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Wanderfeldröhre Die Erfindung bezieht sich auf eine langgestreckte
Wanderfeldröhre mit einem magnetisch gebündelt geführten Elektronenstrahl und mit
einer Verzögerungsleitung aus in Strahlrichtung hintereinanderliegenden Zellen,
bei der jeweils zwei aufeinanderfolgende Zellen durch eine Querwand voneinander
getrennt sind, in welcher eine zentrische Elektronenstrahldurchtrittsöffnung in
Form eines kurzen Rohrstutzens sowie seitlich davon eine Kopplungsöffnung zur elektromagnetischen
Kopplung der aufeinanderfolgenden Zellen vorgesehen ist, und bei der die Zellen
dadurch in hintereinanderliegende Zellengruppen aufgeteilt sind, daß in einzelnen
Zellen Dämpfungsmaterial angeordnet ist, das die Zellengruppen praktisch reflexionsfrei
abschließt.
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Bei bekannten Röhren mit diesen Merkmalen (französische Patentschrift
934 220 sowie Aufsatz von E. J. N a 1 o s in »IRE Transactions an Electron Devices«,
Juli 1958, S. 161 bis 166) enthalten zum Zweck der Aufteilung in Gruppen immer zwei
benachbarte Zellen Dämpfungsmaterial. Eine dieser bekannten Röhren sieht karbonisierte
keramische Scheiben auf beiden Seiten einer Trennwand vor und nimmt damit zwei benachbarte
Zellen für die Dämpfung der Wellenenergie in Anspruch. Entsprechend sind bei einer
anderen bekannten Röhre Dämpfungselemente in Form von Stäben in zwei aufeinanderfolgenden
Zellen vorgesehen. Damit gehen für den eigentlichen Zweck der Röhre, also für die
Wechselwirkung zwischen Wellenenergie und Elektronenströmung doppelt so viel Zellen
verloren wie Trennstellen für die Gruppenbildung vorgesehen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beheben
und eine Gruppentrennung zu schaffen, die bei geringem Aufwand neben ihrer erwünschten
Wirkung des Abschlusses der Hochfrequenz keinerlei unerwünschten Wirkungen auf den
Röhrenbetrieb hat.
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Zur Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß die Gruppenaufteilung
dadurch, daß zwischen zwei benachbarten Zellengruppen jeweils nur eine Zelle mit
Dämpfungsmaterial versehen ist (Dämpfungszelle) und daß für jede der zwei benachbarten
Zellengruppen das Dämpfungsmaterial in der Dämpfungszelle getrennt angeordnet ist
und jeweils in die Kopplungsöffnung der zugehörigen, die Dämpfungszelle von der
betreffenden Zellengruppe trennenden Querwand hineinragt. Dadurch werden Reflexionen
an der Trennstelle, schlechte Anpassung und übermäßige Erhitzung vermieden, wobei
man gleichwohl nur eine Zelle für die Dämpfung in Anspruch zu nehmen braucht. Es
ergeben sich keine Zellen, die teils als Dämpfungszellen und teils als Rückwirkungszellen
arbeiten, ein Umstand, der bei den bekannten Röhren die Anpassung verdirbt.
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In der bevorzugten Ausführung der Erfindung hat das Dämpfungsmittel
die Form von zwei parallel zur Verzögerungsleitungsachse (Strahlachse) sich erstrekkenden
Dämpfungskörpern, die ein zwischen den beiden Querwänden der Dämpfungszelle angeordnetes
metallisches Distanzstück durchsetzen, das so ausgebildet ist, daß sich die beiden
Dämpfungskörper jeweils durch einen von zwei Hohlräumen, die bezüglich der Hochfrequenzwellenenergie
gegeneinander abgeschlossen sind, erstrecken. Dabei ist es besonders zweckmäßig,
die Röhre so zu gestalten, daß die zwei gegeneinander abgeschlossenen Hohlräume
dadurch gebildet sind, daß das metallische Distanzstück durch einen mit einer zentrischen
Elektronenstrahldurchtrittsöffnung versehenen Quersteg in zwei gleiche Hohlraumabschnitte
unterteilt ist. Schließlich kann die Wanderfeldröhre nach der Erfindung mit Vorteil
so ausgebildet werden, daß jede der beiden Querwände der Dämpfungszelle gegenüber
der Kopplungsöffnung der anderen Querwand eine nutenförmige
Vertiefung
zur Halterung des betreffenden Dämpfungskörpers aufweist.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel. Es zeigt F
i g. 1 eine Gesamtansicht einer Wanderfeldröhre mit den Merkmalen der Erfindung,
teilweise im Längsschnitt, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Röhre nach
F i g. 1 im Längsschnitt, F i g. 3 einen Satz typischer Bauelemente des in F i g.
2 gezeigten Gebildes einzeln dargestellt, F i g. 4 die Einzelteile eines typischen
Trenngliedes der Röhre nach F i g. 1, und F i g. 5 und 6 zeigen perspektivische
Ansichten verschiedener Distanzstücke, wie sie in der Wanderfeldröhre nach der Erfindung
verwendbar sind.
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Die Wanderfeldröhre 12 nach F i g. 1 enthält eine Anzahl ringscheibenförmiger
Fokussierungsmagneten 14. Bei diesen Magneten handelt es sich um Permanentmagneten,
die gemäß F i g. 4 diametral in zwei Teile gespalten sind. Diese Aufspaltung ermöglicht
es, die Magneten ohne Mühe zwischen je zwei benachbarte Polschuhe einer Reihe von
Polschuhen 16 einzufügen, nachdem diese Polschuhe bereits fertig montiert sind.
Das System von Polschuhen 16 und Magneten 14 bildet gleichzeitig die Verzögerungsleitung
und die Hülle 18 der Wanderfeldröhre.
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An das rechts liegende Eingangsende der Verzögerungsleitung 18 ist
ein Eingangshohlleiter 20 angeschlossen, der einen Impedanzstufentransformator 22
enthält. Ein Flansch 24 dient zur Ankopplung der fertigmontierten Wanderfeldröhre
12 an einen äußeren Hohlleiter oder an eine sonstige, nicht gezeichnete Mikrowellenüberträgungsleitung.
Der Flansch 24
enthält ein (nicht gezeichnetes) Mikrowellenfenster, das für
die Hochfrequenzenergie durchlässig, jedoch gleichzeitig in der Lage ist, die zur
Aufrechterhaltung eines Vakuums im Inneren der Wanderfeldröhre 12 nötige Druckdifferenz
aufzunehmen. Am links befindlichen Ausgangsende der Anordnung ist ein Ausgangshohlleiter
26 angeordnet, der ähnlich aufgebaut ist wie der Eingangshohlleiter 20.
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Am rechten Ende der Wanderfeldröhre 12 ist eine Elektronenkanone 28
angeordnet. Sie enthält eine Kathode 30, die durch ein Heizelement 32 geheizt wird.
Die Kathode 30. hat eine kleine zentrale öffnung 34, die zur Vereinfachung der axialen
Justierung der Elektronenkanone 28 relativ zur übrigen Wanderfeldröhre
12 dient. Die Kathode 30 wird längs ihrer Peripherie von einem zylindrischen
Abschirmelement 36 gehalten, das sich in Form zweier konzentrischer Zylinder nach
hinten und wieder nach vorn erstreckt.
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Das zylindrische Abschirmelement 36 wird von einer Fokussierungselektrode
38 gehaltert. Diese Fokussierungselektrode 38 wird im allgemeinen auf dem gleichen
Potential gehalten wie die Kathode 30 und hat eine solche Form, daß die von der
Kathode emittierte Elektronenströmung zu einem axial gut ausgerichteten Elekironenstrahl
hoher Perveanz (Raumladungskonstante) gebündelt wird, der sodann die Verzögerungsleitung
18 durchfliegt und in elektromagnetische Wechselwirkung mit der längs der Verzögerungsleitung
sich. fortpflanzenden Mikrowellenenergie tritt. Die Fokussierungselektrode 38 wird
ihrerseits von einem Halterohr 40 getragen, das sich von der Peripherie der Fokussierungselektrode
bis an das rechte Ende der Wanderfeldröhre 12 erstreckt. Die öffnung dieses
Halterohres 40 wird mittels eines Dichtungsflansches 44 hermetisch abgeschlossen.
Das rechte Ende des Halterohres wird durch einen Flansch 46 getragen, der ebenfalls
aus Metall von geringer Wärmedehnung besteht und seinerseits dicht an ein hohles
keramisches Befestigungsrohr 48 angeschlossen ist. Das Keramikrohr 48 dient unter
anderem zur elektrischen Isolierung zwischen der zur Fokussierung des Elektronenstrahls
dienenden Vorrichtung und der auf höherem Potential befindlichen Beschleunigungsanode
52. Ein weiterer Hohlzylinder 50 aus Metall geringer Wärmedehnung umhüllt nahezu
die gesamte Elektronenkanone 28 und ist direkt an den Hochfrequenzteil der Wanderfeldröhre
12 angeschlossen. Dieser Zylinder 50 ist außerdem dichtend mit dem keramischen
Zylinder 48 verbunden, wodurch der vakuumdichte Abschluß des rechten Endes der Wanderfeldröhre
12 vervollständigt ist.
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Am linken Ende der in F i g. 1 gezeigten Röhre 12 befindet sich eine
gekühlte Kollektorelektrode 60 mit einer kegelförmig ausgebildeten inneren Oberfläche
62, die dazu dient, die Elektronen aus der stromstarken Elektronenströmung aufzufangen
und ihre kinetische Energie über eine große Oberfläche abzuleiten. Die Kollektorelektrode
wird innerhalb des Endes eines zur Wasserkühlung dienenden zylindrischen Mantels
64 gehaltert, der selbst wieder von einer Stirnplatte 66 getragen wird. Kühlwasser
wird der Kammer 68 durch ein Rohr 70 zugeführt und aus ihr durch ein
Rohr 72 erhitzt abgeleitet. Auf diese Weise kann eine beträchtliche Leistung abgeführt
werden, ohne daß die Kollektorelektrode Schaden nimmt.
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Die Stirnplatte 66 ist mit einem Haltezylinder 74 aus Metall geringer
Wärmedehnung dichtend verbunden, während dieser Zylinder wiederum an einen keramischen
Isolierzylinder 76 dichtend angeschlossen ist. An seinem anderen Ende ist dieser
keramische Zylinder 76 mit einem anderen aus Metall geringer Wärmedehnung gefertigten
Haltezylinder 78 dicht verbunden. Der Zylinder 78 ist seinerseits mit der Endplatte
80 der Verzögerungsleitung dicht verbunden.
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Zum Evakuieren und Entgasen der Wanderfeldröhre 12 ist ein mit zwei
Schenkeln versehener Pumpstutzen 86 mit dem Eingangs- und dem Ausgangshohlleiter
20 und 26 verbunden. Nach dem Entgasen wird das Rohr 86 von der Vakuumpumpe durch
Ausziehen zu einer Spitze 88 und Abschmelzen getrennt.
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Die Verzögerungsleitung 18 ist in Zellengruppen 90, 92, 94, 96 und
98 unterteilt, die gegeneinander durch Glieder 100, 102, 104 und 106, nachstehend
Trennglieder genannt, hochfrequenzmäßig isoliert sind. Der Aufbau dieser Glieder
wird an Hand von F i g. 2 und 4 erläutert werden. Vorläufig sei die Funktion dieser
Trennglieder allgemein beschrieben.
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Die Trennglieder haben die Aufgabe, für die Hochfrequenzenergie eine
praktisch vollständige Trennung zwischen den einzelnen Zellengruppen der Verzögerungsleitung
18 herzustellen, während sie gleichzeitig der Elektronenströmung gestatten, die
gesamte Länge der Wanderfeldröhre 12 zu passieren. Auf diese Weise wird mit jeder
einzelnen Zellengruppe eine optimale Verstärkung bei gleichzeitiger Vermeidung von
Schwingungen, die auf Rückkopplungseffekten beruhen, erreicht. Die Trennglieder
haben einen Verlust in der Verstärkung zur Folge, der in der Größenordnung von einigen
Dezibeln liegt. Ein derartiger Verlust stellt einen geringen Preis für die hohe
Gesamtverstärkung der Wanderfeldröhre
und für deren Fähigkeit dar,
große Leistungen zu verarbeiten. Die Trennglieder stellen zwar eine fast vollständige
Hochfrequenzisolierung zwischen benachbarten Zellengruppen her. Doch ist die Elektronenströmung
am Ausgang einer jeden Zellengruppe moduliert. Die modulierte Elektronenströmung
startet nach ihrem Eintritt in die nächste Zellengruppe in dieser eine neue Welle,
die infolge der Wechselwirkung zwischen dieser neuen Wanderwelle und der Elektronenströmung
weiter verstärkt wird. Man erhält also durch die Elektronenströmung eine nur in
einer Richtung wirksame Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Zellengruppen.
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F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Röhre
nach F i g. 1. Wie daraus ersichtlich, erstrecken sich die ferromagnetischen Polschuhe
16 radial nach innen bis etwa an den Umfang der axial gerichteten Elektronenströmung.
Unmittelbar benachbart zur Elektronenströmung ist an jedem Polschuh ein kurzer Rohrstutzen
110 ausgebildet.
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Je zwei aufeinanderfolgende Rohrstutzen sind voneinander durch einen
Zwischenraum 112 getrennt, der sowohl die Aufgabe eines magnetischen Spaltes hat,
indem er als Fokussierungslinse für die Elektronenströmung wirkt, als auch die Aufgabe
eines elektromagnetischen Spaltes für die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen
der Elektronenströmung und der Mikrowellenenergie, welche die Verzögerungsleitung
passieren.
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In radialer Richtung etwas weiter außen als die verdickten Teile der
Polschuhe 16, welche die Rohrstutzen 110 bilden, hat jeder Polschuh
16 noch eine zweite zylindrische Verdickung 114, die nach beiden Seiten von
den weniger dicken Teilen 15 der Polschuhe 16 aus vorragt. Die Verdickungen
114 haben die Form von kreisringförmigen, zur Achse der Röhre konzentrischen,
stufenförmigen Ansätzen, die zur Ausrichtung der einzelnen Elemente der Verzögerungsleitung
18 dienen. In radialer Richtung innerhalb der stufenförmigen Ansätze 114 sind leitende,
nichtmagnetische Distanzstücke 116 angebracht, welche die Form von Kreisringen haben,
deren Außendurchmesser praktisch mit dem Innendurchmesser der zylindrischen Ansätze
114 übereinstimmt. Durch die Länge der einzelnen Distanzstücke in axialer Richtung
wird die Länge der Mikrowellenhohlräume 118 bestimmt, die sich längs der Verzögerungsleitung
18 aneinanderreihen und untereinander verbunden sind. Wie ersichtlich, kann die
ganze Verzögerungsleitung 18 einfach dadurch zusammengesetzt und axial ausgerichtet
werden, daß abwechselnd Polschuhe 16 und Distanzstücke 116 aneinandergesetzt werden.
Jedes Distanzstück 116 hat zwei Ringnuten 120, die während des Aneinanderreihens
mit abdichtend wirkender Hartlotlegierung ausgefüllt werden. Die zusammengebaute
Verzögerungsleitung wird in einen Ofen gebracht und dort innerhalb einer nichtoxydierenden
Schutzgasatmosphäre so stark aufgeheizt, daß das Lot in den Kanälen 120 schmilzt
und die aneinandergrenzenden Teile miteinander verlötet, so daß eine vakuumdichte
Hülle entsteht. Die Distanzstücke 116 werden aus nichtmagnetischem Material, etwa
Kupfer, hergestellt. Dadurch wird eine gut leitende Wand für die Hohlräume geschaffen,
ohne daß sich ein magnetischer Kurzschluß für die Fokussierungsspalte 112 ergibt.
Die gesamten Innenflächen der Hohlräume 118 werden schließlich mit einem sehr gut
leitenden Material, etwa einer dünnen Schicht aus Silber oder Gold, überzogen.
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Um aufeinanderfolgende Wechselwirkungszellen miteinander zu verbinden,
ist eine Kopplungsöffnung 122 in jedem einzelnen der ferromagnetischen Polschuhe
16 vorgesehen. Gestalt und Ausrichtung dieser Kopplungsöffnungen 122 werden unten
an Hand von F i g. 3 erläutert. Ebenfalls zwischen je zwei benachbarten Polschuhen
16 sind die Fokussierungsmagneten 14 angeordnet. Sie haben ringscheibenförmige Gestalt
und sind so gebaut, daß sie azimutalsymmetrisch um die zylindrischen Ansätze 114
passen. Die Magneten 14 sind durch einen diametralen Spalt in zwei Teile geteilt,
so daß sie leicht an der Verzögerungsleitung 18 anbringbar sind, nachdem
diese bereits zusammengebaut worden ist. Die Länge der Magneten in axialer Richtung
entspricht praktisch dem axialen Abstand benachbarter Polschuhe 16, während ihre
Ausdehnung in radialer Richtung entweder genauso groß sein kann wie die der Polschuhe
16 oder, wie aus F i g. 2 gut ersichtlich, größer als diese. Um in den Spalten 112
Fokussierungslinsen zu erhalten, müssen je zwei aufeinanderfolgende Magneten 14
immer mit umgekehrter Polarität aufgereiht werden. Damit wird eine Umkehr der Richtung
des magnetischen Feldes von Linse zu Linse erhalten.
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Im Bereich eines typischen Trenngliedes 100 stellt die aus Polschuh,
Magnet und Distanzstück bestehende Anordnung ein praktisch kontinuierliches Gebilde
dar. Die Polschuhe sind hier allerdings etwas anders gestaltet als die Polschuhe
16 und daher mit 124 bezeichnet. Das gleiche gilt für das Distanzstück 126 im Vergleich
mit den Distanzstücken 116. Aus F i g. 3 geht dies im einzelnen hervor. Im Inneren
dieses speziellen Distanzstückes 126 ist dämpfendes Material in Form von zwei verlusterzeugenden,
knopfförmigen, keramischen Dämpfungskörpern 128 angebracht, die sich jeweils vom
Inneren einer Kopplungsöffnung 122 durch das Distanzstück 126 hindurch bis in die
Wand des der Kopplungsöffnung 122 gegenüberliegenden Polschuhs 124 erstrecken. Das
Distanzstück 126 bildet so ein Paar Hohlräume 130 von besonderer Gestalt, die an
die jeweils zugehörige Kopplungsöffnung 122 angrenzen und mit verlusterzeugendem
Dämpfungsmaterial nahezu ausgefüllt sind.
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Die beiden Hohlräume 130 sind voneinander durch eine Scheidewand 150
getrennt, die in F i g. 4 genauer gezeichnet ist. Eine Wechselwirkung zwischen den
Hohlräumen 130 und der Elektronenströmung wird durch den mittleren Teil des Distanzstückes
126 vermieden, der die Form eines Ringes 132 hat, dessen radiale Abmessungen etwa
denen der Rohrstutzen 110 entsprechen, und der in axialer Richtung den Zwischenraum
den zwei benachbarten Rohrstutzen überbrückt. Dadurch wird die Elektronenströmung
im Bereich des Trenngliedes 100 nahezu vollständig gegen die Verzögerungsleitung
abgeschirmt.
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Die entlang der Verzögerungsleitung 18 aufgereihten Polschuhe 16 haben
gemäß F i g. 2 in axialer Richtung voneinander die Abstände a, b, c, d. Sowohl
diese Abstände als auch die zugehörigen axialen Längen der Distanzstücke 116, der
Magneten 14 und der Rohrstutzen 110 kann man so wählen, daß sie in gleichem
Maß in Richtung auf das Kollektorende der Röhre hin abnehmen. Man erhält dadurch
gewissermaßen eine Verkürzung der Verzögerungsleitung 18 in der Weise, daß die Elektronenströmung,
die ja infolge
der Energieabgabe an die Wanderwellen ständig langsamer
wird, trotzdem in Synchronismus mit den Wanderwellen bleibt, da die räumliche Periode
der aufeinanderfolgenden Zellen abnimmt. Mit anderen Worten: Da die Elektronenströmung
von Zelle zu Zelle eine immer kürzer werdende Distanz zurückzulegen hat, durchläuft
sie scheinbar die einzelnen Zellen mit der gleichen Geschwindigkeit, obwohl sie
in Wirklichkeit langsamer geworden ist. Dadurch wird die relative Phasengeschwindigkeit
der Wanderwellen verringert, wodurch die gewünschte synchrone Wechselwirkung längs
der gesamten Verzögerungsleitung in hohem Maß erhalten bleibt.
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In F i g. 3 ist ein einzelner Satz der in größerer Anzahl in einer
Verzögerungsleitung 18 vorhandenen Polschuhe, Magneten und Distanzstücke dargestellt,
um zu erläutern, wie die einzelnen Teile der Verzögerungsleitung hergestellt und
zusammengesetzt werden. Ein typischer Polschuh 16 ist einmal in Draufsicht und einmal
im Querschnitt dargestellt. Ein typischer Magnet 14 und ein typisches Distanzstück
116 sind nur im Querschnitt gezeigt.
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Der Querschnitt zeigt den Polschuh 16 konzentrisch zur Elektronenströmung,
die von dem kurzen Rohrstutzen 110 umschlossen ist, der sich axial in beiden Richtungen
senkrecht zur Ebene des Polschuhs 16 ausdehnt. Vom Rohrstutzen 110 aus erstreckt
sich der Polschuh 16 radial nach außen. In radialer Richtung zwischen Rohrstutzen
und äußerem Umfang des Polschuhs befinden sich die beiden kreiszylindrischen, ringförmigen
Ansätze 114, die in Achsrichtung über die beiden Flächen des Polschuhs 16 vorragen.
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Die äußere zylindrische Fläche des Ansatzes 114 haltert den Fokussierungsmagneten
14 koaxial zur Elektronenströmung, während seine innere Fläche mit der Außenfläche
des Distanzstückes 116 in Berührung steht. Der Innendurchmesser des Distanzstückes
116 definiert die äußeren Abmessungen der Wechselwirkungszelle, welche von zwei
aufeinanderfolgenden Polschuhen 16 gebildet wird. Vor dem Zusammenbau wird ein Dichtungsmittel
in die Ringnuten 120 eingebracht, die sich in den Stirnflächen der Distanzstücke
befinden.
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In jedem Polschuh ist außermittig eine Kopplungsöffnung 122 vorgesehen,
die dazu dient, die Hochfrequenzenergie von einer Zelle der Verzögerungsleitung
in die nächste weiterzuleiten.
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Größe, Gestalt und Ausrichtung der Kopplungsöffnungen 122 sind in
F i g. 3 links erkennbar. Der Rohrstutzen 110 hat einen inneren Radius r1, der etwas
größer ist als der Radius der Elektronenströmung; und einen äußeren Radius r.,.
Die nierenförmige Kopplungsöffnung 122 erstreckt sich vom Radius r3 bis zum Radius
r4. Beim Fräsen der COffnung 122 wird das Werkstück um den Winkel a gedreht, der
zwischen 0 und etwa 60° liegt. Auf diese Weise entsteht die nierenförmige Kopplungsöffnung
122, die zwischen den Radien r3 und r4 liegt.
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In radialer Richtung außerhalb der Kopplungsöffnung 122 befindet sich
der zylindrische, stufenförmige Ansatz 114, dessen Innenradius mit r6 bezeichnet
ist und praktisch gleich dem Außenradius des Distanzstückes 116 ist. Der
Innenradius r5 des Distanzstückes 116 bestimmt die Außenabmessung der Wechselwirkungszelle.
Der mit r7 bezeichnete Außenradius des Ansatzes 114 ist praktisch gleich dem Innenradius
des Magneten 14. In F i g. 3 ist der Außenradius des Polschuhs 16 mit r8 und der
Außenradius des Magneten 14 mit r9 bezeichnet.
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Um beim Zusammenbau alle Polschuhe 16 in der richtigen Winkelstellung
fixieren zu können, sind ein oder mehrere Sätze von Löchern 134 in den Polschuhen
16 vorgesehen. Außerdem kann am Umfang der Polschuhe 16 je eine Markierungskerbe
136 angebracht werden, an der jederzeit, auch bei fertigmontierter Röhre, erkennbar
ist, unter welchem Winkel jeder einzelne Polschuh 16 eingebaut ist. Im gezeichneten
Beispiel ist die Markierungskerbe immer genau gegenüber der nierenförmigen Kopplungsöffnung
122 angebracht.
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In F i g. 4 ist ein typisches Trennglied gezeichnet, wie deren mehrere
gestrichelt in F i g. 1 angedeutet sind, etwa das Trennglied 100. Die Trenngliedpolschuhe
124 sind perspektivisch dargestellt, um erkennbar zu machen, wie sie sich von den
für die übrigen Kreise typischen Polschuhen 16 unterscheiden. In der nach der Mitte
des Trenngliedes 100 hinweisenden Oberfläche jedes Polschuhs 124 sind zwei sich
teilweise überschneidende kreisförmige Aussparungen 136 angebracht. Die kreisförmigen
Aussparungen 136 gehen in ihrer Tiefe etwa bis zur Hälfte der Polschuhwände 124
hinein und nehmen die verdickten Enden 138 der knopfförmigen Dämpfungselemente 128
auf. Diese bestehen aus einem mit Kohlenstoff imprägnierten porösen keramischen
Material. Die Imprägnierung mit Kohlenstoff kann dadurch erhalten werden, daß der
keramische Körper in eine Kohlehydratlösung, beispielsweise eine Zukkerlösung, gelegt
und, sobald er sich mit dieser Lösung gesättigt hat, in einer sauerstofffreien Atmosphäre
so weit erhitzt wird, daß die Kohlehydrate zerfallen, so daß ein gleichmäßig im
Inneren des Keramikkörpers verteilter Rückstand von Kohlenstoff übrigbleibt.
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Der Fokussierungsmagnet 14 ist so wie alle übrigen Fokussierungsmagneten
aufgebaut und braucht deshalb für das Trennglied nicht besonders beschrieben zu
werden. Das spezielle Distanzstück 126 paßt in radialer Richtung in die zylindrischen
Ansätze 114 und enthält zwei Hohlräume 130, zu denen je eine Kopplungsöffnung 122
gehört. Ein Endteil in Form eines flachen Stegbleches 140 schließt das Ende
jedes der beiden Hohlräume 130 ab. In jedem davon ist ein Paar sich überlappender
kreisförmiger Öffnungen 142 ausgespart, die konzentrisch zu den kreisförmigen Aussparungen
136 in den benachbarten Trenngliedpolschuhen 124 liegen, jedoch einen geringeren
Durchmesser als diese haben. Die knopfförmigen Dämpfungskörper 128 erstrecken sich
vom Inneren der Aussparungen 136 durch die Öffnungen 142 in den Stegblechen 140
und durch je einen Hohlraum 130 bis etwa zur Hälfte durch die gegenüberliegenden
Kopplungsöffnungen 122 hindurch.
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Ein ringförmiger Ansatz 146 auf jeder Seite des Distanzstückes 126
dient zur Aufnahme der Enden der zu den beiden Polschuhen 124 gehörigen Rohrstutzen
110. Die beiden Hohlräume 130 sind durch einen leitenden Mittelteil in Form eines
Steges 150
voneinander getrennt. Die Mikrowellenenergie aus der links an das
gezeichnete Trennglieddistanzstück 126 sich anschließenden Verzögerungsleitung 18
kann in die Kopplungsöffnung 122 des in F i g. 4 links abgebildeten Polschuhs 124
gelangen, wo sie, nachdem sie die Kopplungsöffnung etwa zur Hälfte durchdrungen
hat, auf den oberen knopfförmigen Dämpfungskörper
128 trifft. Derjenige
Bestandteil der Mikrowellenenergie, der in dem verlusterzeugenden Keramikkörper
1.28 nicht gleich absorbiert wird, kann sich in den zugehörigen Hohlraum 130 ausbreiten,
wo er nach und nach vollständig absorbiert wird.
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Auf gleiche Weise wird Mikrowellenenergie aus der rechts vom Trennglied
befindlichen Verzögerungsleitung, welche in Richtung auf das Trennglied fortschreitet,
von der unteren Hälfte der Anordnung praktisch völlig absorbiert.
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Beim Betrieb der Wanderfeldröhre 12 pflanzt sich Mikrowellenenergie
von rechts nach links entlang der Verzögerungsleitung 18 fort, wobei sie zunächst
in der Zellengruppe 98 infolge Wechselwirkung mit der Elektronenströmung verstärkt
wird. In der Nähe des Ausgangs dieser Zellengruppe ist die Wanderwelle angewachsen
und hat eine beachtliche Dichtemodulation der Elektronenströmung veranlaßt. Im ersten
Trennglied, also dem Glied 106, wird die Wanderwellenenergie praktisch vollständig
absorbiert. Die modulierte Elektronenströmung pflanzt sich jedoch in die nächste
Zellengruppe 96 fort, wo sie eine neue Wanderwelle startet. Die neue Wanderwelle
wächst wiederum an und wird durch die Elektronenströmung verstärkt, bis sie das
Ausgangsende der Zellengruppe 96 am Trennglied 104 erreicht. Die Elektronenströmung
ist hier noch stärker moduliert als am Ausgang der Zellengruppe 98, und die Wanderwellenenergie
wird wieder völlig absorbiert. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals, bis die
nunmehr äußerst stark dichtemodulierte Elektronenströmung die Ausgangszellengruppe
90 erreicht, nachdem sie das Trennglied 100 passiert hat. In der Ausgangszellengruppe
90 der Verzögerungsleitung 18 startet die Elektronenströmung nun eine
äußerst energiereiche Wanderwelle. Die am Ausgang dieser letzten Zellengruppe ankommende
Mikrowellenenergie wird dann dem Ausgangshohlleiter 26 zugeführt.
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In jedem Trennglied 100, 102, 104 und 106 gehen einige Dezibel an
Verstärkung verloren. Trotz dieses Verlustes wird mit Hilfe dieser Trennglieder
eine weit höhere Verstärkung erhalten, als man sie in einer einfachen Wanderfeldröhre
erreichen könnte. Die Trennglieder »isolieren« aneinandergrenzendeZellengruppen
voneinander, so daß Instabilitäten und ungewünschte Schwingungen, die infolge von
Reflexionen oder infolge zu großer Verstärkung in einem einzelnen Abschnitt der
Wanderfeldröhre zustande kommen könnten, vermieden werden.
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Was die Gestaltung der Einzelteile und die Technik ihrer Ausrichtung
und der Herstellung der richtigen Abstände zwischen ihnen anlangt, so sei bemerkt,
daß man eine ganze Anzahl verschiedenartiger Distanzstücke anwenden kann. So sind
die in F i g. 3 und 6 abgebildeten Distanzstücke 116 rotationssymmetrische Ringe,
während der in F i g. 5 dargestellte Distanzring 117 U-förmige Gestalt hat.
Die speziellen Distanzstücke 126, die in F i g. 2 und 4 erscheinen, bestehen dagegen
aus einer mit Stegblechen versehenen Ringscheibe, die besonders geformte <Öffnungen
aufweist. Das heißt aber, daß die Distanzstücke 116, 117 oder 126 neben ihrer Funktion
der Schaffung des richtigen Abstandes der Einzelteile untereinander und der richtigen
Ausrichtung dieser Teile noch eine oder mehrere zusätzliche Aufgaben erfüllen können.
Diese zusätzlichen Aufgaben brauchen dabei nicht einmal für alle die gleichen sein.
Die rotationssymmetrisch ausgebildeten Ringe 116 nach F i g. 3 und 6 stellen
die in der Verzögerungsleitung der F i g. 1 vorwiegend verwendeten Distanzstücke
dar. Das U-förmige Distanzstück 117
wird zweckmäßig bei der Eingangs- und
bei der Ausgangszellengruppe der in F i g. 1 dargestellten Verzögerungsleitung verwendet.
Das spezielle Distanzstück 126 nach F i g. 2 und 4 wird in den Trenngliedern der
Wanderfeldröhre angewandt. Bei allen diesen Anwendungen können die Distanzstücke
116,117 oder 126 jeweils eine rundum laufende Aussparung oder Nut in ihren senkrecht
zur Elektronenströmung sich erstreckenden und an die benachbarten Polschuhe angrenzenden
Oberflächen enthalten. Diese Aussparungen bzw. Nuten können dann bei der Montage
mit einer Lötlegierung ausgefüllt werden. Es ist wesentlich bei der Gestaltung der
Distanzstücke 116,
117 oder 126, daß man deren Größe in bezug auf die Ansätze
114 der Polschuhe, an welche die Distanzstücke anstoßen, unter Berücksichtigung
der verschiedenen Wärmedehnungsziffern der Distanzstücke und der Polschuhe sorgfältig
auswählen kann. Mittels Hartlot oder Weichlot, das in die Aussparungen oder Nuten
120 gebracht wird, kann dann aus den aufeinanderfolgenden Polschuhen 16 bzw.
124 und Distanzringen 116, 117 oder 126 ein einheitlich zusammenhängendes Gebilde
hergestellt werden.
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Es wurde erwähnt, daß das Dämpfungsmaterial, das in die Hohlräume
130 gemäß F i g. 2 und 4 eingebracht wird, nicht das ganze Volumen dieser
Hohlräume ausfüllt, sondern daß rund um die knopfförmigen Gebilde 128 herum ein
gewisser freier Raum verbleibt. Es wurde empirisch festgestellt, daß die dabei auftretenden
Verhältnisse denen bei einem sich erweiternden Abschluß in einem Abschnitt eines
herkömmlichen Hohlleiters analog sind. Das bedeutet aber, daß eine Kombination aus
Vakuum und einem verlusterzeugenden keramischen Material eine ausgezeichnete Impedanzanpassung
ergibt. Ein weiterer Faktor, der maßgebend an der Herstellung der bestmöglichen
Impedanzanpassung beteiligt ist, besteht in dem Ausmaß, bis zu welchem das dämpfende
Material in das Innere der Kopplungsöffnung 122 eindringt. Es wurde festgestellt,
daß man maximale Impedanzanpassung erhält und gleichzeitig die Diskontinuität im
Dielektrikum an eine unkritische Stelle verlegt, wenn man die knopfförmigen Gebilde
128 bis etwa zur Mitte in die Kopplungsöffnungen 122 eindringen läßt. Der eine Hohlraum
130 des Trenngliedes 100 schließt, wie gesagt, das eine Ende der Zellengruppe 90
ab, während der andere Hohlraum 130
des Trenngliedes 100 ein Ende der
Zellengruppe 92
abschließt. Dabei sind die beiden Hohlräume 130 durch den
leitenden Steg 150 voneinander getrennt. Demzufolge sind auch die Zellengruppen
90 und 92
in gleicher Weise voneinander getrennt, mit Ausnahme der
nur in einer Richtung wirksamen Kopplung durch die Elektronenströmung.
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Ein anderes Problem, das durch die beschriebene Anordnung gelöst wird,
ist die Ableitung der Wärme aus dem verlusterzeugenden keramischen Material, ohne
daß es zu einer Zerstörung des Aufbaus dieses Materials kommt. Die knopfförmigen
Keramikgebilde 128 stehen in gutem Wärmekontakt mit Teilen der Kopplungsöffnungen
1.22, und ihre verbreiterten Köpfe 138 sind mit dem größten Teil ihrer Oberfläche
zwischen den Aussparungen 136 und den Stegblechen 140 eingebettet. Sie stehen also
in gutem
Wärmekontakt mit den Polschuhen 124 und dem Distanzstück
126.
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Bei der beschriebenen Anordnung befindet sich genügend Dämpfungsmaterial
an der richtigen Stelle, um praktisch die gesamte elektromagnetische Energie der
Wanderwellen zu absorbieren. Doch ist die Menge dieses Dämpfungsmaterials immer
noch klein genug, um auch eine gute Impedanzanpassung zur Folge zu haben. Außerdem
kann man für die Keramikkörper 128 ein Material wählen, das einen Porositätsfaktor
von etwa 30 % hat, leicht zu bearbeiten und leicht mit einer den Verlustwinkel erhöhenden
Substanz imprägnierbar ist. Die kleinen in den Keramikkörpern vorgesehenen zylindrischen
Öffnungen 144 erleichtern das Imprägnieren und ermöglichen auch ein schnelleres
Abpumpen der fertigmontierten Anordnung.
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Eine mögliche Änderung der beschriebenen Anordnung besteht darin,
daß man das Dämpfungsmaterial durch Löten oder Ankleben an den entsprechenden Polschuhen
befestigt, statt daß man es durch die Öffnungen 142 in den Stegblechen 140 haltert,
was aber auch zusätzlich zu dieser Halterung geschehen kann.
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Die beschriebene Wanderfeldröhre vereinigt in sich eine Hochfrequenz-Verzögerungsleitung
mit eigener periodischer Fokussierungsvorrichtung und enthält insbesondere Vorrichtungen,
durch welche die Röhre in Längsrichtung derart aufgeteilt wird, daß man, ohne die
periodische Struktur der Verzögerungsleitung oder die periodische Fokussierung zu
zerstören, eine Unterteilung der Röhre in eine Anzahl stabiler, nichtschwingender
Zellengruppen erhält, mit denen man ohne weiteres Millivolts zu leistungsstarken
Kilovolts verstärken kann. Durch eine derartige Röhre kann man deshalb bis zu fünf
und mehr herkömmliche Wanderfeldröhren oder sonstige Hochfrequenzröhren ersetzen.
Viele Vorteile entstehen aus der Tatsache, daß die Funktionen mehrerer Röhren in
einer einzigen Röhre vereinigt sind. So erhält man insgesamt ein wesentlich kleineres
und leichteres Gebilde, als wenn man mehrere Einzelröhren verwendet. Verschiedene
Bauelemente und Hilfseinrichtungen, etwa die Elektronenkanone, die Spannungsversorgung
und den Modulator, braucht man nur ein einziges Mal vorzusehen. Ferner wird die
Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls eines Gerätes um so geringer, je geringer die
Anzahl der Röhren und sonstigen Bauteile in diesem Gerät ist. Schließlich kann man,
wie erwähnt, ohne besonderen Energieaufwand eine beliebig hohe Verstärkung in der
Röhre erreichen.