DE1270188B - Reflexklystron - Google Patents

Reflexklystron

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DE1270188B
DE1270188B DEP1270A DE1270188A DE1270188B DE 1270188 B DE1270188 B DE 1270188B DE P1270 A DEP1270 A DE P1270A DE 1270188 A DE1270188 A DE 1270188A DE 1270188 B DE1270188 B DE 1270188B
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DE
Germany
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cavity resonator
aperture
reflex klystron
cavity
resonator
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Pending
Application number
DEP1270A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernard C Gardner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Varian Medical Systems Inc
Original Assignee
Varian Associates Inc
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Publication date
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Publication of DE1270188B publication Critical patent/DE1270188B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
    • H01J25/22Reflex klystrons, i.e. tubes having one or more resonators, with a single reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the modulator zone

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 .
  • F i g. 4 ein Längsschnitt analog F i g. 1 von einer etwas abgeänderten Konstruktion.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Anordnungsweise ermöglicht die Verwendung eines Strahlerzeugungssystems 2 von fester Länge für eine komplette Serie von Röhren, die unterschiedliche Betriebsfrequenzbereiche aufweisen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Reflexklystron 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, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraumresonator (27 bzw. 27') als durch anfängliche Einstellung des der Kathode (10 bzw. 10') benachbarten, quer zur Röhrenachse (Strahlachse) sich erstreckenden Anodenverbindungsstücks (21 bzw. 21') einjustierbare Kammer ausgebildet ist, deren Ankopplung an den zweiten Hohlraumresonator (54 bzw. 54') über eine relativ lange, quer zur Röhrenachse verlaufende schmale Blendenöffnung (33) erfolgt, die mit einem für Hochfrequenzenergie durchlässigen Teil (41) aus Isoliermaterial vakuumdicht abgedeckt und so angeordnet ist, daß sie bei der vorgenannten anfänglichen Einstellung des Anodenverbindungsstücks (21 bzw. 21') auch nicht teilweise abdeckbar ist.
  2. 2. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraumresonator (27 und 54 bzw. 27' und 54') durch ein nahe der gemeinsamen Blendenöffnung (33) im zweiten Hohlraumresonator (54 bzw. 54') vorgesehenes, schrauben- oder stiftförmiges Belastungsglied (43) beeinflußbar ist.
  3. 3. Reflexklystron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für Hochfrequenzenergie durchlässige Teil (41) aus Glimmer besteht und in einem blendenförmigen Teil (39) des starr mit dem ersten Hohlraumresonator (27 bzw. 27') verbundenen zweiten Hohlraumresonators (54 bzw. 54') eingesetzt ist.
  4. 4. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung des zweiten Hohlraumresonators durch eine in den zweiten Hohlraumresonator (54 bzw. 54') eintauchende, gegen Verdrehung gesicherte Abstimmschraube (45) erfolgt.
  5. 5. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenverbindungsstück (21 bzw. 21') leicht nach außen gewölbt ist.
  6. 6. Reflexklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraumresonator (27 bzw. 27') einen etwa D-förmigen Querschnitt besitzt, in dessen flacher Seitenwandung (32 bzw. 32') die gemeinsame schmale Blendenöffnung (33) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1065 483; britische Patentschrift Nr. 650 443; USA.-Patentschrift Nr. 2 632 863; »The Bell System Technical Journal«, Mai 1953, S. 715 ff.; »Keystrons and microwave Friodes«, McGraw-Hill Book Company, 1948, Fig. 18. 8 bis 18. 10; »Les Tubes Electromiques A Commande Par Modulation De Vitesse«, Gauthiar-Villars,1951, Fig. 314 und 316.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB650443A (en) * 1940-07-02 1951-02-21 Univ Leland Stanford Junior Improvements in or relating to high frequency electron discharge tube structures
US2632863A (en) * 1950-02-25 1953-03-24 Eitel Mccullough Inc Reflex oscillator tube
FR1065483A (fr) * 1951-05-29 1954-05-26 Philips Nv Dispositif générateur d'ondes ultra-courtes

Patent Citations (3)

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