DE1293349B

DE1293349B - Mehrkammerhochleistungsklystron mit zwei in Strahlrichtung aufeinanderfolgenden, gleichachsig angeordneten Kollektoreingangsrohren

Info

Publication number: DE1293349B
Application number: DEP27214A
Authority: DE
Inventors: Schmidt; Dr Wolfgang
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1961-05-25
Filing date: 1961-05-25
Publication date: 1969-04-24
Also published as: GB980929A; US3179839A; CH413126A; NL278693A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrkammer- nuierlich erweiternden Röhrenkolben bekannt, bei der hochleistungsklystron mit zwei in Strahlrichtung auf- die Elektroden auch in axialer Richtung geneigt aneinanderfolgenden, gleichachsig angeordneten KoI- geordnet sind und der Kolben von magnetischen Spulektoreingangsrohren, von denen das eine (erste) KoI- len umgeben ist. Die in derart angeordnete Eleklektoreingangsrohr rundum mechanisch und galva- 5 troden einströmenden Elektronen unterschiedlicher nisch mit der ihm benachbarten Ausgangskammer des Geschwindigkeiten werden durch das Feld der AbKlystrons und das andere (zweite) Kollektoreingangs- lenkspulen und durch die Form der Elektroden auf rohr rundum mechanisch und galvanisch mit dem Kreisbahnen gezwungen, wodurch die langsamen eigentlichen Kollektor (Auffangelektrode) verbunden Elektronen auf die ersten Elektroden und die ist und bei dem das erste Kollektoreingangsrohr auf io schnellen Elektronen auf die letzten Elektroden aufder dem Kollektor. zugewandten Seite abgeschrägt treffen.

und zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektor- Weiterhin ist eine Kollektorelektrodenanordnung

eingangsrohr ein elektrostatisches Bremsfeld er- für Laufzeitröhren bekannt, die aus mindestens drei zeugt ist. ' in Strahlrichtung hintereinanderliegenden, elektrisch

Es ist bekannt, daß sich der Wirkungsgrad eines 15 voneinander getrennten, rotationssymmetrischen Tei-Klystrons erhöht, wenn die die letzten Trift- und len besteht, deren Innendurchmesser in Strahlrich-Resonatorräume verlassenden Elektronen beim Ein- tung von Teil zu Teil stufenweise zunimmt und von tritt in den Kollektor abgebremst werden. Diese Ab- denen das erste Teil rohrförmig und das letzte Teil bremsung wird mit Hilfe eines Bremsfeldes im KoI- topfförmig ausgebildet sind. Die einzelnen rotationslektoreingang erreicht, das dadurch erzeugt wird, daß 20 symmetrischen Teile überlappen sich etwas, so daß das Potential des Kollektors gegenüber der Strahl- eine ähnliche Wirkung wie nach der französischen beschleunigungsspannung, die sich aus der Potential- Patentschrift 1.257.796,Jtnit nicht abgeschrägten Elekdifferenz zwischen den Triftstrecken und der Kathode trodenteilen erreicht wird.

zusammensetzt, in negativer Richtung abgesenkt wird. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung

Dieses Bremsfeld hat aber wiederum die Eigenschaft, 25 aus. Sie bezieht sich auf ein Mehrkammerhochdie Elektronen mit geringerer Geschwindigkeit in den leistungsklystron der eingangs-genannten ArtLund ist Triftraum zurückzudrücken, wodurch wiederum Stö- dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kollejitoreinrungen auftreten. gangsrohr mindestens längs seinen gesamten Ab-

Es ist weiterhin bekannt, daß die Elektronen in schrägungsbereichs innerhalb des zweiten Kollektoreinem Klystron kurz vor Erreichen des Kollektors 30 eingangsrohres angeordnet ist .,
verschiedene Geschwindigkeiten besitzen. Die sehr Eine derartige Erzeugung eines Bremsfeldes strahlt

schnellen Elektronen können bei dem Aufprall auf aber auch in die Umgebung ab. Zur Verhinderung den Kollektor -unter anderem- Sekundärelektronen dieser Abstrahlung wird in weiterer Ausgestaltung der auslösen, wodurch sich erhebliche Störungen beim. , Erfindung vorgeschlagen, daß das zweite Kollektor-Betrieb des Klystrons bemerkbar machen. 35 eingangsrohr nahezu über seine ganze aus dem KoI-

Diese beiden Nachteile können durch verschiedene, 'lektor herausragende axiale Länge von einer topfaber sich ergänzende Maßnahmen mindestens zum förmigen metallischen Abschirmung umgeben ist, größten Teil behoben werden. Die eine bekannte deren der Ausgangskammer des Klystrons benach-Maßnahme bestand in einer Schrägstellung der be- bart angeordnetes Bodenteil zur Aufnahme des ersten treffenden Elektroden, z. B. der Kollektorelektrode 40 Kollektoreingangsrohres durchbrochen und an der selbst, wie z.B. aus der deutschen Patentschrift Durchbrechungsstelle rundum mit dem ersten Kollek-908 743 bekannt ist.' ' ■■■--■ ■ toreingangsrohr galvanisch verbunden ist.

Die andere bekannte Maßnahme bestand darin, die Damit nun die im Bremsfeld abgelenkten lang-

in den Kollektorraum eintretenden langsamen Elek- samen Elektronen besser aufgefangen werden können, troden kurz vor dem Erreichen des Kollektors durch 45 schlägt die Erfindung vor, daß die Innenwand des in die Elektronenbahnen hineinragende gitterförmige ersten Kollektoreingangsrohres mindestens im AbElektroden abzufangen. Dabei wurden diese Gitter schrägungsbereich mit sägezahnförmigen, in Umauch noch schräg zur Achse des Klystrons gestellt, fangsrichtung gleichmäßig tiefen Nuten versehen ist. damit die umgelenkten Elektronen nicht in den Trift- · -Werden an diesen Stellen Sekundärelektronen her- und schon gar nicht in den letzten Resonatorraum 50 ausgeschlagen, so sollen sich diese in Richtung KoI-des Klystrons zurückgelangen können; denn hierdurch lektor fortbewegen. Aus diesem Grunde weisen die entstand oft eine selbsterregte Schwingung mit einer Nuten nach der Erfindung steile Kanten auf, die dem Störmode unerwünschter Frequenz. Derartige Anord- Kollektor zugewandt sind,
nungen sind ζ. Β_Λ in;der USA^Pjientschrift 2,.J25Q 511- ,_r,, An .,sich ist „der Sekundärelektroneneffekt uner-

gezeigt. ' ■--.-.-.-.-- 55 wünscht und daher können die Innenwände der KoI-

Die letztgenannte Maßnahme ist aber nur dann Iektoreingangsrohre in an sich bekannter Weise mit möglich, wenn das Klystron nicht für hohe Leistun- einem einen geringen Sekundaremissionsfaktor aufgen bestimmt ist; denn bei sehr hohen Leistungen weisenden Stoff überzogen sein. Die Wirkung der fangen die Gitter, durch den Aufprall der Elektronen Anordnung nach der Erfindung kann noch dadurch bedingt, an zu glühen. Ein weiterer Nachteil der An- 60 verbessert werden, daß außerhalb der topfförmigen Ordnungen mit Gitter ist der, daß auch ein gewisser metallischen Abschirmung Magnete zur Erzeugung Teil der Elektronen mit sehr hohen Geschwindigkei- eines quer zum elektrostatischen Bremsfeld liegenden ten von den Gitterstäben aufgefangen wird, was eben- magnetischen Feldes angeordnet sind,
falls zur Erwärmung dieser Gitter beiträgt. Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung

Ferner ist aus der französischen Patentschrift 65 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. 1 257 796 bei einem Mehrkammerhochleistungs- Es zeigt

klystron eine Mehrelektrodenkollektoranordnung in F i g. 1 schematisch einen Kollektoreingang nach

einem sich in Richtung der Elektronenbahnen konti- der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 2 die Lage der zusätzlich vorgesehenen Ablenkmagnete beim Kollektoreingang der Fi g. 1.

An das Elektronenstrahlerzeugungssystem schließen sich bei einem Mehrkammerklystron in bekannter Weise abwechselnd Hohlraumresonatoren und Triftstrecken an, die von einem von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahl 1 durchlaufen werden. Auf eine letzte Triftstrecke 2 und einen letzten Hohlraumresonator 3 (Ausgangskammer) folgt dann der Kollektor S des Klystrons. Der in F i g. 2 dargestellte Ausschnitt aus einem bekannten Mehrkammerhochleistungsklystron zeigt schematisch einen Teil der letzten Triftstrecke 2, die in die (letzte) Ausgangskammer 3 mündet.

Nach dem Energieaustausch in der Ausgangskammer3 tritt der das Klystron durchlaufende Elektronenstrahl 1 in ein erstes Kollektoreingangsrohr 7 ein. Zwischen diesem und einem darauffolgenden zweiten mit einem Mantel umgebenen Kollektor 5 verbundenen Kollektoreingangsrohr 11 liegt eine Potentialdifferenz zwischen dem Kollektor 5 und der Triftstrecke 2. Diese Potentialdifferenz ergibt sich durch das Absenken des Kollektorpotentials in negativer Richtung. Ein derartiger Kollektoraufbau wird auch als »Depressed-Kollektor« bezeichnet.

Bedingt durch die Potentialdifferenz zwischen den beiden Kollektorausgangsrohren 7 und 11 bildet sich bei den bekannten Anordnungen zwischen den gegeneinander gerichteten Rohrenden ein Bremsfeld aus. Durch dieses Bremsfeld treten die noch energiereichen und damit schnellen Elektronen ohne nennenswerte Ablenkung hindurch. Die langsamen Elektronen, die den größeren Teil ihrer Energie an die Hochfrequenz-Felder in den Hohlraumresonatoren abgegeben haben, überwinden das Bremsfeld jedoch nicht und werden in den Triftraum zurückgeworfen, wodurch das Klystron zu unkontrollierbaren Schwingungen angeregt wird.

Zur Vermeidung dieser Reflexion ist bei dem in F i g. 1 dargestellten Kollektoreingang das erste KoI-lektoreingangsrohr 7 erfindungsgemäß bezüglich der Röhrenachse 23 abgeschrägt, so daß die zum Kollektor 5 weisende Endfläche 25 des ersten Kollektoreingangsrohres 7 mit der Röhrenachse 23 einen Winkel α einschließt; das erste Kollektoreingangsrohr 7 ist dabei koaxial zum zweiten Kollektoreingangsrohr 11 angeordnet. Ferner ist zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektoreingangsrohr ein elektrostatisches Bremsfeld erzeugt. Dadurch bildet sich zwischen den Kollektoreingangsrohren 7 und 11 im Bereich der abgeschrägten Endfläche 25 des ersten Kollektoreingangsrohres 7 eine scharf begrenzte elektrostatische Linse 27 aus, deren Neigung zur Röhrenachse 23 die Richtung bestimmt, in der die langsamen Elektronen 21 auf ihrer Bahn 22 abgelenkt werden. Die Neigung ist dabei derart gewählt, daß die langsamen Elektronen auf die Innenwand 31 des ersten Kollektoreingangsrohres 7 geworfen werden.

Die Innenwand 31 des ersten Kollektoreingangsrohres 7 ist mit Nuten 33 versehen. Die zwischen den Nuten 33 stehengebliebenen Wandungsteile besitzen im Abschrägungsbereich sägezahnförmige in Umfangsrichtung gleichmäßig tiefe Nuten 33, deren steile Kanten 35 dem Kollektor 5 zugewandt sind. Die zum Kollektor 5 hinweisenden Kanten 35 der Nuten 33 bilden dabei Auftreffflächen für die abgelenkten langsamen Elektronen 21. Aus der Wand ausgelöste Sekundärelektronen treten dann stets in Strahlrichtung zum Kollektor 5 hin aus.

Das zweite Kollektoreingangsrohr 11 ist nahezu über seine ganze aus dem Kollektor 5 herausragende axiale Länge von einer topfförmigen metallischen Abschirmung 37, 38 umgeben, deren der Ausgangskammer 3 des Klystrons benachbart angeordnetes Bodenteil 38 zur Aufnahme des ersten Kollektoreingangsrohres 7 durchbrochen und an der Durchbrechungsstelle rundum mit dem ersten Kollektoreingangsrohr? galvanisch verbunden ist. Die Abschirmung 37 mit dem Bodenteil 38 liegt damit ebenso wie das erste Kollektoreingangsrohr 7 auf Triftstreckenpotential.

Die Abschirmung 37,38 bildet für die Hochfrequenz-Spannungen einen kapazitiven Kurzschluß über beide Kollektoreingangsrohre 7 und 11, wodurch eine Hochfrequenz-Abstrahlung vermieden wird.

Eine weitere Verbesserung zur Ablenkung der ankommenden Elektronen kann durch ein mit Hilfe von Magneten 39 (F i g. 2) erzeugtes magnetisches, durch Kreuze gekennzeichnetes Querfeld 41 erreicht werden, das das elektrostatische Bremsfeld 17 quer durchsetzt. Der Aussortierungsgrad, d. h. der prozentuale Anteil der aus der mittleren Strahlrichtung abgelenkten Elektronen kann dadurch den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrkammerhochleistungsklystron mit zwei in Strahlrichtung aufeinanderfolgenden, gleichachsig angeordneten Kollektoreingangsrohren, von denen das eine (erste) Kollektoreingangsrohr rundum mechanisch und galvanisch mit der ihm benachbarten Ausgangskammer des Klystrons und das andere (zweite) Kollektoreingangsrohr rundum mechanisch und galvanisch mit dem eigentlichen Kollektor (Auffangelektrode) verbunden ist und bei dem das erste Kollektoreingangsrohr auf der dem Kollektor zugewandten Seite abgeschrägt und zwischen dem ersten und dem zweiten Kollektoreingangsrohr ein elektrostatisches Bremsfeld erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kollektoreingangsrohr (7) mindestens längs seines gesamten Abschrägungsbereichs innerhalb des zweiten Kollektoreingangsrohres (11) angeordnet ist.

2. Mehrkammerhochleistungsklystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kollektoreingangsrohr (11) nahezu über seine ganze aus dem Kollektor (5) herausragende axiale Länge von einer topfförmigen metallischen Abschirmung (37, 38) umgeben ist, deren der Ausgangskammer (3) des Klystrons benachbart angeordnetes Bodenteil (38) zur Aufnahme des ersten Kollektoreingangsrohres (7) durchbrochen und an der Durchbrechungsstelle rundum mit dem ersten Kollektoreingangsrohr (7) galvanisch verbunden ist.

3. Mehrkammerhochleistungsklystron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (31) des ersten Kollektoreingangsrohres (7) mindestens im Abschrägungsbereich mit sägezahnförmigen, in Umfangsrichtung gleichmäßig tiefen Nuten (33) versehen ist, deren steile Kanten (35) dem Kollektor (5) zugewandt sind.

4. Mehrkammerhochleistungsklystron nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Kollektoreingangsrohre (7,11) mit einem einen geringen Sekundäremissionsfaktor aufweisenden Stoff überzogen sind.

5. Mehrkammerhochleistungsklystron nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der topfförmigen metallischen Abschirmung (37, 38) Magnete (39) zur Erzeugung eines quer zum elektrostatischen Bremsfeld liegenden magnetischen Feldes angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen