DE1055136B

DE1055136B - Traveling wave tubes with an interaction circle for spatially harmonic operation to generate or amplify very short electrical waves of the TE type

Info

Publication number: DE1055136B
Application number: DEW14877A
Authority: DE
Inventors: Arthur Karp
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1953-10-16
Filing date: 1954-09-14
Publication date: 1959-04-16
Also published as: US2858472A; FR1111547A; BE532507A; NL189259B; GB764012A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf Wanderfeldröhren mit einem Wechselwirkungskreis (Verzögerungsleitung) für räumlich harmonische Betriebsweise zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen vom TE₀₁-Typ.The invention relates to traveling wave tubes with an interaction circuit (delay line) for spatially harmonic mode of operation for generating or amplifying very short electrical waves of the TE ₀₁ type.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Wellenfortpflanzungskreis zu schaffen, der insbesondere für Hochleistungswanderfeldröhren für Millimeterwellen geeignet ist.It is an object of the invention to provide an improved wave propagation circuit which in particular is is suitable for high-performance traveling tubes for millimeter waves.

Die speziellere Aufgabe besteht darin, einen derartigen Kreis zu schaffen, der so eingerichtet ist, daß er bei elektrischen Wellen vom TE₀₁-Typ, also transversal elektrischen Wellen mit zirkulärem elektrischem Feld, verwendet werden kann.The more specific object is to create such a circuit which is so arranged that it can be used with electric waves of the TE ₀₁ type, i.e. transverse electric waves with a circular electric field.

Die Erfindung der Wanderfeldröhre war die erste Stufe in der Entwicklung von zahlreichen der heutigen Verfahren zur Erzeugung und Verstärkung von elektromagnetischen Millimeterwellen. Wenn auch die übliche Form der Wanderfeldröhre, bei der eine Wendel zur Wellenfortpflanzung benutzt wurde, durch die Erfordernisse der-technischen Größe auf den Betrieb bei Wellenlängen beschränkt ist, die im allgemeinen erheblich länger als 1 cm sind, haben neuerliche Entdeckungen, wie die bekannte räumlich harmonische Wanderfeldröhre, diesen Bereich auf weniger als ¹Zs cm ausgedehnt.The invention of the traveling wave tube was the first stage in the development of many of today's methods for generating and amplifying electromagnetic millimeter waves. Even if the usual shape of the traveling wave tube, in which a helix was used for wave propagation, is limited by the requirements of the technical size to the operation at wavelengths which are generally considerably longer than 1 cm, recent discoveries, such as the known spatial harmonic traveling wave tube, this area extended to less than ¹ Zs cm.

Diese Fortschritte der Technik haben das Interesse für die Möglichkeit der transkontinentalen Übertragung von Mrllimeterwellen über Hohlleiter erweckt. In einem solchen Wellenleiter kann man ■— frequenzmäßig gesehen — Signalfrequenzen innerhalb eines Bereichs von vielen tausend Megahertz unterbringen; er könnte theoretisch die meisten, wenn nicht alle, vorhandenen transkontinentalen Leitungen ersetzen. Es bleiben jedoch noch ernsthafte Schwierigkeiten bei der Wellenübertragung über große Entfernungen zu beseitigen, bevor eine solche Übertragung praktisch durchführbar ist. Unter diesen Schwierigkeiten ist eine der vorherrschenden das Fehlen von breitbandigen Hochleistungsröhren, die robust und leicht herzustellen sind. Mit der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer solchen Röhre beabsichtigt.These advances in technology have made the possibility of transcontinental transmission interesting awakened by mrllimeter waves via waveguides. In such a waveguide one can ■ - in terms of frequency - accommodate signal frequencies within a range of many thousands of megahertz; it could theoretically replace most, if not all, of the existing transcontinental lines. However, serious difficulties remain with long-distance wave transmission to be eliminated before such a transfer is practical. Under these One of the prevailing difficulties is the lack of broadband high-performance tubes that are robust and easy to manufacture. With the present invention is the creation of such a tube intended.

Die Erfindung beruht auf dem an sich bekannten räumlich harmonischen Prinzip der Wellenverstärkung. In kurzen Worten ausgedrückt, findet eine räumlich harmonische Verstärkung statt, wenn ein Elektronenstrahl geeigneter Geschwindigkeit längs eines Wellenfortpflanzungskreises nach Art eines Kettenfilters geleitet wird, dessen in Elektronenstrahlrichtung aufeinanderfolgende leitende Teile einen von Null verschiedenen Abstand voneinander haben. Bei Vernachlässigung der Verluste bewirkt ein solcher Kreis infolge seines periodischen Aufbaues, daß dieThe invention is based on the spatially harmonic principle of wave amplification, which is known per se. In short, a spatially harmonic amplification takes place when an electron beam suitable speed along a wave propagation circle in the manner of a chain filter is conducted, whose consecutive conductive parts in the electron beam direction one of Have zero different distances from each other. If the losses are neglected, this will result Circle due to its periodic structure that the

Wanderfeldröhre
mit einem Wechselwirkungskreis'
für räumlich harmonische Betriebsweise
zur Erzeugung oder Verstärkung
sehr kurzer elektrischer Wellen
vom TE₀₁-TypTraveling wave tube
with an interaction circle '
for spatially harmonious operation
for generation or amplification
very short electric waves
of the TE ₀₁ type

Anmelder:
Western Electric Company,Applicant:
Western Electric Company,

Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)Incorporated,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7 Representative: Dr. Dr. R. Herbst, lawyer,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Oktober 1953Claimed priority:
V. St. v. America October 16, 1953

Arthur Karp, Red Bank, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenArthur Karp, Red Bank, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

Amplitude des elektrischen Feldes zum Unterschied von dem momentanen Wert eine periodische Funktion des Weges entlang des Kreises ist. Somit haben zu einem gegebenen Zeitpunkt die elektrischen Spitzenfeldstärken entlang des Kreises nicht sämtlich- den gleichen Wert, im Gegensatz zu einer gleichförmigen Anordnung, z. B. einer verlustlosen koaxialen Leitung, beider die Spitzenfeldstärken gleich sind. Infolge dieser Ungleichförmigkeit erseheint das elektrische Feld resultierend aus einer doppelt unendlichen Reihe von räumlich harmonischen Komponenten zusammengesetzt, wobei jede Komponente die gleiche Frequenz, jedoch eine andere Phasengeschwindigkeit hat. Durch Anpassen der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls an die Phasengeschwindigkeit einer dieser Koniponenten ist es möglich, den Elektronen kinetische Energie zu entziehen (das ist eine Bedingung für die Wellenverstärkung), auch -wenn beispielsweise die Phasengeschwindigkeit der Grundkomponente der elektromagnetischen Welle viel größer als- die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ist.. -The amplitude of the electric field differs from the instantaneous value as a periodic function of the way along the circle is. Thus, at a given point in time, the electric field strengths are peak along the circle not all- the same value, as opposed to a uniform one Arrangement, e.g. B. a lossless coaxial line, both the peak field strengths are the same. As a result This irregularity shows the electric field resulting from a doubly infinite series composed of spatially harmonic components, each component having the same frequency, however has a different phase velocity. By adjusting the speed of the electron beam to the phase velocity of one of these Koniponenten it is possible to kinetic the electrons To withdraw energy (this is a condition for wave amplification), even if, for example, the Phase velocity of the basic component of the electromagnetic wave much greater than- the velocity of the electron beam is .. -

Bei einer Wanderfeldröhre mit einem Weehselwirkungskreis (Verzögerungsleitung) für räumlich harmonische Betriebsweise- zur Erzeugung oder .Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen vom TE₀₁-In the case of a traveling wave tube with a wave effect circuit (delay line) for spatially harmonic operation - _{to generate or amplify very short electrical waves from the TE 01 -}

809 790/411809 790/411

Typ besteht die erfindungsgemäße Besonderheit darin, daß der Wechsehvirkungskreis aus einer Vielzahl von ebenen, in Elektronenstrahlrichtung hintereinanderliegenden leitenden Teilen besteht, die senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung angeordnet sind und in Elektronenstrahlrichtung einen Abstand voneinander haben, daß jeder dieser leitenden Teile eine kreisförmige öffnung aufweist, in der, über den Umfang gleichmäßig verteilt, eine Gruppe unter sich gleichartiger leitender Elemente im wesentlichen dort angeordnet ist, wo sich bei Nichtvorhandensein der leitenden Elemente die maximale elektrische Feldstärke der längs einer solchen Leitung fortschreitenden Welle vom TE₀₁-Typ befände, und daß die leitenden Elemente derart ausgebildet sind, daß sie die kreisförmigen elektrischen Feldlinien der Welle vom TE₀₁-Typ in längs des Umfanges gleichmäßig verteilte segmentförmige Feldbereiche zerlegen, und daß des weiteren der (die) mit dem Wellenfeld in Wechselwirkung tretende(n) Elektronenstrahl (en) derart längs des Wechs el Wirkungskreises geführt wird (werden), daß er (sie) zumindest einen Teil der genannten segmentförmigen Feldbereiche durchsetzt (durchsetzen).The special feature of the invention is that the alternating circuit consists of a large number of flat conductive parts lying one behind the other in the electron beam direction, which are arranged perpendicular to the electron beam direction and are spaced apart in the electron beam direction, so that each of these conductive parts has a circular opening in which, Evenly distributed over the circumference, a group of similar conductive elements is arranged essentially where, in the absence of the conductive elements, the maximum electric field strength of the wave of the TE ₀₁ type traveling along such a line would be, and the conductive elements in such a way are designed so that they split the circular electric field lines of the wave of the TE ₀₁ type into segment-shaped field areas uniformly distributed along the circumference, and that furthermore the electron beam (s) interacting with the wave field l (s) is (are) guided along the alternating circle of action in such a way that it (they) penetrates at least part of the said segment-shaped field areas.

Die in Frage stehende Wellenform wird oft auch mit TE Si bezeichnet, ihre Feldform ist in »Fields and Waves in ModernRadio« von Ramo und Whinner ν, Tohn Wiley, 1948, in der Tabelle zwischen den S. 338 und 339 dargestellt.The waveform in question is often referred to as TE Si ; its field shape is shown in "Fields and Waves in ModernRadio" by Ramo and Whinner ν, Tohn Wiley, 1948, in the table between pages 338 and 339.

Unter den Vorteilen einer solchen Anordnung sind zu nennen: robuster Aufbau, vergrößerte Leistungskapazität und Einfachheit der Herstellung. The advantages of such an arrangement include: robust construction, increased power capacity and ease of manufacture.

Ein besseres Verständnis der allgemeinen Natur der Erfindung und eine bessere Erkenntnis ihrer zahlreichen Vorteile erhält man durch die ins einzelne gehende Erläuterung und die Zeichnungen.A better understanding of the general nature of the invention and a better knowledge of its numerous The detailed explanation and the drawings provide advantages.

Erklärung der Zeichnungen:Explanation of the drawings:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of the invention;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Anordnung der Fig. 1;Fig. 2 shows a cross section of the arrangement of Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 3 shows a partial cross-section of a second embodiment of the invention;

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung;Fig. 4 shows a further embodiment;

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Anordnung der Fig. 1 und zeigt zusätzlich einen Weg zur Impedanzanpassung am Eingang.Fig. 5 shows a longitudinal section through the arrangement of FIG. 1 and additionally shows a way to Impedance matching at the input.

Es soll nun im einzelnen auf die Zeichnungen eingegangen werden. Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anordnung 10 (Wechselwirkungskreis) für räumlich harmonische Betriebsweise, die aus einer Vielzahl von ebenen, in Elektronenstrahlrichtung mitAbstand hintereinanderliegenden IeitendenTeiIenll besteht, welche senkrecht zur Elektronenstrahlrichtung angeordnet sind. Jeder dieser Teile 11 ist mit einer kreisförmigen öffnung mit dem Radius r₃ versehen, in der, über den Umfang gleichmäßig verteilt, eine Gruppe unter sich gleichartiger leitender Elemente 13 im wesentlichen dort ist, wo sich bei Nichtvorhandensein der leitenden Elemente die maximale elektrische Fel dstärke einer längs einer solchen Anordnung fortschreitenden Welle vom TE₀₁-Typ befände. Die leitenden Elemente 13 sind derart ausgebildet, daß sie die kreisförmigen elektrischen Feldlinien der Welle vom TE₀₁-Typ in längs des Umfangs gleichmäßig verteilte segmentförmige Feldbereiche zerlegen. Die leitenden Teile 11 werden von ebenen Stanzlingen oder Platten 12 gebildet, die eine Dicke t und einen Abstand d zwischen gegenüberliegenden Oberflächen aufweisen. Sie können auf irgendeine zweckmäßige Weise hergestellt werden,The drawings will now be discussed in detail. As an exemplary embodiment of the present invention, Fig. 1 shows an arrangement 10 (interaction circuit) for spatially harmonic mode of operation, which consists of a plurality of flat conductive parts which are spaced one behind the other in the electron beam direction and which are arranged perpendicular to the electron beam direction. Each of these parts 11 is provided with a circular opening with the radius r ₃ , in which, evenly distributed over the circumference, a group of similar conductive elements 13 is essentially where the maximum electrical field strength is in the absence of the conductive elements a wave of the TE ₀₁ type traveling along such an arrangement. The conductive elements 13 are designed in such a way that they divide the circular electric field lines of the wave of the TE ₀₁ type into segment-shaped field regions uniformly distributed along the circumference. The conductive parts 11 are formed by flat diecuts or plates 12 which have a thickness t and a distance d between opposing surfaces. They can be made in any convenient way,

z. B. durch photographisches Ätzen eines geeigneten Leiters, wie Kupfer oder vergoldetes Molybdän. Die Ausschnitte in den Platten 12 sind so ausgeführt, daß die Elemente 13 die Form keilförmiger Segmente erhalten und an den Stellen angeordnet sind, wo sich bei Nichtvorhandensein dieser Segmente die maximale elektrische Feldstärke einer Welle befände, die sich als Welle vom TE₀₁-Typ fortpflanzt. Die Segmente 13 werden durch die Streben 14, die sie jeweils mit demz. By photographic etching of a suitable conductor such as copper or gold-plated molybdenum. The cutouts in the plates 12 are designed so that the elements 13 have the shape of wedge-shaped segments and are arranged at the points where, in the absence of these segments, the maximum electric field strength of a wave that propagates as a wave of the TE ₀₁ type would be . The segments 13 are through the struts 14, which they each with the

ίο Hauptkörper der Platten 12 verbinden, in ihrer Lage gehalten. Die Spalte 15, die jeweils einen Winkel Θ zwischen den Segmenten überstreichen, bilden einen wesenblichen Teil der Einzelkreise 11. Um diese Spalte 15 kann das elektrische Feld einer sich durch die An-Ordnung 15 fortpflanzenden Welle vom TE₀₁-Typ eine verhältnismäßig starke Feldkomponente parallel zur Richtung der Wellenfortpflanzung haben. Diese Komponente ist in der Lage, mit einem (mehreren) durch diese Gebiete geleiteten Elektronenstrahl (en) in ίο connect the main body of the plates 12 , held in place. The column 15, which each sweep over an angle Θ between the segments, form an essential part of the individual circles 11. Around this column 15 , the electric field of a wave of the TE ₀₁ type propagating through the arrangement 15 can have a relatively strong field component parallel have to the direction of wave propagation. This component is able to with one (several) guided electron beam (s) through these areas in

so Wechselwirkung zu treten. Irgendwelche (in Fig. 1 nicht dargestellte) geeignete Mittel können zur Erzeugung der Elektronenstrahlen und zu ihrer Fokussierung entlang von Wegen in der Nähe der Spalte 13 verwendet werden. so interaction to occur. Any suitable means (not shown in FIG. 1) can be used to generate the electron beams and focus them along paths in the vicinity of the gaps 13 .

Während bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung die einzelnen räumlich harmonischen Kreise 11 durch Segmente 13 gebildet werden, die in kreisförmigen öffnungen der Platten 12 gehalten werden, sei bemerkt, daß diese Kreise auch dadurch gebildet werden können, daß man ähnliche Segmente mit der gleichen allgemeinen Form entlang der Innenseite eines Hohlleiters von kreisförmigem Querschnitt in Abständen d in Längsrichtung anordnet. Die Anordnung der Fig. 1 mit den in Abständen angeordneten Platten 12 trägt jedoch dazu bei, die Reinheit der Wellenform TEqi durch Unterdrückung unerwünschter Wellenformen aufrechtzuerhalten. Bei jeder Anordnung hängt die Anzahl der verwendeten Einzelkreise 11 von der Verstärkung ab, die für die Wanderfeldröhre gefordert wird.While in the embodiment shown in FIG. 1, the individual spatially harmonic circles 11 are formed by segments 13 which are held in circular openings in the plates 12 , it should be noted that these circles can also be formed by having similar segments with the same general shape arranged along the inside of a waveguide of circular cross-section at intervals d in the longitudinal direction. However, the arrangement of Figure 1 with the spaced plates 12 helps maintain the purity of the TEqi waveform by suppressing undesirable waveforms. In any arrangement, the number of individual circuits 11 used depends on the gain that is required for the traveling wave tube.

An jedem Ende der Anordnung der Fig. 1 soll im allgemeinen irgendeine Art von Impedanzanpassung zu und von einem Hohlleiter von kreisförmigem Querschnitt verwendet werden. Der am rechten Ende der Anordnung 10 dargestellte Weg hierfür besteht aus einer fortschreitenden Verkleinerung der Fläche der Segmente 13 von der normalen Größe bis auf ein sehr kleines Maß, und zwar über eine Strecke, die einige Wellenleiterwellenlängen umfaßt. Jedoch ist dies selbstverständlich nicht die einzig mögliche Anordnung, da andere gleich wirksame statt dieser benutzt werden können. Das linke Ende der Anordnung 10 ist in Fig. 1 der Einfachheit halber ohne jede Art von Impedanzanpassung dargestellt.At each end of the arrangement of Figure 1, some type of impedance matching to and from a waveguide of circular cross-section is generally intended to be used. The way to do this, shown at the right end of the arrangement 10 , consists of a progressive reduction in the area of the segments 13 from normal size to a very small amount, over a distance which comprises a few waveguide wavelengths. However, of course, this is not the only possible arrangement as other equally effective arrangements can be used in place of these. For the sake of simplicity, the left end of the arrangement 10 is shown in FIG. 1 without any type of impedance matching.

Wenn die Anordnung 10 zu einer Wanderfeldröhre für räumlich harmonische Betriebsweise zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen vom TE₀₁-Typ vervollständigt ist, können ein oder mehrere Elektronenstrahlen innerhalb des evakuierten Kolbens in Längsrichtung durch die Räume, die durch die Spalte 15 entstehen, hinduirchgeleitet werden, so daß die Elektronen mit einer elektromagnetischen Welle vom TE₀₁-Typ in Wechselwirkung treten, die z. B. über einen Hohlleiter von kreisförmigem Querschnitt an die Anordnung angelegt wird. Die Phasengeschwindigkeiten der räumlich harmonischen Komponenten dieser Welle entlang der Kreise 11 sind grundsätzlich durch die Abmessungen der Segmente 13, der Spalte 15, des Abstandes d und der Dicke τ bestimmt. DiePhasengeschwindigkeiten können durchWhen the arrangement 10 is completed into a traveling wave tube for spatially harmonic operation for generating or amplifying very short electrical waves of the TE ₀₁ type, one or more electron beams can be guided in the longitudinal direction inside the evacuated bulb through the spaces created by the column 15 so that the electrons interact with an electromagnetic wave of the TE ₀₁ type, which z. B. is applied to the arrangement via a waveguide of circular cross-section. The phase velocities of the spatially harmonic components of this wave along the circles 11 are basically determined by the dimensions of the segments 13, the column 15, the distance d and the thickness τ . The phase velocities can be through

bekannte Verfahren berechnet werden. Auch können diese Geschwindigkeiten durch schaubildliche Darstellung der Phasenfortpflanzungskonstanten β als Funktion der Frequenz der an die Kreise 11 angelegten Welle ermittelt werden. Wie oben angegeben, kann durch Anpassung einer dieser Phasengeschwindigkeiten an die Geschwindigkeit eines in gleicher Richtung laufenden Elektronenstrahls Energie von den Elektronen auf die fortschreitende elektromagnetische Welle übertragen werden.known methods can be calculated. These speeds can also be determined by graphical representation of the phase propagation constant β as a function of the frequency of the wave applied to the circles 11. As indicated above, by matching one of these phase velocities to the velocity of an electron beam traveling in the same direction, energy can be transferred from the electrons to the advancing electromagnetic wave.

Elektronen, die in Längsrichtung der Kreise 11 in oder nahe bei den Spalten 15 fortschreiten, sind im wesentlichen keinem elektrischen Längsfeld ausgesetzt, wenn sie unmittelbar an den leitenden Oberflächen der Segmente 13 vorbeigehen (da tangential zu einer Metalloberfläche kein elektrisches Feld vorhanden sein kann), während sie einem starken elektrischen Längsfeld ausgesetzt sind, wenn sie zwischen den Platten 12 hindurchgehen, d. h. den Abstand d durchlaufen.Electrons which progress in the longitudinal direction of the circles 11 in or near the gaps 15 are essentially not exposed to an electric longitudinal field if they pass directly past the conductive surfaces of the segments 13 (since no electric field can be present tangential to a metal surface), while they are exposed to a strong longitudinal electric field when they pass between the plates 12 , ie pass through the distance d.

Wenn man annimmt, daß die Gruppengeschwindigkeit der in der Anordnung fortschreitenden Welle der Geschwindigkeit der Elektroden entgegengesetzt gerichtet ist, können in bekannter Weise die Elektronen mit einer räumlich harmonischen WeHenkomponente synchronisiert werden, die eine gegenüber der Gruppengeschwindigkeit negative Phasengeschwindigkeit hat. Wenn solche Bedingungen tatsächlich in einer räumlich harmonischen Röhre vorhanden sind, wandert die elektromagnetische Energie vom Auffangelektrodenende zum Strahlerzeugungssystemende der Röhre. Diese Betriebsform, die für die Verstärkung bis zu einem kritischen Wert des Strahlstroms brauchbar ist, ist, wie an sich bekannt, in gleicher Weise zur Erzeugung von Schwingungen oberhalb dieses kritischen Strahlstromwertes brauchbar, da der zur Aufrechterhaltung der Schwingungen erforderliche Rückkopplungsweg dann automatisch durch den Elektronenstrahl gegeben ist.Assuming that the group velocity of the wave advancing in the array is the The speed of the electrodes is opposite, the electrons can in a known manner be synchronized with a spatially harmonious component of the movement, which is one compared to the group speed has negative phase velocity. If such conditions actually exist in a If a spatially harmonic tube is present, the electromagnetic energy migrates from the end of the collecting electrode to the beam generating system end of the tube. This mode of operation necessary for the reinforcement is useful up to a critical value of the beam current, is, as is known per se, in the same way for The generation of oscillations above this critical beam current value is useful because it is used to maintain it The feedback path required for the vibrations is then automatically provided by the electron beam given is.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung 10 der Fig. 1. Die Teile 13 und 14 sind symmetrisch um die kreisförmige Öffnung mit dem Radius r_s in der Platte 12 angeordnet. DieAnzahl der Segmente 13 in jeder Platte hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie von der gewünschten Leistungskapazität oder von dem erforderlichen Gesamtdurchmesser (2r₃). Im allgemeinen ist es wahrscheinlich zweckmäßig, hierfür eine Primzahl zu verwenden, z. B. wie dargestellt fünf Segmente, um die Gefahr zu vermeiden, daß einzelne Kreise in Untergruppen zusammenwirken und am Ende der Röhre Ausgangsschwingungen hervorbringen, die sich in der Phase oder der Frequenz unterscheiden. Die physikalischen und elektrischen Beziehungen dieser Kreise zueinander sind jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung selbst wichtige Faktoren zur Verminderung dieser Gefahr.FIG. 2 shows a cross section through the arrangement 10 of FIG. 1. The parts 13 and 14 are arranged symmetrically around the circular opening with the radius r _s in the plate 12 . The number of segments 13 in each plate depends on a number of factors such as the power capacity desired or the overall diameter required (2r ₃ ). In general, it is probably convenient to use a prime number for this, e.g. B. five segments as shown in order to avoid the risk that individual circles interact in subgroups and produce output oscillations at the end of the tube which differ in phase or frequency. The physical and electrical relationships between these circuits are, however, themselves important factors for reducing this risk in the arrangement according to the invention.

Die Fläche 21 in Fig. 2 gibt den Querschnitt um die Lage eines Elektronenstrahls an, der durch die Spalte 15 geleitet werden kann. Die Flächen 22, 23 und 24 geben den Querschnitt und die Lage anderer Elektronenstrahlen an, die durch geeignetes Schlitzen oder Durchbohren der Segmente 13 untergebracht werden können, wie in dieser Figur, jedoch nicht in Fig. 1, gezeichnet ist.The area 21 in FIG. 2 indicates the cross section around the position of an electron beam which can be guided through the gap 15. The surfaces 22, 23 and 24 indicate the cross section and the position of other electron beams which can be accommodated by suitable slitting or drilling through the segments 13 , as shown in this figure, but not in FIG.

Bei einem Versuchsmodell, das im wesentlichen, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, aufgebaut war und bei dem r₃=2,54cm war, r₂, T₁ und Θ im gleichen Verhältnis zu r₃ standen wie in Fig. 2, t= 1,90 mm und d=0,85 mm waren, hat sich eine Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung von etwa 1200 Volt als ge-In a test model which was essentially constructed as shown in FIGS. 1 and 2 and in which r ₃ = 2.54 cm, r ₂ , T ₁ and Θ were in the same ratio to r ₃ as in FIG. 2 , t = 1.90 mm and d = 0.85 mm, an electron beam acceleration voltage of about 1200 volts has proven to

nügend ergeben, um die Elektronen mit einer räumlich harmonischen Komponente einer 9000 MHz-Welle zu synchronisieren, die in der Anordnung fortschreitet. Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, das als Teilschnitt dargestellt ist und bei dem eine Anordnung 30 für räumlich harmonische Betriebsweise, im Aufbauprinzip und Betriebsweise im wesentlichen die gleiche wie die Ausführung der Fig. 1, durch eine Vielzahl vonsufficient to synchronize the electrons with a spatial harmonic component of a 9000 MHz wave advancing in the array. Fig. 3 shows a second embodiment of an arrangement according to the invention, which is shown as a partial section and in which an arrangement 30 for spatially harmonious mode of operation, in the construction principle and mode of operation essentially the same as the embodiment of FIG

ίο Drahtschleifen 31 und 32 gebildet wird, die durch die Streben 34 und 35 symmetrisch um kreisförmige Öffnungen mit dem Radius V₁ in den Platten 33 gehalten werden. Die Platten 33 halben in Längsrichtung die gleichen Abstände wie die Platten 12 in Fig. 1. Bei dieser Ausführung ist jedoch jede weitere Platte 33 um φ° gegen die benachbarten Platten gedreht, so daß die Schleifen 31 einer Platte und die Schleifen 32 einer anderen benachbarten Platte, wie dargestellt, gegeneinander verdreht sind, wodurch räumlich harmonische Kreise, die ineinandergreifen, entstehen. Bei solchen Kreisen beträgt die Phasenverschiebung des elektrischen Feldes zwischen aufeinanderfolgenden Unstetigkeiten, z. B. zwischen einer Schleife 31 und einer Schleife 32, in einem beträchtlichen Frequenzbereich annähernd π. Diese konstante Phasenverschiebung ist die Ursache für die große Betriebsbandbreite einer Rückwärtswellen-Wanderfeldröhre mit ineinandergreifenden Gliedern. Wenn die Anordnung der Fig. 3 als Verstärker oder Oszillator benutzt wird, können ein oder mehrere Elektronenstrahlen durch die gepunkteten Flächen 36 geleitet werden. ίο wire loops 31 and 32 are formed, which are held by the struts 34 and 35 symmetrically around circular openings with the radius V ₁ in the plates 33 . The plates 33 half in the longitudinal direction have the same spacing as the plates 12 in Fig. 1. In this embodiment, however, each additional plate is rotated by φ ° to the adjacent plates 33, so that the loops 31 of a plate and the loops 32 of another adjacent Plate, as shown, are twisted against each other, creating spatially harmonious circles that intermesh. In such circles the phase shift of the electric field between successive discontinuities, e.g. B. between a loop 31 and a loop 32, in a considerable frequency range approximately π. This constant phase shift is the cause of the large operating bandwidth of a reverse wave traveling wave tube with interlocking members. When the arrangement of FIG. 3 is used as an amplifier or oscillator, one or more electron beams can be passed through the dotted areas 36 .

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hier ist eine Gruppe von Stäben oder Fingern 41, die in der Ebene einer Platte 42 liegt, gegenüber einer Gruppe von Stäben 43, die in der Ebene einer benachbarten Platte liegen, verdreht angeordnet. Durch die Fläche 44 können Elektronen geleitet werden. Die Impedanzanpassung kann ganz leicht vorgenommen werden, indem die radiale Länge der Stäbe verändert wird und nicht ihre Breite wie bei den Segmenten 13 in Fig. 1. Diese Anordnung hat den Vorteil eines einfachen Aufbaues.Fig. 4 shows a further embodiment. Here, a group of rods or fingers 41, which lies in the plane of a plate 42, is arranged rotated relative to a group of rods 43, which lie in the plane of an adjacent plate. Electrons can be passed through the surface 44. The impedance matching can be carried out very easily by changing the radial length of the rods and not their width as in the case of the segments 13 in FIG. 1. This arrangement has the advantage of a simple structure.

Fig. 5 zeigt einen Teil des durch die Linie 5-5 in Fig. 1 gelegten Längsschnittes einer Wanderfeldröhre 50, weiche die Anordnung 10 für räumlich harmonische Betriebsweise enthält. Eine oder mehrere Elektronenstrahlerzeugungssysteme 51, die außen um den Hohlleiter 52 von kreisförmigem Querschnitt angeordnet sind, geben Elektronen in die durch die Fläche 21 in Fig. 2 angedeuteten Bahnen ab. Auffangelektroden in Fig. 5 (nicht gezeichnet) können in gleicher Weise am anderen Ende der Röhre angeordnet sein. Andererseits können statt der Strahlerzeugungssysteme 51 auch Kathoden verwendet werden, die unmittelbar an den Segmenten 13 der ersten Platten 12 aufgebracht sind. Ein konischer Übergangsteil 53, der sich über eine Länge von etwa zwei Wellenleiterwellenlängen erstreckt, dient zur Anpassung der Impedanz des Hohlleiters 52 an die der Anordnung 10. Ein gleicher Teil kann am entgegengesetzten Emde verwendet werden, wenn auch dieser der Einfachheit halber nicht gezeichnet ist.FIG. 5 shows part of the longitudinal section, taken by the line 5-5 in FIG. 1, of a traveling wave tube 50, which contains the arrangement 10 for spatially harmonious mode of operation. One or more electron guns 51, which are arranged on the outside around the waveguide 52 of circular cross section, emit electrons in the paths indicated by the surface 21 in FIG. 2. Collecting electrodes in Fig. 5 (not shown) can be arranged in the same way at the other end of the tube. On the other hand, instead of the beam generation systems 51 , cathodes can also be used which are applied directly to the segments 13 of the first plates 12 . A conical transition part 53, which extends over a length of approximately two waveguide wavelengths, is used to match the impedance of the waveguide 52 to that of the arrangement 10. The same part can be used on the opposite Emde, even if this is not shown for the sake of simplicity.

Die Anordnung 10 ist gleichspannungsmäßig so vorgespannt, daß zusätzlich zu der Elektronenstrahlfokussierung durch das übliche gleichförmige magnetische Längsfeld in an sich bekannter Weise eine Fokussierung durch das periodische elektrische Gleichspannungsfeld bewirkt wird, das in den Gebieten zwischen den Platten 12 besteht. Die optimaleThe arrangement 10 is biased in terms of DC voltage so that in addition to the electron beam focusing by the usual uniform longitudinal magnetic field, focusing is effected in a manner known per se by the periodic electrical DC voltage field that exists in the areas between the plates 12. The optimal one

7" Stärke dieses Feldes für die wirksamste Fokussierung 7 " Strength of this field for the most effective focusing

Claims

can be easily found by changing the bias of the plates 12. The DC voltage source 54 is connected to the plates 12 in the manner shown. Periodic magnetic focusing can be achieved in an analogous manner by introducing permanent magnets into the openings between the plates 12. When the tube 50 is to be operated as a forward wave amplifier, the TE01-type wave is fed to the assembly 10 via the waveguide 52. The amplified signal can then be picked up at the other end of the arrangement 10 in a manner known per se. When operating with a reverse wave, the wave energy is extracted from the tube 50 via the waveguide 52. While the preceding explanation is intended to explain the important details of the present invention, it is not intended to provide a complete representation of all possible embodiments which can be proposed according to the principle described. Various modifications and variations in the geometry and physical relationships of the assemblies 10 (Fig. 1) or 30 (Fig. 3) and in the manner of using these assemblies can be suggested or carried out by those skilled in the art, without to move away from the essence and aim of the invention. Patent claims:

1. Traveling wave tube with an interaction circle (delay line) for spatially harmonic mode of operation for generating or amplifying very short electrical waves of the TE ₀₁ type, characterized in that the interaction circle consists of a plurality of flat conductive parts lying one behind the other in the electron beam direction and perpendicular to the electron beam Direction are arranged and have a distance from each other in the electron beam direction that each of these conductive parts has a circular opening in which, evenly distributed over the circumference, a group of similar conductive elements is arranged essentially where there is in the absence of the conductive elements would be the maximum electric field strength of the wave of the TE ₀₁ -type traveling along such a line, and that the conductive elements are designed in such a way that they the circular electric field lines of the wave of the TE ₀₁ -type in along the Um Initially, evenly distributed segment-shaped field areas are broken down, and that, furthermore, the electron beam (s) interacting with the wave field is (are) guided along the circle of reciprocal action in such a way that it

(they) penetrate (penetrate) at least part of the said segment-shaped field areas.

2. Traveling wave tube according to claim I, characterized in that each group of conductive elements is arranged offset by an angle Φ about the axis of the interaction circle with respect to the adjacent group (s).

3. traveling wave tube according to claim 1 or 2, ■ characterized in that each group is conductive Elements consists of a plurality of substantially segment-shaped parts, which evenly are arranged distributed around the axis of the alternating circle of action and their inclined Wedge surfaces run in the radial direction.

4. Traveling wave tube according to claim 1 or 2, characterized in that each group is conductive Elements consists of a large number of self-contained wire loops, which evenly are arranged distributed around the axis of the interaction circle.

5. Traveling wave tube according to claim 1 or 2, characterized in that each group is conductive Elements consists of a plurality of conductive pins arranged in the radial direction, which are arranged evenly distributed around the axis of the interaction circle.

6. traveling wave tube according to one of claims 1 to 5, characterized in that for the supply and / or dissipation of the high-frequency energy to be amplified or generated, one waveguide each of circular cross-section is provided, which, extending in the electron beam direction, connected to the interaction circuit via an arrangement for impedance matching is.

7. traveling wave tube according to claim 6, characterized in that the arrangement for impedance matching has a transition section which is a sequence of the planar ones in the electron beam direction one behind the other including conductive parts, and that of the conductive elements of these Divide each spanned angle as you approach the interaction circle gets bigger.

8. traveling wave tube according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conductive Elements of each group are conductively connected to each other and represent a unified structure.

9. traveling wave tube according to one of the preceding claims, characterized in that for the bundled guidance of the electron beam from those located one behind the other in the electron beam direction Conducting parts, neighboring parts have different potentials.

1 sheet of drawings