DE1491350B2 - Mehrstrahl laufzeitroehre - Google Patents

Description

tiic Hrfindung bezieht sich auf eine I aufzcilröhrc zur Geschwindigkeitsmodulation von mindestens zwei voneinander getrennten parallellaufenden Elektronenstrahlcn, die je an mindestens zwei in Elektronenstrahlriehtung liintereinanderliegenden, jeweils durch Triftstrecken voneinander getrennten Wcchselwirkungsspaltcn vorbeigeführt werden, bei weicher die von einem der Elektroneiistrahlen durchlaufenen Wechsclwirkungsspalten mit den entsprechenden von dem (den) anderen Elektronenstrahl^!!) durchlaufenen Wcchseiwirkungsspalten über ciuer zu den Elektronenstrahlachsen sich erstreckende Rcsonanzleilungsabsclinitte verbunden sind, in welchen siel eine stehende elektromagnetische Welle derart aus bildet, daß die Maxima ihrer elektrischen Fddstürki sich an den als aktive Elemente wirkenden Wechsel wirkungsspalten einstellen, bei welcher innerhalb de Resonanzleitiingsabschnitte jeweils im Raum zwi sehen zwei Wechselwirkungsspalten ein passives EIe ment angeordnet ist und bei weicher der Resonanz leitungsabschnitt, der die in Elektron".nstrahlrichtunj

xo gesehen jeweils ersten Wechselwirkungsspalten ver bindet, mit einer Einkoppelvorrichtung und der Re sonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahl richtung gesehen jeweils letzten Wechselwirkung* spalten verbindet, mit einer Auskoppelvorrichtunj versehen ist.

In verschiedenen Systemen, beispielsweise be Funk- und Radaranlagen, werden die Betriebsmög lichkeiten in erheblichem Umfang Jurch die unzu reichende Energieerzeugung begrenzt. Die Reich weite und der Wirkungsgrad solcher Systeme kanr daher in vielen Fällen wesentlich erhöht werden wenn sich größere HF-Energien erzeugen lassen.

Weiterhin wird an die Energiequellen solche: .Systeme die Forderung gestellt, daß sie unter der verschiedensten Arbeits- und Belastungsverhältnisser frequenzstab,'¹. sind. Ebenso sind für solche Systeme eine verhältnismäßig große Bandbreite und ein gutei Wirkungsgrad wünschenswert.

Elektronenentladungsgeräte nach Art eines KIystrons stellen zwar eine v;rhältnismäßig frequenzstabile Hochfrequenzenergiequelle dar, haben jedoch eine beschränkte Leistungsabgabe, die von verschiedenen Faktoren abhängt, zu denen die Arbeitsfrequenz, die Elektronenemissionsdichte der Katode und die thermische Verlustleistung der verschiedener Teile in den Hochfrcquenzkreisen gehören. Die letztgenannte Beschränkung wird insbesondere in der Fällen wichtig, in c-enen die Arbeitsfrequenz de« Klystrons verhältnismäßig hoch ist. und zwar in dem Maße, in dem die Resonatorabmessungen auf Dimensionen beschränkt sind, die kleiner als eine Wellenlänge im freien Raum sind. Außerdem müssen auch die Durchmesser der Triftstrecken verhältnismäßig klein gehalten werden, um eine zufriedenstellende Kopplung zwischen dem Elektronenstrahl und den Feldern in den Resonatoren zu erzielen.

I'm nun cmc höhere Ilochfrcqucnzleistung als mn einer einzelnen KKstronröhrc zu erzeugen, ist aus der britischen Patentschrift 686 830 eine MchiMrahl-Laufzeitröhre der eingangs beschriebenen ArI bekannt, die als HF-Vcrstärker und HF-Oszillator mit hoher Daiierleistung dient. Der Abstand zwischen den benachbarten Wcchselwirkiingsspalten in einem Resnnanzleitungsabschnitt ist derart gewählt, daß er etwa der halben Wellenlänge der mittleren Betrieb¹.-frequen/ entspricht. Dadurch soll erreicht werden, daß die I lektroncnstrahlcn die sich beim Betrieh in den Rcsonanzlcitungsabschnitten ausbildende stehende elektromagnetische Welle an den Schwingungsbäuchen durchlaufen. Bekanntlich ist nämlich der Wirkungsgrad zwischen der elektromagnetischen Welle und den Elektronenstrahl am größten, wenn die Elektronenstrahlen die Bereiche höchster Feldstärke durchlaufen. Um die Frequenzstabilität zu gewährleisten und die Neigung der bekannten Laufzeitröhre zu verhindern, mit der doppelten Betriebsfrequenz, zu schwingen, sind bei der Verwendung der bekannten Röhre als Oszillator zwischen den

(ikiiwu WecriselwiiluingsspaliL'ii pussivu· Elemente HiiüLiirclnel, und /war in Γηπτι von Blenden, die mil' die miniere Betriehsf'iequenz abgestimmt sind. Um Jim· Wirksamkeit zu erhöhen, können die Blenden mi¹, einem verlustbehafteien Material Überzügen sein, beispielsweise mit Graphit. Trat/ dieser frequenz- ^Mihilisiercndcn Maßnahmen haben die Fcldmaxima der elektromagnetischen Welle die Neigung, sich bezüglich der aktiven Elemente zu verschieben und in-besondere bei verschiedenen A.ibeits- und Belasiiingivcrhältnisscn hin- und herzuwandern, so daß du Elektronenstrahlen nicht in jedem Falle die Bereiche maximaler integrierter Feldstärke durchlaufen. Dies führt zu einer Herabsetzung des Wirlu'.iK'siirades der gesamten Anordnung, insbesondere bei hohen Leistungen, zumal die mit einem Verlust behafteten materialüberzogenen Blenden selbst als ■!>i_:i:i"gieverzehrer auftreten.

Hie Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bei der eingangs beschriebenen Laufzeitröhre verlustfreie Maßnahmen vorzusehen, die die Feldstärkelna\ima der stehenden elektrom gneiischen Wellen in den Resonanzleitungsabschnitten unabhängig von jeglichen Belastungsschwankungen und sonstigen äußeren Einflüssen auch bei hohen Leistungen und hohen Frequenzen stets an den von den Elektronensirahlen durchsetzten aktiven Elementen halten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die passiven Elemente jeweils von einem kapazitiven Element gebildet werden, das einen be-/liglich den als aktive Elemente wirkenden Wechselwirkungsspalten derartigen Kapazitätswerl besitzt, daß sich die Minima der elektrischen Feldstärke der stehenden elektromagnetischen Welle an den Orten der passiven Elemente einstellen.

Außer einem maximalen Wirkungsgrad zeichnet sich die nach der Erfindung ausgebildete Laufzeitröhre durch eine äußerst hohe Frequenzstabilität aus, so daß selbst bei sehr hohen Frequenzen keine Interferenzprobleme zwischen benachbarten Schwingungsformen auftreten.

Vorzugsweise sind die Einkoppclvorrichtung und die Auskoppelvorrichtung für die HF-Energie in einer Eibene angeordnet, die sich quer zur Längsrichtung der Resonatorabschnitte durch die einem Elektronenstrahl zugeordneten aktiven Elemente erstreckt. Auf diese Weise liegen die Koppelvorrichtungcn in cin^m Gebiet maximaler elektrischer Feldstärke, so daß der Kopplungswirkungsgrad ebenfalls möglichst groß ist.

Weiterhin werden vorzugsweise alle Röhrenteile von einer einzigen evakuierten Hülle umschlossen, um innerhalb der Rcsonanzleitungsabschnitte vakuumdichte Trennwände zu vermeiden, die sich möglicherweise nachteilig "'.if die Frcqucnzstabilität auswirken könnten. Zum anderen bietet jedoch eine in mehrere evakuierte Räume oder Einheiten unterteilbare Laufzeitröhre den Vorteil, daß die einzelnen Röhrenteile leichter ausgetauscht werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispielc der Erfindung werden an Hand von Figuren beschrieben.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine nach der Erfindung aufgebaute Laufzeitröhre mit vier Elektronenstrahbrzeugungseinrichtungcn;

Fig. 2 stellt einen abgestuften Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 dar;

F i g. 3 zey,t einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. I;

F i g. 4 ist ein (!!-/»'-Diagramm und zeigt den Zusammenhang zwischen der Arbeitsfrequenz einer periodisch beschwerten Leitung und der Phasenverschiebung pro Leitungsabsdinitt;

Fig. 5 zeigt schematisch die Verteilung des elektrischen Feldes in einem l.eitungsabschniti bei der erfinclungsgemlißen Laufzeilröhre, wenn der Leitungsabschnilt im .τ/2-Modus betrieben wird. Die Figur ermöglicht einen Vergleich mit der Fcld"erteilung in einem Leitungsabschnitt, der ebenfalls im .τ/2-Modus betrieben wird, bei dem jedoch keine passiven kapazitiven Elemente zwischen den aktiven Elementen vorhanden sind;

F i g. 6 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Tn der F i g. 1 ist eine Mehrstrahl-Laufzeitröhre nach der Erfindung gezeigt. Bei der Anordnung der Fig. 1 wird die Energie von vier Elektronenstrahlen in die Energie einer elektromagnetischen Welle umgewandelt.

Die gezeigte Anorc¹. .mg kann ein Vielfaches der HF-Energie eines EinsiiaH-Kiystrons vergleichbarer Abmessung erzeugen und verstärken. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Röhren mit vier Elektronenstrahlen beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr für Laufzeitröhren verwendet werden, die eine fast beliebige Anzahl von Elektronenstrahlen enthalten können. Die obere Grenze dieser Zahl hängt nur von der Impedanz pro Strähl ab sowie von der Tatsache, daß von einer gewissen, ziemlich großen Anzahl von Elektronenstrahlen an der Abstand zwischen den einzelnen Schwingungsarte.i so klein wird, daß es schwierig wird, ein vernünftig arbeitendes Gerät aufzubauen.

Die Röhre der F i g. 1 hat eine einheitliche evakuierbare Umhüllung, dip vier Resonanzleitung^r.-abschnitte 1 bis 4 enthält. Die Resonanzleitungsabsdinitte sind in einem gewiss ·η Abstand parallel zueinander angeordnet. Mehrere zusammenwirkende, klystronartige Strahlvorrichtungen 5 bis 8 erstrecken sich äquidistant quer durch die Resonanzleitungsabschnitte und sind ebenfalls in der einheitlichen, evakuierbaren Umhülung enthalten. In dieser Anordnung stellt jeder der Leitungsabschnittc 1 bis 4 einen kurzgeschlossenen oder längsresonantcn Abschnitt eines periodisch beschwerten Hohlleiters dar. Der besondere Aufbau und die Wirkungsweise der Resonanzleitungsabschnitte werden noch im einzelnen beschrieben. Die Leitungsabschnittc können einen rechteckigen Querschnitt haben, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, jedoch sind auch andere Ouerschnittsformen möglich. Endwandunecn 9 schließen die Enden der Leitungsabschnitte elektrisch kurz und sorgen dafür, daß in der Baugruppe ein Vakuum aufrechterhalten werden kann. Weiterhin ist jedei Leitungsabschnitt mit einer geeigneten Absiimm voiT^;"htung versehen, die Abstimmkörper 10 enthalten, die an den Enden gleitend eingesetzt sind.

Der unterste Leitungsabschnilt 1 der F i g. 1 stell einen Eingangsresonator dar. In dem Leitungs abschnitt 1 kann durch eine HF-Eir.koppelvorrich tung, beispielsweise durch eine induktive Schleife 1 (F i g. 2 und 3), eine stehende elektromagnetisch" Welle erregt werden. Der Eingangsresonator win wie bei einem Klystron dazu verwendet, die Elek tronengeschwindigkeiten der Elektronenstrahlen au den Sirahlvorrichtungen 5 bis 8 zu modulieren. De Leitungsabschnitt 4 (Fi g. 1) stellt einen Au?

1 491 35(P

jangsresonator dar. In ihm wird ähnlich wie bei gleichen Transversalebene des Leitungsabschnittes

;inem Klystron eine verstärkte elektromagnetische angeordnet. Das gleiche Verhältnis zwischen dem

vVelle induziert. Die HF-Energie wird durch eine Koppler und den aktiven Elementen ist auch in dem

HF-Auskoppelvorrichtung aus dem Ausgangsreso- Ausgangsresonator vorgesehen. Der Grund dafür

nator ausgekoppelt, beispielsweise durch eine induk- 5 wird später diskutiert werden, wenn die Arbeitsweise

ti ve Schleife 12. Zwischen den Eingangs- und Aus- der gesamten Röhre erörtert wird,

gangsresonatoren 1 und 4 sind Zwischen resona- Die oben beschriebene Röhre ist von einer Spule

toren 2 und 3 eingesetzt. Obwohl nur zwei Zwischen- 23 umgeben, die ein kollimierendes magnetisches

resonatoren gezeigt sind, läßt sich eine beliebige An- Feld erzeugt, das zu den Achsen der Strahlvorrich-

zahl solcher Resonatoren verwenden. Die Zwischen- io tungen parallel gerichtet ist und die Elcktronen-

resonatoren dienen zum Erhöhen der Strahlmodu- strahlen in den Strahlvorrichtungen fokussiert. Die

lation. Sie arbeiten also in ähnlicher Weise wie die gesamte Baugruppe ist in einem Gehäuse 24 unter-

Zwischenresonatoren in Klystrons. gebracht, das beispielsweise aus einem Material mit

Jede der Strahlvorrichtungen 5 bis 8 enthält eine einem niedrigen magnetischen Widerstand. z. B. aus Elektronenkanone 13 mit einem rohrförmigen Ab- 15 weichem Eisen, bestehen kann. Dadurch wird die schnitt 14, der sich auf der einen Seite in den Reso- Gleichförmigkeit des axialen magnetischen Feldes in nator 1 erstreckt und nicht mit ihm verbunden ist. den Gebieten gewährleistet, durch die die Elektronen-Außerdem ist in der Kanone ein Elektronenemitter strahlen hindurchlaufen. Die Elektronenkanonen 13. 15 enthalten, der einen Elektronenstrahl axial durch die außerhalb des Gehäuses in einer Weise angeordden Abschnitt 14 hindurchschickt. Die verschiedenen 20 net sein können, wie es in den Figuren gezeigt ist. Resonatoren sind durch eine Anzahl von Trift- können von Stromquellen 25 und 26 mit Arbeitsstrecken 16 miteinander verbunden, die in axialer spannungen versorgt werden. Stromquellen für solche Richtung mit jedem der Abschnitte 14 auf einer Linie Zwecke sind dem Durchschnittsfachmann bekannt, liegen. Die Verbindung zwischen dem Ausgangs- Die oben beschriebene Mehrstrahl-Laufzeitröhre resonator und den Elektronenkollektoren 18 wird 25 arbeitet wie folgt: In dem Eingangsresonator 1 wird durch eine Anzahl von röhrenförmigen Abschnitten durch HF-Energie eine stehende elektromagnetische 17 hergestellt, die sich von dem Ausgangsresonator 4 Welle aufgebaut. Diese HF-Energie wird durch die aus erstrecken und ebenfalls auf die rohrförmigen Eingangskoppelschleife 11 in den Leitungsabschnitt Triftstrecken 16 und die röhrenförmigen Abschnitte eingebracht. Diese Welle zeigt eine solche Verteilung 14 in axialer Richtung ausgerichtet sind. 30 des elektrischen Feldes, daß die Maximalwerte der

In der beschriebenen Ausführungsform springen Feldstärke an den aktiven Spalten 20 auftreten, wäh -

die rohrförmigen Abschnitte 14 und 17 sowie die rend die Minimalwerte oder die Spannungsknoten

Triftstrecken 16 nach innen in die verschiedenen an den passiven Spalten 21 vorhanden sind. Minimal-

Resonatoren ein, um in diesen Resonatoren ein- werte des elektrischen Feldes treten außerdem an

springende Spalten 20 zu begrenzen, die aktive kapa- 35 jeder Endwandung 9 auf. Die aktiven Spalten 20

zitive Elemente bilden. Ihr Kapazitätswert ist für stellen Wechselwirkungsspalten dar. Wenn die Tick

jeden Leitungsabschnitt gleich. Wie in der Fig. 1 zu tronen aus den verschiedenen Elektronen-..ihLn

sehen ist, sind die aktiven Spalten in periodischen durch diese Spalten hindurchtreten, wird ihre Ge-

Abständen längs der Leitungsabschnitte angeordnet. schwindigkeit in diesen Spalten moduliert. Das ist

Gemäß der Erfindung ist in jedem Leitungsabschnitt 40 von den Klystrons her bekannt. Wenn die Elek-

in der Mitte zwischen zwei nebeneinanderliegenden tronenstrahlen durch eine vorbestimmte Triftstrecke

aktiven Spalten jeweils ein passives oder blindes 16 gelaufen sind, wird der Elektronenstrahl in seiner

kapazitives Element 21 angeordnet. Die äußersten Dichte moduliert, und zwar in Obereinstimmung mit

kapazitiven Elemente, die die aktiven Spalten 20 bil- den Eingangssignalen im Eingangsresonator. Auch

den. liegen von benachbarten Abschlüssen oder 45 dieser Vorgang ist von Klystrons her bekannt. Der

Kurzschlüssen der Leitungsabschnitte um einen sol- dichtemodulierte Elektronenstrahl läuft nacheinander

chen Abstand entfernt, der dem Abstand zwischen durch die Spalten 20 in den Zwischenresonatoren

den abwechselnd aktiven und passiven kapazitiven und durch die Triftstrecken 16. Dadurc^u wird die

Elementen gleicht. Wenn Endabstimmplatten 10 ver- Dichtemodulation weiter verstärkt. Anschließend

wendet werden, kann dieser Endabstand zu Abstimm- 50 durchqueren die Strahlen die Spalte 20 im Atisgancs-

zwecken leicht verändert werden. Der Kapazitätswert resonator 4 und induzieren in ihm gemeinsam eine

der passiven kapazitiven Elemente ist so gewählt, daß verstärkte stehende elektromagnetische Welle, die in

er im wesentlichen den Kapazitätswerten der aktiven ihrer Form der stehenden elektromagnetischen Welle

Spalte 20 gleich ist. Wie ebenfalls in der Fig. 1 zu entspricht, die in dem Einganssrcsonator 1 aufgcbaui

sehen ist. können die passiven Elemente Stäbe 22 55 ist. Alle diese Vorgänge verlaufen so. wie sie vor

enthalten, die auf der einen Seite eines jeden Reso- Klystrons her bekannt sind. Die elektromagnetisch«

nators gehaltert sind und in einem gewissen Abstand Welle, die in dem Ausgangsresonator 4 induzier

gegen die gegenüberliegende Resonatorseiie ragen. worden ist, besitzt daher ihre elektrischen Maximal

um zwischen sich und diesen gegenüberliegenden feldstärkcn an jeder der aktiven Spalten 20. Ihn

Resonalorseiten kapazitive Spalten abzugrenzen. Es 60 Minimalfeldstärken treten an jeder der passivci

sind auch andere Aufbauten möglich, beispielsweise Spalten 21 sowie an den Enden 10 der Wellenleite

Stäbe, die sich einander gegenüberstehen, oder Ein- auf. Die Energie der elektromagnetischen Welle kan

kerbungen in den Wellenleiterwänden, die aufein- durch eine Koppelschleife 12 und durch eine kc

ander zu laufen. Alle diese Möglichkeiten können axiale Leitung ausgekoppelt werden. Die Elektroner

dazu verwendet werden, die passiven kapazitiven 65 aus denen sich die Strahlen zusammensetzen, werde

Elemente zu bilden. dann in den Elektronenauffängern 18 gesammelt.

Wie in der F i g. 2 zu ersehen ist, sind die Ein- Die Wirkungsweise der Laufzeitröhre und ihi

koppelschleife 11 und die aktiven Spalten 20 in der Vorzüge können besser verstanden werden, wer

(ο

man die Ausbrcitungs- und die Welleneigenschaften die Frequenzen besitzen, deren Lage in der F i g. 4

von periodisch beschwerten Hohlleitern erörtert, die durch die Bezugsziffern 25 und 32 angezeigt ist. Für

in dem oben beschriebenen Aufbau vorgesehen sind. jede dieser Frequenzen beträgt die Phascnverschie-

In jedem der Resonatoren I bis 4 sieht sich eine bung pro Abschnitt jeweils .7/8. .-r/4, 3.-τ/8. .-τ/2. 5.τ'8.

elektromagnetische Welle periodisch angeordneten 5 3.τ/4, 7.τ'8 und .7. Es soll bemerkt werden, daß alle

Kapazitäten gegenübergestellt, die als aktive kapa- diese Frequenzen zwischen der oberen und der un-

zitive Spalten 20 und passive kapazitive Elemente 21 teren Grenzfrequenz des ersten Durchlaßbandes einer

ausgebildet sind. Dadurch ist jeder der Resonatoren 1 periodisch beschwerten Leitung liegen,

bis 4 in der Tat ein elektrisch kurzgeschlossener Ab- Bei Klystrons ist es bekannt, daß zwischen einer

■chnitt einer periodisch beschwerten Leitung, bei der 10 elektromagnetischen Welle und einem Elektronen-

4\c periodische Beschwerung durch abwechselnd strahl eine maximale Energieübertragung stattfindet.

Iktive Spalten 20 und passive Spalten 21 hervor- wenn der Elektronenstrahl bei seinem Durchgang

gerufen wird. durch den Wechselwirkungsspalt eines Klystrons die

Fig. 4 ist ein ^-/i-Diagramm und zeigt die Zu- höchstmögliche integrierte Feldstärke «sieht«. Die

lammenhänge /wischen der Phasenverschiebung pro 15 Fig. 5 zeigt schematisch und vergleichsweise die

Abschnitt einer abgeschlossenen periodisch beschwer- Verteilung dfs elektrischen Feldes beim .7 2-Modus

len Leitung als Funktion der Frequenz einer clektro- in Hohlleitern. Dabei ist der eine Hohlleiter (1) ohne

tiagnetischen Welle, die in einer solchen Leitung die Vorzüge der vorliegenden Erfindung aufgebaut,

•ufgcbaut ist. Wie in der F i g. 4 zu sehen ist, besitzt während der andere Hohlleiter (2) nach der vor-

|ede beschwerte Leitung eine untere Grenzfrequenz. 20 liegenden Erfindung aufgebaut ist.

Interhalb der eine Energieausbreitung in der Leitung Wenn die Lehren der vorliegenden Erfindung nicht

licht möglich ist. Wenn die Frequenz höher als die befolgt werden, ergibt ein Betrieb im 7 2-Modus eine

•ntere Grenzfrequenz ist, findet eine Energieausbrei- Feldverteilung, für die die Maximalspannungen nicht

lung statt. Wenn die Frequenz kontinuierlich über mit den aktiven oder den Wechselwirkungsspalten .2(1

#ie untere Grenzfrequenz hinaus anwächst, wird 25 zusammenfallen. Dadurch wird der Wirkungsgrad

lchließlich eine Frequenz erreicht, für die der Ab- des Betriebs unter dem Höchstmöglichen bleiben

Itand zwischen zwei der nebeneinanderliegenden Wird jedoch die Lehre der vorliegenden Erfindung

{eriodischen Kapazitäten gleich einer halben Wellen- befolgt und der Hohlleiter periodisch mit abwechinge der Schwingungsfrequenz in dem Leitungs- selnd aktiven und passiven kapazitiven Spalten betbschnitt ist. Bei dieser Frequenz beträgt die Phasen- 30 schwert, die alle den gleichen Abstand voneinander terschiebung zwischen zwei nebeneinanderliegenden und gleiche Kapazitätswerte haben, so fallen bei dem Kapazitäten gerade 7. Die Reflexion an einer Kapa- Betrieb im τ 2-Modus die Feldmaxima mit den lität verstärkt die Reflexion an der unmittelbar Wechseiwirkungsspaiten und die Feidminima oder davorstehenden periodischen Kapazität. Das wirkt die Knoten mit den passiven oder den Blindspalter lieh in einem langen Wellenleiter insgesamt als totale 35 genau zusammen. Diese Anordnung genügt also dct Reflexion aus, bei der eine Ausbreitung nicht statt- Forderung, daß der Elektronenstrahl ein elektrische« indet. Der abgeschlossene periodisch beschwerte Feld »sieht«, dessen Maximalspannung am Ort dei Leitungsabschnitt dient daher für Frequenzen, die Wechselwirkung auftritt. Die Anordnung sorgt datwischen der oberen und der unteren Grenzfrequenz durch für einen optimalen Energieaustausch zwischen legen, als Bandfilter. Es sind rwar bei noch höheren 40 den Strahlen und den Wellen in den Leitungs-Frequenzen Durchlaßbänder und Sperrbänder vor- abschnitten, wodurch für den Betrieb ein maximalei landen; diese Bänder sind abi;r für die momentane Wirkungsgrad entsteht. Weiterhin zeigt die Fig. 4 Erörterung ohne Interesse. den maximalen Frequenzabstand zwischen zwei bc-Während ein abgeschlossener periodisch beschwer- nachbarten Schwingungsordnungen und damit der ler Leitungsabschnitt eine elektromagnetische Welle 45 Arbeit'.punkt, bei dem die Interferenzprobleme zvvilühren kann, deren Frequenz beliebig innerhalb des sehen den einzelnen Schwingungsordnungen am get >urchlaßbandes liegt, tritt eine weitere Begrenzung ringsten sind. Das tritt am Punkt »28« auf. der einei tuf. wenn der periodisch beschwerte Leitungs- Phasenverschiebung von 90^c pro Abschnitt ei. ..; •bschnitt dadurch zu einem Resonanzhohlleiter ge- periodisch beschwerten Leitungsabschnitts entspricht macht wird, wenn man ihn an seinen Enden nicht 50 Diesen oben beschriebenen günstigen Bctricbszustanc ab- sondern kurzschließt, wie es für die oben be- kann nan erreichen, wenn man nur den Eingangsschriebcnen Resonatoren der Fall ist. Resonanzen und den Ausgangsresonator periodisc' beschwert treten in den kurzgeschlossenen, periodisch beschwer- Der maximale Wirkungsgrad und die beste Trennung ten Leitungsabschnitten nur bei solchen Frequenzen der Schwingungen verschiedener Ordnungen wire auf. bei denen die Länge des Resonanzleitungs- 55 allerdings besser gewährleistet, wenn auch die Zwiebschnitts ein ganzzahliges Vielfaches einer halben schenresonaioren. wie beschrieben, periodisch be Wellenlänge in dein beschwerten Leitungsabschnitt schwert sind. Zusätzlich dient die beschriebene Be bei diesen Resonanzfrequenzen ist. Tn solchen Lei- schwerung mit aktiven und passiven Spalten dazu tunasabschnitten beträgt die Gesamtphasenverschie- die Phasenbeziehungen in dem gewünschten .7 2-Mo bung ein ganzzahliges Vielfaches von .7. Resonanz 60 dus aufrechtzuerhalten. Wenn man also sowohl dit tritt also nur bei solchen Frequenzen auf, bei denen Zwischenresonatoren als auch den Eingangs- unc die Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten den Ausgangsresonator mit einer solchen Beschwe periodischen Kapazitäten .7 · n'N ist. N ist dabei die rung versieht, werden die .7'2-Phasenbeziehungen ii Anzahl der Einzelabschnitte, in die die Leitung durch der gesamten Röhre sichergestellt.
die periodischen Kapazitäten unterteilt ist, und η be- 65 Die Eingangs- und Ausgangskoppelschleifen 1] deutet eine ganze Zahl, die zwischen η — 1 und und 12 liegen in der Ebene der aktiven Spalte 20. d; η = N liegt. Auf diese Weise ist es den Resonato- an dieser Stelle das Maximum des magnetischei ren 1 bis 4 möglich, nur solche Wellen zu führen. Längsfeldes auftritt. Diese Anordnung sorgt für eini

maximale Wechselwirkung zwischen diesen Elementen und daher für einen maximalen Wirkungsgrad für die Einkopplung der Energie in den Eingangsresonator 1 und für die Auskopplung der Energie aus dem Ausgangsresonator 4. Am Ort der Kopplungsschleifen können an Stelle dieser Schleifen auch andere Koppelvorrichtungen, beispielsweise Koppelblenden, wirksam verwendet werden. Ebenso können auch an einer Endwandung 9 Koppelvorrichtungen vorgesehen sein, solange sie in derjenigen Ebene angeordnet sind, die sich durch die aktive Spalte 20 erstreckt.

Wie man also sieht, wird in der Mchrstrah! Laufzeitröhre der Fig. 1 eine Betriebsart nach dem .7/2-Modus aufrechterhalten. Dadurch wird einmal eine maximale Trennung zwischen den einzelnen Schwingungsformen gewährleistet und zum anderen in jedem der Resonatoren der. Elektronenstrahler, in den Wechsehvirkungszonen eine maximale Feldstärke angeboten. Außerdem wird dadurch für die gemeinsame Energieübertragung einmal im Eingangsresonator von der elektromagnetischen Welle auf die mehrfachen Elektronenstrahlen und zum anderen im Ausgangsresonator von den mehrfachen Elektronenstrahlen auf die elektromagnetische Welle ein maximaler Wirkungsgrad erzielt. In dem offenbarten Aufbau wirken die Elektronenstrahlen und die elektromagnetischen Wollen derart zusammen, daß ein Strahlenausfall oder ein absichtliches Abschalten eines Strahles die Ausgangsleistung nur insoweit erniedrigt, daß nur derjenige Energiebetrag fehlt, den dieser Strahl zu der Gesamtwirkung der Röhre beiträgt. F.in Strahlenausfall oder ein Abschalten beeinträchtigt die Beiträge der anderen Strahlen zu der Ausgangsleistung nicht. Darüber hinaus läßt sich die beschriebene Wirkungsweise mit Betriebsspannungen erzielen, die im Vergleich zu denjenigen Betriebsspannungen niedrig sind, die bei einem Einstrahlgerät mit vergleichbarer Leistungsabgabe benötigt werden. Das Tereinfacht die Probleme der Stromversorgung sehr wesentlich. Ebenso wird dadurch die Erzeugung von Röntgenstrahlen vermindert, die auftreten, wenn die Elektronen auf die Kollektoroberflächen auftreffen. Das vereinfacht die Erfordernisse der Röntgenabschirmungen, die benötigt werden, um Strahlenschäden zu vermeiden.

Wie in der F i g. 6 zu sehen ist, braucht eine nach der Erfindung aufgebaute Röhre keine evakuierbare Umhüllung aufzuweisen, die als Einheit ausgebildet ist und die Leitungsabschnitte und die Strahlvorrichtungen enthält. Statt dessen können, wie es gezeigt ist, die Leitungsabschnitte und die Strahlvorrichtungen einzelne Bauuntergruppen enthalten, wobei die Strahlvorrichtungen abnehmbar an die Leitungsabschnitte anmontiert oder angekoppelt sind.

Im besonderen kann das Gerät eine Anzahl von einzelnen Resonanzleitungsabschnitten 35 bis 37 mit Endwandungen 38 und Abstimmvorrichtungen 39 aufweisen, deren Aufbau und deren Wirkungsweise genau so sind, wie es in Verbindung mit der F i g. ί beschrieben worden ist. Die Leitungsabschnitte 35 und 37 können Eingangs- und Ausgangsresonatoren darstellen und mit entsprechenden Kopplern 40 und 41 für das Einkoppeln und für das Auskoppeln ausgerüstet suin.

Zusätzlich kann der Resonator 36 einen Zwischenresonator darsteiien, der dieselben Aufgaben wie die Zwischenresonatoren aus Fig. 1 hat. Auf Wunsch können auch mehr als nur ein Zwischenresonator vorgesehen werden.

Die Resonatoren 35 und 37 sind mit geeigneten Sockeln 42 ausgerüstet, die die Wechselwirkungsbai'·- gruppen aufnehmen können, die zu einer Anzahl einzelner, äußerer Klystrons 43 aus Resonanzabschnitten gehören. Die Klystrons 43 können alle eine evakuierbare Vorrichtung enthalten, die eine Elektronenkanone 44. röhrenförmige Abschnitte 45 und

46. dazwischenliegende Triftstrecken 47 sowie einen Kollektor 48 enthält. Darüber hinaus wirken die sich gegenüberstehenden Enden der Abschnitte 45 und 46 und der Triftstrecken 47 so zusammen, daß sie Wechselwirkungispaltc oder aktive kapazitive Spalte 50 bilden. Diese Abschnitte sind außerdem mit Flanschen 51 ausgerüstet, zwischen denen zylindrische HF-Fenster 52 aus Keramik eingekittet sind.

Jeder der Leitungsabschnitte 35 bis 37 ist in der Mitte zwischen zwei nebeneinanderliegenden Wechselwirkungsspalten 50 mit einem passiven oder blinden kapazitiven Spalt 53 versehen. Ebenso ist der Abstand zwischen den Wellenleiterabschlüssen oder Kurzschlüssen und dem äußersten kapazitiven Spalt genauso groß wie zwischen nebeneinanderliegenden Wechselwirkuni's- und Blindspalten. Die Wechselwirkungsspalte 50 und die kapazitive Blindspalte 53 stellen im wesentlichen die gleiche periodische Beschwerung für "ine Leitung dar. wie es unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 3 beschrieben worden ist.

Ebenso kann die gesamte Baugruppe von einher ähnlichen Spule umgeben sein; die Aufgabe, die Wirkungsweise und die Vorzüge der Röhre nach F i g. 6 können mit denen einer Röhre nach den Fig. 1 bis 3 übereinstimmen.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung legt dem Durchschnittsfachmann Abänderungen nahe, die alle unter den Gedanken dieser Erfindung fallen. So ist beispielsweise die Erfindung nicht auf die Verwendung von vier Elektronenstrahlen beschränkt, sondern kann auch in Röhren ausgeführt werden, die fast jede beliebige Anzahl von Elektronenstrahlen verwenden. Genauso brauchen der Eingangs- und der Ausgangsresonator nicht notwendiger-

weise als geradlinige Leitungsabschnitte ausgebildet zu sein; sie können vielmehr auch als gekrümmte Leitungsabschnitte ausgeführt sein. Ebensowenig brauchen die Resonatoren normale geschlossene Hohlleiter zu sein, sondern können durch Resonanzabschnitte einer beliebigen Übertragungsleitung dargestellt werden. Weiterhin kann die Übertragungsleitung nach dem vorliegenden Aufbau großflächige, ebene Leiter enthalten, die in periodischen Reihen von aktiven und passiven Spalten angeordnet sind.

die sich in mehreren Richtungen erstrecken, so daß sie beispielsweise parallele Ordnungsreüven darstellen, wie sie oben beschrieben und in den F i g. 1 und 6 gezeigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre zur Geschwindigkeitsmodulaiion von mindesiens zwei voneinander getrennten parallellaufenden Elektronenstrahlcn, die je •n mindestens zwei in Elektronenstrahlriehtung liintereinanderliegenden, jeweils durch Trift-Itrecken voneinander getrennten Wechselwirkungsspalten vorbeigeführt werden, bei welcher Clic von einem der Elektronenstrahlen durchlaufenen Wechselwirkungsspalten mit den entiprechenden von dem (den) anderen Elektronenjtrahl(en) durchlaufenen Wechselwirkungsspalten fiber quer zu den Elektronenstrahlachsen sich ei !treckende Resonanzleitungsabschnitte verbunden find, in welchen sich eine stehende elektromagnetische Welle derart ausbildet, daß die Maxima ihrer elektrischen Feldstärke sich an den ai* aktive Elemente wirkenden Wechselwirkungsspaitcn einstellen, bei welcher innerhalb der Resonanzleitungsabschnitte jeweils im Raum zwischen zwei Wechsclwirkungsspalten ein passives Element angeordnet ist und bei welcher der Resonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlriehtung gesehen jeweils ersten Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Einkoppelvorrichtung und der Resonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlriehtung gesehen jeweils ICt^-1CH Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Auskoppelvorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Elemente jeweils von einem kapazitiven Element (21) gebildet weiden, das einen bezüglich den als aktive Elemente (20) wirkenden Wechsehvirkungsspaltcn derartigen Kapazitätswert besitzt, daß sich die Minima der elektrischen Feldstärke der stehenden elektromagnetischen Welle an den Orten der passiven Elemente einstellen.

2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelvorrichtung (11) und die Auskoppelvorrichtung (12) für die HF-Energie in einer Ebene angeordnet sind, die sich. c|iicr zur Längsrichtung der Resonatorabsclinitte durch die einem Elektronenstrahl zugeordneten aktiven Elemente (20) erstreckt.

3. Laufzeitröhre nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Röhrenteile in einer einzigen evakuierten Hülle angeordnet sind.