DE1262459B

DE1262459B - Reflex klystron with a specially designed reflector electrode

Info

Publication number: DE1262459B
Application number: DEE18983A
Authority: DE
Inventors: Rowland Wells Haegele; Oskar Heil; Carl H Turnblom
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1959-03-18
Filing date: 1960-03-03
Publication date: 1968-03-07

Description

Reflexklystron mit einer besonders ausgebildeten Reflektorelektrode Die Erfindung bezieht sich auf ein Reflexklystron mit einem rotationssymmetrischen Elektronenstrahlerzeuger, einem einzigen, koaxial zur Elektronenstrahlachse (Röhrenachse) zwischen zwei parallelen Gitterelektroden sich erstreckenden Wechselwirkungsspalt und einer koaxial dazu angeordneten Reflektorelektrode, deren dem Wechselwirkungsspalt gegenüberliegende Stirnseite pfannenförmig derart eingebuchtet ist, daß die Reflektorelektrode dort eine zur Röhrenachse rotationssymmetrische, kegelstumpfförmige Vertiefung aufweist, deren breite Basisfläche dem Wechselwirkungsspalt benachbart ist.Reflex klystron with a specially designed reflector electrode The invention relates to a reflex klystron with a rotationally symmetrical one Electron beam generator, a single one, coaxial to the electron beam axis (tube axis) interaction gap extending between two parallel grid electrodes and a reflector electrode arranged coaxially thereto, whose interaction gap opposite end face is indented in the shape of a pan in such a way that the reflector electrode there has a frustoconical depression that is rotationally symmetrical to the tube axis, whose broad base area is adjacent to the interaction gap.

Reflexklystrons dieser Art sind bekannt (vgl. z. B. die USA.-Patentschrift 2 825 843). Sie haben jedoch den grundsätzlichen Nachteil, daß die in der Nähe der Röhrenachse zur Reflektorelektrode hinlaufenden und von dieser reflektierten Elektronen die Neigung haben, bezüglich der äußeren Strahlelektronen außer Phase zu kommen, so daß im Wechselwirkungsspalt dicht zusammengedrängte Elektronenbündel (und damit eine große Bündelungsdichte) nicht hinreichend gut erzielbar sind, Der Grund hierfür liegt darin, daß die Reffektorelektrode nicht in der Lage ist, die Elektronenbahnen so zu beeinflussen, daß die erwähnte Phasenungleichheit nicht auftreten kann. Da die Leistungsabgabe eines Reflexklystrons eine Funktion der Bündelungsdichte im Wechselwixkungsspalt ist, muß man aber eine möglichst große Bündelungsdichte, anstreben.Reflex klystrons this type are known (see. Eg. As the USA. Patent 2,825,843). However, they have the fundamental disadvantage that the electrons that run towards the tube axis and are reflected by the reflector electrode tend to get out of phase with the outer beam electrons, so that electron bundles densely packed in the interaction gap (and thus a high concentration density) do not exist can be achieved sufficiently well. The reason for this is that the reffector electrode is not able to influence the electron trajectories in such a way that the mentioned phase inequality cannot occur. Since the power output of a reflex klystron is a function of the bundling density in the alternating winding gap, one must strive for the greatest possible bundling density.

Es ist auch schon ein Reflexklystron bekannt (vgl, z. B. die britische Patentschrift 592 531), das zur Verbesserung der Wirkungsweis,e mit einer besonders ausgebildeten Reflektorelektrode versehen ist. Die Reflektorelektrode wird bei dieser bekannten Röhre von einem topfförmigen Teil gebildet, der einen bezüglich der Kathode konvex gekrümmten Bodenteil besitzt, aus dem ein kreiszylindrischer zentraler Teil in Richtung zum Wechselwirkungsspalt vorspringt. Der kreiszylindrische zentrale Teil ragt dabei erheblich aus dem topffönnigen Teil heraus. Diese Konfiguration der Reflektorelektrode wurde zur Vermeidung der dem Fachmann bekannten Hystereseerscheinungen gewählt; sie basiert nicht auf dem Gedanken, eine große oder gar optimale Bündelungsdichte im Wechselwirkungsspalt zu erzielen.A reflex klystron is also known (cf., for example, British patent specification 592 531) which is provided with a specially designed reflector electrode to improve the mode of action. In this known tube, the reflector electrode is formed by a cup-shaped part which has a bottom part which is convexly curved with respect to the cathode and from which a circular cylindrical central part projects in the direction of the interaction gap. The circular cylindrical central part protrudes considerably from the cup-shaped part. This configuration of the reflector electrode was chosen to avoid the hysteresis phenomena known to the person skilled in the art; it is not based on the idea of achieving a large or even optimal bundling density in the interaction gap.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Reflexklystron der eingangs erwähnten Art die Reflektorelektrode so auszubilden, daß möglichst alle Strahlelektronen, insbesondere auch die achsnahen und die achsfernen (d. h. äußeren) Strahlelektronen, mit gleieher Phase in den Wechselwirkungsspalt zurückgef ührt werden. Hierfür wird erfmdungsgemäß vorgeschlagen, daß der dem Wechselwirkungsspalt gegenüberliegende zentrale Stirnwandungsteil der Reflektorelektrode mit einem von ihm ausgehenden, spitzigen, kegelförmigen, metallischen Teil versehen ist, der sich koaxial zur Röhrenachse zum Wechselwirkungsspalt hin erstreckt und so bemessen ist, daß seine Spitze nicht aus der kegelstumpfförmigen Vertiefung der Reflektorelektrode herausragt.It is the object of the invention to design the reflector electrode in a reflex klystron of the type mentioned in such a way that as much as possible all beam electrons, in particular also the near-axis and the off-axis (i.e. outer) beam electrons, are fed back into the interaction gap with the same phase. For this purpose, it is proposed according to the invention that the central end wall part of the reflector electrode opposite the interaction gap is provided with a pointed, conical, metallic part extending from it, which extends coaxially to the tube axis towards the interaction gap and is dimensioned so that its tip does not protrude from the frustoconical The recess of the reflector electrode protrudes.

Durch die erreichte Gleichphasigkeit ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsabgabe. Auch kann das Reflexklystron in einem breiten Frequenzbereich eingesetzt werden, und es bereitet keine Schwierigkeit, das Klystron mit einer Feinabstimmeinrichtung für diesen Frequenzbereich zu versehen.The achieved phase equality results in a higher degree of efficiency and a higher power output. The reflex klystron can also be used in a wide frequency range can be used, and there is no difficulty in fine-tuning the klystron to be provided for this frequency range.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt des Reflexklystrons nach der Linie 1-1 der F i g. 2 und F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1. In the drawings, an embodiment of the invention is shown as an example. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section of the reflex klystron along line 1-1 of FIG. 2 and F i g. 2 shows a cross section along line 2-2 of FIG . 1.

In F i g. 1 ist ein Reflexklystron mit einem Kathodenteil 12, einem Rellektorteil 14, einem Hauptteil 16 mit dem Resonanzhohlraum 20 einer Abstimmeinrichtung 17 und einem Ausgangsteil 18 dargestellt. Der rotationssymmetrische Elektronenstrahlerzeuger besteht im wesentlichen aus der indirekt geheizten Konkavkathode 38, der Strahlbündelungselektrode 50 und der Beschleunigungsanode 62; Kathode und Strahlbündelungselektrode sind an einer KeranÜkscheibe 22 des Kathodenteils 12 befestigt.In Fig. 1 shows a reflex klystron with a cathode part 12, a rector part 14, a main part 16 with the resonance cavity 20 of a tuning device 17 and an output part 18 . The rotationally symmetrical electron beam generator consists essentially of the indirectly heated concave cathode 38, the beam focusing electrode 50 and the acceleration anode 62; The cathode and beam focusing electrode are attached to a KeranÜk disc 22 of the cathode part 12.

Im Hauptteil 16 bildet die Beschleunigungsanode 62, die an ihrem rechten Ende mit einer Gitterstruktur 136 versehen ist, zugleich die linke Begrenzung des Resonanzhohlraumes 20; dessen rechte Begrenzung wird von einer Ringscheibe 66 gebildet, die eine Gitterstruktur 137 aufweist. Zwischen den beiden Gitterstrukturen liegt der Wechselwirkungsspalt.In the main part 16 , the acceleration anode 62, which is provided with a lattice structure 136 at its right end, at the same time forms the left boundary of the resonance cavity 20; its right boundary is formed by an annular disk 66 which has a lattice structure 137 . The interaction gap lies between the two lattice structures.

Die erzeugte, Schwingungsenergie wird über ein keramisches Fenster 75 aus dem Resonanzhohlraum 20 ausgekoppelt.The vibration energy generated is coupled out of the resonance cavity 20 via a ceramic window 75.

Gegenüber dem Ausgangsteil 18 ist die Abstimmeinrichtung 17 angeordnet. Durch eine rechteckige öffnung 88 in dem Hauptteil 16 tritt ein rechteckiges, keramisches Abstimmelement 90 in den Resonanzhohlraum 20. Wenn die Welle 108 gedreht wird, bewegt sich die Mutter 112 in axialer Richtung und verschiebt den Abstimmstab 96 mit dem keramischen Abstimmelement 90 (s. auch F i g. 2).The tuning device 17 is arranged opposite the output part 18. A rectangular ceramic tuning element 90 enters the resonance cavity 20 through a rectangular opening 88 in the main part 16. When the shaft 108 is rotated, the nut 112 moves in the axial direction and displaces the tuning rod 96 with the ceramic tuning element 90 (see also FIG Fig. 2).

Der Reflektorteil 14 enthält eine ringförmige, keramische Scheibe 116, an der mittels des Trägers 122 die erfindungsgemäß ausgebildete Reflektorelektrode 124 befestigt ist. Die Reflektorelektrode besteht aus einem rotationssyminetrischen Metallteil, dessen dem Wechselwirkungsspalt gegenüberliegende Stirnseite mit einem spitzigen, kegelförmigen Teil 134 versehen ist, der sich koaxial zur Röhrenachse zum Wechselwirkungsspalt hin erstreckt.The reflector part 14 contains an annular, ceramic disk 116, to which the reflector electrode 124 designed according to the invention is fastened by means of the carrier 122. The reflector electrode consists of a rotationally symmetrical metal part whose end face opposite the interaction gap is provided with a pointed, conical part 134 which extends coaxially to the tube axis towards the interaction gap.

Die axiale Länge des kegelförmigen Teiles 134 ist kürzer als die Tiefe der kegelstumpfförmigen Vertiefung, so daß die Spitze des kegelförmigen Teiles nicht aus der Vertiefung herausragt. Der Teil 134 lenkt die Elektronen, die sich nahe der Röhrenachse bewegen, in radialer Richtung ab, so daß die äußeren Strahlelektronen Zeit gewinnen, sie einzuholen und sich mit ihnen phasenrichtig zu bündeln, wenn sie zurücklaufend den Wechselwirkungsspalt durchqueren.The axial length of the conical part 134 is shorter than the depth the frustoconical recess so that the apex of the conical part does not protrudes from the recess. The part 134 directs the electrons that are close move down the tube axis in a radial direction so that the outer beam electrons Gain time to catch up with them and pool with them in the right phase, if walking back they cross the interaction gap.

Im Betrieb erzeugt die dargestellte Röhre einen. Strahl hoher Perveanz Oe höher die Perveanz ist, um so größer ist die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung des Reflexklystrons für eine gegebene Strahlspannung).In operation, the tube shown produces one. Ray of high perveance The higher the perveance, the greater the available output power of the reflex klystron for a given beam voltage).

Die, bei dieser Ausführungsform benutzte Beschleunigungsanode stellt den besten Strahl her. Sie besitzt zwei unterschiedliche Innendurchmesser, von denen der größere Durchmesser sich am rechten Ende befindet und der Entbündelungsneigung des Elektronenstrahles angepaßt ist. Der Durchmesser der Gitterstruktur 137 ist - wie ebenfalls bekannt - erheblich größer als der der Gitterstruktur 136, um die zurücklaufenden Elektronen durchtreten zu lassen.The accelerating anode used in this embodiment produces the best beam. It has two different inner diameters, the larger of which is at the right-hand end and is adapted to the tendency of the electron beam to unbundle. The diameter of the mesh structure 137 is - as is also known - considerably larger than the to leave the lattice structure 136 to pass through to the returning electrons.

Mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Reflektorelektrode 124 ist es möglich, praktisch alle Elektronen phasenrichtig durch den von den Gitterstrukturen 136 und 137 begrenzten Wechselwirkungsspalt zurückzuführen.With the reflector electrode 124 designed according to the invention, it is possible to return practically all electrons in the correct phase through the interaction gap delimited by the lattice structures 136 and 137.

Claims

Claim: Reilexklystron with a rotationally symmetrical electron beam generator, a single interaction gap extending coaxially to the electron beam axis (tube axis) between two parallel grid electrodes and a reflector electrode arranged coaxially thereto, whose end face opposite the interaction gap is indented in the shape of a pan in such a way that the reflector electrode is rotationally symmetrical to the tube axis. has a truncated cone-shaped depression, the broad base surface of which is adjacent to the interaction gap, characterized in that the central end wall part of the reflector electrode opposite the interaction gap is provided with a pointed, conical, metallic part extending from it, which extends coaxially to the tube axis towards the interaction gap and so is dimensioned so that its truncated gel tip does not protrude from the ke, -tiefung of the reflector electrode. References considered: British Patent No. 592,531; USA. Pat. No. 2,825,843.