DE1007386B

DE1007386B - Einrichtung zur Verstaerkung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen

Info

Publication number: DE1007386B
Application number: DET7932A
Authority: DE
Inventors: Dr Lothar Brueck
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1953-06-05
Filing date: 1953-06-05
Publication date: 1957-05-02
Also published as: US2933637A; NL187903B; FR1107515A; GB779583A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verstärkung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen mittels einer Lauffeldröhre.

Unter einer Lauffeldröhre versteht man eine Elektronenröhre, bei der ein Elektronenstrahl im Feld einer auf einer Verzögerungsleitung fortschreitenden elektromagnetischen Welle mit einer der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle gleichen Geschwindigkeit geführt ist und bei der eine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Welle stattfindet, die zur Verstärkung der Welle benutzt werden kann. Meist ist die Verzögerungsleitung als eine Drahtwendel ausgebildet, durch die der Elektronenstrahl in Achsrichtung hindurchgeschossen wird. Zur gebündelten Führung des Elektronenstrahles dient dabei meist eine die Lauffeldröhre in gewissem Abstand umschließende Magnetspule, die ein in der gewünschten Achsrichtung des Strahles verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Infolge der direkten Verbindung des Röhrenausganges mit dem Röhreneingang über die Verzögerungsleitung tritt in derartigen Röhren bei höherer Verstärkung eine störende Selbsterregung auf, die sich bei der praktisch immer vorliegenden Fehlanpassung des Verbrauchers am Ausgang der Röhre bemerkbar macht. DieseArt der Selbsterregung ist darauf zurückzuführen, daß ein am Röhrenausgang reflektierter Anteil der verstärkten Wellen zum Röhreneingang zurückläuft, dort an der praktisch immer vorhandenen Reflexionsstelle eine zweite Reflexion erfährt und dann mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung tritt, da er die gleiche Ausbreitungsrichtung und etwa die gleiche Geschwindigkeit besitzt. Diese Selbsterregung, die eine grundsätzliche Eigenschaft aller Lauffeldröhren ist, wird bekanntlich dadurch beseitigt, daß in den Wendelleitungsweg verlustbringendes Material eingebracht wird, welches den vom Ausgang der Röhre zum Eingang hin zurücklaufenden Wellenanteil auf einen vernachlässigbar geringen Wert abschwächt. Diese bekannten Dämpfungsanordnungen, die einen wesentlichen Bestandteil jeder Lauffeldröhre bilden, sind stets in der unmittelbaren Nähe der Wendelleitung angeordnet, da das Feld eng konzentriert um die Wendelleitung verläuft.

In der Praxis zeigt sich nun, daß selbst dann, wenn in den Verzögerungsleitungsweg eine Dämpfung eingefügt wird, die wesentlich größer ist als die Gesamtverstärkung der Röhre, eine störende Rückkopplung auftritt, die besonders bei den kürzeren Wellen des Betriebsbereiches der Röhre unter Umständen zur Selbsterregung führt. Es beruht dies offenbar darauf, daß in dem Raum zwischen der Wendelleitung und dem umgebenden Metallgebilde, nämlich der Magnetspule, eine Hohlrohrwellenausbreitung vom Röhrenausgang zum Röhreneingang hin stattfindet. Diese Er-Einrichtung zur Verstärkung sehr kurzer
elektromagnetischer Wellen

Anmelder:

Telefunken G. m. b. H., Berlin NW 87,
Sickingenstr. 71

Dr. Lothar Brück, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

scheinung tritt daher auch bei Röhren auf, bei welchen an Stelle der Magnetspule ein die Wendelleitung umgebender Metallzylinder vorgesehen ist, dessen Potential derart gewählt ist, daß eine Bündelung des Elektronenstrahles bewirkt wird. Des weiteren sind auch Röhren bekannt, die zwar eine Magnetspule besitzen, bei denen aber das Vakuumgefäß als ein die Wendel konzentrisch umgebender Metallzylinder ausgebildet ist. Auch bei diesen Ausführungsformen, von Lauffeldröhren treten offenbar die störenden Rückwirkungen durch Hohlrohrwellenausbildung auf. Dabei wird unter Hohlrohrwellenausbildung nicht nur die Ausbreitung von Schwingungsenergie in Wellenform, sondern auch die aperiodische Wellenausbreitung verstanden.

Eine derartige Selbsterregung von Lauffeldröhren ist an sich bekannt, und zwar beispielsweise aus der britischen Patentschrift 660 793, doch wird dort angenommen, daß es sich um eine besondere Schwingungsart des Wendelleitungsfeldes selbst handelt. Es wird deshalb bei der dort beschriebenen Anordnung in dem Raum zwischen der Wendelleitung und einer umgebenden Magnetspule verlustbringendes Material in Form eines die Röhre umschließenden rohrförmigen Zylinders vorgesehen, der vorzugsweise auf dem Röhrenkolben entweder innen oder außen unmittelbar aufgebracht ist.

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In der Praxis zeigt sich nun, daß die auf den "dortigen Vorstellungen-basierenden SperrgHeder für die eintretenden Rückwirkungen nicht sonderlich wirksam sind und zum anderen auch gewisse Nachteile bezüglich der Anordnung, ihrer Festigkeit usw. besitzen. -

Aus der Dezimeterwellentechnik ist es bekannt, daß bei einem Verstärker, dessen Bauelemente in Längsrichtung des Chassis hintereinanderliegend angeordnet sind, durch im Chassis vom Verstärkerausgang zum Verstärkereingang sich unerwünscht ausbreitende Hohlrohrwellen Selbsterregung eintreten kann. Diese Selbsterregung kann dadurch beseitigt werden, daß die Querschnittsabmessungen des Verstärkerchassis auf einen für die Hohlrohrwellenausbreitung unterkritischen Wert vermindert werden. Wo eine Herabsetzung der Querschnittsabmessungen nicht möglich ist, hilft die Anordnung einfacher Trennwände senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen, die mit dem metallischen Chassis galvanisch leitend verbunden sind.

Eine entsprechende Anwendung einfacher Trennwände zur Unterdrückung von störenden Hohlrohrschwingungen ist jedoch nur bei Lauffeldröhren mit metallischer Vakuumhülle möglich. Bei Lauffeldröhren, deren Vakuumhülle aus Isoliermaterial besteht und bei denen die Hohlrohrwellenausbreitung beispielsweise durch die Magnetspule erfolgt, deren Querschnittsabmessungen nicht auf einen für die Hohlrohrwellenausbreitung unterkritischen Wert vermindert werden können, ist eine Anwendung einfacher Trennwände infolge der mechanischen Gegebenheiten nicht möglich.

Zweck der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, eine bessere Unterdrückung bzw. Beseitigung der störenden Rückwirkungen zu erhalten, die nicht auf einer auf der Verzögerungsleitung unmittelbar rücklaufenden Welle beruhen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die in dem Raum zwischen der Wendelleitung und einem umgebenden Metal Igebil de anzuordnenden SperrgHeder als Resonanzsperrglieder auszubilden.

Es ist des weiteren ein Lauffeldröhrenverstärker bekannt, und zwar durch die britische Patentschrift 687 203, bei dem im Bereich des Verzögerungsweges SperrgHeder vorgesehen sind, und zwar nach Art von Resonanzgliedern. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich indes um eine Röhre, bei der nicht — wie beim Erfindungsgegenstand — eine Drahtwendel, sondern ein Koaxialleitungsabschnitt, der durch Blenden kapazitiv belastet ist, als Verzögerungsleitung dient. Es tritt daher zunächst einmal bei dieser bekannten Anordnung gar nicht das der Erfindung zugrunde liegende Problem auf, da dort ja gerade das zwischen dem metallenen Außenleiter und den Blenden auftretende Feld zur Wechselwirkung ausgenutzt wird. Zum anderen dienen die dort vorgesehenen SperrgHeder der Unterdrückung von Schwingungsarten, " die eine ungleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes über den Umfang des Innenleiters zur Folge hätten. Aus diesem Grunde sind bei der dort beschriebenen Anordnung die SperrgHeder als in Längsrichtung des Außenleiters verlaufende Schlitze ausgebildet, die entweder eine S trahlungs dämpfung für die unerwünschte Feldverteilung bewirken oder nach Art der bekannten 2/4-Sperren ausgebildet sind. Es ist also bei der dort beschriebenen Anordnung einmal die Problemstellung anders als beim Ernndungsgegenstand, und zum anderen, sind die dort angegebenen Mittel nur zur Lösung der dort vorliegenden Aufgabe geeignet, nicht hingegen der bei der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Abb. 1 zeigt einen Lauffeldröhrenverstärker. Die Lauffeldröhre besteht aus dem innerhalb des Glaskolbens 1 angeordneten Strahlerzeugungssystem 2,

ίο welches einen scharf gebündelten Elektronenstrahl durch das Innere der Verzögerungsleitung 3, welche als Drahtwendel ausgebildet ist, hindurchschießt. Nach Durchlaufen der \^rerzögerungsleitung trifft der Elektronenstrahl, welcher längs seines Weges durch das von der Magnetspule 4 erzeugte axiale Magnetfeld fokussiert wird, auf den Elektronenauffänger 5 auf. Im Innern der Lauffeldröhre ist an dem dem Strahlerzeugungssystem 2 zugekehrten Ende eine Ankopplungsvorrichtung 6 für die zum Röhreneingang führende Hohlrohrleitung 7 vorgesehen. Ebenso- ist an der Elektronenauffängerseite eine Ankopplungsvorrichtung 8 für die die verstärkten Wellen fortführende Hohlrohrleitung 9 vorgesehen. Wie aus der Abbildung ersichtlich, umgibt die Magnetspule 4 die Lauffeldröhre wie ein Metallrohr vom Röhrenausgang zum Röhreneingang hin. Durch dieses Metallrohr hindurch können sich demzufolge Holilrohrwellen ausbreiten, da die Querabmessungen naturgemäß verhältnismäßig groß sind. Zur Vermeidung bzw. Unterdrückung dieser Hohlrohrwellenausbreitung sind erfindungsgemäß im Innern der Lauffeldröhre zwei SperrgHeder 10 bzw. 11 angeordnet, welche ähnlich den bekannten Sperrtöpfen einen Kurzschluß für die unerwünschten Hohlrohrwellen an den Einschaltungsstellen hervorrufen. Die SperrgHeder bestehen jeweils aus zwei Lochscheiben, die in bestimmtem Abstand voneinander angeordnet und mittels eines kurzen Metallrohres verbunden sind. Vorzugsweise soll der Abstand etwa ein Viertel der Betriebswellenlänge oder -ein ungeradzahliges Vielfaches hiervon betragen.

In Abb. 2 sind die SperrgHeder 10 bzw. 11 nochmals getrennt herausgezeichnet. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in Abb. 2 links die Draufsicht und rechts die Seitenansicht dargestellt. Der Innendurchmesser der Lochscheiben und des diese verbindenden Metallrohres ist derart gewählt, daß diese Teile unmittelbar auf den" der Wendelbalterung dienenden Keramikstäben 12 bzw. 13 und 14 aufsitzen. Es empfiehlt sich jedoch, den Innendurchmesser der Lochscheiben und des Metallrohres so groß zu wählen, daß das Sperrglied das Feld der auf der Wendelleitung 3 sich ausbreitenden Wellen nicht wesentlich stört.

An Stelle der in Abb. 2 abgebildeten SperrgHeder sind auch entsprechend bemessene Lochscheiben gemäß Abb. 3, nach Art von Resonanzfenstern, verwendbar. Dabei sind deren Abmessungen so zu wählen, daß sie wie Serienresonanzkreise an der Einschaltungsstelle wirken. Ferner sind in der Lochscheibe Öffnungen 25 vorgesehen, die der Befestigung der Lochscheibe an den Keramikstäben 12, 13, 14 dienen. Allgemein ist hierzu auszuführen, daß die Befestigung der SperrgHeder durch im Röhrenbau übliche Mittel, beispielsweise durch Laschen, Schellen, Verkittung usw., erfolgen kann, weshalb hierauf nicht näher eingegangen werden soll.

Die in den Abb. 2 und 3 wiedergegebenen Sperrglieder können auch so, wie in Abb. 4 gezeigt, mehrteilig ausgebildet sein. Das Sperrglied der Abb. 4 besteht aus fünf Lochscheiben, die in solchem Abstand

voneinander auf einem Metallrohr angebracht sind, daß Sperrkammern 19, 20, 21 und 22 entstehen. Dieses Sperrglied ist ebenso wie das Sperrglied von Abb. 2 im Innern der Lauffeldröhre anzuordnen.

Die in den Abb. 1 bis 4 dargestellten Anordnungen sind insbesondere für Lauffeldröhren mit Glaskolben als Vakuumgefäß brauchbar. In den Abb. 5 und 6 sind nun Sperrglieder dargestellt, die vorzugsweise zum Gebrauch in Lauffeldröhren bestimmt sind, bei welchen die Wendelleitung von einem Metallgebilde, beispielsweise einem als Vakuumabschluß dienenden Metallrohr, unmittelbar umgeben ist. Bei derartigen Lauffeldröhren ist es möglich, das Metallrohr 15 etwas stärker zu bemessen als sonst üblich und an der Innenseite des Metallrohres als Sperrtöpfe wirkende Aussparungen bzw. Einfräsungen 16, 17 anzubringen. An Stelle der Aussparungen bzw. Einfräsungen, die manchmal schwierig herzustellen sind, ist es insbesondere bei dünneren Wandstärken des Metallrohres 15 vorteilhaft, richtige Sperrtopfgebilde, wie in Abb. 6 dargestellt, vorzusehen. Die Sperrgebilde bestehen in diesem Falle aus einem Metallrohr der elektrischen Länge λ/4, das mittels einer Lochscheibe 18 mit dem als Vakuumabschluß dienenden Metallrohr 15 verbunden ist.

Soll für ein breiteres Frequenzband die Ausbreitung von Rohrwellen wirksam unterbunden werden, so ist es möglich, dies durch verschiedene Abstimmung der einzelnen Sperrglieder zu erreichen. Beispielsweise kann zu diesem Zweck bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung das Sperrglied 10 auf eine Frequenz f₁ und das Sperrglied 11 auf eine Frequenz /₂ im Sperrbereich abgeglichen werden. Das gleiche gilt für die in Abb. 4 gezeigte Anordnung, bei der die einzelnen Sperrkammern 19, 20, 21 und 22 jeweils verschiedene Resonanzfrequenz besitzen können. Besonders gut wird diese Möglichkeit an Hand der Abb. 5 und 6 verständlich. In Abb. 5 ist zur Erzielung eines breitbandigen Sperrens für die Rohrwellen die Länge des Sperrtopfes 17 etwas größer gewählt als die des Sperrtopfes 16. Der Sperrtopf 16 wird demzufolge bei einer entsprechend kürzeren Welle sperren als der Sperrtopf 17. Das gleiche gilt für die Sperrtöpfe 23 und 24 der Abb. 6.

Die Anordnung der in den Abb. 1 bis 6 dargestellten Sperrglieder ist keineswegs auf das Innere der Lauffeldröhre beschränkt, vielmehr ist es ohne weiteres möglich, diese Sperrglieder auch im Innern der Magnetspule an der dem Glaskolben der Lauffeldröhre zugewendeten Seite vorzusehen. In Abb. 7 ist hierfür ein Ausführungsbeispiel dargestellt, für das die einzelnen Bezugszeichen entsprechend der Abb. 1 gewählt sind. Die Lauffeldröhre, deren Vakuumkolben aus Glas besteht, ist über den größten Teil ihrer Länge hin von dem aus Metall bestehenden Spulenkörper 27 der Fokussierungsspule für den Elektronenstrahl umgeben. Dieser Spulenkörper ist im Innern mit einzelnen Sperrgliedern 28, 29, 30, ähnlich den in Abb. 6 dargestellten, versehen. Zu diesem Zweck ist der Innendurchmesser des Spulenkörpers etwas größer gewählt, als es ohne die Sperrglieder erforderlich wäre. Selbstverständlich können auch andere Ausführungsformen von Sperrgliedern angewendet werden. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, nicht einen durchgehenden Spulenkörper vorzusehen, sondern die Fokussierungsspule mehrfach zu unterteilen und den Einzelspulen für sich jeweils einen gesonderten Spulenträger zu geben. In diesem Falle ist es möglich, an jedem der Spulenkörper ein Sperrglied, das entsprechend den jeweils vorliegenden Forderungen nach Abschwächung bzw. Dämpfung von Hohlrohrwellen ausgebildet ist, anzuordnen.

Die Gesamtdämpfung für die Hohlrohrweilen unter dem Einfluß der Sperrglieder soll zur Vermeidung einer Selbsterregung der Lauffeldröhre wenigstens so groß sein wie die maximale Verstärkung der Lauffeldröhre. Es empfiehlt sich jedoch, zur Erzielung einer weitgehenden Rückwirkungsfreiheit zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Lauffeldröhre die Dämpfung für die Hohlrohrwellen höher zu legen, beispielsweise um 15 bis 20 db.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verstärkung sehr kurzer, elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer Lauffeldröhre, deren wendelförmig ausgebildete Verzögerungsleitung zumindest über einen Teil ihrer Länge von einem vorzugsweise rohrförmigen Metallgebilde umgeben ist und bei der zur Beseitigung unerwünschter Rückwirkungen durch Ausbildung störender Hohlrohrwellen in dem Raum zwischen Wendelleitung und umgebendem Metallgebilde Sperrglieder vorgesehen sind, die eine Ausbreitung derartiger Hohlrohrwellen zumindest abschwächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder als Resonanzsperrglieder ausgebildet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrgebilde außerhalb der Lauffeldröhre, aber innerhalb des Metallgebildes, vorzugsweise am Metallgebilde selbst angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder innerhalb der Lauffeldröhre angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder als Resonanzsperrglieder von einer bestimmten Frequenz im Sperrbereich ausgebildet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sperrglieder auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind, vorzugsweise innerhalb des Betriebsbereiches der Verstärkereinrichtung.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder als Resonanzfenster ausgebildet sind, die vorzugsweise die Form von Kreislochscheiben besitzen und deren elektrische Eigenschaften derart bemessen sind, daß sie wie Kurzschlüsse wirken.

7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrgebilde aus elektrisch /1/4 langen rohrförmigen Metallzylindem bestehen, an deren Enden jeweils Ringscheiben angesetzt sind, und daß der Innendurchmesser der rohrförmigen Zylinder derart gewählt ist, daß sich die zu sperrenden Hohlrohrwellen darin nur mehr aperiodisch gedämpft ausbreiten können.

8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder aus einem einzigen dünnwandigen Metallzylinder bestehen, der die Wendel über eine wesentliche Länge hin umgibt, daß auf der Außenseite des Metallzylinders mittels mehrerer Ringscheiben eine Unterteilung in Längsrichtung vorgenommen ist, derart, daß mehrere hintereinandergeschaltete Sperrkammern entstehen, und daß der Innendurchmesser des Metallzylinders derart gewählt ist, daß

sich Hohlrohrwellen darin nur mehr aperiodisch gedämpft ausbreiten können.

9. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder aus mehreren rotationssymmetrisch ausgebildeten, sperrtopfartigen, in Achsrichtung der Röhre hintereinander angeordneten Gebilden bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Schweizerische Patentschrift KTr. 275 641; französische Patentschrift Nr. 951 204; britische Patentschrift Nr. 687 203; Microwave Receivers von Van Vorhis, McGraw-Hill-Book, 1948, S. 261 bis 264.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen