DE973327C

DE973327C - Wanderfeldwendelroehre mit selbsttragendem Roehrensystem

Info

Publication number: DE973327C
Application number: DEL18478A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl-Ing Friz; Werner Dr Klein
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1951-04-19
Filing date: 1954-04-04
Publication date: 1960-01-21
Also published as: FR69084E; DE1052583B

Description

AUSGEGEBEN AM 21. JANUAR 1960

L 18478 Villa/21g

Wanderfeldröhren bestehen aus einem Strahlerzeugungssystem, einer Verzögerungsleitung und einer Auffangelektrode. Für die Funktion der Wanderfeldröhre ist es wichtig, daß die Achsen des Strahlerzeugungssystems, der Verzögerungsleitung und der Auffangelektrode mit genügender Genauigkeit miteinander übereinstimmen, wobei auch die hochfrequenztechnischen Belange, z. B. Vermeidung von Rückkopplung, berücksichtigt ίο werden müssen. Bisher sind zurr Erreichung des vorgenannten Zieles verschiedene Maßnahmen bekanntgeworden :

Fig. ι zeigt eine Bauweise, bei der das Vakuumgefäß die Aufgabe der gegenseitigen Halterung der Systemteile übernimmt. Zu diesem Zweck ist das Vakuumgefäß 1 in der Zone des Strahlerzeugungssystems 2 in seinem Durchmesser erweitert. Das Strahlerzeugungssystem ist auf der einen Seite in einer maßhaltigen Scheibe 5, auf der anderen Seite (in dem anschließenden, verengten Wendelhalte- ao rungsabschnitt des Vakuumgefäßes) in einer eingepaßten Wendelabschlußtonne 6 gelagert. Die Verzögerungsleitung ist hier die Drahtwendel 3, die zwischen dielektrischen Stäben 7 gehaltert wird. An Stelle der dielektrischen Stäbe wurden as auch dielektrische Rohre zur Wendelhalterung verwendet. Auf der Seite der Auffangelektrode 4 wird das Wendelende in gleicher Weise durch eine

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Wendelabschluß tonne 6_a festgelegt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß das Vakuumgefäß selbst die achsenrichtige Halterung von Strahlerzeugungssystem und Wendelanordnung übernimmt und die genaue achsenrichtige Lage von dickem und dünnem Glasabschnitt schwierige Glasarbeit erforderlich macht.

Auch die Halterung der Wendel mit Hilfe eines dielektrischen Rohres hat verschiedene Nachteile. ίο Neben dem Einfluß des Dielektrikums auf die Phasengeschwind-igkeit der Welle auf der Verzögerungsleitung tritt durch die Verzerrung des elektromagnetischen Feldes zur Halterung hin eine schwächende Wirkung der Kopplung zwischen Welle und Strahl hinzu. Dadurch wird die Verstärkung, bei Leistungsröhren auch die maximale Hochfrequenzausgangsleistung, herabgesetzt. Der unvermeidliche Verlustfaktor des Dielektrikums ruft zusätzlich eine Dämpfung der Verzögerungsao leitung hervor, was die obengenannte Wirkung noch verstärkt. Man strebt deshalb an, die Wendel möglichst nur punktartig mit dem Dielektrikum, z. B. durch Haltestäbe, in Berührung zu bringen. Fig. 2 zeigt eine bekannte Ausführungsform, bei der die Schwierigkeit der glastechnischen Arbeiten dahingehend verringert ist, daß nur noch ein auf gleichbleibenden Innendurchmesser kalibriertes Vakuumgefäß 8 Verwendung findet. Die in dieses Glasgefäß passend eingesetzten Systemteile (Strahlerzeugungssystem 9 und Wendelabschnitt 10) haben dann selbstverständlich eine gemeinsame Achse. In der Forderung nach genauer Maßhaltigkeit für die einzubauenden Systemteile liegt aber auch die Schwäche dieser Ausführungsform, da die Montage sehr große Sorgfalt erfordert und es leicht zur Beschädigung der Glasinnenfläche bei der Mortage kommen kann, was die Ursache von· späteren Glasrissen sein kann.

Fig. 3 zeigt eine bekannte Anordnung, bei der das Vakuumgefäß nur als Hülle dient und Strahlerzeugungssystem und Wendelabschnitt eine selbsttragende Baueinheit bilden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Strahlerzeugungssystem 11 und die Verzögerungsleitung 12 durch mehrere Stäbe achsenrichtig und starr in ihrer gegenseitigen Lage gehalten sind, ohne daß das Vakuumgefäß zur Halterung herangezogen werden muß. Die Verzögerungsleitung kann zwischen dielektrischen Stäben 14 festgelegt werden, die Lage der Stäbe 13 und 14 zueinander wird beispielsweise durch dazwischen gesetzte Scheiben i4_a bestimmt. Ein Nachteil der Anordnung ist, daß die mechanische Stabilität bei der Montage gegen Schränkung nicht sehr groß ist.

Die Ausführungsarten nach Fig. 2 und 3 weisen zudem Nachteile hochfrequenztechnischer Art auf: Das Strahlerzeugungssystem hat, besonders bei Leistungsröhren, einen gewissen Mindestdurchmesser, der den kleinsten Röhrendurchmesser bei dieser Ausführungsform festlegt. Die Röhren besitzen meist Hohlleiterankopplungen. Eingangsund Ausgangshohlleiter werden dabei vielfach zur starren Verbindung und Halterung durch ein Metallrohr verbunden, das den Raum um die Wendel nach außen abschirmt und gleichzeitig als Halterung für die Fokussierungsmittel des Elektronenstrahls (z. B. Magnetspule) dienen kann. Dieses Metallrohr bildet aber einen unerwünschten elektrischen Übertragungsweg mit Hochpaßcharakter zwischen Eingangs- und Ausgangshohlleiter, auch wenn A/4-Koppelzylinder innerhalb der Röhre angeordnet sind, da sie nur als selektive Sperrmittel wirken und bei großer Verstärkungsbandbreite der Röhre nicht wirksam genug sind. Die Grenzfrequenz des Hochpasses nimmt dabei mit zunehmendem Hohlrohrdurchmesser ab. Es müssen also bei diesen Ausführungsformen zusätzliche Mittel vorgesehen sein, um den unerwünschten Übertragungsweg, der zur Rückkopplung führen kann, auszuschließen.

Bei einerWanderfeldwendelröhremit selbsttragendem Röhrensystem wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß als Bauelement des selbsttragenden Röhrensystems ein dielektrisches Rohr verwendet wird, das die Wendel und die der Wendelhalterung dienenden Mittel mit Ausnahme der Ein- und Auskoppelwindungen in einigem Abstand innerhalb des Vakuumgefäßes umgibt und mit den innerhalb der Röhre liegenden eingangs- und ausgangsseitigen Kopplungsmitteln mittelbar oder unmittelbar starr verbunden ist. In Weiterbildung des ErfindungsgegenS'tandes wird das dielektrische Rohr mit einem Dämpfungsbelag versehen und sein Durchmesser entsprechend gewählt, um die Ausbildung einer Rückkopplung unmöglich zu machen.

Die Erfindung sei an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 4 zeigt eine der Erfindung entsprechende Anordnung. Das Strahlerzeugungssystem 15 ist durch einen Ring 16 koaxial zum Vakuumgefäß 27 _lOo (Glasgefäß) gehalten (erstes Lager des Röhrensystems). Auf das Strahlerzeugungssystem 15 ist ein Metalltopf 17 aufgeschoben, der den kathodenseitigen Abschluß des Hochfrequenzkreises bildet. Mit diesem Metalltopf 17 steht der Metalltopf 18 durch den metallischen Verbindungsteil 19 in starrer Verbindung. Der Verbindungsteil 19 dient hochfrequenztechnisch zusammen mit der Wendelantenne 20, die bekanntlich zurückgefaltet sein kann, der richtigen Impedanztransformation von n₀ der Wendel an den Eingangshohlleiter. Die Wendelantenne 20 ist an der dem Verbindungsteil 19 abgewandten Seite angebracht. Um bei gegebener Röhrenlänge die nutzbare Wendellänge so groß wie möglich zu machen, sind die Wendelantennen bzw. 20_a an den dfer Wendelzone zugewandten Topfen 18 bzw. i8₀ angeschlossen. Am Röhrenausgang sind entsprechend die Metalltöpfe ιγ_α und i8_ß mit dem metallischen Verbindungsteil ig_a angeordnet. Die Wendel 22 ist zwischen drei dielektrischen. Stäben 23 gelagert, deren gegenseitige Lage auffängerseitig durch das Stabhalterungsteil 24_a gewährleistet wird. Das Teil 24₀ ist starr mit dem Metalltopf iy_a verbunden. In derselben Weise ist die Wendel mit den Keramikstäben innerhalb des Topfes 17 durch· das Stab-

halterungsteil 24 fixiert. Die Verbindung der Baugruppe 17-18-19-20 (zur hochfrequenztechnisch günstigsten Ankopplung des Eingangshohlleiters 21) mit der Baugruppe iy_a - i8_e - ia_a- 20_ö (zur Ankopplung an den Ausgangshohlleiter 21 _a) wird durch ein dielektrisches Rohr 25 (ζ. Β. aus Keramik oder Glas) hergestellt. Das dielektrische Rohr ist an beiden Enden mit Flanschen 26 versehen, die starr mit den Töpfen 18 und i8_fl verbunden sind (z.B. hart gelötet). Das zweite Lager des selbsttragenden Röhrensystems bildet der am anderen Ende des Vakuumgefäßes angeschmolzene Metalltopf 28 in Verbindung mit der Auffangelektrode 28_a. Der Topf 17 _a stützt sich durch eine dielektrische Scheibe 2.9 auf der Auffangelektrode ab.

Das dielektrische Rohr übt also zwei Funktionen aus: Hochfrequenztechnisch erreicht man eine wirksame Unterdrückung von unerwünschten Rückkopplungen. Zu diesem Zweck wird seine Oberfläche mit

ao einer geeigneten Widerstandsschicht 30 (ζ. B.Kohle) bedeckt. Außerdem wird das Rohr mit zu einer tragenden, durchhangfreien und schränkungsstabilen Verbindung herangezogen. Im Raum zwischen dielektrischem Rohr und Wendel sind Hohlleiterwellen wegen des kleineren Durchmessers des Rohres im Arbeitsbereich der Röhre nicht mehr möglich.

Es ist vorteilhaft, die Dimensionierung des Rohrdurchmessers nach folgenden hochfrequenztechnischen Gesichtspunkten vorzunehmen': Der Durchmesser des dielektrischen Rohres soll so klein sein, daß die längste mögliche Hohlleiterwellenlänge im Raum zwischen Wendel und Rohr kleiner als die Wellenlänge der kürzesten verstärkten Welle ist.

Dagegen soll der Durchmesser des Rohres nicht so klein gewählt werden, daß sein Dielektrikum einen wesentlichen Einfluß auf die Wendelwellenform ausübt. Mit diesen Bedingungen kann man folgende Grenzen für den Durchmesser d% des dielektrischen Rohres angegeben:

<o,3,

wobei U die optimale Betriebsspannung in Volt und λ die optimale Betriebswellenlänge bedeuten. Es ist dabei angenommen, daß der elektronische Verstärkungsbereich der Röhre sich etwa über eine Oktave erstreckt. Koaxialwellen im Raum zwischen dem dielektrischen Rohr und der äußeren Abschirmung 31 werden durch die Dämpfungsschicht auf dem dielektrischen Rohr wirksam unterdrückt. Selbstverständlich kann die Dämpfungsschicht auch noch innen am dielektrischen Rohr angebracht werden. Der Raum zwischen dielektrischem Rohr und äußerer Abschirmung 31 stellt eine stark gedämpfte Koaxialleitung dar, deren Dämpfung ausreicht, um eine Koaxäalwelle zur Rückkopplungs^· erregung zu unterdrücken. Zur weiteren Dämpfungserhohung des Raumes zwischen Rohr und äußerer Abschirmung kann auch noch die Innen- und/oder Außenwand des Vakuumgefäßes mit einem Dämpfungsbelag versehen werden.

Durch diese Anordnung zur Unterdrückung von Hohlleiterwellen hat man eine größere Freiheit in der Wahl des Durchmessers des Vakuumgefäßes, der sich jetzt nach Gesichtspunkten der Bemessung des Strahlerzeugungssystems richten kann. Die Ausschaltung des Rückkopplungsweges durch die bekannte Einschaltung von Sperrgliedern ist, da diese selektiv sind, nicht so wirksam, wie die hier beschriebene breitbandige Verlustdämpfung. Selbstverständlich sind Dämpfungsmittel im Laufe der Verzögerungsleitung vorgesehen, um Selbsterregung durch eine Wendelwellenform zu unterdrücken.

Der Aufbau der Ankoppelzone mit dem metallischen Verbindungsstück 19 wird durch Fig. 4a deutlich. Das metallische Verbindungsstück 19 kann* z. B. eine »Nierenform« haben und ermöglicht bei hohler Ausführung die Durchführung von weiteren Anschlußleitungen, ζ. B. für eine Röhre mit mehreren Wendeln innerhalb des Vakuumgefäßes, von der Spannungsversorgungsseite her. Ebenso kann das Verbindungsstück aus einer An-Ordnung mehrerer Stäbe oder Röhrchen bestehen. Zugleich sind bei dieser Anordnung alle zur Anpassungstransformation notwendigen Elemente, die Teile 17, i8, 19 und 20, in das Röhreninnere verlegt. Dadurch kann eine lageunabhängige Ankopplung der Wendel an den Eingangskreis erreicht werden. Die Anordnung der starren Verbindung der Töpfe 17 und 18 durch den Teil 19 hat weiter den Vorteil, daß das dielektrische Rohr 25 nicht in die Hohlleiterzone 21 hineinragt und damit zusätzliche Transformationsverluste durch die Verluste im Dielektrikum vermieden werden. Entsprechendes gilt für die Ausgangsseite.

Claims

Patentansprüche: ^1o°

i. Wanderfaldwendelröhre mit selbsttragendem Röhrensystem, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauelement des selbsttragenden Röhrensystems ein dielektrisches Rohr verwendet wird, das die Wendel und die der Wendelhalterung dienenden Mittel mit Ausnahme der Ein- und Auskoppelwindungen in einigem Abstand innerhalb des Vakuumgefäßes umgibt und mit den innerhalb der Röhre liegenden eingangs- und no ausgangsseitiigen Kopplungsmitteln mittelbar oder unmittelbar starr verbunden ist.
2. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wendel umgebende dielektrische Rohr innen und/oder außen mit einem Dämpfungsbelag versehen ist.
3. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d_R des die Wendel umgebenden dielektrischen Rohres folgender Bedingung genügt: iao

0,3,

(U = optimale Betriebsspannung in Volt, λ = optimale Betriebswellenlänge).
4· Wanderfeldwendel röhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel jeweils zwei metallische Töpfe enthalten, deren Stirnseiten einander zugekehrt' sind, und daß diese Stirnseiten durch jeweils mindestens ein metallisches Verbindungsstück starr miteinander verbunden sind.
5. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der metallischen Verbindungsstücke aus mindestens einem Hohlkörper besteht.
6. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auffängerseitige Topf sich auf die Auffangelektrode abstützt.
7. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß' der kathodenseitige Topf das Strahlerzeugungssystem trägt.
8. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlerzeugungssystem mit einem Paßring im Vakuumgefäß gelagert ist.
9. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wendeilzone die Innen- und/oder Außenwand des Vakuumgefäßes mit einer Dämpfungsschicht versehen ist.
10. Wanderfeildwendelröhre nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelantennen an der den metallischen Verbindungsstücken jeweils gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
11. Wanderfeldwendelröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelantennen an dem der Wendelzone jeweils zugewandten Topf angeschlossen sind.
12. Wanderfaldwendelröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der metallischen Verbindungsstücke aus einem Bolzen besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 814490, 832781; britische Patentschriften Nr. 660 793, 683479; USA.-Patentschrift Nr. 2 197 123;

»Die Telefunken-Röhre«, Februar 1953, S. 100 bis 116, und Februar 1955, S. 1 bis 22;

»Microwave Receivers«, McGraw-Hill Book Company, 1948, S. 261 bis 264;

Dissertation" Müller vom 16. 12. 1952 (eingereicht am Institut für Hochfrequenztechnik der Technischen Hochschule München), S. 93.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 954 276.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 617/414 8.56 (909 694/2 1.60)