DE1516399C - Lauffeldröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lauffeldröhre mit linearem Elektronenhohlstrahl und einer Verzögerungsleitung, in der eine Elektrode zur Beseitigung positiver Ionen (Ionensaugelektrode) koaxial angeordnet ist, die gegen die Verzögerungsleitung gleichstrommäßig isoliert ist und' auf einem dieser gegenüber negativen Potential liegt. Solche Lauffeldröhren sind bekannt (USA.-Patentschriften 2 610 308 und 2 742 588).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das durch die positiven Ionen hervorgerufene Rauschen wesentlich herabzusetzen, und diese Aufgabe wird erfindungsgemüß dadurch gelöst, daß die Ionensaugelektrode vom strahlenabwärtigen Ende her teilweise in die Verzögerungsleitung hineinragt. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung des Rauschens. Es ist schon bekannt, eine parallel zur Verzögerungsleitungsachse sich erstreckende Ionensaugelektrode am strahlabwärtigen Ende vorzusehen (britische Patentschrift 878 890).

Vorzugsweise ragt die Ionensaugelektrode wenigstens zwei Periodenlängen der Verzögerungsleitung in diese hinein, und zweckmäßigerweise ist sie wenigstens 45 Volt negativ gegenüber der Verzögerungsleitung vorgespannt. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Ionensaugelektrode gleichstrommäßig mit der Kathode der Strahlbildungseinrichtung am slrahlaufwärtigen Ende verbunden ist.

Wegen der thermischen Belastung der lonensaugelcklrode besteht diese zweckmäßigerweise aus einem hochschmelzcnden Metall oder einer hochschmelzenden Metall-Legierung, insbesondere Wolfram, Molybdän, Tantal und/oder Rhenium.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rückwärtswellenoszillators,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 graphisch ein sich verjüngendes Magnet-Fokussicrfcld für die Röhre nach Fig. 1,

F i g. 4 graphisch das Potential innerhalb des Strahls vom strahlaufwärtigen bis zum strahlabwärtigen Ende bei einem bekannten Rückwärtswellenoszillator mit einer Ionensaugelektrode außerhalb der Verzögerungsleitung,

Fig. 4a scheinatisch eine typische bekannte Ionensaugelektrode in einem Rückwärtswellenoszillator,

F i g. 5 schematisch den Potentialvcrlauf innerhalb des Strahls zwischen dem strahlaufwärtigen und dem strahlabwärtigen Ende bei einem Rückwärtswellenoszillator mit einer erfindungsgemäßen Ionensaugelektrode und

Fig. 5a schematisch eine erfindungsgemäße Ionensaugelcklrode in einem Rückwärtswellenoszillator.

In Fig. I ist eine Mikrowellen-Lauffeldröhre, ein Rückwärtswellenoszillator 6 dargestellt. Dieser enthält ein Elektroncnstrahlcrzeugungssy'stem am strahlaufwärtigen Ende, mit dem ein hohler Elektronenstrahl erzeugt wird. Am strahlabwärtigen Ende ist die erfindungsgemäße Ionensaugelektrode mit Einzelheiten dargestellt. Zwischen dem strahlabwärtigen und dem strahlaufwärtigen Ende erstreckt sich eine wendeiförmige Verzögerungsleitung 8, die auf ihrer ganzen Länge durch drei dielektrische Stäbe 9 gehalten wird (Fig. 2). Die Wendel 8 ist vorzugsweise an die Saphirsläbe glasiert, und die sich so ergebende Anordnung ist fest innerhalb des Hauptkörpers IO des Riickwärlswellenoszillalors 6 gehaltert. Am strahlaufwärtigen Ende der Wendel ist eine Koaxial-Auskopplung 11 angeordnet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Magnet-Fokussierprinzip mit sich verringernder Magnetfeldstärke zwischen dem strahlaufwärtigen und dem strahlabwärtigen Ende des Oszillators 6 verwendet, so daß der Strahl längs der Verzögerungswendel 8 abgefangen wird. F i g. 3 zeigt ein Beispiel dafür, wie die Magnetfeldstärke H sich längs der

ίο Röhre verringern kann, um die richtige Stärke des Strahlabfangens längs der Leitung zu erhalten. Der Übersichtlichkeit halber sind nur Teile der Anordnung, beispielsweise die Polkappen 13, 14, dargestellt.

Am strahlabwärtigen Ende des Rückwärtswellenoszillators 6 ist eine längliche Ionensaugelektrode 15 angeordnet, die in der zentralen Strahlachse Z liegt, teilweise mit der Verzögerungsleitung gleichlaufend ist und innerhalb der Verzögerungsleitung 8 liegt.

Die Sonde besteht vorzugsweise aus einem hochfesten und hochschmelzenden Material wie Wolfram, Tantal. Molybdän, Rhenium oder deren Legierungen und wird steif mit einem ringförmigen Träger 16 aus Stahl od. dgl. gehalten, der in geeigneter Weise an einen Tragring 17 aus Stahl od. dgl. angelötet ist. Ein Anpaß-Tragring 27 dient dazu, ein schüsseiförmiges Tragelement 18 steif zu stützen und mit dem Röhrenhauptkörper 10 zu verbinden. Zwei schüsseiförmige Tragelemente 18, 19, vorzugsweise aus einem Werkstoff wie Kovar, tragen einen keramischen Isolierring 20, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, der zwischen diese eingeschlossen ist und dazu dient, den Röhrenhauptkörper mit der Wendel und die Elektrode gleichstronimäßig gegeneinander zu isolieren.

Ein kupfernes Quetschröhrchen 26 ist an den Stahltragring 16 und das Element 17 angelötet, um das Röhrengefäß vakuumdicht abzuschließen. Eine geeignete Vorspanneinrichtung, beispielsweise eine re-. gelbare Batterie 21, kann dazu verwendet werden, eine geeignete Potentialdifferenz zwischen der Wendel 8 und der Ionensaugelektrode 15 herzustellen. Die Leitung 8 ist vorzugsweise gleichstrommäßig an den Hauptröhrenkörper 10 angeschlossen, und zwar mittels eines leitenden Ansatzes 22. Eine geeignete Energiequelle, beispielsweise eine einstellbare Gleichstrombatterie 23, kann dazu verwendet werden, eine variable Spannung zwischen der Leitung 8 und der Kathodenleitung 24 zu schaffen. Statt dessen können die Kathodenleitung und die Ionensaugelektrode 15 zweckmäßigerweise unmittelbar elektrisch miteinander verbunden werden, und die getrennte Gleichstromquelle 21 kann weggelassen werden. Das kupferne Saugröhrchen 26 ist selbstverständlich elektrisch mit der Elektrode 15 durch den leitenden Tragring 16 verbunden.

Die Kurve in Fig. 4 zeigt den Potentialverlauf innerhalb des hohlen Elektronenstrahls zwischen dem strahlaufwärtigen und dem strahlabwärtigen Ende längs der Zentralachse Z eines Rückwärtswellenoszillators mit einer Ionensaugelektrode außerhalb der Verzögerungsleitung, wie schematisch in Fig. 4a dargestellt ist. Die Linien A, B, C und D in Fig. 1, 4, 4a, 5 und 5a stellen Querebenen durch die Kathode, die Anode, den Strahlabschluß- und Sammelpunkt am strahlabwärtigen Ende des Oszillators bzw. den strahlabwärtigen Abschluß der Verzögerungsleitung dar. Die mit P bezeichnete Kurve stellt den Potentialvcrlauf innerhalb des hohlen

Strahls zwischen der Kathodenebene A, dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 7 bis zur Elektrode am strahlabwärtigen Ende der Röhre dar. Ersichtlich steigt das Potential zwischen der Kathode und der Anodenebene B an, die auf Leitungspotential liegt, und fällt dann allmählich auf Grund von Raumladungseffekten auf der Leitungslänge ab, bis der Strahl vollständig am strahlabwärtigen Ende der Leitung am Strahlabschluß- und Sammelpunkt C verbraucht ist, wo das Potential noch einmal' auf Leitungspotential ansteigt. Das Potential innerhalb des Strahls und längs der Achse Z fällt dann ab auf Elektrodenpotential. Ersichtlich ist die Elektrode als Positivionensaugmechanismus bei dieser bekannten Anordnung unwirksam. Das beruht darauf, daß der Leitungsteil zwischen der Elektrode und dem Strahlsammelpunkt als hochwirksamer Schirm arbeitet, der jede Wirkung der Elektrode gegenüber der Potentialfalle (schraffierter Bereich) in Längsrichtung der Leitung aufhebt.

Fi g. 5 und 5 a zeigen die Ionensaugelektrode nach der Erfindung, die teilweise gleichlaufend und innerhalb der Verzögerungsleitung angeordnet ist, und wie in Fig. 5 zu erkennen ist, ist die Potentialfalle wirksam beseitigt worden. Versuche haben gezeigt, daß Elektrodenpotentiale größer als 45 Volt negativ gegen die Wendel oder Verzögerungsleitung wirksam die Potentialfallc längs der Leitung aufheben. Aus Fig. 5a und den gestrichelt dargestellten Äquipotentiallinien, die zwischen der Elektrode und der Wendel verlaufen, ist zu ersehen, daß die Abschirmung der letzten Windungen der Wendel wirksam dadurch beseitigt worden ist, daß die Elektrode teilweise gleichlaufend mit und innerhalb der Wendel selbst angeordnet ist. Versuche haben weiter ergeben, daß eine Verringerung des Rauschens und Frequenzrauschens am Ausgang um mehr als 3OdB erreicht werden kann, wenn eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung verwendet wird, wie sie in Fig. 1 und schematisch in F i g. 5 a im Vergleich mit einer außerhalb angeordneten Elektrode gemäß F i g. 4 a bekannter Art dargestellt ist. Vorzugsweise wird zwar ein sich verringerndes Magnetfeld gemäß F i g. 3 dazu verwendet, die vorgesehene Strahlabfangung auf die Länge der Verzögerungsleitung zu erreichen, selbstverständlich können aber auch geeignete andere Techniken dazu verwendet werden, mit deren Hilfe der Strahl ganz oder teilweise auf der Wendel vernichtet wird. Versuche haben gezeigt, daß die Elektrode mit guten Ergebnissen auf irgendeinem Potential zwischen Kathodenpotential und 45 Volt negativ gegenüber Leitungspotential betrieben werden kann,

ίο ohne daß die Saugwirkung für positive Ionen verlorengeht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lauffeldröhre mit linearem Elektronenhohlstrahl und einer Verzögerungsleitung, in der eine Elektrode zur Beseitigung positiver Ionen (Ionensaugelektrode) koaxial angeordnet ist, die gegen die Verzögerungsleitung gleichstrommäßig isoliert ist und auf einem dieser gegenüber negativen Potential liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionensaugelektrode vom strahlabwärtigen Ende her teilweise in die Verzögerungsleitung hineinragt.

2. Röhre nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionensaugelektrode wenigstens zwei Periodenlängen der Verzögerungsleitung in diese hineinragt.

3. Röhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionensaugelektrode wenigstens 45 Volt negativ gegenüber der Verzögerungsleitung vorgespannt ist.

4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionensaugelektrode gleichstrommäßig mit der Kathode der Strahlbildungseinrichtung am strahlaufwärtigen Ende verbunden ist.

5. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lonensaugelcktrode aus einem hochschmelzendem Metall oder einer hochschmelzenden Metallegierung besteht, insbesondere aus Wolfram, Molybdän, Tantal und/oder Rhenium.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen