DE1034284B

DE1034284B - Low-noise electron beam tubes like a traveling wave tube

Info

Publication number: DE1034284B
Application number: DER15739A
Authority: DE
Inventors: Rolf Walter Peter
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1954-01-04
Filing date: 1955-01-03
Publication date: 1958-07-17
Also published as: BE534618A; NL193733A; FR1118798A; US2925515A; GB769724A

Description

Die Erfindung betrifft eine rauscharme Elektronenstrahlröhre nach Art einer Wanderfeldröhre zur Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einer Auffangelektrode und einer zwischen diesen liegenden, verzögernd wirkenden Wellenleiteranordnung, längs der die zu verstärkende Welle geführt wird und mit dem Elektronenstrahl an mehreren diskret oder kontinuierlich längs des Strahlweges verteilten Stellen in Wechselwirkung tritt. ίοThe invention relates to a low-noise cathode ray tube in the manner of a traveling wave tube for amplification very short electric waves with an electron gun, a collecting electrode and a retarding waveguide arrangement lying between these, along which the to amplifying wave is guided and with the electron beam at several discretely or continuously points distributed along the beam path interacts. ίο

In einer üblichen Wanderfeldröhre ist innerhalb eines evakuierten Röhrenkolbens eine Wellenleiteranordnung mit den zugehörigen Ein- und Auskopplungen befestigt. Die Kopplungselemente sind in dem Kolben eingeschmolzen oder in beliebiger Weise so angeordnet, daß sie mit den äußeren Übertragungsleitungen gekoppelt werden können. Die Wellenleiteranordnung ist als Laufzeitleitung (Verzögerungsleitung) ausgebildet, entlang der die elektromagnetischen Wellen in einem bestimmten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit geführt werden. Am häufigsten wird in den Wanderfeldröhren als Laufzeitleitung ein wendelförmig verlaufender Leiter von gleichbleibendem Durchmesser und konstanter Steigung verwendet. Entlang der Wendel und im allgemeinen koaxial zu dieser wird ein Elektronenstrahl durch entsprechende Mittel mit einer Strahlgeschwindigkeit geführt, die gleich oder etwas höher ist als die axiale Phasengeschwindigkeit der längs der Wendel fortschreitenden Welle. Durch entsprechende Mittel wird ein übermäßiges, durch Raumladungseffekt hervorgerufenes Aufspreizen des Elektronenstrahls verhindert.In a normal traveling wave tube there is within one evacuated tube piston attached a waveguide arrangement with the associated input and output couplings. The coupling elements are melted into the piston or arranged in any way so that that they can be coupled to the external transmission lines. The waveguide arrangement is designed as a delay line (delay line) along which the electromagnetic waves in a certain fraction of the speed of light. It is most common in the traveling wave tubes a helical conductor of constant diameter as the transit time line and constant slope are used. Along the helix and generally coaxial with it an electron beam guided by appropriate means with a beam speed equal to or is slightly higher than the axial phase velocity of the wave advancing along the helix. By corresponding means is an excessive spreading of the caused by the space charge effect Electron beam prevented.

Wenn die Röhre als A^erstärker betrieben wird, wird durch eine entlang der Wendel geführte Signalwelle ein elektromagnetisches Feld aufgebaut, das auf die Elektronen des Elektronenstrahls einwirkt und so eine Laufzeitmodulation der Elektronen mit entsprechender Elektronenbündelung bewirkt. Da die Welle und der Elektronenstrahl längs der Wendel synchron entlang wandern, induziert der modulierte Elektronenstrahl entlang der Wendel elektrische Felder und Ströme, die ein exponentiell Anwachsen der Amplitude der Welle hervorrufen. Der Elektronenstrahl gibt so einen Teil seiner Gleichstromleistung an die längs der Wendel wandernde Welle ab und erzeugt damit ein verstärktes Signal am Ausgang der Röhre.If the tube is operated as an amplifier, an electromagnetic field is built up by a signal wave guided along the helix, which on the electrons of the electron beam acts and so a transit time modulation of the electrons with corresponding Electron bundling causes. Because the wave and the electron beam are along the filament wandering synchronously along, the modulated electron beam induces electrical along the filament Fields and currents that cause the amplitude of the wave to grow exponentially. The electron beam gives off part of its direct current power to the wave traveling along the helix and generates it thus an amplified signal at the output of the tube.

Bei jeder beliebigen Elektronenstrahlverstärkerröhre hängt das Verhältnis zwischen Signal und Rauschen am Ausgang der Röhre teilweise von dem anfänglich in dem Elektronenstrahl vorhandenen Rauschbetrag ab. In Wanderfeldröhren wird dieses anfängliche Strahlrauschen durch das Zusammenwirken des Elektronenstrahls mit der Wendel bzw. der wellenführenden Anordnung zusammen mit dem Signal verstärkt.For any electron beam amplifier tube, the relationship between signal and noise depends at the exit of the tube partly from the amount of noise initially present in the electron beam away. In traveling wave tubes this initial beam noise is caused by the interaction of the electron beam amplified with the helix or the wave-guiding arrangement together with the signal.

Rauscharme Elektronenstrahlröhre
nach Art einer WanderfeldröhreLow-noise cathode ray tube
like a traveling wave tube

Anmelder:Applicant:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)Radio Corporation of America,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Januar 1964Claimed priority:
V. St. v. America January 4, 1964

Rolf Walter Peter, Cranbury, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenRolf Walter Peter, Cranbury, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

Bei den bisher häufig angewendeten Verfahren zur Verminderung des Rauschfaktors dieser Röhren wird versucht, den Rauschpegel vor der Modulation des Elektronenstrahls durch das Signal zu reduzieren.In the previously frequently used method for reducing the noise factor of these tubes tries to reduce the noise level before the signal modulates the electron beam.

Es ist bekannt, daß die das Rauschen verursachenden Schwankungen des Elektronenstrahls unter raumladungsbegrenzten Bedingungen das vor der Kathode erzeugte Potentialminimum im wesentlichen als Geschwindigkeitsschwankungen verlassen. Diese Schwankungen erzeugen stehende Rauschraumladungswellen (Plasmawellen) mit abwechselnd entlang des Elektronenstrahls verteilten Rausciistromdichtemaxima und -minima. Wenn ein derartiger Elektronenstrahl in einer üblichen Wanderfeldröhre verwendet wird, ist die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Rauschraumladungswellen des Elektronenstrahls und der wellenführenden Anordnung in den kurzen, periodisch wiederkehrenden Bereichen am größten, in denen die Rauschstromdichte des Elektronenstrahls ihre maximalen Werte hat. Die entlang der Wellenleiteranordnung wandernde Signalwelle wirkt dagegen fortgesetzt gleichmäßig auf den Elektronenstrahl ein.It is known that the fluctuations in the electron beam causing the noise are limited in space charge Conditions the potential minimum generated in front of the cathode essentially as speed fluctuations leaving. These fluctuations generate standing noise space charge waves (plasma waves) alternating along the electron beam distributed maxima and minima of outlet flow density. When such an electron beam in a conventional traveling wave tube is used, is the mutual influence between the noise space charge waves of the electron beam and the wave-guiding arrangement in the short, periodic repeating areas are greatest, in which the noise current density of the electron beam is at its maximum Has values. In contrast, the signal wave traveling along the waveguide arrangement continues to act evenly on the electron beam.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, den Gesamtrauschfaktor bei Wanderfeldverstärkerröhren herabzudrücken.The main object of the invention is to determine the total noise factor in traveling field amplifier tubes to press down.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht im wesentlichen auf der Erkenntnis, daß das S ignal-zu-Rausch-Verhältnis in einer Wanderfeldröhre erheblich verbessert werden kann, wenn die Verstärkung der in dem Elektronenstrahl vorhandenen Rauschschwankungen wenigstens während des ersten, dem Strahlerzeugungs-The solution to this problem is essentially based on the knowledge that the signal-to-noise ratio in a traveling wave tube can be significantly improved if the gain in the electron beam existing noise fluctuations at least during the first, the beam generation

809 577/326809 577/326

system benachbarten Teils der Wellenleiteranordnung, in dem der Elektronenstrahl durch das zu verstärkende Signal zuerst moduliert wird, wesentlich reduziert oder ganz unterbunden wird. In einem weiter davon entfernten Teil der Wellenleiteranordnung, nachdem also der Elektronenstrahl im Vergleich zu den in ihm enthaltenen Rauschschwankungen bereits zu einem relativ hohen Grad von dem zu verstärkenden Signal moduliert worden ist, kann die Verstärkung des Rauschens ohne wesentliche Verminderung des Signalzu-Rausch-Verhältnisses bzw. ohne ein nennenswertes Anwachsen des gesamten Rauschfaktors der Röhre hingenommen werden.system adjacent part of the waveguide arrangement in which the electron beam passes through the to be amplified Signal is first modulated, significantly reduced or completely eliminated. In one of them distant part of the waveguide arrangement, after so the electron beam compared to the ones in it contained noise fluctuations already to a relatively high degree from the signal to be amplified has been modulated, the noise can be amplified without significantly reducing the signal-to-noise ratio or can be accepted without a significant increase in the total noise factor of the tube.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und der Wendel einer Wanderfeldverstärkerröhre am Eingang loser zu machen als am Ausgang, um die Verstärkung des Rauschens während der anfänglichen Modulation des Elektronenstrahls zu reduzieren. Es wurde jedoch bisher kein Versuch gemacht, diese Kopplung periodisch zu variieren, und zwar lose Kopplung in den Bereichen hoher Rauschstromdichte und feste Kopplung in den Bereichen kleiner Rauschstromdichte vorzusehen. It has already been proposed that the coupling between the electron beam and the filament of a To make the traveling field amplifier tube looser at the input than at the output in order to increase the amplification of the Reduce noise during the initial modulation of the electron beam. However, it has been so far no attempt was made to vary this coupling periodically, loosely coupling in the areas to provide high noise current density and tight coupling in the areas of low noise current density.

Es sind ferner Wanderfeldröhren bekannt, die einen wendeiförmigen Wellenleiter und einen Elektronenstrahl mit ungleichmäßigem Durchmesser besitzen, jedoch dienen dort diese Maßnähmen nicht zu einer Beeinflussung des Rauschens.Traveling wave tubes are also known which have a helical waveguide and an electron beam have a non-uniform diameter, but these measures are not used there influencing the noise.

Die erfindungsgemäße rauscharme Elektronenstrahlröhre nach Art einer Wanderfeldröhre ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in dem dem Strahlerzeugungssystem benachbarten Abschnitt der Wellenleiteranordnung, in welchem die zu verstärkende Welle den Elektronenstrahl zuerst moduliert, die Wellenleiteranordnung derart ausgebildet ist und der Elektronenstrahl längs der Wellenleiteranordnung derart gebündelt geführt wird, daß eine starke Kopplung zwischen der zu verstärkenden Welle und dem Elektronenstrahl nur an Stellen besteht, wo sich Minima der Rauschstromdichte der längs des Elektronenstrahls vorhandenen stehenden Rauschraumladungswelle befinden, und/oder die Kopplung an Stellen, wo sich Maxima der Rauschstromdichte der Rauschraumladungswelle befinden, schwach gehalten oder ganz unterbunden wird.The low-noise cathode ray tube according to the invention in the manner of a traveling wave tube is characterized in that that at least in the section of the waveguide arrangement adjacent to the beam generating system, in which the wave to be amplified first modulates the electron beam, the waveguide arrangement is designed and the Electron beam is bundled along the waveguide arrangement in such a way that a strong coupling between the wave to be amplified and the electron beam exists only in places where there is Minima of the noise current density of the standing noise space charge wave present along the electron beam are located, and / or the coupling at points where there are maxima of the noise current density of the Noise space charge wave are located, kept weak or completely prevented.

Die erfindungsgemäße Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und der Wellenleiteranordnung kann in verschiedener Weise vorgenommen werden. So kann beispielsweise der Abstand zwischen dem Elektronenstrahl und der Wellenleiteranordnung längs des Elektronenstrahlweges periodisch eingestellt werden, indem entweder die Querabmessungen des Elektronenstrahls oder die Ouerabmessungen der Wellenleiteranordnung geändert werden. Bei einer Änderung der Ouerabmessungen des Elektronenstrahls werden dabei die Querabmessungen der Wellenleiteranordnung, bei Änderung der Querabmessungen der Wellenleiteranordnung die Querabmessungen des Elektronenstrahls konstant gehalten. Die Kopplung kann dabei diskontinuierlich eingestellt werden, z. B. dadurch, daß der Elektronenstrahl den modulierenden elektrischen Feldern nur in bestimmten, diskreten, periodsich entlang des Elektronenstrahls angeordneten Bereichen, in denen die Rauschstromdichteminima liegen, ausgesetzt wird, während er in anderen Bereichen von den modulierenden Feldern abgeschirmt ist. Die Kopplung kann auch dadurch geändert werden, daß als Wellenführungsmittel ein Paar gekoppelter Laufzeitleitungen, beispielsweise zwei koaxiale Wendeln, verwendet werden.The coupling according to the invention between the electron beam and the waveguide arrangement can can be done in various ways. For example, the distance between the electron beam and periodically adjusting the waveguide array along the electron beam path by either the transverse dimensions of the electron beam or the outer dimensions of the waveguide array be changed. When the cross dimensions of the electron beam change, the transverse dimensions become of the waveguide arrangement, when the transverse dimensions of the waveguide arrangement are changed the transverse dimensions of the electron beam kept constant. The coupling can be discontinuous be set, e.g. B. in that the electron beam the modulating electric fields only in certain, discrete, periodsich arranged along the electron beam areas in which the Noise current density minima lie, is exposed, while he is in other areas of the modulating Fields is shielded. The coupling can also be changed in that as a wave guide means a pair of coupled delay lines, for example two coaxial coils, can be used.

Die in eine Wendel eingeführte Hochfrequenzenergie wird, während sie als Welle die Wendeln entlang lauft, periodisch zwischen diesen übertragen und so die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und der Welle periodisch mit dem Hochfrequenzpotential an der dem Elektronenstrahl nächstliegenden Wendel geändert. The radio frequency energy introduced into a helix is released as it waves along the helix runs, periodically transmitted between them and so the coupling between the electron beam and the Wave changed periodically with the high frequency potential at the helix closest to the electron beam.

Wenn die Kopplung durch Variieren des Elektronenstrahldurchmessers verändert werden soll, wird vorzugsweise eine hohle Wellenleiteranordnung, wie z. B. eine Drahtwendel oder ein mit Blenden belasteter Hohlleiter, verwendet. Die Veränderung des Durchmessers des Elektronenstrahls kann durch Fokussieren des Elektronenstrahls entweder mittels eines axialen magnetischen Feldes entsprechender Intensität oder durch periodische Anordnung einer passenden elektrostatischen Linsenanordnung erreicht werden. Wenn die Dimensionen des wellenführenden Mittels (Wellenleiteranordnung) variiert werden sollen, kann als wellenführendes Mittel z. B. eine entsprechend ausgebildete Drahtwendel (mit oder ohne zusätzliche Kopplungsmittel), ein mit Scheiben belasteter stabförmiger Leiter, der dann von einem hohlzylindrischen Elektronenstrahl umfaßt wird, oder auch ein mit Blenden versehener Hohlleiter Verwendung finden.When the coupling is achieved by varying the electron beam diameter is to be changed, a hollow waveguide arrangement, such as. B. a wire helix or a waveguide loaded with screens is used. The change in diameter of the electron beam can be achieved by focusing the electron beam either by means of an axial magnetic field of corresponding intensity or by periodic arrangement of a suitable electrostatic Lens arrangement can be achieved. If the dimensions of the wave-guiding means (waveguide arrangement) are to be varied, can be used as a wave-guiding means z. B. a suitably trained Wire helix (with or without additional coupling means), a rod-shaped rod loaded with discs Head, which is then encompassed by a hollow cylindrical electron beam, or one with Find covers provided waveguide use.

Der Elektronenstrahl hat an der Kathode eine statistische Geschwindigkeitsverteilung, die eine statistische Rauschlaufzeitmodulation der Elektronen im Elektronenstrahl über ein sehr breites Frequenzband zur Folge hat. Es ist nun nur erforderlich, eine nennenswerte Verstärkung des Rauschens in dem Frequenzband zu vermeiden, in dem die Röhre arbeitet. Die Maximum- und Minimumpunkte der Rauschstromdichte der stehenden Plasmawelle können mit bekannten Formeln errechnet oder experimentell durch Messungen entlang des Elektronenstrahls in einer Versuchsröhre mit einem Resonanzhohlraum, der auf die Mittenfrequenz der gewünschten Bandbreite abgestimmt ist, bestimmt werden. Beim Entwurf einer Wanderfeldröhre mit variabler Kopplung wird zweckmäßigerweise das Eingangsende der Wendel oder eines anderen wellenführenden Mittels am oder in der Nähe des ersten Rauschstromdichteminimums nach dem Elektronenstrahlerzeugungssystem angeordnet. Wie oben angeführt, kann die Kopplung entlang der ganzen Länge der Röhre variiert werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die Kopplung nur in einem begrenzten Abschnitt zu variieren, welcher ausreicht, um eine nennenswerte Modulation des Elektronenstrahls durch das zu verstärkende Signal zu erreichen und so ein genügend gutes Signal-Rausch-Verhältnis festzusetzen.At the cathode, the electron beam has a statistical velocity distribution, which is a statistical one Noise delay modulation of the electrons in the electron beam over a very broad frequency band has the consequence. All that is now required is an appreciable increase in the noise in the frequency band to avoid where the tube works. The maximum and minimum points of the noise current density the standing plasma wave can be calculated with known formulas or experimentally Measurements along the electron beam in a test tube with a resonance cavity that points to the Center frequency of the desired bandwidth is matched to be determined. When designing a The traveling wave tube with variable coupling is expediently the input end of the helix or one other wave-guiding means at or near the first noise current density minimum after Electron gun arranged. As stated above, the coupling can run along the whole The length of the tube can be varied. However, it is advantageous to have the coupling only in a limited section to vary, which is sufficient to allow a significant modulation of the electron beam to achieve the signal to be amplified and thus establish a sufficiently good signal-to-noise ratio.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigtVarious embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawings. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer stehenden Raumladungswelle entlang eines Elektronenstrahls,1 shows a schematic representation of a standing space charge wave along an electron beam,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die schematisch zeigt, wie die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und den wellenführenden Mitteln einer Wanderfeldröhre entlang des Elektronenstrahlweges gemäß der Erfindung variiert werden kann,Fig. 2 is a diagram showing schematically how the coupling between the electron beam and the wave-guiding means of a traveling wave tube along the electron beam path according to the invention can be varied,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungform einer Wanderfeldröhre,3 shows a longitudinal section of an embodiment of a traveling wave tube according to the invention,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung, ■■■:■. 4 shows a longitudinal section through a second embodiment of a traveling wave tube according to the invention, ■■■: ■.

Fig. 5 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform einer Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung, 5 shows a longitudinal section of a third embodiment of a traveling wave tube according to the invention,

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5,Figure 6 is a cross section taken along line 6-6 in Fig. 5,

Fig. 7 eine Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 5,FIG. 7 shows a partial view of a modified embodiment according to FIG. 5,

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7,Fig. 8 is a cross-section along the line 8-8 in Fig. 7;

Fig. 9 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung mit mehreren Hohlraumresonatoren und9 shows a longitudinal section of a further embodiment a traveling wave tube according to the invention with a plurality of cavity resonators and

Fig. 10 eine Teilansicht einer weiteren, abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 5.FIG. 10 shows a partial view of a further, modified embodiment according to FIG. 5.

Fig. 1 zeigt eine durch eine Wechselstörung in einem Elektronenstrahl von gleichbleibendem Durchmesser erzeugte stehende Raumladungswelle mit Bereichen hoher und niedriger Stromdichte i_ac. Mit v_ac ist die gegenüber der i_ac-Kurve um π/2 verschobene Geschwindigkeitskurve bezeichnet, welche die Verteilung der Elektronengeschwindigkeit innerhalb des Strahles wiedergibt. Die Ouerebenen, in denen die Stromdichtemaxima und -minima auftreten, sind durch die Buchstaben a, b, c, d, e usw. gekennzeichnet. Die Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden Maxima oder aufeinanderfolgenden Minima — die Wellenlänge der stehenden Raumladungswelle — ist die Hälfte einer Plasmawellenlänge X_p. Fig. 1 ist allgemein gehalten und bezieht sich auf eine stehende Raumladungswelle, die entweder durch Laufzeitsteuerung eines Elektronenstrahls durch ein Signal von gegebener Frequenz oder durch von der Kathode herrührende Rauschgeschwindigkeitsschwarikungen von bestimmter Frequenz erzeugt wird. Beim Elektronenstrahlrauschen ist am Ursprungsort der Schwankungen, d. h. auf oder nahe der Kathodenoberfläche, die Rauschgeschwindigkeitsschwankung v_ac ein Maximum und die Rauschstromdichteschwankung i_ac ein Minimum. Die Plasmawellenlänge X_n ist neben anderen Variablen eine Funktion der Strahlgeschwindigkeit; diese wird entlang des Strahlweges erst dann konstant, wenn der Strahl durch die Beschleunigungselektroden des Strahlerzeugungssystems bis auf die Betriebsgeschwindigkeit beschleunigt worden ist. Der Punkt α in der Fig. 1 soll daher den Ort einer geringen Rauschstromdichte i_ac bei oder nach der letzten Beschleunigungselektrode des Strahlerzeugungssystems darstellen.1 shows a standing space charge wave with regions of high and low current density i _{ac which is} generated by an alternating disturbance in an electron beam of constant diameter. The velocity curve which is shifted by π / 2 relative to the i _ac curve and which reproduces the distribution of the electron velocity within the beam is denoted by v _ac. The upper levels in which the current density maxima and minima occur are identified by the letters a, b, c, d, e etc. The distance between successive maxima or successive minima - the wavelength of the standing space charge wave - is half of a plasma wavelength X _p . Fig. 1 is of a general nature and relates to a standing space charge wave which is generated either by the time-of-flight control of an electron beam by a signal of a given frequency or by noise velocity oscillations of a given frequency originating from the cathode. In the case of electron beam noise, at the point of origin of the fluctuations, ie on or near the cathode surface, the noise velocity fluctuation v _{ac is} a maximum and the noise current density fluctuation i _{ac is} a minimum. The plasma wavelength X _n is, among other variables, a function of the jet speed; this only becomes constant along the beam path when the beam has been accelerated to the operating speed by the acceleration electrodes of the beam generation system. The point α in FIG. 1 is therefore intended to represent the location of a low noise current density i _ac at or after the last acceleration electrode of the beam generating system.

In der Fig. 2 ist sc'hematisch dargestellt, wie die Kopplung c zwischen dem Elektronenstrahl und z. B. der Wendel einer Wanderfeldröhre (bzw, der längs derselben fortschreitenden zu verstärkenden Welle) gemäß der Erfindung entlang wenigstens eines Teiles der Wendellänge periodisch variiert werden kann, um eine feste Kopplung in den Bereichen niederer Rauschstromdichte und eine lose Kopplung im Bereich hoher Rauschstromdichte zu erzeugen, damit eine Verstärkung des bereits von Anfang an im Strahl vorhandenen Rauschens vermieden wird. Die obere Kurve der Fig. 2 stellt die stehende Rauschstromdichtewelle dar und entspricht der stark ausgezogenen Kurve in Fig. 1, während die untere Kurve die Veränderung in der Kopplung c zeigt. Die Kopplungswellenlänge l_c ist etwa gleich λ_ρ12. Der Phasenwinkel zwischen den Periodizitäten von X_c und l_p sollte so klein als möglich gehalten werden. Die Kopplungsvariation kann über die ganze Länge der Wendel fortgesetzt werden. Dies würde aber im allgemeinen einen unnötigen Verlust an Leistung bzw. Verstärkung des Signals ergeben. Es ist daher vorzuziehen, die Kopplungsherabsetzung zu beenden, sobald das Signal-Rausch-Verhältnis im Strahl hinlänglich hoch ist, so daß die Verstärkung des Rauschens ohne ein Ansteigen des Gesamtrauschfaktors der Röhre hingenommen werden kann.In Fig. 2 is schematically shown how the coupling c between the electron beam and z. B. the helix of a traveling wave tube (or along the same advancing wave to be amplified) according to the invention can be varied periodically along at least part of the helix length in order to generate a fixed coupling in the areas of low noise current density and a loose coupling in the area of high noise current density so that an amplification of the noise that was already present in the beam from the start is avoided. The upper curve of FIG. 2 represents the standing noise current density wave and corresponds to the solid curve in FIG. 1, while the lower curve shows the change in the coupling c . The coupling wavelength l _c is approximately equal to _{λ ρ} 12. The phase angle between the periodicities of X _c and l _p should be kept as small as possible. The coupling variation can be continued over the entire length of the helix. However, this would generally result in an unnecessary loss of power or amplification of the signal. It is therefore preferable to stop the coupling reduction as soon as the signal-to-noise ratio in the beam is sufficiently high that the amplification of the noise can be accepted without increasing the total noise factor of the tube.

Fig. 3 zeigt die Verkörperung des Erfindungsgedankens an einer Wanderfeldröhre vom Wendeltyp. Die Röhre besteht im wesentlichen aus einem längeren dielektrischen Röhrenkolben 1, der eine Auffangelektrode 29, eine Wendel 3 von gleichbleibendem Durchmesser und konstanter Steigung und ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 5 zum Aussenden eines Elektronenstrahls B durch die Wendel 3 enthält. Außen angeordnete Elektromagnete 7, 8 und 9 oder andere geeignete Mittel dienen zur Erzeugung eines längs des Strahlweges axial gerichteten, bündelnden magnetischen Feldes von entsprechender Stärke. Das mit 5 bezeichnete Strahlerzeugungssystem dient zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, der die Kathode divergierend verläßt. Das axiale magnetische Feld lenkt so die im Winkel zu ihm laufenden Elektronen ab und bündelt und entbündelt den Strahl periodisch. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist deshalb die Einhüllende des Elektronenstrahls entsprechend den aufeinanderfolgenden Maximum- und Minimumdurchmessern gewellt. Der erste Elektromagnet 7 hat die Aufgabe, ein starkes magnetisches Feld entlang des Strahlerzeugungssystems 5 und eines bestimmten Teiles der Wendel 3 zu erzeugen. Wenn die Strahlspannung innerhalb des Strahlerzeugungssystems 5 geändert wird, ändert sich der Abstand zwischen den Maximumdurchmesserbereichen bis zu der Wendel 3. Innerhalb der Wendel 3 bleibt dieser Abstand (da die Wendel auf konstantem Gleichpotential liegt) bei einem bestimmten magnetischen Feld gleich. Das Bündeln und Entbündeln des Strahls bewirkt eine periodische Veränderung des Strahlabstandes von der den Strahl umgebenden Wendel 3 und so eine veränderliche Kopplung. Gemäß der Erfindung wird die Stärke des magnetischen Feldes des Elektromagnets 7 relativ zu den anderen Parametern so gewählt, daß die Kopplungswellenlänge X₀ gleich der Hälfte der Plasmawellenlänge X_p des Strahls für die Mittenfrequenz der Verstärkungsbandbreite der Röhre ist und die Bereiche kleinsten Durchmessers des Elektronenstrahls mit den Rauschstromdichtemaxima entlang des Elektronenstrahls zusammenfallen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, den Eingang der Wendel nahe einem Rauschstromdichteminimum (Kopplungsmaximum) anzuordnen. Der Elektromagnet 7 erstreckt sich wenigstens, wie in der Fig. 3 gezeigt, über zwei Rauschstromdichteminima (Strahldurchmessermaxima). Anschließend an den Elektromagnet 7 ist ein kurzer Übergangselektromagnet 8 vorgesehen, der ein etwas schwächeres magnetisches Feld als der Elektromagnet 7 erzeugt. Vom Elektromagnet 8 bis zum Ende des Strahlweges erstreckt sich ein Elektromagnet 9, der ein verhältnismäßig schwaches magnetisches Feld erzeugt. Da die Feldstärke des Übergangselektromagnets 8 geringer ist, nimmt der Durchmesser des Elektronenstrahls zu. Der Elektromagnet 8 erzeugt nur noch ein schwaches bündelndes Feld. Der Strahldurchmesser nimmt daher weiter zu, so daß die Kopplung für die Verstärkung des Signals über den größten Teil der Wendel stark ist. Der Übergangselektromagnet 8 kann auch weggelassen werden.Fig. 3 shows the embodiment of the inventive concept on a traveling wave tube of the spiral type. The tube consists essentially of a longer dielectric tube piston 1 which contains a collecting electrode 29, a helix 3 of constant diameter and constant pitch and an electron gun 5 for emitting an electron beam B through the helix 3. Externally arranged electromagnets 7, 8 and 9 or other suitable means are used to generate a bundling magnetic field axially directed along the beam path of appropriate strength. The beam generating system denoted by 5 is used to generate an electron beam which leaves the cathode in a divergent manner. The axial magnetic field deflects the electrons running at an angle to it and periodically bundles and unbundles the beam. As shown in FIG. 3, therefore, the envelope of the electron beam is corrugated in accordance with the successive maximum and minimum diameters. The first electromagnet 7 has the task of generating a strong magnetic field along the beam generating system 5 and a certain part of the coil 3. If the beam voltage is changed within the beam generation system 5, the distance between the maximum diameter areas changes up to the helix 3. Within the helix 3, this distance (since the helix is at constant DC potential) remains the same for a certain magnetic field. The bundling and unbundling of the beam causes a periodic change in the beam spacing from the helix 3 surrounding the beam and thus a variable coupling. According to the invention, the strength of the magnetic field of the electromagnet 7 is chosen relative to the other parameters so that the coupling wavelength X _{0 is} equal to half the plasma wavelength X _{p of} the beam for the center frequency of the amplification bandwidth of the tube and the areas of smallest diameter of the electron beam with the noise current density maxima coincide along the electron beam. In addition, it is advantageous to arrange the entrance of the helix close to a noise current density minimum (coupling maximum). The electromagnet 7 extends at least, as shown in FIG. 3, over two noise current density minima (beam diameter maxima). Subsequent to the electromagnet 7, a short transition electromagnet 8 is provided, which generates a somewhat weaker magnetic field than the electromagnet 7. An electromagnet 9, which generates a relatively weak magnetic field, extends from the electromagnet 8 to the end of the beam path. Since the field strength of the transition electromagnet 8 is lower, the diameter of the electron beam increases. The electromagnet 8 now only generates a weak bundling field. The beam diameter therefore continues to increase so that the coupling for amplifying the signal is strong over most of the helix. The transition electromagnet 8 can also be omitted.

Das den divergenten Elektronenstrahl erzeugende System 5 enthält eine Kathode H, eine konkave Bündelungselektrode 13, deren innerer Rand hinter der Emissionsoberfläche der Kathode angeordnet ist, eine erste Beschleunigungselektrode 15 und eine oder mehrere weitere Beschleunigungselektroden 17. Die letzte Beschleunigungselektrode 17 ist gleichstrommäßig mit der Wendel 3 durch eine Spule 19 und eine Kopplungshülse 21 verbunden. Durch die Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Strahlerzeugungssystems mit geringem Rauschpegel wird nicht nur das Rau-The system 5 generating the divergent electron beam contains a cathode H, a concave focusing electrode 13, the inner edge of which is arranged behind the emission surface of the cathode, a first acceleration electrode 15 and one or more further acceleration electrodes 17. Die last acceleration electrode 17 is direct current with the helix 3 through a coil 19 and a Coupling sleeve 21 connected. By using the beam generating system shown in FIG with a low noise level, not only is the noise

sehen des Elektronenstrahls von Anfang an erheblich vermindert. Es ergibt sich infolge der erfindungsgemäßen periodischen Kopplung insbesondere der Vorteil, daß eine Verstärkung des Strahlrauschens verhindert wird. Natürlich kann die periodische Kopplung auch mit anderen Strahlerzeugungssystemen angewandt werden.See the electron beam considerably reduced from the start. It arises as a result of the invention periodic coupling in particular has the advantage that an amplification of the beam noise is prevented will. Of course, the periodic coupling can also be used with other beam generation systems will.

Die Kopplungshülse 21 und eine ähnliche Kopplungshülse 23 sind am Ein- und Ausgang der Wendel 3 mit der Wendel mittels der Ansätze 3' und 3" verbunden, die jeweils mit den außen angeordneten Eingangs- und Ausgangswellenleitern 25 und 27 gekoppelt sind. Jeder der Elektromagnete 7 und 9 besteht aus zwei Teilen, um Platz für die genanntenThe coupling sleeve 21 and a similar coupling sleeve 23 are at the inlet and outlet of the helix 3 connected to the helix by means of the lugs 3 'and 3 ", each of which is connected to the input and output waveguides 25 and 27 are coupled. Each of the electromagnets 7 and 9 is made up made of two parts to accommodate the said

bleibendem Durchmesser entlang der Achse einer einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisenden Wendel 55, so daß sich der Abstand zwischen dem Strahl und der Wendel längs eines Teiles der Wendel· 5 länge ändert. Die Enden der Wendel 55 sind an außen angeordnete Eingangs- und Ausgangswellenleiter oder -resonatoren, ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, angekoppelt. Der Durchmesser der Wendel 55 ist am Eingang klein. Er ändert sich dann periodisch so, daß ίο zwei Abschnitte gebildet werden, wo der Wendeldurchmesser eine maximale Größe annimmt. Die Orte des minimalen Wendeldurchmessers liegen im wesentlichen bei einem Rauschstromdichteminimum der stehenden Rauschraumladungswelle für die Mitten-constant diameter along the axis of a different diameter Helix 55, so that the distance between the beam and the helix is along part of the helix 5 length changes. The ends of the helix 55 are input and output waveguides or located on the outside resonators, similar to that shown in Fig. 3, coupled. The diameter of the helix 55 is small at the entrance. It then changes periodically so that ίο two sections are formed where the helix diameter assumes a maximum size. The locations of the minimum coil diameter are essentially at a noise current density minimum of standing noise space charge wave for the middle

Wellenleiter vorzusehen. Der Elektronenstrahl wird 15 frequenz der Betriebsbandbreite der Röhre. Nach dem durch eine Auffangelektrode 29 aufgefangen. Die Abschnitt, wo der Wendeldurchmesser ein zweites Wendel 3 und das Strahlerzeugungssystem 5 sind in- Mal seine maximale Größe angenommen hatte, vernerhalb des Röhrenkolbens in üblicher Weise befestigt, ringert sich der Wendeldurchmesser wieder und bleibt Fig. 4 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedan- dann bei verhältnismäßig kleiner Abmessung längs kens bei einem mit Blenden belasteten Wellenleitertyp, 20 des verbleibenden Teiles der Röhre konstant, so daß der für die Anwendung einer elektrostatischen Bün- hier eine gleichbleibende, feste Kopplung der Welle delung statt einer magnetischen Bündelung geeignet mit dem Strahl stattfindet. Die Auffangelektrode ist ist. In dieser Röhre enthält die Laufzeitleitung eine mit 29 bezeichnet.Provide waveguide. The electron beam is 15 frequency of the operating bandwidth of the tube. After this collected by a collecting electrode 29. The section where the helix diameter is a second The helix 3 and the beam generating system 5 have assumed their maximum size once they have reached their maximum size of the tubular piston attached in the usual way, the coil diameter decreases again and remains 4 shows the application of the inventive concept with relatively small dimensions along the length kens constant for a waveguide type loaded with apertures, 20 of the remaining part of the tube, so that The one for the application of an electrostatic bundle - here a constant, fixed coupling of the shaft deletion instead of magnetic bundling takes place suitably with the beam. The collecting electrode is is. In this tube, the delay line contains one labeled 29.

Reihe von metallischen Blenden 31, die an ihren Die Wendel 55 wird mittels dreier sich in Längsäußeren Enden durch metallische Zylinder 33 verbun- 25 richtung erstreckender, beispielsweise aus keramiden sind. Wie dargestellt, sind die Blenden beispiels- schem Material bestehender Isolierstreifen 57 gehalten; weise in Gruppen zu vier Blenden in jedem Zylinder die wellenförmig entsprechend der äußeren Umhüllung angeordnet. Die Gruppen sind durch elektrische Isolier- der Wendel 55 ausgeschnitten sind. Die drei Streifen scheiben 35 getrennt, um den Gruppen verschiedene 57 werden innerhalb der Hülle 1 durch keramische Gleichpotentiale für die (an sich bekannte) elektro- 30 Ringe 59, die, wie in Fig. 6 gezeigt ist, Ausschnitte statische Bündelung geben zu können. Wie in der für die Streifen 57 aufweisen, in ihrer Lage gehalten. Zeichnung dargestellt, werden abwechselnd die Grup- Das Strahlerzeugungssystem 5 kann ein beliebiges übpen auf einer Gleichspannung V₀ und einer ab- liches System sein, soweit es einen Parallelstrahl mit weichenden Gleichspannung V₀ ± AV gehalten. Es einem etwas kleineren Durchmesser als der Minimumkann ein übliches Elektronenstrahlerzeugungssystem5, 35 durchmesser der Wendel 55 erzeugt. Das in Fig. 3 dardas einen entsprechenden Strahl längs der Achse in gestellte Strahlerzeugungssystem kann ebenfalls angeden Wellenleiter aussendet, verwendet werden. Die wendet werden, wenn die bündelnden und beschleuni-Bereiche kleinen und großen Durchmessers des Elek- genden Elektroden auf Potentialen gehalten werden, tronenstrahls sind jeweils, wie in Fig. 3 gezeigt, auf bei denen sich überwiegend ein Parallelstrahl ergibt, die Rauschstromdichtemaxima und die Rauschstrom- 40 Entlang des Strahlweges kann ein Elektromagnet andichteminima bezogen. Vorzugsweise wird die Strahl- geordnet werden, der ein axiales magnetisches Feld bündelung nur durch zwei Gruppen von Blenden er- erzeugt, um ein Aufspreizen des Strahls auf Grund zeugt, während die anderen Blenden auf gleichem der Raumladungseffekte zu verhindern. Gleichpotential gehalten werden. Um zu verhindern, Fig. 7 und 8 zeigen eine abgewandelte Ausführungs-Row of metallic diaphragms 31, which at their helix 55 are connected by means of three longitudinal outer ends connected by metallic cylinders 33, are for example made of ceramides. As shown, the panels are held as an example of the material of existing insulating strips 57; wise in groups of four diaphragms in each cylinder, which are arranged in a wave-like manner according to the outer envelope. The groups are cut out by electrical insulation of the helix 55. The three strip disks 35 are separated in order to be able to give different groups 57 inside the shell 1 by ceramic direct potentials for the (known per se) electro-rings 59, which, as shown in FIG. 6, can give sections of static bundling. As in that for the strips 57, held in place. In the drawing, the group alternately The beam generation system 5 can be any exercise on a direct voltage V ₀ and an ab- able system, as long as it is a parallel beam with a deviating direct voltage V ₀ ± AV . A conventional electron gun 5, 35 diameter of the helix 55 can produce a diameter slightly smaller than the minimum. The beam generating system shown in FIG. 3, which emits a corresponding beam along the axis in, can also be used as a waveguide. When the bundling and accelerating areas of small and large diameters of the electrode are held at potentials, electron beams are each, as shown in FIG - 40 Along the beam path, an electromagnet can relate to a minimum of density. The beam will preferably be ordered, which generates an axial magnetic field focusing only by two groups of diaphragms, in order to produce a spreading of the beam, while the other diaphragms prevent the space charge effects at the same time. Equal potential are kept. To prevent, Fig. 7 and 8 show a modified embodiment

daß der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen der 45 form der Röhre gemäß Fig. 5, in der eine Wendel 61 zwei Blendengruppen, die die Querschnittsänderung von gleichbleibendem Durchmesser und konstanter des Elektronenstrahls bewirken, aufspreizt, können Steigung verwendet wird. Die Wendel ist mit Koppentsprechende Mittel, wie z. B. ein abgeschirmter Elek- lungsringen 63 versehen, von denen ein jeder mit einer tromagnet, vorgesehen werden. Statt dieses Elektro- Windung der Wendel mittels einer Lasche 64 so vermagnets können aber auch die Blenden in dem rest- 50 bunden ist, daß die Öffnungen 65 koaxial zu dem liehen Teil der Röhre in Gruppen von kleinerer Strahl liegen. Gemäß der Erfindung werden diese axialer Länge zusammengefaßt sein, um eine elektro- Öffnungen 65 im Durchmesser periodisch entlang statische Bündelung mit kurzer Brennweite und kleiner wenigstens eines bestimmten Teiles der Wendel 61 Änderung des Strahldurchmessers zu ermöglichen. (ähnlich der in Fig. 5 dargestellten Durchmesserände-that the electron beam after passing through the 45 shape of the tube according to FIG. 5, in which a helix 61 two orifice groups that change the cross-section of constant diameter and constant effect of the electron beam spreads, slope can be used. The helix is with Kopp corresponding means, such as. B. provided a shielded Elek- lungsringen 63, each of which with a tromagnet, are provided. Instead of this electrical winding of the coil by means of a tab 64 so vermagnets but can also the diaphragms in the remaining 50 is bound that the openings 65 are coaxial to the borrowed part of the tube lying in groups of smaller rays. According to the invention, these axial length be summarized to an electro- orifices 65 in diameter periodically along static bundling with a short focal length and smaller at least a certain part of the helix 61 To enable change of the beam diameter. (similar to the diameter change shown in Fig. 5

In der Fig. 4 sind die Zylinder 33 mit den Isolier- 55 rung der Wendel) variiert, um die Kopplung zwischen scheiben 35 vakuumdicht verbunden und bilden einen dem Strahl und der Wendel zu verändern. Die Teil der vakuumdichten Hülle der Röhre. Die Umhül- Öffnungen derjenigen Kopplungsringe, die in der Nähe lung wird durch einen isolierenden Teil 37, der mit der Rauschstromdichtemaxima angeordnet sind, haben der ersten Blende 31 durch einen Kovarring 38 ver- einen großen Durchmesser, während die Öffnungen bunden ist, und durch eine an der letzten Blende mit- 60 der in der Nähe der Rauschstromdichteminima angetels eines isolierenden Ringes 41 befestigte Auffang- ordneten Kopplungsringe einen kleinen Durchmesser elektrode 39 und dazwischenliegende Kovarringe43 aufweisen. Die Wendel 61 und die zugeordneten Kopp- und 45 vervollständigt. Die Eingangs-und Ausgangs- lungsringe 63 ersetzen in der in Fig. 5 dargestellten wellenleiter der Röhre können aus Hohlleitern 47 und Röhre die Wendel mit veränderlichem Durchmesser. 49 bestehen, die durch dielektrische Fenster 51 und 53 65 Im übrigen ist die Röhre die gleiche wie die in Fig. 5 β an den Eingang und Ausgang der Röhre angeschlossen dargestellte. . '.,>jg,In FIG. 4, the cylinders 33 with the insulation of the helix are varied in order to ensure the coupling between Disks 35 connected vacuum-tight and form a change to the beam and the helix. the Part of the vacuum-tight envelope of the tube. The Umhül- openings of those coupling rings that are in the vicinity ment is by an insulating part 37, which are arranged with the noise current density maxima, have the first diaphragm 31 by a Kovar ring 38 combines a large diameter, while the openings is bound, and by one on the last diaphragm with the 60 near the noise current density minima An insulating ring 41 attached collecting arranged coupling rings a small diameter Have electrode 39 and Kovar rings 43 in between. The helix 61 and the associated coupling and 45 completed. The inlet and outlet rings 63 replace the one shown in FIG Waveguides of the tube can consist of waveguides 47 and tube the helix with variable diameter. 49 consist of dielectric windows 51 and 53 65 Otherwise the tube is the same as that in Fig. 5 β shown connected to the input and output of the tube. . '.,> jg,

sind. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform s,;are. In the embodiment shown in FIG. 9 s 1;

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß einer Wanderfeldröhre gemäß der Erfindung ist die."':.¹* Fig. 5 schießt ein Elektronenstrahlerzeugungssystem5 Kopplung zwischen dem Strahl und dem moduliereneinen Elektronenstrahl von im wesentlichen gleich- 70 den elektrischen Feld der zu verstärkenden Welle dis- In the embodiment of the invention in accordance with a traveling wave tube according to the invention, the "':. ¹ * Fig. 5 creates an electron gun coupling between the beam and the modulating an electron beam of substantially equal to 70 the electric field of the wave to be amplified.

ίοίο

kontinuierlich, da der vom Strahlerzeugungssystem 5 erzeugte Elektronenstrahl durch eine Reihe von Hohlraumresonatoren 67 zu einer Auffangelektrode 69 läuft. Jeder der Resonatoren 67 ist mittels einer koaxialen Leitung 71 mit einer Laufzeitleitung 73 gekoppelt, entlang der sich die zu verstärkende Welle fortpflanzt. Dabei treten die modulierenden elektrischen Felder entlang des Strahlweges bei den Strekken 75 in den Resonatoren 67 auf. Die Räume zwischen den Resonatoren 67 sind durch den Elektronenstrahl umschließende rohrförmige Teile 77 abgeschirmt, die mit den Resonatoren 67 verbunden sind. Jede der Strecken 75 der Resonatoren 67 liegt im wesentlichen bei einem Rauschstromdichteminimum der stehenden Rauschraumladungswelle bei der Betriebsfrequenz der Röhre. So erscheint das Rauschstromdichtemaximum des Elektronenstrahls innerhalb der Abschirmungen 77 und auf etwa halbem Wege zwischen den elektrischen Feldstrecken 75. Der Strahl wird daher durch das Eingangssignal im wesentlichen nur im Bereich der Rauschstromdichteminima moduliert, wodurch die Verstärkung des Rauschens während der Modulation des Strahls weitgehend vermieden wird. Die Resonatoren 67 und die Abschirmungen 77 sind ein Teil des Röhrenkolbens, ähnlich wie bei der Röhre nach Fig. 4. Das Strahlerzeugungssystem 5 und die Auffangelektrode 69 sind den anderen Einrichtungen, wie in Fig. 4 dargestellt, zugeordnet. Ein oder mehrere Elektromagnete können zur Verhinderung der Strahlaufspreizung vorgesehen sein.continuously as the electron beam generated by the beam generation system 5 passes through a series of cavity resonators 67 runs to a collecting electrode 69. Each of the resonators 67 is by means of a coaxial Line 71 coupled to a delay line 73, along which the wave to be amplified propagates. The modulating electric fields occur along the beam path at the lines 75 in the resonators 67. The spaces between the resonators 67 are through the electron beam surrounding tubular parts 77, which are connected to the resonators 67. Each of the Paths 75 of the resonators 67 are essentially at a noise current density minimum of the standing Noise space charge wave at the operating frequency of the tube. This is how the noise current density maximum appears of the electron beam within the shields 77 and about halfway between the electrical Field paths 75. The beam is therefore essentially only in the area of the input signal Modulated noise current density minima, thereby increasing the gain of the noise during the modulation of the beam is largely avoided. The resonators 67 and the shields 77 are part of the Tube piston, similar to the tube according to FIG. 4. The beam generating system 5 and the collecting electrode 69 are assigned to the other devices as shown in FIG. One or more electromagnets can be provided to prevent beam spreading.

An Stelle der in Fig. 5 gezeigten Wendel kann auch eine Wendelanordnung, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, verwendet werden. Diese Anordnung enthält eine einen gleichbleibenden Durchmesser und eine gleichbleibende Steigung aufweisende innere Wendel 78, die dicht an der inneren Oberfläche der dielektrischen Umhüllung 1 angeordnet ist, und eine die Umhüllung 1 eng umschließende äußere Wendel 79, die induktiv durch die dielektrische Umhüllung mit der inneren Wendel 78 gekoppelt ist. Die äußere Wendel 79 hat über einen bestimmten Abschnitt^ einen konstanten Durchmesser und eine konstante Steigung, die so gewählt sind, daß die axiale Phasengeschwindigkeit entlang der äußeren Wendel 79 im wesentlichen dieselbe ist wie entlang der inneren Wendel 78. Jenseits des Abschnittst der äußeren Wendel 79 vergrößert sich die Steigung allmählich gegen den Ausgang der Röhre zu. Wenn erwünscht, kann die äußere Wendel 79 kurz hinter dem Teil A enden. Das Eingangssignal wird an die innere Wendel 78 mittels des Kopplungsringes 81 und des Ansatzes 78' gekoppelt. Der Ring 81 kann an einen äußeren Eingangswellenleiter in ähnlicher Weise, wie in Fig. 3 dargestellt, gekoppelt werden, nur daß in Fig. 10 der Ring 81 vor dem Wendelende angeordnet ist.Instead of the helix shown in FIG. 5, a helix arrangement as shown in FIG. 10 can also be used. This arrangement contains an inner helix 78 having a constant diameter and a constant pitch, which is arranged close to the inner surface of the dielectric sheath 1, and an outer helix 79 which tightly encloses the sheath 1 and which is inductively through the dielectric sheath with the inner helix 78 is coupled. The outer helix 79 has a constant diameter and a constant pitch over a certain section which are selected such that the axial phase velocity along the outer helix 79 is essentially the same as along the inner helix 78 the slope increases gradually towards the exit of the tube. If desired, the outer helix 79 can end shortly after the part A. The input signal is coupled to the inner helix 78 by means of the coupling ring 81 and the lug 78 '. The ring 81 can be coupled to an outer input waveguide in a manner similar to that shown in FIG. 3, except that in FIG. 10 the ring 81 is positioned in front of the helix end.

Beim Betrieb der Röhre nach Fig. 10 wird die zu verstärkende Welle mittels des Kopplungsansatzes 78' an die innere Wendel angekoppelt. Wenn bei einer derartigen, aus zwei fest gekoppelten koaxialen Wendeln mit im wesentlichen derselben axialen Phasengeschwindigkeit bestehenden Doppelwendel Hochfrequenzenergie in eine der Wendeln eingekoppelt wird, wird, wie bekannt, diese Energie beim Wandern längs der Wendeln periodisch von einer Wendel auf die andere und wieder zurück übertragen. Das Hochfrequenzpotential entlang jeder der beiden Wendeln ist daher periodisch. In Fig. 10 ist der durch die innere Wendel laufende Strahl in erster Linie mit der inneren Wendel gekoppelt, während mit der äußeren Wendel nur eine schwache Kopplung besteht. DaherWhen operating the tube according to FIG. 10, the wave to be amplified is activated by means of the coupling attachment 78 ' coupled to the inner helix. If in such a, two tightly coupled coaxial helixes double helix high frequency energy existing with essentially the same axial phase velocity is coupled into one of the coils, this energy is, as is known, when hiking periodically transferred along the coils from one coil to the other and back again. The high frequency potential along each of the two coils is therefore periodic. In Fig. 10 is the through the inner Helical current beam is primarily coupled with the inner helix, while with the outer one Wendel only has a weak coupling. Therefore

variiert die effektive Kopplung zwischen dem Strahl und den beiden Wendeln im wesentlichen entsprechend dem augenblicklichen Hochfrequenzpotential entlang der inneren Wendel 78. Hierdurch ergibt sich eine periodisch veränderliche Kopplung zwischen dem Strahl und der zu verstärkenden Welle. Die beiden Wendeln sind so ausgebildet, daß entlang des Abschnittes A die Periodizität oder Wellenlänge X_t der Übertragung der Wellenenergie von einer Wendel auf die andere oder, mit anderen Worten, die Kopplungswellenlänge gleich ist der halben Plasmawellenlänge der stehenden Rauschraumladungswelle für die ■Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereichs der Röhre. Der Wert von l_t kann für ein gegebenes Paar von gekoppelten Leitungen experimentell dadurch bestimmt werden, daß eine Welle am Ende einer Leitung eingekoppelt wird und entlang einer der Leitungen mit einem Detektor (für stehende Wellen) die Punkte maximaler Spannung abgetastet werden. Der Wert von l_t kann auch mathematisch ermittelt werden. Ferner tritt, wenn die Energie anfänglich der inneren Wendel 78 zugeführt ist, ein Spannungs- bzw. Kopplungsmaximum am Eingang der inneren Wendel auf, und daher sollte dann der Eingang möglichst bei einem Rauschstromdichteminimum der stehenden Rauschraumladungswelle angeordnet sein. Der Abschnitt A ist so lang gewählt, daß er wenigstens zwei Rauschstromdichteminima enthält. Jenseits des Abschnittes A vermindert das Anwachsen der Steigung der äußeren Wendel 79 die Kopplung zwischen den beiden Wendeln und hält so das Hochfrequenzpotential und die Kopplung zwischen Strahl und innerer Wendel entlang der inneren Wendel 78 über den restlichen Teil der Röhre konstant. Es ist verständlich, daß die Energie anfänglich auch der äußeren Wendel 79 anstatt der inneren Wendel 78 zugeführt werden kann. Der Eingang der Wendel 79 sollte dann im wesentlichen bei einem Rauschstromdichtemaximum angeordnet sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Eingangs- und Ausgangswellenleiter leicht direkt mit der äußeren Wendel verbunden werden können.the effective coupling between the beam and the two coils varies essentially in accordance with the instantaneous high-frequency potential along the inner coil 78. This results in a periodically variable coupling between the beam and the wave to be amplified. The two coils are designed so that along section A the periodicity or wavelength X _{t of} the transfer of wave energy from one coil to the other or, in other words, the coupling wavelength is equal to half the plasma wavelength of the standing noise space charge wave for the center frequency of the operating frequency range the tube. The value of l _t can be determined experimentally for a given pair of coupled lines by coupling a wave at the end of a line and scanning the points of maximum voltage along one of the lines with a detector (for standing waves). The value of l _t can also be determined mathematically. Furthermore, when the energy is initially supplied to the inner helix 78, a voltage or coupling maximum occurs at the entrance of the inner helix, and therefore the entrance should then be located at a noise current density minimum of the standing noise space charge wave, if possible. The section A is chosen so long that it contains at least two noise current density minima. Beyond section A , the increase in the pitch of the outer helix 79 reduces the coupling between the two helices and thus keeps the high frequency potential and the coupling between the beam and the inner helix along the inner helix 78 constant over the remainder of the tube. It will be understood that the energy can also initially be supplied to the outer coil 79 instead of the inner coil 78. The entrance of the coil 79 should then be arranged essentially at a noise current density maximum. This arrangement has the advantage that the input and output waveguides can easily be connected directly to the outer helix.

Claims

Patent claims:

1. Low-noise cathode ray tube in the manner of a traveling wave tube for amplifying very short ones electric waves with an electron gun, a collecting electrode and a retarding waveguide arrangement lying between these, along the 'die wave to be amplified is guided and with the electron beam at several, discretely or continuously points distributed along the beam path interacts, characterized in that that at least in the section of the waveguide arrangement adjacent to the beam generating system, in which the wave to be amplified first modulates the electron beam, the waveguide arrangement is formed in such a way and the electron beam along the waveguide arrangement is bundled in such a way that a strong coupling between the wave to be amplified and the electron beam exists only in places where the minimums of the noise current density are longitudinal of the electron beam are present standing noise space charge wave, and / or the Coupling at points where maxima of the noise

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current density of the noise space charge wave are, kept weak or completely prevented.

2. Cathode ray tube according to claim I _1, characterized in that the section of the waveguide arrangement which has the properties mentioned and is adjacent to the beam generating system extends only over an area which contains the first noise current density minimum and maximum along the waveguide arrangement.

3. Cathode ray tube according to claim I _1, characterized in that the location of the first noise current density maximum with weak or completely suppressed coupling is the location of the first noise current density maximum occurring along the electron beam.

4. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that the coupling for at least two successive noise current densities weak and for the intermediate one Noise current density minimum is kept strong.

5. Cathode ray tube according to one of claims 1 to 4, characterized in that the different degrees of coupling by changing the spacing between the waveguide array and the electron beam is obtained such that the waveguide from the electron beam in the range of a noise current density maximum lies further from than in the range of a noise current density minimum.

6. Cathode ray tube according to claim 5, characterized in that the transverse dimensions of the waveguide arrangement are kept substantially constant and that the distance between the waveguide and the electron beam by changing the transverse dimensions of the electron beam is changed along the waveguide array (Figs. 3 and 4).

7. cathode ray tube according to claim 5, characterized in that the transverse dimensions of the electron beam are kept substantially constant and that the distance between the waveguide and the electron beam by changing the transverse dimensions of the waveguide arrangement is changed (Fig. 5).

8. Cathode ray tube according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Waveguide arrangement is designed such that the electron beam to the axial electrical Field of the wave to be amplified only in relatively short areas along the beam path is exposed in or near the noise current density minima and that the electron beam in the other areas is shielded from the field of the wave to be amplified (Fig. 9).

9. Cathode ray tube according to claim 8, characterized in that the waveguide arrangement from a plurality of cavity resonators lying one behind the other in the electron beam direction each of which with the electron beam at or near a noise current density minimum is coupled, and that conductive parts are provided between the cavity resonators, which shield the electron beam (Fig. 9).

10. Cathode ray tube according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Waveguide arrangement from a first, extending along the electron beam and with this coupled delay line and that one is permanently coupled to the first delay line « second delay line is provided, which is designed such that the axial Phase velocity of the wave to be amplified advancing on it during at least half a plasma wavelength essentially equal to the axial phase velocity of the of the first delay line is the advancing wave to be amplified (Fig. 10). ;

11. Cathode ray tube according to one of Claims 8 to 10, characterized in that means are provided which spread the electron beam as a result of the space charge effect essentially prevent.

12. Cathode ray tube according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the Waveguide arrangement consists of a hollow pipeline loaded with screens.

13. Cathode ray tube according to claim 6 and 12, characterized in that the diaphragms in Groups are arranged, of which at least two groups have different equal potentials Have adjustment of the transverse dimensions of the electron beam.

14. Cathode ray tube according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Waveguide arrangement consists of a helix within which the electron beam runs.

15. Cathode ray tube according to claim 10, characterized in that the first delay line is a first helix coaxially surrounding the electron beam and the second delay line is the first helix coaxially enclosing second wire helix, which is attached to the electron gun adjacent end (entrance end) has essentially the same ratio of circumference to Has a slope like the first wire helix.

16. Cathode ray tube according to claim 15, characterized in that the slope of the second wire coil increases continuously from the input end.

17. Cathode ray tube according to claim 7 and 14, characterized in that the transverse dimensions and the pitch of the wire helix are selected are that the axial phase velocity along the wire coil remains constant.

18 cathode ray tube according to claim 7 and 14, characterized in that when used a helix with essentially constant transverse dimensions through the coupling change Coupling rings that are uniformly distributed along the helix, the coaxial electron beam surrounding, are attached to the helix and have a different opening diameter have (Fig. 7).

19. Cathode ray tube according to claim 6 and 14, characterized in that means for generating an axial magnetic along the helix Fields of different strengths are provided to the transverse dimensions of the electron beam along the filament to change in such a way that the electron beam is at least in the vicinity of * the along the coil of the first noise current density minimum has a considerably larger diameter; exhibits as being in the vicinity of at least the first noise current density maximum (FIG. 3).

20. Cathode ray tube according to claim 6, characterized in that the electron beam · -

generation system is designed such that it is a converging the beam generation system or diverging electron beam leaving.

21. Cathode ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling of the wave to be amplified at or near the length of the waveguide arrangement
mums takes place.

first noise current density mini-

Documents considered: German Patent No. 841 311; French Patent Nos. 969 886, 980 473; "RCA-Review", 1952, no. 3, pp. 344 to 368.

1 sheet of drawings