DE1295705B - Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeld- fach, und es erhält zugleich die Wanderfeldröhre herröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in Strahl- vorragende elektrische Eigenschaften. Insbesondere richtung hintereinanderliegenden Zellen, bei der je- werden durch den über die ganze Länge grundsätzweils zwei aufeinanderfolgende Zellen durch eine lieh gleichbleibenden Aufbau der Verzögerungs-Querwand voneinander getrennt sind, in welcher zen- 5 leitung die Schwierigkeiten vermieden, die sich bistrisch ein Rohrstutzen als Elektronenstrahldurchtritts- her aus einer Veränderung der charakteristischen Öffnung sowie seitlich davon eine Kopplungsöffnung Größen der Verzögerungsleitung ergeben haben, zur elektromagnetischen Kopplung der aufeinander- Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeifolgenden Zellen vorgesehen ist, und die so bemessen spiele der Erfindung. Es zeigt ist, daß der Wechselwirkungssynchronismus zwischen io Fig. 1 eine Wanderfeldröhre, teilweise in Ansicht den längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden und teilweise im Längsschnitt, Wellen und dem Elektronenstrahl längs der ge- Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der samten Verzögerungsleitung wenigstens angenähert Röhre nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und optimal ist. F i g. 3 eine schematische Darstellung einer

Derartige Wanderfeldröhren sind allgemein be- 15 weiteren Verzögerungsleitung.

kannt. Bisher wurde versucht, den gewünschten Die Wanderfeldröhre 12 nach F i g. 1 weist eine

Wechselwirkungssynchronismus durch Veränderun- Anzahl ringscheibenförmiger Fokussierungsmagnete

gen im Aufbau der Verzögerungsleitung in Strahl- 14 auf. Es handelt sich um Permanentmagnete, die

richtung zu erzielen. Es ist nun offensichtlich, daß längs eines Durchmessers gespalten sind, damit sie sich durch eine fortlaufende Änderung des Aufbaues ao leicht zwischen vormontierte ferromagnetische PoI-

von Verzögerungsleitungen, die eine Hohlleiter- stücke 16 eingeschoben werden können. Die An-

struktur haben, erhebliche Schwierigkeiten bei der Ordnung von Polstücken 16 und Magneten 14 bildet

Herstellung einer solchen Verzögerungsleitung er- sowohl die Verzögerungsleitung 18 als auch die

geben. Weiterhin ruft in vielen Fällen die voraus- Hülle der Wanderfeldröhre.

bestimmte Änderung der Axialgeschwindigkeit der 35 An das rechts liegende Eingangsende der Verdie Verzögerungsleitung durchlaufenden Welle eine zögerungsleitung 18 ist eine Eingangs-Hohlleiter-Anzahl von verschiedenen Problemen hervor. So anordnung 20 angeschlossen, zu der ein Stufenkann zwar durch Änderungen im Aufbau der Ver- Impedanztransformator 22 gehört. Ein Flansch 24 zögerungsleitung die Wechselwirkung zwischen der dient der Ankopplung der Wanderfeldröhre 12 an Welle und dem Elektronenstrahl in der gewünschten 30 einen äußeren Hohlleiter oder an eine andere, nicht Weise verbessert werden, jedoch kann damit auch dargestellte Übertragungsleitung für Mikrowellen, eine Verminderung der Stabilität und Bandbreite der Der Flansch 24 weist ein (nicht dargestelltes) MikroWanderfeldröhre verbunden sein. wellen-Fenster auf, das für hochfrequente Wellen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durchlässig ist, aber in der Lage ist, eine zur AufWanderfeldröhre mit einer Verzögerungsleitung der 35 rechterhaltung des Vakuums innerhalb der Wanderoben beschriebenen Art in der Weise auszubilden, feldröhre 12 erforderliche Druckdifferenz aufzudaß ein Optimum an Wechselwirkung zwischen der nehmen. Am links liegenden Ausgangsende der die Verzögerungsleitung durchlaufenden Welle und Röhre 12 befindet sich eine Ausgangs-Hohlleiterdem Elektronenstrahl gewährleistet ist, ohne daß der anordnung 26, die der Eingangs-Hohlleiteranordnung Aufbau der Verzögerungsleitung bedeutend korn- 40 20 gleicht.

pliziert wird. Am rechten Ende der Röhre 12 befindet sich eine Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch Elektronenquelle oder Elektronenkanone 28. Ihre gelöst, daß die in den Querwänden vorgesehenen Kathode 30 wird vom Faden 32 beheizt. Die Kathode Rohrstutzen, die zwischen sich die Wechselwirkungs- 30 besitzt eine kleine zentrale Öffnung 34, die beim spalte der Verzögerungsleitung bilden, längs der Ver- 45 Zusammenbau die axiale Ausrichtung der Elekzögerungsleitung in axialer Richtung so gegenübei tronenquelle auf die übrigen Teile der Wanderfeldden Querwänden verschoben angeordnet sind, daß röhre 12 erleichtert. Die Kathode 30 wird an ihrem sich — in Strahlrichtung gesehen — die Wechsel- Rand von einem zylindrischen Abschirmglied 36 gewirkungsspalte von Zelle zu Zelle immer mehr nach halten, das in sich zurückgefaltet ist, so daß sich eine strahlaufwärts verschieben. 50 Abschirmung aus zwei konzentrischen Zylindern und Bei der erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre wird damit ein ausgedehnter Wärmeweg von der Kathode die Anpassung der Laufgeschwindigkeit der Welle 30 zu ihren äußeren Abstützteilen ergibt. Das zylinan die infolge der Wechselwirkung abnehmende drische Abschirmglied 36 wird von einer Fokussie-Axialgeschwmdigkeit des Elektronenstrahls durch rungselektrode 38 getragen. Diese besitzt im allgeeine einfache Verschiebung des jeweiligen Rohr- ₅₅ meinen das gleiche Potential wie die Kathode 30 und Stutzens in bezug auf die zugeordnete Querwand er- ist so geformt, daß sie die von der Kathode ausgezielt, wodurch der Bereich innerhalb jeder Wechsel- sandten Elektronen scharf zu einem intensiven wirkungszelle, in dem die Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl bündelt, der die Verzögerungsdem Elektronenstrahl und der die Verzögerungs- leitung 18 durchläuft und mit der sich längs der leitung durchlaufenden Welle stattfindet, von Zelle 60 Verzögerungsleitung fortpflanzenden Mikrowellenzu Zelle immer mehr nach strahlaufwärts verschoben energie in Wechselwirkung tritt. Die Fokussierungswird. Dabei braucht sich am grundsätzlichen Aufbau elektrode 38 wird ihrerseits von einer Zylinderhülse der einzelnen Wechselwirkungszellen nichts zu 40 getragen, die sich von dem Rand der Fokussieändern. Daher können alle Zellen den gleichen rungselektrode bis zum rechten Ende der Wandergrundsätzlichen Aufbau haben, so daß die Ver- 65 feldröhre 12 erstreckt. Ihre Öffnung ist mit einer zögerungsleitung auf ihrer ganzen Länge die gleiche Metall-Keramik-Dichtung 42 hermetisch abgeschlos-Charakteristik aufweist. Hierdurch wird der Aufbau sen, die mit einem in der Hülse 40 befestigten der erfindungsgemäßen Wanderfeldröhre äußerst ein- Flansch 44 verbunden ist. Das rechte Ende der

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Zylinderhülse 40 wird von einem ringförmigen Weise ist durch den Elektronenstrahl eine in einer Flansch 46 abgestützt, der mit einer keramischen Richtung wirkende Kopplung zwischen benachbarten Traghülse 48 dicht verbunden ist. Die keramische Zellengruppen sichergestellt.

Hülse 48 dient unter anderem zur elektrischen Wie aus F i g. 2 ersichtlich, erstrecken sich die

Isolation der Strahl-Fokussierungsanordnung von 5 ferromagnetischen Polstücke 16 annähernd bis zum dem höheren Potential der Beschleunigungsanode Umfang des Elektronenstrahls radial nach innen. 52. Ein Zylinder 50 aus Metall geringer Wärme- Der Elektronenstrahl ist jeweils von einem kurzen ausdehnung umschließt die Elektronenquelle 28 und Rohrstutzen 110 umgeben. Diese Rohrstutzen erist an den Hochfrequenzteil der Wanderfeldröhre 12 strecken sich koaxial zum Elektronenstrahl und werangeschlossen. Mit dem Zylinder 50 ist die kera- io den von den Polstücken 16 getragen, mische Hülse 48 dicht verbunden, wodurch der Benachbarte Rohrstutzen 110 sind durch einen

vakuumdichte Abschluß des rechten Endes der Spalt 112 voneinander getrennt, der in seiner Eigen-Wanderfeldröhre 12 vervollständigt ist. schaft als magnetischer Spalt als Fokussierungslinse

Am linken Ende der Röhre 12 zeigt F i g. 1 eine für den Elektronenstrahl wirkt und zugleich den gekühlte Auffangelektrode 60, die innen eine 15 Spalt darstellt, in dem die Wechselwirkung zwischen konische Oberfläche 62 zum Auffangen der Elek- dem Elektronenstrahl und der sich längs der Vertronen des stromstarken Elektronenstrahls besitzt zögerungsleitung fortpflanzenden Welle stattfindet, und dessen kinetische Energie über eine große Ober- In einer gewissen radialen Entfernung von den

fläche verteilt. Die Auffangelektrode ist innerhalb Rohrstutzen 110 besitzt jedes Polstück 16 einen eines zur Wasserkühlung dienenden Zylindermantels ao kurzen Zylinderansatz 114. Die Ansätze 114 bilden 64 gelagert, der von einer Endplatte 66 getragen konzentrisch zur Achse der Röhre angeordnete wird und eine Kammer 68 begrenzt. Das kalte Kühl- Ringschultern für die Ausrichtung der Gesamtheit mittel, beispielsweise Wasser, gelangt in diese der Bauelemente der Verzögerungsleitung 18. InnerKammer durch ein Einlaßrohr 70, während das er- halb der Ansätze 114 sind leitende, unmagnetische wärmte Kühlmittel durch ein Auslaßrohr 72 ab- 25 Abstandshalter 116 angeordnet, die die Form eines fließt. Auf diese Weise kann erhebliche Energie ab- Ringes haben, dessen Außendurchmesser mit dem geführt werden, so daß die Auffangelektrode nicht Innendurchmesser der zylindrischen Ansätze 114 zerstört wird. übereinstimmt. Die Breite der Abstandshalter 116

Die Endplatte 66 ist dicht mit einem Stützzylinder bestimmt die axiale Länge der Mikrowellenhohl-74 aus Metall mit geringer Wärmeausdehnung ver- 30 räume 118, die längs der Verzögerungsleitung 18 bunden, der seinerseits dicht mit einem keramischen miteinander verbunden sind. Man erkennt also, daß Isolierzylinder 76 verbunden ist. Dieser Isolier- die Verzögerungsleitung durch abwechselndes Aufzylinder 76 ist an seinem entgegengesetzten Ende mit reihen der Polstücke 16 und der Abstandshalter 116 einem weiteren metallischen Stützzylinder 78 dicht zusammengesetzt und ausgerichtet werden kann, verbunden, der seinerseits von der Endscheibe 80 35 Die Abstandshalter 116 besitzen je zwei ringförmige der Verzögerungsleitung getragen wird und mit Nuten 120, in die während des Zusammensetzens dieser dicht verbunden ist. ein Abdichtmaterial, z. B. ein Hartlot, untergebracht

Für die Evakuierung und Entgasung der Wander- werden kann. Ist die Verzögerungsleitung zusammenfeldröhre 12 ist an die Eingangs- und die Ausgangs- gesetzt, so kann sie in einen Ofen mit einer schützen-Hohlleiteranordnung 20 bzw. 26 ein Pumpstutzen 86 40 den, nicht zur Oxydation führenden Atmosphäre einangeschlossen. Nach der Entgasung wird der Stutzen gebracht und erwärmt werden, so daß das Lot in 86 vom Vakuum-Pumpensystem durch Abklemmen den Kanälen 120 schmilzt und benachbarte Teile am Ende 88 getrennt. der Verzögerungsleitung 18 verbindet, so daß eine

Die Verzögerungsleitung ist in eine Anzahl Ab- vakuumdichte Hülle entsteht. Die Abstandshalter schnitte 90,92,94,96 und 98 eingeteilt, die gegen- 45 116 werden aus unmagnetischem Material, z. B. einander durch Trennglieder 100,102,104 und 106 Kupfer, hergestellt, so daß eine hohe Leitfähigkeit hochfrequenzmäßig isoliert sind. Diese Trennglieder der Wandung der Hohlräume 118 sichergestellt ist, bewirken eine vollständige Hochfrequenztrennung ohne daß die Spalte 112 magnetisch abgeschirmt zwischen den benachbarten, von Zellengruppen ge- werden. Vorzugsweise werden die gesamten inneren bildeten Verzögerungsleitungsabschnitten, während 50 Oberflächen der Hohlräume 118 mit einem hochder Elektronenstrahl in gerader Linie die gesamte leitfähigen Material, z. B. einer Silber- oder Gold-Verzögerungsleitung passieren kann. Auf diese Weise schicht, versehen.

wird in jedem Verzögerungsleitungsabschnitt bzw. in Zur Verbindung benachbarter Zellen ist in den

jeder Zellengruppe eine optimale Verstärkung erzielt, von den ferromagnetischen Polstücken 16 gebildeten ohne daß es zu einer Schwingungsanregung durch 55 Querwänden jeweils eine Kopplungsöffnung 122 vorRückkopplung kommen kann. Der Verstärkungs- gesehen. Zwischen den Polstücken 16 liegen ferner verlust durch die Trennglieder bewegt sich in der die Fokussierungsmagnete 14, die ringscheiben-Größenordnung einiger Dezibel und ist ein geringer förmige Gestalt aufweisen und azimutal symme-Preis für die hohe Gesamtverstärkung und die hohe irisch auf den Ringschulteransätzen 114 aufgepaßt Leistung, die mit einer Wanderfeldröhre nach der 60 sind. Die Magnete 14 sind längs eines Durchmessers Erfindung erzielbar ist. Es sei festgehalten, daß der gespalten, um ihre Anbringung an der Verzögerungs-Elektronenstrahl, obwohl die Trennglieder eine voll- leitung 18 nach deren Zusammenbau zu erleichtern, ständige Hochfrequenztrennung zwischen benach- Die Breite der Magnete 14 stimmt mit dem Abstand barten Zellengruppen bieten, am Ausgang jeder zwischen benachbarten Polstücken 16 überein. Ihre Zellengruppe moduliert ist und daher beim Eintritt 65 radiale Ausdehnung gleicht derjenigen der Polstücke in die nächste Zellengruppe eine neue Welle hervor- 16 oder kann, wie gezeichnet, größer sein. Um den ruft, die wiederum durch die Wechselwirkung mit Spalten 112 die Eigenschaft von Fokussierungslinsen dem Elektronenstrahl verstärkt wird. Auf diese zu geben, sind die benachbarten Magnete 14 von ent-

gegengesetzter Polarität, so daß sich die Richtung des Magnetfeldes längs der Röhre von Linse zu Linse umkehrt.

Im Bereich eines Trenngliedes bzw. des Trenngliedes 100 ist die Anordnung aus Polstücken 16 und Abstandshaltern 116 im wesentlichen beibehalten, jedoch sind hier die Polstücke 124 und der Abstandshalter 126 gegenüber den übrigen Polstücken 16 und Abstandshaltern 116 etwas abgewandelt, wie

ebenfalls immer mehr nach strahlaufwärts verschoben sind. Der grundsätzliche Aufbau der Verzögerungsleitung ist durch eine Anzahl leitender Querwände 142 mit Rohrstutzen 152 angedeutet, die 5 die über Kopplungsöffnungen 154 miteinander verbundenen Zellen im wesentlichen bilden. Die Richtung 144 des Elektronenstrahls ist von links nach rechts und stimmt mit der Fortpflanzungsrichtung 146 der längs der Verzögerungsleitung fortschreiten-

es aus Fig. 2 hervorgeht. Hier erstreckt sich näm- io den Wellen überein. Die Elektronen gehen von einer lieh Dämpfungsmaterial in Form energieabsorbieren- Elektronenquelle 148 aus und werden von einer Aufder keramischer Stopfen 128 von einer Kopplungs- fangelektrode 150 aufgefangen. Die von den Queröffnung 122 durch den Abstandshalter 126 hindurch wänden getragenen Rohrstutzen 152, die den bis teilweise in die der Kopplungsöffnung gegenüber- Elektronenstrahl konzentrisch umfassen, sind unterliegende Wand des Polstückes 124 hinein. Der Ab- 15 einander alle gleich, haben also insbesondere alle Standshalter 126 bildet zwei modifizierte Hohlräume die gleiche Länge und weisen gleiche axiale Ab-130, die an die zugehörige Kopplungsöffnung 122 stände voneinander auf.

angrenzen und im wesentlichen mit dem Dämpfungs- Die erfindungsgemäße Verschiebung der Wechselmaterial ausgefüllt sind. Die beiden Hohlräume 130 Wirkungsspalte 156 gegenüber den Querwänden 142 sind durch einen in der Zeichnung nicht sichtbaren ao ergibt sich dadurch, daß der (gleichbleibende) Abmetallischen Steg voneinander getrennt und werden stand 158 zwischen den Mitten benachbarter Spalte an einer Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl von dem Abstand zwischen den Querwänden 142 durch einen zentralen Teil 132 des Abstandshalters entsprechend verschieden ist, so daß die in Strahl-126 gehindert, der die Form eines Ringes hat, dessen richtung aufeinanderfolgenden Spalte von Zelle zu radiale Abmessungen etwa denjenigen der Rohr- 35 Zelle immer mehr nach strahlaufwärts verschoben stutzen 110 gleich sind, und der sich, wie dargestellt, sind.

zwischen zwei Rohrstutzen 110 erstreckt und da- Die Arbeitsweise der Verzögerungsleitung 140

durch den Elektronenstrahl im Bereich des Trenn- nach F i g. 3 führt zu einem optimalen Wechselgliedes 100 gegen die Verzögerungsleitung abschirmt. Wirkungssynchronismus zwischen dem Elektronen-Die einzelnen Zellen sind längs der Verzögerungs- 30 strahl und einer die Verzögerungsleitung durchleitung 18 mit dem Elektronenstrahl durch die Spalte laufenden Welle. Die Wechselwirkung zwischen der 112 zwischen benachbarten Rohrstutzen 110 ge- Welle und dem Elektronenstrahl findet nur in den koppelt. Die Wechselwirkungsspalte 112 sind dabei Spalten 156 der Zellen statt. Sie hat zur Folge, daß gemäß der Erfindung von Zelle zu Zelle (in bezug der Elektronenstrahl einen Teil seiner Energie an auf die axiale Mitte zwischen den die jeweilige Zelle 35 die Welle abgibt. Die Wechselwirkung verlangsamt begrenzenden Querwänden) derart immer mehr nach daher den Elektronenstrahl, so daß dessen Zeit zum strahlaufwärts verschoben, daß in jedem Verzögerungsleitungsabschnitt der Wanderfeldröhre 12
und insbesondere in deren Ausgangsverzögerungsleitungsabschnitt unter Berücksichtigung der Ver- 40 Schiebung der Querwände 142 in bezug auf die langsamung des Elektronenstrahls (die infolge der Spalte 156 vorgenommen ist, kompensiert die Energieabgabe an die die Verzögerungsleitung durchlaufende Welle eintritt) ein optimaler Wechselwirkungssynchronismus zwischen der die Verzögerungsleitung durchlaufenden Welle und dem 45
Elektronenstrahl erzielt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, daß trotz der axialen Verschiebung der Wechselwirkungsspalte 112 die elektrischen Eigenschaften der Zellen praktisch nicht beeinflußt werden, sondern nur der Zeitpunkt anders 50 werden, der Abstand 158 zwischen den Mitten bebestimmt wird, zu dem der Elektronenstrahl mit nachbarter Spalte 156 variiert werden, beispielsweise einer Zelle in Wechselwirkung tritt. durch Variation der Länge der Rohrstutzen 152.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind — in Strahl- Wenn die Dicke der Querwände 142, der Abstand richtung gesehen — die Wechselwirkungsspalte 112 zwischen diesen Wänden und die Breite der Spalte in der rechts vom Trennglied 100 liegenden Zellen- 55 156 konstant gehalten werden, verursacht eine gruppe der Verzögerungsleitung immer mehr nach Variation der Länge der Rohrstutzen die gewünschte rechts, also strahlaufwärts, verschoben, so daß der Laufzeitänderung. Wechselwirkungsspalt 112 der dem Trennglied 100
benachbarten Zelle ganz rechts liegt. Das gleiche gilt
für die Wechselwirkungsspalte der links vom Trenn- 60
glied 100 liegenden Zellengruppe. Der Wechselwirkungsspalt 112 der hier dem Trennglied 100 benachbarten Zelle liegt dementsprechend am weitesten
links.

F i g. 3 zeigt eine vereinfachte, schematische Dar- 65 stellung einer Verzögerungsleitung 140, bei der gemäß der Erfindung die in Strahlrichtung aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalte von Zelle zu Zelle

Durchlaufen des (gleichbleibenden) Abstandes 158 von Spalt zu Spalt anwächst. Die Laufzeitänderung, die durch die erfindungsgemäße schrittweise Ver-

Wirkung der Geschwindigkeitsabnahme des Elektronenstrahls. Eine solche Verzögerungsleitung weist auf Grund ihres Aufbaus eine große Stabilität auf. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So können nicht nur die Rohrstutzen 152 bezüglich der Querwände 142 verschoben sein, sondern es kann auch, beispielsweise wenn die Spaltbreiten verändert

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhre mit einer Verzögerungsleitung aus in Strahlrichtung hintereinanderliegenden Zellen, bei der jeweils zwei aufeinanderfolgende Zellen durch eine Querwand voneinander getrennt sind, in welcher zentrisch ein Rohrstutzen als Elektronenstrahldurchtrittsöffnung sowie seitlich davon eine Kopplungsöffnung

zur elektromagnetischen Kopplung der aufeinanderfolgenden Zellen vorgesehen ist, und die so bemessen ist, daß der Wechselwirkungssynchronismus zwischen den längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Wellen und dem Elektronenstrahl längs der gesamten Verzögerungsleitung wenigstens angenähert optimal ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Querwänden vorgesehenen Rohrstutzen, die zwischen sich die Wechselwirkungsspalte der Verzögerungsleitung bilden, längs der Verzögerungsleitung in axialer Richtung so gegenüber den Querwänden verschoben angeordnet sind, daß sich — in Strahlrichtung gesehen — die Wechsel-

wirkungsspalte von Zelle zu Zelle immer mehr nach strahlaufwärts verschieben.

2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen alle die gleiche Länge und gleiche axiale Abstände voneinander aufweisen (F i g. 3).

3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren in Strahlrichtung hintereinanderliegenden und nur elektronisch miteinander gekoppelten Verzögerungsleitungsabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Verzögerungsleitungsabschnitt die Wechselwirkungsspalte von Zelle zu Zelle immer mehr nach strahlaufwärts verschoben sind (F i g. 1 und 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909521/375