DE814490C

DE814490C - Electronic amplifier

Info

Publication number: DE814490C
Application number: DEP50027D
Authority: DE
Inventors: John Robinson Pierce
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1948-12-10
Filing date: 1949-07-25
Publication date: 1951-09-24
Also published as: US2707759A; BE491242A; CH276573A; GB701034A; FR992048A

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. SEPTEMBER 1951ISSUED SEPTEMBER 24, 1951

p 5002/ VIII c I 3i g Dp 5002 / VIII c I 3i g D

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Elektronischer VerstärkerElectronic amplifier

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzröhrenverstärker, insbesondere solche von dem Wanderwellentyp, wobei ein verhältnismäßig langer Elektronenstrahl längs eines elektrischen Wellenübertragungskreises geschickt wird, und zwar in solcher Nähe, daß er mit demselben gekoppelt wird.The present invention relates to high frequency tube amplifiers, especially those of the traveling wave type, with a relatively long electron beam along an electric Wave transmission circuit is sent, in such close proximity that it is coupled with the same will.

Das allgemeine Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Elektronenstrahltyp von Verstärkern mit fortschreitender Welle zu schaffen.The general object of the invention is to provide an improved electron beam type of amplifier to create as the wave progresses.

Ein damit verbundenes Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Bündelung des Elektronenstrahls bei Wanderwellenverstärkern dieser Art.A related object of the invention is to provide improved bundling of the electron beam in traveling wave amplifiers of this type.

Ein anderes Ziel bezieht sich auf die Verringerung der unerwünschten Geräuschkomponenten in dem Ausgangssignal solcher Einrichtungen.Another goal relates to reducing the unwanted noise components in the output of such devices.

Ein anderes Ziel besteht in der Schaffung von Verstärkern, die Elektronenstrahlen für große Ströme aufweisen, wobei die Maßnahme der Geräuschminderung Anwendung findet.Another goal is to create amplifiers that can use electron beams for large Have currents, the measure of noise reduction being applied.

Ein anderes Ziel besteht in der Schaffung einfacher Kopplungsmittel zwischen Elementen des Verstärkerrohres in dem äußeren Hochfrequenzübertragungskreis. Another aim is to provide simple means of coupling between elements of the Amplifier tube in the external high frequency transmission circuit.

Es sind bereits verschiedene Formen von· Hochfrequenzverstärkerröhren vom Wanderwellentyp vorgeschlagen worden, bei denen langgestreckte Elek-There are already various forms of high frequency amplifier tubes have been proposed by the traveling wave type, in which elongated elec-

tronenstrahlen und Wellenkreise, die miteinander gekoppelt sind, Anwendung finden. Bei solchen Vorrichtungen bestehen von Natur aus recht ernsthafte mechanische und elektrische Erfordernisse. Die Länge des Strahls und des Wellenkreises und das Erfordernis, eine geeignete Kopplung zwischen diesen beiden aufrechtzuerhalten, erfordern eine genaue Ausrichtung der Rohrelemente, und wegen der Nähe des Strahls und des Kreises ist es wichtig, daßelectron beams and wave circles, which are coupled with one another, are used. In such By their very nature, devices have quite severe mechanical and electrical requirements. The length of the beam and the wave circle and the need to have a suitable coupling between Maintaining these two requires precise alignment of the pipe elements, and because of the Proximity of the ray and the circle it is important that

ίο der Strahl gut gebündelt bleibt. Um außerdem in wirksamer Weise durch Energieübertragung von dem Elektronenstrahl zu der elektrischen Welle eine Verstärkung zu erhalten, ist es erwünscht, einen hohen Strom führenden Elektronenstrahl zu haben, der so vollständig wie nur möglich mit dem elektrischen Wellenkreis gekoppelt ist. Es ist auch festgestellt worden, daß besonders in langen Strahlrohren störendes elektrisches Geräusch in dem Ausgangskreis auftreten kann, das anscheinend auf die Anzapfung positiver Ionen entlang des Elektronenstrahls zurückzuführen ist, wo durch die elektrische Raumladung eine Potentialsenkung geschaffen wird. Dies macht es wünschenswert, diese Ionen aus dem Elektronenstrom zu entfernen und auf diese Weise ihre Ansammlung bis zu einem störenden Ausmaß zu verhindern.ίο the beam remains well focused. To also use effectively by transferring energy from the electron beam to the electric wave To obtain amplification, it is desirable to supply a high current carrying electron beam which is coupled as completely as possible with the electrical wave circuit. It is also it has been found that, especially in long radiant tubes, disturbing electrical noise in the output circuit can occur, apparently due to the tapping of positive ions along the electron beam can be traced back to where a potential reduction is created by the electric space charge. This makes it desirable to remove these ions from the electron stream and in this way prevent their accumulation to a disruptive extent.

Den obenerwähnten Erfordernissen wird dadurch Rechnung getragen und die damit verbundenen Schwierigkeiten erfindungsgemäß in der Weise behoben, daß Elektroden vorgesehen sind, welche in der Nähe des Elektronenstroms elektrische Gleichstromquerfelder erzeugen, um den Strom zu bündeln und die positiven Ionen abzulenken, und daß rohrförmige Elektronenstrahlen angewendet werden, die konzentrisch zu den den Hochfrequenzwellenübertragungsweg durch das Rohr bildenden Wendeln verlaufen, um hohen Strahlstrom mit enger Kopplung gegenüber den Wendeln zu erhalten, und daß eine unmittelbare Verbindung zwischen den Rohrwendeln und einer äußeren koaxialen oder ausgeglichenen Übertragungsleitung geschaffen wird, um einfache Kopplungsmittel sicherzustellen.The above-mentioned requirements are thereby taken into account and the associated ones Difficulties solved according to the invention in such a way that electrodes are provided which in generate electrical direct current transverse fields in the vicinity of the electron flow in order to concentrate the current and to deflect the positive ions and that tubular electron beams are applied which concentric with the coils forming the high frequency wave transmission path through the pipe run to obtain high beam current with close coupling to the coils, and that a direct connection between the coiled tubing and an outer coaxial or balanced Transmission line is created to ensure simple coupling means.

Die Erfindung ist einschließlich ihrer Ziele und Vorteile in der folgenden Beschreibung ausführ-1 icher erläutert, und zwar in Verbindung mit der Zeichnung.The invention, including its objects and advantages, is set forth in the following description icher explained, in conjunction with the drawing.

Fig. ι zeigt ein Schaubild eines Wanderwellenverstärkerrohres nebst zugehörigem Kreis, die früheren Ausführungsformen ähnlich sind, und zwar insoweit, als ein gedrängter Elektronenstrom entlang der Achse einer Einzelwendel geworfen wird und als äußere Kreise vom Wellenführungstyp Anwendung finden.Fig. Ι shows a diagram of a traveling wave amplifier tube together with the associated circle, which are similar to earlier embodiments, to the extent that a stream of electrons is crowded is thrown along the axis of a single helix and as outer circles of the wave guide type Find application.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer einzelnen zulaufenden Wendel, entlang deren Außenfläche ein rohrförmiger Elektronenstrom fließt. Ein elektrischer Schirm umgibt den Elektronenstrom, und die Wendel ist unmittelbar an koaxiale, äußere Kreise angeschlossen.Figure 2 shows an embodiment of the invention with a single tapered helix, along the outer surface of which flows a tubular electron stream. An electrical screen surrounds the Electron flow, and the filament is directly connected to coaxial, outer circles.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher zwei konzentrische Wendeln, die unmittelbar an ausgeglichene, äußere Kreise angeschlossen sind, benutzt werden, und ein rohrförmi- , ger Elektronenstrom wird konzentrisch mit und zwischen den beiden Wendeln, die auf unterschiedlichem Gleichstrompotential gehalten werden, geworfen. Fig. 3 illustrates an embodiment in which two concentric coils that immediately are connected to balanced, outer circles, and a tubular, ger electron flow is concentric with and between the two filaments, which are on different DC potential are held, thrown.

Um auf die Zeichnungen näher einzugehen, so zeigen diese alle die Rohre und Kreise in gebrochener Darstellung der Mittelteile, so daß die Elemente in genügend großem Maßstab gezeigt werden können, ohne daß die Längsmaße die verfügbare Zeichnungslänge überschreiten. Wenn typische Rohre bei dem benutzten Maßstab in ihrer ganzen Länge dargestellt würden, so nähmen sie etwa die zweifache Länge der verfügbaren Zeichenfläche ein. In Fig. ι ist die evakuierte Hülle des Verstärkerrohres, das aus Glas oder anderem geeignetem Material bestehen kann, mit dem Bezugzeichen 1 bezeichnet. In dieser Hülle liegen die Rohr- und 8<5 Kreiselemente. Die Kathode ist auf der Fläche 3 mit einer Emissionsschicht versehen, die mittels der Heizvorrichtung 4 erhitzt wird. Die den Elektronenstrahl formende Elektrode 6 ist mit Bezug auf die Kathode so bemessen und angeordnet, daß sie die Elektronen auf parallelen Bahnen in Richtung auf den Elektronensammler 19 ausrichtet. Mit 7 ist eine Elektronenbeschleunigungselektrode bezeichnet, welcher ein Gitter 8 zugeordnet ist. Die Wendel 10 aus leitendem Material bildet den Hochfrequenzwellenübertragungsweg durch das Rohr und ist so bemessen, daß die Phasengeschwindigkeit der Welle längs der Achse der Wendel im wesentlichen gleich ist der Geschwindigkeit des Elektronenstroms, der längs der Achse fließt. Keramische Stäbe 11 stützen die Wendel 10 und richten dieselbe genau aus; an ihren Enden sind sie in Ausschnitte der Metallringe 13 und 14 eingepaßt. Die Metallhülle oder der Schirm 12, welcher die Wendel 10 umgibt und zwischen der Hülle 1 und den Stäben liegt, wird auf einem gegenüber der Wendelspannung negativen Potential gehalten, damit ein Feld entsteht, welches in die Wendel eindringt und das Bestreben hat, den Elektronenstrahl zu konzentrieren und gleichzeitig die positiven Ionen zwischen den Windungen der Wendel zu dem Schirm zu treiben, wo sie gesammelt und neutralisiert werden. Der Ring 13 schließt das Eingangsende der Wendel 10 ab und überbrückt die elektrische Welle von dem Eingangsende der Wendel zu der Eingangswellenführung 17. Der Ring 14 schließt das Ausgangsende der Wendel 10 ab und ' überbrückt die elektrische Welle vom Ausgangsende der Wendel zur Ausgangswellenführung 18. Das Verbindungsstück 15 zwischen dem Eingangsende der Wendel 10 und dem Ring 13 koppelt das Eingangsende der Wendel an die Eingangswellen'-führung 17. Das Verbindungsstück 16 zwischen dem Ausgangsende der Wendel 10 und dem Ring 14 koppelt das Ausgangsende der Wendel an die Ausgangswellenführung 18. 19 bezeichnet einen Elektronensammler, welcher die Bahn des Elektronenstroms abschließt. Die Potentialquelle 5 dient dazu, die Kathodenheizung mit Energie zu versorgen, während die Quelle 9 die Potentialdifferenzen zwischen der Kathode und dem Elektronenbeschleuniger 7, dem Schirm 12, dem Sammler 19 und derTo go into the drawings in more detail, they all show the tubes and circles in broken lines Representation of the middle parts so that the elements are shown on a sufficiently large scale without the longitudinal dimensions exceeding the available drawing length. If typical If pipes were shown in their entire length at the scale used, they would take the twice the length of the available drawing area. In Fig. Ι is the evacuated shell of the booster tube, which can consist of glass or other suitable material, with the reference number 1 designated. The pipe and 8 <5 are located in this envelope Circle elements. The cathode is provided on the surface 3 with an emission layer, which by means of the Heating device 4 is heated. The electron beam shaping electrode 6 is shown with reference to FIG Cathode sized and arranged so that it carries the electrons on parallel orbits towards it aligns the electron collector 19. With 7 an electron accelerating electrode is designated, to which a grid 8 is assigned. The coil 10 made of conductive material forms the high frequency wave transmission path through the tube and is dimensioned so that the phase velocity of the shaft along the axis of the helix is substantially the same is the speed of the electron stream flowing along the axis. Support ceramic rods 11 the coil 10 and align the same precisely; at their ends they are in sections of the metal rings 13 and 14 fitted. The metal shell or screen 12 surrounding the coil 10 and between the sheath 1 and the rods is on a negative with respect to the coil voltage Potential held so that a field is created which penetrates the helix and strives to Concentrate the electron beam while keeping the positive ions between the turns of the To drive coils to the screen, where they are collected and neutralized. The ring 13 closes that Input end of the coil 10 and bridges the electrical wave from the input end of the coil to the input shaft guide 17. The ring 14 closes the output end of the helix 10 and ' bridges the electrical wave from the output end of the helix to the output shaft guide 18. The connector 15 between the input end of the helix 10 and the ring 13 couples the Input end of the helix to the input shaft guide 17. The connector 16 between the exit end of the helix 10 and the ring 14 couples the output end of the helix to the output shaft guide 18. 19 denotes an electron collector, which completes the path of the electron stream. The potential source 5 is used to to supply the cathode heating with energy, while the source 9 the potential differences between the cathode and the electron accelerator 7, the screen 12, the collector 19 and the

Wendel ίο liefert, und zwar mittels der dargestellten Zuführungen, von denen die Zuführung 20 die Verbindung zur Wendel 10 über den Ring 14 und das Verbindungsglied 16 herstellt. Mit 21 ist Ausgleich- oder Verlustmaterial bezeichnet, welches die Fähigkeit hat, Hochfrequenzenergie zu absorbieren. Dieses Material wird auf den keramischen Stäben niedergeschlagen, und zwar lediglich auf deren nach einwärts weisender Fläche und nicht auf den Flächen, die mit der Hülle 12 in Berührung stehen, so daß die Wendel 10 mit der Hülle auf Grund einer Leitung durch das Ausgleich- oder Verlustmaterial nicht kurzgeschlossen wird. Dieses Verlustmaterial sorgt für eine gewisse Dämpfung der Hochfrequenzwelle in dem Wellenübertragungskreis, längs welchem der Elektronenstrom die Wellenenergie verstärkt, was in einem Wellenverstärker dieser Art wichtig ist. Das Solenoid 24, welches von irgendeiner Gleichstromquelle, z. B. einer Batterie 25, gespeist sein kann, dient zur Schaffung eines axialen, magnetischen Konzentrierfeldes über die ganze Länge des Elektronenstroms. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß das gesamte leitende Material, welches für den Aufbau des Rohres verwendet wird, nichtmagnetisch sein muß.Wendel ίο delivers, namely by means of the illustrated Feeds, of which the feed 20 connects to the helix 10 via the ring 14 and the connecting link 16 produces. At 21 is compensation or waste material which has the ability to absorb radio frequency energy. This material is deposited on the ceramic rods, and only after them inwardly facing surface and not on the surfaces that are in contact with the shell 12, so that the coil 10 with the sheath due to a conduction through the compensation or loss material is not short-circuited. This loss material provides a certain attenuation of the high frequency wave in the wave transmission circuit along which the electron flow amplifies the wave energy, what is important in a wave amplifier of this type. The solenoid 24, which of any DC power source, e.g. B. a battery 25, can be fed, is used to create an axial, magnetic concentration field over the entire length of the electron stream. In this context Note that all of the conductive material used to build the tube must be non-magnetic.

Beim Betrieb der soeben beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 1 tritt die zu verstärkende Welle durch den Wellenführungsteil 17 ein, wird an das Eingangsende der Wendel 10 übertragen, und zwar durch den Kopplungsverbinder 15, der in dem Feld der Wellenführung liegt, wird dann längs der Wendel zum Kopplungsverbinder 16 am Ausgangsende der Wendel geleitet und durch diesen auf die Ausgangswellenführung 18 übertragen. Der von der Kathodenfläche 3 ausgehende Elektronenstrom fließt längs der Achse der Wendel zu dem Sammler 19. Die Wendel bildet einen Wellenübertragungsweg, der mehrere Wellenlängen lang ist (in einem typischen Fall entspricht er 40 Wellenlängen). Die Geschwindigkeit der Hochfrequenzwelle längs der Achse der Wendel ist geringer als die Geschwindigkeit längs des Wendeldrahtes; das hängt von dem Radius der Wendel und der Ganghöhe der Windung ab; die axiale Geschwindigkeit ist angenähert gleich der Geschwindigkeit längs dem Draht, geteilt durch den Umfang der Wendel in Zentimeter und der Windungszahl je Zentimeter. Somit kann die Wendel so bemessen werden, daß die Geschwindigkeit der Welle längs der Achse der Wendel verringert wird und der Geschwindigkeit des Elektronenstroms nahekommt, der längs dieser Achse fließt; eine solche Geschwindigkeit ist notwendig, um eine Verstärkung der Welle zu ermöglichen. Die endgültige Einstellung der Elektronenstromgeschwindigkeit kann durch Einstellung der Elektronenbeschleunigungsspannung vorgenommen werden.When the embodiment of FIG. 1 just described is operated, the one to be reinforced occurs Wave through the wave guide part 17, is transmitted to the input end of the helix 10, namely through the coupling connector 15, which lies in the field of the wave guide, is then longitudinal the helix to the coupling connector 16 at the output end guided by the helix and transmitted through it to the output shaft guide 18. The from The electron current emanating from the cathode surface 3 flows along the axis of the filament to the collector 19. The helix forms a wave transmission path that is several wavelengths long (in one typically it corresponds to 40 wavelengths). The speed of the high frequency wave along the The axis of the helix is less than the speed along the helix wire; that depends on that The radius of the helix and the pitch of the winding; the axial speed is approximately the same the speed along the wire divided by the circumference of the helix in centimeters and the Number of turns per centimeter. Thus, the helix can be dimensioned so that the speed of the shaft along the axis of the helix and the speed of the electron flow that flows along this axis; such a speed is necessary to gain reinforcement to enable the shaft. The final setting of the electron flow velocity can be made by adjusting the electron acceleration voltage.

Wenn das Rohr eingestellt und in Betrieb genommen ist, so besteht eine gegenseitige Wirkung zwischen dem Hochfrequenzfeld der Wendel und dem Elektronenstrom, so daß die Eingangshochfrequenzwelle, die an die Wendel 10 angelegt wird, eine ähnliche Welle in dem Elektronenstrom induziert, welche längs des Stroms zunimmt und Hochfrequenzenergie von dem Strom auf die elektrische Welle überträgt, die längs der Wendel zu der Ausgangswellenführung 18 wandert. Somit wird die elektrische Welle bei deren Durchgang zwischen der Eingangsführung 17 und der Ausgangsführung 18 verstärkt. Um in wirksamer Weise die erforderliche Zusammenwirkung zwischen dem Hochfrequenzfeld der Wendel und dem Elektronenstrom zu erhalten, ist es erwünscht, daß die Strahlkonzentration gut aufrechterhalten wird, so daß der Strom nahe an der Wendel vorbeigeht, ohne daß eine übermäßige Zahl von Elektronen die Wendel streift. Um die Aufrechterhaltung der Strahlbündelung zu unterstützen, ist der bereits erwähnte Mantel 12 vorgesehen. Dieser Mantel liegt innerhalb der Rohrhülle. Er umschließt in koaxialer Anordnung die Wendel 10 und die darin liegende Bahn des Elektronenstroms. Die Wendel ist von dem Mantel mittels der isolierenden Stützstäbe 11 getrennt, welche eng an der Innenseite des Mantels und an der Außenseite der Wendel anliegen und die Lage der Wendel in dem Rohr und gegenüber dem Elektronenstrom sichern. Der Mantel 12 ist an die Spannungsquelle 9 über die Zuführung 23 angeschlossen in der Weise, daß sein Potential unter demjenigen der Wendel 10 gehalten wird. Die Wendel 10 ist, wie dargestellt, an einem Punkt höheren Potentials der Quelle 9 angeschlossen, und zwar durch die Zuführung 20, den Ring 14 und das Verbindungsstück 16. Auf Grund der Spannungsdifferenz zwischen Mantel 12 und Wendel 10 wird in der Nähe des Wendelleiters, zwischen den Windüngen und im Innern der Wendel, ein elektrisches Feld geschaffen, welches das Bestreben hat, den Elektronenstrom zu konzentrieren und auf diese Weise eine Streuung des Strahls und eine übermäßige Ansammlung von Elektronen durch den Wendelleiter zu verhindern.When the pipe is set up and put into operation, there is a mutual effect between the high frequency field of the filament and the electron flow, so that the input high frequency wave, applied to the filament 10 induces a similar wave in the electron stream, which increases along the current and high frequency energy from the current to the electrical Wave that travels along the helix to the output shaft guide 18. Thus the electric wave as it passes between the input guide 17 and the output guide 18 reinforced. To effectively achieve the required interaction between the high frequency field the filament and the electron flow, it is desirable that the beam concentration is well maintained so that the current passes close to the filament without excessive Number of electrons brushing the filament. To maintain beam focusing too support, the aforementioned jacket 12 is provided. This jacket lies within the pipe envelope. In a coaxial arrangement, it encloses the helix 10 and the path of the electron stream lying therein. The coil is separated from the jacket by means of the insulating support rods 11, which fit closely on the inside of the jacket and on the outside of the helix and the location secure the coil in the tube and against the flow of electrons. The jacket 12 is to the Voltage source 9 connected via feed 23 in such a way that its potential is below that of the helix 10 is held. As shown, the helix 10 is higher at one point Potential of the source 9 connected, through the feed 20, the ring 14 and the connector 16. Due to the voltage difference between jacket 12 and filament 10, in near the helical conductor, between the turns and inside the helix, an electrical one Field created, which has the tendency to concentrate the electron flow and on this Way a scattering of the beam and an excessive accumulation of electrons by the To prevent helical conductors.

Der Mantel 12, der auf einem niedrigeren Potential als die Wendel 10 gehalten wird, hat außer der Schaffung einer Konzentrationswirkung auf den Elektronenstrom noch eine andere wichtige Aufgäbe: Das geschaffene elektrische Feldgebilde, welches radial gerichtete Komponenten quer zur Richtung des Elektronenstrahls aufweist, hat das Bestreben, positive Ionen aus dem Strahl und zwischen den Windungen der Wendel zum Mantel herauszutreiben, wo sie gesammelt werden. Das führt zur Verhinderung einer Ansammlung von Ionen in dem Elektronenstrom in solchem Ausmaß, bei welchem Geräuschschwingungen auftreten können. Auf diese Weise wird Geräuschstrom am Ausgang des Rohrs, der aus dem Elektronenstrahl hervorgeht, verringert. The jacket 12, which is held at a lower potential than the coil 10, also has the Creating a concentration effect on the electron flow still another important task: The created electric field structure, which radially directed components transverse to the direction of the electron beam has the tendency to get positive ions out of the beam and between to drive out the turns of the coil to the mantle, where they are collected. That leads to Preventing the accumulation of ions in the electron stream to such an extent that Noise vibrations can occur. In this way, noise flow at the outlet of the pipe, which emerges from the electron beam is reduced.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die von Fig. 1 darin grundsätzlich abweicht, daß der Elektronenstrom rohrförmig ist und iao längs der Außenseite der Wendel anstatt längs der Wendelachse, wie in Fig. 1, geworfen wird. Es bestehen jedoch noch andere Unterschiede in dem Aufbau und der Kreisgestaltung nach Fig. 2.FIG. 2 illustrates an embodiment of the invention which fundamentally differs from FIG. 1 in that that the electron flow is tubular and generally along the outside of the filament instead of along the Helical axis, as in Fig. 1, is thrown. There are however, there are still other differences in the structure and the circular configuration according to FIG. 2.

InFig.2 besteht die mit3i bezeichnete evakuierte 1*5 Hülle des Rohrs aus nichtmagnetischem, leitendemIn Fig. 2 there is the evacuated 1 * 5 marked 3i Sheath of the tube made of non-magnetic, conductive

Material, ζ. Β. Kupfer, Bronze, Aluminium oder Molybdän. Sie ist vakuumdicht, und die erforderlichen Zuführungen sind durch Glas oder keramische Isolierschmelzstellen eingeführt, wie bei 37, 44 und $2 gezeigt. Die Abdichtungen 37 sind an Metallaugen 36 angebracht. 32 bezeichnet die ringförmige Kathode, die eine Rille für die Aufnahme der Emissionsschicht 33 aufweist, welche mittels der Heizvorrichtung 34 erhitzt werden kann. Die Heizvorrichtung 34 wird von der Batterie 5 gespeist. Die Kathode 32 mit ihrer Emissionsschicht 33 bildet einen rohrförmigen Elektronenstrahl, der zwischen der Wendel 40 und dem Schirm 56 liegt, wie durch die gebrochenen Linien, die von der Kathode aus nach rechts verlaufen, dargestellt ist. Die in dem Strahl enthaltenen Elektronen werden von der leitenden Hülle 31 am Ausgangsende des Rohres aufgefangenes kann jedoch auch eine besondere Sammlerelektrode vorgesehen sein, wenn das erwünscht ist. Die Wendel ist auf einem Stützglied 39 aufgewickelt, das aus keramischem oder ähnlichem Isoliermaterial bestehen kann. Die Wendel ist auf dem größten Teil ihrer Länge so gewickelt, daß sie eine axiale Wellengeschwindigkeit ergibt, die angenähert gleich ist der Geschwindigkeit des Elektronenstroms, wie in Verbindung mit Fig. 1 auseinandergesetzt worden ist; die Enden können jedoch im Durchmesser abnehmen, wie die Zeichnung erkennen läßt, und gewünschtenfalls kann auch die Ganghöhe der Windung kleiner werden, um eine Impedanzanpassung gegenüber den koaxialen Leitungen am Eingang und Ausgang zu schaffen. Wie verständlich ist, können alternative Eingangs- und Ausgangswellenführungen in der in Fig. 1 gezeigten Kopplung an Stelle der koaxialen Leiter und der zulaufenden Wendel gemäß Fig. 2 verwendet werden. Nahe der Mitte der Wendel ist auf dem Isolierstützglied 39 Ausgleich- oder Verlustmaterial 41 aufgebracht. Dasselbe bewirkt eine Hochfrequenzdämpfung in dem Wellenübertragungskreis, um rückwärtige Übertragung und Rückkopplung zu verhindern und um die Anpassung der Eingangs- und Ausgangsimpedanzen zu erleichtern. 42, 43 und 44 bezeichnen den inneren Leiter, den äußeren Leiter bzw. die aus Keramik oder Glas bestehende Isolierdichtung der koaxialen, vakuumdichten Eingangszuführung zur Wendel. 45 und 46 bezeichnen die koaxiale Signaleingangsleitung. 47 ist eine Hochfrequenzdrossel, um- eine Verbindung hoher Impedanz zwischen der Wendel und der Batterie 49 zu schaffen. 48 ist ein Überbrückungskondensator. 50, 51 und 52 bezeichnen den inneren Leiter, den äußeren Leiter und die aus Keramik oder Glas bestehende Isolierabdichtung der koaxialen, vakuumdichten Ausgangsableitung von der Wendel. 58 und 59 bezeichnen die koaxiale Signalausgangsleitung. Eine den Elektronenstrom beschleunigende Spannung wird von der Batterie 49 geliefert, welche an die leitende Hülle 31 des Rohres und von hier durch die Drossel 47 an die Wendel 40 angeschlossen ist, wie bereits vorher erwähnt wurde. Die Batterie 49 liefert auch Spannung über die Leitung 57 an den Schirm 56; diese Spannung kann entweder oberhalb oder unterhalb derjenigen der Wendel liegen. Das Solenoid 24, welches von irgendeiner geeigneten Gleichstromquelle mit Energie versorgt wird, z. B. von der Batterie 25, dient dazu, ein axiales, magnetisches Konzentrationsfeld über die ganze Länge des Elektronenstroms zu erzeugen. Der rohrförmige Schirm 56 aus nichtmagnetischem, leitendem Material umgibt den Elektronenstrcm und wird auf einem Potential gehalten, welches von demjenigen der von dem Elektronenstrom umgebenen Wendel verschieden ist. Somit wird zwischen der Wendel und dem Schirm ein elektrisches Feld geschaffen, welches quer zur Richtung des Elektronenstroms verläuft und so wirkt, daß es positive Ionen vom Strom wegführt. Wenn der Schirm 56 mit Bezug auf die Wendel 40 positiv ist, so werden die von dem Elektronenstrom kommenden Ionen auf der Wendel gesammelt, während, wenn der Schirm 56 mit Bezug auf die Wendel 40 negativ ist, die Ionen auf dem Schirm gesammelt werden. Auf diese Weise wird die Ansammlung von Ionen im Strahl verhindert und der Geräuschstrom am Ausgang der Vorrichtung wie bei der Ausführungsform nach Fig. ι verringert.Material, ζ. Β. Copper, bronze, aluminum or molybdenum. It is vacuum tight and the required leads are inserted through glass or ceramic insulating fuses as shown at 37, 44 and $ 2 . The seals 37 are attached to metal eyes 36. 32 denotes the ring-shaped cathode which has a groove for receiving the emission layer 33, which can be heated by means of the heating device 34. The heating device 34 is fed by the battery 5. The cathode 32 with its emission layer 33 forms a tubular electron beam which lies between the helix 40 and the screen 56, as shown by the broken lines extending to the right from the cathode. The electrons contained in the beam are captured by the conductive sheath 31 at the exit end of the tube, but a special collector electrode can also be provided if so desired. The coil is wound on a support member 39, which can consist of ceramic or similar insulating material. The helix is wound over most of its length so that it gives an axial wave velocity which is approximately equal to the velocity of the electron flow, as has been discussed in connection with FIG. 1; however, the ends can decrease in diameter, as the drawing shows, and if desired the pitch of the winding can also be smaller in order to create an impedance match with respect to the coaxial lines at the input and output. As will be understood, alternative input and output shaft guides can be used in the coupling shown in FIG. 1 in place of the coaxial conductors and tapered helix shown in FIG. Compensating or lost material 41 is applied to the insulating support member 39 near the center of the helix. The same causes high frequency attenuation in the wave transmission circuit to prevent backward transmission and feedback and to facilitate matching of the input and output impedances. 42, 43 and 44 designate the inner conductor, the outer conductor or the insulating seal consisting of ceramic or glass of the coaxial, vacuum-tight inlet lead to the helix. 45 and 46 denote the coaxial signal input line. 47 is a high frequency choke to create a high impedance connection between the coil and the battery 49. 48 is a bypass capacitor. 50, 51 and 52 denote the inner conductor, the outer conductor and the insulating seal, made of ceramic or glass, of the coaxial, vacuum-tight output lead from the helix. 58 and 59 denote the coaxial signal output line. A voltage accelerating the electron flow is supplied by the battery 49, which is connected to the conductive sheath 31 of the tube and from here through the choke 47 to the coil 40, as already mentioned above. The battery 49 also supplies voltage to the screen 56 via line 57; this tension can be either above or below that of the coil. The solenoid 24, which is powered by any suitable direct current source, e.g. B. from the battery 25, serves to generate an axial, magnetic concentration field over the entire length of the electron stream. The tubular screen 56 made of non-magnetic, conductive material surrounds the electron stream and is held at a potential which is different from that of the filament surrounded by the electron stream. Thus, an electric field is created between the helix and the screen, which runs transversely to the direction of the electron flow and acts in such a way that it leads positive ions away from the current. When the screen 56 is positive with respect to the helix 40, the ions coming from the electron stream are collected on the helix, while when the screen 56 is negative with respect to the helix 40, the ions are collected on the screen. In this way, the accumulation of ions in the beam is prevented and the noise current at the output of the device is reduced, as in the embodiment according to FIG.

Die Ausführung nach Fig. 2 dient zur Verstärkung der elektrischen Wellen während der Wanderung entlang der Wendel, und zwar in der gleichen Weise, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist.The embodiment according to FIG. 2 serves to amplify the electrical waves during the migration along the helix, in the same way as in the embodiment of FIG Case is.

Die Ausführung nach Fig. 3 verwendet, ähnlich wie diejenige nach Fig. 2, einen hohlen Elektronenstrom. Der Strom liegt jedoch zwischen zwei koaxialen Wendeln, welche zusammen den elektrischen Wellenübertragungskreis bilden, und nicht zwischen einer Wendel und einem Schirm, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.The embodiment according to FIG. 3, similar to that according to FIG. 2, uses a hollow electron stream. However, the current lies between two coaxial coils, which together form the electrical Form wave transmission circuit, and not between a helix and a screen, as in Fig. 2 is shown.

In Fig. 3 ist mit 61 eine vakuumdichte, evakuierte Glashülle bezeichnet. Die Ringkathode 62 mit einer Emissionsschicht 63 ist so benutzt, daß ein rohrförmiger Strom erzeugt wird, der zwischen den beiden koaxialen Wendeln 66 und 67 bis zum Sammler 80 verläuft. Die Kathode wird mittels einer Heizvorrichtung 64 erhitzt, die ihre Energie von der Batterie 5 erhält. Die äußere Wendel 66 liegt an der inneren Fläche der Hülle 61 an und wird durch dieselbe gestützt. Die innere Wendel 67 ist auf den keramischen Träger 72 aufgewickelt, welcher an den Enden mittels der Stifte 81 und 82 getragen wird. Die ausgeglichene Signaleingangsleitung 68, 69 ist unmittelbar an die Eingangsenden der beiden Wendeln 66 und 67 angeschlossen, und die ausgeglichene Ausgangsleitung 70, 71 unmittelbar an die Ausgangsenden der beiden Wendeln. Ausgleich- oder Verlustmaterial 73 ist auf der inneren Oberfläche der Hülle 61 nahe der Mitte der Wendel 66 aufgebracht, und weiteres Verlustmaterial 74 ist auf dem keramischen Träger 72 in der Nähe der Mitte der Wendel 67 aufgetragen. Dieses Verlustmaterial besorgt die erwünschte Hochfrequenzdämpfung in dem Wellenübertragungskreis. Eine den Elektronenstrom beschleunigende Spannung wird von der Batterie 78 abgenommen, welche über die Drosselspulen 75 bzw. 76 an dieIn Fig. 3, 61 denotes a vacuum-tight, evacuated glass envelope. The ring cathode 62 with a Emission layer 63 is used to generate a tubular current flowing between the two coaxial spirals 66 and 67 to the collector 80. The cathode is by means of a heating device 64, which receives its energy from the battery 5. The outer coil 66 abuts and is supported by the inner surface of the sheath 61. The inner coil 67 is wound on the ceramic carrier 72, which at the ends by means of the pins 81 and 82 will be carried. The balanced signal input line 68, 69 is immediately at the input ends of the two coils 66 and 67, and the balanced output line 70, 71 directly to the exit ends of the two coils. Compensatory or loss material 73 is on the inner surface of the sheath 61 applied near the center of the coil 66, and other waste material 74 is applied to the ceramic carrier 72 near the center of the coil 67. This waste material provides the desired high frequency attenuation in the wave transmission circuit. A voltage accelerating the electron flow is taken from the battery 78, which via the choke coils 75 and 76 to the

Wendeln 66 und 67 angeschlossen ist und an den Klektronensammler 80. "]"] bezeichnet einen Hochfrequenzüberbrückungskondensator. Die beiden Wendeln werden auf unterschiedlichem Gleichstrompotential gehalten; j-ecle von ihnen kann das höhere Potential haben, wie es durch Anzapfanschluß an die Batterie 78 kenntlich gemacht ist. Bei unterschiedlichem Potential der Wendeln wird ein radiales elektrisches Feld quer zur Richtung des Elektronenstroms geschaffen, und zwar in dem Bereich des Elektronenstroms zwischen den beiden Wendeln. Dieses Feld hat das Bestreben, irgendwelche positiven Ionen in dem Strom in Richtung zu der Wendel mit dem niedrigeren Potential zu treiben, wo sie gesammelt werden; dadurch wird eine Ansammlung in dem Strom bis zu einem Ausmaß, wo Störschwingungen auftreten, verhindert. Das von einer Gleichstromquelle, z. B. der Batterie 2^ gespeiste Solenoid 24 bildet ein axiales, magnetisches Konzentrationsfeld längs der Bahn des Elektronenstroms. Coils 66 and 67 is connected and to the klektron collector 80. "]"] denotes a high-frequency bypass capacitor. The two coils are held at different direct current potentials; j-ecle of them may have the higher potential, as indicated by the tap connection to the battery 78. If the coils have different potentials, a radial electric field is created transversely to the direction of the electron flow, to be precise in the region of the electron flow between the two coils. This field tends to drive any positive ions in the current towards the lower potential filament where they will be collected; this prevents accumulation in the stream to the extent that spurious oscillations occur. The from a DC power source, e.g. B. the battery 2 ^ fed solenoid 24 forms an axial, magnetic concentration field along the path of the electron flow.

Die Wendeln sind so gewickelt, daß sie getrennt etwa die gleiche Phasengeschwindigkeit haben, wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist und die Phasengeschwindigkeiten angenähert gleich der Geschwindigkeit des Elektronenstroms sind. Aus diesem Grunde können, da die Durchmesser der Wendeln unterschiedlich sind, die Windungsabstände ganz verschieden sein, wenn sie auch der Einfachheit halber in Fig. 3 angenähert gleich groß dargestellt worden sind. Wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 empfängt die Hochfrequenzwelle unter diesen Bedingungen von dem Elektronenstrom Energie und wird bei der Wanderung längs den Wendeln verstärkt.The coils are wound so that they separately have approximately the same phase velocity as has been explained in connection with Fig. 1 and the phase velocities approximately equal to that Are the speed of the electron flow. For this reason, since the diameter of the Spirals are different, the distance between the turns can be completely different, even if they are also the For the sake of simplicity, they have been shown approximately the same size in FIG. As with the embodiments of FIGS. 1 and 2, the radio frequency wave receives under these conditions from the electron current energy and becomes with the migration Reinforced along the coils.

Alle langsamen elektromagnetischen Wellen haben sowohl longitudinale als auch transversale elektrische Feldkomponenten. Zuweilen kann entweder das longitudinale oder das transversale Feld längs einer Linie oder Ebene parallel zur Fortpflanzungsrichtung Null werden. Zum Beispiel besteht für die langsame Fortpflanzungsart kein transversales Feld an der Achse eines wendelförmig leitenden Bleches. Immer müssen in jeder senkrecht zur Fortptlanzungsrichtung verlaufenden Ebene sowohl longitudinale als auch transversale Feldkomponenten bestehen.All slow electromagnetic waves have both longitudinal and transverse ones electric field components. At times, either the longitudinal or the transverse field become zero along a line or plane parallel to the direction of propagation. For example there is for the slow mode of propagation no transverse field on the axis of a helical conductive sheet metal. Always have to run in each direction perpendicular to the direction of propagation Both longitudinal and transverse field components exist on the plane.

Wenn ein sehr kräftiges, longitudinales Magnetfeld in Verbindung mit einem Wanderwellenrohr benutzt wird, können die Ouerbewegungen der Elektronen so vermindert werden, daß sie nur noch von geringer Bedeutung sind. Bei schwachen Bündelungsfeldern aber kann die Querbewegung der Elektronen für die Verstärkung von Bedeutung sein. Die transversalen Felder können die Elektronen seitwärts zwingen und auf diese Weise die darauf einwirkenden longitudinalen Felder in solcher Weise verändern, daß sie von dem Elektronenstrom Energie abziehen. Dies steht in enger Analogie zu der Wirkung der longitudinalen Felder bei der Verlagerung von Elektronen nach vorwärts oder rückwärts in den Bereich eines stärkeren oder schwächeren longitudinalen Feldes.When a very strong, longitudinal magnetic field in connection with a traveling wave tube is used, the movements of the electrons can be so reduced that they are only from are of little importance. In the case of weak bundling fields, however, the transverse movement of the electrons be important for reinforcement. The transverse fields can move the electrons sideways force and in this way the longitudinal fields acting on it in such a way change so that they draw energy from the electron stream. This is in close analogy to that Effect of the longitudinal fields in the displacement of electrons forwards or backwards in the area of a stronger or weaker longitudinal field.

Die in Fig. 3 gezeigte Bauart mit Doppelwendel unterstützt sowohl eine longitudinale Welle, wobei das elektrische Feld mitten zwischen den Wendeln im wesentlichen longitudinal ist, als auch eine transversale Welle, wobei das elektrische Feld mitten zwischen den Wendeln im wesentlichen in der Querrichtung verläuft. Die beiden Wellen haben leicht unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten. Jede der Wellen kann für die Erzeugung einer Verstärkung benutzt werden. Wenn z. B. die transversale Welle verwendet werden soll, so sollte die Elektronengeschwindigkeit im wesentlichen gleich der Phasengeschwindigkeit der Querwelle gemacht werden, und die Kopplung an den Enden der Wendel sollte so gestaltet sein, daß eine wirksame Kopplung gegenüber der transversalen Welle besteht. Diese Einstellung läßt sich verwirklichen durch Veränderung der Ganghöhe einer der Wendeln nahe am Ende, indem Drahtlänge zugefügt oder weggenommen wird. Wenn z. B. die Kopplung anfänglich gut ist für die Erregung einer longitudinalen Welle, so wird die Zufügung oder Wegnahme von ungefähr einer halben Raumwellenlänge von Draht an dem Ende jeder Wendel die Kopplung für die transversale Welle günstig gestalten.The type shown in Fig. 3 with double helix supports both a longitudinal wave, wherein the electric field midway between the coils is essentially longitudinal as well as transverse Wave, with the electric field midway between the coils essentially in the transverse direction runs. The two waves have slightly different phase velocities. Each of the Waves can be used to create a reinforcement. If z. B. the transverse wave is to be used, the electron velocity should be substantially equal to the phase velocity of the cross shaft, and the coupling at the ends of the helix should be made be designed so that there is an effective coupling with respect to the transverse shaft. This setting can be realized by changing the pitch of one of the coils close to the end by Wire length is added or removed. If z. B. the coupling is initially good for the Excitation of a longitudinal wave becomes the addition or subtraction of about one half the space wavelength of wire at the end of each helix provides the coupling for the transverse Design the wave cheaply.

Es ist erwünscht, daß die Geschwindigkeitsunterschiede zwischen der longitudinalen und der transversalen Welle so groß wie möglich gemacht werden, so daß die gewünschte Welle eindeutig durch Einstellung der Elektronengeschwindigkeit gewählt werden kann. Für einen gegebenen Abstand der Wendeln wird der Unterschied in der Wellengeschwindigkeit größer sein, wenn die Wendeln in entgegengesetztem Sinne gewickelt werden, als wenn sie im gleichen Sinne gewickelt würden; deshalb sollten die Wendeln in entgegengesetztem Sinne gewickelt sein.It is desirable that the speed differences between the longitudinal and the transverse Wave can be made as big as possible so that the desired wave is clearly defined by setting the electron speed can be chosen. For a given distance the Coils, the difference in wave speed will be greater when the coils are in are wrapped in opposite directions as if they were wrapped in the same direction; for this reason the coils should be wound in opposite directions.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Traveling wave amplifier tube containing a cathode and an electron collector in an evacuated vessel, Means for generating a stream of electrons along an elongated path between the cathode and the collector and a propagation circle for high-frequency, electrical ones along and near the path Has waves, characterized by an consisting of electrically conductive material, itself laterally spaced member along the path and circle and a source of DC potential which is connected to the circuit and to the link in such a way that the latter are held at substantially different DC potentials.

2. amplifier tube according to claim 1, characterized in that the electrically conductive Existing member of the material is formed by a hollow cylinder extending over the length of the Path extends and outside the circle of propagation for high frequency electrical Waves lies.

3. amplifier tube according to claim 2, characterized in that the propagation circuit for

> High frequency electrical waves form a conductor

I in the form of an elongated helix, 'with the electron beam in the longitudinal direction and runs inside the helix.

4. amplifier tube according to claim 2, characterized in that the propagation circuit for high-frequency electrical waves having a conductor in the form of an elongated helix and the means for generating a stream of electrons are such that they are tubular Generate electron current that is in the longitudinal direction, coaxial with and outside of the Helix, but runs inside the hollow cylinder.

5. amplifier tube according to claim i, characterized characterized in that the propagation circuit for high frequency electrical waves in the form a first elongated helix is held and which is made of electrically conductive material

the standing link has a second elongated helix which is along the path and coaxial with and outside the first helix.

6. amplifier tube according to claim 5, characterized in that the electron flow

“5 producing means are of such a nature that they

generate a tubular electron beam that is longitudinally coaxial with and im Annular space runs between the two coils.

7. Amplifier tube according to one of the claims

3 to 6, characterized in that the elongated helix or the first elongated Helix tapers at both ends.

8. Amplifier tube according to one of the claims

2 or 3, characterized in that a plurality of insulating rods which the helix on Hold the hollow cylinder firmly and in a medium length at points facing away from the cylinder carry a precipitate of high frequency damping material.

9. Amplifier tube according to one of the claims

4 to 6, characterized in that the elongated helix or the first elongated Helix is wound on a holder made of insulating material, which in the region of its middle Length carries a precipitate of high-frequency damping material.

10. amplifier tube according to claim 6, characterized in that the second elongated Helix is supported on the inner surface of a hollow cylinder made of insulating material, which is in the Area of its middle length has a high-frequency damping precipitate.

11. Amplifier tube according to one of the claims

5, 6 or 10, characterized in that the conductors of the coils are located at their ends balanced transmission conductors are connected.

1 sheet of drawings

Q 1532 9. Q 1532 9.