DE1283405B - High performance broadband electron beam amplifier tubes - Google Patents
High performance broadband electron beam amplifier tubesInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P7/00—Resonators of the waveguide type
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIjHOIj
H03fH03f
Deutsche Kl.: 21g-13/17 German class: 21g-13/17
Nummer: 1283 405Number: 1283 405
Aktenzeichen: P 12 83 405.8-35 (V 17701)File number: P 12 83 405.8-35 (V 17701)
Anmeldetag: 8. Dezember 1959Filing date: December 8, 1959
Auslegetag: 21. November 1968Opening day: November 21, 1968
Die Erfindung betrifft Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhren hoher Leistung, bei denen der Elektronenstrahl zunächst einen Eingangshohlraumresonator, in dem er mit dem zu verstärkenden Signal (Eingangssignal) in der Geschwindigkeit moduliert wird, dann weitere Hohlraumresonatoren zur Verstärkung der Modulation und schließlich einen unbelasteten Ausgangshohlraumresonator durchläuft, aus dem das verstärkte Signal (Ausgangssignal) über einen mit dem Ausgangshohlraumresonator gekoppelten Hilfshohlraumresonator entnommen wird.The present invention relates to high power broadband electron beam amplifier tubes in which the electron beam first an input cavity resonator, in which it is connected to the signal to be amplified (Input signal) is modulated in the speed, then further cavity resonators for amplification the modulation and finally passes through an unloaded output cavity resonator, from which the amplified signal (output signal) is coupled via one to the output cavity resonator Auxiliary cavity is removed.
Um Hochfrequenzenergie im Mikrowellengebiet mit hoher Bandbreite verstärken zu können, ist es bekannt, Lauffeldröhren zu benutzen, da sich Lauffeldröhren durch eine besonders hohe Bandbreite auszeichnen. Wenn man jedoch Hochfrequenzenergie hoher Leistungen erzeugen will, also beispielsweise Impulsleistungen von mehreren Megawatt und Dauerstrichleistungen von mehreren Kilowatt, so kann man Lauffeldröhren nur in einem sehr schmalen Frequenzband betreiben, ao Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Wärmeableitung, da Röhren für sehr hohe Frequenzen sehr klein aufgebaut sein müssen.In order to be able to amplify high-frequency energy in the microwave region with a high bandwidth, it is known To use running field tubes, as running field tubes are characterized by a particularly high bandwidth. However, if you want to generate high-frequency energy with high powers, for example pulse powers of several megawatts and continuous wave power of several kilowatts, then one can run-wave tubes operate only in a very narrow frequency band, ao there are also difficulties with the heat dissipation, since tubes for very high frequencies have to be built very small.
Andererseits ist es bekannt, daß sich beispielsweise mit Klystrons sehr hohe Hochfrequenzenergien er- as reichen bzw. verstärken lassen. Die Schwierigkeit bei Klystrons liegt jedoch darin, eine große Bandbreite zu erzielen. Um die Bandbreite bei Klystrons zu erhöhen, ist es bekannt (vergleiche z. B. die britische Patentschrift 804 463), die einzelnen Hohlraumresonatoren als Bandfilter auszubilden, und zwar dadurch, daß an jeden Hohlraumresonator quer zur Strahlrichtung ein weiterer Hilfshohlraumresonator angekoppelt wird, dessen jeweilige Eigenfrequenz von der Frequenz des Hohlraumresonators, an den er angekoppelt ist, verschieden ist. Diese bekannten Klystrons blieben jedoch in ihrer Leistung hinter den Erwartungen zurück. Insbesondere stellten sich Schwierigkeiten bei der Auskopplung der Leistung aus dem Ausgangsresonator ein.On the other hand, it is known that klystrons, for example, result in very high high-frequency energies range or let reinforce. The difficulty with klystrons, however, is to have a wide range achieve. It is known to increase the bandwidth of klystrons (see e.g. British patent specification 804 463), to design the individual cavity resonators as band filters, namely that an a further auxiliary cavity resonator is coupled to each cavity resonator transversely to the beam direction, whose respective natural frequency differs from the frequency of the cavity resonator to which it is coupled is. However, these well-known klystrons fell short of expectations in terms of their performance. In particular, difficulties arose when decoupling the power from the output resonator a.
Ziel der Erfindung ist daher eine Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhre, die in ihrer Leistung und Bandbreite den bisherigen Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhren für hohe Leistung überlegen ist.The aim of the invention is therefore a broadband electron beam amplifier tube, the performance and bandwidth of the previous broadband electron beam amplifier tubes is superior for high performance.
Eine Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhre der eingangs erwähnten Art ist nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgangshohlraumresonator und der Hilfshohlraumresonator auf die gleiche Frequenz
im Mittenbereich des gewünschten Betriebsfrequenzbereichs der Röhre abgestimmt und kritisch miteinander
gekoppelt sind und daß des weiteren der Hilfshohlraumresonator
derart belastet ist, daß sein Güte-Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhre
hoher LeistungA broadband electron beam amplifier tube of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that the output cavity resonator and the auxiliary cavity resonator are tuned to the same frequency in the middle of the desired operating frequency range of the tube and are critically coupled to one another and that, furthermore, the auxiliary cavity resonator is loaded in such a way that its High quality broadband electron beam amplifier tube
high performance
Anmelder:Applicant:
Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. Wilhelm Reichel, Patentanwalt,Dr.-Ing. Wilhelm Reichel, patent attorney,
6000 Frankfurt6000 Frankfurt
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Robert Lawrence Jepsen, Los Altos;Robert Lawrence Jepsen, Los Altos;
Richard Lambert Walter,Richard Lambert Walter,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)Palo Alto, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 2. Januar 1959 (784 494)V. St. v. America January 2, 1959 (784 494)
faktor etwa das 05- bis 0,8fache des Gütefaktors des Ausgangshohlraumresonators für maximale Leistungsabgabe beträgt, wenn der Ausgangshohlraumresonator allein vorhanden wäre.factor about 05 to 0.8 times the quality factor of the output cavity resonator for maximum power output if the output cavity were present alone.
Bei der erfindungsgemäßen Breitband-Elektronenstrahlverstärkerröhre ist das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite wesentlich größer als bei den bekannten Röhren vergleichbarer Art.In the broadband electron beam amplifier tube of the present invention the product of gain and bandwidth is much larger than with the known ones Tubes of a comparable type.
Es ist günstig, wenn die modulierenden Hohlraumresonatoren auf Frequenzen abgestimmt sind, die über den Betriebsfrequenzbereich der Röhre, gegebenenfalls auch noch etwas darüber hinaus, verteilt sind.It is beneficial if the modulating cavity resonators are tuned to frequencies that are above are distributed over the operating frequency range of the tube, possibly even slightly beyond it.
Eine zweckmäßige Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfshohlraumresonator von einem evakuierten Hohlleiterstück gebildet wird, das von zwei Blenden begrenzt ist, von denen die eine die Koppelblende zum Ausgangshohlraumresonator und die andere die Koppelblende zum sich an den Hilfshohlraumresonator anschließenden Ausgangshohlleiter darstellt.An expedient development is characterized in that the auxiliary cavity resonator of an evacuated waveguide piece is formed, which is limited by two diaphragms, one of which the Coupling aperture to the output cavity resonator and the other the coupling aperture to connect to the auxiliary cavity resonator represents subsequent output waveguide.
Weiterhin ist es günstig, wenn der Ausgangshohlraumresonator mit einer induktiven Abstimmvorrichtung und der Hilfshohlraumresonator mit einer kapazitiven Abstimmvorrichtung versehen ist.It is also advantageous if the output cavity resonator has an inductive tuning device and the auxiliary cavity is provided with a capacitive tuning device.
Schließlich ist es noch zweckmäßig, daß der vakuumdichte Abschluß der Ausgangsanordnung durch ein wellendurchlässiges dielektrisches Fenster erfolgt, das mit Abstand von der zum Ausgangshohlleiter führen-Finally, it is also useful that the vacuum-tight closure of the output arrangement by a wave-permeable dielectric window takes place, which at a distance from the lead to the output waveguide
«09 638/1341«09 638/1341
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den Koppelblende im Ausgangshohlleiter angeordnet so daß bei größeren Werten die Rückkehr der Elektro-the coupling diaphragm in the output waveguide so that the return of the electrical
ist. nen die Spitzenhochfrequenzspannung an dem Spaltis. nen the peak high frequency voltage at the gap
Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Aus- des Ausgangshohlraumresonators begrenzt und beiIn the following, the invention is limited to an output of the output cavity resonator and at
führungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen kleineren Werten die an die Belastung abgegebeneexample in connection with the drawings lower the values transferred to the load
im einzelnen beschrieben werden. 5 Leistung dadurch beträchtlich vermindert wird, daßwill be described in detail. 5 performance is significantly reduced in that
F i g. 1 zeigt schematisch eine Hochfrequenzröhre, der Belastungsstrom im wesentlichen konstant ist. DerF i g. Fig. 1 schematically shows a high frequency tube, the load current is substantially constant. Of the
bei der ein üblicher Hohlraumresonator als Ausgangs- optimale Wert von Rl kann durch die folgende Glei-where a common cavity resonator can be used as the optimal output value of Rl by the following equation
kreis verwendet wird; chung ausgedrückt werden:circle is used; can be expressed as follows:
F i g. 2 stellt ein Diagramm dar, das — in Abhängig-F i g. 2 shows a diagram which - depending on
keit von der Frequenz — die Leistung einer Hochfre- io rl — . _ . s speed of the frequency - the performance of a high fre- io r l -. _. s
quenzröhre mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten 2 ηίΙΒ K115 P1'5 'frequency tube with a 2 η ίΙΒ K 115 P 1 ' 5 ' designed according to the invention
Ausgangskreis mit der Leistung einer entsprechenden wobeiOutput circuit with the power of a corresponding being
Hochfrequenzröhre mit einem Ausgangskreis mit nur A das Verhältnis der SpitzenhochfrequenzspannungHigh frequency tube with an output circuit with only A the ratio of the peak high frequency voltage
einem Hohlraumresonator zu verglichen gestattet; an der Belastung (die vor dem Einsetzen des Elek-a cavity resonator to be compared; on the load (which was
F 1JtI 1SiJinf Draufsjcht auf elne Klystronrohre 15 tronenrückkehreffekts aufgebaut ist) zu der Strahlgemäß der Erfindung und beschleunigungsspannung ist; F JTI 1S iJ j CHT is constructed in elne Klystronrohre tronenrückkehreffekts 15) is in f Top View to the beam according to the invention and accelerating voltage 1;
F1 g. 4 ist ein Schnitt durch einen Teil der Rohre der b * ö F1 g. 4 is a section through part of the tubes of the b * ö
F i g. 3, der den erfindungsgemäßen Ausgangskreis V ist d.er Wirkungsgrad der Energieumwandlung vonF i g. 3, which is the output circuit V according to the invention d . he energy conversion efficiency of
zeigt. Gleichstrom in Hochfrequenz in der Bandmitte;shows. Direct current in high frequency in the middle of the band;
Die Hochfrequenzröhren gemäß der Erfindung kön- ao χ jst die Perveanz des Elektronenstrahls, und nen ihrer Arbeitsweise nach in zwei Abschnitte unter- . TT , .The high-frequency tubes according to the invention can ao χ j s t the perveance of the electron beam, and their mode of operation divided into two sections. TT,.
teilt werden, die nach F i g. 1 längs dem Elektronen- P lst die Hochfrequenzspitzenausgangsleistung.are divided according to F i g. 1 along the electron P is the high frequency peak output power.
strahl angeordnet sind, und zwar erstens in einen An- Die Bandbreite eines Klystronverstärkers mit einemThe bandwidth of a klystron amplifier with a
triebsteil, dessen Aufgabe es ist, eine Modulation des in üblicher Weise ausgebildeten einfachen Ausgangs-Strahlstromes hervorzurufen, und zweitens in einen as hohlraumresonator ist daher grundsätzlich beschränkt.drive part, the task of which is to modulate the simple output beam current formed in the usual way and secondly, a cavity resonator is therefore fundamentally restricted.
Ausgangshohlraumresonator, dessen Aufgabe es ist, Bei typischen Betriebsbedingungen haben die oben-Output cavity resonator, the task of which is, In typical operating conditions, the above-
dem modulierten Strahl Energie zu entnehmen. Im genannten Größen etwa die folgenden Werte:to extract energy from the modulated beam. In the sizes mentioned, approximately the following values:
Falle eines Klystrons enthält der Antriebsteil einen „ _ 1(,„ „,In the case of a klystron, the drive part contains a "_ 1 ( ,"",
Eingangshohlraumresonator und mehrere Hohlraum- ° ~ m> Input cavity resonator and multiple cavity ° ~ m>
resonatoren zur Verstärkung der Strahlmodulation. Es 30 ^ = *■'*■*' resonators to amplify the beam modulation. It 30 ^ = * ■ '* ■ *'
sind jedoch auch andere Ausführungen des Antriebs- η = 35 %>however, there are also other versions of the drive η = 35%>
teiles möglich. Eine Modulation des Strahlstromes kann K= 1,S-10~6 Ampere/Volt3'a,partly possible. A modulation of the beam current can be K = 1, S- 10 ~ 6 amps / volt 3 ' a ,
z. B. durch eine Wechselwirkung des Elektronen- P = 14 · 10* Wattz. B. by an interaction of the electron - P = 14 · 10 * watt
Strahls mit einer elektromagnetischen Welle hervor- „ _ ,l™ „,Beam with an electromagnetic wave- "_, l ™",
gerufen werden, die auf einer Verzögerungsleitung ent- 35 L~ 'be called which occur on a delay line 35 L ~ '
langläuft, wie dies bei Wanderfeldröhren der Fall ist. so daß sich ein optimaler Wert für Q = Q0 von 33 undlong runs, as is the case with traveling wave tubes. so that an optimal value for Q = Q 0 of 33 and
Im Falle der Klystronröhren ist es möglich, eine ver- eine Halbleistungsbandbreite von etwa 3 °/0 ergibt. Die hältnismäßig konstante Strahlmodulation über einen Ausgangsleistung eines optimal belasteten einzelnen weiten Frequenzbereich in dem Antriebsteil dadurch Hohlraumresonators in Abhängigkeit von der Frehervorzurufen, daß eine gestaffelte Abstimmung be- 40 quenz ist durch die gestrichelte Kurve in F i g. 2 darnutzt wird, d. h. indem jeder einzelne Hohlraumreso- gestellt.In the case of the klystron tubes, it is possible to produce a half-power bandwidth of around 3 ° / 0 . The relatively constant beam modulation over an output power of an optimally loaded individual wide frequency range in the drive part thereby causes the cavity resonator as a function of the frequency that a staggered tuning is efficient by the dashed curve in FIG. 2 is used, ie by making each individual cavity reso.
nator des Antriebsteils auf eine von einer Gruppe von Es wurde gefunden, daß die Bandbreite, bezogen aufnator of the drive part to one of a group of It has been found that the bandwidth, based on
Frequenzen abgestimmt ist, die über ein Frequenz- die r-fache Leistung bei Verwendung eines optimal band verteilt sind, das gleich dem gewünschten Fre- belasteten einzelnen Hohlraumresonators (d. h. die quenzband der Röhre oder etwas größer ist. So kann 45 Bandbreite, bei der die Leistung der erfindungsgemäßen z. B. bei mäßigen Verstärkungen in der Größenord- Röhre stets größer ist als ein gegebener Bruchteil r der nung von 40 bis 50 db und bei einer Anzahl von etwa maximal verfügbaren Leistung in der Bandmitte bei fünf oder sechs Hohlräumen im Antriebsteil die Ab- Verwendung eines optimal belasteten einzelnen Hohlstimmung derart gestaffelt sein, daß die gesamte Band- raumresonators), etwa um den Faktor 2 gegenüber breite der Röhre durch die Bandbreite der Ausgangs- 50 dem bei einem einzelnen Hohlraumresonator möglianordnung begrenzt wird. chen Wert erhöht werden kann, indem ein zweiter,Frequencies is tuned that over a frequency r times the power when using an optimal band are distributed equal to the desired Fre-loaded single cavity resonator (i.e. the frequency band of the tube or something larger. So can 45 bandwidth at which the performance of the invention z. B. with moderate reinforcements in the order of magnitude tube is always greater than a given fraction r of of 40 to 50 db and with a number of approximately the maximum available power in the middle of the band five or six cavities in the drive part the wear and tear of an optimally loaded individual hollow tuning be staggered in such a way that the entire band space resonator), approximately by a factor of 2 compared to width of the tube by the bandwidth of the output 50 which is possible with a single cavity resonator is limited. the same value can be increased by adding a second,
Die Halbleistungsbandbreite eines Ausgangskreises synchron abgestimmter Hohlraumresonator mit dem mit einem einzigen Hohlraumresonator kann unter Ausgangshohlraumresonator gekoppelt wird und die Vernachlässigung der Verluste des Hohlraumresona- Belastung auf den zweiten Hohlraumresonator kontors und der Strahlbelastung durch die folgende Glei- 55 zentriert wird. Spezieller ausgedrückt läßt sich sagen, chung für den Kehrwert von »g«, d. h. den Gütefaktor daß in einem Bereich der r-Werte von etwa 0.5 bis 0,8 des Ausgangshohlraumresonators, ausgedrückt werden: eine Verbesserung der optimalen Bandbreite — bezo-The half power bandwidth of an output circuit synchronously tuned cavity resonator with the with a single cavity resonator can be coupled to the output cavity resonator and the Neglecting the losses of the cavity resonance load on the second cavity resonator contors and the radiation exposure is centered by the following slide 55. In more specific terms, it can be said equation for the reciprocal of "g", d. H. the quality factor that in a range of r-values from about 0.5 to 0.8 of the output cavity resonator: an improvement in the optimal bandwidth - related
gen auf die r-fache maximale Leistung der Ausführunggen to r times the maximum performance of the execution
bw = —- = —, mit nur einem Hohlraumresonator — um einen Faktor b w = —- = -, with only one cavity resonator - by a factor
Q Rl 60 der Größenordnung von Q Rl 60 of the order of
wobei JR0 die charakteristische Impedanz des Hohlraumresonators und Rl die Belastungsimpedanz ist.where JR 0 is the characteristic impedance of the cavity and Rl is the load impedance.
Der Wert R0 liegt im allgemeinen aus Gründen der
Elektronenwechselwirkung beim Entwurf der Spalte 65 dadurch erhalten werden kann, daß ein zweiter Hohl-The value R 0 is generally for reasons of
Electron interaction in the design of the column 65 can be obtained by the fact that a second hollow
der Laufrohre fest und ist gleich der kapazitiven Reak- raumresonator (Hilfshohlraumresonator) benutzt wird,the running pipe is fixed and is the same as the capacitive reaction space resonator (auxiliary cavity resonator) is used,
tanz des Spaltes. Für maximalen Wirkungsgrad ergibt der mit dem Ausgangshohlraumresonator kritisch ge-dance of the gap. For maximum efficiency, the critically generated with the output cavity resonator
sich ein optimaler Wert der Belastungsimpedanz Rl, koppelt ist und der derart belastet ist, daß der Güte-an optimal value of the load impedance Rl, is coupled and which is loaded in such a way that the quality
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faktor Q2 des angekoppelten Hohlraumresonators in raumresonator 27 durchläuft. Die in dem Hohlraumder Größenordnung von Q2 = rQ0 liegt. Die »kritische« resonator 27 durch den modulierten Strahl induzierte Kopplung zwischen den Hohlraumresonatoren ist (in elektromagnetische Energie wird mit Hilfe eines unterÜbereinstimmung mit der üblichen Ausdrucksweise) teilten Hohlleiters 43 (der weiter unten ausführlich bedadurch definiert, daß die Kopplung von einem unter- 5 schrieben wird) über ein vakuumdichtes Fenster 43' kritischen Wert (schwache Kopplung) über einen kri- ausgekoppelt und auf einen äußeren Hohlleiter (nicht tischen Wert auf einen überkritischen Wert (starke dargestellt) übertragen, der an den Flansch 44 anKopplung) zunimmt, wenn sich die Impedanz des Aus- geschlossen ist.factor Q 2 of the coupled cavity resonator in space resonator 27 passes through. Which lies in the cavity of the order of Q 2 = rQ 0. The "critical" resonator 27 induced by the modulated beam coupling between the cavity resonators is (into electromagnetic energy with the help of a waveguide 43 divided in accordance with the usual terminology) (which is defined in detail below by the fact that the coupling is signed by one is) coupled out via a vacuum-tight window 43 'critical value (weak coupling) via a kri- and transferred to an outer waveguide (non-table value to a supercritical value (strong shown) which increases at the flange 44 on coupling) when the Impedance of the excluded.
gangskreises von einer einwertigen auf eine zweiwertige In F i g. 4 ist die gemäß der Erfindung ausgeführtetransition circle from a monovalent to a two-valued In F i g. 4 is that made according to the invention
Funktion der Frequenz ändert. io Auskoppelanordnung dargestellt. Der im allgemeinenFunction of frequency changes. io decoupling arrangement shown. The one in general
Der Frequenzgang für einen Ausgangskreis mit zwei rechteckig ausgeführte Ausgangshohlraumresonator 27The frequency response for an output circuit with two rectangular output cavity resonators 27
TT ,, . ... 1 . . . j . , ist an dem einen Ende durch einen Abschlußdeckel 51 TT ,,. ... 1 . . . j. , is at one end through a cover 51
Hohlraumresonatoren fur r = -=- ist in der stark aus- , ,, , , ,· . . n , « TT ..Cavity resonators for r = - = - is strongly off-, ,,,,, ·. . n , « TT ..
2 abgeschlossen, der vakuumdicht, z. B. durch Hartgezogenen Kurve in F i g. 2 dargestellt. In diesem Fall löten, mit der Wandung 52 des Hohlraumresonators 2 completed, the vacuum-tight, z. B. by hard drawn curve in F i g. 2 shown. In this case solder with the wall 52 of the cavity resonator
■ j j- TT lui · * .·,,../ 1\ j 15 verbunden ist. Das gegenüberliegende Ende des Hohl-■ j j- TT lui · *. · ,, .. / 1 \ j 15 is connected. The opposite end of the hollow
wu-d die Halbleistungsbandbreite (r = y) um den raumresonators 27 £& durch *ine innere Biende53 wu-d the half-power bandwidth (r = y ) around the space resonator £ & through * an inner bend53
Faktor 2 gegenüber der Bandbreite bei Verwendung gebildet. Der Hohlraumresonator 27 ist über die Bieneines einzigen Hohlraumresonators (gestrichelte Kurve) denöffnung 53' der inneren Blende 53 mit einem Hilfsbei gleicher Kapazität des Wechselwirkungsspaltes er- hohlraumresonator 54 gekoppelt, der zwischen der höht, wenn die beiden Hohlraumresonatoren kritisch ao inneren Blende 53 und einer äußeren Blende 55 angekoppelt sind und der Gütefaktor Q2 des angekoppel- geordnet ist, die eine Diskontinuität im Zuge des rechtten Hohlraumresonators gleich der Hälfte des Güte- eckigen Ausgangshohlleiters bildet. Der Ausgangsfaktors Q0 eines optimal belasteten einzelnen Hohl- hohlleiter setzt sich in dem anschließenden Hohlleiterraumresonators ist. abschnitt 57 fort, der an der äußeren Blende 55 bein F i g. 3 ist eine Mehrkammerklystronverstärker- as festigt ist und in den gekrümmten Hohlleiterabschnitt röhre hoher Leistung dargestellt. Das Strahlerzeugungs- 58 übergeht. Der Hilfshohlraumresonator 54 ist nach system 11 wird über einen Heizanschluß 12 beheizt und außen durch die Blende 55 belastet, deren Blendenliefert einen Elektronenstrahl, der die Röhre in Längs- öffnung mit 55' bezeichnet ist. An den Hohlleiterrichtung durchsetzt. Der Strahl wird mit Hilfe einer ge- abschnitt 57 schließt sich ein Absaugstutzen 59 an, deserdeten ringförmigen Anode 14 beschleunigt, indem 30 sen Ende nach Abschluß des Evakuiervorganges abein hohes negatives Potential an den Katodenanschluß geschmolzen sein kann. Die Kapazität des Hohlraum-13 gelegt wird. Der Katodenanschluß 13 ist gegenüber resonators 27 wird durch die Ausbildung des Wechseldem geerdeten Körper 16 durch einen Isolierzylinder 15 Wirkungsspaltes 17 zwecks maximaler Ausnutzung der isoliert. Der Strahl durchläuft dann eine Anzahl von Strahlmodulation in üblicher Weise bestimmt. Die zylindrischen Laufrohren 15', welche eine Anzahl von 35 Frequenz des Hohlraumresonators 27 kann induktiv im allgemeinen rechteckigen Hohlraumresonatoren 21 abgestimmt werden, indem ein Abstimmkolben 61 in bis 27 verbinden; zwischen den Laufrohren sind die dem Deckel 51 verschoben wird, wobei das Vakuum Wechselwirkungsspalte 17 angeordnet. Der Strahl wird durch einen Balg 62 gesichert ist, der zwischen dem dann von einer Elektrode 28 aufgefangen. Der Elek- Kolben und dem Deckel angeschmolzen ist. Eine dünne tronenstrahl wird durch die Einwirkung eines äußeren 40 Abstimmembran 64, z. B. aus kupferplattiertem Mo-Magnetsystems (nicht dargestellt), das zwischen ring- nelmetall, ist an der Membranplatte 63 des Kolbens 61, förmigen Magnetpolschuhen 29 und 31 angeordnet ist, z· B. durch Nieten befestigt, und die Enden der Memgebündelt geführt. Die Resonanzfrequenz der Resona- bran 64 sind ζ. B. durch Hartlöten in Schlitzen betören 21 bis 27 wird mit Hilfe einer Anzahl von Ab- festigt, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten timmstäben 32 eingestellt, die auf dem Polschuh 31 45 der Wandung 52 eingeschnitten sind, so daß die Memmontiert sind und mit den Abstimmanordnungen 33 bran 64 dicht an den Seitenflächen endet, die parallel in Verbindung stehen, um die Einstellung von Ab- zur Zeichenebene liegen.Factor 2 compared to the bandwidth when used. The cavity resonator 27 is coupled via the bees of a single cavity resonator (dashed curve) the opening 53 'of the inner diaphragm 53 with an auxiliary cavity resonator 54 with the same capacitance of the interaction gap, which increases between the cavity resonator 54 when the two cavity resonators are critically ao inner diaphragm 53 and an outer one Aperture 55 are coupled and the quality factor Q 2 of the coupled is arranged, which forms a discontinuity in the course of the right-hand cavity resonator equal to half of the quality-square output waveguide. The output factor Q 0 of an optimally loaded individual waveguide is set in the adjoining waveguide space resonator. section 57 continued, which on the outer panel 55 leg F i g. 3 is a multi-chamber klystron amplifier as is solidified and shown in the curved waveguide tube of high power. The beam generation 58 passes over. The auxiliary cavity resonator 54 is according to system 11 is heated via a heating connection 12 and externally loaded by the diaphragm 55, the diaphragm of which supplies an electron beam, which the tube in the longitudinal opening is denoted by 55 '. Interspersed on the waveguide direction. The jet is accelerated with the aid of a section 57, followed by a suction nozzle 59, of the earthed ring-shaped anode 14, in that a high negative potential can have melted at the cathode connection after the evacuation process is complete. The capacity of the cavity-13 is placed. The cathode connection 13 is opposite resonator 27 is isolated by the formation of the changeover the grounded body 16 by an insulating cylinder 15 effective gap 17 for the purpose of maximum utilization of the. The beam then passes through a number of beam modulations determined in a conventional manner. The cylindrical running tubes 15 'which have a number of 35 frequencies of the cavity resonator 27 can be inductively tuned to generally rectangular cavity resonators 21 by connecting a tuning piston 61 in to 27; between the running tubes are which the cover 51 is displaced, the vacuum interaction gap 17 being arranged. The beam is secured by a bellows 62, which is then captured by an electrode 28 between them. The electric piston and the cover are melted. A thin electron beam is generated by the action of an outer 40 tuning diaphragm 64, e.g. B. made of a copper-clad Mo magnet system (not shown), which is arranged between ring metal, is arranged on the membrane plate 63 of the piston 61, shaped magnetic pole pieces 29 and 31, fastened, for example, by rivets, and the ends of the membrane are guided in bundles. The resonance frequency of the resonance 64 is ζ. B. beguile by brazing in slots 21 to 27 is fastened with the help of a number of tuning rods 32 set on opposite sides, which are cut on the pole piece 31 45 of the wall 52 so that the meme are mounted and with the tuning assemblies 33 bran 64 ends close to the side surfaces, which are connected in parallel to the setting from Ab- to the plane of the drawing.
stimmembranen 64 innerhalb der einzelnen Hohlraum- Die Abstimmung des Hilfshohlraumresonators 54Voicing diaphragms 64 within each cavity - The tuning of the auxiliary cavity resonator 54
resonatoren variieren zu können. Die Röhre ist flüssig- erfolgt dadurch, daß der Abstand zwischen einem festento be able to vary resonators. The tube is fluid- is made by making the distance between a solid
keitsgekühlt, wobei die Flüssigkeit über Anschlüsse 35, 50 Abstimmteil 65 und einem beweglichen Abstimmteil 66keitsgekühlt, the liquid via connections 35, 50 tuning part 65 and a movable tuning part 66
Rohre 35' und eine Ausgangsleitung 36 geführt wird. verändert wird. Die Bewegung des Abstimmteils 66Pipes 35 'and an output line 36 is guided. is changed. The movement of the tuning part 66
Die Ausrichtung und der starre Aufbau der Röhre kann mit Hilfe eines Abstimmkolbens 67 erfolgen, derThe alignment and the rigid construction of the tube can be done with the aid of a tuning piston 67, the
werden durch eine Anzahl von Versteifungsplatten 37 in das Innere des Hohlraumresonators 54 in ähnlicherthrough a number of stiffening plates 37 into the interior of the cavity resonator 54 in a similar manner
sowie durch eine Anzahl von Versteifungsstäben 38 Weise vakuumdicht eingesetzt ist wie der vorgenannteas well as by a number of stiffening rods 38 is inserted vacuum-tight like the above
gewährleistet, die quer durch die Platten 37 hindurch- 55 Kolben 61. Die Abstimmwirkung des Teiles 66 kannensures the transversely through the plates 37 55 piston 61. The tuning effect of the part 66 can
gehen. Zur Abschirmung von Röntgenstrahlen, die von dadurch verbessert werden, daß eine dünne Abstimm-walk. For shielding from X-rays, which are improved by the fact that a thin tuning
der Röhre ausgehen, können Abschirmungen, z. B. membran 68 zwischen dem Teil 66 und der Wandungrun out of the tube, shields, e.g. B. membrane 68 between the part 66 and the wall
Bleischirme 39, vorgesehen sein. 56 des Hohlraumresonators befestigt wird. Ein kleinerLead screens 39 may be provided. 56 of the cavity resonator is attached. A little
Die elektromagnetische Energie, die verstärkt werden Durchgang 69 ist in dem Teil 66 vorgesehen, um zuThe electromagnetic energy that will be amplified through passage 69 is provided in the part 66 in order to
soll, wird dem Eingangshohlraumresonator 21 über 60 vermeiden, daß auf den beiden Seiten der dünnen Mem-is to avoid the input cavity resonator 21 over 60 that on both sides of the thin membrane
ein koaxiales Kabel 41 sowie über einen Kopplungs- bran 68 unerwünschte Druckdifferenzen entstehen,a coaxial cable 41 and, via a coupling branch 68, undesired pressure differences arise,
leiter 42 zugeführt, so daß eine Geschwindigkeitsmodu- Die Parameter der Hohlraumresonatoren 27 und 54The parameters of the cavity resonators 27 and 54
lation des Elektronenstrahls an dem Spalt 17 des Re- werden so eingestellt, daß die obenerwähnte Eigen-lation of the electron beam at the gap 17 of the Re- are adjusted so that the above-mentioned property
sonators 21 hervorgerufen wird. Der Strahl wird in den schaft der großen Bandbreite erhalten wird. Zum Bei-sonators 21 is caused. The beam is obtained in the shaft of the large bandwidth. In addition
Hohlraumresonatoren 22, 23, 24, 25, 26 weiter ge- 65 spiel wird vor dem Zusammenbau zuerst die Blenden-Cavity resonators 22, 23, 24, 25, 26 continue to play 65 before assembling the diaphragm
schwindigkeitsmoduliert, so daß eine starke Modula- öffnung 55' in die die Blende 55 bildende Platte ein-speed-modulated, so that a strong module opening 55 'into the plate forming the diaphragm 55
tion des Strahlstromes hervorgerufen wird, bevor der geschnitten, bis sich der Zustand der maximalen Be-tion of the beam current is caused before the cut, until the state of maximum loading
Strahl den Wechselwirkungsspalt in dem Ausgangshohl- lastung in bezug auf den Hilf shohlraumresonator 54Ray the interaction gap in the output cavity with respect to the auxiliary cavity resonator 54
ergibt. Dann wird die Blendenöffnung 53' in die die Blende 53 bildende Platte eingeschnitten, bis ein Zustand der kritischen Kopplung zwischen den Hohlraumresonatoren 27 und 54 erreicht ist. Es sei bemerkt, daß bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Hilfshohlraumresonator 54 mit dem Ausgangshohlraumresonator 27 über eine verhältnismäßig dünnwandige Blende 53 gekoppelt ist, ohne daß ein vakuumdichtes Fenster zwischen diesen Teilen erforderlich ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das gefährliche Springen des Fensters vermieden sowie Röntgenstrahlenwirkungen unterdrückt werden, die auftreten können, wenn ein Fenster in der Nähe des Strahles hoher Energie angeordnet wird. Außerdem können unerwünschte Transformations-Wirkungen vermieden werden, die auftreten können, wenn der Abstand der miteinander gekoppelten Hohlraumresonatoren zu groß ist.results. Then, the aperture 53 'is cut in the plate forming the aperture 53 until a state the critical coupling between the cavity resonators 27 and 54 is achieved. It should be noted that in the illustrated preferred embodiment of the invention the auxiliary cavity resonator 54 is coupled to the output cavity resonator 27 via a relatively thin-walled diaphragm 53, without the need for a vacuum-tight window between these parts. This arrangement has the advantage that the dangerous cracking of the window is avoided and the effects of X-rays are suppressed which can occur when a window is placed near the high energy beam. In addition, unwanted transformation effects that can occur can be avoided. if the distance between the coupled cavity resonators is too great.
Als Beispiel für eine gemäß der Erfindung ausgeführte Röhre sei ein Klystronverstärker mit einer Im- ao pulsleistung von 1 MW genannt, der auf dem Band S (1700 bis 5000 MHz) betrieben wird und bei dem der Hilfshohlraumresonator 54 eine Belastung mit einemAs an example of a tube designed according to the invention, a klystron amplifier with an Im- ao pulse power of 1 MW, which is operated on the band S (1700 to 5000 MHz) and in which the auxiliary cavity resonator 54 has a load
Wert ß2 — -y ßo aufweist. Die Hohlraumresonatoren 27 und 54 wurden auf die Mittenfrequenz des gewünschten Frequenzbereiches abgestimmt. Die Hohlraumresonatoren des Antriebsteils waren in folgender Weise im Verhältnis zur Mittenfrequenz gestaffelt abgestimmt: Hohlraumresonator 21 minus l,8°/0; Hohlraumresonator 22 plus 1,8 %; Hohlraumresonator 23 plus 3%; Hohlraumresonator 24 minus 2,1%; Hohlraumresonator 25 plus 2,1%; Hohlraumresonator 26 plus 2,8 %. Bei typischen Betriebsbedingungen hatte eine derartige Röhre eine Halbleistungsbandbreite von etwa 5°/0 im Vergleich zu einer Bandbreite von nur 2,8 °/o bei Verwendung nur eines Ausgangshohlraumresonators bei ähnlichen Betriebsbedingungen. Erheblich größere Verbesserungen der Bandbreite sind bei höheren Leistungen und niedrigeren Frequenzen erzielbar. Has value ß 2 - -y ßo. The cavity resonators 27 and 54 were tuned to the center frequency of the desired frequency range. The cavity resonators of the drive part were tuned staggered in relation to the center frequency in the following way: cavity resonator 21 minus 1.8 ° / 0 ; Cavity 22 plus 1.8%; Cavity 23 plus 3%; Cavity resonator 24 minus 2.1%; Cavity 25 plus 2.1%; Cavity 26 plus 2.8%. Under typical operating conditions, such a tube had a half-power bandwidth of about 5 ° / 0 as compared to a bandwidth of only 2.8 ° / o by using only one Ausgangshohlraumresonators under similar operating conditions. Significantly greater improvements in bandwidth can be achieved at higher powers and lower frequencies.
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