DE1093489B - Electric discharge tubes with speed modulation for generating or amplifying very short electric waves - Google Patents
Electric discharge tubes with speed modulation for generating or amplifying very short electric wavesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Entladungsröhre mit Geschwindigkeitsmodulation zur Erzeugung oder Verstärkung sehr kurzer elektrischer Wellen mit wenigstens einem Hohlraumresonator, der aus zwei einseitig offenen Toroidhälften besteht, die unter Bildung eines ringförmigen Elektronendurchtrittsspaltes zwischen den offenen Seiten koaxial zueinander und einander in geringem Abstand gegenüberstehend angeordnet sind, und bei der zur Zu- oder Abführung von Hochfrequenzenergie die Wandung des Hohlraumresonators mit Energieübertragungsmitteln versehen ist, die derart gleichmäßig verteilt über die Wandung einer der Toroidhälften angeordnet sind, daß hierdurch der Hohlraum gleichmäßig belastet wird.The invention relates to an electric discharge tube with speed modulation to generate or amplify very short electrical Shafts with at least one cavity resonator, which consists of two toroidal halves open on one side, the with the formation of an annular electron passage gap between the open sides coaxially to one another and are arranged opposite one another at a small distance, and for the supply or Dissipation of high-frequency energy, the wall of the cavity resonator is provided with energy transmission means that are distributed evenly in this way are arranged over the wall of one of the toroidal halves, that this loads the cavity evenly will.
Derartige Röhren sind bekannt. Es ist auch schon bekannt, als Energieübertragungsmittel in der Wandung einer der Toroidhälften des Hohlraumresonators einen ringförmigen Koppelspalt vorzusehen, der zentrisch zur Toroidachse verläuft und über den der Hohlraumresonator mit einem Hohlleiter gekoppelt ist (schweizerische Patentschrift 258 699).Such tubes are known. It is already known as an energy transfer medium in the wall one of the toroidal halves of the cavity resonator to provide an annular coupling gap which is centric runs to the toroidal axis and via which the cavity resonator is coupled to a waveguide is (Swiss Patent 258 699).
Bei den bekannten Röhren hat sich jedoch herausgestellt, daß häufig Schwingungen unerwünschter Schwingungsarten aus- bzw. eingekoppelt werden.In the known tubes, however, it has been found that vibrations are often undesirable Vibration types are coupled out or coupled.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ankopplung eines Hohlleiters an einen toroidförmigen Hohlraumresonator so vorzusehen, daß im wesentlichen nur Schwingungen des gewünschten Modus aus- bzw. eingekoppelt werden.The invention is therefore based on the object of coupling a waveguide to a toroidal one Provide cavity resonator so that essentially only vibrations of the desired mode can be decoupled or coupled.
Bei einer Röhre der eingangs erwähnten Art wird dazu erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich an die die Energieübertragungsmittel aufweisende Wandung des Hohlraumresonators ein koaxiales Übergangsstück zum Übergang auf einen der Zu- oder Abführung der Hochfrequenzenergie dienenden Hohlleiter anschließt.In a tube of the type mentioned, the invention proposes that the the wall of the cavity resonator having energy transfer means is a coaxial transition piece connects to the transition to one of the supply or discharge of the high-frequency energy serving waveguide.
Es ist bereits bekannt, eine Koaxialleitung mit Hilfe eines koaxialen Übergangsstücks an einen toroidförmigen Hohlraumresonator anzuschließen (deutsche Patentschrift 750 380). Ein derartiges Übergangsstück in Verbindung mit einem Hohlleiter zu verwenden, ist jedoch neu.It is already known, a coaxial line with the help of a coaxial transition piece to a to connect toroidal cavity resonator (German patent 750 380). Such a transition piece however, using it in conjunction with a waveguide is new.
Die Erfindung kann bei jedem toroidförmigen Hohlraumresonator Anwendung finden, bei welchem ein scheibenförmiger Elektronenstrahl in radialer Riehtung durch eine ringförmige Öffnung in dem Resonator hindurchgeführt wird. Die Erfindung ist des weiteren auch bei einem toroidförmigen Hohlraumresonator anwendbar, bei dem ein zylindrischer Elektronenhohlstrahl in axialer Richtung durch eine ringförmige Öffnung in dem Resonator hindurchgeführt wird.The invention can be applied to any toroidal cavity resonator in which a disk-shaped electron beam in radial direction through an annular opening in the resonator is passed through. The invention is also applicable to a toroidal cavity resonator applicable, in which a cylindrical electron beam in the axial direction through an annular Opening in the resonator is passed.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.For a better understanding, the invention is explained below on the basis of exemplary embodiments described in more detail.
Elektrische EntladungsrohreElectric discharge tubes
mit Geschwindigkeitsmodulationwith speed modulation
zur Erzeugung oder Verstärkungfor generation or amplification
sehr kurzer elektrischer Wellenvery short electric waves
Anmelder:Applicant:
Electric Sd Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)Electric Sd Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Great Britain)
Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76Representative: Dr.-Ing. B. Johannesson, patent attorney,
Hanover, Göttinger Chaussee 76
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. April 1953 und 23. März 1954Claimed priority:
Great Britain 10 April 1953 and 23 March 1954
Albert Frederick Pearce,Albert Frederick Pearce,
Gerrards Cross, Buckinghamshire,Gerrards Cross, Buckinghamshire,
und Douglas Jaques Wootton, Harrow, Middlesexand Douglas Jaques Wootton, Harrow, Middlesex
(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden(Great Britain),
have been named as inventors
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer elektrischen Entladungsröhre mit einem erfindungsgemäßen koaxialen Übergangsstück;Fig. 1 shows a cross section of an electric discharge tube with a coaxial one according to the invention Transition piece;
Fig. 2 und 3 zeigen Übergangsglieder zwischen dem Hohlraumresonator und dem koaxialen Übergangsstück ;Figures 2 and 3 show transition members between the cavity resonator and the coaxial transition piece ;
Fig. 4 zeigt die Ankopplung eines koaxialen Übergagsstücks bei einer Entladungsröhre mit zwei Hohlraumresonatoren ;4 shows the coupling of a coaxial transition piece in a discharge tube with two cavity resonators ;
Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer Entladungsanordnung mit zylindrischem Hohlstrahl;5 shows the application of the invention to a discharge arrangement with a cylindrical hollow jet;
Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit zwei Hohlraumresonatoren und zwei koaxialen Übergangsstücken.Fig. 6 shows an arrangement with two cavity resonators and two coaxial transition pieces.
Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Entladungsröhre einen ringförmigen Hohlraumresonator 1, welcher die Form eines doppelwandig^ rotationssymmetrischen Zylinders aufweist. Die innere Wandung des Zylinders ist mit einem eingezogenen Teil 2 versehen, in welchem ein ringförmiger Spalt vorgesehen ist. Der eingezogene Teil erstreckt sich bis in die unmittelbare Nähe eines Ringspaltes 3, der in der ätißeren Wandung des Zylinders vorgesehen ist. Des weiteren ist eine Ringkathode 4 angeordnet, deren emittierendeAs shown in Fig. 1, the discharge tube includes an annular cavity resonator 1, which the Has the shape of a double-walled ^ rotationally symmetrical cylinder. The inner wall of the cylinder is provided with a retracted part 2 in which an annular gap is provided. Of the The drawn-in part extends into the immediate vicinity of an annular gap 3, which is in the outer Wall of the cylinder is provided. Furthermore, a ring cathode 4 is arranged, the emitting
009 649/344009 649/344
Fläche eben oder auch konkav ausgebildet sein kann. Diese Kathode wird von einem Keramikisolator 5 getragen und ist mit Bündelungselektroden 6 verbunden, die bei geeigneten Potentialen die von der Kathode 4 emittierten Elektronen in Form eines flachen Scheibenstrahles bündeln. Dieser scheibenförmige Elektronenstrahl durchquert den Hohlraumresonator 1. Der Ringspalt 3 ist von einer Refiektorelektrode 7 umgeben, die bei geeigneter Potentialgebung die durch den Resonator zu ihr hingeführten Elektronen refiektiert, so daß die Anordnung als Schwingungserzeuger arbeitet. Die Frequenz der erzeugten Schwingungen hängt dabei von der Resonanzfrequenz des Hohlraumresonators 1 ab. __Surface can be flat or concave. This cathode is carried by a ceramic insulator 5 and is connected to bundling electrodes 6, which at suitable potentials are those of the cathode 4 bundle emitted electrons in the form of a flat disk beam. This disk-shaped electron beam passes through the cavity resonator 1. The annular gap 3 is surrounded by a reflector electrode 7, which, given a suitable potential, reflects the electrons brought to it by the resonator, so that the arrangement works as a vibration generator. The frequency of the generated vibrations depends on the resonance frequency of the cavity resonator 1. __
Die Anordnung in Fig. 1 ist mit einer vakuumdichten Hülle versehen, die aus einem Zylinder 8 besteht, der mit einem Boden 9 und einer Abdeckung 10 abgeschlossen ist. Diese Vakuumhülle kann beispielsweise aus Stahl bestehen und in üblicher Weise vakuumdicht zusammengeschweißt sein. An der Stelle 11 so sind Durchführungen für die Elektrodenzuleitungen vorgesehen. Zur Energieübertragung aus dem Hohlraumresonator 1 ist in dessen Wandung eine ungerade Anzahl (d. h. zumindest drei) gleichmäßig über den Umfang verteilter Kopplungsöffnungen 12 vorgesehen (eine dieser öffnungen ist in der Fig. 1 sichtbar). An die Kopplungsöffnungen schließt sich ein getapertes koaxiales Übergangsstück 13 an, das in einen Hohlleiter 14 kreisförmigen Querschnitts übergeht. Der Hohlleiter 14 wird zweckmäßig in der E„-Schwingungsart betrieben. Der Taper der Übergangsleitung 13 ist derart ausgebildet, daß die Impedanz der Leitung 13 an die des Hohlleiters 14 angepaßt wird. Der Innenleiter des koaxialen Übergangsstücks 13 ist als Konus ausgebildet und wird ■—■ wie dargestellt— von einem scheibenartigen Support 15 mit einem zentralen Ansatz 16 getragen. Dieser Ansatz 16 dient zugleich als Stützlager für die Kathode 4 und die Bündelungselektroden 6. Der Außenleiter des koaxialen Übergangsstücks 13 ist mit einem Flansch 17 versehen, der mit der Abschlußplatte 10 der Vakuumhülle verschweißt ist. Die Reflektorelektrode 7 wird in dem Ausführungsbeispiel von einem Keramikring 18 getragen. Das anschlußseitige Ende des Hohlleiters 14 ist durch ein Glasfenster 19 in bekannter Weise vakuumdicht abgeschlossen.The arrangement in Fig. 1 is provided with a vacuum-tight envelope consisting of a cylinder 8, which is completed with a base 9 and a cover 10. This vacuum envelope can for example consist of steel and be welded together vacuum-tight in the usual way. At 11 so bushings are provided for the electrode leads. For energy transfer from the cavity resonator 1 is in its wall an odd number (i.e. at least three) evenly across the Circumferentially distributed coupling openings 12 are provided (one of these openings is visible in FIG. 1). At the coupling openings are followed by a tapered coaxial transition piece 13 which is inserted into a waveguide 14 circular cross-section merges. The waveguide 14 is expediently in the E "oscillation mode operated. The taper of the transition line 13 is designed such that the impedance of the line 13 is adapted to that of the waveguide 14. The inner conductor of the coaxial transition piece 13 is as Cone and is ■ - ■ as shown— by a disk-like support 15 with a central extension 16 is carried. This approach 16 is used at the same time as a support bearing for the cathode 4 and the bundling electrodes 6. The outer conductor of the coaxial transition piece 13 is provided with a flange 17 which is welded to the end plate 10 of the vacuum envelope is. The reflector electrode 7 is carried by a ceramic ring 18 in the exemplary embodiment. The connection-side end of the waveguide 14 is through a glass window 19 in a known manner sealed vacuum-tight.
Bei einer gemäß dem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Entladungsröhre, deren Hohlraumresonator für den Betrieb bei einer Frequenz von 10 000 MHz bestimmt war, wurden sieben Kopplungsöffnungen 12 vorgesehen. Die Abmessungen der öffnungen 12 werden durch den geforderten Kopplungsgrad zwischen der Leitung 13 und dem Hohlraumresonator 1 bestimmt. Die öffnungen können kreisförmig ausgebildet sein oder die Form von Schlitzen haben. Die gleichmäßige Belastung des Hohlraumresonators in Verbindung mit der Ankopplung über ein koaxiales Übergangsstück gewährleistet die Vermeidung eines Anschwingens des Hohlraumresonators in einer unerwünschten Schwingungsart.In the case of a discharge tube designed according to the exemplary embodiment, the cavity resonator of which for intended to operate at a frequency of 10,000 MHz, seven coupling openings 12 intended. The dimensions of the openings 12 are determined by the required degree of coupling between the line 13 and the cavity resonator 1 determined. The openings can be circular be or be in the form of slits. The even loading of the cavity resonator in Connection with the coupling via a coaxial transition piece ensures the avoidance of a Oscillation of the cavity resonator in an undesirable mode of oscillation.
An Stelle der Anordnung einer Vielzahl von Kopplungsöffnungen 12 kann die Energieübertragung zwischen dem Hohlraumresonator 1 und der Leitung 13 auch über einen Ringspalt 22 — so wie in Fig. 2 gezeigt — vorgenommen werden. Der Kopplungsgrad zwischen dem Hohlraumresonator 1 und dem koaxialen Übergangsstück 13 läßt sich durch die Anordnung einer Blende 23 einstellbar ausbilden. An Stelle der Blende 23 ist auch ein Transformator 24 in Form einer Viertelwellenlängenleitung 22 — so wie in Fig. 3 dargestellt— als Anpassungsglied vom Hohlraumresonator 1 zum koaxialen Übergangsstück 13 anwendbar.Instead of arranging a large number of coupling openings 12 can transmit the energy between the cavity resonator 1 and the line 13 can also be carried out via an annular gap 22 - as shown in FIG. 2. The degree of coupling between the cavity resonator 1 and the coaxial transition piece 13 can be through the arrangement form a diaphragm 23 adjustable. Instead of the aperture 23, there is also a transformer 24 in Form of a quarter-wavelength line 22 - as shown in Fig. 3 - as an adapter of the cavity resonator 1 applicable to the coaxial transition piece 13.
Die oben beschriebene Konstruktion kann auch — so wie in Fig. 4 gezeigt — bei Entladungsröhren verwendet werden, die zwei Hohlraumresonatoren aufweisen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. In Fig. 4 sind die beiden konzentrisch zueinander angeordneten Hohlraumresonatoren mit 29 und 30 bezeichnet. Die von der Kathode 4 kommende Elektronenströmung wird während des Durchgangs durch den Resonator 29 in der Geschwindigkeit moduliert. Diese geschwindigkeitsmodulierte Elektronenströmung wandelt sich während des Durchlaufs der Elektronenströmung durch den Laufraum zwischen dem Resonator 29 und dem Resonator 30 in eine dichtemodulierte Elektronenströmung um. Die so dichtemodulierte Elektronenströmung durchläuft dann den Resonator 30, wo ihr die Wechselstromenergie entnommen wird. Der Resonator 30 ist von einer Auffangelektrode 31 umgeben. Die beiden Resonatoren 29 und 30 können zum Energieaustausch miteinander gekoppelt sein, und zwar beispielsweise ebenfalls durch eine Vielzahl von öffnungen 32 in der Außenwandung des Hohlraumresonators 29 und einer Vielzahl von öffnungen 33 in der Innenwandung des Hohlraumresonators 30, die jeweils gleichmäßig über die beiden Hohlraumresonatoren verteilt sind. Die ringförmigen Teile 34 begrenzen den Kopplungsweg. Die Hochfrequenzenergie wird von dem Hohlraumresonator 30 auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weise entnommen, beispielsweise so, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Infolge der gleichmäßig verteilten Anordnung der Energieübertragungsmittel 12 zwischen dem Hohlraumresonator 30 und dem koaxialen Übergangsstück 13 und der Verwendung dieses Übergangsstücks ist die Möglichkeit, daß sich der Hohlraumresonator 30 in unerwünschten Schwingungsarten anregt, weitgehend vermieden.The construction described above can also - as shown in FIG. 4 - be used in discharge tubes which have two cavity resonators which are arranged concentrically with one another. In FIG. 4, the two cavity resonators arranged concentrically to one another are denoted by 29 and 30. The electron flow coming from the cathode 4 is through during the passage the resonator 29 modulates in speed. This velocity-modulated electron flow changes during the passage of the electron flow through the space between the Resonator 29 and the resonator 30 in a density-modulated electron flow. The so density modulated Electron flow then passes through resonator 30, where the alternating current energy is taken from it will. The resonator 30 is surrounded by a collecting electrode 31. The two resonators 29 and 30 can be coupled to one another for the exchange of energy, for example also through a plurality of openings 32 in the outer wall of the cavity resonator 29 and a plurality of openings 33 in the inner wall of the cavity resonator 30, each evenly over the two Cavity resonators are distributed. The annular parts 34 limit the coupling path. The high frequency energy is removed from the cavity resonator 30 in the manner proposed according to the invention, for example as shown in FIGS. As a result of the evenly distributed arrangement the energy transfer means 12 between the cavity resonator 30 and the coaxial transition piece 13 and the use of this transition piece is the possibility that the cavity resonator 30 is excited in undesired modes of vibration, largely avoided.
Die Erfindung kann auch bei Entladungsgefäßen Anwendung finden, in denen hohlzylindrische Elektronenstrahlen Verwendung finden. Die Fig. 5 zeigt Einzelheiten einer Entladungsanordnung, in der ein derartiger Hohl strahl verwendet ist, und in der zwei Hohl raum resonatoren vorgesehen sind. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die mit 35 und 36 bezeichneten Hohlraumresonatoren über einer Ringkathode 37 angeordnet, welche der Erzeugung eines Hohlstrahls dient. Dieser Hohlstrahl durchläuft die Ringspalte in den beiden Hohlraumresonatoren 35 und 36 und trifft auf die ebenfalls ringförmig ausgebildete Auffangelektrode 38 auf. Die Energieentnahme vom Hohlraumresonator 36 wird erfindungsgemäß vorgenommen, wie es beispielsweise in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist. Die Kopplungsöffnungen 32 und 33 entsprechen denen der Fig. 4, desgleichen die Teile 39 den Teilen 34 der Fig. 4.The invention can also be used in discharge vessels in which hollow cylindrical electron beams Find use. Fig. 5 shows details of a discharge arrangement in which such Hollow beam is used, and in the two hollow space resonators are provided. As in Fig. 5 shown, the cavity resonators designated by 35 and 36 are arranged above a ring cathode 37, which is used to generate a hollow jet. This hollow jet passes through the annular gap in the two cavity resonators 35 and 36 and meets the likewise ring-shaped collecting electrode 38 on. The energy extraction from the cavity resonator 36 is carried out according to the invention, as is the case, for example shown in Figs. The coupling openings 32 and 33 correspond to those of FIG. 4, likewise the parts 39 to the parts 34 of FIG. 4.
Die Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 5 gezeigten Anordnung, und zwar in der Weise, daß beide Hohlraumresonatoren mit koaxialen Übergangsstücken 13 und 13' versehen sind. Das Übergangsstück 13 zur Auskopplung der Hohlfrequenzenergie ist mit der Innenwandung des Hohlraumresonators 36 verbunden und über Energieübertragungsmittel in Form einer Vielzahl von Kopplungsöffnungen 12 oder in Form eines ringförmigen Koppelspaltes — wie vorausgehend ausführlich beschrieben ■—· mit dem Resonator 36 gekoppelt. Das der Einkopplung von Hochfrequenzenergie dienende Übergangsstück 13' ist mit der Innenwandung des zugehörigen Resonators 35Fig. 6 shows a development of the arrangement shown in Fig. 5, in such a way that both cavity resonators are provided with coaxial transition pieces 13 and 13 '. The transition piece 13 for coupling out the hollow frequency energy is connected to the inner wall of the cavity resonator 36 connected and via energy transfer means in the form of a plurality of coupling openings 12 or in the form of an annular coupling gap - as described in detail above ■ - · with the resonator 36 coupled. The transition piece 13 'serving to couple high-frequency energy is with the inner wall of the associated resonator 35
X V W U^ ~TC W VX V W U ^ ~ TC W V
verbunden und über eine Vielzahl von Kopplungsöffnungen 12 oder über einen ringförmigen Koppelspalt, so wie vorhergehend beschrieben, mit dem Resonator 35 gekoppelt.connected and coupled to the resonator 35 via a plurality of coupling openings 12 or via an annular coupling gap, as described above.
Die in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Anordnungen arbeiten infolge der Kopplung zwischen den beiden Hohlraumresonatoren als Schwingungserzeuger. Diese Anordnungen können jedoch ohne weiteres auch als Verstärker verwendet werden, wenn die Kopplungen zwischen den beiden Hohlraumresonatoren jeweils weggelassen werden.The arrangements shown in Figures 4, 5 and 6 operate as a result of the coupling between the two Cavity resonators as vibration generators. However, these arrangements can also be used as Amplifiers are used when the couplings between the two cavity resonators respectively can be omitted.
Im allgemeinen ist die Möglichkeit der Anregung unerwünschter Schwingungsarten infolge der Belastung durch den Verbraucher in den ausgangsseitigen Hohlraumresonatoren· wesentlich mehr gegeben als in den meist unbelasteten eingangsseitigen Resonatoren, so daß unter Umständen die Kopplung zwischen dem Eingangshohlleiter und dem Eingangshohlraumresonator wie bisher üblich auch ohne koaxiales Übergangsstück erfolgen kann.In general, there is the possibility of exciting undesirable modes of vibration as a result of the load by the consumer in the cavity resonators on the output side much more than in the mostly unloaded input-side resonators, see above that possibly the coupling between the input waveguide and the input cavity resonator as usual, this can also be done without a coaxial transition piece.
Claims (5)
Deutsche Patentschrift Nr. 750380;
schweizerische Patentschrift Nr. 258 699.Considered publications:
German Patent No. 750380;
Swiss patent specification No. 258 699.
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| US2901660A (en) | 1959-08-25 |
| GB783775A (en) | 1957-10-02 |
| FR1097861A (en) | 1955-07-12 |
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