DE1219098B - Anordnung zur Erzeugung hoechstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und Submillimetergebiet - Google Patents
Anordnung zur Erzeugung hoechstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und SubmillimetergebietInfo
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- H03B9/00—Generation of oscillations using transit-time effects
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03b
Deutsche KL: 21 a4-9/02'
Nummer: 1219 098
Aktenzeichen: M 50946IX d/21 a4
Anmeldetag: 21. November 1961
Auslegetag: 16. Juni 1966
Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Erzeugung höchstfrequenter elektromagnetischer
Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und Submillimetergebiet, durch Auskoppeln von Harmonischen
der Elektronen-Cyclotronfrequenz aus einem von einem Magnetfeld durchsetzten Plasma,
bei dem zumindest in einem Teil des Plasmas der Brechungsindex η so hoch ist, daß die Wellenlänge
der Elektronen-Cyclotronfrequenz fe wenigstens annähernd
in der Größenordnung des Bahnumfanges der umlaufenden Elektronen liegt. Durch die Wahl
einer geeigneten Harmonischen und durch Veränderung der Stärke des im Plasma herrschenden Magnetfeldes
kann die Frequenz der ausgekoppelten Schwingungen in weiten Bereichen geändert werden.
Die Anordnung kann also als Höchstfrequenzgenerator verwendet werden, dessen nutzbarer Wellenlängenbereich
bis ins langwellige Infrarot reicht.
Bei einer Ausführungsform des Hauptpatentes wird in das Plasma, das auf irgendeine bekannte
oder vorgeschlagene Weise erzeugt und aufrechterhalten wird, zusätzlich ein Elektronenstrahl mit
einer Geschwindigkeit eingeschossen, die wenigstens annähernd gleich dem Quotienten ein (c=Lichtgeschwindigkeit;
η = Brechungsindex des Piasmas) ist.
Die vorliegende Erfindung baut auf dieser letztgenannten Ausführungsform des Hauptpatentes auf.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich die Intensität der Harmonischen erhöhen läßt, wenn der Elektronenstrahl
mit einer der Elektronen-Cyclotronfrequenz fe im Plasma entsprechenden Frequenz moduliert
wird. Außerdem tritt durch eine derartige Modulation eine gewisse Kopplung der Elektronenumläufe
ein, so daß die auskoppelbaren Harmonischen einen größeren Anteil an kohärenter Schwingung
enthalten.
Eine Anordnung zur Erzeugung höchstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im
Millimeter- und Submillimetergebiet, durch Auskoppeln von Harmonischen der Elektronen-Cyclotronfrequenz
aus einem von einem Magnetfeld durchsetzten Plasma, bei dem der Brechungsindex zumindest in einem Teil des Plasmas so hoch ist, daß
die Wellenlänge der Elektronen-Cyclotronfrequenz wenigstens annähernd in der Größenordnung des
Bahnumfanges der umlaufenden Elektronen liegt, mit einer Einrichtung zum Einschießen eines Elektronenstrahls
in das Plasma, nach Zusatzpatent 1 203 320, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch eine Anordnung zur Modulation des in das Plasma eingeschossenen Elektronenstrahls mit einer
Anordnung zur Erzeugung höchstfrequenter , elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise
im Millimeter- und Submillimetergebiet
Zusatz zum Zusatzpatent: 1203 320
Anmelder:
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der
Wissenschaften e. V.,
Göttingen, Bunsenstr. 10,
vertreten durch den geschäftsführenden Direktor des Max-Planck-Institutes für Physik und
Astrophysik,
München 23, Föhringer Ring 6
Als Erfinder benannt:
Dr. Gerd Landauer, Unterhaching bei München
Frequenz, die wenigstens annähernd mit der Elektronen-Cyclotronfrequenz
übereinstimmt.
Es kann mit einer Geschwindigkeitsmodulation und/oder einer Dichtemodulation gearbeitet werden.
Die Dichtemodulation des Elektronenstrahls kann wie bei Klystrons durch eine Geschwindigkeitsmodulation
bewirkt werden, wobei der Ort maximaler Dichteschwankungen in den Empfangsbereich der
Auskoppelanordnung gelegt wird.
Der Elektronenstrahl kann parallel oder senkrecht zum Magnetfeld eingeschossen werden. Für das Entstehen
der hier interessierenden, durch das Magnetfeld verursachten Umlaufbewegung der Elektronen
ist es bekanntlich erforderlich, daß die Elektronengeschwindigkeit eine senkrecht auf der Richtung des
Magnetfeldes stehende Komponente hat. Eine solche senkrecht auf der Richtung des Magnetfeldes stehende
Geschwindigkeitskomponente tritt jedoch durch sekundäre Effekte im Plasma, z. B. durch
Stöße oder den Einfluß von Coulombkräften, auch dann auf, wenn der Elektronenstrahl anfangs genau
parallel zur Richtung des Magnetfeldes eingeschossen wird.
Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
näher erläutert werden.
609 579/139
In der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird das Plasma beispielsweise durch eine Penningentladung
erzeugt. Die dargestellte Anordnung enthält ein metallisches Vakuumgefäß 1, in deren Enden
sich zwei Keramikeinsätze 2, 3 befinden. Innerhalb der Keramikeinsätze befinden sich zwei Plasmakathoden
4, 5. Das Plasma wird zwischen den Plasmakathoden 4, 5 und dem metallischen Vakuumgefäß
1 gezündet Zur Erzeugung eines achsparallelen Magnetfeldes dient eine Magnetspule 6, die
das aus einem nichtferromagnetischen Werkstoff bestehende Vakuumgefäß 1 umgibt. An einem Fenster 7
zum Austritt elektromagnetischer Strahlung aus dem Vakuumgefäß 1 ist ein Koppelhorn 8 angeordnet,
durch das die gewünschten höchstfrequenten Schwingungen1
aus dem Plasma ausgekoppelt werden.
M-In'das Plasma zwischen den Kathoden 4, 5 wird ein Elektronenstrahl eingeschossen, der durch ein im ganzen mit 9 bezeichnetes Strahlerzeugungssystem hergestellt wird, das in der üblichen Weise Kathode, Steuer-, Beschleunigungs- und Fokussierelektroden und eine Auffängerelektrode 11 enthält.
M-In'das Plasma zwischen den Kathoden 4, 5 wird ein Elektronenstrahl eingeschossen, der durch ein im ganzen mit 9 bezeichnetes Strahlerzeugungssystem hergestellt wird, das in der üblichen Weise Kathode, Steuer-, Beschleunigungs- und Fokussierelektroden und eine Auffängerelektrode 11 enthält.
Der Elektronenstrahl durchläuft eine Modulationsgitteranordnung 10, z. B. einen Hohlraumresonator,
wie er als Eingangshohlraum eines Zweikammerklystrons Verwendung findet, der von einem nicht
dargestellten, außerhalb des Vakuumgefäßes befindlichen Generator eine Hochfrequenzspannung zugeführt
wird, deren Frequenz gleich oder wenigstens annähernd gleich der Elektronen-Cyclotronfrequenz
ist,: die der Höhe des Magnetfeldes entspricht. Als Generator kann irgendeine bekannte Einrichtung,
beispielsweise ein Klystron, Magnetron u. dgl., dienen.
Durch die sich ergebende Dichtemodulation des Elektronenstrahls wird wenigstens bis zu einem gewissen
Grade ein Synchronismus der umlaufenden Elektronen erzielt und damit eine Phasenkohärenz
der von den umlaufenden Elektronen ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Diese Phasenkohärenz
gilt nicht nur für die Grundwelle, sondern auch für die Harmonischen.
Ein heiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die dem Elektronenstrahl in Form der Dichtemodulation
mitgeteilte Hochfrequenzenergie (ζ. Β. 1W und darüber) auch eine höhere Leistung der Harmonischen
mit sich bringt, die um einige Zehnerpotenzen über der Leistung liegen kann, die ohne den modulierten
Strahl zu erreichen ist.
Falls es der verwendete Frequenzbereich zuläßt, kann die Dichtemodulation in an sich bekannter
Weise am Wehneltzylinder erfolgen. Kathode und Wehneltzylinder werden dann vorzugsweise als ebene
Elektroden ausgebildet.
Zusätzlich zu der Gitteranordnung 10 zur effektiven Dichtemodulation des Elektronenstrahls kann
eine Anordnung zur Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls verwendet werden, z.B., indem
man die positive Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls moduliert. Durch eine solche Geschwindigkeitsmodulation
des Elektronenstrahls wird der auf die im Plasma herrschende Phasengeschwindigkeit
bezogene quasi-relativistische Bereich periodisch durchlaufen, so daß die Bedingung für
die Elektronengeschwindigkeit v=cjn (c=Licht-
geschwindigkeit; n=Brechungsindex des Plasmas) periodisch erfüllt wird. Die letztgenannte Modulation
kann beispielsweise zur Amplitudenmodulation der ausgekoppelten HF-Schwingung dienen.
Die Zeichnung ist stark schematisiert, selbstverständlich sind die einzelnen Elektroden isoliert und
vakuumdicht durch das Vakuumgefäß 1 durchgeführt. Das Strahlerzeugungssystem kann irgendeine
geeignete, bekannte Form besitzen, es liefert vorzugsweise einen sich etwas kegelförmig erweitern-
den Strahl in das Plasma zwischen den Elektroden 4, 5.
Claims (4)
- Patentansprüche:as 1. Anordnung zur Erzeugung höchstfrequenterelektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und Submillimetergebiet, durch Auskoppeln von Harmonischen der Elektronen-Cyclotronfrequenz aus einem von einem Magnet-feld durchsetzten Plasma, bei dem der Brechungsindex zumindest in einem Teil des Plasmas so hoch ist, daß die Wellenlänge der Elektronen-Cyclotronfrequenz wenigstens annähernd in der Größenordnung desBahnumfanges der umlaufenden Elektronen liegt, mit einer Einrichtung zum Einschießen eines Elektronenstrahls in das Plasma, nach Zusatzpatent 1203 320, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Modulation des in das Plasma eingeschossenen Elektronenstrahls mit einer Frequenz, die wenigstens annähernd mit der Elektronen-Cyclotronfrequenz übereinstimmt.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Dichtemodulation des Elektronenstrahls.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Ortes der Geschwindigkeitsmodulation vom Plasma so gewählt ist, daß sich in dem Bereich des Plasmas maximale Dichteschwankungen ergeben, der von einer Anordnung zum Auskoppeln der höchstfrequenten elektromagnetischen Schwingungen erfaßt ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (6)
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DEM50310A DE1203320B (de) | 1961-06-29 | 1961-09-15 | Anordnung zur Erzeugung hoechstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und Submillimetergebiet |
DEM50946A DE1219098B (de) | 1961-06-29 | 1961-11-21 | Anordnung zur Erzeugung hoechstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, vorzugsweise im Millimeter- und Submillimetergebiet |
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US206466A US3313979A (en) | 1961-06-29 | 1962-06-29 | Device for producing electro-magnetic oscillations of very high frequency |
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ID=27211579
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NL265884A (de) * | 1960-06-13 |
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- 1962-06-27 GB GB24662/62A patent/GB1015481A/en not_active Expired
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