DE968052C

DE968052C - Elektronenroehre mit einem einspringenden Hohlraumresonator

Info

Publication number: DE968052C
Application number: DES20352A
Authority: DE
Inventors: Edward Leonard Ginzton; Donald Ross Hamilton; Arthur Elliott Harrison; Sigurd Furgus Varian; John Robert Woodyard
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1942-01-29
Filing date: 1950-10-03
Publication date: 1958-01-09

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. JANUAR 1958

S 20352VIIIa₁/2ia*

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre mit einem einspringenden Hohlraumresonator, der zwei zueinander verschiebbare elektronendurchlässige Einrichtungen aufweist, die mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und die sie nacheinander durchsetzende Eletronenströmung in der Geschwindigkeit modulieren. Gemäß der Erfindung wird zur Feineinstellung der Resonanzfrequenz der Röhre eine auf Wärme ansprechende Einrichtung vorgesehen, welche aus einem einzigen Körper besteht, der elektrisch heizbar ist und sich bei Erwärmung in Richtung seiner Längsachse ausdehnt, wobei dieser Körper völlig außerhalb des Hohlraumes und des die Elektronenströmung umschließenden evakuierten Kolbens parallel zu der Elektronenströmung angeordnet und mit seinen Enden mit zwei Bauteilen verbunden ist, die außerhalb des Hohlraumes und des evakuierten Kolbens liegen und mit den elektronendurchlässigen Einrichtungen in starrer Verbindung stehen, und bei der eine Führung vorgesehen ist, um eine Ausdehnung oder Zusammenziehung des durch Wärme steuerbaren Körpers in eine zwangläufige gegenseitige Verschiebung der elektronendurchlässigen Einrichtungen umzuformen und dadurch ihren Abstand zu vergrößern bzw. zu verkleinern.

Es ist an sich bekannt, bei Laufzeitröhren der Klystronart die elektronendurchlässigen Einrich-

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tungen, die als Anfachungselektroden dienen, zur Abstandsänderung bzw. Abstimmungsänderung des zugehörigen Resonators gegeneinander verschiebbar auszubilden und durch äußere Einstellschrauben zu verstellen.

Es ist ferner an sich bekannt, in dem evakuierten Kolben einer mit koaxialem Elektrodenaufbau ausgebildeten Triode einen elektrisch heizbaren Ausdehnungskörper einzubauen, durch welchen die ίο Form und somit die Frequenz des mit der Antenne gekoppelten Resonanzkreises geändert werden kann, um den Temperatureinfluß auf die Abstimmung dieses Kreises zu kompensieren. Eine Beeinflussung der Abstimmung des die Kathode umgebenden Hohlraumresonators ist dabei jedoch nicht beabsichtigt. Es wurde auch bereits vorgeschlagen (deutsches Patent 924327), zum Nachstimmen des einspringenden Hohlraumresonators einer Elektronen-Laufzeitröhre innerhalb des evakuierten Kolbens drei gleiche stab- oder rohrförmige, elektrisch heizbare Ausdehnungskörper in der Weise anzuordnen, daß sich für den zu verstellenden Teil eine zwangläufig geführte Parallelverschiebung ergibt, während gemäß der Erfindung die Ausdehnung oder Zusammenziehung eines einzigen, außerhalb des Kolbens angeordneten, elektrisch heizbaren Körpers durch eine Führung in eine zwangläufige gegenseitige Verschiebung der elektronendurchlässigen Einrichtungen umgeformt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. ι zeigt in der Aufsicht, teilweise im Schnitt, eine Elektronen-Entladungseinrichtung der Bauart mit Geschwindigkeitsmodulation, bei dem ein regelbarer Hohlraumresonator verwendet ist;

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, welche Einzelheiten der thermisch ansprechenden, elektrisch gespeisten Anordnung nach Fig. ι für die Regelung der Resonatorfrequenz veranschaulicht;

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Teilansicht, welche eine andere Ausführung der thermischen Abstimmanordnung gemäß der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, ähnlich der Fig. 2, welche eine andere thermische Einrichtung zur Regelung der Resonatorfrequenz veranschaulicht.

Fig. ι veranschaulicht die Erfindung in Anwendung zur Frequenzregelung einer Elektronen-Entladungseinrichtung mit Hohlraumresonator, bei welcher ein einzelner Hohlraumresonator zwecks Veränderung seiner Arbeitsfrequenz defocmierbar ist. Ein leitender Rohrkörper 11 ist innen zylindrisch ausgebildet und bildet die äußeren Seitenwände einer Resonatorkammer 12. Ein zylindrisches Metallrohr 13 erstreckt sich koaxial zu dem Körper 11, in diesem in die Kammer 12 und endet in der Nähe der ebenen Stirnwand 14 der Kammer 12. Eine biegsame und deformierbare Stirnwand 15, die im allgemeinen parallel zu der Wand 14 liegt, erstreckt sich zwischen den mittleren Teilen des Rohres 13 und des Körpers 11.

Wie dargestellt, besteht die Wand 15 vorzugsweise aus einem gewellten Metallring, der an dem inneren und äußeren Umfang des Körpers 11 bzw. Rohres 13 vakuumdicht angebracht ist.

An dem der Wand 14 entgegengesetzten Ende ist der Körper 11 an dem Rohr 13 durch einen gewellten Metallring 16 befestigt, welcher dem Ring 15 gleicht und diesem parallel verläuft. Jenseits des Ringes 16 ist das Rohr 13 an einer mit einer Mittelöffnung versehenen Platte 17 befestigt, welche parallel zu der Wand 14 verläuft.

Ein kurzer Kragen 18 ist koaxial zu dem Körper 11, z.B. durch einen gewellten Ring 19 mit dem einen Ende einer Hülse 21 biegsam verbunden, welche in einer zu der Platte 17 parallelen Platte 22 fest angebracht ist, die eine Öffnung aufweist. Die Platten 17 und 22 sind durch mehrere einstellbare Gewindeteile 23 zu einem noch zu erläuternden Zweck verbunden.

Jenseits der Platte 22 ist das Ende der Hülse 21 durch eine aufgeschmolzene Kappe 24 aus Glas oder einem ähnlichen Isolierstoff verschlossen, durch welche eine koaxiale Leitung 25 verläuft, um einer geeigneten, innerhalb des Rohres 13 angeordneten Kathode 26 Energie zuzuführen.

Das Ende des Rohres 13 innerhalb des Resonators sowie eine demgegenüber auf einer Geraden ausgerichtete Öffnung in der Wand 14 sind mit geeigneten parallelen Gitterelektroden 27 bzw. 28 versehen. Ein kurzer Kragen 29 ist außerhalb, koaxial zu dem Körper 11, an der Wand 14 befestigt. Der Kragen 29 ist, z. B. durch den gewellten Ring 31, mit dem inneren Ende einer Hülse 32 nachgiebig verbunden, welche in einer Öffnung der Platte 33 befestigt und an ihrem äußeren Ende durch eine Kappe 34 aus Glas oder ähnlichem Isoliermaterial verschlossen ist. Die Platte 33 verläuft parallel zu der Wand 14 und ist mit ihr durch mehrere einstellbare Gewindeteile 35 zu einem noch zu erläuternden Zweck verbunden.

Eine becherförmige Reflektorelektrode 36 aus Metall ist in axialer Ausrichtung mit den Gittern 27, 28 und der Kathode 26 mit einem starren Leiter 37 verbunden, welcher abgedichtet durch die Kappe 34 verläuft. Ein Anschlußknopf 38 aus Metall ist an dem Leiter 37 befestigt und so gestaltet, daß an ihm eine Leitung für die Zuführung eines gewünschten Potentials zu dem Reflektor 36 durch Festklemmen befestigt werden kann.

Eine geeignete koaxiale Übertragungsleitung 39 ist in einer Öffnung des Körpers 11 dicht eingeführt und mit einer abschließenden Antennenschleife versehen, welche mit dem elektromagnetischen Feld innerhalb der Kammer 12 gekoppelt ist.

Der Körper 11 besitzt einen starren Ansatz 42, und es sind Einrichtungen mit veränderlichen Abmessungen zur Frequenzregelung, wie z. B. die bei gezeigte Säule in Fig. 1, welche in Fig. 2 im einzelnen veranschaulicht ist, zwischen dem Ansatz 42 und der Platte 17 vorgesehen.

Nach Fig. 2 wird ein dünnwandiges Metallrohr 44, vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen Material mit einem hohen thermischen

Ausdehnungskoeffizient, dessen Außenfläche mit einem elektrisch isolierenden Überzug 45 bedeckt ist, an den gegenüberliegenden Enden zwischen zwei Einstellschrauben 46 und 47 gehalten, so daß eine verhältnismäßig starre Säule von einstellbarer Länge zwischen dem Ansatz 42 und der Platte 17 gebildet wird.

Der Überzug 45 ist vorzugsweise ein zusammenhängender anodischer Überzug aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃). Auf dem Überzug 45 ist ein Widerstandsheizdraht 48 aufgewickelt. Zur Speisung der Wicklung 48 ist eine einstellbare elektrische Energiequelle, wie z. B. die Batterie 49, angeschlossen und die Stromstärke in dem Widerstandsdraht mittels des Regelwiderstandes 51 einstellbar. Der Überzug 45 leitet die von dem Strom in der Wicklung 48 erzeugte Wärme, so daß das Rohr 44 entsprechend der Stromstärke erhitzt wird, welche durch die Stellung des beweglichen Widerstandsabgriffes 52 eingestellt ist.

Die Schrauben 46 und 47 sind in thermisch isolierenden Buchsen 53 bzw. 54 eingeschraubt, welche in öffnungen des Ansatzes 42 bzw. der Platte 17 angebracht sind. Die Buchsen 53 und 54 verhindern einen Wärmeaustausch durch Leitung zwischen einem Ende der Säule und dem Ansatz 42 bzw. zwischen dem anderen Ende der Säule und der Platte 17 und sie können aus irgendeinem thermisch isolierenden Material bestehen, welches genügend starr ist, um eine starre Verbindung zwischen den Einstellschrauben 46 und 47 mit Ansatz 42 bzw. Platte 17 herzustellen.

Auf diese Weise ist die Säule gegen den übrigen Teil der Hohlresonatoreinrichtung thermisch annähernd isoliert, und die Erwärmung der Säule kann durch den Abgriff 52 genau und meßbar geregelt werden. Beide oder eine der Schrauben 46, 47 können eingestellt werden, um die effektive Länge der Säule zu verändern. Diese Einstellung ist besonders zweckmäßig als vorbereitende oder Voreinstellung. Sicherungsmuttern 55 bis 58 sind vorgesehen, um die Schrauben 46, 47 in der gewünschten Lage der axialen Einstellung festzuhalten.

Der Betrieb der Röhre entspricht dem normalen Betrieb von Elektronen-Entladungsröhren mit Geschwindigkeitsmodulation.

Durch die Speisung der Wicklung 48 wird das Rohr 44 entsprechend erwärmt. Während dem normalen Betrieb hält die Wicklung 48 vorzugsweise das Rohr 44 auf einer Temperatur, die erheblich über der umgebenden Temperatur liegt, so daß die Frequenzregelung in jeder Richtung vorgenommen werden kann. Gegebenenfalls kann zur Abschirmung des Rohres 44 eine geeignete Anordnung vorgesehen werden.

Das Rohr 44 wird sich, wenn es zunehmend erhitzt wird, ausdehnen. Eine Ausdehnung des Rohres 44 in der Längsrichtung hat eine Vergrößerung des Abstandes zwischen Ansatz 42 und Platte 17 zur Folge, die den Abstand der Gitter 27 und 28 vergrößert, wodurch die natürliche Frequenz der Kammer 12 erhöht wird. Wenn das Rohr 44 abnehmend erhitzt oder gekühlt wird, hat seine Zusammenziehung in der Längsrichtung eine Verkleinerung des Abstandes der Gitter 27 und 28 und folglich eine Verminderung der natürlichen Frequenz der Resonatorkammer 12 zur Folge. Die natürliche Frequenz der Resonatorkammer 12 kann daher durch Verschiebung des Abgriffes 52 genau veränderlich geregelt werden, und, falls erwünscht, kann diese Abgriffeinstellung in geeigneter Weise in Werten der Frequenz des Resonators 12 geeicht werden. Das dünnwandige Rohr 44 führt vermöge seiner großen Strahlungsoberfläche und seines kleinen Rauminhaltes die Ausdehnung und Zusammenziehung mit einer minimalen Zeitverzögerung aus.

Die biegsame Wand 15 ermöglicht diese für die Frequenzregelung erforderliche Deformation des Resonators bei Aufrechterhaltung des Vakuums innerhalb der Einrichtung. Die parallelen Ringe 15 und 16 halten das Rohr 13 und bewirken seine annähernd axiale Verschiebung. Die Gewindeteile 23 und 35 sind zur vorbereitenden Einstellung der axialen Ausrichtung der Kathode bzw. des Reflektors vorgesehen.

Die Wicklung 48 wurde schematisch als übliche Wicklung veranschaulicht. In der Praxis ist jedoch eine Anordnung vorzuziehen, bei welcher der Widerstandsdraht auf das Rohr 44 induktionsfrei gewickelt ist, um etwaige magnetische Störungen des Elektronenstrahles der Kathode 26 zu vermeiden.

Falls erwünscht, kann die Erhitzung des Rohres 44 durch irgendeine geeignete Anordnung eines Widerstandsdrahtes vorgenommen werden, weichet innerhalb oder in der Nähe des Rohres 44 eine Quelle von strahlender Wärme bildet.

Die biegsamen Wände 15 können so nachgiebig sein, daß der Ansatz 42 und die Platte 17 gegeneinander bewegt werden, wenn die Säule abkühlt, oder man kann eine Zugfeder 59 vorsehen, um diese Rückkehrbewegung zu bewirken. Die Feder 59 darf natürlich nicht so stark sein, daß sie sich einer Ausdehnung des Rohres 44 widersetzt.

Eine zwangläufige Regelung des Gitterabstandes und der Resonatorfrequenz in beiden Richtungen kann erzielt werden, indem man das Rohr 44 starr oder im wesentlichen aus einem Stück mit den Elementen 46 und 47 ausbildet, indem man sie z. B. nach dem Zusammenbau und vorbereitender Einstellung verlötet.

Eine weitere Ausführungsform einer thermischen Abstimmung, die bei der Einrichtung nach Fig. 1 anwendbar ist, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Nach dieser Figur ist an dem Ansatz 42 das eine Ende eines dünnwandigen Rohres 61 aus Aluminium, Duraluminium oder irgendeinem Material mit einem verhältnismäßig hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient befestigt, welches eine verhältnismäßig kleine Weite besitzt. In dem Rohr 61 wird eine Schleife eines Widerstandsheizdrahtes 62 isoliert gehalten, um das Rohr gleichmäßig auf seiner Länge zu erhitzen, und diese Schleife wird ähnlich wie die Wicklung 48 regelbar gespeist.

Das Rohr 61 verläuft koaxial innerhalb eines umgebenden starren Rohres 63 mit größerer Weite, welches zwischen seinen Enden in einer Öffnung der Platte 17 befestigt ist. Ein Pfropfen 64 verschließt das Ende des Rohres 63. Eine an dem Pfropfen 64 angebrachte Einstellschraube 65 greift in ein Gewinde des benachbarten Endes des Rohres 61 ein, so daß eine Verdrehung der Schraube 65 eine axiale Verschiebung des Rohres 61 und eine Veränderung des relativen Abstandes des Ansatzes 42 und der Platte 17 bewirkt.

Das Rohr 63 besteht vorzugsweise aus irgendeinem Material mit einem verhältnismäßig niederen thermischen Ausdehnungskoeffizient. Die Verlängerung des Rohres 63 über die Platte 17 hinaus ermöglicht die Verwendung eines Rohres 61, welches länger ist als der Abstand zwischen Ansatz 42 und der Platte 17. Da das Rohr 63 bei Erwärmung eine geringe oder gar keine Ausdehnung aufweist, ergibt

ao die beschriebene Anordnung eine zusammengesetzte Säule, bei welcher das lange ausdehnungsfähige Rohr 61 bei Erhitzung eine verhältnismäßig große Verschiebung zwischen Ansatz 42 und Platte 17 bewirkt und dadurch einen weiten Regelbereich der Resonatorfrequenz ergibt.

Das dünnwandige Rohr 61 führt seine Ausdehnung und Zusammenziehung vermöge seiner geringen Wandstärke und großen Strahlungsoberfläche mit einer minimalen Zeitverzögerung aus.

Die Teile des Rohres 63 zwischen Ansatz 42 und Platte 17 dienen als Zugluftschutz für das Rohr 61. sie können jedoch gegebenenfalls weggelassen werden, ohne die beschriebene Arbeitsweise zu beeinträchtigen. Außerdem braucht das Teil 63 nicht, wie dargestellt, ein Rohr zu sein, sondern kann irgendeine passende, starre Verlängerung der Platte 17 darstellen.

Im Betrieb arbeitet die Anordnung zur thermischen Abstimmung nach Fig. 3 in gleicher Weise wie diejenige nach Fig. 1, und sie wird auch ebenso geregelt.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung zur thermischen Abstimmung stimmt mit derjenigen der Fig. 2 darin überein, daß sie ein dünnwandiges

Metallrohr 44 besitzt, um welches eine induktionsfreie Heizwicklung 48 gewickelt ist. Die entgegengesetzten Enden des Rohres 44 sind an Tragpfropfen 66 und 67 befestigt. Der Pfropfen 66 besitzt am Ende eine Kugel 68, welche in eine passende Fassung 69 auf der Oberfläche des Ansatzes 42 eingesetzt werden kann. Der Pfropfen 67 besitzt am Ende eine Kugel 71, welche in eine passende Fassung 72 an dem Ende der Schraube 73 eingesetzt werden kann, die in der Platte 17 eingeschraubt ist.

Jedes Ende der Säule für die thermische Abstimmung ist auf diese Weise mit dem zugeordneten Resonatorteil annähernd allseitig verbunden, und diese allseitige Verbindung ergibt ein Minimum des Kontaktes von Metall zu Metall, so daß wenig oder gar kein Wärmeaustausch durch Leitung an den Verbindungsstellen zwischen Kugel und Fassung eintritt.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 4 ist die gleiche wie diejenige nach Fig. 2, wobei die Feder 59 ein mechanisches Spiel verhindert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Elektronenröhre mit einem einspringenden Hohlraumresonator, der zwei zueinander verschiebbare elektronendurchlässige Einrichtungen aufweist, die mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und die sie nacheinander durchsetzende Elektronenströmung in der Geschwindigkeit modulieren, dadurch gekennzeichnet. daß zur Feineinstellung der Resonanzfrequenz der Röhre eine auf Wärme ansprechende Einrichtung vorgesehen ist, welche aus einem einzigen Körper (44 bzw. 61) besteht, der elektrisch heizbar ist und sich bei Erwärmung in Richtung seiner Längsachse ausdehnt, wobei dieser Körper völlig außerhalb des Hohlraumes (12) und des die Elektronenströmung umschließenden evakuierten Kolbens parallel zu der Elektronenströmung angeordnet und mit seinen Enden mit zwei Bauteilen (42 bzw. 17) verbunden ist, die außerhalb des Hohlraumes und des evakuierten Kolbens liegen und mit den elektronendurchlässigen Einrichtungen (27, 28) in starrer Verbindung stehen, und daß eine Füh- go rung (15, 16) vorgesehen ist, um eine Ausdehnung oder Zusammenziehung des durch Wärme steuerbaren Körpers in eine zwangläufige gegenseitige Verschiebung der elektronendurchlässigen Einrichtungen umzuformen gs und dadurch ihren Abstand zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch heizbare Körper in Form eines dünnwandigen Röhrchens (61) aus einem Werkstoff mit hohem Ausdehnungskoeffizient ausgebildet ist.
3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des elektrisch heizbaren Körpers erheblich größer als der Abstand zwischen den elektronendurchlässigen Einrichtungen ist.
4. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine induktionsfreie Heizeinrichtung für den elektrisch heizbaren Körper.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 652 506, 666 834; französische Patentschriften Nr. 808 567, 119, 867 602; schweizerische Patentschrift Nr. 216058; USA.-Patentschriften Nr. 2217280, 2162478.

Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 924 327.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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