DE1108335B - Verzoegerungsleitung mit periodischer Struktur fuer Vorwaertswellen-Verstaerkerroehren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21g 13/17

INTERNATIONALE KL.

HOIj; H03f

C 15893 Vma/21g

ANMEtDDTAG: 4. DEZEMBER 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

8. JUNI 1961

Die Erfindung betrifft Verzögerungsleitungen mit periodischer Struktur für Vorwärtswellen-Verstärkerröhren.

Es ist bekannt, daß Wanderfeldröhren, die mit Verzögerungsleitungen vom Wendeltyp ausgerüstet sind, relativ große Verstärkung und relativ große Bandbreite besitzen. Jedoch treten bei Verwendung derartiger Leitungen in Hochleistungsröhren Probleme auf, wie besonders die Kühlung und Befestigung der Verzögerungsleitung, die ziemlich schwierig zu lösen sind. Praktisch besteht eine wendeiförmige Verzögerungsleitung aus einem schraubenförmig gewickelten Draht relativ großer Länge. Es ist daher schwierig, diesen Draht zu kühlen und in seiner Lage zu halten, da die Wendel sich unter Wärmeeinfluß verformt. Dieser Nachteil kann verringert werden, wenn beispielsweise die Wendel an mehreren über die gesamte Länge verteilten Punkten befestigt wird. Beispielsweise kann dies durch Metallstäbe erfolgen, die an einem zur Wendel koaxialen äußeren Metal· rohr hart angelötet sind. Jedoch sinkt als Folge dieser stabförmigen Abstützung die Bandbreite der Röhre beträchtlich.

Ebenfalls bekannt sind Verzögerungsleitungen, die aus einem mit Metallscheiben ausgestatteten (belasteten) Hohlleiter kreisförmigen Querschnitts bestehen, wobei jede Metallscheibe in der Mitte eine Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahles besitzt. Eine solche Verzögerungsleitung vom Scheibentyp ist recht massiv und weist nicht die Nachteile der Wendel-Verzögerungsleitung auf, da die Kühlung der Leitung und die Befestigung der Leiterelemente sichergestellt sind. Jedoch haben Röhren, die mit derartigen Verzögerungsleitungen ausgerüstet sind, eine geringere Verstärkung und eine relativ kleine Bandbreite.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Nachteil dadurch zu beheben, daß man eine Verzögerungsleitung aus einer Reihe von in axialer Richtung hintereinanderliegenden ringartigen Teilen aufbaut, von denen jeder mit einem diese Teile koaxial umgebenden metallischen Zylinder (Hohlleiter) durch η radiale Halterungsstäbe verbunden ist, wobei die Winkelversetzung zwischen den Halterungsstäben

aufeinanderfolgender Teile — entspricht. Eine der-

artige Verzögerungsleitung besitzt, verglichen mit den Wendel- oder Scheiben-Verzögerungsleitungen, insofern Vorteile, als mechanische Festigkeit und Bandbreite gewährleistet sind. Sie hat jedoch eine umgekehrte Dispersionscharakteristik der raumharmonischen Grundwelle (Fundamentale), so daß Vor-Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur für Vorwärtswellen -Verstärkerröhren

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie sans FiI, Paris

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore, Patentanwalt,
Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 4. Dezember 1956

Bernard Epsztein, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

wärtswellen-Verstärkerröhren, die eine derartige Verzögerungsleitung verwenden, mit einer höheren Raumharmonischen, deren Ausbreitung vorwärts erfolgt, betrieben werden und nicht mit der Grundwelle, deren Ausbreitung rückwärts erfolgt.

Röhren, die auf einer von der Grundwelle verschiedenen (höheren) Raumharmonischen arbeiten, haben jedoch unter sonst gleichen Bedingungen einen kleineren Kopplungswiderstand und eine geringere Bandbreite als Röhren, die auf der Grundwelle betrieben werden.

Ziel der Erfindung ist eine Verzögerungsleitung für eine Vorwärtswellen-Verstärkerröhre, bei der die raumharmonische Grundwelle eine Vorwärtswelle ist und die zugleich starr, massiv und leicht herzustellen ist und eine relativ gute Wärmeableitung ermöglicht, so daß eine Verstärkerröhre mit großer nutzbarer Bandbreite, großer Verstärkung und hoher Leistung geschaffen werden kann.

Dieses Ziel wird bei einer Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur für Vorwärtswellen-Verstärkerröhren, die aus einer Anzahl von untereinander gleichen und in gleichen Abständen fluchtend hintereinanderliegenden metallischen Ringen besteht, die im Innern eines Hohlleiters von kreisförmigem Querschnitt koaxial zur Hohlleiterachse angeordnet und jeweils von einem in radialer Richtung sich erstreckenden metallischen Stab, der an der Hohlleiterinnenwandung befestigt ist, so gehaltert sind, daß die

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Halterungsstäbe ebenfalls fluchtend hintereinander- Ringe 10 tragen, sind zueinander parallel; d. h. in

liegen, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein in axialer Richtung aufeinanderfolgende Halterungs-

axialer Richtung sich erstreckendes metallisches stäbe 11,12 fluchten.

Füllstück, dessen Querschnitt die Form eines Zy- Zusätzlich sind an der Innenwand der Hülle 1 zwei lindersegments besitzt und dessen äußere Mantel- 5 metallische Füllstücke 13 und 14 angebracht, die fläche der Innenwandung des Hohlleiters angepaßt außerhalb der Ringe 10 zwischen den Halterungsist, im Innern des Hohlleiters angeordnet und mit stäben 11 und 12 liegen. Die Füllstücke 13 und 14 seiner äußeren Mantelfläche an der Innenwandung erstrecken sich über die gesamte Länge der Verzögedes Hohlleiters anliegend an dieser befestigt ist. rungsleitung; die Querschnitte der Teile 13 und 14

Bei einer Verzögerungsleitung mit periodischer io (in Ebenen quer zur Röhrenachse) haben die Form Struktur für Vorwärtswellen-Verstärkerröhren, die von Zylindersegmenten. Die Ringe 10 bilden mit den aus einer Anzahl von untereinander gleichen und in Füllstücken 13 und 14 und der Hülle 1 die Verzögegleichen Abständen fluchtend hintereinanderliegenden rungsleitung der Röhre. Die Verzögerungsleitung ist metallischen Ringen besteht, die im Innern eines über die Koaxialleitungen 15 und 16 mit dem EinHohlleiters von kreisförmigem Querschnitt koaxial 15 gangs- und dem Ausgangskreis der Röhre verbunden, zur Hohlleiterachse angeordnet und jeweils von meh- die so konstruiert sein müssen, daß sie für ein gereren in radialer Richtung sich erstreckenden, unter- gebenes Band, in dem die Röhre arbeiten soll, eine einander gleichen metallischen Stäben, die gleich- hinreichend gute Impedanzanpassung schaffen,
mäßig über den Umfang verteilt angeordnet und an Bei der beschriebenen Verzögerungsleitung hat das der Hohlleiterinnenwandung befestigt sind, so ge- 20 hochfrequente elektrische Feld senkrecht zu jedem haltert sind, daß die Halterungsstäbe ebenfalls fluch- Ring 10, also in axialer Richtung, seinen Höchstwert tend hintereinanderliegen, wird das Ziel der Erfin- jeweils etwa in der Mitte zwischen den Halterungsdung dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß eine der stäben 11 und 12 des Ringes, während der in jedem Anzahl der Halterungsstäbe pro Ring gleiche Anzahl Ring 10 fließende HF-Strom sein Maximum in den von in axialer Richtung sich erstreckenden, unter- 25 Halterungsstäben 11 und 12 hat. Die elektrischen einander gleichen metallischen Füllstücken, deren Felder aufeinanderfolgender Ringe 10 sind mitein-Querschnitte die Form eines Zylindersegments be- ander ebenso verkoppelt wie deren magnetische Feisitzen und deren äußere Mantelflächen der Innen- der, die durch die umlaufenden HF-Ströme erzeugt wandung des Hohlleiters angepaßt sind, im Innern werden. Benachbarte Ringe 10 sind also sowohl elekdes Hohlleiters gleichmäßig über den Umfang ver- 30 trisch wie magnetisch gekoppelt. Jedoch würden, teilt angeordnet und mit ihren äußeren Mantelflächen wenn die Verzögerungsleitung nicht die Füllstücke 13 an der Innenwandung des Hohlleiters anliegend an und 14 enthielte, die durch diese Kopplungen erzeugdieser befestigt sind. ten Spannungen sich gegenseitig aufheben, und die

Die Erfindung wird durch die Beschreibung in resultierende Restkopplung zwischen den Ringen 10

Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. 35 wäre sehr schwach. Die Anwesenheit der Füllstücke

Fig. 1 ist ein axialer Längsschnitt in der Linie I-I 13 und 14, die in der Nähe der Stelle liegen, wo das

der Fig. 2 durch eine Ausführungsform einer Vor- elektrische Feld sein Maximum hat, verringert die

wärtswellen-Verstärkerröhre, die mit einer Verzöge- elektrische Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden

rungsleitung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist; Ringen 10 dadurch, daß ein Teil der elektrischen

Fig. 2 ist ein Querschnitt in der Linie II-II in Fig. 1; 40 Feldlinien zu dem jeweiligen Füllstück abgelenkt

Fig. 3 ist ein Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch eine wird, anstatt die beiden Ringe direkt miteinander zu

andere Ausführungsform einer Verzögerungsleitung »verbinden«. Infolgedessen überwiegt die magnetische

gemäß der Erfindung; Kopplung zwischen den Ringen 10, und diese sind da-

Fig. 4 ist ein Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch eine her stärker gekoppelt als bei Abwesenheit der Füllweitere Ausführungsform einer Verzögerungsleitung 45 stücke. Als Folge davon besitzt die Verzögerungsleitung gemäß der Erfindung; und eine geringe Dispersion und eine große Bandbreite.

Fig. 5 ist ein axialer Längsschnitt durch eine an- Darüber hinaus haben Berechnungen und Versuche bedere erfindungsgemäße Vorwärtswellen-Verstärker- stätigt, daß die obere Grenzfrequenz des Durchlaßröhre, bereiches sehr hoch ist und daß daher die Gefahren

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 einen metallischen 50 von Störschwingungen in Verbindung mit einer rück-Hohlleiterteil, der zugleich die zylindrische Metall- wärts laufenden Raumharmonischen sehr gering sind, hülle einer Vorwärtswellen-Verstärkerröhre darstellt. Noch dazu ist die Kopplungsimpedanz zwischen der Die zylindrische Hülle 1 ist an ihrem rechten Ende längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Hochdurch eine Auffangelektrode 2 bekannter Bauart und frequenzwelle und dem Elektronenstrahl sehr groß, an dem anderen Ende durch einen Isolierteil 3 abge- 55 da der Elektronenstrahl sehr dicht an den Ringen schlossen, in dem die Elektronenkanone angeordnet vorbeiläuft und mit der raumharmonischen Grundist, die aus der ringförmigen Kathode 4, dem Heiz- welle zusammenwirkt.

faden 5, der Fokussierelektrode 6 und der Beschleu- Die Verzögerungsleitung gemäß der vorliegenden

nigungselektrode 7 besteht. Die Kathode 4 ist so ge- Erfindung ist sowohl stabil als auch leicht herzustel-

baut, daß sie einen rohrförmigen Elektronenstrahl 8 60 len. Sie besitzt eine große Wärmeableitung infolge des

emittiert. Die Kathode 4 bekommt in bezug auf die direkten Kontaktes der Halterungsstäbe mit der Me-

Hülle 1 negatives Gleichpotential aus einer Span- tallhülle der Röhre. Eine thermische Ausdehnung ist

nungsquelle geeigneter Art, die mit 9 bezeichnet ist. von geringer Bedeutung, da die Elemente der Ver-

Metallische Ringe 10 sind koaxial zur Röhren- zögerungsleitung konstruktionsmäßig sehr verwin-

achse angebracht. Jeder Ring ist gegen die Hülle 1 65 dungssteif sind. Weiterhin ist es bei einer erfindungs-

mit zwei metallischen Halterungsstäben 11 und 12 gemäßen Verzögerungsleitung möglich, Halterungs-

abgestützt, die in einer Durchmesserrichtung stehen, stäbe zu verwenden, die noch starrer als die Ringe 10

wie Fig. 2 zeigt. Die Halterungsstäbe 11,12, die die sind. Außerdem ist es möglich, in Verbindung damit

sowohl hohle Ringe als auch hohle Halterungsstäbe zu verwenden, um den Durchlauf auf irgendeines üblichen Kühlmittels, wie Wasser oder ähnliches, zu ermöglichen.

Die Verzögerungsleitungen nach Fig. 3 und 4 unterscheiden sich von denen der Fig. 1 und 2 nur durch die Zahl der metallischen Halterungsstäbe für die Ringe dieser Verzögerungsleitungen und die entsprechende Zahl der metallischen Füllstücke.

In der Ausführung nach Fig. 3 ist jeder Ring 10 durch einen einzigen radialen metallischen Stab 17 mit der Metallhülle 1 verbunden. Die Winkelabweichung zwischen den Halterungsstäben aufeinanderfolgender Ringe ist wieder Null, d. h., die Halterungsstäbe fluchten. Ein Füllstück 18 von zylindersegmentförmigem Querschnitt erstreckt sich entlang der Innenwand der Hülle gegenüber den Halterungsstäben 17, d. h. ebenfalls wieder in dem Bereich, in dem das hochfrequente elektrische Feld ein Maximum hat.

In der Ausführung nach Fig. 4 ist jeder Ring 10 der Verzögerungsleitung mit drei radialen metallischen Halterungsstäben 19, 20, 21, deren Winkelabstand 120° beträgt, an der metallischen Hülle 1 befestigt. Die Winkelversetzung zwischen den Halterungsstäben aufeinanderfolgender Ringe ist wieder Null, d. h., die einander entsprechenden Halterungsstäbe 19, 20, 21 der Ringe fluchten. Drei metallische Füllstücke 22, 23 und 24, deren Querschnitte die Form eines Zylindersegments haben, erstrecken sich zwischen den Halterungsstäben 19, 20 und 21, diesen gegenüberliegend, längs der Innenwand der Hülle 1.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Verzögerungsleitungen besitzen alle eine normale Dispersionskurve, d. h., die raumharmonische Grundwelle dieser Leitungen verläuft in der gleichen Richtung wie die Energie der längs dieser Leitungen fortschreitenden, zu verstärkenden elektromagnetischen Welle.

Eine weitere Verbesserung einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung besteht darin, die den Ringen gegenüberliegende Oberfläche eines jeden Füllstückes mit quer zur Röhrenachse liegenden Rippen zu versehen, wobei jede Rippe zwischen zwei benachbarten Ringen 10 der Verzögerungsleitung liegt. Fig. 5 zeigt eine derartig verbesserte Ausführung. Die dort dargestellte Röhre entspricht der von Fig. 1 und 2, jedoch ist jedes Füllstück 13 und 14 mit Querrippen 31 und 32 versehen, die wie in Fig. 5 gezeigt verteilt sind. Die Rippen 31 und 32 verringern weiter die elektrische Kopplung zwischen benachbarten Ringen 10. Dies hat, wie schon oben erwähnt, eine Verringerung der Dispersion der Verzögerungsleitung und daher ein Anwachsen der Bandbreite der Röhre zur Folge.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE: 55

1. Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur für Vorwärtswellen-Verstärkerröhren, die aus einer Anzahl von untereinander gleichen und in gleichen Abständen fluchtend hintereinanderliegenden metallischen Ringen besteht, die im Innern eines Hohlleiters von kreisförmigem Querschnitt koaxial zur Hohlleiterachse angeordnet und jeweils von einem in radialer Richtung sich erstreckenden metallischen Stab, der an der Hohlleiterinnenwand befestigt ist, so gehaltert sind, daß die Halterungsstäbe ebenfalls fluchtend hintereinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in axialer Richtung sich erstreckendes metallisches Füllstück, dessen Querschnitt die Form eines Zylindersegments besitzt und dessen äußere Mantelfläche der Innenwandung des Hohlleiters angepaßt ist, im Innern des Hohlleiters angeordnet und mit seiner äußeren Mantelfläche an der Innenwandung des Hohlleiters anliegend an dieser befestigt ist.

2. Verzögerungsleitung mit periodischer Struktur für Vorwärtswellen-Verstärkerröhren, die aus einer Anzahl von untereinander gleichen und in gleichen Abständen fluchtend hintereinanderliegenden metallischen Ringen besteht, die im Innern eines Hohlleiters von kreisförmigem Querschnitt koaxial zur Hohlleiterachse angeordnet und jeweils von mehreren in radialer Richtung sich erstreckenden, untereinander gleichen metallischen Stäben, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet und an der Hohlleiterinnenwandung befestigt sind, so gehaltert sind, daß die Halterungsstäbe ebenfalls fluchtend hintereinanderliegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Halterungsstäbe pro Ring gleiche Anzahl von in axialer Richtung sich erstreckenden, untereinander gleichen metallischen Füllstücken, deren Querschnitte die Form eines Zylindersegments besitzen und deren äußere Mantelflächen der Innenwandung des Hohlleiters angepaßt sind, im Innern des Hohlleiters gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet und mit ihren äußeren Mantelflächen an der Innenwandung des Hohlleiters anliegend an dieser befestigt sind.

3. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Füllstück auf der den Halterungsstäben gegenüberliegenden Seite des Hohlleiters angeordnet ist.

4. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Füllstücke symmetrisch zwischen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Halterungsstäben angeordnet sind.

5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe jeweils von zwei einander gegenüberliegenden Halterungsstäben gehaltert werden, zwischen denen die zwei Füllstücke angeordnet sind.

6. Verzögerungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe jeweils von drei gegenseitig um 120° versetzten Halterungsstäben gehaltert werden, zwischen denen die drei Füllstücke angeordnet sind.

7. Verzögerungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstücke mit Querrippen versehen sind.

8. Verzögerungsleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Querrippen symmetrisch zwischen zwei benachbarten Ringen liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 934 220;
»RCA-Review«, Dezember 1953, S. 502 ff.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 045 482.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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