DE1059975B - High frequency tube assembly - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Lauffeldröhren. The invention relates to running field tubes.

Eine bekannte Röhrenanordnung dieser Art (britische Patentschrift 691 900) enthält eine zweidimensionale Verzögerungsanordnung, die aus parallelen Verzögerungskanälen in zwei verschiedenen Richtungen besteht. In der einen Richtung werden fortschreitende Höchstfrequenzwellen erzeugt, während in der anderen Richtung stehende Wellen aufrechterhalten werden. Ein Elektronenstrahl pflanzt sich parallel zu den stehenden Wellen, also quer zu den fortschreitenden Wellen fort. Durch Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und den stehenden Wellen ergibt sich eine Dichtemodulation der Elektronen, die ihrerseits eine Verstärkung der fortschreitenden Wellen hervorruft.One known tube assembly of this type (British Patent 691,900) contains a two-dimensional one Delay arrangement consisting of parallel delay channels in two different directions consists. In one direction, progressive ultra-high frequency waves are generated while standing waves in the other direction are maintained. An electron beam is planting parallel to the standing waves, i.e. transversely to the advancing waves. Through interaction A density modulation results between the electron beam and the standing waves the electrons, which in turn cause an amplification of the advancing waves.

Diese Röhre erzeugt aber nur eine schwache Einsortierung der Elektronen, weshalb Verstärkung und Wirkungsgrad der Röhre gering sind. Dagegen lassen sich gemäß der Erfindung bei einer Röhre dieser Art ao eine höhere Verstärkung und ein besserer Wirkungsgrad erzielen.This tube creates only a weak sorting of the electrons, which is why amplification and Efficiency of the tube are low. In contrast, according to the invention in a tube of this type ao achieve higher gain and better efficiency.

Gemäß der Erfindung ist eine Höchstfrequenzröhrenanordnung, enthalten eine zweidimensionale Verzögerungsanordnung, die aus parallelen Verzögerungskanälen in zwei Richtungen besteht, Mittel, um in einer dieser Richtungen stehende Wellen zu erzeugen, Vorrichtungen zur Ein- und Auskopplung von fortschreitenden Höchstfrequenzwellen in der ande-Richtung und ein ElektronenstrahlerzeugungsAccording to the invention, a high-frequency tube arrangement containing a two-dimensional delay arrangement, which consists of parallel delay channels in two directions, means for generating standing waves in one of these directions, Devices for coupling and decoupling of advancing high frequency waves in the other direction and an electron gun

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system, um einen oder mehrere Elektronenstrahlen in Richtung der stehenden Wellen parallel zur Verzögerungsanordnung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Vorrichtungen so ausgebildet sind, daß sie in der Verzögerungsanordnung in Richtung der stehenden Wellen mehrere ganze Wellenlängenzüge erzeugen.system to set one or more electron beams in the direction of the standing waves parallel to the retardation arrangement to produce, characterized in that the aforementioned devices are designed are that they have several whole wavelength trains in the delay arrangement in the direction of the standing waves produce.

Vorzugsweise sind die zur Richtung der fortschreitenden Wellen parallelen Kanäle an ihren jeweiligen Enden wechselweise durch Koppelbügel (»Straps«) verbunden, so daß benachbarte Kanäle in dieser Richtung für die stehenden Wellen eine Phasendifferenz π aufweisen.Preferably, the direction parallel to the direction of the progressive waves channels are mutually connected at their respective ends by coupling brackets ( "straps"), so that adjacent channels have a phase difference π in this direction for the standing waves.

Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Röhrenanordnung als Verstärker ist keine Kopplung zum Eingang und Ausgang in Richtung der fortschreitenden Wellen erforderlich. Um die Röhre zum Schwingen zu bringen, muß eine äußere Kopplung vorgesehen sein.To use the tube arrangement according to the invention as an amplifier, there is no coupling to the Entrance and exit required in the direction of the advancing waves. To swing the tube to bring an external coupling must be provided.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigtDetails of the invention emerge from the following description with reference to the drawing. Herein shows

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung,1 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention,

HöchstfrequenzröhrenanordnungHigh frequency tube arrangement

Anmelder:
Compagnie Generale de Telegraphie
sans Fil,
ParisApplicant:
Compagnie Generale de Telegraphie
sans Fil,
Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. Ε. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 aRepresentative: Dipl.-Ing. Ε. Prince, patent attorney,
Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 11. Januar 1955Claimed priority:
France 11 January 1955

Georges Mourier₁ Paris,
ist als Erfinder genannt wordenGeorges Mourier ₁ Paris,
has been named as the inventor

Fig. 2 im Schrägbild eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röhrenanordnung,2 shows a second embodiment of the tube arrangement according to the invention in an oblique view,

Fig. 3 eine Hilfsmaßnahme an einer Röhre gemäß Fig. 2. _Fig. 3 shows an auxiliary measure on a tube according to Fig. 2. _

In Fig. 1 ist stark schematisch eine ernndungsgemäße Röhre gezeigt, die insbesondere als Verstärker verwendbar ist. Sie enthält innerhalb eines evakuierten Kolbens E eine rechteckige Verzögerungsanordnung 1, die Höchstfrequenzwellen sowohl in ^--Richtung als auch in ^-Richtung fortpflanzen kann. Diese Anordnung kann als zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Verzögerungsleitungen oder Kanälen M und N angesehen werden, die paraliel zueinander in χ- und ^-Richtung angeordnet sind, wobei jeder Kanal mit den benachbarten Kanälen gekoppelt ist.In FIG. 1, a tube according to the invention is shown very schematically, which can be used in particular as an amplifier. It contains within an evacuated piston E a rectangular delay arrangement 1, which can propagate ultra-high frequency waves both in ^ - direction and in ^ - direction. This arrangement can be viewed as being composed of a plurality of delay lines or channels M and N which are arranged parallel to one another in the χ and directions, each channel being coupled to the adjacent channels.

Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung sind die Enden bzw. Kanten AB und CD der Verzögerungsanordnung 1 miteinander gekoppelt, während die Enden oder Kanten AC und BD entkoppelt sind. Dies kann z. B. durch reflektierende Ebenen R und R' geschehen, die an den SeiHenAB und CD der Verzögerungsanordnung senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind. Eine Kathode 2 schickt einen flachen Elektronenstrahl oder eine Mehrzahl paralleler Strahlen 3 in ^-Richtung.In this embodiment of the delay line according to the invention, the ends or edges AB and CD of the delay arrangement 1 are coupled to one another, while the ends or edges AC and BD are decoupled. This can e.g. B. done by reflecting planes R and R ' , which are arranged on the SeiHenAB and CD of the delay arrangement perpendicular to the plane of the drawing. A cathode 2 sends a flat electron beam or a plurality of parallel beams 3 in the ^ direction.

Irgendeine Fokussierungsanordnung kann zur Fokussierung des Elektronenstrahls dienen. Die Elektronen laufen parallel zu den Verzögerungskanälen M und landen auf einer Auffangelektrode 4. Die zu verstärkende Höchstfrequenzenergie wird auf dieAny focusing arrangement can be used to focus the electron beam. The electrons run parallel to the delay channels M and land on a collecting electrode 4. The maximum frequency energy to be amplified is applied to the

909 558/314909 558/314

Claims (1)

Seite AC der Verzögerungsanordnung 1 derart eingekoppelt, daß in jedem Kanal M mehrere ganze Wellenlängenzüge (mehrere Perioden) sich ausbilden können. Die verstärkte Energie wird an der entgegengesetzten Seite BD abgenommen. Eine Spannungsquelle 9 bringt die Verzögerungsanordnung 1 und die Auffangelektrode 4 auf ein gemeinsames positives Potential und die Kathode 2 auf ein negatives Potential. Die sich ergebende Potentialdifferenz, die leicht eingestellt werden kann, bestimmt die Geschwindigkeit der Elektronen des Strahles 3. Die Arbeitsweise der Röhre als Verstärker kann wie folgt erklärt werden: Die zu verstärkende Energie, die in jc-Richtung zugeführt wird, pflanzt sich in dieser Richtung genau so wie in üblichen Lauffeldröhren fort, d. h. als fortschreitende Welle. Ferner zeigen Erfahrung und Rechnung, daß, sobald die Energie in der .r-Richtung fortschreitet, wegen der an den Kanten AB und CD angeordneten Reflexionsplatten bzw. allgemein wegen der Kopplung zwischen diesen Kanten der Verzögerungsanordnung 1 stehende Wellen in y-Richtung auftreten. In jedem Kanal M besteht also ein gewisses Maß von stehenden Wellen, die nach verschiedenen Modes verlaufen, wobei die Phasenverschiebung ψν zwischen zwei benachbarten Wellen so groß ist, daß die Summe aller Phasenverschiebungen in jedem KanaliW gleich k-π ist, wobei k eine ganze Zahl ist. Diese Bedingung folgt daraus, daß in den Kanälen M stehende Wellen vorhanden sein sollen. Bekanntlich kann eine stehende Welle in zwei in entgegengesetzten Richtungen fortschreitende Wellen zerlegt werden. Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls 3 stimmt darum im wesentlichen mit einer der Raumharmonischen überein, aus welchen die fortschreitenden Wellen bestehen. Es tritt eine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Welle auf, gerade so wie in den bekannten Lauffeldröhren. Theorie und Experiment zeigen, daß die durch den Strahl an irgendeinem Punkt der Anordnung erzeugte Energie sich in der gleichen Richtung wie die der Verzögerungsanordnung zugeführte Energie fortpflanzt. Unter den angegebenen Bedingungen wird also die vom Eingang 5 zum Ausgang 7 strömende Hochfrequenzenergie verstärkt. Vorzugsweise läßt man den Strahl 3 mit einer fortschreitenden Teilwelle der stehenden Welle in Wechselwirkung treten, für welche die Phasenverschiebung ψχ=π ist. Demgemäß wird die Verzögerungsanordnung 1 vorzugsweise mit Koppelbügeln ähnlich wie beim Magnetron versehen. Soll z. B. die Röhre nach Fig. 1 mit dem Modejr arbeiten, so werden die ungeraden und die geraden Zellen in der ^-Richtung je durch Koppelbügel 6 a und 66 längs der Seite^C bzw. 8 a und 86 längs der Seite BD miteinander verbunden. In diesem Falle sind am Eingang und Ausgang Zweidrahtleitungen 20 bzw. 21 vorgesehen, um die Eingangsenergie mit entgegengesetzter Phase den Bügeln 6 a und 6 6 zuzuführen bzw. die Ausgangsenergie abzunehmen. Fig. 2 ist ein Schrägbild mit teilweise weggebrochenen Teilen einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röhre. Bei dieser Ausführungsform ist die Verzögerungsanordnung, welche der An- Ordnung 1 in Fig.l entspricht, aufgerollt und bildet einen Zylinder, so daß die Kanten AB und CD nicht durch Reflexionsebenen, sondern durch unmittelbare Berührung gekoppelt sind. DasErgebnis ist natürlich dasselbe, d. h., es erscheinen stehende Wellen in der ji-Richtung, die in diesem Falle mit der Umfangsrichtung zusammenfällt, während die jjr-Richtung axial ist. Die Röhre befindet sich in einem axialen magnetischen Feld, das die Elektronen so ablenkt, daß sie eine Kreisbahn in der ^-Richtung beschreiben. Die Röhre nach Fig. 2 besitzt einen Metallkolben 10, der eine zweidimensionale Verzögerungsanordnung enthält, welche durch Platten oder Irisblenden 11 gebildet wird, die mit gleichförmigen Abständen in der axialen ^-Richtung angeordnet sind. Aus den Platten 11 sind Fahnen 17 ausgeschnitten. Sie sind gleichmäßig über den Umfang verteilt und bilden eine Verzögerungsleitung in der j-Richtung. Jede Platte 11 ist mit einem Mittelloch versehen, das mit den Ausnehmungen 18 zwischen den Fahnen 17 in Verbindung steht. Eine axiale Kathode 12 erstreckt sich durch die ganze Röhre. Sie wird an ihren Enden durch isolierende Flansche 13 und 14 getragen und mittels einer Heizwicklung 15 geheizt. Das axiale Magnetfeld wird durch eine Spule 16 erzeugt. Die Röhre ist mit einer Eingangsleitung 5 und mit einer Ausgangsleitung 7 versehen. Ferner sind Koppelbügel 6 und 8 vorgesehen. Im Betrieb pflanzen sich fortschreitende Wellen in x-Richtung fort, während in ^-Richtung ebenso wie bei Fig. 1 stehende Wellen auftreten. Der erfindungsgemäße Verstärker zeigt keine Richtwirkung, d. h., er kann die Energie von links nach rechts oder von rechts nach links verstärken. Infolgedessen können leicht Störschwingungen auftreten. Um diesen Nachteil zu vermeiden, muß der Verstärkungsfaktor beschränkt werden. Um dies unnötig zu machen und der Röhre eine Richtwirkung zu geben, kann man an einer Seite der Verzögerungsanordnung Dämpfungsmittel mit Richtwirkung vorsehen. Hierzu kann z. B. ein Ferritblock dienen. Bekanntlich zeigt Ferrit bei Einbringung in ein magnetisches Feld eine Richtleitfähigkeit und besitzt also eine Dämpfung mit Richtwirkung. Diese Dämpfungssubstanz kann an den ersten oder letzten Irisblenden der Fig. 2 angebracht sein, wie bei 19 in Fig. 3 dargestellt ist. Die erfinduhgsgemäßen Verstärker haben den großen Vorteil, daß sie in einem breiten Frequenzband eine hohe Verstärkungsziffer je Längeneinheit aufweisen. Man kann zeigen, daß in der beschriebenen Röhre der Verstärkungsfaktor umgekehrt proportional zur Gruppengeschwindigkeit der fortschreitenden Welle ist und daß es möglich ist, die letztere auf einem niedrigen Wert zu halten. Die Röhre nach Fig. 2 hat denselben Wirkungsgrad wie ein Magnetron und eine hohe Ausgangsleistung infolge der Energie, die längs der Röhre aufgespeichert werden kann. Da man relativ starke Elektronenströme verwenden kann, ist es möglich, verhältnismäßig hohe Ausgangsleistungen' zu erzielen. PATENTANSPRÜCHE:Side AC of the delay arrangement 1 coupled in such a way that in each channel M several whole wavelength trains (several periods) can be formed. The increased energy is taken from the opposite side BD. A voltage source 9 brings the delay arrangement 1 and the collecting electrode 4 to a common positive potential and the cathode 2 to a negative potential. The resulting potential difference, which can easily be adjusted, determines the speed of the electrons in beam 3. The functioning of the tube as an amplifier can be explained as follows: The energy to be amplified, which is supplied in the jc direction, is planted in this direction just like in usual Lauffeld tubes, d. H. as a progressive wave. Furthermore, experience and calculation show that as soon as the energy advances in the .r-direction, standing waves occur in the y-direction because of the reflection plates arranged at the edges AB and CD or, in general, because of the coupling between these edges of the delay arrangement 1. In each channel M there is a certain amount of standing waves that run in different modes, the phase shift ψν between two adjacent waves being so large that the sum of all phase shifts in each channel iW is equal to k-π, where k is an integer is. This condition follows from the fact that standing waves should be present in the channels M. As is known, a standing wave can be split into two waves advancing in opposite directions. The speed of the electron beam 3 therefore essentially coincides with one of the space harmonics of which the advancing waves consist. An interaction occurs between the electron beam and the wave, just like in the known Lauffeld tubes. Theory and experiment show that the energy generated by the beam at any point in the array travels in the same direction as the energy applied to the delay array. Thus, under the specified conditions, the high-frequency energy flowing from input 5 to output 7 is amplified. The beam 3 is preferably allowed to interact with a progressive partial wave of the standing wave, for which the phase shift is ψχ = π. Accordingly, the delay arrangement 1 is preferably provided with coupling brackets similar to the magnetron. Should z. If, for example, the tube according to FIG. 1 works with the Modejr, the odd and even cells in the ^ -direction are connected to one another by coupling brackets 6a and 66 along the side ^ C or 8a and 86 along the side BD . In this case, two-wire lines 20 and 21 are provided at the input and output in order to supply the input energy with opposite phase to the brackets 6 a and 6 6 or to remove the output energy. Fig. 2 is an oblique view with parts partially broken away of a particular embodiment of the tube according to the invention. In this embodiment, the delay arrangement, which corresponds to the arrangement 1 in Fig.l, is rolled up and forms a cylinder, so that the edges AB and CD are not coupled by planes of reflection, but by direct contact. The result is of course the same; that is, standing waves appear in the ji direction, which in this case coincides with the circumferential direction, while the jjr direction is axial. The tube is in an axial magnetic field that deflects the electrons so that they describe a circular path in the ^ direction. The tube of Fig. 2 has a metal piston 10 which contains a two-dimensional retardation arrangement which is formed by plates or iris diaphragms 11 which are arranged at uniform intervals in the axial direction. Flaps 17 are cut out of the plates 11. They are evenly distributed over the circumference and form a delay line in the j-direction. Each plate 11 is provided with a central hole which is connected to the recesses 18 between the lugs 17. An axial cathode 12 extends throughout the tube. It is supported at its ends by insulating flanges 13 and 14 and heated by means of a heating coil 15. The axial magnetic field is generated by a coil 16. The tube is provided with an input line 5 and an output line 7. Coupling brackets 6 and 8 are also provided. During operation, advancing waves propagate in the x-direction, while standing waves occur in the ^ -direction as in FIG. 1. The amplifier according to the invention shows no directivity, i. that is, it can amplify the energy from left to right or from right to left. As a result, spurious vibrations can easily occur. In order to avoid this disadvantage, the gain must be limited. In order to make this unnecessary and to give the tube a directional effect, damping means with a directional effect can be provided on one side of the delay arrangement. For this purpose, z. B. serve a ferrite block. It is known that ferrite exhibits directional conductivity when introduced into a magnetic field and thus has attenuation with directional effect. This damping substance can be attached to the first or last iris diaphragms in FIG. 2, as shown at 19 in FIG. 3. The amplifiers according to the invention have the great advantage that they have a high gain per unit length in a wide frequency band. It can be shown that in the tube described the gain factor is inversely proportional to the group velocity of the advancing wave and that it is possible to keep the latter at a low value. The tube of Fig. 2 has the same efficiency as a magnetron and a high output power due to the energy that can be accumulated along the tube. Since one can use relatively strong electron currents, it is possible to achieve relatively high output powers. PATENT CLAIMS: 1. Höchstfrequenzröhrenanordnung, enthaltend eine zweidimensionale Verzögerungsanordnung, die aus parallelen Verzögerungskanäleh in zwei Richtungen besteht, Mittel, um in einer dieser Richtungen stehende Wellen zü erzeugen, Vorrichtungen zur Ein^ und Auskopplung von fortschreitenden Höchstfrequenzwellen in der anderen Richtung, und ein Elektronenstrahlerzeugüngssystem, um einen oder mehrere Elektrönenstrah-Ien in Richtung der stehenden Wellen parallel zur Verzögerungsanordnung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Vorrichtungen1. Ultra-high frequency tube arrangement, containing a two-dimensional delay arrangement, which consists of parallel delay channels in two directions, means to move in one of these Generate standing waves, devices for coupling in and out of advancing waves Ultra-high frequency waves in the other direction, and an electron gun around one or more electron beams in the direction of the standing waves parallel to the To generate delay arrangement, characterized in that the devices mentioned