DE1241537B - Electron beam tube in the manner of a reflex klystron for generating millimeter waves and in the manner of a two-chamber klystron for amplifying millimeter waves - Google Patents

Electron beam tube in the manner of a reflex klystron for generating millimeter waves and in the manner of a two-chamber klystron for amplifying millimeter waves

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DE1241537B
DE1241537B DEN19395A DEN0019395A DE1241537B DE 1241537 B DE1241537 B DE 1241537B DE N19395 A DEN19395 A DE N19395A DE N0019395 A DEN0019395 A DE N0019395A DE 1241537 B DE1241537 B DE 1241537B
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Bernardus Bastiaan Van Iperen
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

DEUTSCHES GERMAN Mj9®& Mj9® & PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT H03b;H03f
Deutsche Kl.: 21g-13/17 EXTENSION PAPER H03b; H03f
German class: 21g-13/17

Nummer: 1241537Number: 1241537

Aktenzeichen: N19395IX d/21 gFile number: N19395IX d / 21 g

^ 24 1 337 Anmeldetag: 4. Januar 1961^ 24 1 337 filing date: January 4, 1961

Auslegetag: 1. Juni 1967Open date: June 1, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlröhre nach Art eines Reflexklystrons zur Erzeugung von Millimeterwellen, mit einem aus Kathode, Fokussierungselektrode und Beschleunigungsanode bestehendenElektronenstrahlerzeugungssystem, einem vom Elektronenstrahl zentral durchsetzten Hohlraumresonator und einer Reflektorelektrode, bei der die Beschleunigungsanode von einer mit einer zentralen Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl versehenen ferromagnetischen Platte gebildet wird (erster Polschuh), der in Strahlrichtung eine mit einer zentralen Öffnung versehene zweite ferromagnetische Platte (zweiter Polschuh) parallel gegenübersteht, und bei der zwischen den beiden Polschuhen ein im wesentlich parallel zur Strahlachse (Röhrenachse) verlaufendes magnetisches Fokussierungsfeld errichtet ist und der von der Kathode emittierte Elektronenstrahl zunächst elektrostatisch so fokussiert wird, daß er den ersten Polschuh annähernd als Parallelstrahl mit einem gegenüber der Kathodenemissionsfläche erheblich verringerten Durchmesser verläßt.The invention relates to a cathode ray tube in the manner of a reflex klystron for generation of millimeter waves, with a cathode, focusing electrode and accelerating anode existing electron gun, one centrally penetrated by the electron beam Cavity resonator and a reflector electrode, in which the acceleration anode of one with a central passage opening for the electron beam provided ferromagnetic plate is formed (first pole piece), the second ferromagnetic one provided with a central opening in the beam direction Plate (second pole piece) faces parallel, and an im between the two pole pieces A magnetic focusing field running essentially parallel to the beam axis (tube axis) is established is and the electron beam emitted from the cathode is initially focused electrostatically so that he approaches the first pole piece as a parallel beam with one opposite the cathode emission surface leaves significantly reduced diameter.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Elektronenstrahlröhre nach Art eines Zweikammerklystrons zur Verstärkung von Millimeterwellen, mit einem aus Kathode, Fokussierungselektrode und Beschleunigungsanode bestehenden Elektronenstrahlerzeugungssystem, zwei vom Elektronenstrahl zentral durchsetzten Hohlraumresonatoren und einer Auffangelektrode, bei der die Beschleunigungsanode von einer mit einer zentralen Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl versehenen ferromagnetischen Platte gebildet wird (erster Polschuh), der in Strahlrichtung eine mit einer zentralen Öffnung versehene zweite ferromagnetische Platte (zweiter Polschuh) parallel gegenübersteht, und bei der zwischen den beiden Polschuhen ein im wesentlichen parallel zur Strahlachse (Röhrenachse) verlaufendes magnetisches Fokussierungsfeld errichtet ist und der von der Kathode emittierte Elektronenstrahl zunächst elektrostatisch so fokussiert wird, daß er den ersten Polschuh annähernd als Parallelstrahl mit einem gegenüber der Kathodenemissionsfläche erheblich verringerten Durchmesser verläßt.The invention also relates to a cathode ray tube of the type of a two-chamber klystron for amplifying millimeter waves, with a cathode, focusing electrode and accelerating anode existing electron beam generation system, two cavity resonators centrally penetrated by the electron beam and a collecting electrode, in which the acceleration anode of one with a central passage opening for the Electron beam provided ferromagnetic plate is formed (first pole piece), which is in the direction of the beam a second ferromagnetic plate (second pole piece) provided with a central opening in parallel is opposite, and in which between the two pole pieces a substantially parallel to the beam axis (Tube axis) extending magnetic focusing field is established and that of the cathode The electron beam emitted is initially focused electrostatically so that it approximates the first pole piece as a parallel beam with a considerably reduced compared to the cathode emission area Diameter leaves.

Elektronenstrahlröhren, die die vorgenannten Merkmale einzeln bzw. in den verschiedensten Kombinationen aufweisen, sind bekannt. Auch ist es bei derartigen Röhren an sich bekannt, die Wechselwirkungsspalte der Hohlraumresonatoren an Orten minimalen Strahldurchmessers vorzusehen. Elektronenstrahlröhren der vorgenannten Art, die die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche genannten Merkmale bzw. Maßnahmen in der dort im einzelnen an-Cathode ray tubes that have the aforementioned features individually or in a wide variety of combinations have are known. In the case of tubes of this type, it is also known per se to minimize the interaction gaps of the cavity resonators at locations Provide beam diameter. Cathode ray tubes of the aforementioned type, which are those in the characterizing Parts of the claims mentioned features or measures in the

Elektronenstrahlröhre nach Art eines
Reflexklystrons zur Erzeugung von Millimeterwellen und nach Art eines Zweikammerklystrons
zur Verstärkung von MillimeterwellenCathode ray tube in the manner of a
Reflex klystrons for the generation of millimeter waves and in the manner of a two-chamber klystron
for amplifying millimeter waves

Anmelder:Applicant:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken3 Eindhoven
(Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken 3 Eindhoven
(Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dr--Ing. H. D. Zeller, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Dr - Ing. HD Zeller, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Bernardus Bastiaan van Iperen, EindhovenBernardus Bastiaan van Iperen, Eindhoven

(Niederlande)(Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 8. Januar 1960 (247173)Netherlands 8 January 1960 (247173)

gegebenen Kombination aufweisen, sind jedoch noch nicht bekanntgeworden, schon gar nicht zur Erzeugung oder Verstärkung von Millimeterwellen.
Die Erfindung bezweckt, Elektronenstrahlröhren der obenerwähnten Art zu schaffen, die sich für die Erzeugung bzw. Verstärkung von Millimeterwellen besonders gut eignen.have given combination, but have not yet become known, especially not for the generation or amplification of millimeter waves.
The aim of the invention is to create cathode ray tubes of the type mentioned above which are particularly suitable for the generation or amplification of millimeter waves.

Die Erfindung ist für eine Elektronenstrahlröhre nach Art eines Reflexklystrons zur Erzeugung von Millimeterwellen der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Polschuhen und die Stärke des zwischen ihnen errichteten magnetischen Fokussierungsfeldes so gewählt sind, daß der Durchmesser des Elektronen-Strahls, der im Raum zwischen den beiden Polschuhen allein durch das magnetische Fokussierungsfeld weiterfokussiert wird, nach dem Austreten des Elektronenstrahls aus dem ersten Polschuh noch so verringert wird, daß er beim Durchtritt des Elektronenstrahls durch den zweiten Polschuh ein ausgeprägtes Minimum aufweist (Ort des minimalen Strahldurchmessers), und daß der vom Elektronenstrahl zentral durchsetzte Hohlraumresonator am Ort dieses innerhalb des zweiten Polschuhes auftretenden Strahldurchmessenninimums oder — in Richtung zur Reflektorelektrode gesehen — ganz kurz dahinter angeordnet ist (Fig. 1).The invention is for a cathode ray tube in the manner of a reflex klystron for generating millimeter waves of the type mentioned, characterized in that the distance between the two pole pieces and the strength of the magnetic focusing field established between them are chosen so that the diameter of the electron beam, the is further focused in the space between the two pole pieces solely by the magnetic focussing field, after the exit of the electron beam from the first pole piece is reduced so that it has a pronounced minimum when the electron beam passes through the second pole piece (location of the minimum beam diameter), and that the cavity resonator traversed centrally by the electron beam is arranged at the location of this minimum beam diameter occurring within the second pole piece or - viewed in the direction of the reflector electrode - is arranged very shortly behind it (FIG. 1).

709 588/269709 588/269

Claims (1)

Die Erfindung ist weiterhin für eine Elektronenstrahlröhre nach Art eines Zweikammerklystrons zur Verstärkung von Millimeterwellen der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Polschuhen und die Stärke des zwischen ihnen errichteten magnetischen Fokussierungsfeldes so gewählt sind, daß der Durchmesser des Elektronenstrahls, der im Raum zwischen den beiden Polschuhen allein durch das magnetische Fokussierungsfeld weiterfokussiert wird und dadurch sich wiederholende Durchmesseränderungen zeigt, nach dem Austreten des Elektronenstrahls aus dem ersten Polschuh noch so verringert wird, daß er beim Durchtritt des Elektronenstrahls durch den zweiten Polschuh sein zweites ausgeprägtes Minimum aufweist (Ort des zweiten minimalen Strahldurchmessers), und daß der vom Elektronenstrahl zentral durchsetzte erste Hohlraumresonator am Ort des ersten, zwischen den Polschuhen auftretenden Strahldurchmesserminimums angeordnet ist (Ort des ersten minimalen Strahldurchmessers) und der vom Elektronenstrahl zentral durchsetzte zweite Hohlraumresonator am Ort des vorgenannten zweiten, innerhalb des r zweiten Polschuhes auftretenden Strahldurchmes'serminimüms (Fig. 2). Da der Elektronenstrahl nach dem Durchtritt durch den ersten Polschuh einen sehr kleinen Durchmesser erreicht, kann er mit einem Hohlraumresonator für extrem hohe Frequenzen (Millimeterwellen) gut zusammenwirken. Die Erfindung ist. in einfachster Weise bei einer Elektronenstrahlröhre nach Art eines Reflexklystrons anwendbar. Da bei weiter voneinander entfernt angeordneten Polschuhen" sich die Durchmesseränderungen des Elektronenstrahls periodisch wiederholen, ist es auch möglich, zwischen den Polschuhen einen wei- _ teren Hohlraumresonator zu montieren, so daß sich eine Elektronenstrahlröhre nach Art eines Klostrons mit zwei Hohlraumresonatoren (Zweikammerklystron) ergibt. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 stellt einen die wesentlichen Teile zeigenden Längsschnitt durch ein Reflexklystron nach der Erfindung und Fig. 2 einen die wesentlichen Teile zeigenden Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Klystron mit zwei Hohlraumresonatoren dar. Bi Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 die Polschuhe eines dauermagnetischen Blockes 3. Eine Konkavkathode 4 wirft mittels der FokussierungselektrodeS und dem als Beschleunigungsanode dienenden Polschuh 1 einen Elektronenstrahl, dessen Konturen mit 7 bezeichnet sind, so durch die im Polschuh 1 vorgesehene Öffnung 8 hindurch, daß der Elektronenstrahl an der Rückseite 6 des Polschuhs 1 annähernd als Parallelstrahl austritt. Einige der magnetischen Feldlinien, die von der Öffnung 8 zum Polschuh 2 verlaufen, sind mit 9 bezeichnet. Infolge des Umstandes, daß dadurch auf die Elektronen eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung des Elektronenstrahls wirkt, wird der geradlinigen Bewegung eine rotierende Bewegung überlagert. Infolge der rotierenden Bewegung in dem zwischen den Polschuhen 1 und 2 errichteten axialen Magnetfeld wirken auf die Elektronen auf die Strahlachse hin gerichtete Kräfte, die den Strahldurchmesser beträchtlich verkleinern. Am Ort des kleinsten Strahldurchmessers passiert der Elektronenstrahl den Wechselwirkungsspalt 10 des Hohlraumresonators 11. Der Hohlraumresonator 11 besteht aus Kupfer und ist innerhalb des Polschuhes 2 angeordnet. Nach dem Verlassen des Spaltes 10 divergiert der Elektronenstrahl etwas und wird dann von der Reflektorelektrode 12 zum Spalt 10 zurückgeworfen. Gegenüber den Polschuhen 1 und 2 wies die Kathode 4 ein negatives Gleichpotential von etwa 1000 V und die Reflektorelektrode 12 ein negatives Gleichpotential von etwa 300 V auf. Das Gleichpotential der Fokussierungselektrode 5 wich nur wenig von dem der Kathode 4 ab. Der Abstand zwischen den einander zugekehrten Seiten der Polschuhe 1 und 2 betrug 1,3 mm und die Stärke des zwischen ihnen errichteten Magnetfeldes im Bereich der Strahlachse etwa 3300 Gauß. Die Konkavkathode 4 hatte einen Durchmesser von 0,8 mm, die konisch zulaufende Öffnung 8 einen kleinsten Durchmesser von 0,3 mm und die öffnung des Spaltes 10 im Hohlraumresonator 11 einen Durchmesser von 0,1 mm. Die Stärke des von der Kathode gelief erten Strahlstromes betrug etwa 30 mA. Der Hohlraumresonator 11 hatte derartige Abmessungen, daß die Wellenlänge der mit dem Reflexklystron erzeugten Schwingungen etwa 2,5 mm betrug. Die Fig.2 weicht von der Fig. 1 insbesondere insofern ab, als zwischen den beiden im dauermagnetischen Block 3 angeordneten Polschuhenl und 2, die in diesem Beispiel einen gegenseitigen Abstand von 4 mm haben, ein weiterer Hohlraumresonator 13 mit einem Wechselwirkungsspalt 14 an jener Stelle vorgesehen ist, an der der Elektronenstrahl, dessen Konturen wiederum mit 7 bezeichnet sind, zum erstenmal einen minimalen Durchmesser aufweist. Der zweite minimale Durchmesser fällt in den Wechselwirkungsspalt 10 des Hohlraumresonators 11. Der Hohlraumresonator 13 ist in einem hohlen Kupferblock 15 angeordnet, der mit seinem rechten Ende an dem Polschuh 2 anliegt. Die Auffangelektrode für die durch den Hohlraumresonatorll passierten Strahlelektronen ist mit 16 bezeichnet. Die zu verstärkende Energie wird dem Hohlraumresonator 13 zugeführt, die verstärkte Energie vom Hohlraumresonator 11 abgenommen. Die Wellenleiter für die Zu- bzw. Abführung der Hochfrequenzenergie sind in F i g. 1 und 2 nicht dargestellt. Patentansprüche:The invention is also for a cathode ray tube in the manner of a two-chamber klystron for amplifying millimeter waves of the type mentioned, characterized in that the distance between the two pole pieces and the strength of the magnetic focusing field established between them are chosen so that the diameter of the electron beam, which in the The space between the two pole pieces is further focused solely by the magnetic focussing field and thus shows repetitive changes in diameter, after the electron beam has emerged from the first pole piece it is reduced so that it has its second pronounced minimum when the electron beam passes through the second pole piece (location of the second minimum beam diameter), and that the first cavity resonator through which the electron beam passes centrally is arranged at the location of the first minimum beam diameter occurring between the pole pieces (location of the first minimum beam diameter diameter) and the second cavity resonator through which the electron beam passes centrally at the location of the aforementioned second beam diameter that occurs within the second pole piece (Fig. 2). Since the electron beam has a very small diameter after passing through the first pole piece, it can work well together with a cavity resonator for extremely high frequencies (millimeter waves). The invention is. in the simplest way applicable to a cathode ray tube in the manner of a reflex klystron. Since the diameter changes of the electron beam repeat periodically when the pole pieces are arranged further apart, it is also possible to mount a further cavity resonator between the pole pieces, so that a cathode ray tube in the manner of a cloister with two cavity resonators (two-chamber klystron) results. The invention is explained in more detail with reference to the drawing: Fig. 1 shows a longitudinal section showing the essential parts through a reflex klystron according to the invention and Fig. 2 shows a longitudinal section showing the essential parts through a klystron according to the invention with two cavity resonators 1 and 2, the pole pieces of a permanent magnetic block 3. A concave cathode 4 throws an electron beam by means of the focusing electrode S and the pole piece 1 serving as an acceleration anode, the contours of which are designated by 7, through the opening 8 provided in the pole piece 1 so that the electron beam a n the rear side 6 of the pole piece 1 emerges approximately as a parallel beam. Some of the magnetic field lines which run from the opening 8 to the pole piece 2 are denoted by 9. As a result of the fact that a force component acts on the electrons in the circumferential direction of the electron beam, a rotating movement is superimposed on the rectilinear movement. As a result of the rotating movement in the axial magnetic field established between the pole pieces 1 and 2, forces directed towards the beam axis act on the electrons, which forces considerably reduce the beam diameter. At the location of the smallest beam diameter, the electron beam passes the interaction gap 10 of the cavity resonator 11. The cavity resonator 11 consists of copper and is arranged inside the pole piece 2. After leaving the gap 10, the electron beam diverges somewhat and is then reflected back to the gap 10 by the reflector electrode 12. Compared to the pole pieces 1 and 2, the cathode 4 had a negative direct potential of approximately 1000 V and the reflector electrode 12 had a negative direct potential of approximately 300 V. The DC potential of the focusing electrode 5 deviated only slightly from that of the cathode 4. The distance between the mutually facing sides of the pole shoes 1 and 2 was 1.3 mm and the strength of the magnetic field established between them in the area of the beam axis was about 3300 Gauss. The concave cathode 4 had a diameter of 0.8 mm, the conically tapering opening 8 had a smallest diameter of 0.3 mm and the opening of the gap 10 in the cavity resonator 11 had a diameter of 0.1 mm. The strength of the beam current delivered by the cathode was about 30 mA. The cavity resonator 11 had such dimensions that the wavelength of the vibrations generated with the reflex klystron was about 2.5 mm. FIG. 2 differs from FIG. 1 in particular in that a further cavity resonator 13 with an interaction gap 14 at that point is between the two pole pieces 1 and 2 arranged in the permanent magnetic block 3, which in this example have a mutual distance of 4 mm is provided on which the electron beam, the contours of which are again denoted by 7, has a minimum diameter for the first time. The second minimum diameter falls into the interaction gap 10 of the cavity resonator 11. The cavity resonator 13 is arranged in a hollow copper block 15, the right end of which rests on the pole piece 2. The collecting electrode for the beam electrons passed through the cavity resonator is denoted by 16. The energy to be amplified is supplied to the cavity resonator 13, and the amplified energy is taken from the cavity resonator 11. The waveguides for supplying and removing the high-frequency energy are shown in FIG. 1 and 2 not shown. Patent claims: 1. Elektronenstrahlröhre nach Art eines Reflexklystrons zur Erzeugung von Millimeterwellen, mit einem aus Kathode, Fokussierungselektrode und Beschleunigungsanode bestehenden Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem vom Elektronenstrahl zentral durchsetzten Hohlraumresonator und einer Reflektorelektrode, bei der die Beschleunigungsanode von einer mit einer zentralen Durchtrittsöffnung für den Elektronenstrahl versehenen ferromagnetischen Platte gebildet wird (erster Polschuh), der in Strahlrichtung eine mit einer zentralen Öffnung versehene zweite ferromagnetische Platte (zweiter Polschuh) parallel gegenübersteht, und bei der zwischen den beiden Polschuhen ein im wesentlichen parallel zur Strahlachse (Röhrenachse) verlaufendes magnetisches Fokussierungsfeld errichtet ist und der von der Kathode emittierte Elektronenstrahl zunächst elektrostatisch so fokussiert wird, daß er1. Cathode ray tube in the manner of a reflex klystron for generating millimeter waves, with an electron beam generation system consisting of a cathode, focusing electrode and acceleration anode, a cavity resonator penetrated centrally by the electron beam and a reflector electrode, in which the acceleration anode one provided with a central passage opening for the electron beam ferromagnetic plate is formed (first pole piece), the one with in the beam direction a central opening provided second ferromagnetic plate (second pole piece) parallel faces, and in which between the two pole pieces a substantially parallel to Beam axis (tube axis) extending magnetic focusing field is established and the electron beam emitted from the cathode is first electrostatically focused so that it
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