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Reflexklystron Die Erfindung bezieht sich auf Reflexklystrons mit
einem in einer Grundschwingungsform schwingenden, vom Elektronenstrahl durchsetzten,
für sich nicht abstimmbaren Ganzmetall-Hohlraumresonator (erster Hohlraumresonator),
an den seitlich ein kapazitiv abstimmbarer Hohlraumresonator (zweiter Hohlraumresonator)
über eine gleichbleibende Blendenöffnung so angekoppelt ist, daß durch die Abstimmung
des zweiten Hohlraumresonators die Resonanzfrequenz des ersten Hohlraumresonators
veränderbar ist, und bei dem die erzeugte Hochfrequenzenergie aus dem zweiten Hohlraumresonator
über eine weitere Blendenöffnung ausgekoppelt wird.
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Derartige Reflexklystrons werden z. B. als örtliche Oszillatoren in
Mikrowellen-Relaisstationen, als Hochfrequenzgeneratoren usw. benutzt. Sie sollen
in einem möglichst weiten Bereich abstimrnbar sein und die durch die Abstimmung
eingestellte Frequenz möglichst genau und konstant beibehalten.
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Die Aufgabe, eine Abstimmöglichkeit für Klystrons im allgemeinen und
für Reflexklystrons im besonderen zu schaffen, wurde bereits mannigfaltig gelöst.
Insbesondere ist es auch bereits bekannt, an den vom Elektronenstrahl durchsetzten
(ersten) Hohlraumresonator einen zweiten Hohlraumresonator anzukoppeln und eine
Abstimmung auf die gewünschte Betriebsfrequenz mit Hilfe des zweiten Hohlraumresonators
vorzunehmen. Die bekannten Anordnungen befriedigen jedoch noch nicht hinreichend;
vor allem sind sie auch relativ stoßempfindlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reflexklystron
den vom Elektronenstrahl durchsetzten (ersten) Hohlraumresonator äußerst stabil
auszuführen unter Verwendung eines Aufbaus, der eine einfache Einjustierung dieses
nach der Einjustierung für sich nicht mehr abstimmbaren Hohlraumresonators ermöglicht,
und mittels eines zweiten Hohlraumresonators eine Abstimmöglichkeit vorzusehen,
die vorteilhafter ist als bei den bekannten Anordnungen.
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Die Lösung dieser speziellen Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin,
daß bei einem Reflexklystron der eingangs beschriebenen Art der erste Hohlraumresonator
als durch anfängliche Einstellung des der Kathode benachbarten, quer zur Röhrenachse
(Strahlachse) sich erstreckenden Anodenverbindungsstücks einjustierbare Kammer ausgebildet
ist, deren Ankopplung an den zweiten Hohlraumresonator über eine relativ lange,
quer zur Röhrenachse verlaufende schmale Blendenöffnung erfolgt, die mit einem für
Hochfrequenzenergie durchlässigen Teil aus Isoliermaterial vakuumdicht abgedeckt
und so angeordnet ist, daß sie bei der vorgenannten anfänglichen Einstellung des
Anodenverbindungsstücks auch nicht teilweise abdeckbar ist.
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Das erfindungsgemäße Reflexklystron besitzt eine besonders geringe
Erschütterungsempfindlichkeit und Mikrophonieneigung. Der technische Fortschritt
besteht ferner darin, daß die anfängliche Einjustierung des Anodenverbindungsstücks
ohne Rücksichtnahme auf die Blendenöffnung ausgeführt werden kann, da diese durch
das einzustellende Anodenverbindungsstück auch nicht teilweise abdeckbar ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Kopplung zwischen dem ersten und dem
zweiten Hohlraumresonator durch ein nahe der gemeinsamen Blendenöffnung im zweiten
Hohlraumresonator vorgesehenes, Schrauben-oder stiftförmiges Belastungsglied beeinflußbar
ist. Es empfiehlt sich ferner, daß der die Blendenöffnung vakuumdicht abdeckende,
für Hochfrequenzenergie durchlässige Teil aus Glimmer besteht und in einen blendenförmigen
metallischen Teil des starr mit dem ersten Hohlraumresonator verbundenen zweiten
Hohlraumresonators eingesetzt ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Röhre ergeben
sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit den
Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele nach der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen
ist F i g. 1 ein Längsschnitt durch ein Reflexklystron gemäß der Erfindung, F i
g. 2 ein Teilquerschnitt längs der Linie 2-2 der Fig.1,
F i g. 3
ein Teilschnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 1 und .
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F i g. 4 ein Längsschnitt analog F i g. 1 von einer etwas abgeänderten
Konstruktion.
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In den F i g. 1 bis 3 ist ein Reflexklystron mit einem Kolbenteil
l dargestellt, in dem das Strahlerzeugungssystem 2 enthalten ist. Eine hohlzylindrische
Anode 20 mit einem etwas konkaven, ringscheibenförmigen Anodenverbindungsstück 21,
das beispielsweise durch Löten mit der Anode 20 verbunden sein kann, ist innerhalb
des Kolbens 1 koaxial zur Kathode 10 angeordnet, so daß der Elektronenstrahl durch
den Hohlraum der Anode 20 hindurchgeht. Mit 15 ist die Fokussierungselektrode bezeichnet.
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Das ringscheibenförmige Anodenverbindungsstück 21 haltert die Anode
20 und befestigt sie an der Innenwand des Kolbens 1. Vor dem Aufmontieren des Verbindungsstücks
21 auf die Anode 20 wird es, wie dies in F i g. 1 durch die strichpunktierten Linien
angegeben ist, entlang der Anode 20 so lange verschoben, bis (in Anpassung an den
gewünschten Frequenzbereich) die richtige Größe des von ihm begrenzten Hohlraumresonators
27 erreicht ist. Dann wird das Verbindungsstück mit der Anode 20 und dem Kolben
1 starr verbunden, z. B. verlötet.
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Diese Anordnungsweise ermöglicht die Verwendung eines Strahlerzeugungssystems
2 von fester Länge für eine komplette Serie von Röhren, die unterschiedliche Betriebsfrequenzbereiche
aufweisen.
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Am oberen Ende der Anode 20 ist ein Gitter 22 vorgesehen, das von
einem gegenüberliegenden Gitter 23 einen Abstand aufweist. Das Gitter 23 befindet
sich in einem Ring 24; der mit dem oberen Ende 25 des Kolbens 1 und mit dem unteren
Ende 25' des Kolbens 1' fest verbunden ist. Die unmittelbar aneinandergrenzenden
Kolbenenden 25 und 25' sind beispielsweise durch Löten.miteinander verbunden. Eine
Reflektorelektrode 26 befindet sich gegenüber dem Gitter 23, um beim Betrieb der
Röhre die Elektronen in den Hohlraumresonator 27 zurückzutreiben. Das obere Ende
des Kolbens 1' wird durch eine Platte 7', das untere Ende des Kolbens 1 durch eine
Platte 7 abgeschlossen. Die Platten 7 und 7' können aus isolierendem Material bestehen
und sind mit den Kolbenenden fest verbunden. Ein zentrierter Führungsstift 30 ist
über den Leiter 31 und einen der Halterungsdrähte 17' galvanisch mit der Reflektorelektrode
26 verbunden. Mit 8 sind die üblichen Sockelstifte bezeichnet.
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Die rechte Seite des Röhrenkolbens ist in der Mitte eingedrückt, so
daß sich .ein großflächig ebener Wandungsteil32 ergibt, in dem eine relativ lange,
querliegende schmale Blendenöffnung 33 vorgesehen ist. Dadurch, daß die Blendenöffnung
33 lang und schmal gemacht ist, kann das Anodenverbindungsstück 21 zur anfänglichen
Resonatorwandeinstellung hin- und herbewegt werden, ohne daß die Blendenöffnung
33 durch das Anodenverbindungsstück 21 abgedeckt wird.
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Am ebenen Wandungsteil 32 ist ein zweiter, äußerer Hohlraumresonator
54 angebracht, der aus den Teilen 34 und 35 besteht, deren Flansche 36 aneinandergelötet
oder auf andere Weise fest miteinander verbunden sind. Das ebene Wandungsteil 32
und die daran angrenzende Wand 37 des Hohlraumresonators 54 sind fest miteinander
verbunden. Die Wand 37 ist mit einer Öffnung 38 versehen (F i g. 3), welche auf
die Blendenöffnung 33 ausgerichtet, aber merklich größer als diese ist. Angrenzend
an die Wand 37 befindet sich ein plattenförmiger metallischer Teil 39,
welcher
ein Fenster 40 besitzt (F i g. 3), das ähnlich der Öffnung 38 auf die Blendenöffnung
33 ausgerichtet, aber noch größer als die Öffnung 38 ist. Das Fenster 40 ist mit
einem Glimmerplättchen 41, das beispielsweise rundherum mittels Glas 42 an dem plattenförmigen
Teil 39 angelötet ist, vakuumdicht verschlossen. Da die Öffnung des Fensters
40 reichlich bemessen ist, ist es auch möglich, ein reichlich bemessenes Glimmerplättchen
41 zu verwenden, um die Öffnung 38 vakuumdicht abzudecken, so daß die Montage dieses
Röhrenteiles erleichtert wird. Da auch die Blendenöffnung 33 kleiner ist als die
Öffnung 38, ist die Möglichkeit dafür, daß Glasschmelze in die Blendenöffnung 33
hereinragt, praktisch .beseitigt. Damit ist eine scharfe, klar begrenzte Öffnung
für die Energieübertragung vom inneren Hohlraumresonator 27 zum äußeren Hohlraumresonator
54 gegeben, wobei der letztere gegenüber dem evakuierten inneren Hohlraumresonator
betriebssicher abgedichtet ist. Eine Schraube 43; die vorzugsweise eine Neigung
zur Blendenöffnung 33 hin aufweist, ist durch die Wandung des Resonatorteiles 34
geschraubt, um das elektromagnetische Feld in der Nähe des Fensters 40 so zu beeinflussen,
daß der Energiedurchgang durch die Blendenöffnung 33 vergrößert wird. Wenn die Schraube
43 einmal so einjustiert ist, daß ein optimaler Energiedurchgang erreicht wird,
kann sie in ihrer Stellung, beispielsweise durch Punktschweißen, blockiert und der
Schraubenschlitz, wenn erwünscht, mit einem Schmelzmittel 44 überzogen werden, um
ungewollte Verstellungen zu vermeiden.
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Zur kapazitiven Abstimmung der Röhre dient, ohne daß irgendwelche
Veränderungen an der Röhrenwandung vorgenommen werden (die unerwünscht sind, weil
sie die Mikrophonie und die Möglichkeit für undichte Stellen vergrößern und außerdem
die Frequenzstabilität herabsetzen), eine Schraube 45, die durch einen auf dem Resonatorteil
35 angebrachten Block 46 geschraubt wird und ins Innere dieses Resonatorteiles ragt.
Eine Feder 47 (F i g. 1 und 3), die sich auf der einen Seite gegen den Block 46
abstützt und deren andere Seite eine an ihr befestigte Schraubenmutter 48 trägt;
die von der Abstimmschraube 45 durchsetzt wird, dient dazu, die Abstimmschraube
45 in ihrer jeweiligen Stellung zu halten und gegen Verdrehung zu sichern. Um die
Röhre abzustimmen, ist es also nur erforderlich, die Schraube 45 zu drehen. _ Eine
Montageflansch 50 ist beispielsweise durch Löten fest mit dem Resonatorteil 35 verbunden.
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Die Röhre ist ferner mit Kühlrippen 51 versehen, die durch Abstandshalter
52 auseinandergehalten werden und im Bereich des im Durchmesser verringerten Teiles
der Kolben 1 und 1' angebracht sind. Die Kühlrippen- und Abstandshalter werden im
Zuge der Röhrenmontage über die Röhre gestreift und in ihrer Stellung verlötet.
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Während des Betriebes hat die Röhre eine gute eigene Temperaturkompensation
auf Grund der Tatsache, daß bei der Aufheizung der Röhre während des Betriebes das
Anwachsen der Induktivität infolge der Vergrößerung des Hohlraumresonators 27 bzw.
27' durch das leicht nach außen gewölbte Anodenverbindungsstück 21 bzw. 21' kompensiert
wird. Dieses Verbindungsstück arbeitet so, daß es die Anode
20 bzw.
20' etwas nach unten bewegt, wenn die Röhre aufgeheizt wird und dabei den Abstand
zwischen den Gittern 22 und 23 etwas vergrößert. Dadurch wird die Kapazität zwischen
den Gittern verringert und damit die Vergrößerung der Induktivität des Hohlraumresonators
kompensiert, so daß die Betriebsfrequenz der Röhre im wesentlichen konstant bleibt.
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Wenn die erfindungsgemäße Röhre für eine Reihe von getrennten Frequenzbereichen
verwendet werden soll, dann kann zur Erzielung des jeweils gewünschten Frequenzbereichs
im Resonatorteil 35 ein plattenförmiger Leiter 49, wie er mit ausgezogenen bzw.
strichpunktierten Linien in F i g. 1 eingezeichnet ist, vorgesehen werden. Ein solcher
Leiter (Fig. 1 und 3) hat die Wirkung, daß die effektiven elektrischen Abmessungen
des äußeren Hohlraumresonators 54 geändert werden. In der Praxis wurde gefunden,
daß eine größere Anzahl von Betriebsfrequenzbereichen auch ohne Verwendung der Leiter
49 durch bloße Justierung mittels der Schraube 43 einstellbar ist, mitunter auch
durch Veränderung der Größe der Ausgangsöffnung in dem Flansch 50.
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F i g. 4 der Zeichnungen zeigt die gleiche Röhre wie die F i g. 1
mit der Ausnahme, daß die Anode 20' die Kathode 10' und die Fokussierungselektrode
15' in ihrem Inneren enthält. Dadurch kann die Kathode relativ dicht beim Wechselwirkungsspalt
angeordnet werden. Es ist so eine besonders gute Einstellung der elektronenoptischen
Verhältnisse der Röhre, unabhängig von der definitiven Einstellung des Anodenverbindungsstücks
21', längs der äußeren Oberfläche der Anode 20' möglich. Bei dieser Ausführungsform
wird ein zusätzliches Beschleunigungsgitter 53 benutzt, um die Fokussierung des
Elektronenstrahls zu unterstützen. Mit 27' ist der innere, mit 54' der äußere Hohlraumresonator
bezeichnet.