DE1491455C - Anordnung zur Umwandlung von Mikrowellenenergie in elektrische Gleichstromenergie mit einer Elektronenstrahlröhre - Google Patents

Description

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- aus der Strahlachse drückt sich entweder unmittelbar kennzeichnet, daß der Koppelteil ein verdrillter in einer gleichmäßigen Erhöhung der Triftgeschwin-Hohlleiter rechteckigen Querschnitts ist, hinter 45 digkeit der Elektronen aus oder wird in eine entdem unmittelbar die Abbremselektrode ange- sprechende Geschwindigkeitserhöhung umgesetzt, ordnet ist. . Dadurch können sämtliche Elektronen des Elektronenstrahls gleichmäßig abgebremst werden, so daß die gesamte vom Strahl geführte Energie in Form

50 von Gleichstromleistung zurückgewonnen wird. Der

Wirkungsgrad der Anordnung hängt im wesentlichen nur von den Verlusten im Koppler ab und kann des-

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Um- halb Werte von über 90 Vo erreichen. Wandlung von Mtkrowellenenergie in elektrische Ein Elektronenstrahl, der in einem zur Elektronen-

Gleichstromenergie mit einer Elektronenstrahlröhre, 55 Strahlrichtung longitudinalen stationären homogenen welche einen Koppelteil zur Einkopplung der Mikro- Magnetfeld verläuft, wird bekanntlich mit sogenannwellenenergie auf den Elektronenstrahl und eine ten Transversalwellen moduliert, wenn ein transversal Einrichtung (Abbremselektrode) zum Abbremsen zur Elektronenstrahlachse gerichtetes Hochfrequenzdes mit der Mikrowellenenergie beaufschlagten Elek- feld auf den Elektronenstrahl einwirkt. Die Elektronenstrahls enthält. 60 tronenstrahlröhre einer erfindungsgemäßen Anord-

Seit einiger Zeit wird an dem Problem gearbeitet, nung kann mit derartigen Transversalwellen arbeiten, eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe von wobei zweckmäßig im Elektronenstrahl zunächst Mikrowellen zu erzielen. Die drahtlose Übertragung eine rasche Zyklotronwelle erzeugt wird, die durch großer Leistungen ist insbesondere für die Energie- eine Umkehr der magnetischen Feldstärkenchtung in Versorgung von Flugkörpern von wsentlicher Bedeu- 65 eine Synchronwelle umgewandelt wird, tung. Weiterhin kann eine Energieübertragung mit- An Stelle einer Modulation mit den bekannten

tcls Mikrowellen auch auf der Erde über große Transversalwellen kann eine erfindungsgemäße AnStrecken bedeutungsvoll werden. Ordnung nach einer zweiten Ausführungsform auch

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rein elektrostatisch, also ohne Magnetfeld, betrieben ler die strenge Beziehung zwischen Signal- und werden. Za diesem Zweck ist bei einer Anordnung Zyklotronfrequenz. Wenn man mit einem geringeren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Magnetfeld auskommen möchte, kann an Stelle des Koppelteil zwei zueinander paTÜlele, in Elektronen- Cuccia-Kopplers jeder andere bekannte Transversalstrahlrichtung fortlaufend miteinander verdrillte 5 wellenkoppler verwendet werden. Insbesondere Elektroden enthält, zwischen denen der Elektronen- kommt als Kopplungsorgan für eine schnelle Zyklostrahl verlauft, und daß die AbbremseleküOde eine tronwelle ein Koppler in Frage, der ein transversal zum ankommenden Strahl konkav gewölbte Fläche, zur Elektronenstrahlachse gerichtetes hochfrequentes insbesondre eine Kugelschale, bildet. elektrisches Feld führt, das zirkulär polarisiert ist.

An Hand der in den Figuren der Zeichnung dar- io Die zirkuläre Polarisation des elektrischen Wechselgestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung feldes ist notwendig, um eine Zyklotronwelle nur nachstehend näher erläutert werden: mit positiver Energie zu erzielen.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die Elektronenstrahl- Die Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführuiigsröhre einer erfindungsgemäßen Anordnung, unter die beispiel der Erfindung, bei der die Elektronenstrahlin Fig. 2 der Verlauf des Magnetfeldes gezeichnet 15 röhre ohne Magnetfeld arbeitet. Auf Grund der ist, der sich längs der Röhrenachse erstrecken soll. Abwesenheit des Magnetfeldes sind hier die Begriffe Ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, das von einer Zyklotron- und Synchronwelle nicht verwendbar. Kathode 1 und Fokussierungselektroden 2 gebildet Trotzdem läßt sich, ähnlich wie mit den bekannten ist, erzeugt einen Elektronenstrahl 3. Dieser Elek- Transversalwellenkopplern, erreichen, daß der Elektronenstrahl durchsetzt einen Koppelteil 4, der mit ao tronenstrahl 3 mit Hochfrequenzenergie moduliert Hochfrequenzenergie HF beaufschlagt wird. Auf den wird, ohne eine longitudinale Geschwindigkeitsver-Koppelteil 4 folgt eine Auffangelektrode 5. Die Auf- teilung erteilt zu bekommen. Hierfür wird vorgefangelektrode 5 ist mit einem Gitter 6 versehen, an schlagen, daß der Koppelteil 4 zwei zueinander pardem der Elektronenstrahl abgebremst wird. Der Kop- allele Elektroden enthält, denen die Hochfrequenzpelteil 4 ist vorteilhaft ein sogenannter Cuccia-KopD- »5 energie in gleicher Weise wie beim Cuccia-Koppler ler. Ein solcher besteht im einfachsten Fall aus zwei zugeführt wird und die in Elektronenstrahlrichtung in Elektronenstrahlrichtung parallel zur Strahlachse fortlaufend so miteinander verdrillt sind, daß die sich erstreckenden Elektroden, denen die Hoch- Elektronen zusätzlich zu ihrer Bewegung in Elekfrequenzenergie HF so zugeführt wird, daß sich zwi- tronenstrahlrichtung eine radiale Auslenkung aus der sehen den genannten Elektroden ein linear polari- 30 Strahlachse erfahren. Eine derartige Kopplung zwi siertes transversales elektrisches Feld ausbildet. Die sehen der Hochfrequenzenergie und dem Elektronen-Frequenz der Hochfrequenzenergie soll dabei im strahl wirkt sich so aus, daß der Strahl als Ganze;, wesentlichen der allgemein als Zyklotronfrequenz auf einem Kegelmantel rotiert. Um dit Energie der bezeichneten Umlauffrequenz der Elektronen in dem Elektronen in eine elektrische Gleichspannung umMagnetfeld B₁ (Fig. 2) entsprechen, welches am Ort 35 zuwandeln, ist es dann notwendig, daß die Abbremsdes Kopplers vorhanden ist. Der Cuccia-Koppler elektrode 5, 6 eine zum ankommenden Strahl geerzeugt dann im Elektronenstrahl eine Zyklotron- wölbte Fläche bildet; beispielsweise ist beim dargewelle positiver Energie, was sich darin äußert, daß stellten Ausführungsbeispiel der Auffänger 5 und die den Elektronen des Elektronenstrahls bei gleich- Abbremselektrode 6 eine Kugclschale. Die Abbremsbleibender Bewegung in Elektronenstrahlrichtung 40 elektrode 6 ist dabei so nah wie möglich an den eine Rotationsenergie zugeführt wird, welche der ein- Koppelteil herangeführt, weil wegen der Abwesengekoppelten Mikrowellenenergie entspricht. Diese heit eines magnetischen Führungsfeldes der Elek-Zyklotronweile wird anschließend in eine schnelle tronenstrahl sich nach Verlassen des Kopplers stark Synchronwelle durch eine Richtungsumkehr des aufweitet.

Magnetfeldes B₁ umgewandelt. Diese Magnetfeld- 45 Für den Koppelteil des in Fig. 3 dargestellten umkehr ist theoretisch an sich abrupt zu machen Ausführungsbeispiels eignet sich vorteilhaft ein Ge-Praktisch genügt es jedoch, daß die Umkehrlänge bilde, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Es handelt sich klein gegenüber der Zyklotronwellenlänge ist. Die dabei um einen Hohlleiter rechteckigen Querschnitts, Umwandlung der Zyklotronwellenlänge in eine Syn- der in Elektronenstrahlrichtung verdrillt ist. Die Verchronwelle bedeutet, daß die Rotationsenergie der 5° drillung ist so zu wählen, daß die Elektronen eine Elektronen sich in eine Erhöhung der longitudinalen ständige radiale Auslenkung aus der Strahlachse erGeschwindigkeit der Elektronen umsetzt. (Das fahren. Es müssen also während einer halben Periode Modell einer Synchronwelle ist bekanntlich ein der Hochfrequenzschwingung, die dem Koppelteil Elektronenstrahl, dessen Elektronen geradeaus ver- zugeführt wird, die Elektronen eine Verdrillung von laufen und der als Ganzes um seine Achse rotiert.) i>5 180° durchlaufen. Der verdrillte Hohlleiter hat Am Gitter 6 der Auffangelektrode 5 können somit zweckmäßig Resonanzcharakter, wobei seine Länge die Elektronen des Elektronenstrahls gleichmäßig auf etwa eine halbe Wellenlänge der Hochfrei|iieri7-NuII abgebremst werden, so daß die dem Elektronen- schwingung beträgt. Die Herstellung des in F i g. 4 strahl zugeführve Hochfrequenzenergic praktisch voll- gezeigten verdrillten Hohlleiters kann beispielsweise ständig zusammen mit der dem Strahl im Strahl- ^6o dadurch erfolgen, daß man einen geraden Hohlleiter erzeuger erteilten Energie als gleichgerichtete Lei- aus Kupfer mit Sand od. dgl. füllt und danach stung am Widerstand 7 gewonnen wird. schraubenförmig verdrillt. Eine weitere Herstelliings-

Die Verwendung eines Cuccia-Kopplers hat den methode kann darin bestehen, daß man einen Zinn-Vorteil, daß selbst dann keine wesentliche longitu- stab rechteckigen Querschnitts schraubenförmig verdinale Geschwindigkeitsverteilung im Elektronen- ⁶5 dreht und dann im elektrolytischen Bad mit Kupfer strahl auftritt, wenn dieser einen sehr großen Quer- bedeckt, worauf durch chemisches Herauslösen des schnitt hat. Andererseits besteht beim Cuccia-Kopp- Zinndorns der Koppler erhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

i 491 455 Bei den bisher bekannten Versuchen, große Lei-Patentansprüche: stungen mit Hilfe von Mikrowellen zu übertragen, p hat man unter anderem zur Gleichrichtung der

1. Anordnung zur Umwandlung von Mikro- Mikrowellenenergie eine elektrostatisch fokussierte wellenenergie üf elektrische Gleichstromenergie 5 Klystronröhre benutzt. Dabei wird der E ektronenmit einer Elektronenstrahlröhre, welche einen strahl des Klystrons mit der MücroweUenenerpe Koppelteil zur Einkopplung der MikroweUen- moduliert und anschließend durch Abbremsen des energie auf den Elektronenstrahl und eine Ein- Elektronenstrahls ein Teil der Mikrowellenleistung richtung (Abbremselektrode) zum Abbremsen des in Gleichenergie umgewandelt. Ein geschwindigkeitsmit der Mikrowellenenergie beaufschlagten Elek- io modulierter Elektronenstrahl, wie er bekanntlich in tronenstrahls enthält, dadurch gekenn- Klystrons auftritt, weist allerdings eine longitudinal ζ e i c h η e t, daß der Koppelteil der Elektronen- Geschwindigkeitsverteilung auf, so daß dadurch der strahlröhre bei Anwesenheit eines longitudinal in Wirkungsgrad der Umwandlung von Mikrowellen-Elektronenstrahlrichtung verlaufenden homoge- energie in Gleichenergie von vornherein begrenzt ist. nen Magnetfeldes ein Koppler für eine schnelle 15 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zyklotronwelle ist, auf welchen wine Umkehr Anordnung zur Umwandlung von Mikrowellenenergie der magneüschen Feldstärkenchtung in der Weise in Gleichenergie mit Hilfe einer blektronenstranlfolgt, daß die Zyklotronwelle sich in eine Syn- röhre zu schaffen, deren Wirkungsgrad nicht durch chronwelle umwandelt. eine longitudinal Geschwindigkeitsverteilung der

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 10 Strahlelektronen beschränkt ist. Zur Losung dieser kennzeichnet, daß der Zyklotronwellenkoppler Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs erein Cuccia-Koppler mit Resonanzeigenschaft ist. wähnten Art gemäß einer ersten Ausfuhrungsform

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- der Erfindung vorgeschlagen, daß der Koppelteil dor kennzeichnet, daß der Zyklotronwellenkoppler Elektronenstrahlröhre bei Anwesenheit eines longiaus einem Wellenleiter besteht, der ein trans- »5 tudinal in Eelektronenstrahlnchtung verlaufenden versal zur Elektronenstrahlachse gerichtetes elek- homogenen Magnetfeldes ein Koppler fur eine trisches Feld führt, das zirkulär polarisiert ist. schnelle Zyklotrünwelle ist, auf welchen eine Um-

4. Anordnung zur Umwandlung von Mikro- kehr der magnetischen Feldstärkenchtung in der wellenenergie in elektrische Gleichstromenergie Weise folgt, daß die Zyklotronwelle sich in eine mit einer Elektronenstrahlröhre, welche einen 30 Synchronwelle umwandelt. Der Zyklotronwellen-Koppelteil zur Einkopplung der Mikrowellen- koppler kann dabei vorteilhafterweise ein Cucciaenergie auf den Elektronenstrahl und eine Ein- Koppler mit Resonanzeigenschaft sein.

richtung (Abbremselektrode) zum Abbremsen des In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,

mit der Mikrowellenenergie beaufschlagten Elek- daß der Zyklotronwellenkoppler aus einem Wellen-

tronenstrahls enthält, dadurch gekennzeichnet, 35 leiter besteht, der ein transversal zur Elektronen-

daß der Koppelteil zwei zueinander parallele, in Strahlachse gerichtetes elektrisches Feld führt, das

Elektronenstrahlrichtung fortlaufend miteinander zirkulär polarisiert ist.

verdrillte Elektroden enthält, zwischen denen der Eine erfindungsgemäße Anordnung hat den Vor-Elektronenstrahl verläuft, und daß die Abbrems- teil, daß bei der Einkopplung der Mikrowellen elektrode eine zum ankommenden Strahl konkav 40 energie auf den Elektronenstrahl im wesentlichen gewölbte Fläche, insbesondere eine Kugelschale, keine longitudinale Geschwindigkeitsverteilung einbildet, tritt. Die dem Elektronenstrahl erteilte Ablenkung