DE1123408B

DE1123408B - Tubes with speed modulation for high performance

Info

Publication number: DE1123408B
Application number: DEI15262A
Authority: DE
Inventors: Arnold Hugh William Beck
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1957-08-22
Filing date: 1958-08-19
Publication date: 1962-02-08

Description

Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation für hohe Leistungen Die Erfindung befaßt sich mit einer Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation für hohe Leistungen, bei der der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen des auf hohem Gleichpotential liegenden Wechselwirkungsabschnitts der Röhre auf eine topfförmige Sammelelektrode auftrifft, die auf einem gegenüber dem Wechselwirkungsabschnitt ganz erheblich niedrigeren Gleichpotential liegt.Tube with speed modulation for high power The invention deals with a tube with speed modulation for high power, in which the electron beam is at a high DC potential after passing through the lying interaction section of the tube on a cup-shaped collecting electrode which occurs on a considerably lower than the interaction section Equal potential lies.

Es ist bekannt, daß der Gesamtwirkungsgrad einer Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation verbessert werden kann, wenn das Gleichpotential der Sammelelektrode unter das Gleichpotential der Hohlraumresonatoren (wenn es sich um ein Klystron handelt) oder das Gleichpotential der Verzögerungsleitung (wenn es sich um eine Wanderfeldröhre oder um eine Rückwärtswellenröhre handelt) reduziert werden kann. Nichtsdestoweniger hat es sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Elektronensammlung scharf abfällt, wenn das Gleichpotential der Sammelelektrode unter einen gewissen Mindestwert abfällt, der 50 bis 70°/o des Gleichpotentials der Resonatoren oder der Verzögerungsleitung beträgt. Im Falle des Klystrons -die folgenden Ausführungen gelten in ähnlicher Weise auch für andere Arten von Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation -- erfolgt der Abfall des Wirkungsgrades, weil der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen des Ausgangsresonators sehr stark geschwindigkeitsmoduliert ist, so daß dann, wenn er auf die ein niedriges Gleichpotential führende Sammelelektrode trifft, viele Elektronen nicht genügend Energie aufweisen, um das Bremsfeld vor der Sammelelektrode zu überwinden.It is known that the overall efficiency of a tube with speed modulation can be improved if the DC potential of the collecting electrode is below the DC potential the cavity resonators (if it is a klystron) or the DC potential the delay line (if it is a traveling wave tube or a reverse wave tube acts) can be reduced. Nonetheless, it has been shown that the Electron collection efficiency drops sharply when the DC potential is the Collective electrode falls below a certain minimum value, which is 50 to 70% of the DC potential of the resonators or the delay line. In the case of the klystron - the The following statements apply in a similar way to other types of tubes with speed modulation - the drop in efficiency occurs because of the Electron beam very strongly speed-modulated after passing through the output resonator is, so that when he is on the collecting electrode leading to a low DC potential hits, many electrons do not have enough energy to pass the braking field to overcome the collecting electrode.

Die Erfindung will den Abfall des Wirkungsgrades der Elektronensammlung vermeiden und damit ermöglichen, die Sammelelektrode auf noch niedrigerem Gleichpotential zu halten, wodurch für Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation ein vergrößerter Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.The invention seeks to decrease the electron collection efficiency avoid and thus enable the collecting electrode to be at an even lower DC potential to keep, whereby an increased overall efficiency for tubes with speed modulation is achieved.

Die Erfindung beruht darauf, daß, wenn die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen um das mittlere Potential (Gleichpotential) des Strahls klein gemacht wird, das Gleichpotential der Sammelelektrode bis nahe zum Kathodenpotential reduziert werden kann und trotzdem alle Strahlenelektronen gesammelt werden.The invention is based on the fact that when the speed distribution of the electrons is made small around the mean potential (constant potential) of the beam the DC potential of the collecting electrode is reduced to close to the cathode potential can be and still all radiation electrons are collected.

Bei einer Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation für hohe Leistungen, bei der der Elektronenstrahl nach dem Durchlaufen des auf hohem Gleichpotential liegenden Wechselwirkungsabschnitts der Röhre auf eine topfförmige Sammelelektrode auftrifft, die auf einem gegenüber dem Wechselwirkungsabschnitt ganz erheblich niedrigeren Gleichpotential liegt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem Wechselwirkungsabschnitt und der Sammelelektrode Mittel vorzusehen, durch die die Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls am Ort der Sammelelektrode weitgehend reduziert ist. Es wird als vorteilhaft angesehen, als Mittel eine weitere, den Elektronenstrahl koaxial umschließende Elektrode zu verwenden, die auf dem gleichen hohen Gleichpotential liegt wie der Wechselwirkungsabschnitt der Röhre und die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die gewünschteReduzierungderGeschwindigkeitsmodulation erfolgt.For a tube with speed modulation for high power, in which the electron beam is at a high DC potential after passing through the lying interaction section of the tube on a cup-shaped collecting electrode which occurs on a considerably lower than the interaction section According to the invention, there is a constant potential between the interaction section and to provide the collector electrode with means by which the speed modulation of the electron beam at the location of the collecting electrode is largely reduced. It will viewed as advantageous, as a further means, the electron beam coaxially Use enclosing electrode that is at the same high DC potential lies like the interaction section of the tube and the so formed and arranged so that the desired reduction in speed modulation occurs.

An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert: Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation mit einem erfindungsgemäßen Demodulationshohlraumresonator; Fig.2 zeigt eine Röhre mit Geschwindigkeitsmodulation mit einem Laufraum vor der Sammelelektrode, und die Anordnung ist so, daß am Ort der Sammelelektrode die Wechselgeschwindigkeiten der Strahlelektronen ein Minimum sind; Fig.3 zeigt eine Teilansicht des Ausgangsendes eines Klystrons gemäß der Erfindung. In den Fig. 1 und 2 ist das Strahlerzeugungssystem, von dem die Elektronen ausgehen, mit 1 und die Sammelelektrode mit 2 bezeichnet. Der Weg der Strahlelektronen ist durch die gestrichelten Linien 3 wiedergegeben. Zwischen dem Strahlerzeugungssystem und der Sammelelektrode passiert der Strahl auf seinem Weg einen Abschnitt, in dem er mit elektromagnetischen Feldern (die Elektroden, die diese Felder aufweisen, sind nicht wiedergegeben) in Wechselwirkung tritt. Dieser Abschnitt ist durch die strichpunktierten Linien 4 wiedergegeben. Bei einem Klystron sind im Abschnitt 4 zwei oder mehr durch Laufräume voneinander getrennte Hohlraumresonatoren mit den entsprechenden Kopplungsmitteln zum Ein- bzw. Auskoppeln der Hochfrequenzenergie angeordnet. Bei einer Wanderfeldröhre ist im Abschnitt 4 eine Wendel oder eine andere Verzögerungsleitung mit den entsprechenden Kopplungsmitteln zum Ein- bzw. Auskoppeln der Hochfrequenzenergie angeordnet. Ganz gleich, um welche Art von Röhre es sich handelt, ist der Elektronenstrahl im Wechselwirkungsabschnitt mindestens am Ausgangsresonator bzw. am Ende der Verzögerungsleitung hohen Gleichpotentialen unterworfen und die Elektronen haben eine entsprechend hohe mittlere Geschwindigkeit (Gleichgeschwindigkeit).The invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments of the drawings: FIG. 1 shows, purely schematically, a tube with speed modulation with a demodulation cavity resonator according to the invention; 2 shows a tube with speed modulation with a running space in front of the collecting electrode, and the arrangement is such that the alternating speeds of the beam electrons are a minimum at the location of the collecting electrode; Figure 3 shows a partial view of the exit end of a klystron according to the invention. In FIGS. 1 and 2, the beam generating system from which the electrons emanate is denoted by 1 and the collecting electrode by 2 . The path of the beam electrons is shown by the dashed lines 3. On its way between the beam generating system and the collecting electrode, the beam passes a section in which it interacts with electromagnetic fields (the electrodes that have these fields are not shown). This section is shown by the dash-dotted lines 4 . In the case of a klystron, two or more cavity resonators separated from one another by running spaces with the appropriate coupling means for coupling in and coupling out the high-frequency energy are arranged in section 4. In the case of a traveling wave tube, a helix or some other delay line with the appropriate coupling means for coupling in or coupling out the high-frequency energy is arranged in section 4. Regardless of the type of tube, the electron beam in the interaction section is subject to high DC potentials at least at the output resonator or at the end of the delay line and the electrons have a correspondingly high average speed (constant speed).

Wenn bei einem Klystron der Elektronenstrahl den Spalt des Ausgangsresonators durchquert, regen die Elektronenbündel im Resonator Schwingungen an bei der Frequenz, auf die der Resonator abgestimmt ist. Die in dem Ausgangsresonator erzeugte Hochfrequenzenergie wird gedeckt durch eine entsprechende Verminderung der kinetischen Energie der Strahlelektronen. Die Elektronenbündel werden dabei abgebremst, wogegen Elektronen, die den Resonatorspalt in einer ungünstigen Phase erreichen, beschleunigt werden. Durch die Energieabgabe tritt eine Entbündelung (Demodulation) des Elektronenstrahls ein. Für eine maximale Leistungsauskopplung ist diese Entbündelung jedoch weit vom Optimum entfernt, und in Wirklichkeit haben viele Elektronen nach dem Verlassen des Ausgangsresonators Geschwindigkeiten, die sich sehr stark vom Mittelwert unterscheiden, so daß ein großer Teil von ihnen reflektiert wird, wenn die Sammelelektrode auf einem zu niedrigen Gleichpotential liegt. Die reflektierten Elektronen werden entweder durch die Wand des Ausgangshohlraumresonators gesammelt oder dringen in den Wechselwirkungsabschnitt ein. Im ersten Falle bedingen sie eine Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades, während sie im zweiten Falle zu unerwünschten Instabilitäten, eventuell sogar zu einer Selbsterregung beitragen. Beide Effekte müssen ausgeschaltet werden. Wie bereits erwähnt, hat es sich gezeigt, daß deshalb das Gleichpotential der Sammelelektrode normalerweise nicht unter 50 bis 70°/o des Gleichpotentials des Ausgangsresonators reduziert werden kann. Ähnliche Betrachtungen gelten für Röhren, bei denen eine fortlaufende (an Stelle einer lokalisierten) Wechselwirkung zwischen Strahl und Hochfrequenz stattfindet. Bei einem Rückwärtswellengenerator, bei dem die erzeugte Feldenergie in der Nähe des Strahlerzeugungssystems ausgekoppelt wird; verlassen die Elektronen den Wechselwirkungsabschnitt mit einer beträchtlichen Geschwindigkeitsmodulation (im Mittel geben die Elektronen mehr Energie an das Feld längs der Verzögerungsleitung ab, als sie empfangen).When in a klystron the electron beam crosses the gap of the output resonator traversed, the electron bundles in the resonator excite vibrations at the frequency to which the resonator is tuned. The high frequency energy generated in the output resonator is covered by a corresponding reduction in the kinetic energy of the beam electrons. The electron bundles are slowed down, whereas electrons that form the resonator gap reach in an unfavorable phase, be accelerated. Through the energy output unbundling (demodulation) of the electron beam occurs. For a maximum However, power decoupling this unbundling is far from the optimum, and in reality have many electrons after leaving the exit resonator Speeds that differ very strongly from the mean value, so that a large part of them is reflected when the collector electrode is on too low a level Equal potential lies. The reflected electrons are either through the wall of the output cavity resonator or penetrate into the interaction section a. In the first case, they cause a reduction in the overall efficiency while in the second case, they lead to undesirable instabilities, possibly even to self-excitement contribute. Both effects must be turned off. As mentioned earlier, it has It has been shown that therefore the DC potential of the collecting electrode is normally not be reduced below 50 to 70% of the DC potential of the output resonator can. Similar considerations apply to tubes for which a continuous (an Place of a localized) interaction between beam and high frequency takes place. In the case of a reverse wave generator where the generated field energy is nearby the beam generating system is decoupled; the electrons leave the interaction section with a considerable modulation of the speed (on average the electrons give more energy to the field along the delay line than they receive).

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durchquert der Strahl nach dem Verlassen des Wechselwirkungsabschnitts eine weitere Laufraumelektrode 5 mit einem Hohlraumresonator 6, die beide auf hohem Gleichpotential liegen. Erfindungsgemäß ist der Resonator 6 sehr stark bedämpft. Wenn der Belastungswiderstand des Resonators 6 erheblich kleiner gemacht wird als der Belastungswiderstand für das Optimum der Energieauskopplung, ist die erzeugte Hochfrequenzspannung sehr niedrig und der Strahl beim Austritt praktisch von gleichförmiger Geschwindigkeit. Die Güte des Resonators ist dann sehr gering, wobei der Resonatorspalt zur Energieabsorption breitgemacht werden kann, die Kapazität des Spaltes also entsprechend klein ist. Daraus ergibt sich eine flache Abstimmkurve, so daß der Resonator 6 nicht abstimmbar ist. Nach dem Verlassen des Resonators 6 werden die Elektronen durch die Sammelelektrode 2 gesammelt, die in der bei Leistungsröhren üblichen Art ausgebildet sein kann und in beliebigem Abstand angeordnet ist. Bei einer erfindungsgemäßen Röhre kann die Sammelelektrode sogar auf Kathodenpotential oder einem etwas höheren Gleichpotential als Kathodenpotential gehalten werden. Aus dem oben Ausgeführten folgt, daß die Laufraumelektrode 5 jede beliebige Länge aufweisen kann.In the exemplary embodiment in FIG. 1, after leaving the interaction section, the beam passes through a further running space electrode 5 with a cavity resonator 6, both of which are at a high DC potential. According to the invention, the resonator 6 is very strongly attenuated. If the load resistance of the resonator 6 is made considerably smaller than the load resistance for the optimum of the energy extraction, the generated high-frequency voltage is very low and the beam at the exit is practically of uniform speed. The quality of the resonator is then very low, the resonator gap can be made wide for energy absorption, so the capacity of the gap is correspondingly small. This results in a flat tuning curve, so that the resonator 6 cannot be tuned. After leaving the resonator 6, the electrons are collected by the collecting electrode 2, which can be designed in the manner customary in power tubes and is arranged at any distance. In the case of a tube according to the invention, the collecting electrode can even be kept at cathode potential or a somewhat higher DC potential than cathode potential. From the above it follows that the running space electrode 5 can have any length.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist ein Laufraum bestimmter Länge benutzt, um die Geschwindigkeitsmodulation der Elektronen zu reduzieren. Die Anordnung gründet sich auf die Theorie der Raumladungswellen bei Geschwindigkeitsmodulation. Nach dieser Theorie erzeugt die Geschwindigkeitsmodulation der Strahlelektronen im Strahl Plasmawellen, die längs eines Laufraumes stehende Strom-und Geschwindigkeitswellen hervorrufen. Die Strom-und Geschwindigkeitswellen sind um 90° in der Phase verschoben. Bei einem Klystron ist der Spalt des Ausgangsresonators in einem Strombauch angeordnet. Da Strom und Geschwindigkeit um 90° in der Phase verschoben sind, entspricht dies einem Geschwindigkeitsknoten der Plasmawellen. Wenn im Spalt des Ausgangsresonators die ganze Hochfrequenzenergie des Strahls ausgekoppelt würde, würde der Strom der Plasmawellen auf Null reduziert werden, und der Strahl hätte dann auch keine Geschwindigkeitsmodulation mehr. Die Sammelelektrode könnte dann an irgendeiner nachfolgenden Stelle angeordnet und z. B. auf Kathodenpotential gehalten werden ohne Reflexion irgendwelcher Elektronen. Praktisch jedoch wird der Elektronenstrahl nicht nur nicht vollständig demoduliert, sondern die am Spalt des Ausgangsresonators entwickelte Hochfrequenzspannung moduliert den Elektronenstrahl wieder und muß als Quelle einer neuen Geschwindigkeitsmodulation für den Strahl betrachtet werden. Ähnliche Betrachtungen könnenfürandere Röhrentypen, beispielsweise Wanderfeldröhren oder Rückwärtswellenröhren, entwickelt werden. In diesem Falle ist das Ende der Verzögerungsleitung als Quelle einer neuen Geschwindigkeitsmodulation zu betrachten. Nach der Erfindung wird diese neue Geschwindigkeitsmodulation durch Einfügen einer Laufraumelektrode 7 bestimmter Länge nach dem Wechselwirkungsabschnitt 4 unterdrückt. In Übereinstimmung mit der Theorie der Raumladungswellen wird der Laufraum langgemacht, wobei .1s die Plasmawellenlänge (unter Berücksichtigung der Geometrie des Laufraumes) ist, und die Sammelelektrode 2 ist am Ende dieses Laufraumes angeordnet. Die Sammelelektrode ist damit an einer Stelle angeordnet, an der die Geschwindigkeit der am Ende des Wechselwirkungsabschnitts 4 vorhandenen Raumladungswellen praktisch Null ist. Die Elektronen können dann, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, durch eine auf niedrigem Gleichpotential liegende Sammelelektrode gesammelt werden. In Fig. 2 ist die Gleichspannungsquelle 8 mit der Kathode 1, der Laufraumelektrode 7 und der Sammelelektrode 2 verbunden; letztere ist nahe dem kathodenseitigen Ende der Spannungsquelle 8 mit dieser verbunden. Der Zwischenraum zwischen der Sammelelektrode 2 und der Laufraumelektrode 7 kann so kurz wie möglich gemacht werden. Die Sammelelektrode 2 ist wie üblich hohl; im Gegensatz zur Fig. 1 ist ihr Eingangsende mit einem Gitter versehen, um ebene Potentialflächen für den Strahl am Ende des Laufraumes zu erreichen. Wenn eine nicht mit einem Gitter versehene Sammelelektrode verwendet wird, dringt das Hochspannungsfeld in das hohle Innere der Sammelelektrode und beschleunigt Sekundärelektronen aus dem Hohlraum der Sammelelektrode. Das genannte Gitter hilft dies unterdrücken.In the preferred embodiment of FIG. 2, a certain length running space is used to reduce the speed modulation of the electrons. The arrangement is based on the theory of space charge waves with velocity modulation. According to this theory, the speed modulation of the beam electrons in the beam generates plasma waves, which cause current and speed waves standing along a space. The current and speed waves are 90 ° out of phase. In the case of a klystron, the gap of the output resonator is arranged in a current belly. Since current and speed are phase shifted by 90 °, this corresponds to a speed node of the plasma waves. If the entire high-frequency energy of the beam were decoupled in the gap of the output resonator, the current of the plasma waves would be reduced to zero and the beam would then no longer have any velocity modulation. The collecting electrode could then be arranged at any subsequent location and e.g. B. be kept at cathode potential without reflection of any electrons. In practice, however, the electron beam is not only not completely demodulated, but the high-frequency voltage developed at the gap of the output resonator modulates the electron beam again and must be regarded as the source of a new speed modulation for the beam. Similar considerations can be developed for other types of tubes, such as traveling wave tubes or reverse wave tubes. In this case the end of the delay line is to be regarded as the source of a new speed modulation. According to the invention, this new speed modulation is suppressed by inserting a running space electrode 7 of a certain length after the interaction section 4. In accordance with the theory of space charge waves, the running space is made long, where .1s is the plasma wavelength (below Consideration of the geometry of the running space), and the collecting electrode 2 is arranged at the end of this running space. The collecting electrode is thus arranged at a point at which the speed of the space charge waves present at the end of the interaction section 4 is practically zero. As can be seen from FIG. 2, the electrons can then be collected by a collecting electrode at a low DC potential. In FIG. 2, the DC voltage source 8 is connected to the cathode 1, the running space electrode 7 and the collecting electrode 2; the latter is connected to the voltage source 8 near the end of the voltage source 8 on the cathode side. The gap between the collecting electrode 2 and the running space electrode 7 can be made as short as possible. The collecting electrode 2 is hollow as usual; In contrast to FIG. 1, its input end is provided with a grid in order to achieve flat potential surfaces for the beam at the end of the running space. If a non-latticed collecting electrode is used, the high voltage field penetrates the hollow interior of the collecting electrode and accelerates secondary electrons from the cavity of the collecting electrode. The said grid helps suppress this.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Anordnung nach Fig. 2, auf ein Klystron angewendet, ist in Fig. 3 wiedergegeben, die die grundsätzliche Konstruktion des Ausgangsendes der Röhre wiedergibt. Der Ausgangsresonator ist mit 9, der Klystronlaufraum mit 10 bezeichnet: der zusätzliche, erfindungsgemäße Laufraum und die Sammelelektrode sind mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 2 bezeichnet. Die Sammelelektrode 2 ist durch das Isolationsteil 11 mit dem Resonator 9 verbunden, und die Laufraumelektrode 7 ist in der rechten Wand des Resonators 9 befestigt. Die Sammelelektrode ist durch ein (elektronendurchlässiges) Gitter 13 abgeschlossen, das durch einen kurzen Zwischenraum 14 vom Ende der Laufraumelektrode 7 getrennt ist. Der Abstand zwischen dem Spalt des Ausgangsresonators 9 und dem Zwischenraum 14 ist lang.A practical embodiment of the arrangement of Fig. 2 applied to a klystron is shown in Fig. 3 which shows the basic construction of the exit end of the tube. The output resonator is denoted by 9, the klystron barrel with 10: the additional barrel space according to the invention and the collecting electrode are denoted by the same reference numerals as in FIG. The collecting electrode 2 is connected to the resonator 9 through the insulating member 11 , and the running space electrode 7 is fixed in the right wall of the resonator 9. The collecting electrode is closed off by an (electron-permeable) grid 13 which is separated from the end of the running space electrode 7 by a short space 14. The distance between the gap of the output resonator 9 and the gap 14 is long.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 gründet sich, soweit beschrieben, auf die einfache Theorie der Raumladungswellen. In dieser werden die Parameter für die Grundwelle durch die Tatsache bestimmt, daß an der leitenden Oberfläche des Laufraumes die tangentialen Komponenten der elektrischen Feldstärke verschwinden müssen. Wenn EZ die Komponente der elektrischen Feldstärke ist, die auf den Strahl in axialer Richtung wirkt, und der Strahl den durch die Laufraumelektrode gebildeten Tunnel ausfüllt, muß daher EZ an der Strahlgrenze verschwinden. Aber die radiale Änderung von EZ quer zum Strahl ist weit entfernt von dem, was man in einem Klystron mit gitterfreien Koppelspalten oder bei einer Wendel einer Wanderfeldröhre erhalten muß. Die Situation ist ähnlich der Erregung der Grundwelle eines Hohlleiters durch eine Sonde. Höhere Schwingungsmoduln kommen ins Spiel, aber in einem Hohlleiter werden die höheren Moduln schnell gedämpft und können für die meisten Zwecke ignoriert werden; der Elektronenstrahl jedoch kann auch die höheren Moduln der Plasmawellen übertragen, die daher durch die ganze Länge des geschwindigkeitsmodulierten Strahls in Rechnung gestellt werden sollten. Um eine bessere Annäherung an die Praxis zu erreichen, ist daher nicht nur eine einzige Raumladungswelle zu berücksichtigen, sondern die Theorie der Raumladungswellen höherer Ordnung, nach der eine Fourier-Bessel-Reihe von Raumladungswellen auftritt. Dadurch erfolgt eine ungleichförmige Verteilung der in z-Richtung liegenden Wechselgeschwindigkeiten im Strahl. Unter anderem ergibt sich daraus auch eine Erklärung für die experimentelle Tatsache, daß in einem Vollstrahl über den Strahlquerschnitt eine Umkehr des Vorzeichnens der Wechselgeschwindigkeiten auftritt.The embodiment of Figs. 2 and 3 is based, as far as described, to the simple theory of space charge waves. The parameters for the fundamental wave is determined by the fact that on the conductive surface of the The tangential components of the electric field strength disappear have to. When EZ is the component of the electric field strength acting on the beam acts in the axial direction, and the beam is that formed by the running space electrode Filling the tunnel, EZ must therefore disappear at the beam boundary. But the radial one Change of EZ across the beam is far from what you would find in a klystron with grid-free coupling gaps or with a spiral of a traveling wave tube got to. The situation is similar to the excitation of the fundamental wave of a waveguide a probe. Higher vibration modules come into play, but in a waveguide the higher moduli are quickly attenuated and can be ignored for most purposes will; the electron beam, however, can also use the higher moduli of the plasma waves transmitted, therefore, through the entire length of the velocity-modulated beam should be billed. To get a better approach to practice reach, therefore not only one single space charge wave has to be taken into account, but the theory of higher order space charge waves, according to which a Fourier-Bessel series of space charge waves occurs. This results in a non-uniform distribution the alternating velocities in the beam in the z-direction. Among other things, results This also provides an explanation for the experimental fact that in a full jet A reversal of the sign of the alternating speeds via the beam cross-section occurs.

Nach der Theorie für die Raumladungswellen höherer Ordnung sollte als bester Kompromiß zur Unterdrückung der Geschwindigkeitsmodulation am Ort der Sammelelektrode die Länge des erfindungsgemäßen Laufraumes etwas größer als 4' gemacht werden, und die Sammelelektrode sollte ein etwas höheres Gleichpotential als Kathodenpotential haben. Die Theorie zeigt, daß die beste Lage für die Sammelelektrode dort ist, wo die Wechselgeschwindigkeiten, die den Moduln der Plasmawellen erster und zweiter Ordnung entsprechen, entgegengesetzt gleich groß sind. In einem praktischen Ausführungsbeispiel kann die exakte Lage der Sammelelektrode für das Optimum des Wirkungsgrades der Elektronensammlung empirisch bestimmt werden.According to the theory for the higher order space charge waves should as the best compromise to suppress the speed modulation at the location of the Collective electrode made the length of the running space according to the invention slightly greater than 4 ' and the collecting electrode should have a slightly higher DC potential than the cathode potential to have. The theory shows that the best location for the collector electrode is where the alternating speeds that the modules of the plasma waves first and second Order correspond to, are oppositely equal in size. In a practical embodiment can determine the exact position of the collecting electrode for optimum efficiency of the Electron collection can be determined empirically.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Tube with speed modulation for high Performances at which the electron beam has a high DC potential after it has passed through lying interaction section of the tube on a cup-shaped collecting electrode which occurs on a considerably lower than the interaction section Equal potential is, characterized in that between the interaction section and the collecting electrode means are provided by which the speed modulation of the electron beam at the location of the collecting electrode is largely reduced.

2nd tube according to claim 1, characterized in that a further means, the electron beam Coaxially enclosing electrode is used, which is at the same high DC potential lies like the interaction section of the tube and the so formed and is arranged that the desired reduction in speed modulation takes place.

3. Tube according to claim 2, characterized in that the further electrode of a highly damped cavity resonator coupled with the electron beam the reduction of the speed modulation through its energy absorption he follows.

4. Tube according to claim 2, characterized in that the further electrode forms a running space immediately upstream of the collecting electrode, the length of which with respect to the plasma wavelength of the electron beam is chosen such that the collecting electrode at the location of a minimum of the speed modulation of the electron beam is arranged.

5. Tube according to claim 4, characterized in that the length of the running space is chosen so that the collecting electrode is arranged after about a quarter of the plasma wavelength after the end of the interaction section. 6. Tube according to claim 4, characterized in that the length of the running space is chosen so that at the location of the collecting electrode the alternating speeds, which correspond to the modules of the first and second order plasma waves, are oppositely equal. 7. Tube according to one of claims 1 to 6, characterized in that the collecting electrode is provided with a grid at its open end. Publications considered: German patent specification No. 854378. A priority document was laid out in the publication.