DE1253828B - Lauffeldverstaerkerroehre fuer hoechste Frequenzen - Google Patents

Lauffeldverstaerkerroehre fuer hoechste Frequenzen

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DE1253828B
DE1253828B DE1960S0070916 DES0070916A DE1253828B DE 1253828 B DE1253828 B DE 1253828B DE 1960S0070916 DE1960S0070916 DE 1960S0070916 DE S0070916 A DES0070916 A DE S0070916A DE 1253828 B DE1253828 B DE 1253828B
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resonator
tube according
line resonator
signals
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Application number
DE1960S0070916
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr-Ing Franz Gross
Dipl-Phys Dr Phys Hin Heynisch
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/36Coupling devices having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube, for introducing or removing wave energy

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  • Microwave Amplifiers (AREA)

Description

  • Lauffeldverstärkerröhre für höchste Frequenzen Die Erfindung betrifft eine Lauffeldverstärkerröhre für höchste Frequenzen mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einer als Leitungsresonator ausgebildeten Verzögerungsleitung und einem Elektronenstrahlauffänger.
  • Aus der USA.-Patentschrift 2 860 280 ist bereits eine Verstärkerröhre für höchste Frequenzen mit einem Leitungsresonator bekannt. Bei dieser nach Art eines Klystrons aufgebauten Röhre soll durch die Maßnahme, den Laufraum als Leitungsresonator auszubilden, eine Entpaketisierung des Elektronenstrahls im Laufraum vermieden werden. Die Röhre ist dabei gegenüber einem üblichen Klystron in keiner Weise vereinfacht. Insbesondere sind weiterhin außer dem Leitungsresonator ein besonderer Einkoppelraum und ein besonderer Auskoppelraum in Form von Hohlraumresonatoren vorhanden, für die eine entsprechend hohe Güte gefordert werden muß.
  • Es sind auch bereits Lauffeldverstärkerröhren bekannt, bei denen mindestens zwei Leitungsresonatoren in Elektronenstrahlrichtung hintereinander so angeordnet sind, daß sie nur über den Elektronenstrahl miteinander gekoppelt sind. Man vergleiche hierzu beispielsweise die britische Patentschrift 788 611 und die USA.-Patentschrift 2 622 158. Man koppelt dabei in den ersten Leitungsresonator das zu verstärkende Signal ein und aus dem letzten Leitungsresonator das verstärkte Signal aus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lauffeldverstärkerröhre für höchste Frequenzen so auszubilden, daß sie insgesamt mit einem einzigen Leitungsresonator auskommt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Lauffeldverstärkerröhre der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß sowohl die Einkopplung der zu verstärkenden Signale (Eingangssignale) in den Leitungsresonator als auch die Auskopplung der verstärkten Signale (Ausgangssignale) aus dem Leitungsresonator über die gleiche Resonatorkoppelstelle erfolgt und zur Trennung der Ausgangssignale von den Eingangssignalen ein Zirkulator im Zuge der gemeinsamen Ein- und Ausgangsleitung vorgesehen ist.
  • Obwohl die Hochfrequenzenergie in einem Leitungsresonator wie in jedem Resonator keine bestimmte Ausbreitungsrichtung hat und deshalb auch keine bevorzugten Ein- und Auskoppelstellen gegeben sind, benötigt eine erfindungsgemäße Verstärkerröhre nur einen einzigen Leitungsresonator, weil der im Zuge der gemeinsamen Ein- und Ausgangsleitung vorgesehene Zirkulator die Trennung der Ausgangssignale von den Eingangssignalen bewirkt. Ein »Zirkulator«, auch Richtungsgabel genannt, stellt, wie bekannt, eine vierarmige Wellenweiche mit den Koppelarmen A, B, C und D dar, bei der eine bei A eingespeiste Welle nur nach B, eine bei B eingespeiste Welle nur nach C, eine bei C eingespeiste Welle nur nach D und eine bei D eingespeiste Welle nur nach A gelangen und dort austreten kann. Bei einer Röhre nach der Erfindung schließt man z. B. an den Arm A des Zirkulators den Eingangshohlleiter, an den Arm B den Leitungsresonator und an den Arm C den Ausgangshohlleiter an. Zur Realisierung eines solchen Zirkulators verwendet man Ferrite unter Ausnutzung von deren Faraday-Drehung oder deren nichtreziproker Phasenschiebung.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Lauffeldverstärkerröhre ist es besonders vorteilhaft, in der vorzugsweise aus einem Hohlleiter bestehenden gemeinsamen Ein-und Ausgangsleitung des Leitungsresonators einen Kurzschlußschieber anzuordnen, um damit den Leitungsresonator mechanisch abstimmen zu können. Der Frequenzbereich der Röhre kann durch eine solche mechanische Abstimmung auf eine Oktave gebracht werden. Die Abstimmung ist dabei um so wirksamer, je fester die Kopplung zwischen dem Hohlleiter und dem Leitungsresonator ist.
  • Als Verzögerungsleitung für den Leitungsresonator kann jede der bekannten Verzögerungsleitungen verwendet werden. Besonders geeignet ist eine Verzögerungsleitung mit Vorwärtswellenstruktur, da bei dieser die für Selbsterregung erforderliche Anschwingstromstärke höher als bei einer Verzögerungsleitung mit Rückwärtswellenstruktur .liegt. Im. übrigen müssen bezüglich der Elektronenstrahlgeschwindigkeit und der Phasengeschwindigkeit der zu verstärkenden elektromagnetischen Welle auf der Verzögerungsleitung die für Lauffeldröhren üblichen Bedingungen erfüllt sein, d. h., die Elektronenstrahlgeschwindigkeit und die Phasengeschwindigkeit der zu verstärkenden elektromagnetischen Welle müssen Gleich sein. Die Verzögerungsleitung kann so beschaffen sein, daß die Teilwelle, mit der der Elektronenstrahl in Wechselwirkung steht, eine ausgeprägte Dispersion hat. Dann ist eine Verstärkung nur im Bereich einer der Resonanzfrequenzen des Leitungsresonators möglich. Falls die Teilwelle dispersionsfrei ist, kann gleichzeitig im Bereich mehrerer der Resonanzfrequenzen des Leitungsresonators verstärkt werden. Praktische Ausführungsbeispiele für den Leitungsresonator sind ein beidseitig kurzgeschlossener, mit Blenden periodisch beschwerter Hohlleiter oder ein beidseitig kurzgeschlossener, rohrförmiger metallischer Teil mit konzentrisch angeordneter Wendel, deren erste und letzte Windung mit der jeweils benachbarten Kurzschlußwand des rohrförmigen metallischen Teiles galvanisch verbunden sind.
  • Die Figuren der Zeichnung zeigen in schematischer, stark vereinfachter Darstellungsweise Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei sind alle Teile, die nicht zum Verständnis der Erfindung beitragen, z. B. das Vakuumgefäß der Röhre, weggelassen.
  • Die Verstärkerröhre nach F i g. 1 besteht aus der den Elektronenstrahl 1 erzeugenden Elektronenkanone 2, dem Leitungsresonator 3 und dem Elektronenauffänger 4. Der Leitungsresonator 3 wird von einem periodisch mit interdigitalartig angeordneten Blenden beschwerten Hohlleiter gebildet, der beidseitig kurzgeschlossen ist. Das zu verstärkende Signal (Eingangssignal) wird über einen Zirkulator 5 in den Leitungsresonator 3 eingekoppelt. Der Zirkulator 5 hat die Eigenschaft, daß eine bei A eingespeiste Welle nur in den Arm Bund eine bei B eingespeiste Welle nur in den Arm C gelangen kann. Der Arm D ist abgeschlossen. Das verstärkte Signal (Ausgangssignal) kann also am Arm C abgenommen werden. Die Ein- und Auskoppelrichtung der Hochfrequenzenergie ist durch die Pfeile 6 und 7 gekennzeichnet. Durch das über die Leitung AB des Zirkulators eingekoppelte Eingangssignal bilden sich im Leitungsresonator 3 stehende Wellen aus. Diese lassen sich, wie bekannt, aus zwei gegensinnig laufenden Wellen gleicher Amplitude zusammengesetzt denken. Verstärkung tritt auf, wenn die Triftgeschwindigkeit der Strahlelektronen gleich der Phasengeschwindigkeit der in Elektronenstrahlrichtung laufenden Welle ist.
  • Die Bandbreite einer Verstärkerröhre nach F i g.1 beträgt in der Regel wegen der zu genügenden Resonanzbedingung weniger als 10 % der Bandmittenfrequenz. Durch eine mechanische Abstimmung kann jedoch die Bandbreite wesentlich erhöht werden.
  • F i g. 2 zeigt das auffängerseitige Ende einer erfindungsgemäßen Verstärkerröhre mit einer geeigneten mechanischen Abstimmvorrichtung. Der Leitungsresonator 3 mündet über ein mit einem vakuumdichten Fenster 8 abgeschlossenes Hohlleiterzwischenstück 9 in den Hohlleiter 10, der die gemeinsame Ein- und Ausgangsleitung bildet. Um einen reflexionsfreien Übergang zwischen dem Leitungsresonator 3 und dem Hohlleiter 10 zu erzielen, ist im Hohlleiterzwischenstück 9 der Längssteg 11 vorgesehen. Der Längssteg 11 dient außerdem mit seiner axialen Bohrung 12 als Auffänger für den Elektronenstrahl 1. Im Hohlleiter 10 ist ein Abstimmschieber 13 angeordnet. Ein Verschieben des Abstimmschiebers 13 in Richtung des Doppelpfeiles 14 ändert die elektrische Länge und damit die Resonanzfrequenz des Leitungsresonators 3. Der Zirkulatoi besteht aus den Hohlleitern 10 und 15, die eine gemeinsame Schmalseite haben. In beiden Hohlleitern befinden sich Ferritstreifen 16 und 17, die so angeordnet und magnetisiert sind, daß sie je eine nichtreziproke 90°-Phasenschiebung ergeben. Außerdem ist im Hohlleiter 10 ein reziproker 90°-Phasenschieber in Form des Dielektrikums 18 angebracht. Vor und hinter den Ferritstreifen 16 und 17 befindet sich zwischen den beiden Hohlleitern 10 und 15 je ein Richtungskoppler 19 bzw. 20. Es läßt sich zeigen, daß durch diese Anordnung alle bei A in Richtung des Pfeiles 6 eingespeiste Energie bei B zur Verfügung steht, während bei C und D keine Energie erscheint. Umgekehrt erscheint alle bei B eingespeiste Energie an der Stelle C des Hohlleiters 10, so daß das verstärkte Signal (Ausgangssignal) in Richtung des Pfeiles 7 entnommen werden kann.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Lauffeldverstärkerröhre für höchste Fre- quenzen mit einem Elektronenstrahlerzeugungs- system, einer als Leitungsresonator ausgebildeten Verzögerungsleitung und einem Elektronenstrahl- auffänger, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einkopplung der zu verstärkenden Signale (Eingangssignale) in den Leitungsreso- nator als auch die Auskopplung der verstärkten Signale (Ausgangssignale) aus dem Leitungs- resonator über die gleiche Resonatorkoppelstelle erfolgt und zur Trennung der Ausgangssignale von den Eingangssignalen ein Zirkulator im Zuge der gemeinsamen Ein- und Ausgangsleitung vorgesehen ist. 2. Lauffeldverstärkerröhre nach Anspruch l; dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Ein- und Ausgangsleitung aus einem Hohlleitei besteht, der an den Leitungsresonator angepaß1 und mit diesem fest gekoppelt ist und einen Arm des Zirkulators bildet. 3. Lauffeldverstärkerröhre nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlleitei ein Abstimmschieber angeordnet ist. 4. Lauffeldverstärkerröhre nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsreso- nator auffängerseitig in den Hohlleiter mündet. 5. Lauffeldverstärkerröhre nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadureb gekennzeichnet, daß der Leitungsresonator am einem mit Blenden periodisch beschwerten Hohl- leiter besteht, der an seinen beiden Enden total reflektierend abgeschlossen ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 943 236; britische Patentschrift Nr. 788 611; USA.-Patentschriften Nr. 2 622158, 2 860 280, 2916658.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2622158A (en) * 1951-02-16 1952-12-16 Patelhold Patentverwertung Microwave amplifier
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