DE1271843B

DE1271843B - Elongated time-of-flight amplifier tubes with running space resonator

Info

Publication number: DE1271843B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Elmer Dale Mcarthur
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1955-01-25
Filing date: 1956-01-24
Publication date: 1968-07-04

Description

Langgestreckte Laufzeitverstärkerröhre mit Laufraumresonator Die Erfindung betrifft eine langgestreckte Laufzeitverstärkerröhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem (Strahlerzeuger) am einen und einer Auffangelektrode (Auffänger) am anderen Röhrenende, mit einem Eingangsresonator zum Einkoppeln der zu verstärkenden Hochfrequenzenergie auf den Elektronenstrahl am strahlerzeugerseitigen Röhrenende und einem Ausgangsresonator zum Auskoppeln der verstärkten Hochfrequenzenergie aus dem Elektronenstrahl am auffängerseitigen Röhrenende und mit einem Laufraum zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsresonator, der als vom Elektronenstrahl durchsetzter zylindrischer Verzögerungsleitungsresonanzkreis ausgebildet ist (Laufraumresonator).Elongated propagation time amplifier tube with moving space resonator The invention relates to an elongated time-of-flight amplifier tube with an electron gun (Beam generator) at one end of the tube and a collecting electrode (collector) at the other end of the tube, with an input resonator for coupling in the high-frequency energy to be amplified onto the electron beam at the end of the tube on the side of the beam generator and an output resonator for decoupling the amplified high-frequency energy from the electron beam on the receiver side Tube end and with a running space between the input and the output resonator, as a cylindrical delay line resonance circuit penetrated by the electron beam is formed (running space resonator).

Bei einer üblichen Laufzeitverstärkerröhre nach Art eines Klystrons werden die Strahlelektronen zunächst durch das hochfrequente elektrische Feld eines Hohlraumresonators in der Geschwindigkeit moduliert und anschließend durch einen von hochfrequenten Feldern im wesentlichen feldfreien Raum (Laufraum) geschickt, um Elektronenpakete in t7bereinstimmung mit der Modulation zu bilden. Die in den Elektronenpaketen enthaltene verstärkte Wellenenergie wird dem Elektronenstrahl in einem weiteren Hohlraumresonator, durch den der Elektronenstrahl geführt wird, entzogen und kann dann aus diesem Hohlraumresonator entnommen werden.With a conventional time-of-flight amplifier tube in the manner of a klystron the beam electrons are initially driven by the high-frequency electric field of a Cavity resonator modulated in speed and then by a sent from high-frequency fields essentially field-free space (walking space), to form electron bunches in accordance with the modulation. The ones in the The amplified wave energy contained in packets of electrons becomes the electron beam in a further cavity resonator through which the electron beam is guided, withdrawn and can then be removed from this cavity resonator.

Bei einem Klystron, insbesondere bei einem Klystron mit mehreren Hohlraumresonatoren, sowie bei anderen Laufzeitverstärkerröhren, bei denen die verstärkte Wellenenergie aus einem paketierten Elektronenstrahl entnommen wird, sind die Verstärkung und der Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung durch einen Vorgang, der als »Entbündelung« bezeichnet wird, begrenzt. Dieser Effekt rührt von den Raumladungskräften des Elektronenstrahls her, die eine ideale axiale Kompression der Elektronen in die gewünschten dichten Elektronenpakete verhindern.In the case of a klystron, especially a klystron with several cavity resonators, as well as with other time-of-flight amplifier tubes, in which the amplified wave energy taken from a packetized electron beam, the gain are and the efficiency of the power conversion through a process known as "unbundling" is called, limited. This effect is due to the space charge forces of the electron beam that produce an ideal axial compression of the electrons into the desired densities Prevent electron bunches.

Bekannte Verfahren zur wirksamen Verminderung dieses Entbündelungseffekts sind im allgemeinen sehr verwickelt und bringen eine Anzahl von aufbau-oder schaltungstechnischen Komplikationen mit sich. So sind z. B. Verfahren und Anordnungen bekannt, die in ausgewählten Laufraumbereichen besondere Beschleunigungsfelder großer Länge vorsehen, um die durchschnittliche Elektronengeschwindigkeit zu erhöhen und dadurch die Bündelung zu verbessern. Eine andere bekannte Anordnung macht von einem Laufraum mit einem besonderen verzögernden Feld Gebrauch, um langsam laufende Elektronen zurückzuschicken und hierdurch eine verhältnismäßig sofortige Umwandlung der Geschwindigkeitsmodulation in eine Dichtemodulation ohne Verwendung eines üblichen Laufraums zu bewirken. Andere bekannte Verfahren und Anordnungen verwenden verschiedene andere Mittel, um durch Beeinflussung der effektiven Laufzeit der Elektronen eine gute Elektronenbündelung (Paketierung) zu erzielen.Known methods of effectively reducing this unbundling effect are generally very involved and involve a number of structural or circuitry Complications with itself. So are z. B. Methods and arrangements known in provide special acceleration fields of great length for selected walking area areas, to increase the average electron speed and thereby the bundling to improve. Another known arrangement makes of a running space with a special retarding field used to send back slowly moving electrons and thereby a relatively immediate conversion of the speed modulation to effect a density modulation without using a common running space. Other known methods and arrangements use various other means to get through Influence the effective transit time of the electrons a good electron concentration (Packaging) to achieve.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden. Diese Schwierigkeiten werden dadurch überwunden, daß bei einer langgestreckten Laufzeitverstärkerröhre der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß der Laufraumresonator aus einer einfachen Wendel besteht, die in einer sie allseitig umschließenden metallischen Kammer angeordnet ist, deren quer zum Elektronenstrahl sich erstreckende, mit den Wendelenden galvanisch verbundene Wandungsteile mit Durchtrittsöffnungen für den Elektronenstrahl versehen sind, und daß der Laufraumresonator, insbesondere dessen Wendel, so bemessen ist, daß die durch ihn bewirkte Phasenfokussierung der Strahlelektronen (Gruppenbildung, Paketierung) möglichst groß ist.The object of the invention is to address the aforementioned difficulties overcome. These difficulties are overcome in that at an elongated Time-of-flight amplifier tube of the type mentioned at the outset is the traveling space resonator according to the invention consists of a simple helix, which is enclosed in a metallic Chamber is arranged, the transverse to the electron beam extending with the Spiral ends galvanically connected wall parts with openings for the Electron beam are provided, and that the running space resonator, in particular its Helix, is dimensioned so that the phase focusing of the beam electrons caused by it (Group formation, packaging) is as large as possible.

Es wurde bereits ein zylindrischer Verzögerungsleitungsresonanzkreis zur Verwendung in einer Laufzeitverstärkerröhre vorgeschlagen, und zwar auch schon als Laufraumresonator (deutsches Patent 1232 659). Die Verzögerungsleitung besteht dabei jedoch aus zwei kreuzweise gewickelten Wendeln oder einer einer solchen Verzögerungsleitung elektrisch äquivalenten Verzögerungsstruktur. Diese Konstruktion wurde gewählt, um ein erhöhtes Produkt aus Verstärkung und Bandbreite zu erzielen.A cylindrical delay line resonance circuit has already been proposed for use in a propagation time amplifier tube, and indeed as a running space resonator (German patent 1232 659). In this case, however, the delay line consists of two coils wound crosswise or a delay structure that is electrically equivalent to such a delay line. This construction was chosen to achieve an increased product of gain and bandwidth.

Die Vorteile der Erfindung liegen in einer sehr dichten Elektronenpaketierung bei Einfachheit der Konstruktion und großer Verfügungsfreiheit über die Konstruktionslemente. Es ist vorteilhaft, auch den Eingangs- und den Ausgangsresonator als Verzögerungsleitungsresonanzkreis mit einer Wendel als Verzögerungsleitung auszubilden.The advantages of the invention reside in a very dense electron packing with simplicity of construction and great freedom of disposal over the construction elements. It is advantageous to also use the input and output resonators as a delay line resonant circuit train with a helix as a delay line.

Weitere Einzelheiten und Weiterbildung der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren näher beschrieben.Further details and further developments of the invention are given below described in more detail on the basis of the figures.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Laufzeitverstärkerröhre gemäß der Erfindung; F i g. 2 und 3 zeigen Kurven, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes dienen, und F i g. 4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsformen von Laufzeitverstärkerröhren gemäß der Erfindung.F i g. 1 schematically shows an embodiment of a time-of-flight amplifier tube according to the invention; F i g. 2 and 3 show curves used to explain the operation serve the subject matter of the invention, and F i g. 4 to 6 show further embodiments of transit time amplifier tubes according to the invention.

F i g. 1 veranschaulicht eine Laufzeitverstärkerröhre, in der der Elektronenstrahl zunächst mit dem zu verstärkenden Signal geschwindigkeitsmoduliert wird und dann einen Laufraumresonator nach der Erfindung durchläuft.F i g. 1 illustrates a time-of-flight amplifier tube in which the The electron beam is initially speed-modulated with the signal to be amplified and then passes through a running space resonator according to the invention.

Das Strahlerzeugungssystem 10 weist eine Kathode 11 mit einer konkaven Emissionsfläche 12 auf, welche durch eine Wicklung 13 geheizt wird. Die Heizleistung wird von einer Stromquelle 14 über Leiter 15 und 16 geliefert, welche durch die Glashülle 17 hindurchgeführt sind. Ein Elektrodenhalter 18 trägt die Kathode 11; er ist mit dem Glasrohr 19 verschmolzen, das seinerseits mit der Endwandung 20 des Hohlraumresonators 21 verbunden ist. Der Elektronenstrahl 22 durchläuft zunächst den Hohlraumresonator 21 (Eingangsresonator), dann den Laufraumresonator 23 und hierauf den Hohlraumresonator 24 (Ausgangsresonator) und wird schließlich von einer Auffangelektrode 25 aufgefangen.The radiation generation system 10 has a cathode 11 with a concave emission surface 12 , which is heated by a winding 13. The heating power is supplied by a power source 14 via conductors 15 and 16 which are passed through the glass envelope 17. An electrode holder 18 carries the cathode 11; it is fused to the glass tube 19 , which in turn is connected to the end wall 20 of the cavity resonator 21 . The electron beam 22 first passes through the cavity resonator 21 (input resonator), then the running space resonator 23 and then the cavity resonator 24 (output resonator) and is finally collected by a collecting electrode 25.

Der Eingangsresonator 21 wird von Querwandungen 20 und 26 und den Längswandungen 27 und 42 gebildet. Er enthält eine einfache Wendel 28 als Resonanzwendel und ist durch einen Kolben 29 abstimmbar. Der Kolben 29 wird durch einen Stab 30 betätigt. Er ist mit federnden Schleifkontakten 31 versehen, um eine galvanische Verbindung mit den Wandungen des Eingangsresonators herzustellen. Die Wendel 28 ist mit dem Innenleiter 32 einer koaxialen . Eingangsleitung verbunden, um ihr die zu verstärkende Schwingungsenergie zuführen zu können.The input resonator 21 is formed by transverse walls 20 and 26 and the longitudinal walls 27 and 42 . It contains a simple helix 28 as a resonance helix and can be tuned by a piston 29. The piston 29 is actuated by a rod 30. It is provided with resilient sliding contacts 31 in order to establish a galvanic connection with the walls of the input resonator. The helix 28 is coaxial with the inner conductor 32. Connected input line in order to be able to supply it with the vibration energy to be amplified.

Der Laufraumresonator 23 enthält eine einfache Wendel 33 als Resonanzwendel und einen Abstimmkolben 34. Die Wendel 33 ist in einer sie allseitig umschließenden metallischen Kammer angeordnet, deren Querwandungen 26 und 44 mit den Wendelenden galvanisch verbunden sind. Der Abstimmkolben ist mit einem Stab 35 und Schleifkontaktfedern 36 versehen, so daß der Laufraumresonator auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt werden kann.The running space resonator 23 contains a simple helix 33 as a resonance helix and a tuning piston 34. The helix 33 is arranged in a metallic chamber surrounding it on all sides, the transverse walls 26 and 44 of which are galvanically connected to the helix ends. The tuning piston is provided with a rod 35 and sliding contact springs 36 so that the running space resonator can be tuned to a desired frequency.

Der Ausgangsresonator 24, der von den Querwandungen 43 und 44 und den Längswandungen 27 und 42 gebildet wird, enthält eine einfache Wendel 37 als Resonanzwendel und einen Abstimmkolben 38, der durch einen Stab 39 betätigt wird und mit Schleifkontaktfedern 40 versehen ist. Die verstärkte Schwingungsenergie wird aus dem Ausgangsresonator 24 mit Hilfe einer koaxialen Leitung ausgekoppelt, deren Innenleiter 41 mit der Wendel 37 verbunden ist.The output resonator 24, from the transverse walls 43 and 44 and the longitudinal walls 27 and 42 is formed, contains a simple helix 37 as Resonance coil and a tuning piston 38 which is actuated by a rod 39 and is provided with sliding contact springs 40. The amplified vibrational energy is decoupled from the output resonator 24 with the help of a coaxial line, the inner conductor 41 of which is connected to the helix 37.

Die die Resonatoren bildenden Kammern werden normalerweise auf Erdpotential gehalten. Die Kathode 11 des Strahlerzeugungssystems wird mit Hilfe der Spannungsquelle 4, die über eine Anzapfung 5 das notwendige Beschleunigungspotential zum Betrieb der Röhre liefert, auf einem hohen negativen Gleichpotential gehalten.The chambers forming the resonators are normally kept at ground potential. The cathode 11 of the beam generation system is kept at a high negative DC potential with the aid of the voltage source 4, which supplies the necessary acceleration potential for operating the tube via a tap 5.

Die in F i g. 1 dargestellte Laufzeitverstärkerröhre ist im Grunde eine Zweispaltklystronverstärkerröhre, bei der der Einkoppelspalt und der Auskoppelspalt durch je einen Wendelabschnitt und der übliche feldfreie Laufraum durch einen Laufraumresonator mit einer auf den Strahl einwirkenden wendelförmigen Verzögerungsleitung ersetzt ist.The in F i g. 1 shown delay amplifier tube is basically a two-slit klystron amplifier tube, in which the coupling-in slit and the coupling-out slit by a spiral section each and the usual field-free running space by a running space resonator replaced with a helical delay line acting on the beam is.

Zum Betrieb der in F i g. 1 dargestellten Röhre wird das von der Spannungsquelle 4 gelieferte Beschleunigungspotential so gewählt, daß die Gleichgeschwindigkeit der Elektronen in dem Elektronenstrahl 22 ungefähr gleich der axialen Geschwindigkeit eines längs der Wendeln laufenden elektromagnetischen Wellenfeldes ist. Die Resonatoren 21,23 und 24 sind etwa auf die Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbandes abgestimmt. Die zu verstärkende Schwingungsenergie wird der Wendel 28 des Eingangsresonators über den Leiter 32 zugeführt und bewirkt eine Geschwindigkeitsmodulation der Strahlelektronen, so daß sich beim Durchlaufen des Laufraumresonators 23 Elektronenzusammenballungen (Gruppenbildung, Paketierung) ergeben. Die geschwindigkeits- und dichtmodulierten Elektronen wirken dabei mit der Wendel 33 zusammen. Es entstehen auf der Wendel 33 entlanglaufende elektromagnetische Wellen, die ihrerseits mit den Elektronengruppen zusammenwirken und den Bündelungseffekt unterstützen (die Entbündelung der paketierten Elektronen also vermeiden). Wenn die so vorpaketierten Elektronengruppen in den Ausgangsresonator 24 eintreten, wird dieser erregt, und die verstärkte Schwingungsenergie kann von der Wendel 37 über den Leiter 41 entnommen werden.To operate the in F i g. 1, the acceleration potential supplied by the voltage source 4 is selected so that the constant velocity of the electrons in the electron beam 22 is approximately equal to the axial velocity of an electromagnetic wave field running along the coils. The resonators 21, 23 and 24 are tuned approximately to the center frequency of the operating frequency band. The oscillation energy to be amplified is fed to the coil 28 of the input resonator via the conductor 32 and modulates the speed of the beam electrons, so that electron clusters (group formation, bundling) result when they pass through the moving space resonator 23. The speed and density modulated electrons interact with the helix 33 . Electromagnetic waves running along the helix 33 arise, which in turn interact with the electron groups and support the bundling effect (i.e. avoid unbundling of the packetized electrons). When the electron groups pre-packaged in this way enter the output resonator 24 , the latter is excited and the amplified oscillation energy can be extracted from the coil 37 via the conductor 41.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Laufraumresonators entsteht eine Entladungseinrichtung, die. einen »aktiven Laufraum« aufweist (im Gegensatz zu dem üblichen feldfreien oder passiven Laufraum, der bei den bekannten Elektronenstrahlröhren mit Geschwindigkeitsmodulation vorhanden ist). Außerdem sei bemerkt, daß durch die Verwendung von Resonanzwendeln an Stelle der üblichen Wechselwirkungsspalte die bekannten Nachteile der Spalte weitgehend entfallen.Using the running space resonator according to the invention arises a discharge device that. has an »active running space« (in contrast to the usual field-free or passive walking space, which is the case with the known cathode ray tubes with speed modulation is present). It should also be noted that the Use of resonance coils instead of the usual interaction gaps known disadvantages of the column are largely eliminated.

Die in F i g. 1 dargestellte Röhre kann z. B. mit einer Strahlspannung von 1000 Volt bei einer Bandmittenfrequenz von 1000 MHz betrieben werden, wobei sich eine Verstärkung in der Größenordnung von 20 Dezibet und ein Wirkungsgrad in der Größenordnung von 30';f, über einen Frequenzbereich in der Größenordnung von ± 10°% ergibt.The in F i g. 1 tube shown can, for. B. with a beam voltage of 1000 volts at a band center frequency of 1000 MHz, where gain in the order of 20 decibets and efficiency in on the order of 30 '; f, over a frequency range on the order of Results in ± 10 °%.

Die F i g. 2 zeigt die wünschenswerte Verstärkungscharakteristik, die mit Röhren gemäß der Erfindung erzielt wird. Die Ordinate E `-`°- definiert die maximale Po L' Stromdichte, die bei einer gegebenen Geschwindigkeitsmodulation in einem Laufraum von N Wellenlängen verfügbar ist. Dabei ist p die Wechselstromkomponente der linearen Raumladungsdichte, die sich mit ei,' -- r= ändert; po ist die Gleichstromkomponente der Raumladungsdichte (durchschnittliche Ladung pro Längeneinheit), die gleich - ist (1o = Strahlgleichstromstärke, U, = Strahlgleichspannung); v ist die Wechselkomponente der Geschwindigkeit der Strahlelektronen, die sich mit ei-t-'= ändert; und uo ist die Gleichkomponente der Geschwindigkeit der Strahlelektronen (durchschnittliche Geschwindigkeit der Strahlelektronen).The F i g. Figure 2 shows the desirable gain characteristic achieved with tubes according to the invention. The ordinate E `-` ° - defines the maximum Po L 'current density that is available for a given speed modulation in a running space of N wavelengths. Here p is the alternating current component of the linear space charge density, which changes with ei, ' - r =; po is the direct current component of the space charge density (average charge per unit length), which is equal to - is (1o = direct beam current, U, = direct beam voltage); v is the alternating component of the velocity of the beam electrons, which changes with ei-t - '=; and uo is the constant component of the velocity of the beam electrons (average velocity of the beam electrons).

Die Linie A stellt die maximal erreichbare Stromdichte bei einer gegebenen Geschwindigkeitsmodulation in einem feldfreien Laufraum dar. Die Kurve B stellt die maximal erhältliche Stromdichte dar, wenn der Elektronenstrahl, der in eine Wendel eintritt, einige Elektronen enthält, die dicbtemoduliert sind, und einige Elektronen, die noch eine Geschwindigkeitsmodulationskomponente aufweisen. Die Kurve C stellt die maximal erhältliche Stromdichte dar, wenn der Wendel unmittelbar (elektromagnetische) Schwingungsenergie zugeführt wird.Line A represents the maximum achievable current density at a given Speed modulation in a field-free running space. Curve B represents represents the maximum available current density when the electron beam, which is in a Helix enters, contains some electrons that are dicbtemodulated, and some Electrons that still have a velocity modulation component. The curve C represents the maximum available current density if the filament is directly (electromagnetic) Vibration energy is supplied.

Es ist ersichtlich (Kurven B und C), daß mit einer hinreichend langen Wendel eine erheblich stärkere Gruppenbildung im Vergleich zu derjenigen erhalten werden kann, die sich bei Verwendung eines feldfreien Laufraums einstellt.It can be seen (curves B and C) that with a sufficiently long Wendel received a considerably stronger group formation compared to that which occurs when using a field-free running area.

Um die Parameter abzuschätzen, die mit einem auf den Elektronenstrahl einwirkenden hochfrequenten Spaltfeld verknüpft sind, sei von der bekannten Grundbeziehung i@ = 13 . i6 ausgegangen; in der i, der in dem betreffenden Kreis induzierte Strom, i6 der im Strahl verfügbare Wechselstrom und E3 der bekannte Spaltkoeffizient ist. Aus der Gleichung (1) ist ersichtlich, daß die verfügbare Leistung Po durch den Ausdruck Po = ir.R =I32.ib.R (2) definiert ist, wobei R die Spaltbelastung darstellt. Eine Betrachtung der Gleichung (2) zeigt, daß Q32 - R als »Gütefaktor« für den Wirkungsgrad des gesamten Kreises (also einschließlich des Spaltes) betrachtet werden kann.In order to estimate the parameters that are linked to a high-frequency gap field acting on the electron beam, assume the known basic relationship i @ = 13. i6 assumed; in which i is the current induced in the circuit in question, i6 is the alternating current available in the beam and E3 is the known gap coefficient. From equation (1) it can be seen that the available power Po is defined by the expression Po = ir.R = I32.ib.R (2) , where R represents the gap load. A consideration of equation (2) shows that Q32 - R can be regarded as a "quality factor" for the efficiency of the entire circuit (including the gap).

F i g. 3 zeigt, wie der Spaltkoeffizient 13 sich mit dem Elektronenlaufzeitwinkel für den Spalt, bei einem üblichen Spalt und Resonator ändert. Da der Laufzeitwinkel 0 stets größer ist als 0, der Spaltkoeffizient 13 daher stets kleiner als 1, liegt selbst bei günstigster Formgebung die Leistungsumformung an dem Spalt in der Größenordnung von 0,5 bis 0,6 der verfügbaren Strahlleistung.F i g. 3 shows how the gap coefficient 13 changes with the electron transit time angle for the gap, with a usual gap and resonator changes. Since the runtime angle 0 is always greater than 0, the gap coefficient 13 is therefore always less than 1 even with the most favorable shape, the power conversion at the gap in the order of magnitude from 0.5 to 0.6 of the available beam power.

Es kann gezeigt werden, daß Wendeln mit wirksamen Spaltkoeffizienten in der Größenordnung von 1 für eine große Zahl verschiedener Bedingungen angegeben werden können.It can be shown that coils with effective gap coefficients on the order of 1 for a large number of different conditions can be.

Der Spaltkoeffizient für einen Spalt mit Resonanzwendel entspricht im wesentlichen der Beziehung wobei das obere 1+)-Vorzeichen für galvanisch offene Wendelspalte und das untere (-)-Vorzeichen für galvanisch kurzgeschlossene Wendelspalte gilt und (%" = L = 11, 2 11, 3 11, . . . , 0e = Elektronenlaufzeitwinkel für den Spalt, Eo = Amplitude der hochfrequenten axialen elektrischen Feldstärke im Spalt, V = Amplitude der hochfrequenten Spaltspannung und L = Spaltlänge ist. Es ist ersichtlich, daß ein Spalt mit Resonanzwendel dazu benutzt werden kann, um eine hochwirksame Geschwindigkeitsmodulation in einem Elektronenstrahl zu erhalten. Durch passende Wahl kann man so einen optimalen Wirkungsgrad und günstigste Verstärkung erhalten.The gap coefficient for a gap with a resonance coil essentially corresponds to the relationship where the upper 1 +) sign applies to galvanically open coil gaps and the lower (-) sign applies to galvanically short-circuited coil gaps and (% "= L = 11, 2 11, 3 11,. . . , 0e = electron transit time angle for the gap, Eo = amplitude of the high-frequency axial electric field strength in the gap, V = amplitude of the high-frequency gap voltage and L = gap length. It can be seen that a resonant coil gap can be used to provide highly effective velocity modulation in an electron beam. By making the right choice, you can get an optimal degree of efficiency and the most favorable amplification.

Die F i g. 4 stellt in schematischer Form eine Laufzeitverstärkerröhre dar, die einen Hohlraumresonator 45 (Eingangsresonator) mit einem auf den Elektronenstrahl 52 einwirkenden üblichen Wechselwirkungsspalt 46, einen erfindungsgemäßen Laufraumresonator 47 mit einer einfachen Wendel 48 und einen Hohlraumresonator 49 (Ausgangsresonator) mit einem üblichen Wechselwirkungsspalt 50 enthält. Die Kathode 51 liefert den Elektronenstrahl 52, der nach dem Durchlaufen der Resonatoren 45, 47 und 49 von der Auffangelektrode 53 aufgefangen wird. Die Resonatoren 45, 47 und 49 sind geerdet. Die Kathode 51 wird durch eine Spannungsquelle 55 auf einem hohen negativen Gleichpotential gehalten. Die Resonatoren können in üblicher Weise oder wie es in F i g. 1 dargestellt ist, abstimmbar sein. Die zu verstärkende Schwingungsenergie wird dem Eingangsresonator 45 durch eine koaxiale Leitung 56 zugeführt, die verstärkte Schwingungsenergie dem Ausgangsresonator 49 durch eine koaxiale Leitung 57 entnommen.The F i g. 4 shows in schematic form a time-of-flight amplifier tube which contains a cavity resonator 45 (input resonator) with a customary interaction gap 46 acting on the electron beam 52 , a running-space resonator 47 according to the invention with a simple helix 48 and a cavity resonator 49 (output resonator) with a customary interaction gap 50. The cathode 51 supplies the electron beam 52 which, after passing through the resonators 45, 47 and 49, is collected by the collecting electrode 53. The resonators 45, 47 and 49 are grounded. The cathode 51 is kept at a high negative DC potential by a voltage source 55. The resonators can be used in the usual way or as shown in FIG. 1 is shown to be tunable. The vibration energy to be amplified is fed to the input resonator 45 through a coaxial line 56 , and the amplified vibration energy is taken from the output resonator 49 through a coaxial line 57 .

Die dem Eingangsresonator 45 zugeführte Schwingungsenergie, die in diesem bekanntlich eine stehende Welle erzeugt, ruft an dem Spalt 46 eine Geschwindigkeitsmodulation der Strahlelektronen hervor. Die geschwindigkeitsmodulierten Elektronen gelangen in den erfindungsgemäßen Laufraumresonator 47 und treten mit der Wendel 48 in Wechselwirkung, so daß auf der Wendel eine immer mehr anwachsende Welle entsteht, welche die Gruppenbildung der Strahlelektronen entlang der Wendel 48 fortlaufend vergrößert. Die Bemessung des Laufraumresonators ist so gewählt, daß eine maximale Gruppenbildung erreicht wird, eine Entbündelung der Elektronen infolge der zwischen ihnen wirksamen Raumladungskräfte also vermieden wird. Der so paketierte Elektronenstrahl induziert im Ausgangsresonator 49 beim Durchlaufen des Spaltes 50 in bekannter Weise ein elektromagnetisches Feld und als Folge dessen eine stehende Welle, so daß dem Resonator .l9 die ver= stärkte Schwingungsenergie mittels der koaxialen Leitung 57 entnommen werden kann.The vibrational energy supplied to the input resonator 45, which is shown in This, as is known, generates a standing wave, a speed modulation occurs at the gap 46 of the beam electrons. The speed-modulated electrons arrive into the running space resonator 47 according to the invention and interact with the helix 48, so that an ever growing wave arises on the helix, which leads to the formation of groups of the beam electrons along the helix 48 is continuously enlarged. The dimensioning of the running space resonator is chosen so that a maximum group formation is achieved unbundling of the electrons as a result of the space charge forces acting between them so avoided. The electron beam packetized in this way induces in the output resonator 49 when passing through the gap 50 in a known manner an electromagnetic field and as a result of this a standing wave, so that the resonator .l9 the ver = strengthened Vibration energy can be removed by means of the coaxial line 57.

Die F i g. 5 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen Laufraumresonators zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Laufzeitverstärkerröhre, die als »Superbüridelungsforiri« bezeichnet werden kann.The F i g. 5 shows the use of a running space resonator according to the invention to increase the efficiency of a time-of-flight amplifier tube, known as a "super bureaucratic foriri" can be designated.

Der von der Kathode 58 ausgehende Elektronenstrahl 59 durchsetzt zunächst ein den llohlrauinresonator 66 (Eingangsresonator) mitbegrenzendes Steuergitter 60, dann ein Beschleunigungsgitter 61 und wird nach Durchlaufen der Wendel 62 eines erfindungsgemäßen Laufraumresonators 71 und des Auskopplungsspaltes 63 des Hohlraumresonators 64 (Ausgangsresonator) von einer Auffangelektrode 65 aufgefangen. Der Eingangsresonator 66, der mit einer Abstimmeinrichtung versehen sein kann, wird über eine koaxiale Eingangsleitung 67 erregt. Die verstärkte Energie wird dem Ausgangsresonator 64 mittels der koaxialen Ausgangsleitung 68 entnommen. Durch die Spannungsquelle 69 wird das Steuergitter 60 auf negativem Gleichpotential gegenüber der Kathode 58 und die übrigen Elektroden auf positivem Gleichpotential gegenüber der Kathode 58 gehalten. Ringkondensatoren 70 trennen das Steuergitter 60 gleichstrommäßig von der Kathode und den übrigen Elektroden und bilden einen Nebenschluß für Hochfrequenz. The electron beam 59 emanating from the cathode 58 first penetrates a control grid 60 which also limits the hollow space resonator 66 (input resonator), then an acceleration grid 61 and, after passing through the helix 62 of a traveling space resonator 71 according to the invention and the coupling-out gap 63 of the hollow space resonator 64 (output resonator), becomes a collecting electrode 65 caught. The input resonator 66, which can be provided with a tuning device, is excited via a coaxial input line 67. The amplified energy is taken from the output resonator 64 by means of the coaxial output line 68. By means of the voltage source 69, the control grid 60 is kept at a negative DC potential with respect to the cathode 58 and the remaining electrodes are kept at a positive DC potential with respect to the cathode 58. Ring capacitors 70 separate the control grid 60 in terms of direct current from the cathode and the other electrodes and form a shunt for high frequency.

Die über die koaxiale Eingangsleitung 67 dem Eingangsresonator 66 zugeführte Schwingungsenergie bewirkt sowohl eine Raumladungssteuerung (Dichtesteuerung) als auch eine Geschwindigkeitssteuerung der Elektronen, die den Spalt 72 des Eingangsresonators 66 durchlaufen. Dieser geschwindigkeits- und dichtemodulierte Elektronenstrahl durchläuft dann den Laufraumresonator 71, wo die beschriebene Wechselwirkung mit der Wendel 62 stattfindet, um eine fortlaufend zunehmende Gruppenbildung der Strahlelektronen zu erhalten. Der so paketierte Elektronenstrahl erregt dann den Ausgangsresonator 64, aus dem die (verstärkte) Schwingungsenergie über die koaxiale Leitung 68 ausgekoppelt wird.The oscillation energy supplied to the input resonator 66 via the coaxial input line 67 effects both a space charge control (density control) and a speed control of the electrons which pass through the gap 72 of the input resonator 66. This speed and density modulated electron beam then passes through the moving space resonator 71, where the described interaction with the helix 62 takes place in order to obtain a continuously increasing group formation of the beam electrons. The electron beam packetized in this way then excites the output resonator 64, from which the (amplified) oscillation energy is coupled out via the coaxial line 68.

F i g. 6 zeigt eine Laufzeitverstärkerröhre der Klystronbauart mit drei üblichen Wechselwirkungsspalten, bei der zwischen diesen Spalten jeweils ein Laufraumresonator nach der Erfindung verwendet wird.F i g. 6 shows a time-of-flight amplifier tube of the klystron type with three common interaction columns, with one between these columns Laufraumresonator is used according to the invention.

Der von der Kathode 73, die durch die Spannungsquelle 74 auf negativem Gleichpotential gehalten ist, ausgehende Elektronenstrahl 75 durchläuft die Entladungseinrichtung und wird von der Auffangelektrode 76 aufgenommen. Die zu verstärkende Schwingungsenergie, die über eine koaxiale Leitung 77' zugeführt wird, erregt den Hohlraumresonator 77 (Eingangsresonator) und ruft durch das hochfrequente elektrische Feld an dem Spalt 78 eine Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls hervor. Wenn die Elektronen den ersten erfindungsgemäßen Laufraumresonator 79 durchlaufen, findet auf Grund der Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit der Wendel 80 in der beschriebenen Weise eine fortlaufend zunehmende Gruppenbildung der Elektronen statt. The electron beam 75 emanating from the cathode 73, which is kept at negative DC potential by the voltage source 74, passes through the discharge device and is picked up by the collecting electrode 76. The oscillation energy to be amplified, which is supplied via a coaxial line 77 ', excites the cavity resonator 77 (input resonator) and causes a speed modulation of the electron beam through the high-frequency electric field at the gap 78. When the electrons pass through the first moving space resonator 79 according to the invention, a continuously increasing group formation of the electrons takes place due to the interaction of the electron beam with the filament 80 in the manner described.

Wenn dann diese Elektronengruppen den Spalt 81 des Hohlraumresonators 82 durchlaufen, wird dieser Resonator, der nur mit dem Elektronenstrahl 75 gekoppelt ist, erregt und wirkt in bekannter Weise mit dem Elektronenstrahl so zusammen, daß eine weitere Vergrößerung der Gruppenbildung erzielt wird. Die Elektronengruppen gelangen dann in den zweiten erfindungsgemäßen Laufraumresonator 83, wo eine weitere fortlaufend zunehmende Gruppenbildung im Zusammenwirken mit der Wendel 84 stattfindet. Die Elektronengruppen erregen dann über den Spalt 86 den Ausgangsresonator 85, aus dem die verstärkte Schwingungsenergie mit Hilfe der koaxialen Ausgangsleitung 87 ausgekoppelt werden kann. Es ist offensichtlich, daß einzelne oder auch sämtliche der in F i g. 6 dargestellten Resonatoren mit Abstimmeinrichtungen, wie beispielsweise Abstimmkolben nach Art der F i g. 1, versehen sein können. An Stelle der Hohlraumresonatoren mit Wechselwirkungsspalt können auch Verzögerungsleitungsresonanzkreise mit einer Wendel als Verzögerungsleitung verwendet werden, um die obenerwähnten Vorteile der Resonanzwendel auszunutzen.When these electron groups then pass through the gap 81 of the cavity resonator 82, this resonator, which is only coupled to the electron beam 75 , is excited and interacts in a known manner with the electron beam in such a way that a further enlargement of the group formation is achieved. The electron groups then pass into the second traveling space resonator 83 according to the invention, where a further continuously increasing group formation takes place in cooperation with the helix 84. The electron groups then excite the output resonator 85 via the gap 86, from which the amplified oscillation energy can be coupled out with the aid of the coaxial output line 87. It is obvious that some or all of the in FIG. 6 illustrated resonators with tuning devices, such as tuning pistons according to the type of FIG. 1, can be provided. Instead of the cavity resonators with an interaction gap, delay line resonance circuits with a helix can also be used as the delay line in order to utilize the above-mentioned advantages of the resonance helix.

Claims

Claims: 1. Elongated time-of-flight amplifier tube with a Electron beam generating system (beam generator) on one and a collecting electrode (Catcher) at the other end of the tube, with an input resonator to couple the to be amplified high-frequency energy on the electron beam on the beam generator side Tube end and an output resonator for coupling out the amplified high frequency energy from the electron beam at the end of the tube on the collector side and with a running space between the input and output resonator, which is considered to be penetrated by the electron beam cylindrical delay line resonant circuit is formed (running space resonator), d u r c h e k e n nz e i c h n e t that the running space resonator consists of a simple There is a coil, which is arranged in a metallic chamber enclosing it on all sides is, the transverse to the electron beam extending, galvanic with the helix ends connected wall parts provided with openings for the electron beam are, and that the space resonator, in particular its helix, is dimensioned so that the phase focusing of the beam electrons caused by it (group formation, Packaging) is as large as possible.

2. Time-of-flight amplifier tube according to claim 1, characterized characterized in that the input resonator is also used as a delay line resonant circuit is designed with a simple helix as a delay line, whose the beam generator adjacent end is connected to the radio frequency signal source.

3. Time-of-flight amplifier tube according to claim 1 or 2, characterized in that the output resonator as Delay line resonance circuit with a simple helix as a delay line is formed, the end of which is connected to the consumer adjacent to the caller is.

4. Time-of-flight amplifier tube according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the input resonator, the running space resonator and the output resonator are tunable.

5. Time-of-flight amplifier tube according to claim 1, characterized in that that the input resonator is a cavity resonator with the usual interaction gap is formed, the column-delimiting parts of the cathode emission surface and are a grid electrode insulated from the other parts in terms of direct current (F i G. 5).

6. Time-of-flight amplifier tube according to claim 1, characterized in that between the input resonator and the output resonator another cavity resonator with the usual Wccliselffektungsspalt gckoppelter only with the electron beam is arranged and that both between the input resonator and the further cavity resonator and between the further cavity resonator and the The output resonator is a running space resonator with a simple helix as a delay line (FIG. 6). Considered publications: Swiss patent specification No. 289 526: French patent specification No. 934 220, 951 204: USA.-Patent specification No. 2 595 698, 2 647 21 1), 2653270. Prior patents considered: German patent No. 1 232 659.