DE1491350C - Mehrstrahl-Laufzeitröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitröhre ir Geschwindigkeitsmodulation von mindestens vei voneinander getrennten parallellaufenden Elek-Ui)CIiStralilcn, die je an mindestens zwei in Elekonenstrahlrichtung liinlereinandcrliegcndcn, jeweils irch Triflstrccken voneinander getrennten Wechselirkiingsspaltcn vorhcigufülirl werden, bei welcher ic von einem der Elcktroncnstrahlcn durchlaufenen /cchsdwirkiiiigsspultcn mit den entsprechenden von i:m (den) anderen LlektronenstraliKen) durchlaufend Wi-chsL-lwirkiiiigsspiillcn über quer zu den Elckoiicnstralilai.hsen sich erstreikende Ucsoiinnzleitungsabschnitte verbunden sind, in welchen sich eine stehende elektromagnetische Welle derart ausbildet, daß die Maxima ihrer elektrischen Feldstärke sich an den als aktive Elemente wirkenden Wechselwirkungsspalten einstellen, bei welcher innerhalb der Resonanzleitungsabschnitte jeweils im Raum zwischen zwei Wechselwirkungsspalten ein passives Element angeordnet ist und bei welcher der Resonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlrichtung to gesehen jeweils ersten Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Einkoppelvorrichtung und der Resonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlrichtung gesehen jeweils letzten Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Auskoppclvorrichtung versehen ist.

In verschiedenen Systemen, beispielsweise bei • Funk- und Radaranlagen, werden die Betriebsmöglichkeiten in erheblichem Umfang durch die unzureichende Energieerzeugung begrenzt. Die Reichweite und der Wirkungsgrad solcher Systeme kann daher in vielen Fällen wesentlich erhöht werden, wenn sich größere HF-Enorgicn erzeugen lassen.

Weiterhin wird an die Energiequellen solcher Systeme die Forderung gestellt, daß sie unter den verschiedensten Arbeits- und Belastungsvcrhältnisscn frequenzstabil sind. Ebenso sind für solche Systeme eine verhältnismäßig große Bandbreite und ein guter Wirkungsgrad wünschenswert.

Elektroncnentladungsgerute nach Art eines KIystrons stellen zwar eine verhältnismäßig frequenzstabile Hoehfrequenzcnergiequelle dar, haben jedoch eine beschränkte Leistungsabgabe, die von verschiedenen Faktoren abhängt, zu denen die Arbeitsfrequenz, die Elektroncncmissionsdichtc der Katode und die thermische Verlustleistung der verschiedenen Teile in den Hochfrcquenz.kreiscn gehören. Die letztgenannte Beschränkung wird insbesondere in den Fällen wichtig, in denen die Arbeitsfrequenz des Klystrons verhältnismäßig hoch ist, und zwar in dein 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.

Um nun eine höhere Hochfrcquenzlcistung als mit einer einzelnen Klystronröhre zu erzeugen, ist aus der britischen Patentschrift 680 830 eine Mchrstrahl-5» Laufzeitröhre der eingangs beschriebenen Art bekannt, die als HF-Vcrstärker und HF-Oszillator mit hoher DauerleisUmg dient. Der Abstand zwischen den- benachbarten Wechselwirkungsspalten in einem Rcsonanzlcitungsabschnitt ist derart gewählt, daß er etwa der halben Wellenlänge der mittleren Betriebsfrequenz entspricht. Dadurch soll erreicht werden, daß die Elektronenstrahlen die sich beim Betrieb in ilen Resonanz.lcitungsabschnitten ausbildende stehende elektromagnetische Welle an den Schwinfio giingsbäiiclicn durchlaufen. Bekanntlich ist nämlich der Wirkungsgrad zwischen der elektromagnetischen Welle und den Elektronenstrahlen am größten, wenn die Hlektronenstrahlcn die Bereiche höchster Feldstärke durchlaufen. Um die Frequenzslabüilät zu gewährleisten und die Neigung der bekannten Laufzeitröhre zu verhindern, mit der doppellen Belriebs-Ireqiieiiz. zu schwingen, sind bei der Verwendung der bekannten Ruine als Oszillator zwischen den

aktiven Wechselwirkungsspalten passive Elemente angeordnet, und zwar in Form von Blenden, die auf die mittlere Betriebsfrequenz abgestimmt sind. Um ihre Wirksamkeit zu erhöhen, können die Blenden mit einem verlustbehafteten Material überzogen sein, beispielsweise mit Graphit. Trotz dieser frequenzstabilisierenden Maßnahmen haben die Feldmaxima der elektromagnetischen Welle die Neigung, sich bezüglich der aktiven Elemente zu verschieben und insbesondere bei verschiedenen Arbeits- und BelasUingsverhUltnisscn hin- und herzuwandern, so daß die Elektronenstrahlen nicht in jedem Falle die Bereiche maximaler integrierter Feldstärke durchlaufen. Dies führt zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der gesamten Anordnung, insbesondere bei hohen Leistungen, zumal die mit einem Verlust behafteten materialüberzogenen Blenden selbst als Fucrgii'ver/ehrer auftreten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bei der eingangs beschriebenen Laufzeitröhre verlustfreie Maßnahmen vorzusehen, die die Feldstärkcinaxima der stehenden elektromagnetischen Wellen in den Resonanzleitungsabschnitten unabhängig von jeglichen Iklastungsschwankungen und sonstigen äußeren Einflüssen auch bei hohen Leistungen und hohen Frequenzen stets an den von den Elektronenslrahlen 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 lic-/iiglicli den als aktive Elemente wirkenden Wechselwirkungsspallen derartigen Kapazitätswert besitzt, daß sich die Miniina der elektrischen Feldstärke der stehenden elektromagnetischen Welle an den Orten der passiveii 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 Einkoppelvorrichtimg und die Auskoppelvorrichlung für die HF-Energie in einer Ebene angeordnet, die sich quer zur Längsrichtung tier Resonatorabschnitte durch die einem Elektronenstrahl zugeordneten aktiven Elemente erstreckt. Auf diese Weise liegen die Koppelvorrichtungen in einem 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 Resonaii/.leitnigsabschnitte vakuumdichte Trennwände zu vermeiden, die sich möglicherweise nachteilig auf die Frequenzstabilität 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 Alisführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Figuren beschrieben,

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

F i g. 2 stellt einen abgestuften Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. I dar;

I¹'ig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 3-3 itcr Fi 11. 1;

F i g. 4 ist ein w/i-Diagramm und zeigt den Zusammenhang zwischen der Arbeitsfrequenz einer periodisch beschwerten Leitung und der Phasenverschiebung pro Leitungäabschnitt;

F i g. 5 zeigt schematisch die Verteilung des elektrischen Feldes in einem Leitungsabschnitt bei der erfindungsgemäßen Laufzeitröhre, wenn der Leitungsabschnitt im π/2-Modus betrieben wird. Die Figur ermöglicht einen Vergleich mit der Feldverteilung in einem Leitungsabschnitt, der ebenfalls im π/2-Modus betrieben wird, bei dem jedoch keine passiven kapazitiven Elements zwischen den aktiven Elementen vorhanden sind;

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

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

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

Die Röhre der F i g. 1 hat eine einheitliche evakuierbare Umhüllung, die vier Resonanzleitungsabschnitle 1 bis 4 enthält. Die Resonanzlcituiigsabschnitte sind in einem gewissen Abstand parallel zueinander angeordnet. Mehrere zusammenwirkende, klystronartige Strahlvorrichtungen 5 bis 8 erstrecken sich äquidistant quer durch die Resonanzleitungsabschnittc und sind ebenfalls in der einheitlichen, evakuierbaren Umhülung enthalten. In dieser Anordnung stellt jeder der Leilungsabsehnilte 1 bis 4 einen kurzgeschlossenen oder längsresonanten Abschnitt eines periodisch beschwerten Hohlleiters dar. Der besondere Aufbau und die Wirkungsweise der Resonanzleitungsabschnitte werden noch im einzelnen beschrieben. Die Leitungsabschnitte können einen rechteckigen Querschnitt haben, wie es in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist, jedoch sind auch andere Ouerschnittsformen möglich. Endwandungen ^l) schließen die Enden der Leitungsabschnitte elektrisch kurv und sorgen dafür, daß in der Baugruppe ein Vakuuir aufrechterhalten werden kann. Weiterhin ist jedei Leitungsabschnilt mit einer geeigneten Abstimm Vorrichtung versehen, die Abstimmkörper. 1» enthalten, die an den Enden gleitend eingesetzt sind.

Der unterste Leitungsabschnilt 1 der Fig. I stell einen Eingangsiesonaloi dar. In dem l.eitungs abschnitt Γ kann durch eine HF-Einkoppclvorrieh Hing, beispielsweise durch eine induktive Schleife I (Fig. 2 und 3), eine stehende elektromagnetisch Welle erregt werden. Der Eingangsresoiuilor win wie bei einem Klystron dazu verwendet, die Elek tionengeschwiiuligkeiten der Elektronenslrahleii au den Strahlvorrichtungen 5 bis 8 zu modulieren. IV ..liersii· Leitungsabschnilt 4 (Fig. 1) stellt einen Aus

gangsrcsonator dar. In ihm wird ähnlich wie bei einem Klystron eine verstärkte elektromagnetische Welle induziert. Die HF-Energie wird durch eine HF-Auskoppelvorrichlung aus dem Ausgangsresonator ausgekoppelt, beispielsweise durch eine induktive Schleife 12. Zwischen den Eingangs- und Ausgangsresonatoren 1 und 4 sind Zwischenresonatoren 2 und 3 eingesetzt. Obwohl nur zwei Zwischenresonatoren gezeigt sind, läßt sich eine beliebige Anzahl solcher Resonatoren verwenden. Die Zwischenresonatoren dienen zum Erhöhen der Strahlmodulation. Sie arbeiten also in ähnlicher Weise wie die Zwischenresonaloren in Klystrons.

Jede der Strahlvorrichtungen 5 bis 8 enthält eine Elektronenkanone 13 mit einem rohrförmigen Abschnitt 14, der sich auf der einen Seite in den Resonator 1 erstreckt und nicht mit ihm verbunden ist. Außerdem ist in der Kanone ein Elektronenemitter 15 enthalten, der einen Elektronenstrahl axial durch den Abschnitt 14 hindurchschickt. Die verschiedenen Resonatoren sind durch eine Anzahl von Triftstrecken 16 miteinander verbunden, die in axialer Richtung mit jedem der Abschnitte 14 auf einer Linie liegen. Die Verbindung zwischen dem Ausgangsresonator und den Elektronenkollektoren 18 wird durch eine Anzahl von röhrenförmigen Abschnitten 17 hergestellt, die sich von dem Ausgangsresonator 4 aus erstrecken und ebenfalls auf die rohrförmigen Triflstreckcn 16 und die röhrenförmigen Abschnitte 14 in axialer Richtung ausgerichtet sind.

In der beschriebenen Ausführungsform springen die rohrförmigen Abschnitte 14 und 17 sowie die Triflstreckcn 16 nach innen in die verschiedenen Resonatoren ein, um in diesen Resonatoren einspringende Spalten 20 zu begrenzen, die aktive kapazitive Elemente bilden. Thr Kapazitätswert ist für jeden Leitungsabschnilt gleich. Wie in der F i g. 1 zu sehen ist, sind die aktiven Spalten in periodischen Abständen längs der Leitungsabschnitte angeordnet. Gemäß der Erfindung ist in jedem Leitungsabschnitt in der Mitte zwischen zwei nebeneinanderliegcnden aktiven Spalten jeweils ein passives oder blindes kapazitives Element 21 angeordnet. Die äußersten kapazitiven Elemente, die die aktiven Spalten 20 bilden, liegen von benachbarten Abschlüssen oder Kurzschlüssen der Leitungsabschnitte um einen solchen Abstand entfernt, der dem Abstand zwischen den abwechselnd aktiven und passiven kapazitiven Elementen gleicht. Wenn Endabstimmplatten 10 verwendet werden, kann dieser Endabstand zu Abstimmzwecken leicht verändert werden. Der Kapazitätswert der passiven kapazitiven Elemente ist so gewählt, daß er im wesentlichen den Kapazitätswerten der aktiven Spalte 20 gleich ist. Wie ebenfalls in der F i g. 1 zu sehen ist, können die passiven Elemente Stäbe 22 enthalten, die auf der einen Seite eines jeden Resonators gehalten sind und in einem gewissen Abstand gegen die gegenüberliegende Resonatorseite ragen, um zwischen sich und diesen gegenüberliegenden Resonatorseiten kapazitive Spalten abzugrenzen. Es sind auch andere Aufbauten möglich, beispielsweise Stäbe, die sich einander gegenüberstehen, oder Einkerbungen in den Wcllenleiterwänden, die aufeinander zu laufen. Alle diese Möglichkeiten können dazu verwendet werden, die passiven kapazitiven Elemente zu bilden.

Wie in der F i g. 2 zu ersehen ist, sind die Ein-

koppclschicifc 11 und die aktiven Spalten 20 in der gleichen Transversalebene des Leitungsabschnittes angeordnet. Das gleiche Verhältnis zwischen dem Koppler und den aktiven Elementen ist auch in dem Ausgangsresonator vorgesehen. Der Grund dafür wird später diskutiert werden, wenn die Arbeitsweise der gesamten Röhre erörtert wird.

Die oben beschriebene Röhre ist von einer Spule 23 umgeben, die ein kollimierendes magnetisches Feld erzeugt, das zu den Achsen der Slrahlvorrichtungen parallel gerichtet ist und die Elektronen-Strahlen in den Strahlvorrichtungen fokussiert. Die gesamte Baugruppe ist in einem Gehäuse 24 untergebracht, das beispielsweise aus einem Material mit einem niedrigen magnetischen Widerstand, z. B. aus weichem Eisen, bestehen kann. Dadurch wird die Gleichförmigkeit des axialen magnetischen Feldes in den Gebieten gewährleistet, durch die die Elektronenstrahlen hindurchlaufen. Die Elektronenkanonen 13, die außerhalb des Gehäuses in einer Weise angeordnet sein können, wie es in den Figuren gezeigt ist, können von Stromquellen 25 und 26 mit Arbcilsspahnungen versorgt werden. Stromquellen für solche Zwecke sind dem Durchschnittsfachmann bekannt.

Die oben beschriebene Mehrstrahl-Laufzeitröhrc

as arbeitet wie folgt: In dem Eingangsresonator 1 wird durch HF-Energie eine stehende elektromagnetische Welle aufgebaut. Diese HF-Energie wird durch die Eingangskoppelschleife 11 in den Leitungsabschnitt eingebracht. Diese Welle zeigt eine solche Verteilung des elektrischen Feldes, daß die Maximalwerte der Feldstärke an den aktiven Spalten 20 auftreten, während die Minimalwerle oder die Spannungsknoten an den passiven Spalten 21 vorhanden sind. Minimalwerte des elektrischen Feldes treten außerdem an jeder Endwandung 9 auf. Die aktiven Spalten 20 stellen Wechselwirkungsspalten dar. Wenn die Elektronen aus den verschiedenen Elektronenstrahlen durch diese Spalten hindurchtreten, wird ihre Geschwindigkeit in diesen Spalten moduliert. Das ist von den Klystrons her bekannt. Wenn die Elektronenstrahlen durch eine vorbestimmte Triftstrecke 16 gelaufen sind, wird der Elektronenstrahl in seiner Dichte moduliert, und zwar in Übereinstimmung mit den Eingangssignaien im Eingangsicbonator. Auch dieser Vorgang ist von Klystrons her bekannt. Der dichtemodulierte Elektronenstrahl läuft nacheinander durch die Spalten 20 in den Zwischenresonatoren und durch die Triftstrecken 16. Dadurch wird die Dichtemodulation weiter verstärkt. Anschließend durchqueren die Strahlen die Spalte 20 im Ausgangsresonator 4 und induzieren in ihm gemeinsam eine verstärkte stehende elektromagnetische Welle, die in ihrer Form der stehenden elektromagnetischen Welle entspricht, die in dem Eingangsresonator 1 aufgebaut ist. Alle diese Vorgänge verlaufen so, wie sie von Klystrons her bekannt sind. Die elektromagnetische Welle, die in dem Ausgangsresonator 4 induziert worden ist, besitzt daher ihre elektrischen Maximalfeldstärkcn an jeder der aktiven Spalten 20. Ihre Minimalfeidstärken treten an jeder der passiven Spalten 21 sowie an den Enden 10 der Wellenleiter auf. Die Energie der elektromagnetischen Welle kann durch eine Koppclschleife 12 und durch eine koaxiale Leitung ausgekoppelt werden. Die Elektronen, aus denen sich die Strahlen zusammensetzen, werden dann in den Elcktroncnauffängcrn 18 gesammelt.

Die Wirkungsweise der Laufzeitröhre und ihre Vorzüge können besser verstanden werden, wenn

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man die Ausbreitungs- 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 Phasenverschie-In jedem der Resonatoren 1 bis 4 sieht sich eine bung pro Abschnitt jeweils π/8, π/4, 3 π/8, π/2, 5 π/8, elektromagnetische Welle periodisch angeordneten 5 3 π/4, 7 π/8 und π. Es soll bemerkt werden, daß alle Kapazitäten gegenübergestellt, die als aktive kapa- diese Frequenzen zwischen der oberen und der unzitive 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 schnitt einer periodisch beschwerten Leitung, bei der io elektromagnetischen Welle und einem Elektronendie periodische Beschwerung durch abwechselnd strahl eine maximale Energieübertragung stattfindet, aktive 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 w-y?-Diagramm und zeigt die Zu- höchstmögliche integrierte Feldstärke »sieht«. Die sammenhänge zwischen der Phasenverschiebung pro 15 F i g. 5 zeigt schematisch und vergleichsweise die Abschnitt einer abgeschlossenen periodisch beschwer- Verteilung des elektrischen Feldes beim π/2-Modus ten Leitung als Funktion der Frequenz einer elektro- in Hohlleitern. Dabei ist der eine Hohlleiter (1) ohne magnetischen Welle, die in einer solchen Leitung die Vorzüge der vorliegenden Erfindung aufgebaut, aufgebaut ist. Wie in der F i g. 4 zu sehen ist, besitzt während der andere Hohlleiter (2) nach der vorjede beschwerte Leitung eine untere Grenzfrequenz, 20 liegenden Erfindung aufgebaut ist.
unterhalb der eine Energieausbreitung in der Leitung Wenn die Lehren der vorliegenden Erfindung nicht nicht möglich ist. Wenn die Frequenz höher als die befolgt werden, ergibt ein Betrieb im π/2-Modus eine untere Grenzfrequenz ist, findet eine Energieausbrei- Feldverteilung, für die die Maximalspannungen nicht lung statt. Wenn die Frequenz kontinuierlich über mit den aktiven oder den Wechselwirkungsspalten 20 die untere Grenzfrequenz hinaus anwächst, wird 25 zusammenfallen. Dadurch wird der Wirkungsgrad schließlich eine Frequenz erreicht, für die der Ab- des Betriebs unter dem Höchstmöglichen bleiben, stand zwischen zwei der nebeneinanderliegenden Wird jedoch die Lehre der vorliegenden Erfindung periodischen Kapazitäten gleich einer halben Wellen- befolgt und der Hohlleiter periodisch mit abwechlänge der Schwingungsfrequenz in dem Leitungs- selnd aktiven und passiven kapazitiven Spalten beabschnitt ist. Bei dieser Frequenz beträgt die Phasen- 30 schwert, die alle den gleichen Abstand voneinander verschiebung zwischen zwei nebeneinanderliegenden und gleiche Kapazitätswerte haben, so fallen bei dem Kapazitäten gerade π. Die Reflexion an einer Kapa- Betrieb im .-τ/2-Modus die Feldmaxima mit den zität verstärkt die Reflexion an der unmittelbar Wechselwirkungsspalten und die Feldminima oder davorstehenden periodischen Kapazität. Das wirkt die Knoten mit den passiven oder den Blindspalten sich in einem langen Wellenleiter insgesamt als totale 35 genau zusammen. Diese Anordnung genügt also der Reflexion aus, bei der eine Ausbreitung nicht statt- Forderung, daß der Elektronenstrahl ein elektrisches findet. Der abgeschlossene periodisch beschwerte Feld »sieht«, dessen Maximalspannung am Ort der Leitungsabschnitt dient daher für Frequenzen, die Wechselwirkung auftritt. Die Anordnung sorgt dazwischen der oberen und der unteren Grenzfrequenz durch für einen optimalen Energieaustausch zwischen liegen, als Bandfilter. Es sind zwar bei noch höheren 40 den Strahlen und den Wellen in den Leitungs-Frequenzen Durchlaßbänder und Sperrbänder vor- abschnitten, wodurch für den Betrieb ein maximaler handen; diese Bänder sind aber für die momentane Wirkungsgrad entsteht. Weiterhin zeigt die Fig. 4 Erörterung ohne Interesse. den maximalen Frequenzabstand zwischen zwei be-Während ein abgeschlossener periodisch beschwer- nachbarten Schwingungsordnungen und damit den tcr Leitungsabschnitt eine elektromagnetische Welle 45 Arbeitspunkt, bei dem die Interferenzprobleme zwiführen kann, deren Frequenz beliebig innerhalb des sehen den einzelnen Schwingungsordnungen am ge-Durchlaßbandes liegt, tritt eine weitere Begrenzung ringsten sind. Das tritt am Punkt »28« auf, der einer auf, wenn der periodisch beschwerte Leitungs- Phasenverschiebung von 90° pro Abschnitt eines abschnitt dadurch zu einem Resonanzhohlleiter ge- periodisch beschwerten Leitungsabschnitts entspricht, macht wird, wenn man ihn an seinen Enden nicht 50 Diesen oben beschriebenen günstigen Betriebszustand ab- sondern kurzschließt, wie es für die oben be- kann man erreichen, wenn man nur den Eingangsschriebenen Resonatoren der Fall ist. Resonanzen und den Ausgangsresonator periodisch beschwert. treten in den kurzgeschlossenen, periodisch beschwer- Der maximale Wirkungsgrad und die beste Trennung ten Leitungsabschnitten nur bei solchen Frequenzen der Schwingungen verschiedener Ordnungen wird auf, bei denen die Länge des Resonanzleitungs- 55 allerdings besser gewährleistet, wenn auch die Zwiabschnitts ein ganzzahliges Vielfaches einer halben schenresonatoren, wie beschrieben, periodisch beWellenlänge in dem beschwerten Leitungsabschnitt schwert sind. Zusätzlich dient die beschriebene Bebei diesen Resonanzfrequenzen ist. In solchen Lei- schwerung mit aktiven und passiven Spalten dazu, tungsabschnitten beträgt die Gesamtphasenverschie- die Phasenbeziehungen in dem gewünschten π/2-Μσ-bung ein ganzzahliges Vielfaches von π. Resonanz 5o dus aufrechtzuerhalten. Wenn man also sowohl die tritt also nur bei solchen Frequenzen auf, bei denen Zwischenresonatoren als auch den Eingangs- und die Phasendifferenz zwischen zwei benachbarten den Ausgangsresonator mit einer solchen Beschweperiodischen Kapazitäten π · n/N ist. N ist dabei die rung versieht, werden die jr/2-Phasenbeziehungen ir Anzahl der Einzelabschnittc, in die die Leitung durch der gesamten Röhre sichergestellt,
die periodischen Kapazitäten unterteilt ist, und η be- 65 Die Eingangs- und Ausgangskoppelschleifen 11 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 magnetischer rcn 1 bis 4 möglich, nur solche Wellen zu führen, Iüngsfcldes auftritt. Diese Anordnung sorgt für eint

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 Mehrstrahl-Laufzeitröhre der Fig. 1 eine Betriebsart nach dem jt/2-Modus aufrechterhalten. Dadurch wird einmal eine maximale Trennung zwischen den einzelnen Schwingungsformen gewährleistet und zum anderen in jedem der Resonatoren den Elektronenstrahlen in den Wechselwirkungszonen 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 Wellen 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. Ein Strahlenausfall oder ein Abschalten beeinträchtigt die Beiträge der anderen Strahlen zu der Ausgangsleistung nicht. Darüber hinaus läßt sich die beschriebene Wirkungsweise mit Betriebsspannungen eizielen, die im Vergleich zu denjenigen Betriebsspannungen niedrig sind, die bei einem Einstrahlgerät mit vergleichbarer Leistungsabgabe benötigt werden. Das vereinfacht die Probleme der Stromversorgung sehr wesentlich. Ebenso wird dadurch die Erzeugung von Röntgenstrahlen vermindert, die auftreten, wenn die Elektronen auf die Kollektoroberflächen auftrePen. 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 Fig. 1 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 sein.

Zusätzlich kann der Resonator 36 einen Zwischenresonator darstellen, der dieselben Aufgaben wie die Zwischenresonatoren aus F i g. 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 Wechselwirkungsbau-

ic 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 Wechselwirkungsspalte oder aktive kapazitive Spalte

ao 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 Wech-

selwirkungsspalten 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

Wechselwirkungs- und Blindspalten. Die Wechselwirkungsspalte 50 und die kapazitive Blindspalte 53 stellen im wesentlichen die gleiche periodische Beschwerung für eine Leitung dar, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben worden ist.

Ebenso kann die gesamte Baugruppe von einer 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 F i g. 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 Eiektronenstrahlen 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 Leirungsabschnitte ausgebildet zu sein; sie können vielmehr auch als gekrümmte Leitungsabschnitte ausgeführt sein. Ebensowenig brauchen die Resonatoren normale geschlossene Hohlleiter zu sein, sondern können durch Resonanz abschnitte einer beliebigen Übertragungsleitung dar gestellt 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 Ordnungsreihen darstellen, wie sie oben beschrieben und in den Fig. 1 und 6 gezeigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre zur Geschwindigkeitsmodulation von mindestens zwei voneinander getrennten parallellaufenden Elektronenstrahlen, die je an mindestens zwei in Elektronenstrahlrichtung hinterejnanderliegenden, jeweils durch Triftstrecken voneinander getrennten Wechselwirkungsspalten vorbeigeführt werden, bei welcher die von einem der Elektronenstrahlen durchlaufenen Wechselwirkungsspalten mit den entsprechenden von dem (den) anderen Elektronenstrahl(cn) durchlaufenen Wechselwirkungsspalten über quer zu den Elektronenstrahlachsen sich erstreckende Resonanzleitungsabschnitte verbunden sind, in welchen sich eine stehende elektromagnetische Welle derart ausbildet, daß die Maxima ihrer elektrischen Feldstärke sich an den als aktive Elemente wirkenden Wechselwirkuniisspalten einstellen, bei welcher innerhalb der RcsonanzlcilungsabschniUc jeweils im Kaum zwischen zwei Wechselwirkungsspalten ein passives Element angeordnet ist und bei welcher der Resonanzleitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlrichtung gesehen jeweils ersten Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Einkoppelvorrichtung und der Resonanzlcitungsabschnitt, der die in Elektronenstrahlrichtung gesehen jeweils letzten Wechselwirkungsspalten verbindet, mit einer Ankuppelvorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Elemente jeweils von einem kapazitiven Element (21) gebildet werden, das einen bezüglich den als aktive Elemente (20) wirkenden Weehsclwirkungsspaltcn 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 (M) und die Auskoppclvorrichtung (12) für die HF-Energie in einer Ebene angeordnet sind, die sich quer zur Längsrichtung der Rcsonatorabschnitte durch die einem Elektronenstrahl zugeordneten aktiven Elemente (20) erstreckt.

3. Laufzeitröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Röhrenteile in einer einzigen evakuierten Hülle angeordnet sind.