DE1289197B - Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahles geladener Teilchen und Vorrichtung zurDurchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahles geladener Teilchen und Vorrichtung zurDurchfuehrung dieses VerfahrensInfo
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- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes 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
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
- H01J25/12—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator with pencil-like electron stream in the axis of the resonators
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichte- rohrabschnitts (der »letzte Wechselwirkungsspalt« ist
modulation eines Strahls geladener Teilchen mittels der dem Ausgangsresonator vorangehende Wechselvorangehender Geschwindigkeitsmodulation, bei dem wirkungsspalt) kann erreicht werden, daß der letzte
der zunächst homogene Strahl mittels einer zugeführ- Wechselwirkungsspalt um eine Viertelperiode der
ten Anregungsfrequenz einer Geschwindigkeitsmodu- 5 Anregungsfrequenz phasenverschoben wirkt. Dabei
lation an mehreren aufeinanderfolgenden, durch ergibt sich — wie später noch im einzelnen erläutert
Triftrohrabschnitte voneinander getrennten Wechsel- wird — eine Zusammenfassung der beiden je Zyklus
wirkungsspalten unterworfen wird. der Anregungsfrequenz gebildeten Teilchenbündel,
Derartige Verfahren sind grundsätzlich bereits be- so daß dann ein auf die Anregungsfrequenz abgekannt.
10 stimmter Ausgangsresonator vorgesehen werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die
Verfahren zu schaffen, bei dem die Geschwindig- Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Bei allen
keitsstreuung der Strahlteilchen erheblich herab- beschriebenen Vorrichtungen handelt es sich um
gesetzt ist und der Geschwindigkeitsunterschied der solche, bei denen die Teilchen Elektronen sind.
Strahlteilchen, wenn sieden letzten Wechselwirkungs- 15 Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung
spalt durchlaufen, in den einzelnen Bündeln erheb- gemäß der Erfindung;
lieh geringer ist als bei den bisher üblichen Ver- Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1;
fahren. Infolgedessen führt das Verfahren gemäß der F i g. 3 ist ein Querschnitt ähnlich wie F i g. 2, zeigt
Erfindung zu einem besseren Wirkungsgrad der Geräte. aber den Aufbau einer abgewandelten Vorrichtung;
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch ao Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt durch eine andere
gelöst, daß die Teilchen an aufeinanderfolgenden Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich-Wechselwirkungsspalten
durch die jeweils anliegende tung;
Hochfrequenzspannung abwechselnd beschleunigt Fig. 5 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine wei-
(verzögert) und verzögert (beschleunigt) werden und tere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der
daß die am ersten Wechselwirkungsspalt bewirkte 25 Erfindung;
Geschwindigkeitsmodulation halb so groß ist wie die Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der
an den nachfolgenden Wechselwirkungsspalten — Teilchenbündelung, auf der die Erfindung beruht;
von dem letzten Wechselwirkungsspalt abgesehen — Fig. 7 ist ein Teillängsschnitt durch eine andere
jeweils mit gleicher Stärke bewirkte Geschwindig- Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erkeitsmodulation.
30 findung;
Das Ergebnis dieser mehrfachen Beschleunigungs- Fig. 8, 9,10 und 11 sind schematische Darstellun-
Verzögerungs-Wechsel ist ein Bündelungsprozeß, bei gen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindem
je Zyklus der Anregungsfrequenz (Modulations- dungsgemäßen Vorrichtungen; frequenz) zwei Teilchenbündel entstehen. Diese Bün- Fig. 12 zeigt im Diagramm Daten, die an Vor-
delung kann folgerichtig zu einer Frequenzverdoppe- 35 richtungen nach der Erfindung ermittelt wurden;
lung benutzt werden; es ist aber auch — wie später Fig. 13 ist ein Teillängsschnitt durch eine weitere
noch erläutert wird — möglich, am Ausgang die in Vorrichtung nach der Erfindung, und
der Energie entsprechend verstärkte Anregungsfre- Fig. 14 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie
quenz zu entnehmen. Fig. 13.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ergibt 40 Fig. 1 stellt eine erste Ausführungsform einer Vorsieh
als weiterer Vorteil, daß außer der Phasen- zu- richtung nach der Erfindung dar. Sie umfaßt eine
gleich eine Radialfokussierung des Strahls erfolgt, Vakuumhülle mit einem Strahlerzeugungssystem 12
während bei den bisher üblichen Verfahren eine am einen und einer Auffangelektrode 14 (Kollektor)
radiale Defokussierung erfolgte. am anderen Ende. In der Hülle befindet sich zwi-
Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur 45 sehen dem Strahlerzeugungssystem 12 und dem KoI-Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. lektor 14 eine Hochfrequenzwechselwirkungseinrich-Dabei
kann zur Erzeugung der hochfrequenten tung 16. Diese umfaßt einen ersten Hohlraumresona-Wechselfelder
an den Wechselwirkungsspalten je- tor 18 und einen zweiten Hohlraumresonator 20. Der
weils ein Hohlraumresonator einem Spalt oder ein erste Hohlraumresonator 18 enthält eine Mehrzahl
Hohlraumresonator mehreren Spalten zugeordnet 50 von Triftrohrabschnitten, von denen die Abschnitte
sein. Die Anregung kann für alle Wechselwirkungs- 21, 22, 23 und 24 dargestellt sind. Er umfaßt ferner
spalten gleichphasig oder abwechselnd gegenphasig mit Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen versehene
erfolgen. Die abweichende Geschwindigkeitsmodula- Endwände 26 und 27 und eine zylindrische Seitention
am ersten bzw. letzten Wechselwirkungsspalt wand 28. Das Strahlerzeugungssystem erzeugt einen
kann dadurch erzielt werden, daß diese nur halb so 55 Elektronenstrahl, der koaxial zu der zylindrischen
breit ausgebildet werden wie die übrigen Wechsel- Seitenwand 28 zum Kollektor hin gerichtet ist. Die
wirkungsspalten. Zwar liegt auch bei ihnen jeweils Triftrohrabschnitte sind in Abständen voneinander
die gleiche Feldstärke vor, doch ist die Verweilzeit koaxial zur zylindrischen Seitenwand 28 angeordnet,
der Teilchen in ihnen nur etwa halb so lang, so daß Sie sind an metallischen Stäben 30 gehaltert, die sich
auch die Beeinflussung durch das Feld nur etwa halb 60 radial erstrecken und an der Seitenwand 28 enden,
so lange erfolgt. Beispielsweise (s. F i g. 2) können drei Metallstäbe 30
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann abge- für jeden Triftrohrabschnitt verwendet sein. Die
wandelt auch so betrieben werden, daß aufeinander- Stäbe erstrecken sich unter Winkeln von 120° zueinfolgende
Triftrohrabschnitte abwechselnd mit unter- ander. Eine Einkoppelschleife 32 dient der Anregung
schiedlichen Gleichpotentialen (unterschiedlich be- 65 des ersten Hohlraumresonators 18 mit der Anregungszüglich
der Polarität) beaufschlagt sind. frequenz.
Durch die besondere Wahl der Länge des dem Der zweite Hohlraumresonator 20 umfaßt eine
letzten Wechselwirkungsspalt vorangehenden Trift- zylindrische Seitenwand 34, deren eines Ende un-
mittelbar an der Endwand 27 des ersten Hohlraumresonator 18 sitzt. Eine mit Öffnung versehene Endwand
36 schließt das andere Ende der Seitenwand 34 ab. Ein Triftrohrabschnitt 38 sitzt in der Öffnung der
Endwand 36 und erstreckt sich koaxial innerhalb des Hohlraumresonators nach der Endwand 27 des ersten
Hollraumresonators hin, so daß sich innerhalb des zweiten Hohlraumresonators 20 ein Spalt 40 ergibt.
Die im Abstand voneinander liegenden Triftrohrabschnitte im ersten Hohlraumresonator 18 stellen
eine Mehrzahl von Laufräumen innerhalb des ersten Hohlraumresonators 18 dar. Der erste Wechselwirkungsspalt
41 liegt zwischen dem ersten Triftrohrabschnitt 21 und der Endwand 26 des ersten Hohlraumresonators,
der letzte Wechselwirkungsspalt 45 befindet sich zwischen dem letzten Triftrohrabschnitt 24
und der Endwand 27 des ersten Hohlraumresonators. Die dazwischenliegenden Wechselwirkungsspalte 42,
43 und 44 befinden sich zwischen den Triftrohrabschnitten. Es sei bemerkt, daß die Anzahl von Triftrohrabschnitten
und die sich daraus ergebende Anzahl von Wechselwirkungsspalten so gewählt werden
kann, daß sich, wie später auseinandergesetzt wird, ein optimaler Wirkungsgrad ergibt.
Der Kollektor 14 ist von dem zweiten Hohlraumresonator durch einen Isolierzylinder 46 isoliert. Der
Kollektor selbst besteht aus einem metallenen Hohlkörper mit einer Eintrittsöffnung 48 für den Elektronenstrahl.
Das Strahlerzeugungssystem 12 umfaßt eine konkave thermische Kathode 52 und eine Wehnelt-Elektrode
54.
Im Betrieb wird ein hohes, gegenüber der Katode positives Gleichpotential an die Triftrohrabschnitte
gelegt; dasselbe Gleichpotential kann an den Kollektor 14 gelegt werden, und ein entsprechendes Gleichpotential
liegt an der Wehnelt-Elektrode 54. Eine Anregungsfrequenz / wird in den ersten Hohlraumresonator 18 über die Schleife 32 eingekoppelt; in
dem Hohlraumresonator 18 wird dabei der Grundmodus angeregt. Die Kapazität eines solchen Hohlraumresonators
ist durch die Abstände zwischen den Triftrohrabschnitten einerseits und zwischen den
Triftrohrabschnitten und den Endwänden des Hohlraumresonators andererseits gegeben. Es werden demgemäß
im Takt der Anregungsfrequenz Spannungen über diesen Abständen erzeugt; ihre Größe hängt von
der Spaltbreite ab.
Die Triftrohrabschnitte 21, 22, 23 und 24 besitzen alle die gleiche Länge; auch ist der Abstand d
zwischen benachbarten Triftrohrabschnitten — und damit die Breite der Wechselwirkungsspalte 42, 43,
44 — immer gleich. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand von der Mitte eines
Spaltes zur Mitte des nächsten Spaltes derart gewählt, daß die Zeit t, die ein Elektron des unmodulierten
Strahls braucht, um diesen Abstand zu durchlaufen,
gleich der halben Periodendauer -y der Anregungsfrequenz ist oder gleich einem ungeraden ganzzahligen
Vielfachen davon:
* τ· τ· τ- τ
2 2 2 2
Die Spaltbreite zwischen dem ersten Triftrohrabschnitt 21 und der Endwand 26 sowie zwischen
dem letzten Triftrohrabschnitt 24 und der Endwand 27 ist jeweils gleich der Hälfte der Spaltbreite also
gleich γ, daher beträgt die zwischen diesen Endwänden und den ihnen benachbarten Triftrohrabschnitten
auftretende Spannung die Hälfte der Spannung über den Spalten der Breite d.
Ein Strahlelektron, das den ersten Spalt 41 durchläuft, wird infolge der dort auftretenden hochfrequenten
elektrischen Längsfelder beschleunigt bzw. verzögert, wie das vom Klystronbetrieb her bekannt ist.
Das Elektron gelangt dann durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 hindurch in den zweiten Spalt 42.
Während das Elektron durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 abgeschirmt ist, vollendet die Spannung
in dem Hohlraumresonator 18 eine halbe Schwingungsperiode oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon;
das Elektron wird daher am zweiten Spalt 42 etwa zu einer Zeit ankommen, wenn das dortige Feld
gegenüber dem Feld des ersten Spaltes 41 gegen-
ao phasig ist.
Es ist daher ersichtlich, daß ein Elektron, das im ersten Spalt beschleunigt worden ist, im zweiten Spalt
verzögert wird und daß ein Elektron, das im ersten Spalt verzögert worden ist, im zweiten Spalt beschleunigt
wird. An dieser Stelle sei nochmals betont, daß der erste Wechselwirkungsspalt 41 nur die
Breite 2 hat und daher an ihm die halbe Spannung
des folgenden Spaltes 42 liegt. Daher ist die Wirkung des Feldes über dem ersten Spalt 41 auch nur halb so
groß wie am nächstfolgenden Spalt 42.
Ein Elektron, das durch den ersten Spalt 41 beschleunigt worden ist und mit höherer Geschwindigkeit
als seiner ursprünglichen Geschwindigkeit durch den ersten Triftrohrabschnitt 21 fliegt, wird beim
Durchlaufen des zweiten Spaltes 42 verzögert, und zwar zweimal so stark, als es in dem ersten Spalt beschleunigt
worden ist, weil es etwa doppelt so lange im zweiten Spalt der Feldwirkung ausgesetzt ist. Dadurch
wird nicht nur die Beschleunigung kompensiert, die es im ersten Spalt erhalten hatte, sondern
die Verzögerung ist so groß, daß es beim Verlassen des zweiten Spaltes 42 mit geringerer Geschwindigkeit
als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit weiterfliegt. Wenn ein solches Elektron den dritten
Spalt 43 erreicht, so wird es wieder so stark beschleunigt, daß die Verzögerung im zweiten Spalt
mehr als kompensiert wird: es läuft beim Verlassen des dritten Spaltes wieder mit höherer Geschwindigkeit
weiter als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit.
Entsprechendes gilt für ein Elektron, das im ersten Spalt verzögert, im zweiten beschleunigt und im dritten
wieder verzögert wird, so daß es beim Verlassen des dritten Spaltes mit geringerer Geschwindigkeit
als mit seiner ursprünglichen Geschwindigkeit fliegt. Daraus ergibt sich, daß die Geschwindigkeit der
Elektronen in den aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalten symmetrisch zu ihrer ursprünglichen
Geschwindigkeit abwechselnd zu- und abnimmt. Das ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, für
die Einordnung jener Elektronen in die von den beschleunigten bzw. verzögerten Elektronen gebildeten
Bündel bedeutsam, die in den Wechselwirkungsspalten weder beschleunigt noch verzögert werden. Zur
Aufrechterhaltung der Symmetrie des Systems besitzt
der letzte Spalt 45 ebenfalls nur die Breite 2 .
Fig. 6 stellt graphisch die Bündelwirkung nach der Erfindung dar. Die durch eine ausgezogene Linie
dargestellte Sinuskurve stellt die Geschwindigkeitsänderung dar, der die Elektronen im ersten Spalt
unterworfen werden. Die in gestrichelten Linien ■wiedergegebene Sinuskurve stellt die Geschwindigkeitsänderung
dar, der die Elektronen im zweiten Spalt (und in den folgenden geradzahligen Spalten)
unterworfen werden. Die strichpunktiert gezeichnete Sinuslinie stellt schließlich die Geschwindigkeitsänderung
dar, der die Elektronen im dritten Spalt (und in den folgenden ungeradzahligen Spalten)
unterworfen werden.
Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Elektronen, die in ihrer Geschwindigkeit durch den ersten
Spalt beeinflußt werden, am zweiten Spalt nach etwas weniger oder etwas mehr als einer halben Periodendauer
(-«-| der Anregungsfrequenz ankommen,
da die Triftrohrlänge so gewählt worden ist, daß ein Elektron mit der ursprünglichen Geschwindigkeit des
Strahles von dem ersten Spalt zum zweiten Spalt in
einer halben Periode (yj fliegt. Da die Spannungen
am ersten und zweiten Spalt genau gleichphasig sind, wird ein Elektron, das im ersten Spalt beschleunigt
worden ist, am zweiten Spalt ankommen, ganz kurz bevor die Spannung am zweiten Spalt genau 180°
phasenverschoben zu der Spannung ist, die am ersten Spalt herrschte, als dieses Elektron durch den ersten
Spalt trat. Umgekehrt kommt ein Elektron, das im ersten Spalt an Geschwindigkeit verloren hat, am
zweiten Spalt an, ganz kurz nachdem die Spannung am zweiten Spalt genau 180° phasenverschoben ist.
Mit anderen Worten, die Elektronen gewinnen an Phase gegenüber der Spannung am zweiten Spalt,
wenn sie im ersten Spalt beschleunigt worden sind, und verlieren an Phase, wenn sie im ersten Spalt verzögert
worden sind. Diese Phasenänderung tritt zwischen jedem Spalt und dem nächstfolgenden Spalt
auf und ergibt die Phasenbündelung gemäß der Erfindung.
Betrachtet man F i g. 6 und betrachtet man zuerst ein Elektron, das durch den ersten Spalt mit einer
solchen Phasenbeziehung zur Spannung daran tritt, wie durch den Punkte angegeben, so empfängt ein
solches Elektron die praktisch höchstmögliche Beschleunigung im ersten Spalt, wie durch die senkrechte
Linie angegeben ist, die vom Punkt A nach oben geht. Infolge dieser Beschleunigung wird das
Elektron an Phase bezüglich der Spannung am zweiten Spalt gewinnen. Die Spannung am zweiten Spalt
(und an den folgenden geradzahligen Spalten) ist die volle Spannung, d.h. das Zweifache von der im
ersten Spalt, wie durch die gestrichelte Sinuskurve dargestellt ist, und der Phasengewinn des Elektrons
wird durch die schräge Linie wiedergegeben, die sich von der Senkrechten im Punkt A zum Punkt A1 erstreckt.
Der Punkt A1 stellt die Phasenbeziehung bei Ankunft des Elektrons am zweiten Spalt bezüglich
der Spannung am zweiten Spalt dar. Die Neigung der Linie, die sich von der Senkrechten im Punkt A zum
Punkt A1 erstreckt, gibt das Verhältnis wieder zwischen
der Geschwindigkeitszunahme, die das Elektron am ersten Spalt erhält, und der ursprünglichen
Geschwindigkeit dieses Elektrons. Am zweiten Spalt wird das Elektron verzögert, dargestellt durch die
senkrechte Linie, die vom Punkt A1 nach unten geht.
Die Verzögerungsspannung am zweiten Spalt ist gleich dem doppelten Wert der Beschleunigungsspannung
am ersten Spalt. Wenn die Verzögerung, die das Elektron am zweiten Spalt erhält, von der
Beschleunigung des Elektrons am ersten Spalt subtrahiert wird, so resultiert ein Überschuß an Verzögerung
und dadurch eine Geschwindigkeit, die geringer als die ursprüngliche Geschwindigkeit des Elektrons
ist. Das Elektron wird jedoch nicht so weit unter seine ursprüngliche Geschwindigkeit verzögert, wie
es am ersten Spalt über diese hinaus beschleunigt worden war. Dies resultiert aus dem Phasengewinn,
demzufolge das Elektron am zweiten Spalt bereits ankommt, wenn die Spannung darin noch nicht ihren
Höchstwert erreicht hat, wie es im ersten Spalt praktisch der Fall war.
Die schräge Linie, die von der Senkrechten im Punkt A1 ausgeht, entspricht dem Phasenverlust des
Elektrons zwischen dem zweiten und dem dritten Spalt entsprechend der verbleibenden Verzögerung,
der das Elektron im zweiten Spalt unterworfen wurde. Da die Geschwindigkeitsabnahme des Elektrons im
zweiten Spalt nicht so groß war wie die Geschwindigkeitszunahme im ersten Spalt, so ist ersichtlich, daß
das Elektron einen verbleibenden Phasengewinn bezüglich der Spannung am zweiten Spalt erhalten hat.
Die Spannung am dritten Spalt (und an den folgenden ungeradzahligen Spalten) ist ebenfalls die
volle Spannung, d. h. das Zweifache von der im ersten Spalt, wie durch die strichpunktierte Sinuskurve
dargestellt ist. Es wird nun, wie oben auseinandergesetzt, die Verzögerung, die dem Elektron
durch den zweiten Spalt aufgedrückt wurde, am dritten Spalt durch eine entsprechende Beschleunigung
überkompensiert, so daß die Geschwindigkeit des Elektrons sich fortlaufend symmetrisch bezüglich der
ursprünglichen Geschwindigkeit des Elektrons ändert.
Wie deutlich aus Fig. 6 zu erkennen, ist die Geschwindigkeit,
auf die das Elektron im dritten Spalt (s. die senkrechte Linie bei A2) beschleunigt wird,
nicht ganz so hoch wie die Geschwindigkeit, auf die es im ersten Spalt beschleunigt worden war. Jedoch
wird es wieder gegenüber seiner ursprünglichen Geschwindigkeit beschleunigt und erhält wieder einen
Phasengewinn in bezug auf die Spannung im darauffolgenden vierten Spalt. Es wird daher beim Durchlaufen
des vierten Spalts nicht so weit unter seine ursprüngliche Geschwindigkeit verzögert, wie es über
diese im dritten Spalt beschleunigt worden war, und es ergibt sich wieder ein verbleibender Phasengewinn.
Solche verbleibenden Phasengewinne ergeben sich weiter, wenn das Elektron durch die aufeinanderfolgenden,
gerad- und ungeradzahligen Spalte tritt. Das ist durch die übrigen senkrechten und schrägen
Linien der F i g. 6 angegeben, und es ist ersichtlich, daß die Zu- und Abnahmen der Geschwindigkeit des
Elektrons, immer geringer werden, bis das Elektron eine Phasenbeziehung bezüglich der Spaltspannung
erreicht hat, bei der es nicht mehr beim Durchtritt durch den Spalt beschleunigt oder verzögert wird.
Das Elektron strebt dabei seiner ursprünglichen Geschwindigkeit zu.
Es sei nun ein Elektron betrachtet, das in den ersten Spalt mit einer solchen Phasenbeziehung zur
Spannung dort eintritt, daß es durch den ersten Spalt die praktisch höchste Verzögerung erfährt. Dieses
Elektron tritt in den ersten Spalt an dem Punkt in Fi g. 6 ein, der durch den Buchstaben B markiert ist.
Die Geschwindigkeitsabnahme des Elektrons wird durch die senkrechte Linie, die vom Punkt B nach
unten geht, dargestellt, und die schräge Linie, die von dem Ende dieser Senkrechten ausgeht, stellt den
Phasenverlust infolge der Geschwindigkeitsabnahme dar. Punkt B1 stellt die Phasenbeziehung des Elektrons
zur Spannung am zweiten Spalt dar, wo es durch ein Feld beschleunigt wird, und zwar etwa
zweimal so stark wie im ersten Spalt. Indessen ist ersichtlich, daß infolge des Phasenverlustes eines solchen
Elektrons die Beschleunigung im zweiten Spalt nicht gleich dem Doppelten der Verzögerung im
ersten Spalt ist. Wenn man die Geschwindigkeitsabnahme im ersten Spalt von der Geschwindigkeitszunahme im zweiten Spalt abzieht, ist daher die verbleibende
Beschleunigung, die das Elektron im zweiten Spalt erhält, geringer als die Verzögerung des
Elektrons im ersten Spalt. Wenn das Elektron am dritten Spalt ankommt, dargestellt durch den Punkt
B2, so hat es einen bestimmten Phasenverlust erlitten.
Da das Elektron zu den folgenden, gerad- und ungeradzahligen Spalten weiterfliegt, wird es weiter
Phasenverluste erleiden, wie durch die folgenden senkrechten und schrägen Linien dargestellt ist, bis
es eine Phasenbeziehung erreicht, bei der es nicht mehr in der Geschwindigkeit moduliert wird und mit
seiner ursprünglichen Geschwindigkeit weiterfliegt.
Elektronen, die in den ersten Spalt mit einer Phasenlage bezüglich der dortigen Spannung eintreten,
die den Punkten zwischen A und B (s. oben) entspricht, werden der vorstehend beschriebenen
Wirkung ebenso unterworfen. Jene Elektronen, die in den ersten Spalt mit einer Phasenbeziehung zwischen
dem Punkte und der Spannung Null eintreten, gewinnen an Phase, und jene, die zwischen der Spannung
Null und dem Punkt B eintreten, verlieren an Phase, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Es ist ersichtlich,
daß alle Elektronen — unabhängig von ihrem Startpunkt — mit derselben Geschwindigkeit und Phasenbeziehung zur Spannung an den Spalten anzukommen
suchen. Mit anderen Worten: Elektronen, die durch den ersten Spalt während der oben betrachteten
Halbperiode der Anregungsfrequenz hindurchtreten, werden zu einem Bündel zusammengefaßt
oder »phasenfokussiert«.
Ein Elektron, das in den ersten Spalt an dem in F i g. 6 mit dem Buchstaben C bezeichneten Punkt
eintritt (wo seine Phasenbeziehung bezüglich der Spannung des ersten Spaltes derart ist, daß es weniger
als die größte Verzögerung erfährt, die im ersten Spalt möglich ist), wird um einen Betrag verlangsamt,
der durch die Vertikale dargestellt ist, die von dem Punkt C ausgeht. Wie durch die schräge Linie gezeigt
wird, die von dem Ende der vertikalen Linie ausgeht, verliert das Elektron an Phase, so daß es
beim zweiten Spalt ankommt, wenn die Spannung dort mehr als das Doppelte der Spannung ist, der es
am ersten Spalt ausgesetzt war. Es wird daher das Elektron eine Beschleunigung am zweiten Spalt erfahren,
die die im ersten Spalt aufgedrückte Verzögerung überkompensiert. Mit dem Durchtritt durch
aufeinanderfolgende ungerad- und geradzahlige Spalten (C1, C2...) wird das Elektron weiter an Phase
gewinnen, bis eine Phasenbeziehung gegenüber der zweiten Nullstelle der Spannung an den Spalten erreicht
ist, bei der keine Beschleunigung oder Verzögerung mehr erfolgt.
Entsprechend verliert ein Elektron, das bei dem Punkt D in den ersten Spalt eintritt, wenn es durch
aufeinanderfolgende ungerad- und geradzahlige Spalte (D1, D2 ...) tritt, so viel an Phase, daß es die gleiche
Phasenbeziehung zur zweiten Nullstelle der Spannung an den Spalten zu erreichen sucht, wie es das
Elektron tat, das durch den ersten Spalt an dem durch C bezeichneten Punkt tritt.
In ähnlicher Weise werden alle Elektronen, die durch den ersten Spalt mit einer Phasenlage zwischen
ίο den Punkten C und D treten, bestrebt sein, dieselbe
Phasenbeziehung zur Spannung an den Spalten zu erreichen. Es werden somit auch diese Elektronen zu
einem Bündel zusammengefaßt oder »phasenfokussiert« wie die Elektronen mit einer Phasenlage zwisehen
den Punkten A und B.
Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, daß zwei Elektronenbündel für jede Periode der Anregungsfrequenz
gebildet werden. Weiter ist es zu ersehen, daß, wenn die Elektronen phasenfokussiert
sind, der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den einzelnen Elektronen eines Bündels immer kleiner
wird, so daß in den letzten Spalten die Elektronen alle mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit
fliegen.
Es könnte eingewendet werden, daß es ein Elektron geben könnte, das in den ersten Spalt mit solcher
Phasenbeziehung zu der dortigen Spannung eintritt, daß es an Phase genau den Betrag gewinnt oder verliert,
um am zweiten Spalt in solcher Phasenbeziehung anzukommen, daß es genau der doppelten Verzögerung
oder Beschleunigung im zweiten Spalt unterliegt, die es im ersten Spalt erfahren hatte, usw.,
so daß keine Phasenänderung auftritt. Jedoch würde ein solcher Gleichgewichtszustand außerordentlich
unwahrscheinlich sein, mit Hinsicht auf die Schwierigkeit, alle Spalten durch genaue Anordnung und
gleichen Abstand der Triftrohrabschnitte genau relativ zueinander einzustellen.
Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß alle Kräfte, die auf die Strahlelektronen in einer Vorrichtung nach der Erfindung wirken, die Elektronen in das eine oder das andere Bündel eintreten lassen, und zwar ohne besondere Genauigkeitsforderungen bei der mechanischen Herstellung der Vorrichtung, obwohl ein gewisser Grad von Geschwindigkeitsstreuung zwischen den gebündelten Elektronen unvermeidbar sein kann.
Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß alle Kräfte, die auf die Strahlelektronen in einer Vorrichtung nach der Erfindung wirken, die Elektronen in das eine oder das andere Bündel eintreten lassen, und zwar ohne besondere Genauigkeitsforderungen bei der mechanischen Herstellung der Vorrichtung, obwohl ein gewisser Grad von Geschwindigkeitsstreuung zwischen den gebündelten Elektronen unvermeidbar sein kann.
Ein anderes Merkmal einer Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß der Elektronenstrahl
gleichzeitig mit der Phasenbündelung radial fokussiert wird. (Das steht in völligem Gegensatz zu der Arbeitsweise
eines üblichen Klystrons, bei dem der Strahl radial defokussiert wird und daher die Anwendung
starker magnetischer oder elektrostatischer Fokussierungsfelder erforderlich ist.)
Dies ist aus den Fig. 8 bis 11 zu ersehen, bei
denen angenommen ist, daß die Elektronen im Strahl von links nach rechts wandern (wie jeweils durch
Pfeil angedeutet) und daß die Spannung zwischen den beiden Triftrohrabschnitten 80 und 82 konstant
gehalten ist. Die elektrischen Felder, die sich zwischen den beiden Triftrohrabschnitten erstrecken,
üben dann eine konstante Kraft mit konstanter Richtung auf die Strahlelektronen aus. Da diese Felder
radiale und axiale Komponenten haben und sich von dem positiven Triftrohrabschnitt zu dem negativen
Triftrohrabschnitt erstrecken, sind die Elektronen beim Durchgang durch einen solchen Spalt durch das
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Feld nahe der negativen Seite des Spaltes einer durch die ausgezogenen Feldlinien), bzw. er wird
Radialfokussierung unterworfen und durch das Feld beim Eintritt in den Spalt stark defokussiert und um
in der Nähe der positiven Seite des Spaltes einer einen geringen Betrag beim Verlassen des Spaltes
radialen Defokussierung. fokussiert, wenn die Spannung an dem Spalt von
Wenn die Elektronen durch die Spannung am Spalt 5 einem negativen Wert auf Null wächst (angegeben
beschleunigt werden, wie in Fig. 10 gezeigt, so wer- durch die gestrichelten Feldlinien). Die Defokussieden
sie beim Eintreten in den Spalt in stärkerem rungswirkung ist am größten, wenn die Spaltspan-Maße
gebündelt, als sie beim Verlassen des Spaltes nung während des Spaltdurchtritts des Elektronenentbündelt
werden, weil bei der niedrigeren Eintritts- Strahls durch Null geht, da dann der Strahl einer
geschwindigkeit die Elektronen den radialen Fokus- io ersten Defokussierung beim Eintritt in den Spalt (gesierungskräften
während einer längeren Zeit unter- strichelte Feldlinien) und einer zweiten Defokussieworfen
sind als den radialen Defokussierungskräften, rung beim Verlassen des Spaltes (ausgezogene FeIddenen
sie bei der höheren Austrittsgeschwindigkeit linien) unterworfen wird.
unterliegen. Fig. 9 zeigt die Verhältnisse, unter denen ein
unterliegen. Fig. 9 zeigt die Verhältnisse, unter denen ein
Des weiteren vermindert die Radialfokussierung 15 Elektronenstrahl radial fokussiert wird, weil das
des Strahles bei dessen Eintritt in den Spalt den Potential des Triftrohrabschnittes 82 gegenüber dem
Strahldurchmesser und verringert so zusätzlich das des Triftrohrabschnittes 80 mit der Zeit t abnimmt.
Defokussieren des Strahles beim Austritt aus dem Ein Elektronenstrahl, der durch den Spalt tritt, wird
Spalt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Feld- beim Eintritt in den Spalt stärker fokussiert als beim
linien ihre größten Radialkomponenten in der Nähe 20 Verlassen des Spaltes defokussiert, wenn die Spaltder
Wandungen der Triftrohrabschnitte haben, so spannung von einem positiven Wert nach Null hin
daß, wenn der Strahldurchmesser verringert wird, die abnimmt (angegeben durch die gestrichelten Feld-Elektronen
einer geringeren radialen Kraft unterwor- linien), bzw. er wird beim Eintritt in den Spalt um
fen sind. Daher hat die in Fig. 10 gezeigte elektro- einen geringeren Betrag defokussiert als beim Verstatische
Linse eine ausgeprägte radiale Fokussier- 25 lassen des Spaltes fokussiert, wenn die Spaltspannung
wirkung. von Null zu einem negativen Wert hin abnimmt (an-
In ähnlicher Weise wirkt eine elektrostatische gegeben durch die ausgezogenen Feldlinien). Die
Linse, die die Elektronen verzögert (s. dazu Fig. 11), Fokussierungswirkung ist dann am größten, wenn die
auf den Strahl radial fokussierend, da der Strahl beim Spaltspannung während des Spaltdurchtritts des
Eintritt in den Spalt wegen der höheren Geschwindig- 30 Elektronenstrahls durch Null geht, da dann der
keit weniger defokussiert wird, als er beim Austritt Strahl sowohl beim Eintritt in den Spalt (gestrichelte
aus dem Spalt auf Grund der dann niedrigeren Ge- Feldlinien) als auch beim Verlassen des Spaltes (aus-
schwindigkeit fokussiert wird. gezogene Feldlinien) fokussiert wird.
Ist die Spannung an einem Wechselwirkungsspalt Man erkennt, daß Elektronen mit solcher Phasen-
nicht wie vorstehend angenommen konstant, sondern 35 beziehung bezüglich der Spaltspannung, daß sie
ändert sie sich, dann wird der elektrostatischen Lin- durch den Spalt treten, wenn die Spannung darin
senwirkung des Spaltes ein weiterer Effekt überlagert, durch Null geht, entweder die höchste Fokussierung
der von der Änderung der Spannung hervorgerufen oder die höchste Defokussierung erfahren. Wie wei-
wird. Es ist diese überlagerte Wirkung, die zur Auf- ter oben ausgeführt worden ist, werden gemäß der
spreizung des Strahles in einer üblichen Geschwindig- 40 Erfindung alle Elektronen des Strahles zum Bilden
keitsmodulationseinrichtung beiträgt, die bei dem von Bündeln veranlaßt, deren Phasenbeziehung be-
Verfahren gemäß der Erfindung jedoch eliminiert ist. züglich der Spannung an den Wechselwirkungsspal-
Da die für die Arbeitsweise einer Vorrichtung nach ten derart ist, daß sie durch die Spalte bei jedem der
der Erfindung günstige Gleichspannungsfokussierung Nullwerte der Spannung dort hindurchtreten. Es folgt
der Wechselwirkungsspalte in der Fachtechnik wohl- 45 daraus, daß die Elektronen in den Bündeln, die nach
bekannt ist, wird in der folgenden Erörterung nur die der Erfindung gebildet werden, erst durch einen
Wirkung einer an einem Wechselwirkungsspalt anlie- Spalt in solcher Phasenbeziehung zu der dortigen
genden hochfrequenten Wechselspannung auf die Spannung hindurchtreten, daß sie fokussiert werden,
Fokussierung eines Elektronenstrahles behandelt. und durch den nächstfolgenden Spalt in solcher
Es ist gefunden worden, daß, wenn die Span- 50 Phasenbeziehung zu der dortigen Spannung, daß sie
nung an einem Spalt zunimmt, während die Strahl- defokussiert werden. Wie aus der Optik für ein ana-
elektronen hindurchtreten, die Elektronen eine ver- loges Linsensystem mit abwechselnd konvergierenden
bleibende defokussierende Einwirkung erleiden. Um- und divergierenden Linsen bekannt ist, ergibt sich
gekehrt erfahren die Elektronen, wenn die Spannung dabei eine verbleibende Radialfokussierung des
an einem Spalt abnimmt, während sie hindurchtreten, 55 Strahles.
eine verbleibende fokussierende Einwirkung. Das ist Es gibt — neben der in F i g. 1 dargestellten An-
am besten aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, bei Ordnung — viele Ausführungsformen von Vorrich-
denen ebenfalls angenommen ist, daß die Elektronen tungen, die mit der erfindungsgemäßen Phasen- und
jeweils von links eintreten (Pfeil). Radialfokussierung arbeiten.
Fig. 8 zeigt die Verhältnisse, unter denen ein 60 Wenn beispielsweise gemäß Fig. 3 die Stützteile
Elektronenstrahl radial defokussiert wird, weil das 90 für die Triftrohrabschnitte erheblich flächenhaft
Potential des Triftrohrabschnittes 82 gegenüber dem — kompakter ausgebildet sind als die Stützstäbe 30
des Triftrohrabschnittes80 mit der Zeit* zunimmt. der Fig. 1 und 2, können sie genügend Strom füh-So
erfährt der Elektronenstrahl, der durch den Spalt ren, um die Spannungen benachbarter Wechselwirtritt,
eine geringe Fokussierung beim Eintritt in den 65 kungsspalte um 180° außer Phase zu bringen (also
Spalt und eine starke Defokussierung beim Verlassen gegenphasig zu machen), anstatt phasengleich zu
des Spaltes, wenn die Spannung an dem Spalt von sein, wie in Verbindung mit F i g. 1 und 2 beschrie-NuIl
auf einen positiven Wert wächst (angegeben ben worden ist. Wenn ein solcher Aufbau gewählt
11 12
^ der halbe» Periodendauer Q der Anregungen,
Elektronenstrahl zum Durchlaufen des Weges von oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon, so
der Mitte eines Spaltes zur Mitte des nächsten Spal- müssen die Hohlraumresonatoren gleichphasig antes
eine Zeit benötigt, die gleich einer vollen Peri- 5 geregt werden. Wenn jedoch die genannte Laufzeit
odendauer (T) der Anregungsfrequenz oder ein ganz- gleich einer vollen Periodendauer (T) oder ein ganzzahliges
Vielfaches davon ist, damit die Phasen- und zahliges Vielfaches davon ist, müssen benachbarte
Radialfokussierung nach der Erfindung erfolgt. Die Hohlraumresonatoren um 180° phasenverschoben
Abmessung der Stützteile 90 in Strahlrichtung ist angeregt werden. Es ergibt sich, daß jeder Laufzeit
dabei relativ unkritisch; entscheidend ist die Impe- w eine passende Phasenbeziehung hinsichtlich der Andanz
der Stützteile 90 zwischen der Wand 28 und regung der Resonatoren zugeordnet werden kann,
dem zugehörigen Triftrohrabschnitt 92 bei der Anre- um die erfindungsgemäßen entgegengesetzten Wirgungsfrequenz.
Da es sich dabei immer um Höchst- kungen in aufeinanderfolgenden Spalten hervorzufrequenzen
handelt, spielt der Skin-Effekt eine ent- rufen.
scheidende Rolle; die Dicke der Stützteile 90 ist un- 15 Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad einer
wesentlich. Vorrichtung nach der Erfindung verbessert wird,
Auch braucht eine erfindungsgemäße Vorrichtung wenn die »Wirkung« je Spalte verringert und die
nicht nur einen einzigen Anregungshohlraumresona- Zahl der Spalte vergrößert wird. Das ist klar aus
tor 18 zu besitzen, wie in F i g. 1 dargestellt. Dieser F i g. 12 zu ersehen. In diesem Diagramm ist der
kann vielmehr, wie in Fig.4 gezeigt, durch Quer- 20 Wirkungsgrad auf der Ordinate und die Anzahl der
wände 97 in eine Mehrzahl von Hohlraumresonato- Spalte auf der Abszisse angegeben. Drei Kurven 161,
ren 94, 95, 96 unterteilt sein. Es ergibt sich daraus, 162 und 163 sind dargestellt, jede für einen anderen
daß mit jedem Wechselwirkungsspalt ein getrennter Wirkungswert je Wechselwirkungsspalt. Die Wirkung
Hohlraumresonator verbunden ist. Um das erfin- eines Spaltes ist direkt proportional der Amplitude
dungsgemäße Verfahren anzuwenden, müssen alle 25 der an ihm liegenden Spannung. Die Wirkung eines
diese Hohlraumresonatoren mit der Anregungsfre- Spaltes kann als Verhältnis dieser Amplitude zur
quenz angeregt werden. Wenn die Triftrohrlänge Strahlgleichspannung ausgedrückt werden, welches
derart gewählt ist, daß der unmodulierte Elektronen- Verhältnis auch »Bündelungsparameter« genannt
strahl für den Weg von Spaltmitte zu Spaltmitte eine wird. Bei der ersten Kurve 161 ist der Bündelungs-
halbe Periodendauer (ξ) der Anregungsfrequenz 3° P8™™5** °>4 (mit anderen Worten, die Amplitude
1.2/ 5 6 1 (jer Spaltspannung betragt vier Zehntel der Strahloder
ein ungeradzahliges Vielfaches davon benötigt, gleichspannung). Bei der zweiten Kurve 162 ist der
müssen die Hohlraumresonatoren gleichphasig ange- Bündelungsparameter 0,3 und bei der dritten Kurve
regt werden. Der erste Hohlraumresonator 94 wird 163 beträgt er 0,2.
über eine Einkoppelschleife 98 angeregt. Die übrigen 35 Aus der Kurve 161 ist ersichtlich, daß bei einem
Hohlraumresonatoren sind mittels interner Koppel- Bündelungsparameter von 0,4 der maximale Wirschleifen
99 jeweils gleichphasig gekoppelt. kungsgrad von etwa 68% mit sieben Wechselwir-
Ein weiteres, der F i g. 4 ähnliches Ausführungs- kungsspalten erreichbar ist. Ähnlich ist bei der Kurve
beispiel ist in Fig. 5 dargestellt. Hier sind die Trift- 162 der maximale Wirkungsgrad von etwa 70% mit
rohrabschnitte 100 von solcher Länge, daß ein un- 40 entweder neun oder zehn Spalten erreichbar, und bei
modulierter Elektronenstrahl den Weg von Spalt- der Kurve 163 ergibt sich der maximale Wirkungsmitte zu Spaltmitte in einer Zeit zurücklegt, die gleich grad von etwa 76% mit fünfzehn Spalten,
einer vollen Periodendauer (/) der Anregungsfrequenz Aus Fig. 12 ist ferner ersichtlich, daß für jede oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. Eine Kop- vorgegebene Strahlgleichspannung und jede vorgepelschleife 102 zwischen benachbarten Hohlraum- 45 gebene Anregungsleistung sich eine bestimmte Anresonatoren 104, 106 koppelt diese derart, daß die zahl von Wechselwirkungsspalten für den maximalen Spannungen darin um 180° zueinander phasenver- Wirkungsgrad ergibt. Des weiteren kann der Schluß schoben sind. Es ist ersichtlich, daß auch so nach gezogen werden, daß der beste Wirkungsgrad erzielt dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet werden wird, wenn das Produkt aus der Zahl der Wechselkann. 50 wirkungsspalte und dem Bündelungsparameter an-
einer vollen Periodendauer (/) der Anregungsfrequenz Aus Fig. 12 ist ferner ersichtlich, daß für jede oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. Eine Kop- vorgegebene Strahlgleichspannung und jede vorgepelschleife 102 zwischen benachbarten Hohlraum- 45 gebene Anregungsleistung sich eine bestimmte Anresonatoren 104, 106 koppelt diese derart, daß die zahl von Wechselwirkungsspalten für den maximalen Spannungen darin um 180° zueinander phasenver- Wirkungsgrad ergibt. Des weiteren kann der Schluß schoben sind. Es ist ersichtlich, daß auch so nach gezogen werden, daß der beste Wirkungsgrad erzielt dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet werden wird, wenn das Produkt aus der Zahl der Wechselkann. 50 wirkungsspalte und dem Bündelungsparameter an-
In F i g. 7 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel nähernd gleich drei ist; mit anderen Worten, höchste
einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Bündelung wird erreicht, wenn die Elektronen auf-Diese
Vorrichtung ist ähnlich der nach den F i g. 4 einanderfolgenden Spaltspannungen unterworfen
und 5, indem die Triftrohrabschnitte 110, 111, 112, werden, deren Amplitudensumme annähernd das
113 tragende Querwände 114 vorgesehen sind, die 55 Dreifache der Strahlgleichspannung ausmacht. Es
jeweils einen Hohlraumresonator 115, 116, 117, 118 scheinen somit Spaltspannung, Strahlgleichspannung
je Wechselwirkungsspalt 119, 120, 121, 122 abtren- und Zahl der Wechselwirkungsspalte in Beziehung
nen. Die Hohlraumresonatoren sind hier aber nicht zueinander zu stehen, so daß, wenn zwei dieser
untereinander gekoppelt, sondern es wird statt dessen Größen gegeben sind, die andere für den besten Wirjeder
für sich durch eine Koppelschleife 123, 124, 60 kungsgrad berechnet werden kann.
125,126 angeregt. Demgemäß können die Triftrohr- Der gemäß der Erfindung gebündelte (paketierte) abschnitte von jeder gewünschten Länge sein, wenn Strahl kann auf verschiedene Weise nutzbar gemacht nur die Hohlraumresonatoren in der richtigen Pha- werden. Beispielsweise (s. Fig. 1) kann der gebünsenlage angeregt werden, um die erfindungsgemäße delte Strahl benutzt werden, um einen Ausgangshohl-Wirkung bei aufeinanderfolgenden Wechselwirkungs- 65 raumresonator 20 anzuregen, der auf die doppelte spalten zu erhalten. Ist beispielsweise für einen un- Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Denn beim Bemodulierten Elektronenstrahl die für den Weg von trieb einer Vorrichtung nach der Erfindung ergeben Spaltmitte zu Spaltmitte erforderliche Laufzeit gleich sich jeweils zwei Elektronenbündel für jede Periode
125,126 angeregt. Demgemäß können die Triftrohr- Der gemäß der Erfindung gebündelte (paketierte) abschnitte von jeder gewünschten Länge sein, wenn Strahl kann auf verschiedene Weise nutzbar gemacht nur die Hohlraumresonatoren in der richtigen Pha- werden. Beispielsweise (s. Fig. 1) kann der gebünsenlage angeregt werden, um die erfindungsgemäße delte Strahl benutzt werden, um einen Ausgangshohl-Wirkung bei aufeinanderfolgenden Wechselwirkungs- 65 raumresonator 20 anzuregen, der auf die doppelte spalten zu erhalten. Ist beispielsweise für einen un- Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Denn beim Bemodulierten Elektronenstrahl die für den Weg von trieb einer Vorrichtung nach der Erfindung ergeben Spaltmitte zu Spaltmitte erforderliche Laufzeit gleich sich jeweils zwei Elektronenbündel für jede Periode
der Anregungsfrequenz. Wenn daher der modulierte Strahl einer Vorrichtung nach der Erfindung durch
den Spalt 40 des Ausgangsresonators 20 tritt, wird wie bei einem üblichen Klystron Energie von dem
modulierten Strahl in den Ausgangsresonator 20 gekoppelt und kann von dort durch eine übliche Auskoppelschleife
entnommen werden.
In ähnlicher Weise kann der gemäß der Erfindung modulierte Elektronenstrahl wie der Elektronenstrahl
eines üblichen Klystrons verwendet werden, das ge- ίο eignet ist, mit der zweifachen Anregungsfrequenz zu
arbeiten; mit anderen Worten (s. dazu Fig. 1), der Hohlraumresonator 18 kann als der erste Hohlraumresonator eines Klystrons aufgefaßt werden, der geeignet
ist, bei der doppelten Anregungsfrequenz zu arbeiten. Einer oder mehrere weitere Zwischenresonatoren
(nicht dargestellt) können noch zwischen dem Hohlraumresonator 18 und dem Ausgangsresonator
20 vorgesehen sein, um die in dem Hohlraumresonator 18 nach der Erfindung erzeugten Bündel
noch stärker zu bündeln. Die Leistungsentnahme aus dem Strahl erfolgt dann aus dem Ausgangsresonator
20, wie oben beschrieben.
Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann auch so ausgebildet werden, daß verstärkte Leistung bei
der Anregungsfrequenz erhalten wird, wie aus den F i g. 13 und 14 ersichtlich ist. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 13 hat der letzte Triftrohrabschnitt 24' des Hohlraumresonators 18 eine derartige Länge,
daß ihm der unmodulierte Elektronenstrahl in einer
Viertelperiode i-^-j der Anregungsfrequenz (oder einem
ungeradzahligen Vielfachen davon) durchläuft. Der Grund für diese Abänderung der Länge des Triftrohrabschnittes
24' (Viertelperiode Triftzeit statt halbe Periode, wie sie durch die vorhergehenden
Triftrohrabschnitte in F i g. 13 erzielt wird) besteht darin, daß die Bündel den Spalt 44 im Bereich der
Nullstellen der Spaltspannung durchlaufen, wie in Verbindung mit F i g. 6 auseinandergesetzt worden
ist. Durch die Versetzung des Spaltes 45 so weit, daß er gegenüber dem Spalt 44 um eine Viertelperiode
(90°) phasenverschoben wirkt, durchlaufen die Bündel den Spalt 45 im Bereich der Amplituden der
Spaltspannung und werden so einer Höchstbeschleunigung oder -verzögerung unterworfen. So werden
durch den letzten Spalt 45 des Hohlraumresonators 18 die einen Elektronenbündel beschleunigt und die
anderen verzögert, mit der Tendenz, die alternierend aufeinanderfolgenden Bündel zu verschmelzen; mit
anderen Worten, die Wirkung des letzten Wechselwirkungsspaltes 45 besteht darin, daß »die Bündel
zusammengebündelt« werden. Solche gebündelten Bündel können dann benutzt werden, um einen Ausgangsresonator
170 mit der Anregungsfrequenz zum Schwingen zu bringen. Aus dem so modulierten
Strahl wird — wie bei einem üblichen Klystron — die Leistung in den Ausgangsresonator über den
Spalt 171 ausgekoppelt und kann dem Ausgangsresonator mittels einer üblichen Koppelschleife 172
entnommen werden.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 entspricht der Hohlraumresonator 18 dem von F i g. 1.
Der modulierte Strahl durchläuft hier noch einen Zwischenhohlraumresonator 180, der auf die Anregungsfrequenz
abgestimmt ist, und einen Ausgangsresonator 181, wonach er in einen Kollektor 14 eintritt.
Der Zwischenhohlraumresonator 180 wird mittels einer Koppelschleife 182 mit der Anregungsfrequenz und gleichphasig zum Hohlraumresonator 18
betrieben, in welchem Falle der Triftrohrabschnitt eine solche Länge besitzt, daß ein unmodulierter
(T\
Anregungsfrequenz (oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon) durchläuft. Wenn der Zwischenhohlraumresonator
nicht gleichphasig zum Hohlraumresonator 18 betrieben wird, muß eine entsprechende
Änderung in der Länge des Triftrohrabschnittes 183 vorgenommen werden, um die richtige Phasenlage in
dem Spalt 184 zu erzielen. Der Wechselwirkungsspalt des Zwischenhohlraumresonators 180 dient
— ähnlich dem Wechselwirkungsspalt 45 der Fig. 13 — dazu, die in dem Hohlraumresonator 18
erzeugten Bündel zu bündeln. Die gebündelten Bündel treten dann in den Ausgangshohlraumresonator
ein, der auf die Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Dem so modulierten Elektronenstrahl wird die
Leistung über den Wechselwirkungsspalt 185 des Ausgangsresonators 181 wie bei einem üblichen Klystron
entnommen und mittels der Koppelschleife 186 einem Verbraucher zugeführt.
Claims (12)
1. Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahls geladener Teilchen mittels vorangehender Geschwindigkeitsmodulation,
bei dem der zunächst homogene Strahl mittels einer zugeführten Anregungsfrequenz
einer Geschwindigkeitsmodulation an mehreren aufeinanderfolgenden, durch Triftrohrabschnitte voneinander getrennten Wechselwirkungsspalten
unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen an aufeinanderfolgenden
Wechselwirkungsspalten durch die jeweils anliegende Hochfrequenzspannung abwechselnd beschleunigt (verzögert) und verzögert
(beschleunigt) werden und daß die am ersten Wechselwirkungsspalt bewirkte Geschwindigkeitsmodulation
halb so groß ist wie die an den nachfolgenden Wechselwirkungsspalten — von dem letzten Wechselwirkungsspalt abgesehen
— jeweils mit gleicher Stärke bewirkte Geschwindigkeitsmodulation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Geschwindigkeitsmodulation
an einem Wechselwirkungsspalt um etwa 180° phasenverschoben gegenüber der Geschwindigkeitsmodulation
am darauffolgenden Wechselwirkungsspalt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am letzten Wechselwirkungsspalt
bewirkte Geschwindigkeitsmodulation halb so groß ist wie die an den vorhergehenden
Wechselwirkungsspalten — von dem ersten Wechselwirkungsspalt abgesehen — jeweils bewirkte
Geschwindigkeitsmodulation.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsspalte einem auf die Anregungsfrequenz
abgestimmten Hohlraumresonator zugeordnet sind (Fig. 1 bis 3, 13).
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere auf die Anregungsfrequenz abgestimmte Hohlraumresonatoren vor-
gesehen sind, von denen jeder einem der Wechselwirkungsspalte zugeordnet ist (F i g. 4, 5, 7).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumresonatoren alle
gleichphasig angeregt sind (F i g. 4).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren
um 180° phasenverschoben (gegenphasig) angeregt sind (Fig. 5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- ίο
kennzeichnet, daß die Triftrohrabschnitte von metallischen Stäben gehaltert sind, die sich von
der Innenwand des Hohlraumresonators radial nach innen erstrecken (Fig. 2).
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Triftrohrabschnitte von
flächenhaften, kompakten, metallischen Teilen gehaltert sind, die sich von der Innenwand des
Hohlraumresonators radial nach innen erstrecken
und derart ausgebildet sind, daß in aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsspalten die anliegenden
Hochfrequenzspannungen um etwa 180° phasenverschoben sind (Fig. 3).
10. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste und der letzte Wechselwirkungsspalt halb so breit sind wie die übrigen Wechselwirkungsspalte.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Ausgangsresonator,
der auf die doppelte Anregungsfrequenz abgestimmt ist (F i g. 1).
12. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen auf die Anregungsfrequenz
abgestimmten Ausgangsresonator und dadurch, daß der dem Ausgangsresonator vorangehende
letzte Wechselwirkungsspalt um eine Viertelperiode der Anregungsfrequenz phasenverschoben
wirkt (F i g. 13).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 909 507/1253
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US758160A US3012170A (en) | 1958-08-29 | 1958-08-29 | Charged particle beam modulating means and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1289197B true DE1289197B (de) | 1969-02-13 |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEE18110A Pending DE1289197B (de) | 1958-08-29 | 1959-08-13 | Verfahren zur Dichtemodulation eines Strahles geladener Teilchen und Vorrichtung zurDurchfuehrung dieses Verfahrens |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3012170A (de) |
CH (1) | CH411143A (de) |
DE (1) | DE1289197B (de) |
FR (1) | FR1233464A (de) |
GB (1) | GB924865A (de) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3155868A (en) * | 1959-10-14 | 1964-11-03 | Nippon Electric Co | Plural resonator cavities tuned to integrally related frequencies |
US3387171A (en) * | 1960-06-10 | 1968-06-04 | Varian Associates | Device for modulating beams of charged particles utilizing a long interaction gap |
US3110842A (en) * | 1960-08-29 | 1963-11-12 | Microwave Electronic Tube Comp | Device for attenuating microwave energy |
US3171055A (en) * | 1960-09-09 | 1965-02-23 | Gen Telephone & Elect | Ripple velocity microwave tube |
NL266512A (de) * | 1960-09-20 | |||
US3348040A (en) * | 1964-07-27 | 1967-10-17 | Hewlett Packard Co | Atomic beam tube apparatus with transverse headers and spacers to position the components in the housing |
US3466554A (en) * | 1967-03-10 | 1969-09-09 | Atomic Energy Commission | Accelerator apparatus and method of shaping cavity fields |
US3488550A (en) * | 1967-07-11 | 1970-01-06 | Trw Inc | High power resonant cavity tube |
US3530332A (en) * | 1969-05-20 | 1970-09-22 | Atomic Energy Commission | Multi-periodic accelerating structure |
FR2390069B1 (de) * | 1977-05-05 | 1981-04-30 | Commissariat Energie Atomique | |
US5475655A (en) * | 1990-10-09 | 1995-12-12 | Kerr; Breene M. | Nautical clock apparatus and methods |
GB9724960D0 (en) * | 1997-11-27 | 1998-01-28 | Eev Ltd | Electron beam tubes |
US9666419B2 (en) * | 2012-08-28 | 2017-05-30 | Kla-Tencor Corporation | Image intensifier tube design for aberration correction and ion damage reduction |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE748907C (de) * | 1939-11-18 | 1945-01-19 | Mit Geschwindigkeitssteuerung arbeitende Entladungsanordnung fuer ultrakurze Wellen | |
CH298283A (de) * | 1949-09-05 | 1954-04-30 | Siemens Ag | Wanderwellenröhre. |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE434657A (de) * | 1937-07-14 | |||
US2284751A (en) * | 1939-08-31 | 1942-06-02 | Rca Corp | Resonant cavity device |
US2455269A (en) * | 1942-11-17 | 1948-11-30 | Bell Telephone Labor Inc | Velocity variation apparatus |
US2621304A (en) * | 1944-09-19 | 1952-12-09 | Int Standard Electric Corp | Vacuum tube with ultrahigh frequency |
BE481272A (de) * | 1945-12-17 | |||
US2785335A (en) * | 1946-05-15 | 1957-03-12 | Robert H Dicke | Multi-cavity klystron |
US2800606A (en) * | 1951-10-26 | 1957-07-23 | Univ Leland Stanford Junior | Space charge wave amplifiers |
US2843788A (en) * | 1952-12-03 | 1958-07-15 | Rolf W Peter | Electron beam tube |
-
1958
- 1958-08-29 US US758160A patent/US3012170A/en not_active Expired - Lifetime
-
1959
- 1959-06-29 GB GB22224/59A patent/GB924865A/en not_active Expired
- 1959-08-13 DE DEE18110A patent/DE1289197B/de active Pending
- 1959-08-24 CH CH7731959A patent/CH411143A/fr unknown
- 1959-08-26 FR FR803578A patent/FR1233464A/fr not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE748907C (de) * | 1939-11-18 | 1945-01-19 | Mit Geschwindigkeitssteuerung arbeitende Entladungsanordnung fuer ultrakurze Wellen | |
CH298283A (de) * | 1949-09-05 | 1954-04-30 | Siemens Ag | Wanderwellenröhre. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH411143A (fr) | 1966-04-15 |
US3012170A (en) | 1961-12-05 |
GB924865A (en) | 1963-05-01 |
FR1233464A (fr) | 1960-10-12 |
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