DE964249C - Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wanderfeldröhre zur Erzeugung, Verstärkung oder Modulation von Schwingungen sehr hoher Frequenzen. Bei den bekannten Wanderfeldröhren wird eine längs einer Verzögerungsleitung fortschreitende elektromagnetische Welle derart verlangsamt, daß ein Elektronenstrahl ihr zu folgen vermag und ein Energieaustausch zwischen der Elektronenströmung und der fortschreitenden Welle stattfindet. Die üblichen Wanderfeldröhren sind so ausgebildet, daß als Verzögerungsleitung eine Drahtwendel verwendet wird, durch deren Inneres ein Elektronenstrahl geleitet wird.

Die Erzeugung und Führung des Elektronenstrahles erfordert aber einigen Aufwand. Vor allem macht die Führung Schwierigkeiten, da sie über eine größere Länge bewirkt werden muß. Die Verstärkung einer Wanderfeldröhre hängt nämlich von der Länge der Wendel ab, so daß man dementsprechend eine größere Laufstrecke des Elektronenstrahles benötigt. Man verwendet daher in der Regel äußere Magnetfelder, um den Elektronenstrahl zu führen, wobei nach Möglichkeit der Strahl so zusammengehalten v. erden muß, daß nur ein geringer Elektronenaufprall auf die den Elektronenstrahl umgebende Wendel erfolgt. Andererseits soll aber der Elektronenstrahl auch nach Möglichkeit die Wendel in ihrem Inneren voll ausfüllen, da sonst eine zu geringe Kopplung zwischen den elektromagnetischen Feldern und den Elek-

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tronen stattfindet und der Energieaustausch und damit die Verstärkung bei zu dünnem Elektronenstrahl nur gering sind.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der unter Ausnutzung einer Rundkathode eine radial von der Kathode ausgehende Elektronenströmung ausgenutzt wird. Die Elektronenströmung kann dabei mit verhältnismäßig einfachen Mitteln zu einem Flachstrahl ίο gebündelt werden, wobei allerdings bei großen Wegstrecken gegebenenfalls trotzdem noch zusätzliche Mittel zur Führung des Bündels erforderlich sind. Bei dieser bekannten Anordnung ist der als Verzögerungsleitung wirksame Wellenleiter spiralig ausgebildet und befindet sich als Band- oder Drahtgitter im Entladungstraum.

Wenngleich die obenerwähnten Nachteile durch diese bekannte Anordnung zum Teil beseitigt sind, so treten hierbei aber wieder andere Schwierigkeiten auf. So ist vor allem die Spirale nicht leicht herzustellen, da sie mit großer Genauigkeit ausgeführt werden muß. Mit jeder Windung der Spirale wird ihre Wegstrecke größer, so daß der Abstand von Windung zu Windung nach außen «5 hin immer größer werden muß und sich dadurch z. B. eine logarithmische Form der Spirale ergibt. Weiterhin ist bereits eine Anordnung bekanntgeworden, bei der die Verzögerungsleitung eine mäanderförmige Gestalt oder die Form einer plattgedrückten Wendel aufweist. Die Verzögerungsleitung ist dabei so geführt, daß durch dieselbe ein Zylindermantel entsteht. Entlang dieses Zylindermantels wird der Elektronenstrahl auf einer kreisförmigen Bahn geführt. Zur Führung des Elektronenstrahls ist aber auch bei dieser Anordnung zwangläufig ein magnetisches Feld notwendig. Darüber hinaus ist die Herstellung der Wendel mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.

Ferner ist bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der das Elektronenbündel das System der Wechselwirkung zwischen Bündel und Welle senkrecht zur Röhrenachse durchläuft. Auch bei einer solchen Anordnung muß ein magnetisches Fokussierungsfeld vorgesehen werden, dessen FeIdlinen in Richtung der Röhrenachse verlaufen.

Demgegenüber stellt die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung dar. Die Erfindung besteht darin, daß eine gestreckte Kathode vorgesehen ist, daß symmetrisch zu ihr und senkrecht zu ihrer Längsausdehnung mindestens ein Verzögerungsleitungspaar vorgesehen ist, deren Einzelelemente im wesentlichen in Ebenen liegen, welche durch die Längsachse der Kathode gehen.

Der Wellenleiter kann dabei im wesentlichen aus zwei oder mehr bandförmigen Streifen bestehen. Es ist aber auch möglich, an Stelle einer bandförmigen Gestaltung ihn gitterförmig auszubilden. Eine gebündelte Elektronenströmung, insbesondere in Gestalt von einem oder mehreren Flachstrahlbündeln, läßt sich an diesem Wellenleiter entlang führen. In einer Ebene senkrecht zur Kathodenoberfläche bildet der Wellenleiter dementsprechend eine im wesentlichen zieharmonikaähnliche Form, wobei die in der Elektronenströmung befindlichen Teile des Wellenleiters im wesentlichen geradlinig sind und unter gleichem Winkel verlaufen. Dies bedeutet herstellungsmäßig einen besonders einfachen Aufbau, denn die Abstände der einzelnen Teile des Wellenleiters voneinander in Richtung der Bahn eines jeden Elektrons können überall gleich groß gemacht werden.

Bei Verwendung einer Ovalkathode, d. h. einer Röhrchenkathode mit zwei abgeplatteten Breitseiten, kann an den beiden Breitseiten je ein Wellenleiter oder ein Wellenleitersystem vorgesehen sein. Der Wellenleiter kann aus bandförmigen Streifen bestehen oder gitterförmig ausgebildet sein, wobei sich zweckmäßig eine gebündelte Elektronenströmung an ihm entlang führen läßt. Zwischen Kathode und Wellenleiter kann eine strombegrenzende Elektrode, z. B. ein Gitter, sich befinden, wobei dieses gegebenenfalls so ausgestaltet und angeordnet ist, daß es zugleich eine Bündelung der Elektronenströmung bewirkt. Es ist aber auch möglich, eine zusätzliche Bündelungselektrode oder ähnlich wirkende Elemente vorzusehen. Zu diesem Zweck können beispielsweise blendenförmige Elektroden od. dgl. verwendet werden.

Die Erfindung läßt auch andere Anwendungsmöglichkeiten zu. So ist es z. B. auch möglich, bei Verwendung einer Rundkathode die Anordnung axial symmetrisch auszubilden. Die einzelnen Wellenleiter, die band- oder gitterförmig oder in sonstiger geeigneter Weise ausgebildet sein können, erstrecken sich dann radial von der zentral liegenden Kathode zur außenliegenden Anode. In diesem Fall kann auch zur Erzielung einer höheren Elektronenausbeute die Kathode als Zylindermantel oder in einzelne auf dem äußeren Kreisbogen verteilte Kathoden aufgeteilt ausgebildet sein, während die Anode an zentraler Stelle angebracht ist.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, rein schematischer Darstellung. In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Wanderfeldröhre nach der Erfindung veranschaulicht. Dabei sind die einzelnen Teile der Übersichtlichkeit der Darstellung halber auseinandergezogen gezeichnet. An zentraler Stelle befindet sich eine Kathode 1, die z. B. als Flach- oder Ovalkathode mit zwei Breitseiten ausgebildet sein kann. Die Kathode 1 ist von einem Gitter 2 umgeben, das in an sich gebräuchlicher Weise als Wickelgitter gestaltet ist. Das Gitter hat vornehmlich die Aufgäbe, den Elektronenstrom zu begrenzen. Zu diesem Zweck ist eine geeignete Spannung, gegebenenfalls eine gegenüber der Kathode negative Spannung, an diese Elektrode angelegt. Die Stromquelle ist mit 3 versinnbildlicht, wobei die zur Kathode 1 führende Zuleitung an einen veränderlichen Abgriff 4 gelegt ist, so daß nach Bedarf die Kathode das gleiche Potential wie dieses Gitter besitzt oder auch positiver sein kann.

Von den beiden Breitseiten der Kathode 1 gehen Elektronenströmungen zu den Anoden 5 und 6. Im

Zuge der Elektronenbewegung befindet sich auf jeder Seite ein Wellenleitersystem 7 und 8, das aus einer gitterförmigen Verzögerungsleitung besteht und im Zickzack gebogen ist. An Stelle einer Vielzahl von einzelnen Drähten kann hier auch ein einfaches oder doppeltes Band verwendet werden. Die Verwendung von Drähten von verhältnismäßig dünnem Querschnitt hat aber den Vorteil, daß der Elektronenaufprall auf eine wesentlich geringere Fläche erfolgt. Um den Elektronenaufprall gering zu halten, kann außerdem an den Wellenleitern eine niedrigere Spannung, gegebenenfalls etwa Kathodenpotential liegen. Der veränderliche Abgriff 9 an der Spannungsquelle 3 veranschaulicht diese Möglichkeit. Der Hochfrequenzeingang ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispel an den Stellen 10 und π vorgesehen, während der Ausgang bei 12 und 13 erfolgen kann.
Die doppelseitige Ausnutzung der Kathode hat den Vorteil, daß sich nach beiden Seiten hin zwei getrennte Systeme anbringen lassen. Man kann diese beiden Systeme für sich getrennt betreiben und hiermit z. B. zwei aufeinanderfolgende Stufen eines Kaskadenverstärkers bilden. Wenn die An-Ordnung aber symmetrisch ausgestaltet wird, ergibt sich noch die weitere Möglichkeit, einen erdsymmetrischen Hochfrequenzein- und -ausgang zu schaffen, d. h. mit einer symmetrischen Doppelleitung die. hochfrequente Energie einzukoppeln und auch in ähnlicher Weise sie der Anordnung wieder verstärkt zu entnehmen.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das eine doppelseitig wirkende Anordnung von oben her gesehen und teilweise im Schnitt darstellt. Die Kathode 14 ist auf ihrer Breitseite mit Emissionsschichten 15 und 16 versehen. Zur Strombegrenzung dient hier eine blendenförmige Bündelungselektrode 17, die durch je einen in ihrer Mitte befindlichen Schlitz ein Elektronenstrahlbündel längs der Kathode senkrecht zur Kathodenoberfläche entstehen läßt. Auf dem Wege zu den beiden Auffängern 18 und 19 laufen die Elektronen an der Verzögerungsleitung entlang. Diese besteht aus je zwei bandförmigen Wellenleitern 20, 21 und 22, 23. Diese Bänder sind zieharmonikaartig gefaltet oder gebogen, wobei die jeweiligen oberen Biegestellen durch Querstrichelung veranschaulicht sind. Die Elektronenbündelung läßt sich leicht so bewerkstelligen, daß ein scharf begrenztes Bündel entsteht, welches außerordentlich dicht an dem bandförmigen Wellenleiter entlang geführt ist, ohne daß jedoch nennenswerte Mengen von Elektronen auf den Wellenleiter übergehen. Eine solche Anordnung läßt sich fertigungsmäßig leicht herstellen. Die mäanderförmigen Bänder 20 bis 23 können an ihren oberen und unteren Biegestellen leicht durch geeignete Halterungsstege befestigt werden, wobei sich diese Befestigungsstellen zweckmäßig außerhalb des Bereiches der Elektronenströmung befinden.

In Fig. 3 ist ein Ausfüh.rungsbeispiel für eine axial symmetrische Anordnung veranschaulicht. Die Kathode 24 ist als Rundkathode ausgebildet und befindet sich an zentraler Stelle. Sie ist von einem oder mehreren Gittern umgeben, von denen lediglich ein Gitter 25 veranschaulicht ist. Die Anode ist mit 26 bezeichnet und schließt das gesamte System in sich ein. Die Wellenleiter sind als band- oder gitterförmige, mänanderartig oder entsprechend anders gestaltete Verzögerungsleitungen 27 ausgebildet, deren Verlauf in der Hauptsache radial gerichtet ist. Es können hier wiederum zusätzlich Mittel zur Auflösung der Elektronenströmung in einzelne Elektronenstrahlbündel angewendet werden. So kann beispielsweise eine mit einer Vielzahl von Schlitzen versehene Blende die Kathode umgeben. Es ist aber auch möglich, ein aus einzelnen Stegen bestehendes Gitter vorzusehen, wobei die Stege parallel zur Kathode stehen und sich jeweils vor den Wellenleitern befinden. Bei Anlegen einer geeigneten, insbesondere negativen Spannung an diese Stege wird die Elektronenströmung in die Zwischenräume gedrängt und bildet eine Vielzahl flacher Bündel, die zwischen den einzelnen Wellenleitern verlaufen und einerseits eine feste Kopplung mit den hochfrequenten Feldern ermöglichen, andererseits aber einen Elektronenaufprall auf die Wellenleiter weitgehend vermeiden.

Die in Fig. 3 angezeigte Anordnung ermöglicht vor allem den Anschluß der hochfrequenten Zu- und Ableitung in Gestalt von konzentrischen Einführungen. Es läßt sich auch die Energie beispielsweise an den kathodenseitigen Enden des Wellenleiters von oben her konzentrisch in die Röhre einführen, während der Hochfrequenzausgang auf der entgegengesetzten Seite an den anodennahen Enden ebenfalls konzentrisch erfolgt.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wanderfeldröhre zur Erzeugung, Verstärkung oder Modulation von Schwingungen sehr hoher Frequenz, bei der ein Energieaustausch zwischen einer Elektronenströmung und einer längs eines als Verzögerungsleitung wirksamen Wellenleiters fortschreitenden elektromagnetischen Welle bewirkt wird und bei der die Verzögerungsleitung als Wellenleiter in Zickzack- oder Mäanderform oder ähnlicher Gestalt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine gestreckte Kathode vorgesehen ist, daß symmetrisch zu ihr und senkrecht zu ihrer Längsausdehnung mindestens ein Verzögerungsleitungspaar vorgesehen ist, deren Einzelelemente im wesentlichen in Ebenen liegen, welche durch die Längsachse der Kathode gehen.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter im wesentlichen aus zwei oder mehr bandförmigen Streifen besteht.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter so ausgebildet ist, daß sich eine gebündelte Elektronenströmung, insbesondere ein oder mehrere

Flachstrahlbündel, an den Wellenleitern entlang führen läßt.

4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter im wesentlichen gitterförmig ausgebildet ist.

5. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Ovalkathode an den beiden Breitseiten der Kathode je ein Wellenleiter oder - ein Wellenleitersystem vorgesehen ist.

6. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode und Wellenleiter eine strombegrenzende Elektrode, z. B. ein Gitter, angeordnet ist.

7. Wanderfeldröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzende Elektrode derart, z. B. durch blendenartige Ausbildung, gestaltet und angeordnet ist, daß sie zugleich eine Bündelung der Elektronenströmung bewirkt. ao

8. Wanderfeldröhre nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Bündelungselemente vorgesehen sind.

9. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung einer as Rundkathode mit einer Vielzahl von radial angeordneten Wellenleitern.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 511 407;
schweizerische Patentschrift Nr. 275 950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen