DE1003287B

DE1003287B - Generator for generating electromagnetic oscillations of very high frequency

Info

Publication number: DE1003287B
Application number: DEI6846A
Authority: DE
Inventors: Ladislas Goldstein; Murray A Lampert; John F Heney
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1952-02-05
Filing date: 1953-01-28
Publication date: 1957-02-28
Also published as: CH324917A; US2817045A; NL175254B; GB729676A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Generatoren zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen mit extrem kurzen Wellenlängen.The invention relates to generators for generating electromagnetic waves with extremely short Wavelengths.

Es besteht ein großer Bedarf an Generatoren für Millimeterwellen. Der Ausdruck Millimeterwelle bezieht sich auf eine elektromagnetische Schwingung, deren Wellenlänge kleiner als 1 cm ist. Der Umbau von Zentimeterwellengeneratoren für die Erzeugung von Millimeterwellen bringt mechanische Forderungen mit sich, die äußerst schwer zu erfüllen sind, und selbst wenn diese Forderungen erfüllt werden können, sind die Generatoren verhältnismäßig inkonstant und vermögen nur eine sehr geringe Leistung abzugeben.There is a great need for millimeter wave generators. The term millimeter wave relates refers to an electromagnetic oscillation whose wavelength is less than 1 cm. The conversion of Centimeter wave generators for the generation of millimeter waves have mechanical requirements that are extremely difficult to meet, and even if these requirements can be met, the generators are relatively inconsistent and can only deliver a very small amount of power.

Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, zur Erzeugung extrem hoher Frequenzen die Bewegungseigenschaften freier Elektronen auszunutzen. So ist es bekannt, im Zuge eines runden Hohlleiters ein Vakuum vorzusehen, innerhalb dessen längs einer Glühkathode austretende oder in Form eines Elektronenstrahls bewegte Elektronen von einem parallel gerichteten Magnetfeld abgelenkt werden.It has therefore already been proposed to use the motion properties to generate extremely high frequencies to exploit free electrons. It is known to create a vacuum in the course of a round waveguide to be provided, within which emerging along a hot cathode or moving in the form of an electron beam Electrons are deflected by a parallel magnetic field.

Die Elektronen beschreiben dabei kreisförmige Bahnen mit einer ganz bestimmten Umlauf frequenz. Gerade diese Frequenz wird infolgesessen von den in ungeordneter thermischer Bewegung befindlichen Elektronen bevorzugt eingenommen. Dadurch lassen sich Schwingungen erzeugen, sofern die geometrischen Abmessungen des Elektronenraumes entsprechend eingestellt sind.The electrons describe circular orbits with a very specific orbital frequency. Just this one As a result, frequency is preferred by electrons in disorderly thermal motion taken. This allows vibrations to be generated, provided the geometrical dimensions of the electron space are set accordingly.

Ein Nachteil dieser Anordnung ist die verhältnismäßig geringe erreichbare Schwingungsenergie, da die Steuerung der Elektronen an einer möglichst genau definierten Stelle des Einwirkungraumes stattfinden muß. Der zu erregende Elektronenstrahl, der in senkrechter Richtung diesen Einwirkungsraum durchsetzt, muß auf die Länge einer Wellenlänge beschränkt sein und bedarf daher einer starken Elektronendichte, wenn eine brauchbare Abstrahlung auftreten soll. An dieser Stelle müssen deshalb unter Umständen besondere Kühlungsmaßnahmen vorgesehen werden. Demzufolge ist der Wirkungsgrad dieser Anordnung außerordentlich klein. Ein weiterer Nachteil liegt in der Abhängigkeit der erregten Betriebsfrequenz von den äußeren Abmessungen des Einwirkungsraumes. Dies gilt sowohl in bezug auf die Konstanthaltung der Frequenz als auch im Falle einer vorzunehmenden Variation des Absolutwertes. Ein evakuierter Raum läßt sich nämlich nur unter großen Schwierigkeiten in seiner Größe verändern, insbesondere wenn das Vakuum hierbei erhalten bleiben soll.A disadvantage of this arrangement is the relatively low achievable vibration energy because of the control the electrons must take place at a precisely defined point of the action space. The one to be excited Electron beam, which penetrates this space of action in a vertical direction, must be of the length of a Wavelength be limited and therefore requires a strong electron density if a usable radiation should occur. Therefore, special cooling measures may have to be provided at this point will. As a result, the efficiency of this arrangement is extremely low. Another disadvantage lies in the dependence of the excited operating frequency on the external dimensions of the action space. This applies both with regard to keeping the frequency constant and in the case of a need to be carried out Variation of the absolute value. An evacuated room can only be moved into it with great difficulty Change the size, especially if the vacuum is to be maintained.

Diese Nachteile werden bei einem als Hohlleiterabschnitt ausgebildeten Generator gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung der Elektronen in einem beliebig großen Einwirkungsraum ein Hilfspotential angelegt ist und daß die verteilte Bewegungsenergie der Elektronen wolke derart Generator zur ErzeugungThese disadvantages become apparent in the case of a generator according to the invention designed as a waveguide section thereby eliminating the fact that perpendicular to the main direction of movement of the electrons in an arbitrarily large action space an auxiliary potential is applied and that the distributed kinetic energy of the electron cloud such Generator to generate

von elektromagnetischen Schwingungenof electromagnetic vibrations

sehr hoher Frequenzvery high frequency

Anmelder:Applicant:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)International Standard Electric
Corporation, New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42Representative: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Februar 1952Claimed priority:
V. St. v. America 5 February 1952

Ladislas Goldstein, Urbana, 111.,Ladislas Goldstein, Urbana, 111.,

Murray A. Lampert, Brooklyn, N. Y.,Murray A. Lampert, Brooklyn, N.Y.,

und John F. Heney, Clifton, N. J. (V. St. Α.),and John F. Heney, Clifton, N. J. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

geordnet wird, daß unabhängig von den äußeren Abmessungen des Einwirkungsraumes ausgeprägte Schwingungen der mit der Umlauffrequenz abgelenkten Elektronen auftreten, sofern eine Übereinstimmung mit der sogenannten Plasmafrequenz besteht. Die Plasmafrequenz, die bekanntlich durch den Ausdruckis arranged that independent of the external dimensions of the action space pronounced vibrations of the electrons deflected with the orbital frequency occur, provided that they match the so-called plasma frequency. The plasma frequency known by the expression

N_n N _n

ms ε₀ ms ε ₀

definiert ist, ist dabei durch die Elementarladung a, die Elektronenmasse m, die Elektronendichte N₀ und das Dielektrikum ε ε₀ bestimmt.is defined, is determined by the elementary charge a, the electron mass m, the electron density N ₀ and the dielectric ε ε ₀ .

Durch die Erfindung wird also ein Generator angegeben, dessen Einwirkungsraum praktisch das gesamte Vakuum umfassen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Frequenz dieses Generators von den Abmessungen des Vakuums unabhängig ist und daß diese Abmessungen lediglich aus Gründen der Leistungsauskopplung optimal bemessen werden können. An die Stelle einer Wechselwirkung mechanischer Teile mit der Umlauffrequenz der Elektronen in einem magnetischen Feld wird erfindungsgemäß das Resonanzverhalten zweier charakteristischer Elektronenfrequenzen, nämlich der magnetischen Umlauffrequenz und der genannten Plasmafrequenz vorgeschlagen. Eine Variation der auf diese Weise erzeugten Generatorfrequenz kann also auf rein elektrostatischem Wege erreicht werden.The invention thus specifies a generator, the action space of which is practically the entire vacuum may include. This is achieved by the fact that the frequency of this generator depends on the dimensions of the Vacuum is independent and that these dimensions are only optimal for reasons of power output can be measured. Instead of an interaction of mechanical parts with the rotational frequency of the According to the invention, the resonance behavior of two electrons in a magnetic field is more characteristic Electron frequencies, namely the magnetic rotation frequency and the plasma frequency mentioned. A variation of the generator frequency generated in this way can therefore be purely electrostatic Ways to be reached.

609 837/314609 837/314

_n <J²/V₀ _n <J ² / V ₀

3 43 4

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist weiterhin Raum im Wellenleiter zwischen den Magnetpolflächen 2_a An essential feature of the invention is also space in the waveguide between the magnetic pole surfaces 2 _a

die Anlegung eines Hilfspotentials senkrecht zur Haupt- und 2_b, der als Einwirküngsraum bezeichnet werden soll,the application of an auxiliary potential perpendicular to the main and 2 _b , which is to be referred to as the action space,

bewegungsrichtung der Elektronen, zu dem Zweck, diese kann durch Wände 5 und 6 abgeschlossen sein, die ausDirection of movement of the electrons, for the purpose, this can be closed off by walls 5 and 6, which consist of

aus ihrer Richtung zu verdrängen. einem geeigneten Dielektrikum, z. B. Glas, bestehen. Dadurch lassen sich bereits im Hochvakuum Elek- 5 Der Einwirkungsraum enthält entweder nur Elektronento push them out of their direction. a suitable dielectric, e.g. B. glass exist. As a result, electrons can already be 5 The action space either only contains electrons

tronenschwingungen unter Verwendung der Plasma- oder ein geeignetes Gas bzw. eine Mischung von ein-electron vibrations using the plasma or a suitable gas or a mixture of one

frequenz erzeugen, und diese selbst kann dabei in bestimm- atomigen Gasen bei einem entsprechenden Vakuum, dasgenerate frequency, and this itself can be generated in certain atomic gases with a corresponding vacuum, the

ten Grenzen variiert werden. Ferner kann der als Ein- von einem Elektronenstrom durchsetzt wird. Wenn derth limits can be varied. Furthermore, the as input can be traversed by a stream of electrons. If the

Wirkungsraum ausgebildete Hohlleiterabschnitt auch in Einwirkungsraum Gas enthält, z. B. Helium oder eine einem spitzen Winkel zu der senkrecht zum Magnetfeld io Gasmischung, wie z. B. Neon und Argon bei einem DruckAction space formed waveguide section also contains gas in action space, z. B. helium or a at an acute angle to the gas mixture perpendicular to the magnetic field, e.g. B. neon and argon at one pressure

liegenden Richtung angeordnet werden, wenn die Elektro- im Bereich von 10~³ bis 10 mm Quecksilbersäule, wirdwhen the electric power is in the range of 10 ~ ³ to 10 mm of mercury

nen außer der normalerweise auftretenden Längsschwin- bei einer elektrischen Entladung zwischen den Elek-except for the normally occurring longitudinal vibration in the event of an electrical discharge between the elec-

gung eine zusätzliche hierzu senkrechte Schwingungs- troden 3 und 4 ein dichtes Gasentladungsplasma erzeugt,an additional vibration electrodes 3 and 4 perpendicular to this generate a dense gas discharge plasma,

komponente aufweisen. Die Abstrahlung der durch die Beim Fehlen eines Magnetfeldes neigen die Elektronenhave component. The radiation caused by the In the absence of a magnetic field, the electrons tend

Schwingungen erzeugten Leistung, deren Wirkung unter i5 in diesem Plasma dazu, mit einer Kreisfrequenz o)_p zuVibrations generated power, the effect of which is below i5 in this plasma, with an angular frequency o) _p too

der Bezeichnung »Elektronenschallwellen« bekannt ist, schwingen, und zwar in Abhängigkeit von der Elek-known as "electron sound waves" oscillate, depending on the elec-

erreicht dadurch in der Auskopplungsrichtung ein tronendichte N₀, der Dielektrizitätskonstante des freien achieves an electron density N ₀ , the dielectric constant of the free one, in the coupling-out direction

Maximum. . Raumes ε₀, der Elektronenladung e und der Masse m, Maximum. . Space ε ₀ , the electron charge e and the mass m,

In Verfolg des Erfindungsgedankens ist der Ein- gemäß der Formel
wirkungsraum vorteilhaft nur teilweise evakuiert, so daß 20In pursuit of the inventive idea, the in is according to the formula
effective space advantageous only partially evacuated, so that 20

ein ausgesprochenes »Plasma* von positiven und nega- ⁰³p
tiven Ladungsträgern zur Verfügung steht. Diesea pronounced "plasma" of positive and negative ⁰³ p
tive load carriers is available. These

Ladungen kompensieren sich zum größten Teil nach Die FrequenzCharges compensate for the most part according to the frequency

außen hin. Dadurch entsteht eine vergleichsweise sehr _ω outside. This creates a comparatively very _ω

hohe Dichte der Ladungsträger, insbesondere der Elek- 25 T₇, = ~2~r
tronen. Während die positiven Träger, die Ionen, infolgehigh density of charge carriers, in particular the electron 25 T _7, ~ 2 ~ = r
trone. While the positive carriers, the ions, result

ihrer sehr viel größeren Masse bekanntlich nur schwache ist als Plasmafrequenz bekannt.their very much larger mass is known to be only weak is known as plasma frequency.

Plasmaschwingungen auszuführen vermögen, hat man Ist dagegen ein Magnetfeld vorhanden, so wird ein also die Möglichkeit, auf diese Weise die gewünschte Elektron in einem homogenen einseitig gerichteten Feld, Elektronendichte N₀ besonders leicht herzustellen. In 3° welches Kräften unterworfen wird, die Komponenten jedem Fall ist die Beweglichkeit der Elektronen allein senkrecht zu diesem Feld haben, eine Schwingungsmaßgebend für die Wirkungsweise des vorgeschlagenen komponente der Bewegung erhalten. Die Kreisfrequenz Generators. (Winkelgeschwindigkeit) ω η dieser Schwingung ist ab-Die Erfindung soll auf Grund der in den Zeichnungen dar- hängig von der Magnetnußdichte B, der Elektronengestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. 35 ladung e und der Masse m gemäß der Formel If, on the other hand, a magnetic field is available, it becomes particularly easy to produce the desired electron in a homogeneous unidirectional field, electron density N _0. In 3 ° which forces are subjected, the components in each case is the mobility of the electrons alone perpendicular to this field, an oscillation decisive for the mode of action of the proposed component of the movement obtained. The angular frequency generator. (Angular velocity) ω η of this oscillation is from. The invention is to be explained in more detail on the basis of the exemplary embodiments shown in the drawings, depending on the magnet nut density B, of the electron. 35 charge e and mass m according to the formula

Fig. 1 stellt eine schematische perspektivische Ansicht, _e β Fig. 1 shows a schematic perspective view, _e β

teilweise im Schnitt eines Millimeterwellengenerators ^{°h — -^- ·
gemäß der Erfindung dar;partly in the section of a millimeter wave ^{generator {} ° h - - ^ - ·
according to the invention;

Fig. 2 gibt die entsprechende Ansicht einer anderen Die FrequenzFig. 2 gives the corresponding view of another Die Frequency

Ausführungsform mit einem teilweise abgewinkelten 40 _0)H Embodiment with a partially angled 40 _{0) H}

Hohlleiter wieder; Th ⁼ 'juTWaveguide again; Th ⁼ 'juT

Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen vonFIGS. 3 and 4 are schematic representations of FIG

Millimeterwellengeneratoren, welche zylindrische Hohl- wird auch gyromagnetische Resonanzfrequenz genannt räume aufweisen, wobei die in Fig. 3 dargestellte An- und ist unabhängig von der Geschwindigkeit des Elekordnung noch von den geometrischen Abmessungen, die 45 trons. Wenn die gyromagnetische Resonanzfrequenz fg, in Fig. 4 dargestellte Anordnung ausschließlich von den die durch die Intensität des magnetischen Feldes bestimmt charakteristischen Elektronenfrequenzen gemäß der Er- wird, praktisch gleich der Frequenz f_p der Plasma-Elekfindung abhängig arbeitet. tronen-Schwingungen ist, werden die Elektronenschwin-Der in Fig. 1 gezeigte Millimeterwellengenerator besteht gungen außerordentlich stark. Es tritt ein Resonanzaus einem rechteckigen Hohlleiterteil 1, welches an einem 5° phänomen ein. Dieses schwingende »Elektronengas« wird Ende l_o geschlossen ist. Durch einen Permanent- elektromagnetische Energie in den Wellenleiter I₆ mit magneten 2 wird ein praktisch homogenes, einseitig ge- dieser Resonanzfrequenz und Harmonischen derselben richtetes magnetisches Feld H erzeugt. An Stelle des abstrahlen. Es können dann Wellenleiter auf bauten und Permanentmagneten 2 können selbstverständlich auch Filter vorgesehen sein, so daß die Ausgangsenergie bei Solenoidspulen oder Elektromagneten verwendet werden. 55 der gewünschten Frequenz entweder von der Grund-Mittels der Elektroden 3 und 4 wird eine elektrische schwingung oder einer Harmonischen derselben ist. Entladung im wesentlichen parallel zum Magnetfeld Um dafür zu sorgen, daß die Elektronen, welche den erzeugt. Die Mitten der Elektroden 3 und 4 können Wellenleiterteil zwischen den Elektroden 3 und 4 kreuzen, praktisch eine Viertelwellenlänge oder ein ungeradzahliges nicht direkt einer geraden Bahn folgen, sondern seitwärts Vielfaches davon vom kurzgeschlossenen Ende l_a des ^5o gerichtete Bewegungskomponente erhalten, sind ferner Wellenleiters 1 entfernt sein. Bei einigen Anwendungen Hilfselektroden 7 und 8· vorgesehen. Die zusätzliche dieser Vorrrichtung, wo ein Verbraucher angepaßt werden Spannung zwischen den Elektroden 7 und 8, welche ein soll, kann die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt der elektrisches Feld senkrecht zum Elektronenweg zwischen Elektroden 3 und 4 und dem geschlossenen Ende des den Elektroden 3 und 4 und den magnetischen Kraft-Wellenleiterteiles 1 von einer Viertelwellenlänge etwas 65 linien erzeugt, bildet eine zusätzliche Energiequelle, um unterschiedlich sein. Die Elektroden 3 und 4, die durch jedes einzelne Elektron zu zwingen, einem Weg zu folgen, Isolationen 3_a und 4_a sorgfältig vom Wellenleiter auf welchem es eine schwingende Winkelbewegungsisoliert sind, können Teile der Magnetpolflächen 2_a und komponente durch den Einfluß des Magnetfeldes erhält. 2_b sein, oder sie können einen Teil der Wände des Wellen- Wenn diese zusätzliche Spannungsquelle, d. h. die leiters 1 bilden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Der 7° Elektroden 7 und 8 vorhanden sind, dann kann die er-Millimeter wave generators, which have cylindrical hollow spaces, also called gyromagnetic resonance frequency, with the configuration shown in FIG. If the gyromagnetic resonance frequency fg, shown in FIG. 4, works exclusively on the electron frequencies determined by the intensity of the magnetic field, which are characteristic according to the invention, practically equal to the frequency f _{p of} the plasma electrode. The millimeter wave generator shown in FIG. 1 is extremely strong. A resonance occurs from a rectangular waveguide part 1 which occurs at a 5 ° phenomenon. This swinging "electron gas" will end l _o is closed. Permanent electromagnetic energy in the waveguide I ₆ with magnets 2 generates a practically homogeneous magnetic field H directed on one side at this resonance frequency and harmonics of the same. Instead of blasting. It can then be built on waveguides and permanent magnets 2 filters can of course also be provided so that the output energy can be used in solenoid coils or electromagnets. 55 of the desired frequency from either the basic mean of electrodes 3 and 4 is an electrical oscillation or a harmonic thereof. Discharge essentially parallel to the magnetic field To ensure that the electrons that generate the. The centers of the electrodes 3 and 4 can cross waveguide parts between the electrodes 3 and 4, practically a quarter wavelength or an odd one does not follow an even path directly, but laterally multiples of it received from the short-circuited end l _{a of} the ^{5o directional component of} motion, waveguides 1 are also removed be. In some applications, auxiliary electrodes 7 and 8 are provided. The additional of this device, where a consumer can be adjusted voltage between electrodes 7 and 8, which one is supposed to be, the distance between the midpoint of the electric field perpendicular to the electron path between electrodes 3 and 4 and the closed end of electrodes 3 and 4 and the magnetic force waveguide part 1 of a quarter wavelength something 65 lines generated, forms an additional source of energy to be different. The electrodes 3 and 4, which force each individual electron to follow a path, isolations 3 _a and 4 _{a are} carefully isolated from the waveguide on which there is an oscillating angular movement, parts of the magnetic pole surfaces 2 _a and component received by the influence of the magnetic field . 2 _b , or they can be part of the walls of the shaft If this additional voltage source, ie the conductor 1, as shown in Fig. 1 form. The 7 ° electrodes 7 and 8 are present, then the

wähnte Resonanz der Plasmafrequenz f_p und der Gyrofrequenz fn hierdurch verschoben werden, um eine entsprechende Schwingung der elektromagnetischen Energie im Hohlleiter hervorzurufen. Für jede Elektronendichte im Plasma tritt selbstverständlich eine andere Strahlung auf, wobei die Elektronenbewegung eine starke schwingende Winkelkomponente hat, die durch die angelegten Felder erzeugt wird.imagined resonance of the plasma frequency f _p and the gyro frequency fn are thereby shifted in order to cause a corresponding oscillation of the electromagnetic energy in the waveguide. For each electron density in the plasma, of course, a different radiation occurs, the electron movement having a strong oscillating angular component which is generated by the applied fields.

Beim Fehlen eines Gasentladungsplasmas kann die elektronenmittierende Kathode dazu dienen, lediglich einen Elektronenstrahl im Vakuum zwischen den Elektroden 3 und 4 zu erzeugen. Dieser Elektronenstrahl hat normalerweise keine genügende Elektronendichte, um verwendbare, plasmaähnliche Schwingungen zu erzeugen ohne das zusätzliche elektrische Feld, geschaffen durch die Hilfselektroden 7 und 8, das die Elektronen dazu zwingt, mit der Gyroresonanzfrequenz fg zu schwingen. Die schwingenden Elektronen strahlen elektromagnetische Energie in den Wellenleiter mit der gyromagnetischen Resonanzfrequenz und Harmonischen derselben, wie zuvor erläutert wurde.In the absence of a gas discharge plasma, the electron-emitting cathode can only be used to generate an electron beam in a vacuum between the electrodes 3 and 4. This electron beam normally does not have sufficient electron density to generate usable, plasma-like oscillations without the additional electric field created by the auxiliary electrodes 7 and 8 which forces the electrons to oscillate at the gyroresonance frequency fg. The vibrating electrons radiate electromagnetic energy into the waveguide with the gyromagnetic resonance frequency and harmonics thereof, as previously explained.

In Fig. 2 ist ein Millimeterwellengenerator ähnlich der Vorrichtung von Fig. 1 mit einem rechteckigen Wellenleiter 9 gezeigt. Dieser weist einen Teil 13 auf, der unter einem schrägen Winkel zu den magnetischen Kraftlinien eines Magneten 10 steht. Der Magnet 10 erzeugt auch hier ein praktisch homogenes, einseitig gerichtetes Magnetfeld im Einwirkungsraum des Hohlleiters, der zwischen den Magnetpolflächen 10_a und 10;, liegt. Der Einwirkungsraum enthält ein Elektronengasmedium wie in der Vorrichtung von Fig. 1.FIG. 2 shows a millimeter wave generator similar to the device of FIG. 1 with a rectangular waveguide 9. This has a part 13 which is at an oblique angle to the magnetic lines of force of a magnet 10. Here, too, the magnet 10 generates a practically homogeneous, unidirectional magnetic field in the action space of the waveguide, which lies between the magnetic pole surfaces 10 _a and 10 ;. The action space contains an electron gas medium as in the device of FIG. 1.

Die Elektroden 11 und 12 liegen parallel zu den magnetischen Polflächen 10_o und 1O₆ und unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse vom Teil 13. Das elektrische Feld zwischen den Elektroden 11 und 12 ist im wesentlichen parallel zu dem magnetischen Feld zwischen den Polflächen 10_a und 1O₆. Die Achse vom Teil 13 des Wellenleiters, welcher den Einwirkungsraum enthält, bildet einen spitzen Winkel mit den Kraftlinien des magnetischen Feldes.The electrodes 11 and 12 are parallel to the magnetic pole faces 10 _o and 10 ₆ and at an acute angle to the longitudinal axis of the part 13. The electric field between the electrodes 11 and 12 is essentially parallel to the magnetic field between the pole faces 10 _a and 1O ₆ . The axis of the part 13 of the waveguide, which contains the action space, forms an acute angle with the lines of force of the magnetic field.

Die Energie, die von den Elektronen im Hohlleiterabschnitt abgestrahlt wird, kann als Längsstrahlung bezeichnet werden, d. h., die Energie wird in praktisch derselben Richtung abgestrahlt, in der die Winkelbewegungskomponente der Elektronen schwingt. Wenn die hierzu senkrechte Breitseitenstrahlung, d. h. die Strahlung in einer Richtung senkrecht zu der Winkelkomponente der Elektronen verhältnismäßig stark ist, dann hat ein zu den magnetischen Kraftlinien geneigter Wellenleiterteil 13 (Fig. 2) eine günstigere Ausbildung für die Aussendung elektromagnetischer Strahlung in den Übertragungswellenleiter 9_a, infolge des Winkels zwischen der Achse der Wellenleiterteile 13 und 9.The energy that is radiated by the electrons in the waveguide section can be referred to as longitudinal radiation, ie the energy is radiated in practically the same direction in which the angular movement component of the electrons oscillates. If the perpendicular thereto broadside radiation ie, radiation in a direction perpendicular to the angular component of the electron relatively strong, then an inclined to the lines of magnetic force waveguide part 13 has (Fig. 2) a more favorable form for the emission of electromagnetic radiation in the transmission waveguide 9 _a , due to the angle between the axis of the waveguide parts 13 and 9.

Der in Fig. 3 gezeigte Ultrahochfrequenzgenerator besteht aus einem Strahlerzeugungssystem 14, einem zylindrischen Hohlraumteil 15 und einer Magnetspule 16, die konzentrisch um den Hohlraumteil 15 angeordnet ist. Die Magnetspule 16 ist an jeder Seite durch Endplatten 17 und 18 abgeschlossen, die aus einem Material hoher Permeabilität bestehen. Die Endplatten 17 und 18 begrenzen das magnetische Feld auf den zylindrischen Hohlraum 15.The ultra-high frequency generator shown in Fig. 3 consists of a beam generating system 14, a cylindrical cavity part 15 and a magnetic coil 16 which is arranged concentrically around the cavity part 15. The solenoid 16 is closed on each side by end plates 17 and 18, which are made of a high material Permeability exist. The end plates 17 and 18 limit the magnetic field on the cylindrical Cavity 15.

Die Zylinderwand 15„ besteht aus einem nichtmagnetischen Leiter. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 14 außerhalb des magnetischen Feldes besteht aus einer Kathode 19 und einer ringförmigen Strahlfokussierungselektrode 20. Eine negative Spannung wird durch die Spannungsquelle 21 an die Kathode 19 angelegt, und die Fokussierungselektrode 20 ist negativ bezüglich der Kathode vorgespannt.The cylinder wall 15 ″ consists of a non-magnetic one Ladder. The electron gun 14 outside the magnetic field consists of one Cathode 19 and an annular beam focusing electrode 20. A negative voltage is generated by the Voltage source 21 is applied to cathode 19, and focusing electrode 20 is negative with respect to the Cathode biased.

Der Elektronenstrahl von der Quelle 14 durchquert den zylindrischen Hohlraum 15 über die zentrale Öffnung 22 in der Endplatte 17 in Richtung der Anode 23. Die Anode 23 ist von der Endplatte 18 durch den dielektrischen Ring 24 isoliert und von der Spannungsquelle 25 wird über den Widerstand 25 ein positives Potential an die Anode gelegt. Hilfselektroden 27 und 28 erzeugen ein elektrisches Feld senkrecht zur Richtung des Elektronenstrahles. The electron beam from source 14 traverses cylindrical cavity 15 via the central opening 22 in the end plate 17 in the direction of the anode 23. The anode 23 is from the end plate 18 through the dielectric Ring 24 is isolated and a positive potential is applied to voltage source 25 via resistor 25 placed the anode. Auxiliary electrodes 27 and 28 generate an electric field perpendicular to the direction of the electron beam.

Beim Fehlen eines magnetischen Feldes tritt eine verhältnismäßig schwache Elektronenschwingung in dem zylindrischen Hohlraum infolge der Hochfrequenzfelder im Hohlraum auf, deren Frequenz durch die Ausbildung des Hohlraumes bestimmt wird. Die Hinzufügung des transversalen elektrischen Feldes durch die Hilfselektroden 27 und 28 und des magnetischen Feldes durch die Magnetspule 16 erzeugt eine Elektronenbewegung mit Schwingungskomponenten der gyromagnetischen Resonanzfrequenz. Bei Resonanz dieser Frequenz mit der Hochfrequenz-Hohlraumfrequenz wird die gegenseitige Einwirkung der Elektronen mit dem Hochfrequenzfeld des Hohlraumresonators starke elektromagnetische Wellen erzeugen, die mittels einer koaxialen Schleife 29 ausgekoppelt und einem Verbraucher zugeführt werden können.In the absence of a magnetic field, a relatively weak electron oscillation occurs in the cylindrical cavity as a result of the high-frequency fields in the cavity, the frequency of which is due to the formation of the cavity is determined. The addition of the transverse electric field by the auxiliary electrodes 27 and 28 and the magnetic field through the magnetic coil 16 generates an electron movement with Vibration components of the gyromagnetic resonance frequency. If this frequency resonates with the High frequency cavity frequency is the interaction of the electrons with the high frequency field of the cavity resonator generate strong electromagnetic waves, which are coupled out by means of a coaxial loop 29 and can be fed to a consumer.

Die beschriebene Anordnung gemäß Fig. 3 ist also noch von den geometrischen Abmessungen des Hohlraumresonators abhängig. Dies kann nun durch die Erzeugung einer ausgeprägten Plasmaschwingung vermieden werden. Eine Alternative der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist nämlich in Fig. 4 dargestellt. Die Anode 30 von Fig. 4 ist mit einer Quelle negativer Spannung 31 über einen Widerstand 32 verbunden und wirkt so als eine Reflexionselektrode im Gegensatz zu der Kollektorelektrode 23 nach Fig. 3. Durch die Umkehr des von der Kathode ausgehenden Elektronenstromes wird eine dichte Elektronenwolke innerhalb des zylindrischen Hohlraumes 15 gebildet. Die Elektronen innerhalb dieser Elektronenwolke werden dabei zu Plasmaschwingungen in der zuvor erwähnten Weise veranlaßt. Eine Sonde 29 koppelt die Schwingungsenergie aus der Elektronenwolke an einen Verbraucher.The described arrangement according to FIG. 3 is therefore still dependent on the geometric dimensions of the cavity resonator addicted. This can now be avoided by generating a pronounced plasma oscillation. An alternative to the device shown in FIG. 3 is shown in FIG. The anode 30 of FIG. 4 is connected to a negative voltage source 31 through a resistor 32 and thus acts as a reflection electrode in contrast to the collector electrode 23 according to FIG. 3. By reversing the of the Electron stream emanating from the cathode becomes a dense electron cloud within the cylindrical Cavity 15 is formed. The electrons within this electron cloud become plasma oscillations caused in the aforementioned manner. A probe 29 couples the oscillation energy from the electron cloud to a consumer.

Claims

Patent claims.

1. Generator for generating electromagnetic oscillations of very high frequency with the help of freely moving electrons generated in an evacuated waveguide section, which follow a main direction of movement determined by an electric field and are circularly deflected in a magnetic field superimposed in the same direction if they deviate from this direction and regardless of their instantaneous speed of a common rotation frequency defined by the magnetic flux density B _1, the elementary charge e and the electron mass m , according to the formula

eBeB

(Oh = (Oh =

obey, characterized in that perpendicular to the main direction of movement at these arbitrarily large Action space of the fields an auxiliary potential is applied and that the distributed kinetic energy of the electron cloud is arranged in such a way that pronounced regardless of the external dimensions of the action space Oscillations with the rotational frequency

deflected electrons occur if simultaneous resonance with the " plasma frequency "

= e

is set by the electron density N ₀ in a dielectric ε ε ₀ .

2. Generator according to claim 1, characterized in that the action space is only partially is evacuated and thereby a pronounced "plasma" of charge carriers in the form of electrons and Contains ions.

3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that that the action space is a rectangular waveguide, the HF-E field under a at an acute angle to the magnetic lines of force.

4. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that the main electrical field through two electrodes is created, which are arranged on opposite sides of the waveguide and which are isolated from the waveguide by insulators.

5. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field by a Magnet is generated, the pole faces of which are arranged on opposite sides of the waveguide are.

6. Generator according to claim 5, characterized in that the generating the electric field Electrodes are arranged on opposite pole faces of the magnet and are made by insulators the magnetic pole faces are insulated.

7. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic field by a Electromagnet is generated, which is arranged concentrically around the waveguide.

8. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the action space is a gas consisting of helium or a gas mixture, for. Neon and argon at a pressure in the range of about 10 ^-3 to 10 mm Hg.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,233,263;
French patents nos. 859 753, 875 224.

1 sheet of drawings