DE963896C - Verzoegerungsleitung der Sprossenbauart fuer Elektronenroehren - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1957

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Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Bauart von Verzögerungsleitungen, welche in Elektronenröhren 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 bekannte Sprossenbauart ist in Fig. ι dargestellt, wo eine Leitung wiedergegeben wird, die aus zwei Holmen ι 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 erfindüngsgemäß verbessert werden sollen. Die Länge der Sprossen ist angenähert gleich der halben Leitungswellenlänge der die Leitung durchlaufenden Welle.

Wie bekannt, ist diese Leitung insofern vorteilhaft, als eine damit ausgestattete Röhre eine verhältnismäßig große Leistung abgeben kann. Außerdem ist der Kopplungswiderstand zwischen der Welle und der Elektronenströmung groß, was die Verstärkung der Röhre günstig beeinflußt.

Die bekannten Leitungen der Sprossenbauart weisen indessen einen Nachteil auf, der an Hand eines in Fig. 2 gezeigten Ersatzschaltbildes eines Stromkreises mit konzentrierten Schaltelementen veranschaulicht wird. Der in Fig. 1 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

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einer Induktivität L₁ und einer Kapazität C₁ besteht (Fig. 2). Die Spannungsverteilung entlang einer Sprosse ist, wie bei jedem solchen HaIbwellendipol, derart, daß das Potential 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 Nachbarspros sen 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 aufeinanderfolgenden Stromkreise. Im ganzen stellt sich demnach das Ersatzsohema der Fig. 2 als Kette von Parallelresonanzkreisen dar, die . einerseits durch die Kapazitäten C₂ und andererseits durch die Induktivitäten L₂ und L₃ gekoppelt sind.

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 sehr 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/Vph ~^m 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 Bandbreite praktisch sehr schnell jedes Fortschreiten eines elektromagnetischen Feldes längs der Leitung verhindert.

In einer in der Comptes-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 zu beseitigen, indem man eine der zwei Kopplungen in der Weise ändert, daß derselben ein von der Größenordnung der anderen Kopplung mehr oder minder verschiedener Wert erteilt wird.

Man hat auch Mittel vorgeschlagen, um bei einer solchen Kammleitung die magnetische Kopplung durch Abschirmung der (durch metallische Kammholme kurzgeschlossenen) Sprossenenden zu verringern. Man kann auch die letztere Anordnung spiegelsvmmetrisch verdoppeln, womit eine Sprossenleitung erhalten wird, in der die magnetische Kopplung mit Bezug auf die elektrische erheblich verringert würde.

Da aber die Herstellung solcher mit Abschirmungen versehener Holme verhältnismäßig umständlich ist, wird gemäß >der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dieselbe Wirkung mit einfacheren Mitteln zu erzielen, indem die Sprossenenden zweckmäßig gebogen werden.

Gemäß der Erfindung wird daher eine Verzögerungsleitung der Sprossenbauart für Elektronenröhren mit Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und einer die Verzögerungsleitung durchlaufenden hochfrequenten elektromagnetischen Welle vorgeschlagen, bei der Einrichtungen vorgesehen sind, um die resultierende Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Sprossen der Leitung dadurch zu erhöhen, daß die magnetische Kopplung zwischen diesen Sprossen unterdrückt oder stark verringert wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß von den in zwei Gruppen, geradzahlige und ungeradzahlige, eingeteilten Sprossen mindestens die Sprossen der einen Gruppe an ihren Enden rechtwinklig umgebogen und die Sprassenenden in eine Fläche eingesetzt sind, die von der Fläche verschieden ist, in der die Sprossenenden der anderen Gruppe eingesetzt sind.

Beispiele von Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung, und zwar zeigen

Fig. 3 bis s drei Ausführungsbeispiele von Verzögerungsleitungen mit zweckmäßig gebogenen Sprossen zur Herabsetzung der magnetischen Kopplung,

Fig. 6 die Dispersionskurven, die den Fig. 3 bis 5 entsprechen,

Fig. 7 einen Querschnitt einer Wandlerfeldröhre mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, wobei eine Leitung gemäß Fig. 5 verwendet wird,

Fig. 8 und 9 eine Magnetronröhre, die eine Leitung nach Fig. 4 verwendet, die ringförmig ge- 10c schlossen ist.

Die Fig. 3 bis 5 stellen drei Ausführungsformen von Verzögerungsleitungen zur Verringerung der magnetischen Kopplung 'dar, deren gemeinsames Merkmal darin liegt, daß von den Sprossen, die in zwei Gruppen, geradzahlige (2') und ungeradzahlige (2"), eingeteilt sind, wenigstens die Sprossen der einen Gruppe an ihren Enden rechtwinklig umgebogen sind und daß diese Enden in eine Oberfläche eingesetzt sind, die von der Oberfläche, in die die Enden der Sprossen der zweiten Gruppe eingesetzt sind, verschieden ist.

In Fig. 3 sind die Sprossen 2' nicht abgeändert, während die Sprossen 2'' umgebogen und ihre Enden in den Oberflächen der Teile 13 eingesetzt sind. Diese Oberflächen sind von denen der Holme i, in welche die Sprossen 2' eingesetzt sind, verschieden. Die Platte 3 entspricht der der Fig. i.

In Fig. 4 sind 'die Sprossen beider Gruppen umgebogen. Die Holme 1 haben einen treppenförmigen Querschnitt, so daß die Enden der Sprossen 2' in eine Oberfläche eingesetzt sd-nd, die von der Oberfläche, in die die Enden ider Sprossen 2" eingesetzt sind, verschieden ist. Die Länge des geradlinigen Sprossenstücks ist für jede Gruppe verschieden,

jedoch ist die Gesaratlänge der Sprossen, ungefähr gleich λ/2, erhalten geblieben. Die Platte 3 entspricht der der Fig. 1.

In Fig. 5 sind die Sprossen 2' und 2" in identischer Weise umgebogen (ohne daß dies eine unerläßliche Eigenschaft des Erfindungsgegenstandes bildet), jedoch in entgegengesetztem Sinn: die Zahl der Holme 1 ist entsprechend verdoppelt (1 und 1"), wobei jedes Holmenpaar die Enden der entsprechenden Gruppe {2! und 2") aufnimmt. Das Ganze ist durch zwei Platten 3' und 3" abgedeckt. Von Fig. 3 nach Fig. 5 wird die magnetische Entkopplung immer wirksamer.

Fig. 6 gibt die Dispersionskurven 1, 2 und 3, die den Leitungen gemäß Fig. 3, 4, S entsprechen, wieder. Die Gerade 4 stellt den Ort der Grenzfrequenzen dar. Die vollausgezogenen Kurventeile entsprechen einer Fortpflanzung mit der jeweils größten der möglichen Phasengeschwindigkeiten (Grundwelle), die gestrichelten Kurventeile einer Fortpflanzung mit einer der jeweils ersten Teilwelle entsprechenden Phasengeschwindigkeit. Es ist ersichtlich, das die Dispersion um so schwächer ist, je wirksamer die magnetische Entkopplung ist, da dann der Anstieg der Kurven immer schwächer und gleichmäßiger wird.

In Fig. 6 sind die voll ausgezogenen Kurventeile mit zunehmender Wellenlänge ansteigend und die gestrichelt gezeichneten Kurventeile abfallend oder sehr angenähert horizontal. Hieraus ergibt sich, daß die Leitungen, deren Dispersion durch die Kurven der Fig. 6 gegeben ist (magneLisch entkoppelte Leitungen), in Wanderfeldröhren, anwendbar sind, die in Rückwärts-Grundwellenbetrieb als Oszillatoren oder in Vorwärts-Teilwellenbetrieb als Verstärker arbeiten.

Fig. 7 zeigt z. B. den Querschnitt einer solchen, mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern arbeitenden Röhre.

Die verwendete Leitung ist von dem in Fig. S dargestellten Typ, es ist jedoch selbstverständlich, daß jede andere erwähnte oder äquivalente Leitung an ihre Stelle gesetzt werden könnte, ohne daß die Erfindung beeinträchtigt würde. Außer den Sprossen 2' und 2" und den Platten 3' und 3" ist die zu diesem Röhrentyp normalerweise gehörende negative Elektrode 6 dargestellt. Bei 7 ist der Querschnitt der Elektronenströmung, die zwischen der Elektrode 6 und der Verzögerungsleitung verläuft, dargestellt. Das Vakuumgefäß ist durch die Seitenwände 8 vervollständigt. Das magnetische Querfeld wird von den Polen 9 erzeugt. Andere Einzelheiten der Röhre brauchen nicht beschrieben zu werden, da sie in der Fachwelt bekannt sind.

Die geradlinige Form dier Verzögerungsleitung, wie sie in den vorhergehenden Figuren dargestellt ist, ist nicht einschränkend, die Leitung kann vielmehr auch ringförmig geschlossen sein und in zylindrischen Wanderfeldröhren verwendet werden. Andererseits macht die Eigenschaft der geringen Dispersion, die mit den erfindungsgemäßen Leitungen erreicht wird, diese für die Verwendung in Magnetronröhren geeignet, ohne daß es notwendig wird, in diesen Kurzschlußbügel anzubringen. In der Praxis werden diese Kurzschlußbügel angebracht, um die starke Dispersion der bekannten Anoden künstlich zu .verringern und so zu verhindern, daß die Magnetronröhre leicht von einer Schwingungsfrequenz auf eine andere überspringt. Die erfindungsgemäßen Leitungen mit schwacher Dispersion, die einem Kreis mit großer Bandbreite vergleichbar sind, machen schon ohne Kurzschlußbügel diese Frequenzsprünge praktisch unmöglich.

Fig. 8 und 9 stellen im Längs- und Querschnitt eine Magnetronröhre dar, in der z. B. eine ringförmig geschlossene Leitung gemäß Fig. 4 verwendet wird, wobei selbstverständlich jeder andere gleichwertige erfindungsgemäße Leitungstyp an ihre Stelle gesetzt werden kann. Man findet hier die Sprossengruppen 2' und 2" wieder sowie die Holme ι und die Platte 3 (vgl. Fig. 4), die hier eingerollt sind, um einen Zylinder 10 zu bilden. In der Systemachse ist die Kathode 11 angeordnet. Das für den Betrieb der Magnetronröhre notwendige axiale Magnetfeld wird durch eine Spule 12 erzeugt. Die Ankopplung des Ausgangskreises und die Stromversorgung wurde nicht dargestellt, da diese für die Erläuterung der Erfindung nicht notwendig sind. go

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verzögerungsleitung der Sprossenbauart für Elektronenröhren mit Wechselwirkung zwischen der Elektronenströmung und einer die Verzögerungsleitung durchlaufenden hochfrequenten elektromagnetischen Welle, bei der Einrichtungen vorgesehen sind, um die resultierende Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Sprossen der Leitung dadurch zu erhöhen, daß die magnetische Kopplung zwischen diesen Sprossen unterdrückt oder stark verringert wird) dadurch gekennzeichnet, daß von den in zwei Gruppen, geradzahlige und ungeradzahlige, eingeteilten Sprossen mindestens die Sprossen der einen Gruppe an ihren Enden rechtwinklig, umgebogen und die Sprossenenden in eine Fläche eingesetzt sind, die von der Fläche verschieden ist, in der die Sprossenenden der anderen Gruppe eingesetzt sind. no

2. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprossenenden der beiden Gruppen in gleicher Richtung umgebogen sind und daß die Sprossenabschnitte, die jeweils zwischen den umgebogenen Sprossenteilen liegen, bei der einen Gruppe langer sind als bei der anderen Gruppe.

3. Verzögerungsleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprossenenden der einen Gruppe gegenüber den Sprossenenden der anderen Gruppe in entgegengesetzter Richtung umgebogen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 609 709/328 11.56 (709 514/246 5,57)