DE1018112B

DE1018112B - Traveling field tubes with returning wave

Info

Publication number: DE1018112B
Application number: DEC8642A
Authority: DE
Inventors: Pierre Palluel
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1952-12-20
Filing date: 1953-12-19
Publication date: 1957-10-24
Also published as: GB749281A; FR1074017A

Description

Die Erfindung betrifft die spezielle Bemessung von Verzögerungsleitungen für Wanderfeld - Oszillatorröhren der »Carcinotron«-Bauart.The invention relates to the specific sizing of delay lines for traveling wave oscillator tubes the "Carcinotron" type.

Bekanntlich enthalten diese Röhren eine Elektronenquelle und eine Verzögerungsleitung, längs deren ein von der Quelle ausgesandter Elektronenstrahl sich ausbreitet. Wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind, werden in der Verzögerungsleitung Schwingungen angefacht und breiten sich von dem der Elektronenquelle abgekehrten Ende in Richtung auf das der Elektronenquelle benachbarte Ende der Verzögerungsleitung aus, wo ein Abnahmekreis vorgesehen ist.As is known, these tubes contain an electron source and a delay line, lengthways whose electron beam emitted from the source propagates. If certain conditions are met vibrations are fanned in the delay line and propagate from that of the electron source remote end in the direction of the electron source adjacent end of the delay line from where an acceptance circle is provided.

In den Röhren dieser Bauart wird die Schwingungsfrequenz durch die Geschwindigkeit der Elektronen bestimmt.In tubes of this type, the oscillation frequency is determined by the speed of the electrons certainly.

Die Erfindung hat das Ziel, eine Verzögerungsleitung für Röhren der obenerwähnten Bauart zu scharren, die insbesondere für Röhren mit verhältnismäßig geringer Leistung geeignet ist, d. h. für Röhren, deren Ausgangsleistung 1 Watt nicht übersteigt, also für Röhren mit einer Leistung, die derjenigen der bekannten Reflexklystrons entspricht.The invention aims to provide a delay line for tubes of the type mentioned above to scrape, especially for tubes with relative low power is suitable, d. H. for tubes with an output power not exceeding 1 watt, thus for tubes with a power which corresponds to that of the known reflex klystrons.

Die erfindungsgemäße Verzögerungsleitung hat die Gestalt einer Wendel, deren Windungen eine bestimmte abgewickelte Länge I haben. Diese ist derart mit den Wellenlängen, für die die Röhre bestimmt ist, verknüpft, daß, wenn X eine dieser Wellenlängen im freien Raum bedeutet, die folgende Beziehung gilt:The delay line according to the invention has the shape of a helix, the turns of which have a certain developed length l . This is related to the wavelengths for which the tube is intended, that if X means one of these wavelengths in free space, the following relationship applies:

1<λ<21 oder 1 <λ <21 or

:Κλ₀ : Κλ ₀

(X₀ — größte Betriebswellenlänge im freien Raum). (X ₀ - largest operating wavelength in free space).

Es sind bereits Wanderfeldverstärkerröhren mit wendeiförmiger Verzögerungsleitung bekannt, bei welchen die abgewickelte Länge einer Windung zwischen λ/4 und X/2 einschließlich dieser beiden Werte liegt. Es ist ferner bekannt, daß bei derartigen Verstärkerröhren die Möglichkeit einer Verstärkung der rücklauf enden Welle besteht, jedoch ist in diesem Fall die rücklauf ende Welle keine räumliche Fundamentalwelle, da mit der angegebenen Dimensionierung der Wendel die Fundamentalwelle direkt ist. Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik ist die Erfindung auf ein »Carcinotron« anzuwenden, und zwar wird erfinduiigsgemäß eine Wendel verwendet, bei der die abgewickelte Länge einer Windung zwischen X_o/2 und X₀ liegt, wobei diese beiden Grenzwerte ausgeschlossen sind.Traveling-field amplifier tubes with a helical delay line are already known, in which the developed length of a turn is between λ / 4 and X / 2 including these two values. It is also known that with such amplifier tubes there is the possibility of amplifying the returning wave, but in this case the returning wave is not a spatial fundamental wave, since with the specified dimensioning of the helix the fundamental wave is direct. In contrast to this prior art, the invention is to be applied to a "carcinotron", namely according to the invention a helix is used in which the unwound length of a turn is between X _o / 2 and X ₀ , these two limit values being excluded.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist unter diesen Bedingungen die Fundamentalwelle rücklaufend. unH das »Carcinotron«, dessen Wirkungsweise auf der Wechselwirkung mit einer rücklaufenden Welle beruht, kann in Wechselwirkung mit der Fundamentalwelle arbeiten. Nun ist es aus der französischen Wanderfeldröhre mit rücklaufender WelleAs experience has shown, under these conditions the fundamental wave is retrograde. unH the »Carcinotron«, whose mode of action is based on the interaction with a returning wave, can work in interaction with the fundamental wave. Now it's from the French Traveling wave tube with returning wave

Anmelder:Applicant:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Graefelfing near Munich, Aribostr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 20. Dezember 1952Claimed priority:
France, December 20, 1952

Pierre Palluel, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenPierre Palluel, Paris,
has been named as the inventor

Patentschrift 1034007 bekannt, daß die Fundamentalwelle eine besonders günstige Wechselwirkung ergibt, weil sie schneller als die Oberwellen läuft und eine größere Energiemenge mit sich führt. Eine Wendel mit der angegebenen Dimensionierung eignet sich also für »Carcinotrons«, insbesondere für solche mit niedriger Leistung.Patent 1034007 known that the fundamental wave a particularly favorable interaction results because it runs faster than the harmonics and a carries a larger amount of energy with it. A helix with the specified dimensions is therefore suitable for "carcinotrons", especially for those with low power.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin istFurther details of the invention emerge from the description of some exemplary embodiments Hand drawing. In here is

Fig. 1 ein Schrägbild einer Ausführungsart der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung,Fig. 1 is an oblique view of an embodiment of the delay line according to the invention,

Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung der Längsachse einer anderen Ausführungsart der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung,Fig. 2 is a plan view in the direction of the longitudinal axis of another embodiment of the invention Delay line,

Fig. 3 ein Querschnitt durch die Achse einer Carcinotron-Röhre, die mit einer Verzögerungsleitung nach Fig. 1 ausgerüstet ist, undFig. 3 is a cross-section through the axis of a Carcinotron tube fitted with a delay line is equipped according to Fig. 1, and

Fig. 4 eine andere Röhre ähnlicher Bauart, die mit einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung ausgerüstet ist.Fig. 4 shows another tube of a similar type equipped with a delay line according to the invention is.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsart tragen zwei isolierende Träger 1 und 2, beispielsweise in Gestalt von Stäben, einen in Form einer flachen Wendel gewickelten Draht 3 aus leitendem Material, beispielsweise Metall. Die Windungen der Wendel, die eine Ganghöhe P aufweist, bilden zwei Lagen 4 und 4 α paralleler Drahtelemente, die durch die Dicke der Stäbe 1 und 2 getrennt sind. Der Abstand zwischen den beiden Lagen ist vorzugsweise kleiner als dieAccording to the embodiment shown in FIG. 1, two insulating supports 1 and 2, for example in the form of rods, carry a wire 3 made of conductive material, for example metal, wound in the form of a flat helix. The turns of the helix, which has a pitch P , form two layers 4 and 4 α of parallel wire elements which are separated by the thickness of the rods 1 and 2. The distance between the two layers is preferably smaller than that

709 757,726709 757.726

längs der Wendel gemessene Wellenlänge der Hochfrequenzenergie, welche sich entlang dieser Verzögerungsleitung fortpflanzen soll. Eine koaxiale Leitung 9, die mit einem Ende der X^erzögerungsleitung verbunden ist, gestattet die Abnahme der in der Verzögerungsleitung erzeugten Hochfrequenzenergie.Wavelength of the radio frequency energy measured along the helix, which is propagated along this delay line should reproduce. A coaxial line 9 connected to one end of the X ^ delay line is connected allows the high frequency energy generated in the delay line to be drawn off.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht in Richtung der Längsachse einer Wendel 3 gezeigt, die mit der in Fig. 1 dargestellten in der Form übereinstimmt, jedoch an äußeren Haltestäben 5, 6, 7 und 8 befestigt ist.FIG. 2 shows a plan view in the direction of the longitudinal axis of a helix 3, which has the same shape as that shown in FIG. 1, but is attached to outer holding rods 5, 6, 7 and 8.

Gemäß der Erfindung ist die Länge / der Windungen der Wendel 3 so bemessen, daß /<]<2/ gilt, wobei λ auf die Wellenlängen der Hochfrequenzenergie im freien Raum bezogen ist, für welche die Röhre, die mit der Wendel 3 ausgerüstet werden soll, gebaut ist.According to the invention, the length / of the turns of the helix 3 is dimensioned such that / <] <2 /, where λ refers to the wavelengths of the high-frequency energy in free space for which the tube to be equipped with the helix 3 is to be used , is built.

In Fig. 3 ist ein Beispiel einer solchen Röhre gezeigt, die mit einer Verzögerungsleitung der in Fig. 2 dargestellten Bauart ausgerüstet ist.An example of such a tube is shown in FIG. 3, which is provided with a delay line of the type shown in FIG is equipped with the type shown.

In einem evakuierten Kolben 10 ist eine Emissionskathode 12, welche die Gestalt eines Stabes hat und durch einen Heizfaden 11 geheizt wird, senkrecht zur Achse der Röhre angeordnet. Diese Kathode sendet einen Elektronenstrahl aus, der mittels zweier paralleler Leiterstäbe 13 und 14 in Form eines Flach-Strahles fokussiert wird. Diese beiden Stäbe sind sowohl zur Kathode als auch zur Röhrenachse senkrecht angeordnet. Sie erhalten eine negative Vorspannung — V, wobei das Potential der Kathode, als Bezugspotential genommen wird. Das andere Ende der Röhre ist mit einem Kollektor 15 versehen, der eine positive Vorspannung + V erhält.In an evacuated flask 10, an emission cathode 12, which has the shape of a rod and is heated by a filament 11, is arranged perpendicular to the axis of the tube. This cathode emits an electron beam which is focused by means of two parallel conductor rods 13 and 14 in the form of a flat beam. These two rods are arranged perpendicular to both the cathode and the tube axis. You will get a negative bias voltage - V, taking the potential of the cathode as the reference potential. The other end of the tube is provided with a collector 15 which receives a positive bias voltage + V.

Die Wendel 16 ist so zwischen der Kathode und dem Kollektor angebracht, daß ihre Achse mit der Achse der Röhre zusammenfällt und der Strahl sich innerhalb ihrer Windungen fortpflanzen kann. Diese Wendel erhält ebenfalls eine positive Vorspannung + V. The coil 16 is mounted between the cathode and the collector so that its axis coincides with the axis of the tube and the beam can propagate within its coils. This filament also receives a positive bias + V.

In der Nähe der Kathode ist die Wendel 16 mit dem Innenleiter 18 einer koaxialen Ausgangsleitung 19 verbunden. Diese Leitung erstreckt sich entlang der Innenseite der Röhre und dient zur Abnahme der von der Röhre erzeugten Ultrahochfrequenzenergie.In the vicinity of the cathode is the helix 16 with the inner conductor 18 of a coaxial output line 19 tied together. This line extends along the inside of the tube and is used to remove the from ultra-high frequency energy generated by the tube.

An ihrem anderen Ende ist die Wendel mit einem absorbierenden Material 20 bedeckt. Dieses Material verhindert die Bildung stehender Wellen.At its other end, the coil is covered with an absorbent material 20. This material prevents standing waves from forming.

Eine Spule 17 umgibt den Kolben 10 und erzeugt in letzterem ein entlang der Röhrenachse gerichtetes magnetisches Feld. Dieses Magnetfeld trägt dazu bei, den Strahl zu bündeln. Die Leistungsabgabe der Röhre kann durch Regelung der Vorspannung der Elektroden 13 und 14 eingestellt werden.A coil 17 surrounds the piston 10 and generates in the latter a direction along the tube axis magnetic field. This magnetic field helps to focus the beam. The power output of the Tube can be adjusted by regulating the bias of electrodes 13 and 14.

In der beschriebenen Röhre ist die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und der längs der Wendel sich ausbreitenden Welle besonders eng, wodurch eine sehr kräftige Wechselwirkung erreicht wird. Der Strahl breitet sich in der Nachbarschaft der Wendel in einem Bereich aus, wo das Ultrahochfrequenzfeld seinen Höchstwert hat.In the tube described, the coupling between the electron beam and the along the Helix spreading wave particularly tight, which achieves a very powerful interaction will. The beam spreads in the vicinity of the coil in an area where the ultra-high frequency field has its maximum value.

Diese Eigenschaften bewirken einen relativ hohen Leistungsgewinn je Längeneinheit der Wendel. Es ist darum möglich, kurze Röhren zu verwenden. Dabei bleibt der Strahl in einem weiten Betriebsspannungsbereich gebündelt, da sein Weg verhältnismäßig kurz ist.These properties result in a relatively high gain in performance per unit length of the helix. It is therefore possible to use short tubes. The beam remains in a wide operating voltage range bundled as its path is relatively short.

Für geringe Leistungen ist die in Fig. 3 dargestellte Röhre billiger, da sie leichter zu bauen ist als eine Röhre, die mit Verzögerungsleitungen der Scheibenbauart oder der Bauart mit ineinandergreifenden Gliedern ausgerüstet ist.For low power, the tube shown in Fig. 3 is cheaper because it is easier to build than a tube fitted with delay lines of the disc type or the interlocking type Is equipped with limbs.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsart einer mit einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung ausgerüsteten Röhre. Die Wendel 16 ist auf einem Kreiszylinder aufgewickelt. Die Kathode 12 hat die Gestalt eines Ringes. Die Röhre enthält drei Steuerelektroden 13, 14 und 23, die ebenfalls die Gestalt konzentrischer Ringe haben. Diese Elektroden bündeln die Elektronen in zwei koaxialen, röhren- oder schlauchförmigen Strahlen, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Wendel zu beiden Seiten der Windungen ausbreiten. Auf diese Weise erhält man eine enge Kopplung zwischen den Elektronenstrahlen und der Ultrahochfrequenzwelle. Diese Röhre hat somit ebenso wie die in Fig. 3 dargestellte Röhre einen relativ hohen Leistungsgewinn je Längeneinheit.Fig. 4 shows another embodiment of one equipped with a delay line according to the invention Tube. The helix 16 is wound on a circular cylinder. The cathode 12 has the shape a ring. The tube contains three control electrodes 13, 14 and 23, which are also concentric in shape Have rings. These electrodes bundle the electrons in two coaxial, tubular or tubular shapes Rays that spread in the immediate vicinity of the helix on both sides of the turns. In this way, a close coupling is obtained between the electron beams and the ultra-high frequency wave. This tube, like the tube shown in FIG. 3, thus has a relatively high gain in performance per unit of length.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Traveling wave tube with a returning wave for generating tunable over a wide range Ultra-high frequency oscillations in which the electromagnetic energy is generated Wave in the opposite direction to the electron beam with in the direction of this Beam of directed phase velocity propagates, with a helical delay line, the end of which is arranged in the vicinity of the electron beam source and has a decrease circle is coupled, while at the other end decoupled from the first end absorbent to Avoidance of reflection are provided, with the electron beam speed adjusted is that the traveling wave tube operates in a frequency band in which the fundamental wave is a reverse shaft, characterized in that the developed length of a helix turn

between a somewhat higher value than -y- on the one hand and I ₀ on the other hand (A ₀ = largest operating wavelength in free space), that the filament is relatively short and that means are provided to achieve a close coupling between the electron beam and the filament.

2. traveling wave tube according to claim 1, characterized in that it has means for bundling the electrons emitted by the electron source in at least one in close proximity of the turns of the delay line containing the propagating beam.

3. traveling wave tube according to claim 2, characterized in that the bundling means from consist of a plurality of parallel control electrodes and that live Connections are provided to the control electrodes one negative with respect to the cathode To give bias.

4. traveling wave tube according to claim 3, characterized in that the delay line in Is wound in the form of a flat helix and the control electrodes are rod-shaped and so are attached so that they guide the beam within the helix.

5. traveling wave tube according to claim 3, characterized in that the delay line in Form a cylindrical helix is wound and both the cathode and the control electrodes ring-shaped and are assigned concentrically around the helix axis.

6. traveling wave tube according to claim 5, characterized by a first annular electrode

with a smaller diameter than the helix, a second annular electrode with essentially the same diameter as the filament and a third, same electrode with a larger one Diameter than the helix, creating two tubular rays in the vicinity of the

Wendel, one inside and the other outside.

Publications Considered: Traveling Ware Tubes by Pierce, 1950, p. 157 to 159.

Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings