DE1296713B - Mit Zyklotronwellen arbeitende parametrische Elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine mit Zyklotronwellen lieh. Abgesehen von der Beschränkung auf ganzzaharbeitende parametrische Elektronenstrahlröhre mit lige Faktoren führt die Erhöhung der Polzahl zu — in Strahlrichtung hintereinanderliegend — einem immer größeren Herstellungsschwierigkeiten.
Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Eingangs- Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter-

koppler zur Modulation des Elektronenstrahls mit 5 ansprüchen gekennzeichnet.

einem Signal hoher Frequenz in der schnellen Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der

Zyklotronwellenform, einem Wechselwirkungskreis, Zeichnungen noch näher beschrieben; es zeigt
der für eine Frequenz (/) ausgelegt ist, die größer als F i g. 1A schematisch eine parametrische Elektro-

die Signalfrequenz (/_s) ist und der zwei auf gegen- nenstrahlröhre bekannter Art,

überliegenden Seiten des Elektronenstrahls angeord- io F i g. 1B schematisch einen Querschnitt durch die nete Elektroden umfaßt, von denen bezüglich des Röhre nach Fig. IA,

Elektronenstrahls die eine (erste) Elektrode ein kon- F i g. 2 einen Längsschnitt eines ersten Ausf üh-

vexes und die andere (zweite) Elektrode ein kon- rungsbeispiels der Erfindung,

kaves Profil besitzt, einem Ausgangskoppler und F i g. 3 schematisch die Wechselwirkung zwischen

einer Auffangelektrode. 15 den Strahlelektronen und den Feldern in einem Ab-

Bei einer bekannten Elektronenstrahlröhre dieser schnitt der Anordnung nach F i g. 2,
Art (australische Patentschrift 238 459) bilden die F i g. 4 einen Längsschnitt durch ein zweites Aus-

beiden Elektroden des Wechselwirkungskreises einen führungsbeispiel der Erfindung,
sogenannten Modulations-Expander mit inhomo- F i g. 5 eine erfindungsgemäße Polanordnung,

gener Feldverteilung. An die beiden Elektroden ist 20 Fig. 6A perspektivisch ein drittes Ausführungseine hochfrequente Pumpenergiequelle angeschlos- beispiel der Erfindung,

sen, so daß eine parametrische Verstärkung des Ein- Fig. 6B perspektivisch ein viertes Ausführungsgangssignals erzielt werden kann. beispiel der Erfindung.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine In den Fig. IA und IB ist schematisch eine para-

verbesserte Ausbildung der Elektroden zu schaffen, 35 metrische Elektronenstrahlröhre 11 bekannter Art die in der sogenannten jr-Schwingungsform betrieben mit denjenigen Teilen dargestellt, die für das Verwerden können, ohne daß dazu eine Quadrupol-An- ständnis der Arbeitsweise notwendig sind. Dazu geordnung erforderlich ist. hören ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 12 und

Solche Quadrupole als Wechselwirkungskreis sind eine Auffangelektrode 13. Ein magnetisches Längsebenfalls bekannt, beispielsweise aus der vorgenann- 30 feld H dient der Fokussierung des Elektronenstrahls, ten australischen Patentschrift sowie einem Aufsatz Ein Eingangskoppler 14 mit den Platten 16 und 17 »The Quadrupole Amplifier, A Low-Noise Para- ist vorzugsweise ein sogenannter Cuccia-Koppler, der metric Device« in der Zeitschrift »Proceedings of the mit der schnellen Zyklotronwellenform des Elek-IRE«, Oktober 1959, S. 1713 bis 1723. Im Frequenz- tronenstrahls in Wechselwirkung tritt. Dem Koppler bereich der Mikrowellen lassen sich Quadrupole in 35 14 wird von einer Signalquelle 18 ein Signal mit einer Form von Hohlraumresonatoren mit vier nach innen Frequenz /_s zugeführt. Der Koppler moduliert nicht gerichteten Polen nur dann verwirklichen, wenn sehr nur den Elektronenstrahl in der schnellen Zyklotrongenaue Fertigungsverfahren angewendet werden. wellenform mit der Signalfrequenz /_s, sondern er ent-Außerdem bringt die Ankopplung an den Hohlraum- nimmt auch dem Strahl Rauschenergie der schnellen resonator Schwierigkeiten mit sich, wenn die rieh- 40 Zyklotronwellenform im Bereich der Signalfrequenz tigen Phasen- und Amplitudenverhältnisse zwischen /_f. In Strahlrichtung hinter dem Eingangskoppler 14 den Polen eingehalten werden sollen. liegt ein Quadrupol 19, der von einer Quelle 21 mit

Zur Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe hochfrequenter Pumpenergie der Frequenz f_p vergeht die Erfindung von einer Elektronenstrahlröhre sorgt wird. Dann folgt ein Ausgangskoppler 22 mit der eingangs genannten Art aus und ist dadurch ge- 45 zwei Platten 23 und 24, der als Cuccia-Koppler bekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein V-för- trieben wird, dem Strahl die verstärkte Signalenergie miges Profil ausweist, dessen öffnungswinkel α der entnimmt und diese einer Belastung 26 zuführt.
Gleichung Zum besseren Verständnis des Pump- und des

360° Verstärkungsvorgangs wird auf F i g. 1B verwiesen,

_K Kj ₅₀ ^j_{6 e}j_nen Querschnitt des Quadrupole 19 in Richtung

..,.,. ⁿ zur Auffaneelektrode 13 zeigt. Der Quadrupol 19 be-

genügt, wöbe! _{steht aug} ^. _{p]atten 2}^ £ ^ _und ^ ^ -_{m def}

η = 1— dargestellten Weise an die Pumpenergiequelle 21 an-

fa geschlossen sind. Diese Anschlußordnung wird ge-

ist. 55 wohnlich als π-Form bezeichnet. Es eeien nun die Auf diese Weise wird ein bei allen Werten von η Potentiale der Platten zu einem gegebenen Zeitpunkt, befriedigend arbeitender Wechselwirkungskreis mit wenn die Platten 28 und 31 positives und die Platten nur zwei Elektroden geschaffen, der zur Verstärkung 27 und 29 negatives Potential aufweisen. Bei der dareines dem Elektronenstrahl als schnelle Zyklotron- gestellten hyperbolischen Form der Platten entstehen welle aufmodulierten Signals oder auch zur Fre- ^So die gezeichneten elektrischen Felder, deren Äquiquenzvervielfachung von Signalen benutzt werden potentiallinien A und B mit dem Wert Null eich in kann. Dabei liegt keine Beechränkung auf eine Fre- der Mitte des durch die Platten begrenzten Gebiets quenzvervielfachung mit ganzzahligen Faktoren vor. rechtwinklig schneiden. Die elektrischen Feldlinien Bei den bekannten Wechselwirkungskreisen in Form verlaufen von den negativen zu den positiven Platten eines Quadrupole ließ eich beiepielsweise eine Fre- 65 und bilden mit den Äquipotentiallinien, die gequenzvervielfachung um den Frequenzfaktor 2 er- strichelt dargestellt sind, rechtwinklige Vierecke,
reichen. Für den Faktor 4 waren dann an Stelle der Wenn der Elektronenstrahl durch den Eingangsvier Pole des Quadrupole schon acht Pole erforder- koppler geht, werden die in Richtung des Magnet-

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feldes H laufenden Strahlelektronen einem elek- einem Heizer 18, einer Fokussierelektrode 19 und taschen Querfeld ausgesetzt und beginnen um eine Beschleunigungselektroden 21 und 22 besteht. InnerLängsachse zu rotieren. Insgesamt durchläuft jedes halb des Teils 14 ist eine Auffangelektrode 23 ange-Elektron also einen wendeiförmigen Weg. Sämtliche ordnet, die ebenfalls nur schematisch dargestellt ist. Strahlelektronen im Strahl sind jedoch in Phase, 5 Zur Fokussierung des Elektronenstrahls ist eine d. h. sie befinden sich in der gleichen Winkellage Zylinderspule 24 zur Erzeugung eines Magnetfeldes H ihrer Bahn. Wenn der Strahl in den Qadrupol 19 ein- vorgesehen, das in Strahlrichtung verläuft. An Stelle tritt, wirken auf ihn die elektrischen Felder gemäß der Zylinderspule 24 können auch andere Einrich-Fig. IB. Es sei nun ein Elektron betrachtet, das an tungen benutzt werden.

der Stelle X in den Quadrupol eintritt und in Rieh- io Innerhalb des Metallkolbens 12 ist ein erster Hohltung des dargestellten Pfeils rotiert. Dieses Elektron raumresonator 26 mit Öffnungen 27 und 28 angeordbefindet sich offensichtlich in einem Beschleunigungs- net, die den Durchgang des Elektronenstrahls ermögfeld und wird daher Energie aufnehmen. Wenn es auf liehen. Im Resonator 26 befinden sich zwei Pole 29 seiner Bahn in Richtung des Pfeils zum Punkt Y und 31, die den beiden Platten eines Cuccia-Koppweiterläuft, der etwa 180° vom Punkt X entfernt ist, 15 lers entsprechen. Der Resonator 26 wird von einer ist das Feld im Quadrupol, wenn in diesem Fall die Signalquelle 32 über einen schematisch dargestellten Pumpfrequenz gleich der doppelten Zyklotronfre- Zirkulator 30, ein Koaxialkabel 33 und eine Koppelquenz des Elektrons ist, durch eine volle Periode ge- schleife 34 mit Signalenergie der Frequenz /_s vergangen, so daß sich das Elektron am Punkt Y offen- sorgt. Am anderen Ende des Kolbens 12 befindet sich bar in einem Verzögerungsfeld befindet. Wegen der ao ein zweiter Hohlraumresonator 36, der im wesenthyperbolischen Form der Pole ist das Verzögerungs- liehen dem Resonator 26 gleicht. Er weist Öffnungen feld am Punkt Y, der dichter am Schnittpunkt der 37 und 38 für den Durchgang des Elektronenstrahls Äquipotentiallinien A und B mit dem Wert Null als und Pole 39 und 41 auf, die zusammen mit dem Reder Punkt X liegt, schwächer als das Beschleuni- sonator 36 als Cuccia-Koppler für die Entnahme der gungsfeld am Punkt X. Insgesamt nimmt das Elek- »5 Energie vom Elektronenstrahl wirken. Die entnomtron also Energie auf. Es sei nun ein Elektron be- mene Energie gelangt mit Hilfe eines Koaxialkabels trachtet, das sich beim Eintritt in den Quadrupol in 43 und der Koppelschleife 44 zur Belastung 42. Im einem Verzögerungsfeld, z. B. am Punkt X', befindet. Kolben 12 befindet sich zwischen den Resonatoren Im Verzögerungsfeld gibt das Elektron Energie ab. 26 und 36 ein dritter Hohlraumresonator 46, der die Wenn es jedoch um 180° auf seiner Bahn zum 30 Erfindung verkörpert. Im Resonator 46 sind zwei Punkt Y' weiter gewandert ist, hat das Feld eine Pole 47 und 48 angeordnet, die später im Zusamvolle Periode durchlaufen, so daß sich das Elektron menhang mit Fig. 3 eingehender beschrieben in einem Beschleunigungsfeld befindet. Da der werden. Der Resonator 46 wird von einer Pump-Punkt Y' weiter vom Schnittpunkt der Äquipotential- quelle 49 über einen einstellbaren Phasenschieber 50, linien A und B als der Punkt X' entfernt ist, befindet 35 ein Koaxialkabel 51 und die Koppelschleife 52 mit es sich in einem stärkeren Feld als am Punkt X'. hochfrequenter Pumpenergie versorgt. Die Frequenz Daher nimmt das Elektron insgesamt wiederum f„ der Pumpenergie beträgt etwa 2w_c, wobei ω₀ die Energie auf. Entsprechend kann gezeigt werden, daß Zyklotronfrequenz des Strahls ist, die etwa gleich ohne Rücksicht auf die Lage der einzelnen Strahl- der Signalfrequenz/_s ist. Der Phasenschieber 50 ist elektronen und unter der Annahme, daß sämtliche 40 nur bei rein degenerativer Betriebsweise notwendig, Elektronen im wesentlichen den gleichen Bahndurch- wenn f_p gleich 2 /_s ist.

messer haben, der Energiegewinn für jedes Elektron Die Öffnungen 27, 28, 37 und 38 haben einen ausbei einem Bahnumlauf der gleiche ist, wenn die reichend großen Durchmesser, um den Elektronen-Platten die richtige Form haben. Dieser Energie- strahl durchzulassen, doch ist der Durchmesser nicht gewinn wird im Ausgangskoppler abgegeben, so daß 45 so groß, daß eine elektromagnetische Kopplung zwieine verstärkte Signalwelle erzeugt wird. sehen den drei Resonatoren 26, 36 und 46 möglich

Die obige Erläuterung gilt für die sogenannte de- wird.

generative Arbeitsweise, bei der die Pumpfrequenz Der Resonator 26, der von der Quelle 32 mit Si-

das Zweifache der Signalfrequenz beträgt. Bei der gnalenergie versorgt wird, moduliert den Elektronen-

nicht degenerativen Arbeitsweise, wenn also die 50 strahl in der an Hand der F i g. 1A geschilderten

Pumpfrequenz nicht genau das Doppelte der Zyklo- Weise in der Zyklotronwellenform und entzieht dem

tronfrequenz ist, kommen die Elektronen in irgend- Strahl gleichzeitig Rauschenergie,

einen gegebenen Querschnitt des Strahls außer Phase Der Zirkulator 30 läßt die Signalenergie von der

und später wieder in Phase. Es kann jedoch gezeigt Quelle 32 zum Resonator 26 durch. Die dem Strahl

werden, daß das Ergebnis wiederum eine Energiezu- 55 entzogene Rauschenergie wird jedoch durch den Zir-

nahme ist, weil die Elektronen während der Zeit in kulator30 einem Dämpfungselement 35 zugeführt.

Phase mehr Energie aufnehmen, als sie während der Ein Zirkulator ist dann nicht notwendig, wenn die

Zeit außer Phase verlieren. Signalquelle 32 und der Resonator richtig angepaßt

In F i g. 2 ist eine mit schnellen Zyklotronwellen sind.

arbeitende Elektronenstrahlröhre 11 nach der Erfin- 60 Nach dem Austritt aus dem Resonator 26 durch dung gezeigt. Sie weist einen zylindrischen Metall- die Öffnung 28 tritt der Strahl in den Resonator 46 kolben 12 auf, an dessen einem Ende ein hohles Teil ein, wo er zwischen den Endflächen der Pole 47 und 13 aus Glas oder einem anderen Material luftdicht 48 hindurchgeht und in einer später eingehend beangeschmolzen ist, während am anderen Ende ein schriebenen Weise mit Pumpenergie moduliert wird, hohles Teil 14 angeschmolzen ist, das ebenfalls aus 65 um eine Signalverstärkung hervorzubringen. Danach Glas besteht. Innerhalb des Glasteils 13 befindet sich verläuft der Strahl durch die Öffnung 38 zum Resoein nur schmematisch dargestelltes Elektronenstrahl- nator 36, wo er die verstärkte Signalenergie abgibt, erzeugungssystem 16, das aus einer Kathode 17, Die Energie wird mit Hilfe der Koppelschleife 44

und des Kabels 43 zur Belastung 42 geleitet. Nach schleifen und Phasenschieber, um die gewünschte dem Austritt aus dem Resonator 36 trifft der Strahl rr-Form zu erzielen. Der Resonator 46 dagegen auf die Auffangelektrode 23 auf, die auf einem für kommt automatisch in der gewünschten Form ohne die Sammlung der Elektronen geeigneten Potential Verzerrung des Feldes durch die Koppelschleife in gehalten wird. 5 Resonanz, so daß Verzerrungsprobleme vermieden

Zur Erläuterung, wie der Strahl im Resonator 46 sind. Da ferner nur zwei Pole vorhanden sind und mit Pumpenergie moduliert wird, sei auf Fig. 3 ver- die Feldform weitgehend durch den Winkel des Einwiesen. Dort sind die Endflächen der Pole 47 und 48 Schnitts in dem einen Pol bestimmt ist, werden Verdargestellt, zwischen denen der Strahl beim Durch- Zerrungen infolge mechanischer Maßabweichungen queren des Resonators 46 hindurchgeht. Die End- ίο weitgehend herabgesetzt.

fläche des Pols 48 ist V-förmig ausgebildet, wobei der Aus dem Vorstehenden erkennt man, daß die erScheitel des V einen rechten Winkel bildet, während findungsgemäße zweipolige Anordnung denselben die Endfläche des Pols 47 in Form eines Kreisbogens Zwecken wie die bisherigen vierpoligen Anordnungekrümmt ist. Im Idealfall ist die Form der End- gen dient, jedoch fast keine der erwähnten Nachteile fläche des Pols 47 hyperbolisch, doch hat man fest- 15 der vierpoligen Anordnung besitzt, gestellt, daß der Kreisbogen eine genügend genaue Bisher wurde der Pumpvorgang bei einer Frequenz

Annäherung darstellt. beschrieben, die etwa das Doppelte der Signalfre-

Es sei angenommen, daß zu einem gegebenen Zeit- quenz ist, wobei entweder eine vierpolige Anordnung punkt während einer Periode der Pumpfrequenz die oder eine Anordnung der in F i g. 3 dargestellten Polaritäten der Pole 47 und 48 und damit die Feld- ao Art notwendig war. Bei gewissen Anwendungen ist form wie gezeichnet ausgebildet sind. Ein Elektron es wünschenswert, daß die Pumpfrequenz ein anderes am Punkt X, das mit der Zyklotronfrequenz rotiert, Vielfache der Signalfrequenz ist oder daß im Fall der wird durch das Feld im dargestellten Zeitpunkt be- Frequenzvervielfachung die Ausgangsfrequenz um schleunigt, so daß es Energie aufnimmt. Eine halbe einen anderen Faktor als 2 vervielfacht wird. Dann Periode der Zyklotronfrequenz später befindet sich 25 wären z. B. für eine Vervielfachung um den Faktor 4 das Elektron am Punkt Y, wobei das Feld die dar- acht Pole notwendig, um die erforderliche Feldsymgestellte Form hat und eine volle Periode der Pump- metrie zum Betrieb in der n:-Form zu erreichen. Allfrequenz durchlaufen hat. Das Elektron befindet sich gemein gesagt beträgt die Anzahl der notwendigen dann in einem Verzögerungsfeld, doch ist Offensicht- Pole das Doppelte des Vervielfachungsfaktors, und lieh dieses Verzögerungsfeld am Punkt Y schwächer 3° der Winkel <x, der zwischen zwei benachbarten NuIlals das Beschleunigungsfeld am Punkt X, so daß ins- Äquipotentiallinien liegt, ist durch den Ausdruck gesamt das Elektron einen Energiegewinn erhält.

Andererseits befindet sich ein Elektron, das in Phase _K _ 360° .

mit dem ersten Elektron ist und dessen Kreisbahn 2»

durch die Punkte X' und Y' geht, offensichtlich 35

am Punkt X' nicht in einem maximalen Beschleuni- gegeben, wobei η der Vervielfachungsfaktor ist. In gungsfeld. Es kann jedoch gezeigt werden, daß es auf jeder Anordnung mit mehr als vier Polen sind die einer vollen Kreisbahn insgesamt einen Energie- Polflächen nicht mehr hyperbolisch. Ihre Form kann gewinn erhält, der gleich demjenigen des Elektrons durch die allgemeine Gleichung für das Feld in dem ist, das durch die Punkte Z und Y geht. Da samt- 4° durch die Pole definierten Gebiet bestimmt werden, liehe Elektronen im Strahl den gleichen Bahndurch- die lautet:

messer haben und in jedem gegebenen Querschnitt _ F₀ . .

des Strahls in Phase sind, wenn sie in den Resonator ^ — -^ r" sin /ζ Φ · cos η co_c ί, V-)

46 eintreten, erhalten sie den gleichen Energiezuwachs ohne Rücksicht auf ihre Lage im Strahl mit 45 wobei V das Potential an einem Punkt des Gebietes, Bezug auf die Pole 47 und 48. Dies ergibt sich aus F₀ das Potential an den Polflächen, d der Abstand der Tatsache, daß jedes rotierende Elektron den- von O-Punkt zum Mittelpunkt einer Polfläche, r dei selben elektrischen Feldgradienten ohne Rücksicht Radius vom O-Punkt zu dem Punkt im System, auf seine Lage zwischen den Polen 47 und 48 durch- dessen Spannung bestimmt werden soll, Θ der Winläuft. Da der Resonator 46 auf alle Elektronen in 50 kel, den der Radius mit der X-Achse bildet, w_c gleicher Weise wirkt, führt er nicht zu schädlichen die Zyklotron-(Signal-)Frequenz und t die Zeit ist. Modulationen, so daß das Rauschspektrum des Wenn die Feldform der Gleichung (2) genügt, kann Strahls erhalten bleibt. Da dieses Rauschspektrum gezeigt werden, daß wie bei der Anordnung der wögen des Resonators 26 keine Rauschanteile im Si- Fig. IB die Wirkung des Feldes auf die Elektronen gnalfrequenzbereich hat, bleibt der den Resonator 46 55 für sämtliche Elektronen ohne Rücksicht auf ihre verlassende Strahl im Bereich der Signalfrequenz Lage im Strahl gleich ist.

rauschfrei. Aus dem Vorangegangenen ergibt sich, daß nur

Bei der Schilderung der Fig. IB wurde ausge- ganze Vervielfachungsfaktoren möglich sind, wenn führt, daß die π-Form der Betriebsweise erwünscht die notwendige Symmetrie erhalten bleiben soll, ist. Bei der Anordnung der Fig. IB läßt sich diese 60 Wenn z.B. der gewünschte Vervielfachungsfaktor Form leicht verwirklichen. Jedoch müssen bei Mikro- 3,5 beträgt, wären sieben Pole notwendig. Dann ist Wellenfrequenzen die Platten der Fig. IB durch jedoch die notwendige Symmetrie zerstört, und die einen Hohlraumresonator mit vier symmetrisch an- π-Form kann nicht erreicht werden, geordneten Polen ersetzt werden. Wenn eine der- In F i g. 4 ist ein Frequenzvervielfacher 61 darge-

artige Anordnung durch eine einzige Koppelschleife 65 stellt, der das Erfindungsprinzip verkörpert und die mit Energie versorgt wird, kann das Feld der π-Form Ausgangsfrequenz um den Faktor 3,5 vervielfachen verzerrt werden. Es wird daher notwendig, besondere soll. In einem Kolben 60 aus Glas oder einem Maßnahmen zu treffen, z. B. mehrere Koppel- anderen Material ist ein Elektronenstrahlerzeugungs-

system 16 angeordnet, das im wesentlichen dem System 16 der F i g. 2 gleicht. Der erzeugte Elektronenstrahl geht zu einer Auffangelektrode 62, die ebenfalls nur schematisch dargestellt ist. Durch die Magneten 63 und 64 wird ein axiales Magnetfeld H zur Fokussierung des Strahls erzeugt, wobei die Magneten die Polflächen eines Permanentmagneten oder die Pole eines Elektromagneten sein können. Dem Elektronenstrahlerzeugungssystem ist ein Eingangs-Hohlraumresonator 66 benachbart, der von einer Quelle 67 über eine Koppelschleife 68 mit Signalnergie /_s versorgt wird. Das »Signal« braucht in diesem Fall kein Nachrichten führendes Signal sein; es kann einfach aus Schwingungen mit der Frequenz /_s bestehen. Der Resonator 66 besitzt zwei Pole 69 und 71 zur Modulation des Strahls in der schnellen Zyklotronwellenform. Der Resonator 66 kann ein Cuccia-Koppler sein, oder er kann irgendeine andere Form annehmen, soweit eine Modulation in der schnellen Zyklotronwellenform erzielt wird. Im Resonator 66 sind die Öffnungen 65 und 70 für den Elektrostrahl vorgesehen.

In Strahlrichtung hinter dem Resonator 66 befindet sich ein zweiter Hohlraumresonator 72, der das Erfindungsprinzip verkörpert. Der Resonator 72 ist so ausgebildet, daß er bei dem gewünschten Faktor der Frequenz /_s in Resonanz kommt, im vorliegenden Fall also bei 3,5 /_s. Im Resonator 72 befinden sich zwei Pole 73 und 74, die später eingehender beschrieben werden. Die Öffnungen 76 und 77 erlauben den Durchgang des Elektronenstrahls. Eine Koppelschleife 78 entzieht dem Resonator 72 Energie, die zur Belastung 79 geleitet wird.

In F i g. 5 ist in vergrößertem Maßstab ein Querschnitt eines Teils des Resonators 72 dargestellt, der die Form der Pole 73 und 74 zeigt. Wenn ein modulierter Elektronenstrahl durch einen Resonator geht, erregt er bekanntlich Schwingungen mit der Resonanzfrequenz. Wenn das im Resonator erregte Feld in richtiger Phase zu der Modulation des Strahls liegt, werden die Schwingungen auf eine nutzbare Stärke gebracht. Wie oben ausgeführt wurde, liegt ein vielpoliger Hohlraumresonator in richtiger Phase zur Zyklotronwelle auf dem Strahl, wenn im Resonator die π-Form erhalten werden kann und dort eine geeignete gerade Anzahl von Polen vorhanden ist. Wenn jedoch die Anzahl der Pole ungerade ist, kann der Resonator nicht in der π-Form in Resonanz kommen, und Schwingungen können nicht aufrechterhalten werden. Da der Resonator 72 nur zwei Pole aufweist, entsteht automatisch das zweipolige Äquivalent der π-Form. Um nun den gewünschten Vervielfachungsfaktor zu erreichen, ist es notwendig, die durch die Gleichung (2) gegebene Feldform zu erzeugen. Man hat festgestellt, daß, wenn die Fläche des Pols 74 V-förmig ist, wobei der Winkel des V durch die Gleichung (1) bestimmt ist, und die Fläche des Pols 73 so geformt ist, daß sie sich der in Gleichung (2) gegebenen Form annähert, die Feld-Form der Gleichung (2) erreicht wird. Somit bildet das V in der Fläche des Pols 74 einen Winkel von etwa 51,4°, während die Fläche des Pols 73 die dargestellte Form hat. Die relative Lage des Elektronenstrahls ist durch den gestrichelten Kreis angedeutet.

Daraus ergibt sich, daß jeder Frequenz-Vervielfachungsfaktor bei Anwendung der Erfindung erzielt werden kann, während bisher eine Vervielfachung unter Verwendung der Zyklotronform auf ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz beschränkt war.

Bisher wurde das Erfindungsprinzip an Hand von Ausführungen dargelegt, bei denen Hohlraumresonatoren benutzt wurden. Die Erfindung ist ebenso auf Anordnungen mit verteilten Parametern (Belegungen) anwendbar. In F i g. 6 A ist ein mit Längsstegen 82, 83 versehener Hohlleiter 81 dargestellt. Die Fläche des Längssteges 82 ist V-förmig und die Fläche des Längssteges 83 nach Gleichung (2) geformt. Bei einer derartigen Anordnung kann ein zwischen den Längsstegen verlaufender Elektronenstrahl durch eine fortschreitende Pumpwelle gepumpt werden. Es sind dielektrische Belastungen 84 und 86 vorgesehen, um die Pumpwelle genügend zu verlangsamen, so daß Synchronismus mit dem Elektronenstrahl erreicht wird.

In F i g. 6 B ist eine Übertragungsleitung 91 mit gekoppelten Wendeln gezeigt. Die Leitung 91 besteht aus einer ersten Wendel 92, die so gewickelt ist, daß sie ein V bildet, ferner aus einer zweiten Wendel 93, die so gewickelt ist, daß sich das Teil in der Nähe der Wendel 92 der durch die Gleichung (2) vorgeschriebenen Form annähert. In der Praxis sind die Wendeln 92 und 93 zur Erleichterung der richtigen Phasenlage gleich ausgeführt. Die Pumpwelle schreitet auf beiden Wendeln mit einer solchen Phase fort, daß sich ein Querfeld ergibt und der durch die Wendeln geführte Elektronenstrahl gepumpt wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit Zyklotronwellen arbeitende parametrische Elektronenstrahlröhre mit — in Strahlrichtung hintereinanderliegend — einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, einem Eingangskoppler zur Modulation des Elektronenstrahls mit einem Signal hoher Frequenz in der schnellen Zyklotronwellenform, einem Wechselwirkungskreis, der für eine Frequenz (/) ausgelegt ist, die größer als die Signalfrequenz (/_s) ist, und der zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Elektronenstrahls angeordnete Elektroden umfaßt, von denen bezüglich des Elektronenstrahls die eine (erste) Elektrode ein konvexes und die andere (zweite) Elektrode ein konkaves Profil besitzt, einem Ausgangskoppler und einer Auffangelektrode, dadurchgekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein V-förmiges Profil aufweist, dessen öffnungswinkel α der Gleichung

oc st*

genügt, wobei

360°
2η

ist.

2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselwirkungskreis von einem Hohlraumresonator gebildet ist, der mit zwei die profilierten Elektroden bildenden Stegen belastet ist und bei der Frequenz / = n-f_s in Resonanz ist.

3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselwirkungs-

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kreis von einem Hohlleiter gebildet ist, der mit zwei die profilierten Elektroden bildenden Längsstegen belastet ist.

4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden profilierten

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Elektroden von zwei entsprechend geformten Wendeln gebildet sind.

5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wendeln die gleiche Form haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen