DE931294C - Mit ineinandergreifenden Kaemmen ausgebildete Verzoegerungsleitung zur Verwendung in einer Wanderwellenroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Verzögerungsleitungen für Röhren, bei denen die Schwingungsfrequenz durch die Geschwindigkeit der Elektronen bestimmt ist und der Elektronenstrahl selbst als Rückkopplungsweg zwischen Eingang und Ausgang der Röhre dient.

Derartige Röhren benötigen für ihren Betrieb Verzögerungsleitungen, bei welchen die Phasengeschwindigkeit der sich ausbreitenden Welle, mit der der Elektronenstrahl in Wechselwirkung steht, ein zu der Gruppengeschwindigkeit entgegengesetztes Vorzeichen hat.

Die Ausbildung derartiger Verzögerungsleitungen ist an sich bekannt. Insbesondere entsprechen dieser Bedingung die mit ineinandergreifenden Kämmen ausgebildeten Verzögerungsleitungen, auf deren Weiterbildung sich die Erfindung bezieht.

Die bekannten Verzögerungsleitungen dieser Bauart bestehen, wie in Fig. 1 gezeigt, aus zwei gleichen Metallkämmen 1 und 2, deren Stege 3 bzw. 4 rechteckförmig ausgebildet sind und symmetrisch ineinandergreifen. Diese Leitungen zeigen erhebliche Vorteile, insbesondere den Vorteil, daß sie mit einer hohen geometrischen Genauigkeit ohne großen Kostenaufwand herstellbar sind. Trotzdem weisen sie in gewissen Anwendungsfällen wesentliche Mängel auf, die sich aus folgenden Überlegungen ergeben.

Das Verzögerungsmaß derartiger Leitungen, d. h. das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zur Phasengeschwindigkeit, hängt ausschließlich von

der Länge der Stege und von der Schrittlänge der Leitung ab, also von dem Abstand der Achsen zweier benachbarter Stege. Wenn man eine Röhre der erwähnten Art herstellen will, welche eine hohe Leistung liefert, so besteht eine Lösung dieser Aufgabe darin, daß man die Ausdehnung des Elektronenstrahles vergrößert, uiri einen Strahl von höherer Stromstärke zu erzielen. Diese Vergrößerung muß offenbar mit einer entsprechenden Veränderung der Charakteristiken der Leitung einhergehen. Wenn man nämlich dieselbe Betriebsfrequenz beibehalten will, muß für die Phasengeschwindigkeit der sich in der Leitung ausbreitenden Welle eine Geschwindigkeit beibehalten werden, die im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der Elektronen ist. Es muß also dieselbe Steglänge und dieselbe Schrittlänge der Leitung beibehalten werden. Die einzige Änderung der Leitungsabmessungen, welche eine Vergrößerung der Strahlausdehnung gestattet, ist eine Vergrößerung ihrer Breite.

Man gelangt dann zu einer Leitung der in Fig. 2 gezeigten Form, bei welcher dieselben Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1. Bei dieser Leitung greifen also -die Stege nur wenig ineinander. Die Leitung nach Fig. 2 besitzt demzufolge einen mittleren Bereich, in dem sich Stege der beiden Kämme befinden. Die Breite α dieses mittleren Bereiches! ist etwa gleich der Breite b der beiden seitlichen Bereiche, in denen sich nur Stege eines einzigen Kammes befinden, während bei. der Leitung· nach Fig. 1 die Breite α in der Größenordnung von 10 b ist.

Derartige Verzögerungsleitungen sind jedoch bei der obenerwähnten Röhrenbauart aus folgenden Gründen praktisch nicht verwendbar:

a) Eine derartige Verzögerungsleitung stört die Gleichförmigkeit des in dem Wechselwirkungsraum herrschenden elektrostatischen Feldes. Es ist nämlich zu erkennen, daß in dem mittleren Bereich der Abstand zweier aufeinanderfolgender Metallflächen, welcher der Entfernung zwischen der Oberfläche des Steges des einen Kammes zu dem nächsten Steg des anderen Kammes entspricht, klein ist, während in dem seitlichen Bereich große Abstände von Oberfläche zu Oberfläche vorhanden sind, nämlich z. B. von der Oberfläche des Scheitels eines Steges 3 zu der Oberfläche des Kammes 2, d. h. Breite, b eines seitlichem Bereiches. Diese Breite kann 30% der Gesamtbreite der Leitung bzw. des Strahles erreichen. Das elektrostatische Kraftfeld wird daher gestört, was erhebliche Störungen in den Elektronenbahnen nach sich zieht.

b) Der Versuch hat gezeigt, daß in dem mittleren Bereich der Leitung der größere Teil der Hochfrequenzenergie durch eine »indirekte« Welle mitgeführt wird, d. h. durch eine Welle, deren Phasengeschwindigkeit entgegengesetztes Vorzeicheni zur Gruppengeschwind'igkeit besitzt, soi daß in diesem Bereich der Energieaustausch in erwünschter Weise stattfindet, während in den beiden seitlichen Bereichen die Hochfrequenzenergie umgekehrt zum größten Teil durch eine »direkte« Welle mitgeführt wird, so daß in diesem Bereich kein Energieaustausch zwischen Elektronen und Wellen in der erwünschten Weise stattfinden kann. Nutzbar im Sinne der gewünschten Röhrenfunktion verbleibt somit nur der mittlere Längsbereich der Kammleitung, so daß der energetische Wirkungsgrad sehr gering wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine spezielle Weiterbildung einer Verzögerungsleitung, deren Stege wenig ineinandergreifen und welche von den angegebenen Mängeln frei ist.

Gemäß der Erfindung besitzt die Verzögerungsleitung Stege, die alle gleich sind und sich von ihrer breiten Wurzel aus in Richtung auf den Scheitelbereich verjüngen.

Nach einer ersten Ausführungsform bestehen die Stege, von dem Kammkörper ausgehend, aus einem ersten prismatischen Teil mit rechteckigem Querschnitt und einem zweiten ebenfalls prismatischen Teil von etwa derselben Länge mit rechteckigem Querschnitt, jedoch wesentlich kleinerer Fläche, wobei diese beiden Teile eine gemeinsame, senkrecht zu der Elektronenbahn gerichtete Fläche haben und die beiden zu der Elektronenbahn parallelen Flächen in einer Ebene liegen. Die Stege der beiden Kämme greifen in der Weise inein- go ander, daß alle Flächen der Prismen mit größerem Querschnitt in einer Ebene liegen.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigen die Stege der beiden Kämme, ebenfalls von dem Kammkörper ausgehend, einen ersten prismatischen, Teil mit konstantem rechteckigem. Querschnitt und einen zweiten ebenfalls prismatischen Teil von etwa gleicher Länge und mit einer kleineren rechteckigen Querschnittsfläche, wobei diese beiden Teile dieselbe Mittelebene haben und die beiden zu den Elektronenbahnen parallelen Flächen in einer Ebene liegen. Die Stege der beiden Kämme greifen paarweise in der Weise ineinander, daß eine Fläche des den kleineren Querschnitt aufweisenden Teiles des einen Steges in der Verlangerung einer Fläche des den starken Querschnitt aufweisenden Teiles des anderen Steges liegt. Nach einer dritten Ausführung sind die Stege in Form eines dreieckigen Prismas ausgebildet, wobei die Basis des Prismas von dem Kammkörper getragen wird, und greifen derart ineinander, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Metallflächen etwa konstant ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Fig. 3, 4 und 5, welche perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen.

Nach Fig. 3 sind 1 und 2 die Körper der beiden Kämme, von welchen der eine die Stege 3 und der andere die Stege 4 trägt. Die Stege 3 zeigen nicht wie in Fig. 1 die Form eines rechteckigen Prismas, sondern einen von dem Kammkörper getragenen ersten Teil 6, auf welchen ein zweiter Teil 7 folgt. Dieser zweite Teil ist ebenfalls in Form eines rechteckigen Prismas von etwa der

gleichen Länge ausgebildet, jedoch ist der Flächeninhalt des Querschnitts etwa halb so groß wie die Querschnittsfläche des Teiles 6. Diese beiden Prismen haben eine gemeinsame Fläche und zwei Flächen, von denen die eine die Verlängerung der anderen bildet.

In die an den Stegen 3 gebildeten Aussparungen greifen die Stege 4 ein, welche dieselbe Form haben wie die Stege 3 und deren Aussparungen der Form der Aussparungen der Stege 3 angepaßt sind. Zwischen diesen Stegen wird also ein Kanal von geringer Weite gebildet.

Eine derartige Leitung verhält sich hinsichtlich des in dem Wechselwirkungsraum erzeugten elektrostatischen Feldes praktisch so, als ob der stetige Zusammenhang zwischen den Stegen der beiden Kämme nicht unterbrochen wäre, mit anderen Worten, als ob die Leitung aus zwei Stangen 1 und 2 zusammengesetzt wäre, die miteinander durch parallele und in regelmäßigen Abständen angeordnete Stäbe verbunden sind. Ein in dieser Weise aufgebautes Organ würde offenbar die gewünschte Beeinflussung des Elektronenbündels wenig stören, da der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Metallflächen in Richtung der Elektronenbewegung praktisch konstant ist. Eine derartige Leitung, für welche außerdem α etwa gleich b ist, besitzt wie die Leitung nach Fig. 2 eine Strahl aus dehnung¹, welche bei dem-seiben Verzögerungsmaß im Vergleich zu einer Leitung der in Fig. ι gezeigten Bauart verbreitert ist.

Der Versuch zeigt ferner, daß im Gegensatz zu dem Vorgang bei der Leitung nach Fig. 2 praktisch auf der ganzen Breite der Leitung die Hochfrequenzenergie durch »indirekte« Wellen und mit gleicher Phasengeschwindigkeit mitgeführt wird. Der Energieaustausch zwischen Elektronen und Wellen findet also auf der ganzen Breite der Leitung in erwünschter Weise statt, wodurch der Wirkungsgrad relativ hoch bleibt, was für die Leitung der Fig. 2, wie dargelegt wurde, nicht zutrifft.

Fig. 4 zeigt eine andere Verzögerungsleitung gemäß der Erfindung. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Organe wie in Fig. 3. Die Stege 3 zeigen wie im vorhergehenden Falle zwei Teile 6 und 7 von etwa derselben Länge, die ebenfalls in Form eines rechteckigen Prismas ausgebildet sind. Der Querschnitt des zweiten Teiles hat dabei einen wesentlich kleineren Flächeninhalt als der Querschnitt des ersten Teiles. Die beiden zu den Elektronenbahnen senkrechten Flächen der beiden Prismen liegen jedoch nicht in gleichen Ebenen:, sondern haben dieselbe Mittelebene. Dadurch werden zwei Aussparungen gebildet. In der einen Aussparung wird ein entsprechend ausgebildeter Steg des anderen Kammes aufgenommen. Es ergibt sich also, daß eine der zu der Elektronenbahn senkrechten Flächen des zweiten Teiles dieses anderen Steges in der Verlängerung einer der Flächen des ersten Teiles des ersten Steges liegt, wobei ein Kanal von geringer Weite zwischen den beiden Stegen verbleibt. Diese Verzögerungsleitung zeigt im wesentlichen dieselben Vorteile wie diejenige der Fig. 3 und verhält sich gegen das elektrostatische Feld des Wechselwirkungsraumes etwa in gleicher Weise.

Die in Fig. 5 gezeigte Verzögerungsleitung bezieht sich auf eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung. In dieser Figur sind die Stege in Form eines dreieckigem Prismas ausgebildet, dessen Basis an dem entsprechenden Kammkörper angesetzt ist.

In dieser Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen wieder die gleichen Organe wie in den übrigen Figuren. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Mittelebenen der Stege der beiden Kämme in regelmäßigen Abständen derart angeordnet, daß jeweils zwei parallele Flächen zweier entsprechender Stege verschiedener Kämme eng benachbart sind. Daraus, ergibt sich, daß, in S to aiii richtung gesehen, der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Metallflächen etwa konstant ist. Es sei noch bemerkt, daß in dieser Figur wiederum eine Anordnung dargestellt ist, bei welcher α annähernd gleich b ist.

Auch diese Ausführungsform besitzt die Vorteile der vorhergehenden Ausführungen: Es werden Störungen, der Kraftlinien; des elektrischen, Feldes im Wecihselwirkungsraiuni vermieden, und, der Energietransport findet durch eine Welle von anomaler Streuung auf der ganzen. Breite der Leitung statt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Anordnungen, sondern bezieht sich auf jede Ausbildung einer Verzögerungsleitung mit ineinandergreifenden Stegen, bei welcher die Stege in dem mittleren; Bereich der Leitung schwächer sind als in den seitlichen Bereichen, bei welcher ferner der mittlere Teil etwa dieselbe Breite hat wie die seitlichen Teile, und bei welcher die Abstände der Stege in Richtung der Elektronenbewegung über die gesamte Länge und Breite der Kammleitung nahezu konstant sind.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mit ineinandergreifenden Kämmen ausgebildete Verzögerungsleitung zur Verwendung in einer Wanderwellenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege der gegenüberliegenden Kämme nur wenig ineinandergreifen, wobei die Überlappung etwa ein Drittel der Breite der Leitung ist, und daß die Stege an ihrer Wurzel stark ausgebildet sind und sich nach ihrem Scheitelbereich zu derart verjüngen und ineinandergreifen, daß die Abstände der Stege in Richtung der Elektronenbewegung über die gesamte Länge und Breite der Kammleitung nahezu konstant sind.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stege sich stufenweise ändert.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stege sich allmählich ändert.

4· Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege aus zwei prismatischen Teilen vom jeweife konstantem rechteckigem Querschnitt zusammengesetzt sind, wobei eine Querfläche des im Querschnitt verkleinerten Teiles in eine Fläche des im Querschnitt größeren Teiles übergeht und die im Querschnitt verkleinerten Teile gegenüberliegender Stege so ineinandergreifen, daß alle Flächen der Stegteile mit größerem Querschnitt beider Leitungen in jeweils gleichen Ebenen liegen.

5. Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege aus zwei prismatischen Teilen von jeweils konstantem rechteckigem Querschnitt! zusammengesetzt sind, die eine gemeinsame, senkrecht zur Richtung der Elektronenbewegung liegende Mittelebene aufweisen, und daß die im Querschnitt verkleinerten Teile gegenüberliegender Stege so ineinandergreifen, daß eine Querfläche jedes im Querschnitt verkleinerten Teiles in einer Ebene mit einer Querfläche des im Querschnitt größeren Teiles des gegenüberliegenden Steges Hegt.

6. Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege in Form eines dreieckigen Prismas ausgebildet sind, dessen eine Querfläche senkrecht zu der Achse der Leitung steht, während die andere Querfläche gegen diese Achse geneigt und der entsprechenden Fläche des gegenüberliegenden Steges eng benachbart ist, und daß die zur Leitungsachse senkrechte Querfläche ungefähr in der Höhe der Kante liegt, die zwischen der geneigten Querfläche des gegenüberliegenden Steges und dessen Kammkörper gebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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