DE974272C - Verstaerkungsvorrichtung mit Wanderfeldroehre - Google Patents

Description

CJWGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. NOVEMBER 1960

W 5084 Villa 121 a*

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Breitband-Mikrowellenverstärker und insbesondere auf Wanderfeldröhren, in welchen die Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und einer fortschreitenden elektromagnetischen Welle ausgenutzt wird, um Verstärkung zu erzielen.

Es ist außerordentlich schwierig, die Eingangs- und Ausgangskreise über den breiten Frequenzbereich reflexionsfrei an die Wanderfeldröhre anzupassen. Es werden dann Komponenten des Hochfrequenzsignals in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung reflektiert. (Unter Vorwärtsrichtung bzw. Stromrichtung soll jetzt und im folgenden die Richtung des Elektronenstroms verstanden sein.) Werden solche Komponenten in Stromrichtung reflektiert, werden sie verstärkt und können Schwingungen hervorrufen, welche in der Röhre Unstabilität verursachen; werden solche Komponenten gegen Stromrichtung reflektiert, und zwar außer Phase mit der ankommenden Signalwelle, treten erhebliche Verzerrungen auf. Daraus ergeben sich Erscheinungen, welche als Leitungs-Reflexionseffekte auf der Verzögerungsleitung (Wellenleiter) bezeichnet werden können.

Reflektierte Komponenten des Hochfrequenzsignals lassen sich durch eine im Wanderfeldkreis vorhandene Dämpfung absorbieren. Ist die Größe dieser Dämpfung

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mit der Gesamtverstärkung der Röhre vergleichbar, so können Unstabilität und ungünstige Reflexionseffekte wirksam vermindert werden.

Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß die Verteilung der Dämpfung längs des Verzögerungsweges sowohl auf die Ausgangsleistung als auch auf den Grad der Stabilität wesentlichen Einfluß hat, der sich unterschiedlich auswirken kann. Zum Beispiel ist bei gleichmäßiger Verteilung der Dämpfung, derart, ίο daß eine hohe Dämpfung je Längeneinheit auf einem verhältnismäßig kurzen, stromaufwärts gelegenen Teil des Verzögerungsweges besteht, die gleichzeitige Erzielung einer maximalen Ausgangsleistung und einer hohen Stabilität nicht möglich; es besteht insbesondere eine wesentliche Instabilität. Wenn die Dämpfung bei ziemlich hoher Dämpfungswirkung je Längeneinheit vom stromaufwärts gelegenen Ende ab auf den größeren Teil des Verzögerungsweges gleichmäßig verteilt wird, dann genügt die Verstärkungswirkung auf dem stromabwärts gelegenen dämpfungsfreien Ende des Verzögerungsweges nicht mehr, um eine hohe Ausgangsleistung zu liefern; zugleich ist die Erzielung einer hohen Stabilität in Frage gestellt. Für die Erzielung einer guten Ausgangsleistung und eines hohen Grades von Stabilität wäre es in dem zuletzt betrachteten Fall erforderlich, daß die Dämpfungswirkung je Längeneinheit klein ist; die Röhre müßte daher eine ungewöhnlich große Länge haben, was aber nicht erwünscht ist.

Es ist eine Wanderfeldröhren-Verstärkungsvorrichtung bekanntgeworden, bei welcher der den Elektronenstrahl umgebende Verzögerungsweg so ausgebildet ist, daß die Welle auf einem Teil dieses Weges einen Dämpfungsbereich mit ungleichmäßig verteilter Dämpfung passiert, in welchem die Dämpfung pro Längeneinheit an dem stromaufwärts gelegenen Ende wenigstens einige Male größer ist als an dem stromabwärts gelegenen Ende und an den sich ein dämpfungsfreier Teil anschließt. Der Dämpfungsbereich nimmt dabei einen Teil der stromaufwärts gelegenen Hälfte des Verzögerungsweges ein und setzt sich aus einem größeren Teil mit gleichmäßiger Verteilung und einem in Stromrichtung daran anschliessenden Teil mit abnehmender Verteilung der Dämpfung zusammen. Diese Dämpfungsverteilung mag günstiger sein als eine gleichmäßige Verteilung über einen gleich langen Dämpfungsbereich. Im wesentlichen werden aber die Verhältnisse hinsichtlich Wirkungsgrad und Stabilität nicht nennenswert abweichen. Die Erfindung will demgegenüber eine Wanderfeldröhren-Verstärkungsvorrichtung schaffen, bei der eine maximale Ausgangsleistung und ein maximaler Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Gewährleistung der Stabilität und der Vermeidung unerwünschter Reflexionseffekte bestehen. Die Erfindung macht hierfür von der ungleichmäßigen Verteilung der Dämpfung Gebrauch, wobei die Dämpfung pro Längeneinheit an dem stromaufwärts gelegenen Ende wenigstens einige Male größer ist als an dem stromabwärts gelegenen Ende; auch schließt sich an den Dämpfungsbereich ein dämpfungsfreier Teil an. Die Besonderheit der Erfindung liegt in einer neuartigen Verteilung der Dämpfung längs des Verzögerungsweges und besteht darin, daß die Dämpfung nach anfänglichem steilem Anstieg entweder alsbald kontinuierlich auf den Nullwert zurückgeht oder nach kurzem Beibehalten dieses Maximalwertes mit ebenfalls steilem Abfall auf einen wesentlich geringeren Wert abfällt und daß der Dämpfungsbereich wenigstens halb so lang ist wie der Verzögerungsweg.

Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, daß mehrere nichtleitende, über die Länge des Verzögerungsweges reichende Stäbe den Verzögerungsweg, der z. B. aus einer langgestreckten Wendelbahn bestehen kann, tragen und daß die Dämpfungsbereiche durch Dämpfungsmaterial gebildet werden, welches auf die Stäbe an denjenigen Stellen, die mit dem Verzögerungsweg nicht in Berührung stehen, aufgebracht ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen:

Fig. ι veranschaulicht eine Wanderfeldröhre ohne Darstellung der Signal-Eingangs- und -Ausgangskreise und der verschiedenen Anschlußmittel;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Röhre nach Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Röhre nach Fig. 1 mit Darstellung der Eingangs- und Ausgangskreise, der Bündelungsmittel und der verschiedenen Anschlüsse;

Fig. 4 zeigt die Wendeltragstäbe der Röhre nach Fig. ι unter schematischer Darstellung einer der erfindungsgemäßen Möglichkeiten für die Dämpfungsverteilung;

Fig. 5 A und 5 B sind Schaubilder, welche unter Berücksichtigung der Dämpfungsverteilung die bestehenden Verhältnisse veranschaulichen.

Fig. ι und 3 zeigen den an sich bekannten Aufbau einer Wanderfeldröhre, bei der sich, ausgehend von dem Sockel 1, an die Elektronenquelle 2 eine wendelförmige Verzögerungsleitung 3, die von Tragstäben 4 gestützt wird, und eine Sammelelektrode 5 anschließen. Zur magnetischen Strahlkonzentration ist eine Ringspule 6 vorgesehen. Am Anfang und Ende der Verzögerungsleitung 3 sind je ein Hohlleiter 7 bzw. 8 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß die erste Windung der Verzögerungsleitung 3 in die Mitte des Hohlleiters 7 und die letzte Windung der Verzögerungsleitung 3 in die Mitte des Hohlleiters 8 zu liegen kommt. Die übrigen gezeigten Einzelheiten, wie Abschirmmittel, Spannungsquellen usw., entsprechen üblichen Anordnungen; eine nähere Erläuterung erscheint deshalb nicht erforderlich.

Fig. 2 veranschaulicht die zweckmäßige Halterung der Verzögerungsleitung 3 mittels der Tragstäbe 4, wobei die Tragstäbe 4 im Abstand von go° voneinander außerhalb der Verzögerungsleitung 3 angeordnet sind.

Die Tragstäbe 4 sind in Fig. 4 im wesentlichen maßstabgetreu wiedergegeben. Sie sind in kurzen Rohren 9 und 10 gelagert, die gleichzeitig die Ankopphmgsstreifen 11 und 12 tragen. Die Stäbe 4 dienen gleichzeitig als Träger der Dämpfung. An einen im wesentlichen dämpfungsfreien Abschnitt 13 schließen sich ein Abschnitt 14 mit hoher Dämpfung, in Abschnitt 15 mit geringer Dämpfung und schließ-

Hch ein im wesentlichen dämpfungsfreier Abschnitt 16 an.

Die beiden bevorzugten Dämpfungsverteilungen sind in Fig. 5 A und 5 B veranschaulicht, dabei entspricht Fig. 5 A der in Fig. 4 schematisch gezeigten Verteilung. In beiden Fig. 5 A und 5 B stellt die Kurve A die Dämpfung pro Längeneinheit in Dezibel dar, und zwar in Abhängigkeit von der längs der Röhre gemessenen Entfernung von dem Eingangskreis; die Kurve B gibt den Signalübertragungspegel in Dezibel an, und zwar in Abhängigkeit von dem gleichen Abstand. Die Koordinaten beider Figuren sind linear unterteilt und beginnen mit Null. Es werden kurze Abschnitte von im wesentlichen verlustlosen Kreisen an beiden Enden der Röhre belassen, und die Dämpfung wird zwischen diesen Abschnitten so verteilt, daß die Dämpfung pro Längeneinheit in der Nähe des Eingangs- oder stromaufwärts gelegenen Endes wenigstens einige Male größer ist als die Dämp-

ao fung in der Nähe des Ausgangs- oder stromabwärts gelegenen Endes.

Für die Herrichtung des mittleren Abschnittes mit verteiltem Verlustmaterial schließt sich, entsprechend Fig. 5 A, an einen verhältnismäßig kurzen Abschnitt

as mit sehr hoher Dämpfung pro Längeneinheit ein verhältnismäßig langer Abschnitt mit nur mäßiger Dämpfung pro Längeneinheit an. Die hohe Dämpfung pro Längeneinheit ist wenigstens einige Male so groß wie die niedrige Dämpfung pro Längeneinheit, und die dargestellte Verteilung zeigt die Ausführung für maximale Verstärkung bei gegebener Länge in Verbindung mit maximaler Ausgangsleistung und größtem Wirkungsgrad. Die hohe Dämpfung pro Längeneinheit kann beispielsweise 12 db pro cm betragen, während die niedrige Dämpfung pro Längeneinheit 1,2 db pro cm ausmachen kann.

Bei der in Fig. 5 B gezeigten Ausführung ist die Dämpfung pro Längeneinheit in der Nähe des Eingangsendes des mit Verlust ausgestatteten Abschnittes am größten und nimmt allmählich ab, bis am Ausgangsende im wesentlichen der Wert Null erreicht ist. Diese Verteilung entspricht der Ausführung für größte Stabilität und Freiheit von unerwünschten Schweinwiderstandseffekten in Verbindung mit maximaler Ausgangsleistung und größtem Wirkungsgrad. Die maximalen Dämpfungen pro Längeneinheit können in der Größenordnung von 4 db pro cm liegen. Bei beiden Ausführungen ist die Gesamtdämpfung über die Länge des Wanderfeldkreises der Größe nach vergleichbar mit der Restverstärkung der Röhre oder größer als letztere.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wanderfeldröhren-Verstärkungsvorrichtung mit einem den Elektronenstrahl umgebenden Verzögerungsweg, der so ausgebildet ist, daß die Welle auf einem Teil dieses Weges einen Dämpfungsbereich mit ungleichmäßig verteilter Dämpfung passiert, in welchem die Dämpfung pro Längeneinheit an dem stromaufwärts gelegenen Ende wenigstens einige Male größer ist als an dem stromabwärts gelegenen Ende und an den sich ein dämpfungsfreier Teil anschließt, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dämpfung nach anfänglichem steilem Anstieg entweder alsbald kontinuierlich auf den Nullwert zurückgeht oder nach kurzem Beibehalten dieses Maximalwertes mit ebenfalls steilem Abfall auf einen wesentlich geringeren Wert abfällt und daß der Dämpfungsbereich wenigstens halb so lang ist wie die Wendel.

2. Verstärkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nicht leitende, über die Länge des Verzögerungsweges reichende Stäbe den Verzögerungsweg, z. B. eine langgestreckte Wendelbahn, tragen und daß die Dämpfungsbereiche durch Dämpfungsmaterial gebildet werden, welches auf die Stäbe an denjenigen Stellen, die mit dem Verzögerungsweg nicht in Berührung stehen, aufgebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 951 204, 958 309, 554;
Zeitschrift »Electronics«, Juni 1950, S. 100 bis 103.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 970 660.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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