DE1036398B - Abstimmbare elektrische Entladungsroehre nach Art des Klystrons - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre nach Art des Klystrons, bei der ein oder mehrere Hohlraumresonatoren vorgesehen sind, die jeweils aus zwei toroidartigen, einseitig offenen Hälften bestehen, welche unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen den offenen Seiten koaxial zueinander und in Richtung der gemeinsamen Torusachse einander in geringem Abstand gegenüberstehend angeordnet sind, und bei der der Elektronenstrahl zumindest im wesentlichen senkrecht zur Torusachse durch den ringförmigen Spalt hindurchtritt (vgl. zum Beispiel die britische Patentschrift 577 037). Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Abstimmung dieser Hohlraumresonatoren zur Änderung der Frequenz der mittels der Entladungsröhre erzeugten bzw. verstärkten Schwingungen, und der Zweck der Erfindung ist, eine derartige elektrische Entladungsröhre mit Mitteln zu versehen, die eine einfache Abstimmung der Hohlraumresonatoren gestatten.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine derartige elektrische Entladungsröhre nach der Art des Klystrons in der Weise auszubilden, daß zur Änderung der Spaltkapazität und damit der Resonanzfrequenz die jeweils einander gegenüberstehenden toroidartigen Resonatorhälften in Richtung der gemeinsamen Torusachse relativ zueinander verschiebbar sind.

Es sind an sich abstimmbare elektrische Entladungsröhren nach Art des Klystrons bekannt, die wenigstens einen Hohlraumresonator besitzen, der aus zwei toroidartigen, einseitig offenen Hälften besteht, welche unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen den offenen Seiten koaxial zueinander und in Richtung der gemeinsamen Torusachse einander in geringem Abstand gegenüberstehend angeordnet sind, und bei denen der Elektronenstrahl zumindest im wesentlichen senkrecht zur Torusachse durch den ringförmigen Spalt hindurchtritt. Dort wird indes die Abstimmung beispielsweise mittels eines in den Hohlraum eintauchenden Metallbolzens oder durch Deformation der Resonatorwandung bewirkt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird demgegenüber der Vorteil eines wesentlich größeren Durchstimmbereiches erzielt sowie der weitere Vorteil, das unsymmetrische Belastungen innerhalb des Hohlraumresonators vermieden sind. Unsymmetrische Belastungen stören bekanntlich bei Hohlraumresonatoren mitunter sehr, da sie unerwünschte Schwingungsarten innerhalb des Resonators verursachen können.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erklärt. Die Ausführungsbeispiele betreffen Entladungsröhren nach der Art des Reflexklystrons, doch ist die Erfindung selbstverständlich auch auf andere Entladungsröhren nach Art Abstimmbare elektrische Entladungsröhre nach Art des Klystrons

Anmelder:

Electric and Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 5. Juni 1952

Albert Frederick Pearce,

Gerrards Cross, Buckinghamshire (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

des Klystrons anwendbar, wenn nur die verwendeten Hohlraumresotiatoren entsprechend ausgebildet sind.

Abb. 1 und 2 zeigen als Ausführungsbeispiele zwei

elektrische Entladungsröhren mit einem Aufbau, wie er für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abstimmung geeignet ist, und

Abb. 3 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsmöglichkeit für die erfindungsgemäße Ausbildung einer derartigen Entladungsröhre.

In Abb. 1 ist eine indirekt geheizte Konkavkathode I dargestellt, deren konkave Fläche mit einer Emissionsschicht überzogen ist. Koaxial mit der Kathode 1 ist ein Zylinder 2 von geringerem Durchmesser als die Kathode 1 angeordnet. Dieser Zylinder 2 ist an seinen Enden mit radial gerichteten Flansehen 3 versehen, welche sich über eine kurze Strecke nach der Emissionsfläche der Kathode 1 hin erstrecken. Zwischen der Kathode 1 und dem Zylinder 2 ist ein toroidartiger Hohlraumresonator angeordnet, der aus zwei gleichartigen Hälften 4 und 4 a besteht, welche derart koaxial zueinander angeordnet sind, daß sie symmetrisch zu einer gedachten, durch die Mitte der Kathode 1 gelegten waagerechten Ebene liegen. Dadurch bilden sie einen Spalt 5, durch welchen die von der Kathode 1 ausgehenden Elektronen in Richtung zum Reflektorzylinder 2 strömen. Bei Betrieb der Anordnung mit geheizter Kathode und auf positivem Gleichpotential befindlichem Resonator strömen die Elektronen in Form eines flachen Bandstrahles in Richtung zur Achse 0-0 hin. Der

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Zylinder 2 liegt auf negativem Gleichpotential gegenüber der Kathode 1 und wirkt daher als Reflektorelektrode. Die Entladungsröhre arbeitet also in allgemein bekannter Weise als Reflexklystron.

Erfindungsgemäß ist einer oder sind beide der Teile 4, 4a des Resonators in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, und zwar derart, daß der gegenseitige Abstand im Spalt 5 geändert wird. Diese bewirkt eine Änderung der effektiven Kapazität des Resonators, was einer entsprechenden Änderung der Resonanzfrequenz gleichbedeutend ist. Auf diese Weise läßt sich die Resonanzfrequenz innerhalb eines Bereiches von einigen Prozent verändern. Da der von der Kathode 1 ausgehende Elektronenstrom die Form eines kreisförmigen flachen Bandstrahles besitzt, ist es auch möglich, wie in Abb. 2 dargestellt, die Kathode 1 und die reflektierende Elektrode 2 in ihrer Lage zu vertauschen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, der Kathode 1 die Form eines Zylinders mit einwärts gekrümmten konkaven Flächen zu geben, und die Reflektorelektrode 2 als Zylinder mit radial gerichteten Flanschen 3, welche gegen die Achse 0-0 hin gerichtet sind, auszubilden. Bei einer derartigen Anordnung ist die Kathodenkapazität aber beträchtlich niedriger als bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung. Eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Entladungsröhre ist in der Abb. 3 dargestellt. Der Aufbau der Anordnung entspricht im wesentlichen dem der Abb. 1. Die Kathode 1, die Reflektorelektrode 2 und der Resonatorteil 4 a sind konzentrisch zueinander montiert und mit einer Grundplatte 6, welche aus Isoliermaterial besteht, fest verbunden. Die Grundplatte 6 wiederum ist an der Kontaktplatte 7 mittels zwei oder mehr Kontaktstiften 8 befestigt. Ferner ist der Zylinder, welcher die Reflektorelektrode 2 bildet, von länglicher Form. An seinem der Grundplatte 6 abgewendeten Ende ist dieser Zylinder mit zwei Metallmembranen 10 verbunden, von denen jede in ihrem mittleren Bereich mit einer Reihe von Wellungen versehen ist. Die ebenen Abschnitte 9 der Membranen 10 sind zwischen ringförmigen Unterlegscheiben 11, 12, 13 aus Isoliermaterial montiert. Der Teil 4 des Resonators ist an der Unterlegscheibe 11 befestigt, und die Unterlegscheibe 13 ist in ihrer Fortsetzung mit metallischen Stützstäben 14 versehen. Die drei Unterlegscheiben 11, 12, 13 sind aneinander befestigt, so daß sie ein Ganzes zusammen mit dem Resonatorteil 4 bilden. Die Resonatorteile 4 und 4a sind koaxial, jedoch getrennt voneinander durch den Spalt 5, angeordnet. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß die Resonatorteile 4 und 4a, die Membranen 10 und die Stützstäbe 14 elektrisch nicht verbunden sind. Die beiden Resonatorteile 4 und 4a sollen jedoch auf dem gleichen elektrischen Gleichpotential gehalten werden, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß sie mittels eines kurzen flexiblen Leitungsstückes verbunden werden.

Das Abschlußstück der Anordnung besteht aus einem kreisförmigen, ebenen Metallteil 15 und einem ringförmigen Flansch 16, die durch einen membranartigen Teil 17 miteinander verbunden sind. Im Zentrum des Teiles 15 ist ein Gewindestift 18 befestigt. Am Rande des Flansches 16 ist ein ringförmiger Ansatz 19 angebracht, welcher aus einem Metall besteht, das an dieser Stelle eine vakuumdichte Anglasung ermöglicht. Die Stäbe 14 sind an der dem Gewindestift 18 abgewendeten Seite des Teiles 15 fest mit diesem verbunden. Die Vakuumhülle der Entladungsröhre wird vervollständigt durch den die Elektronenanordnung umschließenden Glaszylinder 20, der an seinem einen Ende vakuumdicht an den ringförmigen Ansatz 19 angeglast ist und an seinem anderen Ende mit dem als Kontaktplatte dienenden Glasboden 7 verschmolzen ist. Die Entladungsröhre wird in bekannter Weise evakuiert, wobei die Kathode wie üblich aktiviert werden kann.

Zur Einstellung des Abstandes der Resonatorteile 4 und 4 a im Spalt 5 ist es erforderlich, das Teil 15 axial zu bewegen. Hierfür ist bei der in der Abb. 3 dargestellten Anordnung eine einfache spielfreie Einrichtung mit eingezeichnet, die aus dem Gewindestift 18 und der zwischen dem Teil 15 und der stabilen Ouerstrebe 22 eingelegten Feder 21 besteht. Die Querstrebe 22 kann auch als Isolierplatte in Form einer genügend stark bemessenen Isolierscheibe von Kreisform ausgebildet werden. Der Gewindestift 18 bewegt sich in einer zentralen öffnung des Teiles 22. Der Teil 22 ist mittels einer Überlappung am Flansch 16 befestigt. Eine axiale Bewegung des Teiles 15 gegenüber dem Teil 22 wird dann durch Drehen der als Einstellknopf dienenden Schraubenmutter 23, welche mit dem Gewindestift 18 im Eingriff steht, erreicht. Es ist daraus ersichtlich, daß eine Drehung des Knopfes 23 eine axiale Bewegung des Teiles 15 bedingt und somit auch des Resonatorteiles 4. Wie vorhergehend erklärt, bewirkt eine derartige Änderung des Abstandes im Spalt 5 eine Änderung der Kapazität des Resonators und damit der Resonanzfrequenz desselben.

An Stelle der oben beschriebenen einfachen Einstellanordnung lassen sich auch andere übliche Einstellvorrichtungen für die axiale Bewegung des Teiles 15 anwenden.

Obgleich bei der an Hand der Abb. 3 beschriebenen Entladungsröhre nur die eine Hälfte 4 des Resonators mittels eines beweglichen Teiles 15 bewegt wird, ist es selbstverständlich, daß ein zweites, entsprechend bewegliches Teil in gleicher Weise an dem anderen Ende der Entladungsröhre angebracht und mit der zweiten Hälfte 4a des Resonators verbunden werden kann. Dabei sind dann die anderen Elektroden und ihre Zuführungsleitungen derart anzuordnen, daß eine axiale Verschiebung beider Resonatorteile ermöglicht wird.

Des weiteren ist noch auszuführen, daß die Erfindung zwar an Hand eines Klystrons mit nur einem Hohlraumresonator beschrieben wurde, daß die Erfindung jedoch ohne weiteres auch bei anderen Entladungsröhren nach Art des Klystrons mit mehr als einem Hohlraumresonator in der Weise angewendet werden kann, daß deren Resonanzfrequenz durch Änderung der Kapazität mittels Änderung des Spaltabstandes eingestellt wird.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Abstimmbare elektrische Entladungsröhre nach Art des Klystrons mit einem oder mehreren Hohlraumresonatoren, die jeweils aus zwei toroidartigen, einseitig offenen Hälften bestehen, welche unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen den offenen Seiten koaxial zueinander und in Richtung der gemeinsamen Torusachse einander in geringem Abstand gegenüberstehend angeordnet sind, und bei der der Elektronenstrahl zumindest im wesentlichen senkrecht zur Torusachse durch den ringförmigen Spalt hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Spaltkapazität und damit der Resonanzfrequenz die jeweils einander gegenüberstehenden toroidartigen Reso-

natorhälften in Richtung der gemeinsamen Torusachse relativ zueinander verschiebbar sind.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Vakuumgefäß einen starren und einen beweglichen Teil umfaßt und daß jeweils die eine der toroidartigen Resonatorhälften mit dem starren und die andere mit dem beweglichen Teil des Vakuumgefäßes derart verbunden ist, daß eine Bewegung des beweglichen Teiles die hiermit verbundene Resonatorhälfte in Richtung der Torusachse verschiebt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 258 699; französische Patentschrift Nr. 928 669; britische Patentschrift Nr. 577 037.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen