DE1060923B - Anordnung zur unmittelbaren Kopplung zwischen einem dichtemodulierten Elektronenstrahl und einem Aussenkreis einer Hoechstfrequenzroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordniung zur unmittelbaren Kopplung zwischen einem dichtemodulierten Elektronenstrahl und einem äußeren Kreis einer Hochfrequenzröhre, z. B. einem Hohlraumresonator oder einem Hohlleiter. Voraussetzung für eine unmittelbare Kopplung zwischen einer Elektronen-Strömung und dem äußeren Kreis einer Höchstfrequenzröhre, z. B. einem Klystron, sind kleine Laufwinkel der Elektronien längs des· mit dem Strahl gekoppelten elektrischen Feldes. Der äußere Kreis wird dabei aber kapazitiv stark belastet, seine Güte und sein Parallelwiderstand werden herabgesetzt. Der Grund, warum die Kopplung zwischen einem Elektronenstrahl und einem äußeren Wechselfeld mit zunehmendem Laufwinkel abnimmt, ist darin zu suchen, daß sich die aufeinanderfolgenden positiven- und negativen Halbwellen der Wechselstromkomponente des Konvektionsstromes im StraW bei ihrer Influenzwirkung auf den äußeren Kreis zum Teil aufheben. Bei den üblichen Wanderfeldröhren sind zwar Ein- und Ausgang der Röhre unmittelbar mit der Verzögerungsleitung gekoppelt. Es ist jedoch oft wünschenswert, 1. eine unmittelbare Kopplung zwischen dem Strahl und dem äußeren Kreis, z. B. einem Hohlleiter oder Hohlraumresonator, zur Erhöhung der Güte und des Parallelwiderstandes zu haben oder 2. eine Entkopplung des äußeren Kreises von der Verzögerungsleitung einer Wanderfeldröhre zu erzielen, um eine Selbsterregung und ein Übersprechen bei der Frequenzmodulation zu vermeiden, usw.

Es ist bereits eine Kopplung von Hochfrequenzleitungenmit Verzögerungsleitungen elektrischer Entladungsgefäße, insbesondere Wanderfeldröhren od. dgl. bekanntgeworden, bei der die Felder der Hochfrequenzleitungen und Verzögerungsleitungen in Bereichen in Wechselwirkung treten, deren Größe ein ganzzahliges Vielfaches der nahezu halben verkürzten Wellenlänge beträgt und in denen die Unterbereiche von der Größe einer nahezu -halben verkürzten Wellenlänge sich in ihrer Wirkung unterstützen. Dies wird dadurch erreicht, daß die nicht phasenrichtigen Halbwellen ausgeblendet oder sonstwie unterdrückt werden oder daß Wellen höherer Ordnung benutzt werden, deren- Feldverteilung der Feldverteilung auf der Verzögerungsleitung entspricht. In jedem Falle tritt durch diese Maßnähmen ein- wesentlicher Kopplungsveriusi auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur unmittelbaren Kopplung zwischen einem dichtemodulierten Elektronenstrahl und einem äußeren Kreis einer Höchstfrequenzröhre, z. B. einem Hohlraumresonator oder Hohlleiter, dessen Kopplungsöffnung längs des Strahlweges mindestens eine Wellenlänge, der Wechselstromkomponente des Kon-Anordnung
zur unmittelbaren Kopplung
zwischen einem dichtemodulierten
Elektronenstrahl und einem Außenkreis
einer Höchstfrequenzröhre

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr.-Ing. Johannes Labus, München,
ist als Erfinder genannt worden

vektionsstromes längs des Strahles beträgt, zu schaffen, bei der diese Kopplung wesentlich verbessert ist bzw. die die eben erwähnten Nachteile nicht oder nur in geringem Maße aufweist. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, im Koppeibereich senkrecht zur Fortpflanzunigsrichtung des Elektronen-Strahles wirkende Beschleunigungs- oder Verzögerungslinsen' anzuordnen, deren gegenseitiger Abstand etwa einer halben im Strahl auftretenden Wellenlänge der Wechselstromkomponente des Konvektionsstromes entspricht und die so dimensioniert sind, daß sie in ihrem Bereich die Phase der zu koppelnden elektromagnetischen Welle um 180° drehen.

An Hand der Figuren, in denen die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung dargestellt sind, wird nachfolgend die Erfindung nätier erläutert und Einzelheiten derselben beschrieben. Fig. 1 zeigt die Auskopplungsanordnung eines Klystrons oder einer Wanderfeldröhre. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und dem äußeren Feld dann wesentlich verbessert werden kann, wenn es gelingt, das Feld außerhalb des Strahles so anzuregen, daß alle Punkte längs einer Feldlinie in gleicher Phase schwingen. Dies erreicht man gemäß der Erfindung durch eine Art Linsenwirkung, wobei die Linsen so angeordnet und beschaffen sind, daß sie die Phase des durch jede zweite Halbwelle des Konvektionsstromes erregten Feldes um 180° drehen. Man kann dazu entweder sogenannte Beschleunigungs- oder Verzöge-

909 560/296

Claims (5)

rungslinsen benutzen. Im Beispiel der Fig. 1 werden Verzögerungslinsen verwendet, deren Wirkung auf einer Verkleinerung der Phasengeschwindigkeit durch ein Dielektrikum hoher Dielektrizitätskonstante beruht. Solche Linsen haben- den Vorteil geringer Ab-" 5' messung, so daß. man. sie im Glaskolben der Röhre unterbringen kann, wodurch eine gute Kopplung mit dem Strahl erzielt wird. In Fig. 1 wird der Elektronenstrahl 1 von einem Auffänger 2 aufgefangen. An den Auf fänger 2 schließt sich die Wandung 6 des Vakuumgefäßes an, das beispielsweise aus Glas besteht. Die Wandungen des im Schnitt nicht dargestellten Hohlleiters 5 sind durch die Linien 3 und 4 angedeutet. Der Bereich b entspricht der Breite des" Hohlleiters 5 und ist der Auskoppelbereioh. Im Raum zwischen der Wandumg 6 und dem Elektronenstrahl 1 sind die Verzögerungslinsen 7 und 8 angeordnet. In Fig. 2 ist schematisch die Wechselstromkomponente des Konvektionsstromes im Strahl dargestellt. Die Wellenlänge des Konvektionsstromes beträgt Xe-V0If (F0=Elektronengeschwindigkeit, /=Frequenz). Aufgabe der Linsen 7 und 8 ist es, jede zweite Halbwelle des vom Konvektionsstrom erzeugten elektrischen Feldes mit der axialen Feldstärke Ez so zu drehen, daß längs AB Gleichphasigkeit von Ez herrscht. Um dieser Forderung genügen zu können, müssen die Linsen 7 und 8 die Breite etwa einer halben Strahlwellenlänge Xe haben und einen ebensolchen Abstand voneinander. Besonders vorteilhaft ist es, für die Verzögerungslinsen einen Werkstoff mit einer Dielektrizitätskonstante ε zu wählen, die insbesondere größer als 100 ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Verzögerungslinsen aus den Elektronenstrahl umgebenden Keramikscheiben mit einer 'hohen Dielektrizitätskonstanten. Beiderseits dieser Keramikscheiben sind Metallblenden 9 bzw. 10 angebracht. Neben der Phasendrehung um 180° soll möglichst keine Refiektion am inneren Umfange der Scheiben stattfinden. Außerdem sollen die Verluste möglichst klein sein. Die zur Erfüllung der genannten Bedin- +0 gungen erforderliche radiale Scheibenstärke ergibt sich aus einer transzendenten Beziehung; im Grenz- fall sehr großer Scheibendurchmesser beträgt sie -—7=. An Stelle der im Ausführungsbeispiel gezeigten Verzögerungslinsen können natürlich auch Beschleunigungslinsen Verwendung finden. Diese Beschleunigungslinsen sind etwa nach Art der auf dem Beschleunigungsprinzip aufgebauten Richtantennen für Mikrowellen ausgebildet. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß die erfkidungsgemäße Einrichtung selbstverständlich auch zum Koppeln einer 'Welle ""auf den Elektronenstrahl und umgekehrt benützt werden -kann. Die Beschleunigungslinsen bewirken dann, daß das außerhalb des Strahles in gleicher Phase schwingende Feld innerhalb des Strahles die zur Modulation erforderliche Phasenlage aufweist. Patentansprüche:

1. Anordnung zur unmittelbaren Kopplung zwischen einem dichtemodulierten Elektronenstrahl und einem Außenkreis einer Höchstfrequenzröhre, z. B. einem Hohlraumresonator oder Hohlleiter, dessen Kopplungsöffnung längs des Strahlweges mindestens eine Wellenlänge der Wechseletromkomponente des Konvektionsstromes längs des Strahles beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Koppelbereich senkrecht zur Fortpflanzungsridhtung des Elektronenstrahles wirkende Beschleunigungs- oder Verzögerungslinsen angeordnet sind, deren Breite und gegenseitiger Abstand etwa einer halben im Strahl auftretenden Wellenlänge der Wechselstromkomponente des Konvektionsstromes entspricht und die so dimensioniert sind, daß sie in ihrem Bereich die Phase des elektrischen Feldes der zu koppelnden elektromagnetischen Welle um 180° drehen.

2. Anordnung naah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungslinsen dielektrische Werkstoffe mit einer hohen Dielektrizitätskonstante verwendet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Werkstoffes der Verzögerungslinsen größer als 100 ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungslinsen aus den Elektronenstrahl umgebenden Keramikscheiben bestehen, die von senkrecht zum Elektronenstrahl verlaufenden Metallblenden begrenzt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungslinsen nach Art der auf dem Beschleunigungsprinzip aufgebauten Richtantennen für Mikrowellen ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 947 808.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 909 560/296 6.