bzw. Blendenkopplung relativ frequenzabhängig ist. Beim Erfindungsgegenstand hingegen ist es möglich, durch die seitliche Anordnung der koaxialen Koppelleitung deren Länge so extrem kurz zu halten, daß praktisch die elektrische Länge dieser Koppelleituiig vernachlässigbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher bedeutend frequenzunabhängiger als die bekannte Anordnung mit Kopplungsblende bzw. -iris und ermöglicht daher die Übertragung breiterer Frequenzbänder. Außerdem kann die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung, auch bei längeren Wellen als dies für eine Iriskopplung möglich ist, Anwendung finden, da bei der Iriskopplung stets ein Hohlleiterzwischenstück · erforderlich ist, dessen Abmessungen zu groß würden, während die Abmessungen der als Koaxialleitung ausgebildeten Koppelvorrichtung im wesentlichen unabhängig von der Betriebswellenlänge sind.

Nachstehend wird an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert. Die Abb. ι zeigt eine schematische Übersicht über die erfindungsgemäße Ankopplung eines Reflex- go klystrons mit einer Hohlrohrleitung 1, die lediglich im Querschnitt dargestellt ist. Das Reflexklystron enthält in bekannter Weise eine Kathode 2, die von einer Fokussierungselektrode 3 umgeben ist und deren Betriebsspannungszuführungen 4, 5 im Röhrensockel angeordnet .sind, wo sich auch der Pumpstutzen 6 der Röhre befindet. Der Hohlraumresonator 7 ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und mit Beschleunigungs- und Steuergittern versehen. An der dem Röhrensockel abgewendeten Seite der Röhre ist eine Reflektorelektrode 8 .angeordnet. Die Wirkungsweise dieser an sich bekannten Röhre ist derart, daß ein von der Kothode ausgehender, durch die Fokussierungselektrode 3 und das Beschleunigungsgitter 9 gebündelter Elektronenstrom den sogenannten Steuerspalt des Hohlraumresonätors 7 zwischen den Gittern 10 und 11 durchläuft und dabei eine Geschwindigkeitsmodulation erfährt. Durch das vor der negativ vorgespannten Reflektoreiektrode 8 sich ausbildende elektrische Feld wird dieser Elektronenstrahl in seiner Bewegungsrichtung umgekehrt, wobei sich die Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation umwandelt. Nach der Richtungsumkehr durchläuft der Elektronenstrahl den Steuerspalt zwischen den Gittern 10 und 11 ein zweites Mal und¹ gibt hierbei seine Wecbselstromenergie an den Hohlraumresonator ab. Die im Hohlraumresonator hierdurch angesammelte elektromagnetische Energie wird mittels der er- iao findungsgemäß vorgeschlagenen Koppelvorrichtung in den Hohlleiter 1 hin ausgekoppelt.

Die erfindungsgemäße Ankoppelanordnung besteht aus der seitlich.an dem Resonator angeordneten kurzen Koaxialleitung 13, deren Innenleiter i»5 am resonatorseitigen Ende als Schleife in das

Innere des Hohlraumre'sonators .7 hineinragt. Am hohlrohrseitigen Ende ist der Innenleiter beispielsweise als Stabantenne ausgebildet und strahlt so seine Energie ab. Der Außenleiter des kurzen Leitungsabschnittes 13 ist von einem Flansch 14 umgeben, der fest mit der Wandung des Resonators 7 verbunden ist und somit sowohl der Befestigung bzw. Halterung der Röhre — an dem Hohlleiter ι — dient als auch die elektrische Verbindung zwischen Außenleiter und Hohlrohrmantel herstellt.

Bei Ausbildung des hohlrohrseitigen Innenleiterendes als stabförmige Anregungselektrode ist eine exakte AnPaSS¹UHg an die Hohlrohrleitung sehr leicht dadurch erreichbar, daß, wie in Abb. 2 gezeigt, an der der Ankopplungsstelle gegenüberliegenden Hohlrohrwandung ein Metallbolzen'15 vorgesehen wird, der in seiner Eintauchtiefe in die Hohlrohrleitung veränderbar ist. Außerdem empfiehlt es sich, in gewissem Abstand von der Anregungselektrode im Innern der Hohlrohrleitung einen Kurzschlußschiqber 16 vorzusehen, damit die für eine exakte Anpassung erforderlichen Freiheitsgrade gegeben sind.

Die Verbindung des Außenleiters der Koaxialleitung mit dem Hohlrohrleitungsmantel kann auf verschiedene Weise erfolgen. Als besonders zweckmäßig hat es sich bei unmittelbarer Verbindungdieser Teile erwiesen, den Kontakt zwischen dem Außenleiter der Koaxialleitung und dem Hohlrohrleitungsmantel mittels einer im Hohlrohrleitungsmantel gelagerten, bei Kontaktgabe den Außenleiter ringförmig umschließenden Spiralfeder 17, so wie in Abb. 3 dargestellt, herzustellen.

Bei der Anordnung nach Abb. 3 ist zusätzlich für die Kontaktgabe noch ein weiteres Metallstück 18 ■ vorgesehen, welches mit dem Hohlrohrleitungsmantel in sehr gutem elektrischen Kontakt steht und der Aufnahme der ringförmig gebogenen Spiralfeder dient. Dieses Metallteil 18 hat zu diesem Zweck eine ringnutenartige Aussparung, in welcher die Spiralfeder 17 eingelegt ist.

An Stelle der Spiralfeder kann auch ein kronenförmiger Kontaktkranz, wie er beispielsweise in der Fachsprache unter. »Tulpenkontakt« bekannt ist, Verwendung finden, der entweder am Außenleiter der Koppelleitung oder am Hohlrohrleitungsmantel oder einem daran angebrachten Metallteil befestigt ist: Das zusätzliche Metallteil empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Hohlrohrleitungsmäntel — was in der Praxis meist der Fall ist — für die Aufnahme einer Kontaktvorrichtung zu geringe Wandungsstärke besitzt.

Eine Anordnung, die Federkontakte als solche völlig vermeidet, ist in der Abb. 4 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist erst in bestimmtem Abstand von der Ankopplungsstelle eine metallische Verbindung zwischen dem Flansch und dem Hohlrohrlejtungsmantel. hergestellt, und zwar.mittels eines ringförmigen Ansatzes 19 an dem Flansch. Dieser ringförmige Ansatz kann· jedoch ohne weiteres auch an dem Hohlrohrleitungsmantel angeordnet werden. Der radiale Abstand zwischen Ankopplungsöffnung und Flansch ist derart gewählt, daß der zwischen Hohlrohrmantel und Flansch so gebildete Zwischenraum bzw. Spalt als elektrisch eine halbe Betriebswellenlänge oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon lange Leitung wirkt, die an ihrem der Ankopplungsstelle abgewenideten Ende kurzgeschlossen ist. Zweckmäßig wird die Leitung niederohmig- ausgeführt, wodurch sich die Frequenzabhängigkeit sehr gering halten läßt.

An Stelle der am Ende kurzgeschlossenen eine halbe Betriebswellenlänge langen Leitung kann indes auch mit Vorteil die Anordnung so getroffen werden, daß lediglich eine elektrisch eine- Viertelbetriebswelleriläinge lange Leitung gebildet wird, die an ihrem der AnkopplungssteMe abgewendeten Ende offen ist. Bei dieser Anordnung empfiehlt es sich unter allen Umständen, den Wellenwiderstand 8a des so gebildeten Leitungsabschnittes· so gering wie nur möglich zu halten. Beispielsweise läßt sich eine derartige Ausbildung in der Weise erzielen, daß, wie in Abb. 5 dargestellt, der Flansch mit einem inneren Bereich nur unter Zwischenlage 8g einer dünnen Folie aus Dielektrikum an der Hohlrohrwandung anliegt und in entsprechender Entfernung außerhalb dieses Bereichs die Befestigung mittels Schraubverbindung od. dgl. erfolgt. Die radiale Abmessung des unmittelbar in geringem Abstand anliegenden mittleren Teiles erfolgt derart, daß die elektrische Länge einer Viertelbetriebswellenlänge· oder einem geraden Vielfachen hiervon entspricht. Es erscheint auf diese Weise ebenso wie bei der am Ende kurzgeschlossenen halben Betriebswellenlänge langen Leitung, die auch ein Vielfaches von einer, halben Betriebswellenlänge lang sein kann, an der Ankopplungsstelle ein Kurzschluß zwischen dem Flansch und der Hohlrohrwandung.

Die Vakuumabdichtung zwischen dem Hohlröhrresonator und dem fortgeführten Innenleiter des Ankopplungsabschnittes erfolgt zweckmäßig so wie in Abb. 3 dargestellt, d. h., die Einschmelzung umfaßt den Innenleiter über einen etwas längeren Abschnitt als-in diesem eine Eindrehung zwecks Vermeidung eines Wellenwiderstandssprunges vorgesehen ist. Auch wird zweckmäßig die Einschmelzung am hohlrohrseitigen Ende der koaxialen Kopplungsleitung vorgesehen, da hierdurch die mechanische Beanspruchung der Einschmelzung infolge Hebelwirkung an der Anregungselektrode wesentlich herabgesetzt ,wird.

Bei den in den Ausfüferungsbeispielen dargestellten Kopplungsanordnungen ist die Anregungsantenne stabförmig ausgebildet. Es kann indessen diese stabförmige Ausbildung- durch eine scMeifenförmige ersetzt werden, in'welchem Fall die Anpassung zwischen Koppelleitung und Hohlleiter in an sich bekannter Weise durch die Lage und Stellung der Schleife im Hohlleiterfeld bedingt ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektrische Entladungsröhre mit einem dosenförmigen Hohlraumresonator, dessen Achse wenigstens angenähert parallel zur

   Röhrenachse liegt und an den eine wenigstens angenähert radial vom Hohlraumresonator wegführende, als Koaxialleitung ausgebildete Koppelvorrichtung angeschaltet ist, die von einem der Befestigung der Röhre an einer Hohlrohrleitung dienenden Flansch umschlossen ist, und deren Innenleiter am resonatorsekigen Ende eine Ausbildung als Koppelschleife und am anderen Ende eine Ausbildung als stab- oder schleifenförmige Anregungsantenne für die Hohlrohrleitung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch an der Resonatorwandung derart angeordnet ist, daß hierdurch eine nur unwesentliche Verlängerung der vom Flansch umschlossenen Koppelleitang gegeben ist, und daß entweder der Außenleiter der Koppelleitung mit der Auflagefläche des Koppelflansches abschließt oder nur geringfügig zum Zweck der hochfrequenten Verbindung mit einer angrenzenden Hoh'lrohrleitungswandung über die Auflagefläche des Flansches hinausragt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise reflexionsfrei ausgebildete Vakuumabschluß des Hohlraumresonators im verbraucherseitigen Ende der Koaxialleitung vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlrohrwandung· an der der Anregungsantenne gegenüberliegenden Stelle ein Abstimmbolzen vorgesehen ist und daß gegebenenfalls die Hohlrohrleitung zusätzlich in ihrer elektrischen Länge einstellbar ausgebildet ist.
4. 4. Anordnung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlrohrleitungsmantel zur Aufnahme des Außenleiters mit einer federnden Kontaktvorrichtung versehen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 2 312 723, 2 578 699.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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