DE1011004B

DE1011004B - Wellenleiter fuer Wanderfeldroehren

Info

Publication number: DE1011004B
Application number: DEW12518A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kompfner
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1952-12-23
Filing date: 1953-11-07
Publication date: 1957-06-27
Also published as: FR1088736A; US2895071A; GB734479A

Description

DEUTSCHES

kl. 21 a⁴ 9/04

INTERNAT. KL. H 03

PATENTAMT

ANMELDETAG:

Ψ12518 VIII a /21a⁴ 7. NOVEMBER 1953

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AÜSLEGESCHRIFT: 27. JUNI 1957

Die Erfindung bezieht sich auf Wanderfeldröhren, die nach dem räumlich harmonischen Prinzip arbeiten, bei denen Wellenleiter mit ineinandergreifenden Elementen als Wellenwechselwirkungskreise verwendet werden.

Bei Wanderfeldröhren wird ein Elektronenstrahl durch einen Wechselwirkungskreis geleitet, an dem entlang sich eine elektromagnetische Welle mit einer solchen Geschwindigkeit fortpflanzt, daß eine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der elektromagnetischen Welle entsteht, wodurch die elektromagnetische Welle eine Verstärkung erfährt. Es sind bereits früher Wanderfeldröhren vorgeschlagen worden, die zum Betrieb im Millimeterwellengebiet geeignet sind, jedoch hatten solche Röhren entweder einen geringeren Frequenzbereich oder einen kleineren Wirkungsgrad, oder sie waren schwierig zu bauen.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, den Arbeitsfrequenzbereich zu vergrößern, den Wirkungsgrad zu verbessern und den Bau von Wanderfeldröhren zu ermöglichen, die zum Betrieb bei extrem kurzen Wellen, z. B. im Millimeterwellengebiet, geeignet sind.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Frequenzbereich von Wanderfeldröhren auf Gebiete mit noch kürzeren Wellenlängen auszudehnen.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine Wanderfeldröhre zur Erzeugung oder Verstärkung von Millimeterwellen mit einer in Form eines Paares einander gegenüberliegender, langgestreckter leitender Flächen ausgebildeten Verzögerungsleitung, die nach dem räumlich harmonischen Prinzip arbeitet, mit der Besonderheit, daß von jeder der Flächen der Verzögerungsleitung eine Vielzahl U- oder schleifenförmiger, in Querrichtung verlaufender leitender Elemente ausgehen und entlang jeder Fläche eine in Längsrichtung auseinandergezogene Elementenreihe bilden, wobei die Elemente beider Flächen unter Bildung von Überlappungsbereichen ineinandergreifen. Ferner sind Mittel vorgesehen, um durch die Überlappungsbereiche einen Elektronenstrahl in Längsrichtung zu schicken.

Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung mit der beschriebenen Form an beiden Enden im wesentlichen mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist, um das Entstehen von stehenden Wellen möglichst gering zu halten. Infolgedessen ist ein Betrieb nach dem räumlich harmonischen Prinzip, wie es in einem Aufsatz von Millman in den »Proceedings of the IRE,, 1951, S. 1035 ff., beschrieben ist, leicht zu erreichen, der bei einem Verstärker eine breitbandige Verstärkung und bei einem Rückwärtswellen-Oszillator eine breitbandige elektronische Abstimmung ermöglicht.

In dieser Hinsicht unterscheidet sich überdies die Verzögerungsleitung nach der Erfindung von bisherigen Verzögerungsleitungen, die ihr in anderen Beziehungen gleichen. Insbesondere wird nach der USA.-Patentschrift

Wellenleiter für Wanderfeldröhren

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Dezember 1952

Rudolf Kompfner, Far Hüls, N. J. (V St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

2 047 478 eine aus einem parallelen Leiterpaar bestehende Übertragungsleitung verwendet, die eine Vielzahl von Schleifenpaaren aufweist, wobei jeweils eine Schleife

eines Paars mit einem der die Übertragungsleitung bildenden Leiter verbunden ist; dabei entstehen jedoch auf der Übertragungsleitung stehende Wellen, die einen Betrieb in der Art der vorliegenden Erfindung unmöglich machen. In ähnlicher Weise offenbart die deutsche Patentschrift 841 766 einen Millimeterwellengenerator, bei dem ein prismatischer Wellenleiter verwendet wird, dessen gegenüberliegende Flächen eine ineinandergreifende Anordnung von vorstehenden leitenden Elementen tragen; jedoch sind die entgegengesetzten Enden des Wellenleiters nicht reflexionsfrei abgeschlossen, so daß im Wellenleiter stehende Wellen entstehen.

Ferner ist in der Zeitschrift »Comptes rendus«, November 1950, Bd. 231, S. 1220/21, eine Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren nach Art des Magnetrons angegeben, bei welcher der Wellenweg durch kammartige ineinandergreifende gerade Elemente gebildet wird. Diese Verzögerungsleitung enthält indessen keine schleifenförmigen Elemente, durch die der Elektronenstrahl hindurchgeschickt werden kann, um die hohe Wirksamkeit zu ermöglichen, die für den Betrieb im Millimeterwellenbereich, für den die vorliegende Erfindung hauptsächlich gedacht ist, notwendig ist.

Die bekannten Anordnungen enthalten im allgemeinen Bauteile, welche dem Wellenleiter die gewünschte Verzögerungseigenschaft verschaffen. Elemente in Form von Fingern oder Zinken oder, allgemeiner ausgedrückt, Mehrfachanordnungen von Vorsprüngen oder Fahnen, die in den Innenraum eines Wellenleiters hineinragen und zusammen mit ihren Befestigungsflächen den Wellen-

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leiter bilden. Da die Abmessungen der Elemente vorteil- -. Verstärker, der zum Betrieb entweder in Vorwärtswellenhafterweise in der Größenordnung der Betriebswellen- form oder in Rückwärtswellenform geeignet ist.
länge liegen, sind solche Anordnungen bekannter Art für Der Einfachheit halber sind die verschiedenen Aus-Millimeterwellen äußerst schwierig herzustellen. Nun führungsbeispiele schematisch dargestellt, wobei viele eignet sich die Anwendung der Gitterwicklungstechnik 5 Einzelheiten, wie Stützen und Abstandstücke, weggut zur Herstellung von ineinandergreifenden Wellen- gelassen sind.

leiteranordnungen, bei denen erfindungsgemäß Draht- Es soE nun auf die Zeichnungen näher eingegangen schleifen als Elemente verwendet werden. Als Beispiel werden. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Rückwärtswellenwird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung einer Oszillator, der in einem evakuierten Glaskolben 10 einineinandergreifenden Anordnung aus Drahtschleifen- io gebaut ist. An gegenüberliegenden Seiten des Kolbens elementen beschrieben, das für Röhren geeignet ist, die befindet sich ein Elektronenstrahlsystem 11 und eine in einem mittleren Wellenlängenband von 6 Millimetern Sammelelektrode 12 als Auftreffelektrode. Das Elekarbeiten sollen. Natürlich kann dieselbe Technik in tronenstrahlsystem hat den normalen Aufbau und begleicher Weise zur Herstellung von Wellenleiteranordnun- steht im wesentlichen aus einer Kathode 13, einer Strahlgen für Röhren mit noch kürzeren Wellenlängen an- 15 fokussierungs- und Intensitätsregelelektrode 14 und einer gewendet werden. Da es im allgemeinen erwünscht ist, Beschleunigungsanode 15. Die Sammelelektrode 12 bebei ineinandergreifenden Anordnungen dieser Art die steht aus einem schalenförmigen Element, dessen offene Länge bzw. Höhe der Elemente auf weniger als ein Viertel Seite dem Elektronenstrahlsystem zugewandt ist. der Betriebswellenlänge in der Wellenleiteranordnung zu Zwischen dem Elektronenstrahlsystem und der Sammelbegrenzen, ist offensichtlich die Herstellung von inein- 20 elektrode liegt die Anordnung 16 aus nicht magnetischem andergreifenden Anordnungen der früheren Art für Metall, wie Kupfer, die aus einem Ausgangsteil 17 und Röhren zur Verwendung bei vergleichbaren Wellenlängen einem langgestreckten Wechselwirkungsteil 18 besteht, ein fast unlösbares Problem, insbesondere wenn der Bau Der Wellenleiterteil 18 hat ein hohles Inneres 19 mit von Röhren mit reproduzierbaren Eigenschaften be- vorzugsweise rechteckigem Querschnitt, das als Wellen absichtigt ist. Zusätzlich' kann ein erfindungsgemäß auf- 25 leitender Durchgang und Wechselwirkungsraum dient, gebauter Wellenleiter mit ineinandergreifenden Elemen- Die Querschnittsabmessungen des Durchgangs 19 nehmen ten mit beträchtlich höherem Wirkungsgrad betrieben allmählich von den Größtwerten an der Elektronenwerden als vergleichbare Anordnungen der früheren Art, quellenseite auf kleinere Werte ab, die auf dem größeren da der Schleifenaufbau den Zutritt des Elektronenstrahls Teil der Länge gleichmäßig bleiben. Das hohle Innere im Bereich hoher elektrischer Feldstärke erleichtert. 30 liegt in einer Linie mit der Elektronenstrahlbahn zwischen Dieser Faktor ist von besonderer Bedeutung bei extrem dem Elektronenstrahlsystem und der Sammelelektrode; kurzen Wellenlängen, wo die verhältnismäßig kleinen ferner ist die Anordnung 16 an gegenüberliegenden Seiten Abmessungen des Röhrenaufbaus die Erzielung einer mit geeigneten Öffnungen 20 und 21 versehen, um den großen Verstärkung schwierig machen. Elektronenstrahl axial durchtreten zu lassen. Bei AnWenn auch die Erfindung mit besonderem Bezug auf 35 Wendungen als Rückwärtswellen-Oszillator ist die Seite Ausführungen beschrieben wird, bei denen die Elemente des Durchgangs an der Sammelelektrode bzw. am Strahl-U-förmige Drahtschleifen zur Verwendung bei Muli- ende, abgesehen von der Öffnung 21,-geschlossen. Um meter-Wellenlängen sind, können bei längeren Wellen- diese Seite in einem breiten Wellenlängenband im wesentlängen auch U-förmige Rohre verwendet werden, durch liehen reflexionsfrei zu machen, ist am Ende des Wechseldie eine Kühlflüssigkeit zum Betrieb bei höherer Leistung 40 Wirkungsraumes ein abgeschrägter Block oder Keil 22 zirkulieren kann. aus einem Dielektrikum angebracht, dessen abgeschrägte

Die Verwendung von Wellenleitern mit kammartig Fläche 23 mit Dämpfungsmaterial, wie pulverisiertes

ineinandergreifenden Anordnungen ist bei Röhren von Graphit, überzogen ist. Dieser Keil füEt im wesentlichen

besonderer Bedeutung, die nach dem räumlich harmo- den Wellenleiterinnenraum aus und besitzt eine Öffnung

nischen Prinzip arbeiten, wie es in dem obenerwähnten 45 zum Durchlaß des Elektronenstrahls. An der Seite der

Aufsatz von Millman beschrieben ist, wo der Elektronen- Elektronenquelle bzw. am Anfang des Strahls geht der

strahl sich in Synchronismus mit einer räumlichen Har- Wellenleiterhohlraum 19 in einen Wellenleiterhohlraum24

monischen der fortschreitenden Welle befindet, die mit über, der das Innere des Ausgangsteils 17 der An-

einer viel kleineren Phasengeschwindigkeit fortschreitet Ordnung 16 bildet. Dieser Wellenleiterhohlraum 24 hat

als die Grundkomponente der fortschreitenden Welle. 50 ebenfalls rechteckigen Querschnitt, damit er an der Stelle

Bei einer nachfolgend beschriebenen bevorzugten Aus- des Übergangs an den Querschnitt des Wellenleiterhohlführung der Erfindung wird eine Wellenleiteranordnung raums 19 angepaßt ist. Um die abgenommene Energie mit schleifen- oder U-förmigen ineinandergreifenden EIe- bequem abführen zu können, ist zwischen den Hohlmenten in einem Rückwärtswellen-Oszillator verwendet, räumen 19 und 24 eine übliche rechteckige Schräge 25 bei dem sich ein Elektronenstrahl in Synchronismus mit 55 vorgesehen. Außerdem bildet ein hohler Wellenleiter 26 einer vorwärts fortschreitenden räumlichen Harmo- mit rechteckigem Querschnitt, der an den Ausgangsnischen einer Welle befindet, deren Grundkomponente teil 17 in geeigneter Weise angepaßt ist, eine Fortin Rückwärtsrichtung fortschreitet (d. h. in einer Rieh- Setzung des Wellenleiterhohlraumes 24 zur Wand des tung, die der Richtung des Elektronenstrahls entgegen- Glaskolbens 10, wo er kapazitiv an einen äußeren Hohlgesetzt ist). 60 rohr-Wellenleiter angekoppelt ist, mit dessen Hilfe die

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden mehr Schwingungsenergie zum Verbraucher geführt werden

ins einzelne gehenden Erläuterung und der Zeichnungen kann,

besser verständlich werden. Die nützliche Wechselwirkung zwischen dem Elek-

Fig. 1 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel für tronenstrahl und der fortschreitenden Welle ist in dem

die Erfindung einen Längsschnitt durch einen Rück- 65 eingeschnürten Teil des Wellenleiters 19 gewährleistet.

wärtswellen-Oszillator; Um Komponenten mit einer Geschwindigkeit zu erhalten,

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 die im wesentlichen gleich der Elektronengeschwindigkeit

in Fig. 1; " und beträchtlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit

Fig. 3 zeigt schematisch als weiteres Ausführungs- sind, befindet sich in diesem Teil ein Wellenleiter mit

beispiel für die Erfindung einen Querschnitt durch einen 70 ineinandergreifenden Elementen, der ein Hauptmerkmal

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der Erfindung darstellt. Dieser Wellenleiter enthält als Welle brauchen, um sich von einem Element zum Elemente eine lineare Anordnung oder Folge von Draht- benachbarten zu bewegen, wobei angenommen ist, daß schleifen 31 mit haarnadel- oder U-förmiger Gestalt. die Leiterwellenlänge lang im Vergleich zum Abstand Die lineare Anordnung weist zwei Sätze oder Reihen 32 zwischen benachbarten Elementen ist, wie es im all- und 33 auf, wobei jede der Reihen eine Anzahl von 5 gemeinen erwünscht ist. Dies gilt, gleichgültig ob die Elementen 31 in gleichmäßigen Abständen enthält, die Elektronen und die fortschreitenden Wellen sich in sich von einer der gegenüberliegenden Oberflächen des derselben oder in entgegengesetzter Richtung bewegen, Wellenleiters 19 nach innen erstrecken. Die beiden Bei einer Schwingungserzeugung mit Rückwärtswellen Reihen greifen ineinander, so daß jedes zweite Element läßt man den Elektronenstrahl mit einer rückwärts oder der linearen Anordnung von derselben der gegenüber- iq entgegengesetzt gerichteten fortschreitenden Welle in liegenden Oberflächen ausgeht, während benachbarte Wechselwirkung treten. Eine solche Welle mit kleiner Elemente von entgegengesetzten Oberflächen ausgehen. Amplitude entsteht anfangs durch Rauschkomponenten Die Länge der Elemente ist so bemessen, daß sie sich des Strahls. Um die Verstärkung dieser Welle so groß um mehr als die Hälfte des Abstandes zwischen den zu machen, daß Schwingungen aufrechterhalten werden, gegenüberliegenden Oberflächen ausdehnen, wodurch ein 15 wird die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls so ein-Uberlappungsgebiet 32 entsteht, wie es im Querschnitt gerichtet, daß sie im wesentlichen gleich der Phasender Fig. 2 dargestellt ist. Die verschiedenen Elemente geschwindigkeit einer vorwärts schreitenden räumlichen sind so angeordnet, daß der Elektronenstrahl durch die Harmonischen dieser rückwärts schreitenden Welle ist. Enden bzw. gekrümmten Teile der Elemente hindurch- Der Strahlstrom muß daher den »Anfangs.i-Strom übergeht. Insbesondere ist es vorteilhaft, einen zylindrischen ao steigen. Es kann gezeigt werden, daß zur Erreichung Elektronenstrahl mit kreisförmigem Querschnitt zu von Schwingungen eine Beziehung erfüllt sein muß, benutzen, der so bemessen ist, daß er im wesentlichen die lautet: vollständig innerhalb dieses Gebietes bleibt. Ein ge- ωά

eignetes Strahl-Sammelmittel, z.B. eine außen ange- ^v= _πη β · ")

brachte Zylinderspule 35, die ein magnetisches Längsfeld 35

liefert, dient dazu, den Elektronenstrahl auszurichten, wobei ν die mittlere oder Gleichstromgeschwindigkeit

Zylindrische Elektronenstrahlen mit kreisförmigem Quer- des Elektronenstrahls im Wechselwirkungskreis, ω die

schnitt lassen sich leicht mit Elektrodenanordnungen Winkelfrequenz der zu verstärkenden Welle, d der Ab-

nach Brillouin herstellen. stand zwischen benachbarten Fingerelementen, Θ die

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, einen gleichmäßigen 30 Phasenverschiebung zwischen benachbarten Elementen Übergang zwischen dem belasteten Teil des Wellen- und η eine ganze Zahl ist. Die Geschwindigkeit ν des leiters 19, der sich über den Teil mit ineinandergreifenden Elektronenstrahls ist in erster Linie durch die auf sie Elementen erstreckt, und dem unbelasteten Teil des wirkende Beschleunigungsspannung bestimmt, die die Wellenleiters vorzusehen. Zu diesem Zweck nimmt die Potentialdifferenz zwischen der Kathode 13 und der Länge der Elemente 31 allmählich von einem gleich- 35 Anordnung 16 ist. Außerdem können sowohl der Abmäßigen Maximum auf den größeren Teil des Wellen- stand d als auch die Phasenverschiebung Θ wunschleiters auf ein Minimum am Ende bzw. am Anfang des gemäß eingerichtet werden, indem die geometrischen Strahls ab, um eine allmähliche Verringerung der Kopp- Abmessungen des Wellenleiterhohlraumes sowie die Ablung zwischen Elektronenstrahl und laufender Welle zu messungen und die Lage der Elemente geändert werden, erhalten. Dieses Gebiet mit abnehmender Kopplung 40 Wenn andererseits ein Paar benachbarter Elemente wirkt in erster Linie als Transformatorteil und nicht als als ein einzelner sich wiederholender Teil betrachtet Teil des Wechselwirkungsraumes, da im allgemeinen wird, lautet die zu erfüllende Beziehung dort keine Komponenten mit einer Axialgeschwindigkeit _ω £ vorhanden sind, die genügend langsam für die Wechsel- " = 2rr« Θ' wirkung mit dem Strahl sind. 45

Es ist auch im allgemeinen vorteilhaft, Elemente für wobei L die Länge eines sich wiederholenden Teils den Wellenleiter zu verwenden, die kürzer als ein Viertel (= 2 mal d) und Θ die Phasenverschiebung der zu verder Wellenlänge der gewünschten Schwingungsfrequenz stärkenden Welle in jedem Teil (=2mal©) ist, sind, weil die Elemente bei Frequenzen, bei denen sie Es ist ferner zur Erzeugung von Schwingungen noteine Viertelwellenlänge lang sind, eine Reihe von Reso- 50 wendig, daß der Strahlstrom so groß ist, daß ein gewisser natoren bilden, und hierdurch die Fortpflanzungseigen- Anfangsstrom überschritten wird. Zu diesem Zweck ist schäften des Kreises nachteilig beeinflußt werden. Jedoch es erforderlich, den Strahlstrom so lange zu steigern, ist es möglich, eine zufriedenstellende Arbeitsweise in daß die Schwingungen einsetzen. Die Intensität dieses dem Frequenzband zu erreichen, bei dem die Länge der Strahlstroms ist in erster Linie durch die Spannungen Elemente zwischen aufeinanderfolgenden ungeraden Viel- 55 bestimmt, die an die Kathode 13 und die Strahlfokusfachen von Viertelwellenlängen in diesem Band liegt. sierungs- und Intensitätsregelelektrode 14 gelegt werden. ■ Unter Länge der Elemente ist die Höhe, nicht aber die Es wird an dieser Stelle nützlich sein, kurz als Beispiel Länge in der Umfangsrichtung zu verstehen. ein Herstellungsverfahren zu schildern, das sich für einen

Es ist für diesen Wellenleiter mit ineinandergreifenden »Haarnadel·«-Wellenleiter der gezeigten Art als geeignet Elementen kennzeichnend, daß die normale elektrische 60 erwiesen hat. Dieser Wellenleiter ist zum Einbau in Form der fortschreitenden Wellen durch die Elemente eine Röhre entworfen, die eine Mittelfrequenz von verzerrt sind und daß zwischen benachbarten Elementen 50 000 MHz (6 mm Wellenlänge) beim Betrieb in einem axiale elektrische Feldkomponenten auftreten, die eine 20 000 MHz breiten Band haben soll. Die »Haarnadeln« starke räumliche harmonische Komponente mit einer sind aus vergoldetem Molybdändraht von 0,05 mm Grundperiode aufweisen, welche durch den Abstand 65 Durchmesser hergestellt. Dieser Draht wird mit Hilfe zwischen aufeinanderfolgenden Elementen einer Reihe einer Präzisions-Wendelwickelmaschine auf einen Stahlgegeben ist. Elektronen, die axial und dicht bei den dorn von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt von Elementen fortschreiten, bewegen sich in einem Feld etwa 0,2 · 2,0 mm gewickelt, dessen Kanten abgerundet mit im wesentlichen gleicher Richtung, vorausgesetzt, sind. Die Ganghöhe längs des Dorns ist auf 0,25 mm daß sie etwa eine halbe Periode der fortschreitenden 70 eingestellt, wodurch ein Abstand von Mitte zu Mitte

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benachbarter Finger von 0,125 mm verbleibt, wenn zwei solche Windungen ineinandergreifen. Der Dorn mit der Drahtwendel wird dann in eine Längsnut eines Kupferstückes eingesetzt, das eine der beiden Teile des Wellenleiters bildet. Die Tiefe der Nut ist so eingerichtet, daß die Höhe des Teils des Doms, der über die Fläche des Kupferstücks vorsteht, der gewünschten Elementlänge entspricht. Der Draht wird dann an die Kanten der Nut hart angelötet, die zur Ermöglichung des Anlötens vergoldet sind. An einem der beiden Enden der gewickelten Wendel kann eine Verjüngung angeschliffen sein, um die in Fig. 1 und 2 gezeigten Abschnitte der Reihe herzustellen, wenn dies erwünscht ist. Der Stahldorn wird dann chemisch aufgelöst, wobei die vom Kupferstück vorstehenden Schleifen zurückbleiben. Dieses Verfahren wird wiederholt, um ein zweites Kupferstück zu erhalten, welches eine gleiche Reihe vorstehender Schleifern trägt. Die beiden Kupferstücke werden in geeigneter Weise so zueinander ausgerichtet, daß die beiden Schleifenreihen ineinandergreifen, und dann mit zwei anderen Kupferstücken zusammengelötet, die die beiden anderen Seiten des nunmehr geschlossenen Wellenleiters bilden.

Fig. 3 zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Röhre, die insbesondere für Anwendungen als Verstärker gedacht ist. Es ist zweckmäßig, die Teile dieser Röhre durch Bezugszahlen zu bezeichnen, die um 100 größer als die Zahlen der entsprechenden Teile der in Fig. 1 gezeigten Röhre sind. Der Hauptunterschied besteht in dem Vorhandensein eines Wellenleiters, der von der Sammelelektrodenseite bzw. von der Seite am Strahlende des Wellenleiterdurchgangs 119 zum äußeren Ankopplungsanschluß 137 führt und der ebenso wie der Wellenleiter aufgebaut ist, der an der Elektronenquellenseite bzw. an der Seite am Strahlanfang des Durchgangs 119 zum äußeren Ankopplungsanschluß 136 führt. Über diese Ankopplung 136 wird eine Eingangswelle zugeführt, die verstärkt werden soll, wenn die Röhre als Vorwärtswellen-Verstärker betrieben werden soll, oder es wird an ihm andererseits eine Ausgangswelle abgenommen, wenn die Röhre als Rückwärtswellen-Verstärker betrieben wird. Die Röhrenanordnung 116 enthält außerdem einen Teil 140 an der Sammelelektrodenseite, der einen Hohl-Wellenleiter 141 definiert, welcher eine Fortsetzung des Wellenleiters 119 zum Röhrenkolben hin darstellt. Eine kapazitive Verbindung durch den Kolben hindurch führt zum äußeren Anschluß 137. Da an der Elektronenquellenseite der Querschnitt des Wellenleiterdurchgangs 119 allmählich von dem Minimumteil, der sich bis über den Teil mit ineinandergreifenden Elementen erstreckt, auf eine Größe zunimmt, die der Größe des Wellenleiters 141 angepaßt ist, so ist zur Ermöglichung der Anpassung an einen Außenkreis eine rechteckige Schräge 142 zwischen den Wellenleitern 119 und 141 vorgesehen.

Bei dieser Röhre ist es ebenfalls vorteilhaft, die Kopplung zwischen Elektronenstrahl und laufender Welle an der Sammelelektrodenseite des Wellenleiters 119 allmählich zu verringern, um eine breitbandige Anpassung zu ermöglichen. Dementsprechend nimmt an der Elektronenquellenseite die Länge der Elemente 131 allmäh-Hch ab, um einen sanften Übergang zum Zustand minimaler Kopplung zu erhalten.

Wer η diese Röhre als Verstärker betrieben wird, ist es wichtig, sicherzustellen, daß der Strahlstrom den Wert nicht überschreitet, der Rückwärtswellenschwingungen der Art, wie sie bei der Röhre nach Fig. 1 entstehen, hervorbringt.

Wie oben angegeben wurde, kann die in Fi^. 3 dargestellte Röhre entweder als Rückwärtswellen-Verstärker oder als üblicher Vorwärtswellen-Verstärker betrieben werden. Zum Betrieb in der Rückwärtswellenform wird die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls so eingerichtet, daß sie gleich

a>c^d ηπ— Θ

ist, wobei wc die Winkelfrequenz, d der Abstand der benachbarten Elemente, η eine ganze Zahl und Θ die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Elementen ist. Andererseits wird zum Betrieb in der Vorwärtswellenform die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls so eingerichtet, daß sie gleich

ω c^d

ηπ

ist. Zusammenfassend ergibt sich, daß durch die vorliegende. Erfindung eine verbesserte Form eines Wellenleiters mit ineinandergreifenden Elementen zur Verwendung bei verschiedenen Formen von Wanderfeldröhren geschaffen wird, insbesondere bei solchen Röhren, die zum Betrieb mit sehr kurzen Wellenlängen bestimmt sind, bei denen die Röhrenabmessungen notwendigerweise ebenfalls kurz sind. Selbstverständlich sind die oben beschriebenen besonderen Ausführungsformen nur Beispiele für die allgemeinen Erfindungsprinzipien. Es können verschiedene andere Anordnungen vom mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wellenleiter für Wanderfeldröhren zur Erzeugung oder Verstärkung von Millimeterwellen mit einer in Form eines Paares einander gegenüberliegender, langgestreckter leitender Flächen ausgebildeten Verzögerungsleitung, die nach dem räumlich harmonischen Prinzip arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder der Flächen der Verzögerungsleitung eine Vielzahl U- oder schleifenförmiger, in Querrichtung verlaufender leitender Elemente ausgehen und entlang jeder Fläche eine in Längsrichtung auseinandergezogene Elementenreihe bilden, wobei die Elemente beider Flächen unter Bildung von Überlappungsbereichen ineinandergreifen, und daß Mittel vorgesehen sind, um durch die Überlappungsbereiche einen Elektronenstrahl in Längsrichtung zu schicken.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Elemente der durch das Ineinandergreifen gebildeten Gesamtreihe abwechselnd den beiden leitenden Flächen zugeordnet sind.

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U- oder schleifenförmigen leitenden Elemente auf dem mittleren Teil der Verzögerungsleitung gleiche Länge haben und daß die Länge der Elemente an den Endteilen der Verzögerungsleitung von dem mittleren Teil ab kleiner wird, um einen Transformatorabschnitt für die Anpassung des mittleren Teils zu bilden.

4. Wanderfeldröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element aus einem Rohr besteht und für die Durchleitung eines Kühlmittels eingerichtet ist.

5. Wanderfeldröhre na'ch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung aus Kupfer und die Elemente aus vergoldetem Molybdändraht gefertigt sind.

6. Wanderfeldröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, zur Verwendung als Oszillator, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Elektronenquelle

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entfernt liegende Ende der Verzögerungsleitung durch im wesentlichen reflexionsfreie Mittel abgeschlossen ist und daß das der Elektronenquelle zuweisende Ende der Verzögerungsleitung an einen hohlen Wellenleiter angekoppelt ist, um aus letzterem Schwingungsenergie abzunehmen.

7. Wanderfeldröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das reflexionsfreie Mittel aus

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einem dielektrischen Keil besteht, dessen dem Elektronenstrahl zugewendete Oberfläche mit einem Widerstandsmaterial, z. B. mit Graphit, überzogen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 841 706;
USA.-Patentschrift Nr. 2 074478;
Proceedings of the IRE, 1951, S. 1035 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen