DE1105999B - Rueckwaertswellenverstaerkerroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Rückwärtswellenverstärkerröhren mit einer Elektronenquelle an dem einen und einer Auffangelektrode an dem anderen Ende des Elektronenstrahlweges.

Bei der bekannten Form einer solchen Verstärkerröhre werden die zu verstärkenden Wellen an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises eingekoppelt und die verstärkten Wellen an dem der Elektronenquelle benachbarten Ende des Wechselwirkungskreises abgenommen. Ein wichtiger Vorteil einer solchen Verstärkerröhre besteht darin, daß, wenn auch das Frequenzband schmal ist, in dem bei einer gegebenen Elektronenstrahlgeschwindigkeit eine Verstärkung erzielt werden kann, dieses Durchlaßband in einem großen Frequenzbereich leicht verschoben werden kann, indem lediglich die Elektronenstahlgeschwindigkeit geändert wird. Dementsprechend ist eine solche Verstärkerröhre als elektronisch abstimmbares Filter sehr geeignet. Jedoch besteht eines der Probleme bei der Verwendung einer solchen Verstärkerröhre darin, daß sie sehr dazu neigt, in einer Rückwärtswellenform zu schwingen, wenn hohe Verstärkung erzielt werden soll. Diese Neigung begrenzt die Verstärkung, die stabil erzielt werden kann.

Dementsprechend will die Erfindung die Stabilität von Rückwärtswellenverstärkerröhren verbessern und damit größere Verstärkungen ermöglichen. Dazu empfiehlt die Erfindung, eine RückwärtsweMenverstärkerröhre mit einer Elektronenquelle an dem einen und einer Auffangelektrode an dem anderen Ende des Elektronenstrahlweges so auszubilden, daß der Elektronenstrahl zunächst einen Rückwärtswellenwechselwirkungskreis und dann einen Vorwärtswellenwechselwirkungskreis durchläuft, der mit dem Rückwärtswellenwechselwirkungskreis nur über den Elektronenstrahl gekoppelt ist, daß das zu verstärkende Signal an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises zugeführt und das verstärkte Signal an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises abgenommen wird und daß zumindest das der Elektronenquelle benachbarte Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Eine solche Verstärkerröhre hat ebenfalls die nützlichen Eigenschaften eines elektronisch abstimmbaren Filters wie die bisher bekannte RückwärtswellenverstärkerrÖhre und erlaubt doch eine hohe, verhältnismäßig gleichmäßige und stabile Verstärkung im Durchlaßband. Die Stabilität wird dadurch erhöht, daß der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis zur Erregung einer Raumladungswelle im Elektronenstrahl benutzt wird, die zwar einen ausreichend hohen

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. November 1953

Hubert Hefmer, Summit, N. J.,

und Rudolf Kompfner, Far Hills, N. J. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Pegel hat, um eine vorwärts fortschreitende Welle im Vorwärtswellenwechselwirkungskreis zu induzieren, deren Pegel jedoch nicht ausreicht, um Rückwärtswellenschwingungen anzufachen und zu unterhalten. Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert; die Fig. IA und IB zeigen eine Rückwärtswellenverstärkerröhre, bei der ein geschlitzter hohler zylindrischer Leiter als Rückwärtswellenwechselwirkungskreis verwendet wird.

Die verschiedenen Elemente der Rückwärtswellcnverstärkerröhre 80 sind in dem evakuierten Glaskolben 81 untergebracht. An entgegengesetzten Enden befinden sich eine Elektronenquelle 82 und eine Auffangelektrode 83, die den Weg des Elektronenstrahls entlang der Röhrenlängsachse definieren. Es werden geeignete, nicht gezeichnete magnetische Fokussierungsmittel verwendet, um den Elektronenstrahl gebündelt zu halten. Am Strahlanfang ist entlang des Elektronenstrahlweges der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis angeordnet, der bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem rohrförmigen leitenden Zylinder

84 besteht, welcher eine periodische Folge von Ouerschlitzen oder Einschnitten 85 aufweist. Die Schlitze

85 sind ineinandergreifend eingeschnitten, wobei benachbarte Schlitze von diametral gegenüberliegenden Seiten der zylindrischen Oberflächen ausgehen. Die Schlitze sind verhältnismäßig tief, wobei nur verhältnismäßig kleine leitende Streifen 86 als Teile des leitenden Zylinders 84 im Gebiet der Schlitze stehenbleiben. Eine solche Anordnung zeigt starke räumlich

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harmonische Komponenten einer längs derselben fortschreitenden Welle. Ein "Eingangshohlleiter 88 rechteckigen Querschnitts wird benutzt, um die zu verstärkenden Eingangssignale dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreis zuzuführen. Zu diesem Zweck ist der Hohlleiter 88 an seinen breiten Seitenwänden zum Durchführen des Röhrenkolbens durchbohrt, und der Hohlleiter 88 ist so in bezug auf den Röhrenkolben angebracht, daß die Schlitze 85 des Zylinders 84 noch zwischen den durchbohrten Seitenwänden des Hohlleiters zu liegen kommen. An diesem Ende des Zylinders 84 nimmt die Tiefe der Schlitze allmählich ab, so daß ein Übergangsgebiet 89 entsteht, in dem der Hohlleiter 88 angekoppelt ist. Ferner geht eine leitende zylindrische Hülse 90, die sich außerhalb der Röhre befindet, von der linken Hohlleiterwand aus, um diesen Teil des Übergangsgebietes 89 abzuschirmen. Ein Ende des Hohlleiters 88 ist geschlossen, das andere führt zu einer Signalquelle. Das der Elektronenquelle benachbarte Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises ist durch Einsetzen eines Dämpfungsabschlusses 87 im wesentlichen reflexionsfrei gemacht. Der Dämpfungsabschluß 87 besteht aus zwei mit einem Dämpfungsüberzug versehenen dielektrischen Stäben, wobei die Dicke der Dämpfungsschicht in Richtung zur Elektronenquelle hin allmählich größer wird, um einen reflexionsfreien Abschluß zu schaffen. Die Stäbe erstrecken sich vorzugsweise über mehrere Betriebswellenlängen des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises; mit Rücksicht auf die Übersichtlichkeit der Zeichnung sind sie jedoch verkürzt dargestellt. Die beiden Stäbe 87 sind vorzugsweise einander diametral gegenüber angeordnet und befinden sich zwischen dem Glaskolben 81 und dem leitenden Zylinder 84, wie in Fig. 1B angegeben.

Der Vorwärtswellenwechselwirkungskreis besteht aus einem wendelförmig gewickelten Leiter 91, der koaxial zur Röhrenachse angeordnet ist, so daß der Elektronenstrahl axial hindurchgeht. Das der Elektronenquelle benachbarte Ende des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises ist durch einen Überzug 92 aus Dämpfungsmaterial auf der Innenfläche des Kolbens 81 im wesentlichen reflexionsfrei abgeschlossen. Es ist dadurch nicht notwendig, für die Stabilität der Röhre eine Dämpfung entlang des Mittelteils des Vorwärtswellenwechselwi rkungskreises einzuführen. Die verstärkten Wellen werden an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises durch den Hohleiter 93 abgenommen.

Es ist wichtig, den Rückwärtswellenwechselwirkungskreis so kurz und den Elektronenstrahlstrom so klein zu machen, daß Schwingungen in der Rückwärtswellenform nicht angefacht werden können. Der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis der Röhre dient hauptsächlich als schmales Bandfilter, dessen Durchlaßband elektronisch beeinflußt werden kann. Das Durchlaßband wird durch die Geschwindigkeit des den Rückwärtswellenweehselwirkungskreis durchlaufenden Elektronenstrahls variiert, wobei die Geschwindigkeit durch Änderung der zwischen der Elektronenquelle 82 und dem leitenden Zylinder 84 liegenden Spannung geändert werden kann. Diese Spannung wird von der Spannungsquelle 94 geliefert. Im Betrieb läßt der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis 84 im Elektronenstrahl eine vorwärts laufende Raumladungswelle entstehen, die der Eingangssignalwelle entspricht und die ihrerseits eine vorwärts laufende Welle im Vorwärtswellenwechselwirkungskreis 91 erregt. Eine Verstärkung dieser vorwärts laufenden Welle wird bei ihrem Fortschreiten entlang des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises erzielt. Zu diesem Zweck sind die Verzögerungseigenschaften des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises so gewählt, daß die Phasengeschwindigkeit dieser Welle genügend nahe der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls liegt, so daß eine gute Wechselwirkung zwischen dem Strahl und der Welle erfolgt. Die Geschwindigkeit des Strahls

ίο ist ferner durch die Spannungsquelle 95 einstellbar, die zur Herstellung einer Potentialdifferenz zwischen der Wendel 91 und der Elektronenquelle 82 benutzt wird.

Wie oben angegeben, ist es bei Rückwärtswellenverstärkerröhren wichtig, daß die Rückwärtswellenverstärkung nicht ausreicht, um Schwingungen in Rückwärtswellenform anzufachen. Diese Tatsache hat sich bei den bekannten Röhren als eine der wesentlichen Beschränkungen erwiesen, die es schwierig

ao machen, die erwünschten Eigenschaften solcher Verstärkerröhren voll auszunutzen. Bei der beschriebenen Ausführung wird dieses Problem vermieden, indem der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis nicht länger gemacht wird, als notwendig ist, um den Elektronenstrahl entsprechend dem Eingangssignal zu »bündeln«, wogegen die Verstärkung hauptsächlich durch den Vorwärtswellenwechselwirkungskreis bewirkt wird. Dennoch behält diese Ausführung die Vorteile einer üblichen Rückwärtswellenverstärkerröhre bei, da nach wie vor der Elektronenbündelungsvorgang von der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls abhängt, wobei die Strahlgeschwindigkeit so sein muß, daß längs des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises eine Wechselwirkung zwischen dem Strahl und einer vorwärts laufenden räumlich Harmonischen der rückwärts laufenden Signalwelle möglich wird. Hierdurch wird eine elektronische Regelung der Durchlaßeigenschaften der Verstärkerröhre ermöglicht. Wenn hohe Ausgangsleistungen gewünscht werden, können zusätzlich Maßnahmen getroffen werden, um den Strahlstrom durch den Vorwärtswellenwechselwi rkungskreis zu erhöhen, z. B. indem eine zusätzliche Elektronenquelle im Gebiet zwischen dem Rückwärts- und dem Vorwärtswellenwechselwirkungskreis vorgesehen wird.

Es können verschiedene Leiterformen sowohl für den Rückwärtswellen- als auch für den Vorwärtswellenwechselwirkungskreis verwendet werden. Ferner braucht der Weg des Elektronenstrahls nicht gerade zu sein, sondern er kann stetig gekrümmt sein,

wie es für manche Formen von Wanderfeldröhren, insbesondere für solche der Magnetronbauart, kennzeichnend ist, bei denen gekreuzte elektrische und magnetische Felder verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rückwärtswellenverstärkerröhre mit einer Elektronenquelle an dem einen und einer Auffangelektrode an dem anderen Ende des Elektronenstrahlweges, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl zunächst einen Rückwärtswellenwechselwirkungskreis und dann einen Vorwärtswellenwechselwirkungskreis durchläuft, der mit dem Rückwärtswellenwechselwirkungskreis nur über den Elektronenstrahl gekoppelt ist, daß das zu verstärkende Signal an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises zugeführt und das verstärkte Signal an dem der Auffangelektrode benachbarten Ende des Vorwärtswellenwechselwirkungskreises abgenommen wird und daß zumindest das der

Elektronenquelle benachbarte Ende des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises reflexionsfrei abgeschlossen ist.

2. Rückwärtswellenverstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtswellenwechselwirkungskreis aus einem leitenden rohrförmigen Zylinder besteht, der in Elektronenstrahlrichtung aufeinanderfolgende Ouerschlitze aufweist, welche abwechselnd von einander gegenüberliegenden Seiten der zylindrischen Oberfläche ausgehen, und so tief geführt sind, daß sie, bis auf den der Auffangelektrode benachbarten Bereich des Rückwärtswellenwechselwirkungskreises, ineinandergreifen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen