DE970660C

DE970660C - Vorrichtung zum Verstaerken von Zentimeterwellen

Info

Publication number: DE970660C
Application number: DEP28891A
Authority: DE
Inventors: John Robinson Pierce
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1946-01-11
Filing date: 1948-12-31
Publication date: 1958-10-16
Also published as: CH269667A; NL76331C; NL99549C; US2636948A; DE974489C; BE469122A; GB652155A; GB652219A; NL187376B; NL78190C; ES176720A1; FR934220A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verstärken von Zentimeterwellen. Hierfür ist bereits vorgeschlagen worden, die Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrom und dem der Welle zugeordneten elektrischen Feld auszunutzen, und zwar unter Verwendung eines den Elektronenstrom umgebenden - Übertragungsweges für die Welle, der so ausgebildet ist, daß sich die Welle unbehindert vom Eingang zum Ausgang mit einer Geschwindigkeit fortpflanzt, die mit der Geschwindigkeit der Elektronen vergleichbar ist.

Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, derartige Verstärkungsvorrichtungen zu vervollkommnen, und zwar sowohl hinsichtlich der Größe der Verstärkung als auch hinsichtlich der Breite des Frequenzbandes.

Hierzu empfiehlt die Erfindung, in das Hochfrequenzfeld des wenigstens einige Wellenlängen betragenden Übertragungsweges verlustbringendes Material längs der Wegstrecke einzubringen, auf welcher das Hochfrequenzfeld mit dem Elektronenstrom in Wechselwirkung tritt.

Es ist bei Wanderfeldröhren bekannt, die Enden der Wendelleitung durch angepaßte Widerstände reflektionsfrei abzuschließen. Es ist weiterhin bekannt, bei Verstärkerröhren mit Hohlrohrkreisen Dämpfungsmaterial im Hochfrequenzfeld der in der Röhre befindlichen Hohlleiter vorzusehen. Während bei der erfindungsgemäßen Anordnung das verlustbringehde Material durch Anbringen innerhalb des Hochfrequenzfeldes auf dem Wechselwirkungsbereich eine Steuerung der

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Selbsterregung ermöglicht und hierzu in dem erwähnten Bereich liegen muß, betreffen die bekannten Vorschläge Anordnungen, bei welchen in dem Wechselwirkungsbereich weder angepaßte Widerstände noch verlustbringendes Material vorgesehen ist. Eine Steuerung der Selbsterregung im Sinne der Erfindung kann daher nicht bestehen. Andererseits schließt die Erfindung nicht aus, daß eine der bekannten Anordnungen zusätzlich zu der ίο erfindungsgemäßen Anordnung Anwendung findet. Für die Anbringung des verlustbringenden Materials stehen zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung, auf welche bei der folgenden Erläuterung der Zeichnung näher eingegangen werden soll. In der Zeichnung zeigt

Fig. ι eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Wellenübertragungsweg durch den Verstärker eine wendeiförmige Spule aus einem festen Leiter enthält mit koaxialen Übertragungsleitunao gen als Ankopplungselementen;

Fig. ι Α veranschaulicht eine andere Möglichkeit zur Einführung von Hochfrequenzverlustwiderständen in den Weg der Wendelspule;

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Übertragungsweg der Welle durch den Verstärker eine wendelförtnige Spule enthält, die dadurch gebildet ist, daß ein Wellenleiter spulenförmig gewickelt ist;

Fig. 2 A veranschaulicht eine Einzelheit von Fig. 2 in abgewandelter Form;

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der der Übertragungsweg der Welle durch die Anordnung einen Wellenleiter enthält, der mit in Abstand aufgestellten Querwänden belastet ist, wobei diese in den festgelegten Abständen den Querschnitt des Leiters einengen;

Fig. 4 veranschaulicht eine Abwandlung von Fig. 3, bei der die Mittelöffnungen in den Querwänden mit Zylindern ausgestattet sind, die sich in Längsrichtung des Leiters erstrecken, um dem Kreis die Merkmale eines Filters zu geben;

Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung von Fig. 4, bei der die Trennwände auf leitende Streifen oder Ständer zurückgeführt sind, durch die die Zylinder nach Fig. 5 getragen werden.

Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 ist ein Wellenverstärker, der entsprechend der Erfindung so ausgebildet ist, daß er in ein koaxiales Übertragungssystem eingeschaltet werden kann. Die koaxiale Leitung ist unterbrochen, und der mit ι und 2 bezeichnete Eingang der Anordnung ist mit der Leitung verbunden. Ebenso ist der Ausgang der Anordnung mit dem mit 3 und 4 bezeichneten Ende der Leitung verbunden. Die An-Ordnung enthält eine evakuierte Hülle 5, in der eine Elektronen aussendende Kathode 6 untergebracht ist. Diese Kathode möge, wie dargestellt, indirekt geheizt werden. Ferner befinden sich in der Hülle 5 eine die Elektronen bündelnde Elektrode 7, eine Beschleunigungselektrode 8, eine Sammelelektrode 9, die wendeiförmige Spule 10, Hochfrequenzverlustmaterial 11, Kopplungsglieder 12 und 13 und die die Spule abschließenden zylindrischen Teile 14 und 15. Die Kathode wird aus einer Spannungsquelle 16 gespeist, und die bündelnde Elektrode erhält ihre Vorspannung aus einer Stromquelle 17. Die Elektroden 8 und 9, die wendeiförmige Spule 10 und die mit ihr verbundenen Glieder sind gegenüber der Kathode positiv vorgespannt, und zwar durch Verbindungen zur Stromquelle 18. Infolgedessen wird von der Kathode ein Elektronenstrom ausgesandt, und zwar mit einer geeigneten Geschwindigkeit durch die Spule in Richtung ihrer Achse hin zu der Sammelelektrode 9. Wie dargestellt, umgibt ein Solenoid 29 die Spule 10, um ein starkes, in einer einzigen Richtung verlaufendes magnetisches Feld längs deren Achse zu erzeugen und dadurch zu verhindern, daß der Elektronenstrom von seiner gewünschten Bahn infolge eines äußeren magnetischen Einflusses, beispielsweise desjenigen des magnetischen Erdfeldes, abweicht. Jedes Ende der Wendelspule ist an das entsprechende Ende der koaxialen Leitung angekoppelt. Beispielsweise ist das Eingangsende der Spule, das am Eingangsende der ganzen Anordnung liegt, mit der koaxialen Leitung 1, 2 gekoppelt, und zwar mit Hilfe des Streifens 12, der das Ende der Spule mit dem Zylinder 14 verbindet, und des Streifens 19, der den mittleren Leiter 1 der koaxialen Leitung mit dem äußeren Leiter 2 durch das dazwischengeschaltete abschirmende Glied 22 verbindet. Die Längen der koppelnden Streifen 12 und 19 sind vorzugsweise einander gleich und elektrisch ein Viertel oderi—+—) der Wellenlänge, bezogen auf

die zu verstärkende Welle, wobei η eine ganze Zahl ist. Der Grad der Kopplung zwischen den Gliedern 12 und 19 kann durch Drehen der Hülle 5 um ihre Achse geändert werden, da dadurch der Abstand der beiden Glieder geändert wird. Das Ausgangsende der Spule ist an die koaxiale Leitung 3, 4 in der gleichen Weise angekoppelt, und zwar mittels der einander benachbarten Streifen 13 und 20.

Die Glieder 21, 22, 23, 24 und 25, die aus leitendem Material bestehen, sind elektrisch miteinander verbunden und dienen dazu, die Wendelspule, ihre Endabschlüsse, die Endteile der koaxialen Leitung und die Anordnungen zum An- no koppeln der Spule und der koaxialen Leitung einzuschließen und abzuschirmen. Die benachbarte Lage des Gliedes 14 und des rohrförmigen Teiles im Eingang der Spule sowie des Gliedes 15 und des rohrförmigen Teiles 25 im Ausgang der Spule bewirkt, daß diese Teile Nebenschlußkondensatoren bilden, die einen Verlust von Hochfrequenzenergie verhindern. Die Glieder 25 und 26 bilden zusammen einen toroidförmigen Hohlresonator mit einem Spalt 27, der dem das Glied mit der Stromquelle 18 verbindenden Leiter 28 dicht benachbart ist. Dieser Resonator ist auf den Bereich der Arbeitsfrequenzen abgestimmt. Da er mit dem Leiter 28 gekoppelt ist, wirkt er als Sperre und verhindert, daß zuviel Hochfrequenzenergie über diesen Leiter verlorengeht. Wenn ein

Leiter am Eingang der Spule nach außen führt oder wenn es anderweitig wünschenswert ist, so kann dort eine ähnliche Sperre benutzt werden, wobei das Glied 24 als Teil des Hohlresonators dienen kann.

Das Verlustmaterial 11 ist als Hohlzylinder gezeigt, dessen Wandungsdicke in Richtung der Achse von der Mitte aus spitz zuläuft. Es umgibt die Wendelspule in ihrem mittleren Bereich, gesehen in Längsrichtung. Dieses Material kann eine Mischung aus keramischem und leitendem Material oder einem anderen Stoff sein, der in der Lage ist, Energie aus einem hochfrequenten Feld zu absorbieren. Form und Verteilung des Materials können längs der Spule in irgendeiner geeigneten Weise so gewählt werden, daß der durch die Energieabsorption eingebrachte Verlust sich längs der Spule so verteilt, wie es gewünscht wird. Die Einführung eines festgelegten Hochfrequenzverlustes längs des Übertragungsweges der Welle, der bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Wendelspule 10 gebildet ist, ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, weil der Betrag der durch die Anordnung erreichbaren Verstärkung in fühlbarer Weise durch Selbsterregung begrenzt werden kann, die auf in entgegengesetzter Richtung, d. h. vom Ausgang zum Eingang, übertragene Hochfrequenzenergie zurückzuführen ist. Die Gegenwirkung gegen solche Schwingungen kann durch diese Einführung von Übertragungsverlusten kontrolliert werden. Die Dämpfung kann über den ganzen Übertragungsweg zwischen Eingang und Ausgang der Anordnung oder auch über einen Teil davon gleichmäßig verteilt werden. Es wurde jedoch gefunden, daß es zumindest unter manchen Voraussetzungen vorteilhaft ist, die Dämpfung nicht gleichmäßig zu verteilen. Da die bisher vorliegenden Feststellungen noch nicht abgeschlossen sind, soll die Erfindung nicht hierauf beschränkt werden. Auf Grund der gegenwärtigen Erfahrungen erscheint es jedenfalls wünschenswert, das verlustbringende Material eher in der Mitte der Anordnung als an ihren Enden zu konzentrieren.

Als andere Ausführungsmöglichkeit hinsichtlich der Einführung von Material zur Absorption von Energie, als es durch Teil 11 in Fig. 1 gezeigt wird, können auch andere Mittel zur Einführung von Hochfrequenzverlusten benutzt werden. Eine solche andere Ausführungsform ist in Fig. 1A gezeigt, die den mittleren Teil einer Anordnung entsprechend derjenigen nach Fig. 1 darstellt. Anstatt des Verlustmaterials, so wie durch Teil 11 in Fig. 1 einzubringen, ist hier die Wendelspule 10 selbst aus Material hergestellt, das kontrollierbare Verluste herbeiführt. Zu diesem Zweck kann der Leiter der Spule aus Material mit hohen Verlusten bestehen, wie beispielsweise aus Widerstandsdraht. Er kann aber auch aus Material mit niedrigen Verlusten bestehen, das mit Eisen oder einem anderen Material mit hohen Verlusten überzogen ist. Schließlich kann auch ein Leiter benutzt werden, der aus Material mit hohen Verlusten besteht und mit einem Material mit niedrigen Verlusten überzogen ist. Auch hier in allen diesen Fällen kann die auf diese Weise eingeführte Dämpfung, je nach Wunsch, gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt sein.

Die axiale Länge der Spule beträgt vorzugsweise mehrere Wellenlängen. Nach vorliegender Kenntnis soll die Spule so lang sein, als es nach praktischen Gesichtspunkten möglich ist.

Im Betriebszustand erreicht die hochfrequente Eingangswelle die Anordnung über die Leiter 1 und 2 der koaxialen Leitung. Sie erreicht dann den Kopplungsstreifen 19, der, wie erwähnt, ein

Viertel oder)—+—) elektrische Wellenlängen lang \² 4/

ist, wobei η eine ganze Zahl ist. Sie wird auf das Eingangsende der Wendelspule 10 durch die Kopplung zwischen Streifen 19 und Streifen 12 übertragen. Auch die letzteren besitzen vorzugsweise

eine Länge von einem Viertel oder \—-\—!elektrische

\² 4/

Wellenlänge. Die Welle durchquert die Spule 10 bis zu dem Kopplungsstreifen 13 am Ausgangsende der Spule. Dann wird sie auf den Streifen 20 übertragen, und zwar auf Grund der Kopplung zwischen 13 und 20, wobei auch hier wieder beide Streifen vorzugsweise je eine Länge von einem

Viertel oder (—+—] elektrische Wellenlänge be- \² 4/

sitzen. Schließlich wird sie an die koaxiale Leitung 3, 4 abgegeben. Auf diese Weise besteht also für die Hochfrequenzwelle ein unmittelbarer Weg durch die Anordnung ohne Rücksicht auf das Elektronenbild. Der Hochfrequenzweg zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Wendelspule ist so, daß — obwohl die Geschwindigkeit der Welle längs des Spulendrahtes etwa die gleiche wie die des Lichtes ist — die Geschwindigkeit der Welle in Richtung der Spulenachse nur einen kleinen Bruchteil davon beträgt und vergleichbar der Geschwindigkeit eines Elektrons ist, die einer angemessenen Beschleunigungsspannung entspricht. Da es nunmehr zur Verstärkung der Welle notwendig ist, daß die Wellengeschwindigkeit in Richtung der Spulenachse vergleichbar mit der Elektronengeschwindigkeit in dieser Richtung ist, müssen — unter Berücksichtigung der Frequenz der zu verstärkenden Welle — die Spulenabmessungen, die Abmessungen des Elektronenrohres und die Bemessung der Beschleunigungsspannungen für die Elektronen miteinander in Einklang gebracht werden, um dieses Ziel zu erreichen. Eine enge Übereinstimmung zwischen diesen Geschwindigkeiten ist wünschenswert, obwohl fraglos eine gewisse Toleranz notwendig und auch unvermeidbar ist, wenn die Wellen sich über einen breiten Frequenzbereich erstrecken. Genaue zahlenmäßige Beispiele über die Toleranz können nicht gegeben werden. Es ist aber augenscheinlich, daß die Geschwindigkeiten etwa innerhalb eines Bereiches von 10% übereinstimmen sollten, wenngleich möglicherweise Abweichungen bis zu 25% zulässig sein können.

Zur Zeit sind die Verhältnisse wohl so zu beurteilen, daß die Angaben »vergleichbar« oder »im wesentlichen gleich«, die vorstehend benutzt wurden, um die Beziehungen zwischen den beiden Geschwindigkeiten zu beschreiben, so verstanden werden müssen, daß eine Toleranz in der Größenordnung von 25 % zulässig ist. Praktisch wird man so vorgehen, daß bei einer bestimmten Anordnung und einem vorgegebenen Frequenzbereich die Elektronengeschwindigkeit so einzustellen ist, daß das beste Ergebnis erzielt wird.

Eine geeignete Hochfrequenzquelle bzw. Belastung mögen an die koaxialen Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen der Anordnung angeschlossen sein. In Fig. ι ist die Erfindung in der Ausführung veranschaulicht, wie sie für die Einfügung in eine koaxiale Übertragungsleitung bestimmt ist; es ist jedoch ersichtlich, daß diese Ausführung in ähnlicher Weise mit Hilfe bekannter Kopplungsmittel in andere äußere Über tr agungs wege, z. B. Wellenleiter, eingebaut werden kann.

Frühere Versuche mit einer Anordnung ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1 mit' der Abwandlung nach Fig. iA ergaben eine Verstärkung von mehr als zehn Dezibel über eine Bandbreite von mehr als 200 Megahertz bei einer Wellenlänge von etwa 11 cm. Die Wendelspule hatte hierbei dreizehn Windungen pro Zoll, einen Durchmesser von 0,25 Zoll und eine Länge von 16 Zoll. Benutzt wurde eine Spannung von 2000 Volt zur Beschleunigung der Elektronen.

Fig. 2 veranschaulicht eine Anordnung, bei der nicht, wie in Fig. 1, eine Drahtspule benutzt ist. Statt dessen ist ein Wellenleiter zu einer Spule 42 geformt, und zwar längs der Achse, längs deren die Welle sich etwa mit der Geschwindigkeit des Elektronenstromes fortpflanzt und daher aus diesem Energie entnimmt. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist der Wellenleiter, der den äußeren Übertragungsweg zum Verstärker darstellt, nicht unterbrochen, sondern gleichmäßig durch die Anordnung hindurchgeführt. Längs des Weges des Elektronenstromes ist der Wellenleiter zu einer wendeiförmigen Spule geformt, die den Elektronenstrom umschließt. Die Wandung des Wellenleiters, die im Innern der Achse der Wendel und dem Elektronenstrom gegenübersteht, ist offen, so daß das elektrische Feld, das von einer durch den Wellenleiter hindurchgesandten Welle hervorgerufen wird, sich aus dem Innern des Wellenleiters in den Weg des Elektronenstromes erstrecken und mit diesem zusammenarbeiten kann.

Die einzelnen Teile der Anordnung, die denjenigen von■: Fig. ι entsprechen und in der gleichen Weise arbeiten, sind auch in der gleichen Weise bezeichnet. Im allgemeinen sind die evakuierte Hülle und die die Elektronen betreffenden Ausführungsformen der Fig. 2 die gleichen wie in Fig. 1. Eine zusätzliche Beschleunigungselektrode 44 ist gezeigt. In Fig. 2 ist es natürlich notwendig, daß der Eintritt des Wellenleiters in die Hülle und sein Austritt aus dieser durch Verschmelzungen luftdicht abgeschlossen ist.

Die Hochfrequenzwelle tritt in die Spule von dem mit 40 bezeichneten Teile des Wellenleiters ein und verläßt sie durch den mit 41 bezeichneten Teil. Infolge der wendeiförmigen Ausbildung des Wellenleiters ist die Geschwindigkeit der Welle in Richtung der Spulenachse im wesentlichen ebenso groß wie die Geschwindigkeit des Elektronenstroms, der längs der Achse in der gleichen Richtung fließt. Wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, ist dieses eine Voraussetzung, unter der eine Verstärkung der Welle stattfindet, dank der Energieübertragung von dem Elektronenstrom auf das axiale Hochfrequenzfeld, das mit der Welle in Wechselwirkung tritt. Die Anordnung wird daher in der gleichen Weise wie in Fig. 1, wie es in Verbindung damit beschrieben wurde, als Verstärker arbeiten. Um einen gewünschten Betrag der Hochfrequenzdämpfung in der Anordnung zu erreichen, wie es mit dem Verlustmaterial 11 in Fig. 1 geschehen ist, wird hier ähnliches, mit 43 bezeichnetes Material im Innern des Wellenleiters gezeigt. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, so kann auch hier dieses Material sich längs des Wellenleiters in solcher Menge verteilen, wie es notwendig ist, um den Verlust wunschgemäß zu verteilen. Statt dessen kann aber auch das Innere des Wellenleiters mit einem Material von hohem Verlust überzogen werden, wie beispielsweise Eisen, oder es kann die Dämpfung auf irgendeine andere gewünschte Weise erzielt werden. Um in der Zeichnung ein klareres Bild zu geben, sind die Windungen des Wendeis in Fig. 2 in Achsrichtung weitläufiger gezeichnet, als es im allgemeinen bei einer praktischen Ausführungsform der Fall ist. Die Windungen können einander so dicht benachbart sein wie erwünscht oder sogar in unmittelbarer Berührung, wie in der Teilskizze Fig. 2 A veranschaulicht. Diese zeigt das Endteil einer Spule, die für die Ausführungsform nach Fig. 2 benutzt werden kann. Es leuchtet ein, daß eine der Fig. 2 A ähnliche Ausführungsform erhalten werden kann, indem man im Innern eines leitenden Zylinders in Berührung mit diesem einen flachen Leiter hochkant in Wendelform anordnet.

Von der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 ist ein Längsschnitt dargestellt. Es handelt sich hier um einen zylindrischen Wellenleiter, der leitende Querwände besitzt und der den Über- no tragungsweg durch den Verstärker bildet. Die Trenn- oder Bremswände wirken in der Weise, daß sie die Geschwindigkeit der durch den Wellenleiter hindurchgehenden Wellen herabsetzen, so daß die Axialgeschwindigkeit der Welle und die Geschwindigkeit eines Elektronenstromes längs der Achse etwa gleich groß sind. In Fig. 3 stellt die Hülse 50 des Wellenleiters 49 einen Teil der evakuierten Hülle dar und ist mit dem Glasteil der Hülle 51 durch Verschmelzen verbunden. In dieser Darstellung ist der Übertragungsweg außerhalb der Anordnung eine koaxiale Leitung. Diese Leitung ist unterbrochen, um den Wellenleiterteil der Anordnung dazwischenzuschalten. Die Leiter 53 und 54 sind an den Eingang der Anordnung und die Leiter 55 und 56 an den Ausgang angeschlos-

sen. Die isolierenden Perlen 57, die an beiden Stellen gezeigt sind, an denen der koaxiale Teil mit dem Wellenleiter zusammentrifft, und auch dort, wo die Zuleitung zu der Sammelelektrode 9 in den Wellenleiter eingeführt ist, dienen dazu, die Abdichtung der evakuierten Hülle zu gewährleisten. Die inneren Leiter 53 und 55 endigen in den dargestellten Koppelschleifen, um dafür zu sorgen, daß Hochfrequenzenergie zu dem Wellenleiter und von diesem übertragen wird. Es können natürlich auch andere Arten von äußeren Zuleitungen zu dem Wellenleiterteil der Anordnung benutzt werden, wie auch andere geeignete Kopplungsarten.

Die Bremswände oder Querwände 58 bestehen aus leitendem Material und stehen in elektrischer Verbindung mit der Hülse 50 des Wellenleiters, so daß jede Bremswand den Wellenleiter quer abschließt bis auf die daran befindlichen Öffnungen, wie beispielsweise 59 und 60. Die Öffnungen 59 sind längs der Achse des Wellenleiters angeordnet. Sie ermöglichen den Durchgang der Hochfrequenzwellen durch den Wellenleiter sowie das Durchtreten eines Elektronenstromes längs der Achse. s5 Dieser soll mit dem axialen elektrischen Feld zusammenarbeiten, das mit der wandernden Welle in Verbindung steht. Die Öffnungen 60, die außerhalb des Mittelpunktes, d. h. außerhalb der Achse des Wellenleiters angeordnet sind, können vorhanden sein, sie können aber auch fortbleiben. Die Querwände mit nur den Mittelöffnungen 59 dienen dazu, die Axialgeschwindigkeit der Hochfrequenzwelle durch den Wellenleiter bis auf diejenige des Elektronenstromes in der gleichen Richtung herabzusetzen, so daß die erstrebte wechselseitige Beeinflussung stattfinden kann, wie vorher beschrieben. Die Öffnungen 60 können vorgesehen sein, um eine zusätzliche, unmittelbare Kopplung zwischen den entgegengesetzten Seiten jeder Trennwand zu schaffen, dem Wellenleiter eine gewünschte Charakteristik eines Bandfilters zu geben und die Verstärkung eines breiten Frequenzbandes zu erleichtern. Um, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen, die gewünschte Hochfrequenzdämpfung zu schaffen, ist Verlustmaterial 61 im Innern des Wellenleiters angeordnet. Dieses Material kann längs des Wellenleiters so verteilt werden, wie es für die geeignete Verteilung des Übertragungsverlustes notwendig ist. Der gewünschte Verlust kann auch hier mit Hilfe anderer Mittel erzielt werden, wie beispielsweise durch die Verwendung von Material mit hohen Verlusten für den Aufbau des Wellenleiters oder dadurch, daß Teile von diesem mit Material von hohen Verlusten überzogen werden.

Mit Ausnahme der den evakuierten Raum einschließenden Hülle und der unterschiedlich ausgebildeten Beschleunigungselektrode 52, die die Stelle der Elektrode 8 einnimmt, ist die Anordnung zum Aussenden des Elektronenstromes längs des Übertragungsweges der Hochfrequenzwelle die gleiche wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Entsprechende Teile sind ebenso bezeichnet wie in den vorangehenden Figuren. Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 3 beim Verstärker einer hindurchgeschickten Hochfrequenzwelle ist die gleiche, wie in Verbindung mit den vorangehenden Figuren beschrieben.

Fig. 4 ist eine Abwandlung der Fig. 3, und zwar sind die mittleren Öffnungen in den Trennwänden und den Enden des Wellenleiters in der dargestellten Weise mit Längen von leitenden Hohlzylindern oder Rohren 65 und 66 ausgestattet. Diese Zylinder dienen weiterhin dazu, die Räume zwischen den Trennwänden gegeneinander abzutrennen, so daß der Wellenleiter im Endergebnis eine Aufeinanderfolge von toroidförmigen Resonatoren darstellt, die mit ihren Enden zueinander angeordnet und durch die Öffnungen zwischen ihnen gekoppelt sind. Die Charakteristik des Übertragungsweges durch den Wellenleiter ist auch hier die eines Bandfilters. Die Geschwindigkeit der Hoch- · frequenzwelle längs der Achse der Zylinder 65 ist verringert, um sich derjenigen des hindurchgesandten Elektronenstromes anzunähern. Wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen wird dadurch auch hier eine Verstärkung der Welle erzielt.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Fig. 4, bei der die Zylinder 65 anstatt durch die Trennwände durch leitende Stäbe 68 getragen werden. Dieser Fall kann so aufgefaßt werden, daß die Öffnungen 60 der Fig. 4 so vergrößert worden sind, daß die Trennwände 58 der Fig. 4 zusammengeschrumpft sind, bis sie die Form der stabförmigen Träger 68 angenommen haben. Ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auch hier die Charakteristik der Hochfrequenzübertragung diejenige eines Bandfilters. Die Anschlüsse für die koaxialen Zuleitun- gen zum Eingang und zum Ausgang des Wellenleiters werden durch Anzapfen der zentralen koaxialen Leiter an geeigneter Stelle der an den Enden befindlichen Tragstäbe hergestellt, wie gezeigt. Es wird auch hier Verlustmaterial 69 eingefügt, so wie es notwendig ist, um eine gewünschte Verteilung der Dämpfung innerhalb des Übertragungsweges zu erzielen, wie vorher erläutert. Der Elektronenstrom längs der Achse der Anordnung wird wie bei den vorher gezeigten Ausführungsformen erzeugt. Auch die Verstärkung einer durch die Anordnung hindurchgehenden Hochfrequenzwelle wird in der gleichen Weise erzielt, indem man die axiale Geschwindigkeit der Welle und die des Elektronenstromes einander gleich macht.

Es ist oben gezeigt worden, daß bei der Arbeitsweise der verschiedenen Ausführungsformen nach der Erfindung die Geschwindigkeit der Hochfrequenzwelle und die des Elektronenstromes längs des gemeinsamen Weges im wesentlichen die gleichen sein sollen. Wenn die zu verstärkende Energie sich über einen breiten Frequenzbereich erstreckt, so ist es wünschenswert, daß die genannte Beziehung über die ganze Bandbreite hinweg gilt. Dieses bereitet keine Schwierigkeiten,

wenn der Übertragungsweg einen gleichförmigen Leiter darstellt. Wenn indessen eine Anordnung, wie beispielsweise die nach Fig. 4 oder 5, die Charakteristik eines Bandfilters besitzt, so sind besondere Vorkehrungen notwendig, um der gestellten Bedingung soweit als irgend möglich nahezukommen. Das gilt insbesondere dann, wenn das benutzte Frequenzband einen nennenswerten Teil des Durchlaßbereiches des Filters darstellt, und ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Phasenwechsel über den Durchlaßbereich hinweg zwischen Abschnitten des Filters das Bestreben haben, die Phasenbeziehung zwischen den Elektronen und der elektrischen Welle längs ihres Weges durch die Anordnung zu ändern.

Claims

Patentansprüche:

i. Vorrichtung zum Verstärken von Zentimeterwellen durch Wechselwirkung zwischen - einem Elektronenstrom und dem der Welle zugeordneten elektrischen Feld unter Verwendung eines den Elektronenstrom umgebenden Übertragungsweges, der wenigstens einige Wellenlängen lang und so ausgebildet ist, daß sich die Welle unbehindert vom Eingang zum Ausgang mit einer Geschwindigkeit fortpflanzt, die mit der Geschwindigkeit der Elektronen vergleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß verlustbringendes Material in das Hochfrequenzfeld des Übertragungsweges längs der Wegstrecke eingebracht ist, auf welcher das Hochfrequenzfeld mit dem Elektronenstrom in Wechselwirkung tritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material aus einem Hochfrequenzenergie aufnehmendem Material besteht und so eingebracht ist, daß es in wenigstens einem Teil des Weges Verlust hervorruft.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material so eingebracht ist, daß der Verlust gleichförmig längs des Weges verteilt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material so eingebracht ist, daß der Verlust ungleichförmig längs des Weges verteilt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material so eingebracht ist, daß der Verlust im mittleren Teil des Weges konzentriert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material von solcher Größe ist, daß es den Energieaustausch zwischen dem Feld und den Elektronen an den Längsteilen des Übertragungsweges kompensiert, wo das verlustbringende Material angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg aus einer leitenden Bahn von wendeiförmiger Gestalt (42) besteht und das verlustbringende Material (43) für die Absorption der Hochfrequenzenergie in wenigstens einer seiner Windungen enthält.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg aus einem schraubenförmigen Leiter (42) besteht, der koaxial mit dem Elektronenstrom verläuft und das verlustbringende Material (43) enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige leitende Bahn einen Überzug aus dem verlustbringenden Material aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg aus einem wendeiförmigen Leiter besteht, welcher auf wenigstens einem Teil seiner Länge mit einer Ringmuffe aus dem verlustbringenden Material umgeben ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, unter Verwendung eines Übertragungsweges in Form eines hohlen Wellenleiters mit einer Reihe in Abständen angeordneter, leitender Trennwände, um die axiale Geschwindigkeit der längs des Leiters wandernden Welle in bezug auf die Geschwindigkeit der Elektronen zu verringern, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material im Innern des Wellenleiters (50) untergebracht ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material aus einer Mehrzahl von Körpern (61)

. besteht, welche zwischen einer Mehrzahl von Trennwänden (58) liegen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das verlustbringende Material einen Überzug auf der Innenseite des Leiters bildet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Elektronenstrom und der Übertragungsweg von einer evakuierten Hülle umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle die rohrförmige Wand des mit einem Überzug aus verlustbringendem Material versehenen Wellenleiters bildet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 452 662;

USA.-Patentschriften Nr. 2 122 538, 2 197 123, 2300052, 2367295.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

& 809 635/« 10.58.