DE955610C

DE955610C - Wanderfeldroehre fuer raeumlich harmonischen Betrieb

Info

Publication number: DE955610C
Application number: DEW12596A
Authority: DE
Inventors: Sloan Davis Robertson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1952-12-30
Filing date: 1953-11-18
Publication date: 1957-01-03
Also published as: US2812468A

Description

AUSGEGEBEN AM 3. JANUAR 1957

W 12596 VIIIa /21 a*

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenübertragungseinrichtungen, insbesondere auf sogenannte Wanderfeldröhren.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wellen fortpflanzenden Kieis für bei extrem kurzen Wellenlängen arbeitende Wanderfeldröhren zu schaffen, der verhältnismäßig leicht herzustellen und besonders zur Verwendung von kreisförmigen Elektronenstrahlen geeignet ist.

Eine andere Aufgabe besteht darin, bei mit ultrahohen Frequenzen arbeitenden Wanderfeldröhren eine breitbandige Verstärkung ohne Einbuße an Belastungsfähigkeit und Einfachheit des Aufbaus zu erreichen.

Bei Wanderfeldröhren mit wendeiförmigen Verzögerungsleitungen findet üblicherweise die Verstärkung von elektromagnetischen Wellen statt, indem ein Elektronenstrahl von einer Drahtwendel umgeben ist, die die Wellen mit einer axialen Geschwindigkeit fortleitet, welche im wesentlichen die gleiche ist wie die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls, so daß die Welle den Elektronen kinetische Energie entzieht. Eine solche Röhre ist zum Betrieb bei Frequenzen unterhalb z:B. ioooo MHz hervorragend geeignet, da sie eine sehr große Bandbreite mit einer guten Verstärkung vereint und gleichzeitig leicht herzustellen ist. Wenn die Betriebsfrequenz jedoch vergrößert wird, wird die Abstrahlung vom Wellen fortpflanzenden Kreis sehr groß, wenn nicht die Größe dieses Elements mechanisch proportional verkleinert ^ird. Bei einer Frequenz von 50000MHz hat z.B. der Draht einer

üblichen Drahtwendel einen Durchmesser von ungefähr demjenigen eines feinen Bleistiftstrichs, und es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, die einzelnen Drahtwindungen mit normalem bloßem Auge zu unterscheiden. Infolgedessen ist eine solche Wendel nicht nur sehr schwierig herzustellen, sondern ihre Belastungsfähigkeit ist auch sehr begrenzt. Eine Lösung vieler der bei diesen hohen Frequenzen auftretenden Probleme wird in einem Aufsatz »A Spatial Harmonie Traveling Wave Amplifier for Six Millimeters Wavelength« von S. Millman, der in den »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Bd. 39, S. 1040, (September 1951), erschienen ist, gegeben. Für eine vollständigere Erklärung des Prinzips der Arbeitsweise mit räumlichen Harmonischen als die folgende wird der Leser auf diesen Aufsatz verwiesen. Da dieses Prinzip jedoch bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird hier eine kurze Erläuterung gegeben.

Wenn ein Elektronenstrahl gegen eine Komponente der elektrischen Feldstärke einer fortschreitenden elektromagnetischen Welle, die in derselben Richtung läuft, abwechselnd abgeschirmt und ihr ausgesetzt wird, kann die Welle dem Strahl Energie entziehen, auch wenn die Welle mit höherer Geschwindigkeit fortschreitet, vorausgesetzt, daß die abwechselnde Abschirmung in geeigneten Zwischenräumen angeordnet ist. Dies geschieht, indem man die Elektronen in der Nähe einer Anzahl von in der Strahlrichtung in regelmäßigen Abständen befindlichen Unstetigkeiten vorbeilaufen läßt, die so gewählt werden, daß in ihren Bereichen eine zur Richtung des Elektronenstrahls parallele Komponente des elektrischen Wellenfeldes vorhanden ist und daß keine solche Komponente im Gebiet zwischen den Unstetigkeiten existiert. Durch Einstellen der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls kann ein gegebenes Elektron dazu gebracht werden, daß es jeweils die aufeinanderfolgenden Unstetigkeitsbereiche zu einer Zeit erreicht, wenn die elektrische Feldstärke die gleiche ist wie im vorhergehenden Unstetigkeitsbereich, als dieses Elektron sich dort befand. Die Elektronen können somit in der Phase mit einer Welle synchronisiert werden, die entlang diesen Unstetigkeiten mit einer zur Elektronenstrahlrichtung parallelen Komponente der Phasengeschwindigkeit fortschreitet, die gleich der Elektronengeschwindigkeit vermehrt um eine so große Geschwindigkeit ist, daß das elektrische Wellenfeld sich um irgendein Vielfaches von + 360⁰ zwischen aufeinanderfolgenden Unstetigkeiten dreht.

Röhren, die bis heute nach dem räumlichen harmonischen Prinzip gebaut wurden, stellen eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber den üblichen Wendelröhren für Millimeterwellenlängen dar, da sie robuster sind und ein besseres Produkt aus Verstärkung und Bandbreite liefern. Jedoch ist keine solche Röhre so leicht herzustellen, wie es erwünscht wäre; eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteil zu beseitigen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Drahtwendel in Verbindung mit einem leitend begrenzten Wellenleiter dazu bestimmt, als Wellenübertragungskreis unter Anwendung des räumlich harmonischen Prinzips benutzt zu werden. Eine solche Anordnung besitzt viele Vorteile eines üblichen Wendelkreises und bietet einige zusatzliehe Vorteile. Die Erfindung geht demgemäß von einer Wanderfeldröhre für räumlich harmonischen Betrieb unter Verwendung eines Hohlleiters für die Wellenübertragung, welcher eine parallel zu seiner Längsachse angeordnete Verzögerungsleitung enthält und in welchem die Verzögerungsleitung eine asymmetrische Lage einnimmt, aus; ihre Besonderheit besteht darin, daß die Verzöger -ngsleitung aus einem rohrförmigen Leiter von kreisförmigem Querschnitt besteht, der eine Vielzahl von periodisch in der Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle aufeinanderfolgenden und im wesentlichen quer zur Fortpflanzungsrichtung angeordneten Durchbrechungen aufweist, welche als ring- oder ringbogenförmige Schlitze oder als die Achse des Leiters schraubenlinienförmig umgebende Ausnehmungen ausgebildet sind.

Ein klareres Verständnis dieser Ausführung und anderer hier dargestellter spezieller Ausführungsformen läßt sich, zusammen mit einer besseren Würdigung der allgemeinen Art und der Aufgaben der Erfindung, am besten durch Betrachtung der Zeichnungen und der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Erläuterung erreichen.

Allgemeine Erklärung der Zeichnungen:

Fig. ι zeigt die perspektivische Ansicht einer Ausführung eines wellenfortleitenden Kreises für räumlich harmonischen Betrieb, bei dem die räumlichen harmonischen Unstetigkeiten durch eine Vielzahl von quer liegenden schlitzartigen öfFnungen in einem dünnwandigen Rohr gebildet werden, dessen Achse mit der Richtung der Wellenfortpflanzung innerhalb eines rechteckigen Wellenleiters zusammenfällt;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Mittelteil einer zweiten Ausführungsform eines Wellenübertragungskreises, bei der ein rechteckiger Wellenleiter eine Drahtwendel umgibt, die in einer Linie mit dem Wellenleiter liegt und von einer seiner Wände durch eine Scheibe aus dielektrischem no Material getrennt ist;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Rückwärtswellenoszillators, bei dem der Wellenübertragungskreis ein rechteckiger Wellenleiter ist, der im Innern eine Drahtwendel enthält, die längs der Mittellinie der oberen Wand des Wellenleiters anliegt.

Es soll, nunmehr im einzelnen auf die Zeichnungen eingegangen werden.

Fig. ι zeigt als Beispiel für die Erläuterung einen Wellenübertragungskreis 10 für räumlich harmonischen Betrieb, der aus einem rechteckigen Wellenleiter 11 besteht, in dem eine hohle zylindrische Schiene oder Röhre 12 asymmetrisch angeordnet ist. In die Wand dieser Schiene ist eine Vielzahl von schlitzartigen öffnungen 13 einge-

schnitten, die in Richtung der Wellenfortpflanzung in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und zusammen mit dem Teil des zwischen ihnen liegenden Rohrabschnittes eine Reihe von Schlitzresonatoren bilden. Diese schlitzartigen Öffnungen dienen dazu, die Elektronen, welche durch das hohle Innere der Schiene 12 geleitet werden, wiederholt dem elektrischen Feld einer durch den Kreis 10 fortschreitenden elektromagnetischen Welle auszusetzen, damit eine Verstärkung der Welle in oben beschriebener Weise stattfindet. Dies wird dadurch bewirkt, daß das elektrische Feld innerhalb des Kreises so verzerrt wird, daß eine in der transversalen elektrischen Grundform fortschreitende Welle in den Bereichen der schlitzartigen öffnungen eine parallel zum Elektronenstrahl liegende Komponente des elektrischen Feldes aufweist.

Die inneren Abmessungen des Wellenleiters 11 werden vorzugsweise so gewählt, daß eine trans-

ao versale elektrische Welle (TE-Welle) sich durch ihn in ihrer Grundform fortpflanzt, wobei das elektrische Feld senkrecht zu den breiten Wänden des Wellenleiters steht. Der gestreckte Mittelteil dieses Wellenleiters umgibt die Schiene oder Röhre 12, die längs der Mittellinie der unteren breiteren Wand angeschweißt sein kann. Die Wandstärke der Schiene ist nicht kritisch, sie soll jedoch mehrmals so dick wie die Eindringtiefe der elektromagnetischen Wellen bei der Arbeitsfrequenz, aber noch dünn im Vergleich zum Durchmesser der Schiene sein. Die Länge der Schlitzeinschnitte auf dem Umfang dieser Wand soll etwa gleich einer halben Wellenlänge im freien Raum bei der oberen Grenzfrequenz des Wellenübertragungskreises sein.

Wegen der mechanischen Festigkeit der Schiene mit den in Fig. 1 dargestellten öffnungen soll der Umfang der Schiene etwas größer als ihre Länge von Einschnitt zu Einschnitt sein. ' Auf Wunsch kann die Schiene 12 durch eine gleichwertige Drahtwendel mit geeigneter Steigung und geeignetem Durchmesser ersetzt werden. An beiden Enden der Schiene 12 ist in Fig. 1 der Wellenleiter aufwärts gebogen, um eine Impedanzanpassung zwischen dem Mittelstück des Wellenübertragungskreises und den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen zu schaffen, die z. B. Wellenleiter mit dem gleichen Querschnitt wie der Wellenleiter 11 sind und unmittelbar mit den Enden 14 und 15 verbunden sein können, öffnungen in den gekrümmten Teilen der unteren Wand des Wellenleiters 11 schaffen Platz zum Einsetzen der Schiene 12 in den Wellenleiter, wenn der Kreis zusammengebaut wird. Sie gestatten außerdem die Leitung des Elektronenstrahls durch das hohle Innere dieser Schiene, wenn der Kreis in Betrieb ist. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 17 und die Sammelelektrode 18 sind (in bezug auf den Kreis 10) so ausgerichtet, daß der zwischen ihnen übergehende Elektronen-

strahl axial durch die Schiene 12 geht. Gleich aufgebaute Umhüllungen 19 umgeben diese Elektroden -65 und bilden zusammen mit den (nicht gezeichneten) Fenstern in den beiden Enden des Wellenleiters 11 und mit seinen metallischen Wänden ein luftdichtes Gehäuse, das den Elektronenstrahl umgibt. Ein magnetisches Feld, das durch nicht dargestellte Mittel, die den in Fig. 3 gezeichneten Magneten gleichen können, erzeugt wird, verläuft parallel zur Achse des Elektronenstrahls, um die Elektronen auf ein kleines Gebiet um die Strahlachse herum zu beschränken. Die leitenden Elemente des Wellen-Übertragungskreises 10 sollen unmagnetisch sein, um das magnetische Feld nicht zu verzerren, und sie sollen vorzugsweise den gleichen Ausdehnungskoeffizient haben, um Auswirkungen der Erwärmung zu verhindern. So

Die Wellenenergie wird vorzugsweise durch irgendein geeignetes Mittel so an den Kreis angelegt, daß das elektrische Feld der Welle senkrecht zur oberen breiten Wand des Leiters 11 durch den Kreis fortschreitet. Wenn diese Welle (in Fig. 1) vom Eingang 14 des Kreises zum Ausgang 15 fortschreitet, wird sie durch räumliche' harmonische Wechselwirkung mit dem durch die Mitte der Schiene 12 geleiteten Elektronenstrahl verstärkt. Dieser räumliche harmonische Vorgang wurde oben go kurz behandelt, jedoch wird ein besseres Verständnis durch Betrachtung der nachfolgenden kurzen mathematischen Untersuchung erreicht, die speziell für die in Fig. 1 dargestellte Anordnung durchgeführt ist, jedoch auf die räumliche harmonische Arbeitsweise im allgemeinen anwendbar ist.

Wenn ζ die Richtung der Wellengeschwindigkeit im Wellenleiter ist, kann in der Nähe der wiederkehrenden Unstetigkeiten im Leiter die 0-Komponente einer fortschreitenden Welle geschrieben werden:

j tat

E_z = F{z)e>
wobei ω die Kreisfrequenz und

η== το / \

F(z)= 2 ^An exp I— j (2πη + θ)~) (2)

η— —οο \ <* /

ist. Hierbei ist d der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Unstetigkeiten, die hier die Schlitze 13 in der Schiene 12 sind, η ist eine ganze Zahl und Θ die Phasenverschiebung im Winkelmaß von einer Unstetigkeit zur nächsten und gegeben durch

2nd

(3)

wobei X_g die Leiterwellenlänge der Grundwelle entsprechend n = 0 in Gleichung (2) ist. Mit der Annahme, daß die Amplitude von E_z an den Kanten der Unstetigkeiten oder Schlitze konstant ist und mit B₀ bezeichnet wird, kann ^„geschrieben werden:

/ (2 π η +

■H- 2 πη

sin I (2 π η +

w \

Yd)

(4)

wobei w die Breite eines Schlitzes in der Schiene 12 ist. Einsetzen in Gleichung (1) ergibt:

» = 00 2 π sin ((2

E=E

² °

Aus der letzteren Gleichung ist ersichtlich, daß nahe bei den Schlitzungsstetigkeiten im Wellenleiter eine unbegrenzte Anzahl von räumlichen harmonischen Komponenten der Grundwelle vorhanden zu sein scheint, von denen jede mit einer anderen Phasengeschwindigkeit fortschreitet, die

gegeben ist durch —— , wobei η eine ganze

\2 TCVI —}~ CJ

Zahl zwischen —· 00 und + 00 ist. Wenn man η = O setzt, so sieht man, daß die Grundwelle in der positiven 2-Richtung mit einer Phasengeschwin-

digkeit

cod

fortschreitet. Für η = 1 scheint eine

so Welle in der positiven ^-Richtung mit einer Geschwindigkeit von

zu wandern, die geringer

ist als die Geschwindigkeit der Grundwelle. Das gleiche gilt für andere positive Werte von n. Für

a₅ % = —ι scheint eine in der positiven ,s-Richtung

mit einer Phasengeschwindigkeit —~r fort-

schreitende Welle vorhanden zu sein, wobei die Geschwindigkeit negativ ist, da die Grundphasenverschiebung Θ zwischen aufeinanderfolgenden Schlitzen kleiner als 2 π ist. Somit entspricht jeder negativen ganzen Zahl η eine Welle mit negativer Phasengeschwindigkeit oder mit anderen Worten eine rückwärts laufende Welle. Die Gruppengeschwindigkeit aller räumlichen harmonischen Wellen liegt bekanntlich stets in Richtung der Leistungsfortpflanzung und ist für alle Wellen die gleiche, einschließlich der Wellen mit negativer Phasengeschwindigkeit.

-Durch Betrachtung der Fig. 1 wird offensichtlich, daß irgendwo zwischen dem Zustand, bei dem der Schlitzabstand d Null ist, in welchem Falle im wesentlichen keine Wechselwirkung zwischen der elektromagnetischen Welle und dem Elektronenstrahl auftritt, und dem Zustand, bei dem die Breite w in der Schlitzöffnung Null ist, in welchem Falle die Wechselwirkung gleichfalls Null ist, ein Verhältnis der Schlitzbreite zum Schlitzabstand vorhanden sein muß, das eine optimale Wechselwirkung ergibt, wenn eine reine Verstärkung vorhanden sein soll. Nun kann leicht gezeigt werden, daß die für den Synchronismus erforderliche Elektronengeschwindigkeit V_e gegeben ist durch

(2 π η

wobei α) die Kreisfrequenz, d der Abstand von Schlitzmitte zu Schlitzmitte und Θ die Grundphasenverschiebung zwischen den Schlitzen ist, gewöhnlich ■— bis —. Es kann ferner gezeigt werden, daß die Verstärkung der mit den Elektronen in exp I j I ω t — (2πη +

(5)

Wechselwirkung tretenden elektromagnetischen Welle proportional

Verst. = K

. _% ((2 πη + Θ) w)

(2 π η + 2,d

(7)

ist, wobei K eine Proportionalitätskonstante und w die Breite einer Schlitzöffnung ist. Durch Differenzieren der letzten Gleichung nach -^- und durch Gleichsetzen des Resultats mit Null sieht man, daß die Verstärkung ein Maximum ist, wenn

2,33

(2 π η

(8)

ist; wie oben erwähnt, können praktische Werte

von 0 etwa zwischen —«9<— liegen. Somit kann

3.2°

w leicht aus den Gleichungen (6) und (8) für eine gegebene Elektronengeschwindigkeit V_e, einen gegebenen Wert von η und eine gegebene Betriebsfrequenz bestimmt werden.

Der optimale Schlitzabstand und die optimale Schlitzbreite einer Anordnung, die für eine besondere Form des räumlichen harmonischen Betriebs bestimmt ist, sind durch die Gleichungen (6) und (8) gegeben, jedoch kann selbstverständlich die gleiche Anordnung auch für den Betrieb bei anderen Formen verwendet werden, wenn auch mit etwas vermindertem Wirkungsgrad. Die Zahl der verwendeten Schlitze hängt ■> on der gewünschten Verstärkung ab, doch reichen gewöhnlich hundert Schlitze aus. Die η ichfolgenden Abmesst ngen dienen dazu, die Groß anverhältnisse der verschiedenen Elemente der -n Fig. 1 dargesteJlteu Anordnung anzugeben. Wenn auch diese Abriessungen sich bei einem Kreis als befriedigend herausgestellt haben, der im wesentlichen, der gleiche war wie der in Fig. 1 dargestellte, und der gebaut und geprüft wurde, so ist man doch nicht auf sie beschränkt, sie dienen nur zur Erläuterung der möglichen Werte. Diese Abmessungen sind für eine optimale Wechselwirkung zwischen der ersten räumlichen Harmonischen einer Welle mit einem Elektronenstrahl gewählt, der eine 1300 Volt entsprechende Geschwindigkeit hat. Die innere Weite und die innere Höhe des Wellenleiters 11 betragen 0,83 X₀ und 0,41 X₀, die Länge des Schlitzes 13 ist 0,46 X₀, die Breite w ist 0,027 K ^^er Abstand d ist 0,086 X₀, wobei X₀ die Wellenlänge im freien Raum bei der Betriebsfrequenz ist.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines Mittelstücks eines Wellenübertragungskreises 30, der im Betrieb dem in Fig. 1 gezeichneten gleich ist. Der Kreis

besteht aus einem rechteckigen Wellenleiter 31, der ebenso aufgebaut wie der Wellenleiter 11 in Fig. 1 sein kann, es aber nicht muß, und der die Drahtwendel 32 umgibt. Diese Wendel, die von einer breiten Wand des Wellenleiters 31, die der unteren Wand des Leiters 11 entspricht, durch eine dielektrische Scheibe33 getrennt ist, kann als der Schiene 12 in Fig.. ι gleichwertig betrachtet werden. Die Steigung zwischen den Windungen der Wendel 32 entspricht dem Abstand d, die Breite der Öffnungen zwischen den Windungen entspricht der Breite w der Öffnungen in der Schiene 12. Das Vorhandensein des dielektrischen Materials 33, das z. B. Glimmer sein kann, gestattet, daß der Durchmesser der Wendel 32 etwa zweimal so groß sein kann, wie der Durchmesser der Schiene 12 bei einer gegebenen Betriebsfrequenz ausgeführt werden kann. Die Dicke t dieses Dielektrikums, die vorzugsweise auf der Länge des Wellenleiters gleichmäßig ist, damit die Wendel 32 parallel zu dessen Achse ausgerichtet werden kann, kann in einem Bereich mit weiten Grenzen gewählt werden, jedoch hat sich ein Wert von etwa ein Zehntel des Durchmessers der Wendel 32 als befriedigend erwiesen.

Eine Verkleinerung der Dicke t ergibt eine Erniedrigung der Betriebsfrequenz bei einer gegebenen Wendel und einem gegebenen Wellenleiter. Die Drahtwindungen, welche die Wendel 32 bilden, ergeben zusammen mit ihren Zwischenräumen eine Reihe von Schlitzresonatoren, die im wesentlichen den Resonatoren in Fig. 1 gleichen. Es ist daher offensichtlich, daß die Wendel 32 durch eine Vielzahl von Drahtschleifen ersetzt werden kann, die quer zur Richtung der Wellenfortpflanzung liegen und einen regelmäßigen Abstand d in dieser Richtung haben.

Beim Betrieb kann ein Elektronenstrahl durch die Mitte der Wendel 32 geleitet werden, und eine transversale elektrische Welle kann an den Kreis 30 durch geeignete Mittel angelegt werden, z. B. durch das gekrümmte Ende des Wellenleiters 11 in Fig.-i.. Am Ausgangsende 15 des Kreises kann dann durch ein geeignetes Mittel Wellenenergie abgenommen: werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Drahtwendel wie auch die Anordnung mit parallelen Schleifen ist insbesondere zum Betrieb mit räumlichen Rückwärtsharmonischen geeignet, da das Verhältnis des Abstands w zwischen dem Draht zur Drahtsteigung d leicht so ausgeführt werden kann, daß es den Gleichungen (6) und (8) für negative ganze Zahlen

genügt. Ein Verhältnis von — = — hat sich bei

einer solchen Anordnung zur Synchronisation des Elektronenstrahls mit der ersten Rückwärtswelle als geeignet erwiesen. Ein kleineres Verhältnis,

etwa -^- = —, soll bei der ersten Vorwärtswelle be- Λ ·3

nutzt werden.

Selbstverständlich ist keiner der oben beschriebenen Wellenleiterkreise auf die Verstärkung mit räumlichen harmonischen Wellen beschränkt, da jede dieser Anordnungen zur Erzeugung von Wellenenergie entweder in üblicher Weise oder durch Rückwärts wellenbetrieb benutzt werden kann, wenn sie die erforderlichen Abmessungen aufweist. Die üblichen Schwingungen können bei jedem Verstärker einfach dadurch erhalten werden, daß' ein genügend großer Teil der Ausgangsenergie zum Eingang des Verstärkers zurückgeführt wird. Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung ist so bekannt, daß eine weitere Erläuterung überflüssig ist. Die Erzeugung von Rückwärtswellenschwingungen ist andererseits eine neue Entwicklung in der Technik, so daß in Anbetracht der Bedeutung der vorliegenden Erfindung in dieser Hinsicht eine kurze Beschreibung eines Rückwärtswellenoszillators zweckmäßig ist.

In Fig. 3 ist der Seitenschnitt eines Rückwärtswellenoszillators dargestellt, bei dem der Kreis 40 das Wellen fortpflanzende Element bildet. Dieser Kreis ist in bezug auf das Elektronenstrahlerzeugungssystem 41 und den Sammelhohlraum 42 so ausgerichtet, daß der Elektronenstrahl 43 durch die Mitte der Wendel 44 geht, welche entlang der Mitte der oberen breiten Wand des rechteckigen Wellenleiters 45 angeschweißt sein kann. Am Sammelelektrodenende des Kreises befindet sich innerhalb des die Wendel 44 umgebenden Wellenleiters 45 Widerstandsmaterial 46, um die Reflexion von Wellenenergie an dieser Stelle auf ein Minimum zu bringen. Etwaige Wellenenergie, die vom Ausgangsanschluß 52 (am Elektronenstrahlsystemende) des Kreises durch Impedanzfehlanpassung zurückgeworfen werden könnte, ist hierdurch wesentlich vermindert, und ihre unerwünschte Interferenz mit in entgegengesetzter Richtung fortschreitender Energie wird zum größten Teil beseitigt. Am Ausgang 52 des Kreises wird Schwingungsenergie durch eine Fortsetzung des Wellenleiters 45 entnommen; dieser ist zur Impedanzanpassung nach unten gekrümmt. Im gebogenen Teil der oberen Wand dieses Wellenleiters ist eine geeignete öffnung zum Durchlaß des Elektronenstrahls 43 -vorgesehen. Der Wellenleiter 45 ist in den Kolben 47 eingeschmolzen. Dieser Kolben bildet zusammen mit dem Fenster 48 im Wellenleiter und den Magnetpolen 50 und 51 ein luftdichtes Gehäuse, das den Elektronenstrahl umgibt. Die öffnung 42 im Polschuh 51 ist etwa so geformt, wie sie gezeichnet ist, um die Sekundäremission, die von diesem Teil ausgeht, zu verringern. Der Polschuh dient zusätzlich als Sammelelektrode. Alle Elemente im Gebiet zwischen den Polschuhen sollen unmagnetisch sein, so daß das Magnetfeld den Elektronenstrahl entlang einer Achse, mit der das Feld in einer Linie liegt, fokussieren kann.

Wenn die Stromdichte des Elektronenstrahls 43 bei der Anordnung der Fig. 3 einen gewissen kritischen Wert übersteigt, können plötzlich bei einer Frequenz, die durch die Strahlgeschwindigkeit bestimmt ist, Schwingungen einsetzen. Wellenenergie, die am Sammelelektrodenende des Kreises 40 entsteht, fließt zum Ausgangsende des Kreises, wo sie durch das Fenster 48 einem geeigneten Ausgangsanschluß zugeführt wird. Wenn diese Energie

entlang der Wendel innerhalb des Wellenleiters 45 hindurchgeht, wird sie durch Wechselwirkung zwischen der rückwärts wandernden räumlichen Harmonischen, die mit dem Elektronenstrahl synchronisiert ist, und dem Elektronenstrahl verstärkt. Diese Wechselwirkung verursacht gleichzeitig eine Bündelung des Elektronenstrahls. Diese Bündelung verursacht ihrerseits eine Erhöhung der Wellenenergie, welche wiederum eine Bündelung des Elektronenstrahls zur Folge hat usw. Somit wird die zur Aufrechterhaltung der Schwingungen notwendige Rückkopplungsenergie automatisch durch den Elektronenstrahl zum Kreis zurückgeführt. Da für eine gegebene Wellenleiteranordnung die Frequenz der Schwingungen in der Hauptsache durch die Elektronengeschwindigkeit bestimmt ist und da diese Geschwindigkeit leicht in einem großen Bereich elektrisch verändert werden kann, kann die Frequenz in hohem Maße und mit einer sehr breiten Bandbreite moduliert werden.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungen beschränkt, da sie auch Wellenleiter mit anderem als rechteckigem Querschnitt umfassen kann. Außerdem können die oben in Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebenen Eingangs- und Ausgangsanschlüsse durch gleichwertige Mittel ersetzt werden, ohne die Art der Erfindung zu ändern. Schließlich wird es dem mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmann klar sein, daß die Abmessungen der in den Zeichnungen dargestellten Wellenleiterkreise in einem großen Bereich gewählt werden können, ohne daß man vom Wesen und Ziel der Erfindung abweicht.

Claims

Patentansprüche:

i. Wanderfeldröhre für räumlich harmonischen Betrieb unter Verwendung eines Hohlleiters für die Wellenübertragung, welcher eine parallel zu seiner Längsachse angeordnete Verzögerungsleitung - enthält und in welchem die Verzögerungsleitung eine asymmetrische Lage einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung aus einem rohrförmigen Leiter von kreisförmigem Querschnitt besteht, der eine Vielzahl von periodisch in der Fortpflanzungsrichtung der elektromagnetischen Welle aufeinanderfolgenden und im wesentlichen quer zur Fortpflanzungsrichtung angeordneten Durchbrechungen aufweist, welche als ring- oder ringbogenförmige Schlitze oder als die Achse des Leiters schraubenlinienförmig umgebende Ausnehmungen ausgebildet sind.
2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Leiter in Längsrichtung mit einer Wand des Hohlleiters verbunden ist.
3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Leiter von einer Wand des Hohlleiters durch eine Scheibe aus dielektrischem Material getrennt ist,
4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Scheibe aus dielektrischem Material etwa einem Zehntel des Durchmessers des rohrförmigen Leiters entspricht.
5. Wanderfeldröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Leiter aus einem Rohr besteht, welches eine Vielzahl von quer zur Wellenfortpflanzungsrichtung liegenden schlitzartigen öffnungen aufweist.
6. Wanderfeldröhre nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile des Hohlleiters aus der geraden Richtung der Elektronenstrahlbahn herausgebogen sind.

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In Betracht gezogene Druckschriften: Bell Lab. Record, Jan. 1951, S. 14 ff; Nov. 1952,

s. 413 ff; Proc. of the I. R. E., Sept. 1951, S. 1035 ff.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

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