DE1113272B - Auskopplungsvorrichtung fuer eine elektrische Entladungsroehre fuer sehr kurze Wellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21g 13/17

INTERNATIONALE KL.

HOIj; H 03 b

S 54503 Vma/21g

ANMELDETAG: 26. JULI 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 31. AUGUST 1961

Die Erfindung betrifft elektrische Entladungsröhren für sehr kurze Wellen, insbesondere Reflexklystrons, und im besonderen Auskopplungsvorrichtungen für derartige Röhren.

Bei niedrigen Mikrowellenfrequenzen kann man die normalerweise in einem evakuierten Hohlraumresonator eines Klystrons erzeugte Mikrowellenenergie zur Nutzbarmachung über eine Koaxialleitung zu der Belastung führen. Die Koaxialleitungen sind in ihrem mechanischen Aufbau einfach und können nach einfachen und billigen Verfahren vakuumdicht an dem Resonator angebracht werden.

Bei höheren Mikrowellenfrequenzen muß die Mikrowellenenergie aus dem Hohlraumresonator mittels eines Hohlleiters entnommen werden. Wegen der verhältnismäßig großen Querschnittsfläche und der Starrheit der Hohlleiteranordnung waren die bisher bekannten Klystrons mit Auskopplungshohlleiteranordnungen in ihrem mechanischen Aufbau kompliziert und in der Herstellung teuer.

Es ist bekannt, bei einem Klystron den Hohlraumresonator durch eine Öffnung direkt mit dem Ausgangshohlleiter zu koppeln. Diese Kopplungsart ist hinsichtlich ihrer Übertragungseigenschaften äußerst unbefriedigend.

Es ist ferner eine Auskopplungsart bei Klystrons bekannt, wonach der Hohlraumresonator über einen koaxialen Leitungsabschnitt mit dem Hohlleiter gekoppelt ist. Dabei muß jedoch der Wellenwiderstand der Koaxialleitung an den des Hohlleiters angepaßt werden, was zu den genannten herstellungstechnischen Schwierigkeiten führt.

Schließlich ist eine Klystronbauart bekannt, bei welcher eine den Hohlraumresonator koaxial umgebende und mit ihm in Verbindung stehende Kammer vorgesehen ist, die jedoch als eine Art kurzschließende Drossel ausgebildet ist. Zur Erzielung einer einweichenden Breitbandigkeit der Kopplungsanordnung muß hier zur Ankopplung des Ausgangshohlleiters an den Hohlraumresonator ein besonderer Übertrager vorgesehen werden.

. Die Erfindung betrifft nun eine elektrische Entladungsröhre für sehr kurze Wellen, insbesondere Reflexklystron, mit einem im wesentlichen metallischen Vakuumgehäuse, mindestens einem innerhalb des Gehäuses angeordneten, mit zentralen Öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahls versehenen rotationssymmetrischen Hohlraumresonator sowie einer Kopplungsvorrichtung zum Auskoppeln der Hochfrequenzenergie aus dem Hohlraumresonator, bestehend aus einer innerhalb des Gehäuses koaxial zum Hohlraumresonator angeordneten, mit dem Auskopplungsvorrichtung

für eine elektrische Entladungsröhre

für sehr kurze Wellen

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
Great Neck, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. August 1956

Gisli Conrad Dalman, Ithaca, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Hohlraumresonator gekoppelten rotationssymmetrischen Kammer (Kopplungskammer), die zum Teil von der Innenfläche eines Teiles des Gehäuses gebildet wird, und einem senkrecht zur Achse der Kopplungskammer sich erstreckenden, mit der Kopplungskammer gekoppelten Hohlleiterstück zum Abführen der Hochfrequenzenergie.

Eine derartige elektrische Entladungsröhre wird gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Kopplungskammer derart ausgebildet und bemessen ist, daß ihre Resonanzfrequenz oberhalb der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs der Röhre liegt.

Durch diese Ausbildung werden die genannten Nachteile und Schwierigkeiten, wie sie sich bei den bekannten Anordnungen ergeben, vermieden. Der Aufbau wird wesentlich vereinfacht, da der Hohlleiter direkt an die Kopplungskammer angekoppelt werden kann, ohne daß dabei Schwierigkeiten hinsichtlich der Anpassung des Wellenwiderstandes auftreten.

Mit anderen Worten: Da die Kopplungskammer bei keiner der im Betrieb vorkommenden Frequenzen in Resonanz steht, sind ihre Abmessungen nicht kritisch, so daß auch eine Präzisionsbearbeitung nicht erforderlich ist. Insbesondere kann der Hohlleiter, selbst bei großen Abmessungen, direkt am Gehäuse der Anordnung befestigt werden. Zusammen mit dem an sich bekannten Merkmal, wonach ein Teil der Kopplungs-

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kammer von der Innenwandung eines Teiles des Gehäuses gebildet wird, ergibt sich dadurch der weitere Vorteil, daß die Entladungsröhre mit der Kopplungsvorrichtung als Ganzes sehr massiv hergestellt werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungskammer in Form einer beidseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitung ausgebildet, deren Länge kleiner ist als die halbe Wellenlänge der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann dabei die zylindrische Innenwand der Kopplungskammer zugleich als Elektrodenhalter dienen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Elektrodenhalter zur Abstimmung des Hohlraumresonators in axialer Richtung beweglich angeordnet und an zwei in axialer Richtung voneinander entfernten Stellen über biegsame Membranen, deren Abstand die Länge der Kopplungskammer bestimmt, leitend mit dem Gehäuse verbunden ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Reflexklystron gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Einzelteile des Refiexklystrons nach Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung.

Das Reflexklystron der Fig. 1 besteht aus fünf Hauptteilen, nämlich dem unteren Gehäuseteil 11, der Kathodenanordnung 20, 23 und 24, dem oberen Gehäuseteil 40, dem Reflektor 52 und der Abstimmeinrichtung 57, 58. Das aus den beiden Teilen 11 und 40 bestehende zylindrische Gehäuse ist als Ganzes mit 10 bezeichnet.

Der den unteren Gehäuseteil bildende kaltgezogene Stahlzylinder 11 ist an seiner Stirnseite 13 mit einer Eindrückung versehen, welche eine äußere ringförmige Seitenwandung 14 und eine ringförmige Grundfläche 15 mit einem konisch einspringenden gelochten Teil 16 bildet, dessen Öffnung mit einem Maschengitter 17 versehen ist.

Die Kathodenanordnung weist einen Kathodennapf 20 mit Heizwicklung 24 und eine Fokussierungselektrode23 auf und ist in einem zylindrischen Teil 31 gelagert, der mit achsparallelen Schlitzen 33 versehen ist, so daß er auf den äußeren Umfang der Seitenwandung 14 aufgeschoben werden kann, wodurch die Elektronenstrahlquelle 20 auf die Öffnung des einspringenden Teiles 16 ausgerichtet werden kann.

Der den oberen Gehäuseteil bildende Stahlzylinder 40 ist mit einem unteren, nach innen gezogenen Flansch 41 mit der Stirnwand 13 des unteren Gehäuseteiles 11 vakuumdicht verschweißt. Der obere Flansch 42 des oberen Gehäuseteiles trägt die Abstimmeinrichtung.

Die Reflektorelektrode 52 umgibt ein Stutzen 48, der an seinem unteren Ende 49 einerseits mit dem inneren Rand einer ringförmigen biegsamen Membran 50 und andererseits mit einem die Öffnung der Membran überdeckenden Maschengitter 51 verschweißt ist. Der Stutzen 48 trägt in seinem Inneren die Reflektorelektrode 52.

Die Membran 50, die Seitenwandung 14 sowie die Bodenfläche 15 bilden mit dem einspringenden Teil 16 und den Maschengittern 17 und 51 den Hohlraumresonator 61. Der äußere Rand der Membran 50 ist mit der Stirnwand 13 verschweißt.

Eine flexible vakuumdichte Membran 63 ist an ihrem inneren Umfang am Stutzen 48 und an ihrem

ίο äußeren Umfang am Membranhaltering 46 angelötet. Die Abstimmeinrichtung weist eine Schraube 66 auf, die einerseits mit dem Innengewinde der Abstimmkappe 68 und andererseits mit der inneren Schraube 57 zusammenwirkt, welche mit dem Stutzen 48 verbunden ist.

Die zur Fortleitung der erzeugten elektromagnetischen Energie zu der Belastung vorgesehene Wellenführung (Hohlleiter) ist bei 44 gezeigt; sie weist einen Flansch 45 an ihrem äußeren Ende auf, in welchen ein aus Glimmer bestehendes Fenster 70 vakuumdicht eingesetzt ist.

Gemäß der Erfindung gelangt die erzeugte Mikrowellenenergie aus dem Hohlraumresonator 61 über eine Kopplungskammer 80 in die Wellenführung 44, von wo aus sie zu der Belastung weitergeführt wird. Die Kopplungskammer 80 wird von den Membranen 63 und 50, dem Stutzen 48, einem Teil des oberen Gehäuseteiles 40 sowie von dessen Stirnwand 13 begrenzt und entspricht nach seiner Form dem Abschnitt einer Koaxialleitung. Mit der Wellenführung 44 steht die Kopplungskammer 80 über eine rechteckige Ausgangsöfmung 43 in dem zylindrischen Mantel des oberen Gehäuseteiles 40 in Verbindung, mit dem Hohlraumresonator 61 durch eine Öffnung 78 von vorzugsweise sichelförmiger Gestalt in der Membran 50 (vgl. hierzu insbesondere die Fig. 2 und 4).

Gemäß der Erfindung wird die im wesentlichen durch den Abstand der beiden Membranen 63 und 50 bestimmte elektrische Länge des die Kopplungskammer 80 bildenden Koaxialleitungsabschnittes so gewählt, daß sie kleiner als eine halbe Wellenlänge der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs der Röhre wird. Dadurch wird verhindert, daß die Kopplungskammer als Resonator geringer Güte wirkt und die Ausgangsleistung verringert.

Die beschriebene Auskopplungsvorrichtung ist einfach und robust und für die Verwendung bei höheren Mikrowellenfrequenzen besonders geeignet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Entladungsröhre für sehr kurze Wellen, insbesondere Reflexklystron, mit einem im wesentlichen metallischen Vakuumgehäuse, mindestens einem innerhalb des Gehäuses angeordneten, mit zentralen Öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahls versehenen rotationssymmetrischen Hohlraumresonator sowie einer Kopplungsvorrichtung zum Auskoppeln der Hochfrequenzenergie aus dem Hohlraumresonator, bestehend aus einer innerhalb des Gehäuses koaxial zum Hohlraumresonator angeordneten, mit dem Hohlraumresonator gekoppelten rotationssymmetrischen Kammer (Kopplungskammer), die zum Teil von der Innenfläche eines Teiles des Gehäuses gebildet wird, und einem senkrecht zur Achse der Kopplungskammer sich erstreckenden, mit der Kopplungskammer gekoppelten Hohl-

leiterstück zum Abführen der Hochfrequenzenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungskammer (80) derart ausgebildet und bemessen ist, daß ihre Resonanzfrequenz oberhalb der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs der Röhre liegt.

2. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungskammer (80) in Form einer beidseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitung (40, 48) ausgebildet ist, deren Länge kleiner ist als die halbe Wellenlänge der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbereichs.

3. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Innenwand (48) der Kopplungskammer (80) zugleich als Elektrodenhalter dient.

4. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (48) zur Abstimmung des Hohlraumresonators (61) in axialer Richtung beweglich angeordnet und an zwei in axialer Richtung voneinander entfernten Stellen über biegsame Membranen (63,50), deren Abstand die Länge der Kopplungskammer bestimmt, leitend mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 1097 861;
britische Patentschriften Nr. 729 812, 744 262;
»The Bell System Technical Journal«, 1955,
S. 563 ff.;

»Electronics«, April 1952, S. 115.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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