DE2636633B2 - Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-Wellen - Google Patents
Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-WellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von
mm-Wellen, bei der von einem Hohlleiter Querwände ausgehen, welche jeweils mit einer zentralen Elektronenstrahldurchtrittsöffnung
sowie mindestens einer Koppelöffnung versehen sind und mit der benachbarten Querwand eine Leitungszelle bilden, und die zwei
Abschnitte mit unterschiedlichem, konstantem Verzögerungsmaß für die Leitungswelle enthält, wobei das
Verzögerungsmaß des in Richtung des Elektronenstrahls vorderen Leitungsabschnitts kleiner ist als das
Verzögerungsmaß des hinteren Leitungsabschnitts und sich zwischen beiden Abschnitten ein Übergangsabschnitt
befindet Eine solche Leitung ist in »Microwave System News« Juni/Juli 1974, S.64C bis 64F beschrieben.
Da für einen optimalen Energieübergang zwischen Elektronenstrahl und mitlaufender Leitungswelle eine
bestimmte Differenz zwischen der Strahlgeschwindigkeit und der Wellengeschwindigkeit vorliegen muß
(»Synchronismusbediiigung«) und da außerdem der ständig Energie abgebende Elektronenstrahl zum
Leitungsende hin immer langsamer wird, erhält man bekanntlich einen guten Röhrenwirkungsgrad, wenn
man das Verzögerungsmaß der Leitung zu ihrem Ausgang hin entsprechend dem Geschwindigkeitsverlust
des Elektronenstrahls vergrößert. Eine solche, auch als »Resynchronisation durch Geschwindigkeitstaper«
bezeichnete Maßnahme ist beispielsweise in den Übersichtsartikeln von M. K. S c h e r b a in »Microwaves«,
Juli 1973, S. 46 bis 51 oder von J. T. Mendel in
Proc. IEEE, Vol. 61, No. 3, März 1973, S. 280 bis 298, insbesondere S. 296, linke Spalte, Abs. 3 bis S. 297,
rechte Spalte, Abs. 1 näher erläutert.
Bei dem eingangs erwähnten Leitungstyp ist die Geschwindigkeitsanpassung nach einem Prinzip realisiert,
das in Fig. 2a der zitierten Fundstelle »Microwaves« anhand einer Wendel dargestellt ist: Zwei
Leitungsabschnitte mit unterschiedlicher, konstanter Phasengeschwindigkeit sind über einen mehrere Leitungsperioden
umfassenden, die Phasengeschwindigkeiten stetig ineinander überführenden Zwischenabschnitt
miteinander verbunden. Bei einer Coupled-Cavity-Leitung muß dieser Zwischenabschnitt aus einer Anzahl
von unterschiedlich bemessenen Leitungszellen bestehen, was za folgenden Unzuträglichkeiten führt: Die
unterschiedlichen Zellengeometrien belasten die Fertigung. Außerdem kann die Zellenfolge die an sie
gestellten Forderungen (Geschwindigkeitsangleichung unter möglichst reflektionsarrner Wellenwiderstandstransformation
und unter Wahrung eines hohen Verstärkungsgrades) auch bei genauester Berechnung
und sorgfältigstem Arbeiten nur unvollkommen erfüllen, da die idealen, stetigen Übergänge durch Stufenfunktionen
angenähert werden müssen. Insbesondere gestalten sich Korrekturen von fertigungsbedingten Fehlanpassungen,
etwa durch Abmessungsvariationen bei einzelnen Leitungsscheiben, außerordentlich aufwendig und
unübersichtlich. Unter anderem auch aus diesem Grund hat man daher in jüngster Zeit für Leitungen vom
Coupled-Cavity-Typ, insbesondere im mm-Wellen-Bereich,
die »Spannungssprungw-Technik anstelle der Geschwindigkeitstaperung als praktikabler empfohlen
(yergl. beispielsweise auch die beiden genannten Übersichtsartikel), obwohl man beim Nachbeschleunigen
des Elektronenstrahls mit Isolationsproblemen konfrontiert wird.
Die vorliegende Erfindung setzt sich das Ziel, eine Leitung der eingang», genannten Gattung derart
abzuwandeln, daß sie rationeller hergestellt werden kann und daß sich taperbedingte Anpassungsfehler
leicht und mit gutem Resultat korrigieren lassen, ohne daß man hierdurch Wirkungsgradverluste in Kauf
nehmen müßte. Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß drei Ausführungsalternativen vorgeschlagen,
die jeweils in den Ansprüchen !, 2 und 3 charakterisiert sind.
Allen drei vorgeschlagenen Varianten liegt der Gedanke zugrunde, nicht wie bisher zwischen den
Leitungsabschnitten mit unterschiedlichem Verzögerungsmaß einen möglichst stetigen, allmählichen Übergang
zu suchen, sondern statt dessen bewußt einen Sprung zuzulassen und dabei an der Sprungsteile durch
geeignete Kompensationsvorkehrungen für eine möglichst reflektionsfreie Transformation der verschiedenen
Wellenwiderstände zu sorgen. Ausgehend von diesem Lösungsprinzip sind in den drei Alternativvorschlägen
jeweils Maßnahmen angegeben, wie die angestrebte Anpassung, d. h. im wesentlichen die
erforderliche Blindkomponente des Wellenwiderstands in der Anpaßzelle, mit einfachen Mitteln zustande
gebracht werden kann. Die Version 1 (Verwendung von Anpaßstiften) hat den besonderen Vorteil, daß man
Fehlanpassungen allein durch Variation der Stiftlänge beseitigen kann und somit die Anpaßzelle keine
Sonderanfertigung verlangt. Aber auch die Wahl von Schlitzen und/oder Ausnehmungen in Anpaßzellenquerwänden
(Alternative 2) und sogar eine Variation der Querabmessung der Anpaßzelle (Ausführung 3) führen
noch zu beträchtlichen Fertigungserleichterungen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Taperung ermöglicht überdies auch eine rasche Korrektur von
Anpassungsfehlern in wenigen Schritten, da man nur an einer einzigen Zelle einen einzigen Parameter verändern
muß. Versuche haben darüber hinaus ergeben, daß die erzielbare Anpassungsgüte jeden Vergleich mit den
Werten eines Mehrzellenübergangs standhält und daß sogar der Verstärkungsfaktor bei einer erfindungsgemäßen
Leitung etwas größer ist als bei einer gleichlangen Leitung mit stetigem Übergang.
Die Vorzüge der erfindungsgemäß vorgesehenen Resynchronisation kommen vor allem dann zum
Tragen, wenn man eine Leitung mit ringförmigen Querblenden zwischen den einzelnen Querwänden
zugrunde legt (DE-PS 18 04 959). In diesem Fall genügt es, die Querblenden mit den Anpaßstiften bzw. Schlitzen
oder Ausnehmungen zu versehen oder ihre Innendurchmesser zu variieren.
Entschließt man sich für den Einsatz von Anpaßstiften,
dann sollten möglichst metallische Stifte verwendet werden. Denn Metallstifte ändern, wenn sie im Betrieb
der Röhre bedampft werden sollten, die Taperanpassung nicht.
Das Prinzip, an der Übergangsstelle von zwei Leitungsabschnitten einer Coupled-Cavity-Leitüng mit
unterschiedlichen Eigenschaften anstelle eines die Eigenschaften stetig ineinander überführenden Zwischenabschnittes
bewußt einen Sprung zuzulassen und zur Anpassung an der Übergangsstelle eine mit
metallischen Anpaßstiften versehene Anpaßzelle vorzusehen, ist zwar schon in einem älteren Vorschlag
(DE-AS 25 25 845) verwirklicht worden, jedoch handelt es sich beim Gegenstand dieses älteren Vorschlages
darum, einen konstant bedämpften Leitungsabschnitt an einen unbedämpften Leitungsabschnitt und umgekehrt
anzupassen.
Die Erfindung soll nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher
erläutert werden. In den Figuren sind einander
entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung in einem teilweise
weggehrodienen Seitenschnitt,
Fig.2 von einem zweiten Ausführungsbeispiel die
Querblende der Anpaßzelle in einer Rückansicht und
F i g. 3 von einem dritten Ausführungsbeispiel, in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 1, den die Anpaßzelle
enthaltenen Teil der Verzögerungsleitung.
Die Verzögerungsleitung der F i g. 1 ist für eine Wanderfeldverstärkerröhre im Frequenzbereich zwischen
20 und 40GHz vorgesehen und besteht aus mehreren hochfrequenzmäßig voneinander getrennten
Sektionen. In der Figur ist nur die ausgangsseitige Sektion, und zwar in ihrem die Anpaßzelle enthaltenden
Teil, dargestellt.
Die Leitung besteht aus in Elektronenstrahlrichtung (Pfeil 15) an wechselnd hintereinandergesetzten Querwänden
1 und Querblenden 2. Sowohl die Querwände als auch die Querblenden sind jeweils mit einem
umlaufenden Steg versehen und dadurch ohne Einsatz weiterer Distanzstücke voneinander beabstandet. Wände
und Blenden bestehen aus Kupfer und sind zu einem festen Block miteinander verlötet (»Stapelleitung«).
Jede Querwand enthält an zentraler Stelle ein Strahlröhrchen 3 mit einer ElektronenstrahldurchtriUsöffnung
4 und außerdem eine Koppelöffnung 5. Auch die Querblenden haben jeweils eine zentrale Öffnung 6.
Aufeinanderfolgende Querwände sind jeweils um 180° gegeneinander verdreht und bilden zusammen eine —
durch je eine Querblende unterteilte — Leitungszelle 7.
Die dargestellte Leitungssektion enthält zwei, durch eine einzige Zelle (Anpaßzelle 8) voneinander getrennte
Abschnitte: Einen in Elektronenstrahlrichtung vor der Anpaßzelle sowie einen in der gleichen Richtung hinter
der Anpaßzelle liegenden Abschnitt (Leitungsabschnitt 9 bzw. 11). Jeder Abschnitt hat identisch bemessene
Leitungszellen, die Zellen des vorderen Abschnitts 9 haben dabei eine größere Länge als die Zellen des
hinteren Abschnitts 11 (h>h\), so daß die Phasengeschwindigkeit
der Leitungswelle in beiden Abschnitten konstant und dabei in Abschnitt 9 größer als in
Abschnitt 11 ist. (In der etwas schematisierten Figur sind
die Unterschiede in der Leitungsperiode nicht berück sichtigt.) Die Länge der Anpaßzelle kann einer der
beiden Längen h, h ι entsprechen.
Im Ausführungsbeispiel der Fi g. 1 ist die Querblende
der Anpaßzelle (Querblende 10) mit zwei Anpaßstiften 12 versehen. Diese Stifte sind jeweils in dem
Blendenbereich eingesetzt, der der Koppelöffnung einer Querwand gegenüberliegt, und springen zu diesen
Koppelöffnungen hin vor. Wie auch die Wände und Blenden bestehen die Stifte aus Kupfer.
Die Version der F i g. 2 weicht von der geschilderten Ausführung lediglich darin ab, daß in der Querblende
anstelle der Anpaßstifte in Umlaufrichtung verlaufende Schlitze vorgesehen sind (Schlitze 13). Stati in die
Querblende Schlitze einzubringen, könnte man aber auch ihren Innendurchmesser vom Innendurchmesser
der übrigen Querblenden abweichen lassen, wie dies bei der Ausführung der F i g. 3 der Fall ist. In dieser Figur ist
der Innendurchmesser der Anpaßblende (dg) größer als die untereinander gleichen Innendurchmesser der
übrigen Blenden (dg in Abschnitt 9, d\ \ in Abschnitt 11).
Die taperbedingten Anpaßfehler lassen sich folgendermaßen beseitigen:
Zunächst stellt man die beiden Leitungsabschnitte
her, fügt dann zwischen beide Abschnitte eine beispielsweise mit Anpaßstiften einer bestimmten
Länge versehene Anpaßzelle und vermißt die so erhaltene Leitung. Je nach den erhaltenen Meßergebnissen
verändert man die Stiftlänge so lange, bis sich hinreichend gute Anpaßwerte einstellen. Hiernach
verankert man die Stifte und verfestigt die Anpaßzelle mit der übrigen Leitung.
Für weitere Herstellungseinzelheiten wird auf die Patentanmeldung P 25 25 845 verwiesen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann man die vorgeschlagenen Einzelmaßnahmen in beliebiger Weise
miteinander kombinieren und auch andere konstruktive Maßnahmen treffen, die die Blindkomponente des
Wellenwiderstandes innerhalb der Anpaßzelle in der gewünschten Weise verändern, beispielsweise die
Querblende oder die Querwände mit Radialschlitzen oder Ausnehmungen versehen. Davon abgesehen findet
die vorgeschlagene Lehre auch bei anderen Verzögerungsleitungen vom Coupled-Cavity-Typ Anwendung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verzögerungsleitung für Wanderfeldröhren, insbesondere zur Verstärkung von mm-Wellen, bei
der von einem Hohlleiter Querwände ausgehen, welche jeweils mit einer zentralen Elektronenstrahldurchtrittsöffnung
sowie mindestens einer Koppelöffnung versehen sind und mit der jeweils benachbarten
Querwand eine Leitungszelle bilden, und die zwei Abschnitte mit unterschiedlichem, konstantem
Verzögerungsmaß für die Leitungswelle enthält, wobei das Verzögerungsmaß des in Richtung des
Elektronenstrahls vorderen Leitungsabschnitts kleiner ist als das Verzögerungsmaß des hinteren
Leitungsabsuhnitts und sich zwischen beiden Abschnitten
ein Übergangsabschnitt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsabschnitt aus einer einzigen Zelle (Anpaßzelle 8)
besteht, wobei zumindest eine der beiden Querwände (1) der Anpaßzelle wenigstens einen in das
Zelleninnere hineinragenden Stift (Anpaßstift 12) trägt.
2. Verzögerungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Übergangsabschnitt aus einer einzigen Zelle (Anpaßzelle 8) besteht, wobei zumindest eine der beiden
Querwände (1) der Anpaßzelle (8) mit wenigstens einem Schlitz (13) und/oder einer Ausnehmung
versehen ist.
3. Verzögerungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Übergangsabschnitt aus einer einzigen Zelle (Anpaßzelle 8) besteht, wobei die Querabmessung der
Anpaßzelle (8) von der Querabmessung der übrigen Leitungszellen (7) verschieden ist.
4. Verzögerungsleitung nach Anspruch I1 dadurch
gekennzeichnet, daß der Anpaßstift (12) aus Metall besteht.
5. Verzögerungsleitung nach Anspruch 1 oder 4, mit jeweils einer ringförmigen Querblende in jeder
Leitungszelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) den Anpaßstift
(12) trägt.
6. Verzögerungsleitung nach Anspruch 2, mit einer ringförmigen Querblende in jeder Leitungszelle,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) den Schlitz und/oder die Ausnehmung
enthält.
7. Verzögerungsleitung nach Anspruch 3, mit einer ringförmigen Querblende in jeder Leitungszelle,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (d%) der ringförmigen Querblende (2) der Anpaßzelle
(8) von den Innendurchmessern (dg, du) der übrigen
Querblenden verschieden ist.
8. Verzögerungsleitung nach Anspruch 5, mit alternierenden Koppelöffnungen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querblende (2) der Anpaßzelle (8) zwei Anpaßstifte (12) trägt, die jeweils der
Koppelöffnung (5) einer der beiden benachbarten Querwände (2) gegenüberliegen (Fig. 1).
ίο
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