CH305868A - Electron tube for frequency multiplication for very short waves. - Google Patents

Electron tube for frequency multiplication for very short waves.

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CH305868A
CH305868A CH305868DA CH305868A CH 305868 A CH305868 A CH 305868A CH 305868D A CH305868D A CH 305868DA CH 305868 A CH305868 A CH 305868A
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line
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Inventor
Aktiengesellschaft Siem Halske
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Siemens Ag
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/34Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
    • H01J25/36Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and without magnet system producing an H-field crossing the E-field
    • H01J25/38Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and without magnet system producing an H-field crossing the E-field the forward travelling wave being utilised
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • H03B19/06Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes
    • H03B19/08Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes by means of a discharge device
    • H03B19/10Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes by means of a discharge device using multiplication only

Description

  

  Elektronenröhre zur     Frequenzvervielfachung        für    sehr kurze Wellen.    Die Erfindung betrifft eine Röhre zur       Frequenzvervielfachung    nach dem     Prinzip     der     Wanderfeldröhren.    Der Mechanismus  dieser Röhren beruht bekanntlich auf dem  Vorgang, dass eine     Elektronenströmung    im  Felde einer fortschreitenden Welle läuft, wo  bei die Geschwindigkeit der Elektronen gleich  oder angenähert gleich der Phasengeschwin  digkeit der Welle ist.

   Durch die Wechselwir  kung zwischen     Elektronenströmung    und elek  trischem Feldvektor der Welle entsteht eine       Verstärkung,    das heisst längs des gemein  samen Weges von Welle und Strömung wird  die dem     Röhreneingang    durch einen ange  schlossenen Generator zugeführte     Hochfre-          quenzleistung    verstärkt; die Amplitude     und     die Leistung der Welle steigen auf Kosten der  kinetischen Energie der Elektronen längs  dieses Weges     exponentiell    an. Zugleich damit  entsteht auch ein exponentiell ansteigender  Elektronenwechselstrom der Frequenz des  Generators.  



  Die Welle wird bei diesem Vorgang durch  eine Leitung geführt. Diese     Leitung    hat die  Eigenschaft, die Welle gegenüber ihrer Aus  breitung im freien Raum so zu verzögern., wie  dies zur Erzielung der Gleichheit von Elektro  nen- und Phasengeschwindigkeit erforderlich  ist.  



  Es ist bekannt, solche Röhren durch Über  steuerung, das heisst durch Ausnutzung des  bei grossen Eingangssignalen vorhandenen  nichtlinearen Zusammenhanges von Aus- und  Eingangsleistung zur     Frequenzvervielfachung       auszunutzen. Wie jeder nichtlineare     Steuer-          vorgang    hat auch -die Übersteuerung dieser  Röhre die Entstehung     von.    Oberwellen     im          Elektronenstrom    am Ausgang zur Folge.  



  Diese Ausnutzung einer     Lauffeldröhre    mit  einer einzigen Verzögerungsleitung zur     'Fre-          quenzvervielfachung    hat jedoch den Nachteil  sehr geringen     Wirkungsgrades,    das heisst das  Verhältnis der     Oberwellenleistung    zur Steuer  leistung ist klein. Dem     Wunsche,    eine Anord  nung zu schaffen, die schon gleich die Ober  wellen verstärkt abzunehmen gestattet, trägt  die Erfindung Rechnung.

   Die Erfindung be  steht darin, dass zur Erhöhung des Wirkungs  grades in Richtung des Weges de; Elektronen  strömung zwei oder mehr Leitungen vorge  sehen sind, wobei die erste Leitung für die       ('srundfrequenz    und die     fohenden        Leitungen     für die gewünschten Oberwellen bevorzugt  ausgebildet sind. Die     geometrischen    Abmes  sungen der Leitungen werden     zweckmässig     entsprechend der verschiedenen Betriebsfre  quenzen unterschiedlich gewählt. Es empfiehlt  sieh, die Leitungen galvanisch voneinander zu  trennen, um an dieselben unterschiedliche       C'sleiehspannungen    anlegen zu können.

   Auf  diese Weise ist es möglich, für die jeweiligen  Betriebsfrequenzen in den     einzelnen    Systemen  optimale Spannungsbedingungen     zti    schaffen.  



  Die wellenführenden     Anordnungen    kön  nen in an sieh bekannter Weise ausgebildet  sein. Es können Drahtwendeln verwendet wer  den, denen dann durch geeignete Querschnitt  form     Bandpasseigenschaften    gegeben werden.      Es kann auch zweckmässig sein, Kettenleiter  oder dergleichen vorzusehen, bei denen ein  zelne     Elementarvierpole    in Elektronenstrahl  richtung hintereinander angeordnet sind. Sol  che Leitungen mit     Filterstruktur    sind z. B.  durch Blenden beschwerte Hohlrohrleitungen  oder auch     koaxiale    Leitungen, bei denen In  nen- oder Aussenleiter mit Vertiefungen ver  sehen sind, um die erforderliche Verzögerung  der Welle gegenüber der Lichtgeschwindig  keit zu erzielen.

   Die Abmessungen der     Ele-          mentarvierpole        dee    einzelnen Leitungen kön  nen gegebenenfalls     hinsichtlich        ihrer    geo  metrischen     Abmessung    um     ein        Geringes    von  einander unterschiedlich bemessen sein, um  die gewünschte     Bandpasscharakteristik    zu er  zielen.  



  Der erwähnte geringe Wirkungsgrad der       Frequenzvervielfachung    bei     Wanderfeldröh-          ren    mit einer     einzigen    Leitung beruht auf fol  gender Tatsache: Jede Leitung, die zur     Füh-          rung    der Welle dient, hat stets einen mehr  oder weniger ausgeprägten selektiven Charak  ter.

   Dies bedeutet: Die Wechselwirkung     zwi-          sehen    der Elektronenströmung und dem Feld  der von der Leitung geführten Welle ist     Ire-          quenzabhängig.    Die Verstärkung einer Welle  durch die     Elektronenströmung    ist eine Funk  tion von Phasenkonstante  
EMI0002.0024     
    und von den     geometrischen    Abmessungen der  Verzögerungsleitung. In obiger Beziehung be  deuten     (o   <I>= 2</I>     ucf    die Kreisfrequenz,<I>p</I> die  Phasengeschwindigkeit der von der Leitung  geführten Welle, c die     Liehtgeschwindigkeit,     die Wellenlänge der zu verstärkenden Fre  quenz im Vakuum.

   Bei der in     Wanderfeldröh-          ren    viel benutzten     Leitungsform,        einer    kreis  zy     lindrischen    Wendel     mit    dem Radius     a,    ist  z. B. die Verstärkung G eine Funktion von       P    -     a,,    und sie hat als Funktion von     ,P,    das  heisst als Funktion der Frequenz etwa den  Verlauf, wie er schematisch in     Fig.    1 gezeich  net ist.

   Bei etwa     ssa    = 1,3<B>...</B> 1,8 hat die Wech  selwirkung von Wellen und Elektronenströ  mung ein     Maximum.    Entsprechend dem    Sprachgebrauch pflegt man dies so auszu  drücken, dass man sagt, die Kopplung von  Welle und Elektronenströmung ist     frequenz-          abhängig    und besitzt ein     Maximum.    In     Fig.    1  sei nun z. B. f 1 die Frequenz des an den Ein  gang der zur     Frequenzvervielfachung    dienen  den Röhre angeschalteten Generators.

   Wie  aus der Kurve 1 ersichtlich ist, besteht dann  für die Harmonischen 2 f 1, 3 f 1 usw. nur noch  eine geringe Wechselwirkung     zwischen    Welle  und     Elektronenströmung;    entsprechend sind  Feldstärke und Leistung der Welle der Har  monischen, die durch Übersteuerung entste  hen, gering, der Wirkungsgrad der     Oberwel-          lenleistung    klein. Erfindungsgemäss wird  dieser Wirkungsgrad verbessert, indem hinter  der ersten     Leitung,    in Richtung der Elektro  nenströmung, eine zweite angeordnet wird.

    Diese hat durch geeignete Wahl der Abmes  sungen und der Betriebsspannung für die  Kopplung G als Funktion der Frequenz einen  Verlauf, wie er in     Fig.    1 durch die gestrichelt  gezeichnete Kurve 2 angedeutet     ist.    Es ist evi  dent, dass durch die bei dieser sehr viel stär  keren Kopplung für die zweite Harmonische  die Feldstärke und damit die Leistung der  Welle mit der Frequenz '2 f1     (Frequenzver-          dopplung)    wesentlich grösser ist. Würde man  die Abmessungen dieser zweiten Leitung be  reits für den Eingang der Röhre gewählt  haben, so würde, wie ersichtlich, die Kopp  lung für die Frequenz f 1 sehr klein     sein,    das  heisst die Steuerleistung sehr hoch.

   Die Kom  bination mehrerer     hintereinanderliegender     Leitungen mit jeweils optimaler Kopplung für  eine Oberwelle hat     also    den Vorteil hohen  Wirkungsgrades und hoher Verstärkung, wo  bei unter Verstärkung das Verhältnis der  Ausgangsleistung der Oberwelle zur Steuer  leistung der Grundwelle zu verstehen ist. Die  strichpunktierte Kurve 3 gilt schliesslich noch  für eine Leitung, die für die dritte Oberwelle  bemessen ist.  



  Zur Erläuterung der Arbeitsweise möge  folgende Beschreibung der physikalischen  Vorgänge dienen: Die Röhre wird am Ein  gang der ersten Leitung durch einen Genera  tor der Frequenz f 1 erregt und so stark aus-      gesteuert, dass der Wechselwirkungsmechanis  mus zwischen Strahl und Welle nichtlinear  wird. Es entstehen dann im Elektronenstrom.  und in der Welle Komponenten der Frequen  zen 2 f 1, 3 f 1, 4 f 1 usw. Die Feldstärke der       Welle    enthält um so stärker diese Komponen  ten, je stärker die Kopplung von Welle und       Elektronenströmung    ist.

   Ist dagegen die  Kopplung im Grenzfall Null, so enthält zwar  der Elektronenwechselstrom diese Oberwellen,  nicht jedoch die von der Leitung geführte  Welle, so dass man dem Wellenfeld in diesem  Fall gar keine     Oberwellenleistung    entziehen  kann. Schliesst man nun an     die    erste Leitung  mit geringer Kopplung für die     gewünschte          Oberwelle        nf,   <I>1</I> (n = ganze Zahl) eine zweite  Leitung mit hoher     Kopplung    für diese Ober  welle     n    f 1 an, so erregt der Elektronenstrom  der Frequenz     nf        i,    der in diese zweite Leitung  eintritt,

   in dieser     ein        Wellenfeld    der Fre  quenz     nf1,    das im Zuge der zweiten Leitung  durch Wechselwirkung mit dem Elektronen  wechselstrom verstärkt wird. Anfangsampli  tude des Wellenfeldes und Verstärkung sind  um so höher, je stärker die     Kopphzng    ist.  



  Bei Wendeln führt die Erreichung opti  maler Kopplung     angenähert    zur Bedingung,  dass     ss        #        a    = 1,6 sein soll. Hat man also z. B.  für die Eingangsfrequenz 109 Hz (2 = 30 cm)  und eine Elektronengeschwindigkeit, die an  genähert gleich der Phasengeschwindigkeit  der Welle sein muss, entsprechend 1600 V, so  folgt daraus     plc    =     1/12,5    also  
EMI0003.0022     
    Die Bedingung     ss   <I>-</I>     a   <I>=</I> 1,6 wird damit durch  einen Wendelradius von
EMI0003.0025  
   er  füllt.

   Soll für die zweite Oberwelle wiederum  <I>></I>     ss        #        a   <I>=</I> 1,6 sein, so folgt daraus  
EMI0003.0029     
    also für = 30 cm,     A/2    = 15 cm die Bedin  gung  
EMI0003.0031     
    Dies kann man entweder bei gleicher Betriebs  spannung, das heisst gleichem Verhältnis     c/p     durch verkleinerten Wert des Wendelradius       a    = 0,38 cm erreichen öder auch bei     andern     Werten     c/p    und :damit andern Betriebsspan  nungen (möglich bei     entsprechender    Wendel  steigung) und entsprechenden Werten von a  <I>(z.

   B.</I>     clp   <I>= 9,</I>     a    = 0,43 cm). Analoge Bedin  gungen gelten,     wenn.    man nicht die Oberwelle  2 f 1, sondern andere Oberwellen 3<B><I>f l,</I></B> 4 f 1 usw.  erzeugen will. Diese quantitativen     Dimen-          sionierungsbedingungen    gelten nur roh und  in grosser     Annäherung.     



  Die Erfindung ist keineswegs auf die Ver  wendung von Wendeln als Verzögerungslei  tungen beschränkt. Sie bezieht sich auf be  liebige Formen von Leitungen mit Filter  struktur. Solche Leitungen besitzen     Bandpass-          eharakter,    das heisst ihr     Durehlassbereich    ist  im allgemeinen so schmal, dass, bei Steuerung  mit der Frequenz f 1, Oberwellen der Fre  quenzen     nf,    überhaupt nicht mehr     in.    ihrem       Durchlassbereich    liegen.

   Wohl entstehen ent  sprechend der obigen Erläuterung Elektro  nenströme der Frequenzen     nf   <I>1,</I> durch die  dann in den auf die Eingangsleitung folgen  den Leitungen, bei entsprechender     Lage    von  deren     Durchlassbereich,        Wellen.    der Frequen  zen     nf1    angeregt     werden,    deren Leistung je  weils aus der     einzelnen    Leitung ausgekoppelt  werden kann.

   Die     erforderliche    Lage des       Durchlassbereiches        (Fig.    2) dieser     Verzöge-          rungsleitimgen    mit Filterstruktur kann durch  geeignete     Dimensionierung    der     *    Leitungen  und Anlegen geeigneter Gleichspannungen  gegen die Kathode     erzielt    werden.  



  Die Verwendung solcher Filterleitungen  hat weiterhin den Vorteil, dass jede Leitung  praktisch nur Leistung der Harmonischen er  zeugt, für die sie dimensioniert ist, da der       Durchlassbereich    meist so schmal ist,     dass    in  ihm nur eine Harmonische liegt. Es tritt also  zugleich eine Filterwirkung für die nicht er  wünschten Harmonischen auf. Für die opti  male     Dimensionierung    lassen sich keine so       einfachen    optimalen Bedingungen angeben  wie die oben genannte; angenäherte Bedin  gung für die Wendel.

   Als Prinzip soll einzig      gelten, dass in der Leitung, die zur     Abnahme     einer Oberwelle dient, für diese Oberwelle       die        Kopplung    von Welle und     Elektronenströ-          mung    fester ist     als        ins    der an     den.    Steuergene  rator     angekoppelten    Leitung für die     gleiche     Oberwelle.  



  In     Fig.    3 ist     ein.        Ausführungsbeispiel    in  seinen für die     Erfindung    wesentlichen Teilen  in vereinfachter Darstellung schematisch     ver-          anschaulicht.    Es handelt sich dabei um eine  Röhre, bei der in     Richtung    des Elektronen  stromes     zwei    Leitungen     hintereinanderliegen.     Der Elektronenstrahl 4 wird durch eine Elek  tronenkanone erzeugt.

   Die Kathode ist mit 5       bezeichnet;        eine        Fdkussierungselektrode    6 und  eine     Voranode    7 sind derselben vorgelagert.  Der     Elektronenstrahl    4 durchläuft die beiden  Leitungen 8 und 9. Gegebenenfalls können  hier noch weitere     Leitungen        vorgesehen    sein,  die sich in     Strahlrichtung    hinter der Leitung  9 an dieselbe anschliessen. Bei dem dargestell  ten Ausführungsbeispiel sind diese     Leiturigen     schematisch als Verzögerungsleitungen in  Form von Hohlrohrleitungen mit     äquidistan-          ten    Blenden dargestellt.

   An den Eingang der  ersten Leitung 8 wird der Generator 10 mit  der     Frequenz    f 1 angekoppelt, an den     Ausgang     der zweiten     Leitung    9 der     Verbaucher    11  für die     Leistung    der Frequenz     nf   <I>1.</I> Die     Lei-          tungen    sind so     dimensioniert    und an solche       Gleichspannungen    gelegt, dass     in    jeder der  selben für die     gewünschte    Frequenz Kopp  lung und Verstärkung gross sind.

   Dies bedeu  tet: In der zweiten Leitung 9 ist die     Verstär-          kung    für die     gewünschte        Harmonische        mf   <I>1</I>  höher als für diese Frequenz     n    f 1     in,    der Steuer  leitung B.     Analoges    gilt für     evtl.    weitere im  Zuge der Röhre liegende Leitungen, die hin  ter der Leitung 9, in     Richtung    des Elektro  nenstrahls gesehen, liegen.  



  Die Erfindung ist nicht beschränkt auf  die Form der Leitungen entsprechend     Fig.    3.  Beliebige Leitungsformen können     benutzt     werden. Sie ist ferner auch anwendbar     auf          Röhren    vom Typ des     Wanderfeldmagnetron-          Verstärkers,    bei der die Verstärkung der  Welle in     elektrostatischem    Querfeld und dazu    senkrechtem,     zeitlich        konstantem        magneti-          sehem    Querfeld erfolgt.  



  Es ist zur     Unterdrückung    der Selbsterre  gung vielfach erforderlich, jede einzelne der  Leitungen in der Röhre zu dämpfen. Diese  Massnahme ist bei normalen     Verstärkerröhren     vom Typ der     Wanderfeldröhren    bekannt und  bedarf daher hier keiner besonderen Erläu  terung.  



  Es ist möglich, die     verschiedenen    Leitun  gen mit verschiedenen Dimensionen zu einer  baulichen Einheit' zu vereinigen. Dies ist ins  besondere     dann    möglich, wenn die Abmessun  gen der verschiedenen     Leitungen    trotz der       verschiedenen        Frequenzen.    so gewählt sind,  dass ihre optimalen     Betriebsspannungen    gleich  oder angenähert gleich sind. Vielfach muss  man jedoch an die einzelnen Leitungen ver  schiedene Betriebsspannungen legen, das heisst  den Elektronen in ihnen verschiedene Ge  schwindigkeiten erteilen.

   Dann lässt sich eine  bauliche Einheit     aus    verschiedenen Leitungen  nur durch potentialmässige     Trennung    mit  Hilfe von     isolierenden    Zwischenstücken her  stellen.



  Electron tube for frequency multiplication for very short waves. The invention relates to a tube for frequency multiplication based on the principle of traveling wave tubes. The mechanism of these tubes is known to be based on the process that an electron flow runs in the field of a progressing wave, where the speed of the electrons is equal to or approximately equal to the phase speed of the wave.

   The interaction between the electron flow and the electrical field vector of the wave creates an amplification, that is, along the common path of wave and flow, the high-frequency power supplied to the tube inlet is amplified by a connected generator; the amplitude and power of the wave increase exponentially along this path at the expense of the kinetic energy of the electrons. At the same time there is also an exponentially increasing alternating current of electrons at the frequency of the generator.



  During this process, the shaft is guided through a line. This line has the property of delaying the wave in relation to its propagation in free space, as is necessary to achieve equality of electron and phase velocity.



  It is known to use such tubes by over control, that is, by taking advantage of the non-linear relationship between output and input power present with large input signals for frequency multiplication. As with any non-linear control process, the overloading of this tube results in. Harmonic waves in the electron flow at the exit result.



  However, this use of a wave tube with a single delay line for frequency multiplication has the disadvantage of very low efficiency, that is to say the ratio of harmonic power to control power is small. The invention takes account of the desire to create an arrangement that allows the harmonics to be removed even more.

   The invention be is that to increase the degree of effectiveness in the direction of the path de; Electrons flow two or more lines are provided, the first line for the ('round frequency and the fohenden lines are preferably designed for the desired harmonics. The geometric dimensions of the lines are expediently selected differently according to the different operating frequencies to galvanically separate the lines from each other in order to be able to apply different C 'line voltages to them.

   In this way it is possible to create optimal voltage conditions in the individual systems for the respective operating frequencies.



  The shaft-guiding arrangements can be designed in a manner known per se. Wire coils can be used, which are then given band-pass properties through a suitable cross-section. It can also be expedient to provide chain conductors or the like in which individual elementary four-poles are arranged one behind the other in the electron beam direction. Such lines with filter structure are z. B. by diaphragms weighted hollow pipes or coaxial lines, in which in inner or outer conductors are seen ver with depressions to achieve the required delay of the wave compared to the speed Lichtgeschwindig.

   The dimensions of the elementary quadruple poles of the individual lines can optionally be dimensioned to be slightly different from one another with regard to their geometrical dimensions in order to achieve the desired bandpass characteristic.



  The mentioned low efficiency of frequency multiplication in traveling wave tubes with a single line is based on the following fact: Every line that is used to carry the wave always has a more or less pronounced selective character.

   This means: the interaction between the electron flow and the field of the wave guided by the line is frequency-dependent. The amplification of a wave by the flow of electrons is a function of phase constants
EMI0002.0024
    and the geometric dimensions of the delay line. In the above relation (o <I> = 2 </I> ucf denotes the angular frequency, <I> p </I> the phase velocity of the wave guided by the line, c the light velocity, the wavelength of the frequency to be amplified in a vacuum .

   In the case of the line shape that is often used in traveling wave tubes, a circular cylindrical helix with radius a, z. B. the gain G is a function of P - a ,, and it has as a function of, P, that is, as a function of the frequency approximately the course as it is shown schematically in Fig. 1 net.

   At about ssa = 1.3 <B> ... </B> 1.8, the interaction of waves and electron flow has a maximum. According to the common usage, this is usually expressed by saying that the coupling of wave and electron flow is frequency-dependent and has a maximum. In Fig. 1 z. B. f 1 the frequency of the generator connected to the input of the frequency multiplier serve the tube.

   As can be seen from curve 1, there is then only a slight interaction between the wave and the electron flow for the harmonics 2 f 1, 3 f 1 etc.; Correspondingly, the field strength and power of the harmonic waves that arise from overdriving are low, and the efficiency of the harmonic power is low. According to the invention, this efficiency is improved in that a second line is arranged behind the first line in the direction of the electron flow.

    As a result of a suitable choice of the dimensions and the operating voltage for the coupling G, this has a course as a function of the frequency, as indicated in FIG. 1 by the curve 2 shown in dashed lines. It is evident that because of the much stronger coupling for the second harmonic, the field strength and thus the power of the wave with the frequency '2 f1 (frequency doubling) is considerably greater. If one had already chosen the dimensions of this second line for the input of the tube, then, as can be seen, the coupling for the frequency f 1 would be very small, i.e. the control power would be very high.

   The combination of several consecutive lines, each with an optimal coupling for a harmonic, has the advantage of high efficiency and high gain, where under gain the ratio of the output power of the harmonic to the control power of the fundamental is to be understood. The dash-dotted curve 3 finally applies to a line that is dimensioned for the third harmonic.



  The following description of the physical processes should serve to explain the operating principle: The tube is excited at the input of the first line by a generator of frequency f 1 and controlled so strongly that the interaction mechanism between beam and wave becomes non-linear. They then arise in the electron stream. and in the wave components of Frequen zen 2 f 1, 3 f 1, 4 f 1 etc. The field strength of the wave contains the stronger these components, the stronger the coupling of wave and electron flow.

   If, on the other hand, the coupling is zero in the limit case, the alternating electron current contains these harmonics, but not the wave carried by the line, so that in this case no harmonic power can be extracted from the wave field. If you now connect a second line with high coupling for this harmonic nf 1 to the first line with low coupling for the desired harmonic nf, <I> 1 </I> (n = integer), the electron flow excites the frequency nf i entering this second line,

   in this a wave field of the frequency nf1, which is amplified in the course of the second line by interaction with the electron alternating current. The initial amplitudes of the wave field and the gain are higher, the stronger the coupling.



  In the case of coils, achieving optimal coupling leads to the approximate condition that ss # a = 1.6. So if you have z. B. for the input frequency 109 Hz (2 = 30 cm) and an electron speed, which must be approximately equal to the phase speed of the wave, corresponding to 1600 V, then plc = 1 / 12.5 follows
EMI0003.0022
    The condition ss <I> - </I> a <I> = </I> 1,6 is thus given by a spiral radius of
EMI0003.0025
   Fulfills.

   If <I>> </I> ss # a <I> = </I> is 1.6 for the second harmonic, it follows from this
EMI0003.0029
    so for = 30 cm, A / 2 = 15 cm the condition
EMI0003.0031
    This can be achieved either with the same operating voltage, i.e. the same ratio c / p by reducing the value of the helix radius a = 0.38 cm, or also with other values c / p and: thus different operating voltages (possible with a corresponding helix pitch) and corresponding values of a <I> (e.g.

   B. </I> clp <I> = 9, </I> a = 0.43 cm). Analogous conditions apply if. one does not want to generate the harmonic 2 f 1, but other harmonic 3 <B> <I> f l, </I> </B> 4 f 1 etc. These quantitative dimensioning conditions apply only roughly and as a rough approximation.



  The invention is by no means limited to the use of coils as delay lines. It relates to any shape of lines with a filter structure. Such lines have a bandpass character, that is, their through-pass range is generally so narrow that, when controlled with the frequency f 1, harmonics of the frequencies nf are no longer in their pass range at all.

   Corresponding to the above explanation, electron currents of the frequencies nf <I> 1, </I> arise through which then in the lines following the input line, with the appropriate position of their pass band, waves. of the frequencies nf1 are excited, the power of which can be decoupled from the individual line each Weil.

   The required position of the passage area (Fig. 2) of these delay lines with filter structure can be achieved by suitable dimensioning of the lines and the application of suitable direct voltages to the cathode.



  The use of such filter lines also has the advantage that each line practically only generates the power of the harmonics for which it is dimensioned, since the pass band is usually so narrow that there is only one harmonic in it. At the same time there is a filter effect for the harmonics that are not desired. For optimal dimensioning, it is not possible to specify such simple optimal conditions as those mentioned above; approximate condition for the helix.

   The only principle that should apply is that in the line that is used to pick up a harmonic, the coupling of wave and electron flow is stronger for this harmonic than in the one to the. Control generator coupled line for the same harmonic.



  In Fig. 3 is a. Exemplary embodiment illustrated schematically in its parts essential for the invention in a simplified representation. It is a tube with two lines one behind the other in the direction of the electron flow. The electron beam 4 is generated by an electron gun.

   The cathode is labeled 5; a focussing electrode 6 and a pre-anode 7 are arranged in front of the same. The electron beam 4 passes through the two lines 8 and 9. If necessary, further lines can be provided here, which connect to the line 9 in the beam direction behind the line 9. In the illustrated embodiment, these ducts are shown schematically as delay lines in the form of hollow pipes with equidistant apertures.

   The generator 10 is coupled with the frequency f 1 to the input of the first line 8, and the consumer 11 for the output of the second line 9 is coupled with the frequency nf 1. The lines are dimensioned in this way and applied to such DC voltages that in each of the same for the desired frequency coupling and amplification are large.

   This means: In the second line 9, the gain for the desired harmonic mf <I> 1 </I> is higher than for this frequency nf 1 in, the control line B. The same applies to any others in the course of the Tube lying lines that are behind the line 9, seen in the direction of the electric nenstrahls.



  The invention is not limited to the shape of the lines according to FIG. 3. Any line shapes can be used. It is also applicable to tubes of the traveling-field magnetron amplifier type, in which the amplification of the wave takes place in an electrostatic transverse field and a temporally constant magnetic transverse field perpendicular thereto.



  It is often necessary to suppress self-excitation to attenuate every single line in the tube. This measure is known for normal amplifier tubes of the traveling wave tube type and therefore does not require any special explanation here.



  It is possible to combine the various lines with different dimensions into one structural unit. This is particularly possible if the dimensions of the different lines despite the different frequencies. are chosen so that their optimal operating voltages are the same or approximately the same. In many cases, however, you have to apply different operating voltages to the individual lines, which means that the electrons in them have to be given different speeds.

   Then a structural unit made up of different lines can only be created by isolating the potential with the help of insulating spacers.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Elektronenröhre zur Frequenzvervielfa- chung für sehr kurze Wellen, die innerhalb der Röhre mittels einer die Wellen führenden Anordnung fortgeleitet und mit einer Elek tronenströmung in Wechselwirkung gebracht werden, dadurch .gekennzeichnet, dass in Rich tung des Weges der Elektronenströmung min destens zwei hintereinander angeordnete Lei tungen vorgesehen sind, PATENT CLAIM: Electron tube for frequency multiplication for very short waves, which are transmitted within the tube by means of an arrangement guiding the waves and brought into interaction with an electron flow, characterized in that at least two are arranged one behind the other in the direction of the path of the electron flow Lines are provided, von denen die erste für die Grundfrequenz und die folgenden für die gewünschten Oberwellen bevorzugt ausge- bildet sind. UNTERANSPRÜCHE: 1. Elektronenröhre nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lei tung aus einer Leitung mit Filtereigenschaf ten für die Grundfrequenz besteht. 2. of which the first is preferably designed for the fundamental frequency and the following for the desired harmonics. SUBClaims: 1. Electron tube according to claim, characterized in that the first line consists of a line with filter properties for the fundamental frequency. 2. Elektronenröhre nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die geometri- schen Abmessungen der Leitungen entspre chend den verschiedenen Betriebsfrequenzen unterschiedlich gewählt sind. 3. Elektronenröhre nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen galvanisch voneinander getrennt sind, um sie an unterschiedliche Gleichspannungen legen zu können. 4. Electron tube according to patent claim, characterized in that the geometric dimensions of the lines are selected to be different in accordance with the various operating frequencies. 3. Electron tube according to claim, characterized in that the lines are galvanically separated from each other so that they can be connected to different DC voltages. 4th Elektronenröhre nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiede nen Leitungen mit unterschiedlicher Dimen- sionierung zu einer baulichen Einheit ver einigt sind. Electron tube according to patent claim, characterized in that the various lines with different dimensions are combined to form a structural unit.
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