DE1491386C3 - Klystronröhre mit einem abstimmbaren Hohlraumresonator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klystronrohre, wie näher im Oberbegriff des Patentansprchs 1 beschrieben.

Die Erfindung geht von folgendem Stand der Technik aus: Wellenfallen, die λ/4-Tiefe bzw. -Länge aufweisen und Kurschlußschieber sind aus der britischen Patentschrift 635 000, dem deutschen Gebrauchsmuster 1704562 und der deutschen Anmeldung S 11 595 VIHa/29a⁴ (bekanntgemacht 15. 5. 52) bekannt.

Eine Abstimm vorrichtung für ein Klystron mit Kurschlußschiebern zeigt die britische Patentschrift 756 236, mit einem in den Resonatorraum eines 8-inm-Klystrons hineinragenden Kupferdraht die Fig. 1 der Literaturstelle »Proceedings of the IRE« Febr. 1958, Seite 430.

Ein Reflexklystron für 2,5 mm Wellenlänge ist in »Philips' Technische Rundschau« 1959/60, Nr. 8/8, Seite 224 beschrieben. Bei dieser Anordnung ist der Resonatorraum zwischen zwei axial zueinander liegenden Anpassungstransformatoren angeordnet, die zu zwei ebenfalls axial hierzu liegenden Wellenleitern führen. Der eine als Ausgangswellenleiter dienende Wellenleiter ist am Ende offen, der andere Wellenleiter ist am Ende mit einem bewegbaren Kurschlußschieber abgeschlossen. Der Elektronenstrahl durchläuft senkrecht zur genannten axialen Richtung der Anordnung den Resonatorraum. Eine Abstimmung dieser Anordnung ist neben der durch den Kurzschlußschieber durch Änderung der Wandungsabstände im Resonatorraum und gleichzeitig in den Räumen der beiden Anpassungstransformatoren in der Richtung des Elektronenstrahls möglich. Diese bekannte Konstruktion ist aus mechanischen Gründen für Wellenlängen unterhalb 2,5 mm nicht mehr herstellbar.

Die USA.-Patentschrift 2807 746 zeigt schließlich ein Klystron, dessen Resonatorraum /wischen zwei Wellenleitern angeordnet ist, die zueinander ähnlich der Anordnung aus »Philips'Technische Rundschau« axial ausgerichtet sind und bei der der Elektronenstrahl ebenfalls senkrecht zu dieser axialen Richtung die Anordnung durchläuft. Der eine als Ausgangswe!- ienleiter dienende Wellenleiter ist am Ende offen, wahrend der andere Wellenleiter am Ende durch einen Weilentalien aufweisenden Kurzschlußschieber

¹⁽> \ersehlossen ist. Neben dem Kur/schlußschieber besteht keine weitere Möglichkeit der Abstimmung. Im Resonatorraum selbst wird der Elektronenstrahl noch durch eine /entnsch angeordnete Triftstrecke geführt, so daß sich praktisch zwei Wechselwirkungsspalte er-

geben. Ferner wirken die Teile zwischen den eigentlichen Weller.Ieiiereingängen und den Wechselwirkungsspalten mindestens teilweise als Anpassungstransformatoren, die wegen der komplizierten und damit aufwendigen unsymmetrischer) Ausführung schwer vorherberechenbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Klystron lter eingangs genannten Art anzugeben, dessen Hohlraumresonator auch noch bei Wellenlängen kurzer als 2,5 mm direkt und nicht über einen Wellenleiter mit

»5 Kurschluüschieber abstimmbar is·.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Maßnahmen, wie sie im Kenn/eichen des Patentanspruchs 1 beschrieben sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfiiidung. nämlich, um /u \erhindern. daß die Hochfrequenzschwingungen durch den Trennspalt nach außen den Resonatorraum verlassen können, können die im Patentanspruch 2 angegebenen Maßnahmen getroffen werden.

Durch die Erfindung ist ein abstimmbarer Hohlraumresonator gezeigt, der keine nach innen in den Hohlraum hervorspringenden Teile aufweist, daher sehr einfach in der Bauart ist und daher auch fur die Verwendung bei sehr kleinen Wellenlängen, z. B. zwischen 0.5 bis 1 mm, überhaupt herstellbar ist.

Fin derartiger rechteckiger Hohlraumresonator kann in der Längsrichtung (ε-Richtung) zwei oder mehrere Halbwellen lang sein, auch kann seine Breite (y-Richtung) eine oder mehrere Halbwellen betragen. Die Höhe (x-Richtung) des Hohlraumresonators, das ist die Richtung, in der der Resonator vom Elektronenstrahl durchlaufen wird, ist normalerweise geringer als die Strecke, die ein Elektron des Elektronenstrahls während einer Halbperiode zurücklegt. Ein derartiger Hohlraumresonator wird somit in dem

5" 7£,_lmn-Schwingungsmodus angeregt. Eine günstige Bauart ergibt sich, wenn ni = 1 und η = 2 sind. Dann wird der Hohlraumresonator in dem r£_m2-Modus angeregt. Dieser Hohlraumresonator kann mit mechanischen Mitteln um einige Prozent in der Frequenz, bezogen auf die Mittenfrequenz, abgestimmt werden. Im allgemeinen wird der Teilresonator, der in dem bewegbaren Körper ausgespart ist, eine Tiefe von einer Viertelwelle haben. Es ist jedoch auch möglich, eine Tiefe von einer Viertelwelle + η-mal eine HaIbwelle zu wählen.

Der Trennspalt veränderbarer Breite muß stets an einer Stelle liegen, an der der Strom in der z-Richtung Null ist.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel

an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Klystronröhre mit einem abstimmbaren Hohlraumreso-

nator nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-1! in

K ig. 1.

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 1I1-I11 in

Hg. 1.

Fig. 4 ein Diagramm mit dem Verlauf des elektrischen Feldes und des Stromes in dem Hohlraumresonator.

In Fig. I bezeichnet i einen rechteckigen Hohlraumresonator, der an einem Ende durch einen durch die beiden Zwischenwände 2 (siehe Fig. 3) gebildeten Koppelschiit/: 3 mit dem am Ausgang des Hohlraumresonators 1 angeschlossenen Wellenleiter 4 verbunden ist Der Wellenleiter 4 ist durch ein Glimmerfenster S luftdicht verschlossen. In einem Abstand von etwa einer Viertelwellenlänge (λ/4) von dem Koppclschlitz 3 sind Bohrungen 6 und 6' in der Wandung iles Hohlraumresonators 1 und damit im unbewegbare η Körper 18 dieses Hohlraumresonators 1 angeordnet, durch welche ein geschwindigkeitsmndulierter Elektronenstrahl in Richtung der Pfeile 7 und damit in der v-Richtung des Hohlraumresonator 1 durchlaufen kann. Die Abmessung in der .i-Richtung stellt die Höhe des Hohlraumresonators I dar. Die Breite des Hohlraumresonators 1 liegt in der y-Richtung und kann eine oder mehrere Halbwellen betragen. Die Länge des Hohlraumresonators 1 liegt in der --Richtung und beträgt mindestens zwei Halbwellenlangen.

Aus F i g. 4, Kurve 16, ist ersichtlich, daß die Bohrungen 6 und 6' annähernd an der Stelle eines Maximums der Feldstärke angeordnet sind. Diese FeIdstärkemaxima decken sich mit den Stromnulidurchgängen des in der ^-Richtung verlaufenden Stromes in dem Hohlraumresonator 1, wie aus Kurve 17 ersichtlich ist.

An der Stelle eines derartigen Stromnulldurchganges verringert ein dort angeordneter Trennspalt 8 in der Wandung des Hohlraumresonators 1 nicht dessen Güte. Dieser Trennspalt 8 ist durch eine Bewegung des metallenen Körpers 10, in dem ein Teilresonator 9 des Hohlraumresonators 1 ausgespart ist. verändei bar Dieser Korper 10 ist mit einem Lötwerkstoff !2 an einem Saphirstab 11 befestigt. Der Saphirstab 11 kann über einen metallenen Körper 13 in der Längsachse des Hohlraumresonators 1 verschoben werden. Der Körper 13 ist an einer nicht dargestellten Membrane befestigt, die den Vakuumraum verschließt.

Um zu vermeiden, daß die Hochfrequenzschwingungcn durch den Trennspalt 8 den Hohlraumresonator 1 verlassen, sind parallel zur größeren Rechteckseite des Hohlleiterquerschnittes neben dem Teilresonator 9 Nuten 14 und 14' in dem Körper 10 angeordnet. Der Körper 10 ist durch eine Leitung 15, die in einer Nut des Saphirstabs 11 angeordnet ist,

»5 elektrisch leitend mit dem Körper 13 verbunden. Durch Änderung der Breite des Trennspaltes 8 kann der Hohlraumresonator 1 um etwa 5 % in der Frequenz verstimmt werden, ohne daß der Gütefaktor Q des Hohlraumresonators 1 sich störend ändert.

so Die verschiedenen Metallteile nach Fig. 1 sind vorzugsweise durch Diffusion miteinander verbunden. Bei einem Hohlraumresonator 1 nach der Erfindung für eine Wellenlänge von 0,8 mm beträgt die Höhe (Jt-Richtung) 0,15 mm, während die Breite des Trenn-

»5 spaltes 8 zwischen 0 und 90 μΐη veränderbar ist. Es wird dabei eine Verstimmung des Resonators um 5 % in der Frequenz erhalten. Die Metallteile bestehen aus Rotkupfer. Der Durchmesser des bewegbaren Körpers 10 beträgt 2 mm, die Nuten 14 und 14' in dem Körper 10 sind 0,1 mm tief und 0,2 mm breit, und die Mittellinien dieser Nuten 14 und 14' liegen in einem Abstand von 0,3 mm von der Mittellinie des Teilresonators 9.

Der Hohlraumresonator 1 ist auf die 12. Harmonisehe der Geschwindigkeitsmodulationsfrequenz des Elektronenstrahls abgestimmt. Der Hohlraumresonator 1 wird in dem TE₀₁₂-Schwingungsmodus angeregt. Für noch kürzere Wellen kann gegebenenfalls der TE₁₁₁, oder TE_n23-Modus verwendet werden, d. h.

die Abmessungen des Hohlraumresonators können größer ausgebildet werden, wodurch er mechanisch leichter herstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

i 49 i 386 Patentansprüche

1. Klystronröhre mit einem abstimmbaren Hohlraumresonator, der von einem Elektronenstrahl durchlaufen und mit einem Wellenleiter verbunden ist und aus einem leitenden Körper untl einem gegenüber diesem Körper zwecks Abstimmung senkrecht zum Elektronenstrahl bewegbaren leitenden Körper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumresonator (1) rechteckigen Querschnitt autweist, sich senkfecht zur Richtung des Elektronenstrahls und in den bewegbaren Körper (10) um (2/i + I)/.'4 als Teilresonator (9) hinein erstreckt und der Trennipalt (8) zwischen den beiden den Hohlraumresonator (1) bildenden Körpern (18, 10) von dem an den Wellenleiter gekoppelten Ende einen Abstand von (2m +■ Ι)λ/4 aufweist, wobei η die Werte I), 1,2... und m die Werte 1, 2, 3... annehmen kann.

2. Klystronrohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Körper (10) zwei parallel zur größeren Rechteckseite des Hohlleiterquerschnittes verlaufende als Wellenfalle wirkende Nuten (14, 14') aufweist.