Eines der faszinierendsten Dinge an Wanderfeldröhrenverstärkern ist ihre Funktionsweise. Sie bestehen aus einem Heizelement, einer Kathode und Beschleunigungselektroden, die ähnlich wie bei einer Kathodenstrahlröhre eine Elektronenkanone bilden, die einen Strom von Elektronen zum Kollektor schickt (Bild 1).
 
Bild 1. Prinzipieller Aufbau einer Wanderfeldröhre.


Dieser Strom wird durch ein externes Magnetfeld fokussiert, das normalerweise von Permanentmagneten erzeugt wird. Durch Modulation der Geschwindigkeit des Elektronenstroms durch das Signal im Antennenfenster verstärkt die Röhre das angelegte HF-Eingangssignal.
Da der Elektronenstrom viel langsamer ist als die „HF-Elektronen“, wird das HF-Signal durch einen spiralförmig gewickelten Draht, die sogenannte Helix, geleitet. Dadurch wird das HF-Signal auf die Geschwindigkeit des Elektronenstroms abgebremst.
Während sich die HF-Elektronen durch die Spirale bewegen, modulieren sie die Geschwindigkeit des Elektronenstroms, da die gleichphasigen Elektronen schneller und die gegenphasigen Elektronen langsamer werden. Diese modulierten Elektronen bündeln sich und induzieren ein verstärktes Signal zurück in die Helix, das dann am Ende der Helix mit einem Richtkoppler abgegriffen wird.

Im Vergleich zu Klystronen haben Wanderfeldröhren den Vorteil einer größeren Bandbreite. Außerdem benötigen sie keine Resonanzkomponenten, was sie ideal für Mikrowellenanwendungen mit geringerer Leistung macht, wie bei Radar oder sogar in Raumfahrzeugen und Satelliten. Ein gutes Beispiel ist der S-Band-Verstärker von Collins Radio (Bild 2 und Bild 3), der im Apollo-Raumfahrtprogramm eingesetzt wurde.
 

Bild 2. S-Band Wanderfeldröhrenverstärker „Collins Radio“, der während der Apollo-Mission für die Kommunikation mit der Erde verwendet wurde. (Quelle: Ken Shirriff)
Bild 3. Der Collins-Radio-Verstärker, der mit mehreren tausend Volt arbeitet, war ein dicht gepacktes Gewirr von Koaxialkabeln. (Quelle: Ken Shirriff)

Es handelte sich um einen kompakten 20-W-Verstärker mit einem Gewicht von knapp 15 kg, der für die gesamte Sprach-, Daten- und Fernsehübertragung an das NASA-Netz der 26 m hohen Parabolantennen auf der Erde verantwortlich war. Im Vergleich dazu verwendete die Bodenstation ein gebündeltes 10-kW-Signal, um mit dem Raumschiff zu kommunizieren.

Obwohl Wanderfeldröhren hauptsächlich für kommerzielle Anwendungen genutzt wurden und werden, experimentiert eine kleine Gruppe von Enthusiasten immer noch gerne mit diesen wunderbaren kleinen Verstärkern in Amateur-Mikrowellensendern. Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, diese Röhren überhaupt zu finden!

 

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Übersetzung: Rolf Gerstendorf