DE1541928B2 - Laufzeitrohre fur breites Frequenz band - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitröhre , Weiterhin ergab sich die Aufgabe eine solche Lauffür ein breites Frequenzband, bestehend aus einem ' zeitröhre für ein breites Frequenzband zu erhalten, Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelek- die gegenüber den bekannten Röhren noch den zutrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten sätzlichen Vorteil aufweist, daß ihre Eingangs- und Führung eines Elektronenstrahls über eine größere 5 Ausgangskreise unabhängig voneinander getrennt Wegstrecke und mit Ein- und Auskoppelvorrichtun- eingestellt werden können, so daß die Röhre gen versehenen, mit dem Elektronenstrahl gekoppel- flexibler ist.

ten Wechselwirkungsstrecken, die in eine Mehrzahl Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch von Bereichen unterteilt sind, deren elektrische Eigen- eine Laufzeitröhre der eingangs genannten Art daschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich io durch gelöst, daß zwei unabhängige Wechselwirsind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgege- kungsstrecken vorgesehen sind, deren Bereiche derart benen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfol- ausgebildet sind, daß beim Durchlaufen der Wechseigenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen. Wirkungsstrecken die elektrischen Eigenschaften der

Es sind bereits früher erhebliche Anstrengungen aufeinanderfolgenden Bereiche sich mit dem Loga-

untemommen worden, die Bandbreite von Mikro- 15 rithmus der Frequenz periodisch wiederholen und die

wellenröhren zu erhöhen. beiden Wechselwirkungsstrecken koaxial derart zu-

Mikrowellenleistungsröhren, wie beispielsweise einander angeordnet sind, daß die Bereiche, bei Elektronenstrahlröhren, die mit Geschwindigkeits- denen sich die wiederholenden elektrischen Eigen- und/oder Strahlstromdichtemodulation arbeiten und schäften bei der höchsten Frequenz des vorgegebenen zu denen auch Klystrons und Wanderfeldröhren ge- 20 Frequenzbandes einstellen, einander zugewandt sind, hören, stellen üblicherweise einen Kompromiß zwi- Im Rahmen dieser Beschreibung sollen die Aussehen Ausgangsleistung und Bandbreite dar. Man drücke »logarithmisch-periodisch« oder »auf logakann beispielsweise mit einem der bekannten rithmisch-periodische Weise« auf eine Aufeinandergeschwindigkeitsmodulierten Mehrkammerklystrons folge von Bereichen einer Wechselwirkungsstrecke Ausgangsleistungen bis hinauf zu mehreren Megawatt 25 angewendet werden, die so dimensioniert und angeerzielen, jedoch beträgt dabei die relative Bandbreite ordnet sind, daß sich ihre elektrischen Eigenschaften, nur etwa 10%. Die Ausgangsleistung üblicher Wan- ihre Imperanzen, mit dem Logarithmus der Betriebsderfeldröhren ist dagegen niedriger, jedoch ist ihre frequenz periodisch wiederholen, also beispielsweise Bandbreite größer. Man kann auch Klystrons und mit dem Logarithmus der Eingangsfrequenz. In ande-Wanderfeldröhren miteinander kombinieren, um die 30 ren Worten ergibt sich dadurch, daß beim Auftragen Bandbreiten zu erhöhen. Dann muß man aber Ein- def Frequenzen, bei denen sich die gleichen elekbußen an anderen wichtigen Kenngrößen wie Aus- irischen Eigenschaften ergeben, auf einer logarithgangsleistung, Frequenzunabhängigkeit der Ausgangs- misch geteilten Frequenzskala diese Punkte gleiche leistung, Verstärkung usw. in Kauf nehmen. Durch Abstände aufweisen.

die Entwicklung immer komplizierterer elektronischer 35 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfin-

Apparaturen und Anlagen wächst daher laufend der dungsgemäßen Laufzeitröhre sind die Wechselwir-

Bedarf nach einer einzigen Röhre, die ein breites kungsstrecken kegelstumpfförmig ausgebildet und mit

Frequenzband besitzt und innerhalb dieses Frequenz- ihren verjüngten Enden einander zugewandt,

bandes eine gleichmäßig hohe Ausgangsleistung ab- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Röhre

gibt. Weiterhin besteht ein Bedarf an einer Verstär- 40 nach der Erfindung sind die einander zugewandten

kerröhre, deren Eingangs- und Ausgangskreise unab- Enden der beiden Wechselwirkungsstrecken durch

hängig voneinander getrennt eingestellt werden kön- ein zylindrisches Zwischenstück miteinander ver-

nen, so daß die Röhre flexibler ist, was die Entwick- bunden, wobei die Umhüllung dieses Zwischenstücks

lung neuer Anlagen erleichtert. auch zur Halterung der Wechselwirkungsstrecken

In der britischen Patentschrift 961 964 wurde eine 45 dienen kann.

Klystron-Verstärkerröhre beschrieben, die vier Hohl- Andere vorteilhafte Ausführungsformen umfassen raumresonatoren aufweist, die nacheinander von Röhren, bei denen eine oder beide Wechselwirkungseinem Elektronenstrahl durchsetzt werden. Die Reso- strecken als Verzögerungsleitung, als Wendelleitung nanzfrequenzen aufeinanderfolgender Hohlraumreso- oder als Doppelkammleitung ausgebildet oder aus natoren steigen dabei in einer Richtung stetig (mono- 50 Hohlraumresonatoren aufgebaut sind,
ton) an. Der Gütefaktor Q bei Belastung nimmt dabei Vorzugsweise weist die Halterung für jede bei den niedrigen Frequenzen ab und steigt dann bei Wechselwirkungsstrecke ein Abschlußglied auf.
den höheren Frequenzen an. Die Gütefaktoren aller Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lauf-Hohlraumresonatoren sind daher verschieden vonein- zeitröhre mit kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsander. Der Wirkungsgrad dieser Röhre ist bei den 55 strecken sind diese derart zueinander angeordnet, daß einzelnen Frequenzen unterschiedlich. die Spitzen der zu einem vollen Kegel ergänzten

In der französischen Patentschrift 969 886 wird Kegelstümpfe in einem gemeinsamen Punkt liegen,

eine Laufzeitröhre mit Wendelleitung beschrieben, Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre wird beson-

für die eine Vergrößerung der Bandbreite auf maxi- ders vorteilhaft als Vorwärtswellenverstärker vermal den zweifachen Wert angegeben wird. Bei einer 60 wendet. Durch die beiden Wechselwirkungsstrecken Ausführungsform dieser Laufzeitröhre mit Wendel- geht ein Elektronenstrahl hindurch, dessen effektive leitung steigt der Durchmesser dieser Wendelleitung Wechselwirkungseigenschaften sich in Kombination in Richtung vom Elektronenstrahlerzeugersystem zur mit den Wechselwirkungsstrecken ebenfalls logarith-

Auffangelektrode stetig an. misch periodisch ändern, und zwar derart, daß die Es ergab sich die Aufgabe, eine Laufzeitröhre zu 65 Änderungen in den Wechselwirkungsstrecken und schaffen, die ein breites Frequenzband besitzt und dem Elektronenstrahl gleichsinnig verlaufen. Im beinnerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig sonderen weist eine bevorzugte Ausführungsform der

hohe Ausgangsleistung abgibt. Erfindung zwei kegelstumpfartige Verzögerungslei-

tungen auf, wie sie in Wanderfeldröhren verwendet werden. Die Abmessungen der aufeinanderfolgenden Bereiche dieser Verzögerungsleitungen nehmen nach einer geometrischen Prozession ab. Diese beiden kegelstumpfartigen Verzögerungsleitungen sind so aneinander gesetzt, daß sie mit ihren kleineren Stirnflächen aneinanderstoßen, so daß sie mit einem konisch ausgebildeten Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten können, der durch die beiden Ver-

aneinander an. Eine solche Laufzeitröhre kann als eine bikonische Röhre betrachtet werden, da die beiden logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken eine kegelstumpfförmige Gestalt haben. Eine 5 solche bikonische Röhre ist in F i g. 1 dargestellt. Die bikonische Röhre 113 weist einen Kolben 114 auf, der zwei logarithmisch-periodische Abschnitte 115 und 115' enthält. In jedem der beiden Abschnitte 115 und 115' befindet sich eine logarithmisch-perio-

zögerungsleitungen hindurchgeht. In eine der beiden to dische Wechselwirkungsstrecke, die ein Wellenleiter Verzögerungsleitungen wird ein Eingangssignal ein- oder eine Verzögerungsleitung sein kann oder aus gekoppelt, das in Abhängigkeit von der Frequenz des gekoppelten Hohlraumresonatoren aufgebaut sein Eingangssignals einen bestimmten Bereich der Ver- kann und die weiterhin als Stegleitung oder als Dopzögerungsleitung selektiv erregt. Dadurch wird der pelkammleitung ausgebildet sein kann, die aber auch Elektronenstrahl moduliert. Der modulierte Elek- 15 eine Bifilar-Leitung oder eine Wendelleitung sein tronenstrahl gelangt in die andere Verzögerungslei- kann. In der dargestellten Ausführungsform nach tung und erregt dort wieder einen ganz bestimmten F i g. 1 enthält jeder Kolbenabschnitt 115 und 115' Bereich, so daß der Elektronenstrahl seinerseits Lei- eine Wechselwirkungsstrecke, die jeweils als Wendelstung an die zweite Verzögerungsleitung abgibt, die leitung 116 und 116' ausgebildet sind. Die Wendelals verstärkte Ausgangsleitung von der Röhre abge- 20 leiter 116' und 116 sind kegelstumpfförmig ausgenommen wird. bildet und durch ein zylindrisches Abschlußglied 117

Der Ausdruck »logarithmisch-periodisch« wird bzw. 117' in Form einer Wendel abgeschlossen,
also auf die Wechselwirkungsstrecke und/oder den Die Wendelleitungen 116 und 116' sind derart

Elektronenstrahl angewendet, sofern sich die Kenn- koaxial angeordnet, daß ihre Abschlußglieder 117, größen periodisch nach einer geometrischen Reihe 25 117' aneinanderstoßen. Die beiden Wendelleitungen ändern. Diese Änderungen hängen zu einem großen definieren daher einen Elektronenstrahlkanal 118, Teil von den Abmessungen ab. Betrachtet man bei- der axial durch die Wendelleitungen hindurchgeht, spielsweise eine Wechselwirkungsstrecke aus einer Der Kolben 114 weist ein zylindrisches Mittelstück Anzahl von Hohlraumresonatoren, wie sie in KIy- 119 auf, in dem die Abschlußglieder 117 und 117' strons verwendet werden, so ist jeder Hohlraumre- 30 untergebracht sind. Dort, wo der Kolben 114 dem sonator ein genaues Ebenbild des vor ihm angeord- Verlauf der beiden konisch gewickelten Wendelleineten Resonators, nur sind die wesentlichen Abmes- tungen 116 und 116' folgt, nimmt er die Gestalt sungen aller Einzelteile um den »logarithmisch- zweier Kegelstümpfe an, die an ihren Enden mit dem periodischen« Faktor ρ, beispielsweise 0,9, verklei- geringeren Durchmesser durch das zylindrische Mitnert oder vergrößert worden. In dieser Beziehung 35 telstückll9 miteinander verbunden sind. Die Wehwerden auch die Durchmesser und die Längen der delleitungen 116 und 116' sind kegelstumpfförmig Driftröhren zwischen zwei Hohlraumresonatoren ausgebildet und so angeordnet, daß ihre hochfrekleiner, und durch die Verringerung aller Abmessun- quenten Enden, also ihre Enden mit dem kleineren gen nimmt auch die Breite aufeinanderfolgender Durchmesser einem zylindrischen Teil gegenüber-Wechselwirkungsspalte ab. Betrachtet man eine Ver- 40 stehen, welcher die Abschlußglieder 117 und 117' zögerungsleitung, wie beispielsweise eine Wendel, die enthält, die an die Wendelleitung 116 und 116' anein Spezialfall einer periodischen Wechselwirkungs- gesetzt sind. Auch der Elektronenstrahlkanal 118' strecke ist, so nehmen die Durchmesser aufeinander- hat die Gestalt zweier Kegelstümpfe, die sich mit den folgender Windungen laufend ab, während die Dichte Stirnflächen von kleinerem Durchmesser gegenüberder Windungen immer größer bzw. die Steigung der 45 stehen und durch ein zylindrisches Zwischenstück Windungen immer kleiner wird. Man kann auch die miteinander verbunden sind.

Dicke des Wendeldrahtes fortlaufend verringern. Der Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre kann außer-

Elektronenstrahl, der die Wechselwirkungsstrecken ordentlich vielseitig ausgelegt werden. Es ist daher durchsetzt, läuft in der gleichen Richtung wie die nicht notwendig, daß die konischen Abschnitte 115 Wechselwirkungsstrecke konisch zusammen, d. h., 50 und 115' gleiche Wechselwirkungsstrecken enthalten, sein Querschnitt ändert sich in dergleichen Richtung In die Abschnitte 115 und 115' können vielmehr die ._.!. _,_ . ^ 1 ·.. ,. *τ, ,.... ■, ... .. , verschiedensten Wechselwirkungsstrecken eingesetzt

werden, die sich ebenfalls in ihren wesentlichen Abmessungen unterscheiden können. Die beiden Wech-55 selwirkungsstrecken 116 und 116' können beispielsweise verschieden lang sein, unterschiedliche logarithmisch-periodische Faktoren aufweisen usw. So kann beispielsweise die eine Wechselwirkungsstrecke aus gekoppelten Hohlraumresonatoren bestehen,

findungsgemäßen Laufzeitröhre mit Wechselwir- 60 während die andere Wechselwirkungsstrecke eine kungsstrecken, bei denen zwei Doppelkamm-Leitun- Wendelleitung sein kann. Wenn die eine der beiden gen verwendet sind.

Ausführungsformen der Erfindung als bikonische Laufzeitröhre mit zwei logarithmisch-periodischen

wie der Querschnitt der Wechseiwirkungsstrecken.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

F i g. 1 zeigt, wie zwei Wendelleiter zum Aufbau der beiden Wechselwirkungsstrecken zusammengesetzt werden können;

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der er-

Wechselwirkungsstrecken aus gekoppelten Resonatoren besteht, können die einzelnen Hohlraumresonatoren entweder einzeln oder insgesamt mit zwei

Wechselwirkungsstrecken sind in den F i g. 1 und 2 65 Übertragungsleitungen verbunden werden. Man kann dargestellt. Diese bikonischen Wechselwirkungs- aber auch einzelne Abschnitte der Wechselwirkungsstrecken sind koaxial zueinander angeordnet und strecken abwechselnd mit zwei Übertragungsleistoßen vorzugsweise mit ihren hochfrequenten Enden tungen verbinden.

, Jede der beiden Wendelleitungen 116 und 116' ist mit einem bekannten Trennstück 120 und 120' versehen, die dazu dienen, die beiden Wendelleitungen elektrisch voneinander zu isolieren. Diese beiden Trennstücke 120,120' befinden sich an den Enden der Wendelleitungen, die sich gegenüberliegen. Die Wendelleitung 116 ist an ihrem anderen Ende mit einer Kopplungsvorrichtung 121 versehen, die als Eingang für die Röhre 113 dient. Die Wendelleitung 116' ist an ihrem anderen Ende mit einer Ausgangskopplungsvorrichtung 122 versehen..

Um einen Elektronenstrahl 118 zu erzeugen, der durch den Elektronenstrahlkanal 118' hindurchgeht, ist am Eingangsende der Röhre 113 eine Elektronenkanone 85 vorgesehen. Am anderen Ende ist die Elektronenstrahlröhre 113 mit einer Auffangelektrode 86' ausgerüstet. Die Elektronenkanone 85 ist nur ein Beispiel einer bekannten geeigneten Strahlkathode. Eine andere Strahlkathode ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 046 442 beschrieben. In diesem Zusammenhang wird noch auf das Buch »Theory and Design of Electron Beams« von J. R. Pierce verwiesen, das 1949 im Verlag Nostrand & Co., Inc., N. Y., erschienen ist. In der F i g. 1 weist die Elektronenkanone 85 einen Isolierzylinder 87 auf, der konzentrisch an der Stirnwand 88 des Kolbens 114 montiert ist. Der Isolierzylinder 87 ist ebenfalls zum Elektronenstrahlkanal 118' konzentrisch angeordnet. An dem Isolierzylinder 87 ist eine Stirnwand 89 angebracht, welche die eigentliche Kathode 90 trägt. Es handelt sich um eine bekannte Kathode, deren elektronenemittierende Oberfläche aus einer Bariumverbindung besteht, die sich in einer Metallfritte befindet. Die Oberfläche 91 ist gekrümmt ausgebildet. Ihr Durchmesser ist gleich oder größer als der Durchmesser des Elektronenstrahlkanals 118'. Sie ist durch einen Zylinderstutzen 92 an der Stirnwand 89 befestigt. Zum Aufheizen der eigentlichen Kathode 90 ist ein elektrisches Heizelement 93 vorgesehen, durch das die Kathode auf Emissionstemperatur gebracht wird. Das Heizelement 93 weist Anschlußdrähte 94 und 94' auf, die isoliert durch die Stirnwand 89 hindurchgeführt sind. Diese Anschlußdrähte werden an eine Stromquelle,, wie beispielsweise an eine Batterie 95 angeschlossen.

Um die Elektronen emittierende Oberfläche 91 herum ist ein Fokussierungszylinder 96 angeordnet, der sich außen am Rand bei 97 erweitert. Dieser Fokussierungszylinder ist elektrisch mit der Stirnwand 89 verbunden. Konzentrisch zu diesem Fokussierungszylinder und konzentrisch zur Elektronenkanone 90 ist ein kreisförmiger Fokussierungsblock 98 angeordnet, der bei 99 einen aufgesetzten Kreisring aufweist. Der Fokussierungsblock stellt den Beginn des Elektronenstrahlkanals 118 dar. Die Fokussierungsbauteile 96 und 98 und ihre Oberflächen 97 und 99, die sich gegenüberstehen, sind so ausgebildet, daß ein elektrisches Feld zwischen ihnen einen solchen Verlauf hat, daß der Elektronenstrahl 118 in der gewünschten Form in den Elektronenstrahlkanal 118' eintritt.

Die Auffangelektrode 86' ist genauso wie die restlichen Teile der Elektronenstrahlröhre 113 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Man kann daher die Stirnwand 98 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle, wie beispielsweise mit dem negativen Pol der Batterie 100 verbinden, während die Wendeln und die Auffangelektrode 86' mit dem positiven Pol der Batterie 100 verbunden sind. Elektronen werden daher von der Oberfläche 91 emittiert und von den Fokussierungslinsen 96 und 98 sowie durch das elektrische Feld zwischen diesen Linsen so geformt, daß die Elektronen als Elektronenstrahl 118 den Elektronenstrahlkanal 118' durchsetzen und in der Auffangelektrode 86' aufgefangen werden: Um dem Elektronenstrahl in den beiden Röhrenteilen 115 und 115' den gewünschten konischen Verlauf zu geben, ist eine Magnetspule 123 vorgesehen, bei der die Windungsdichte, die Gestalt usw. passend gewählt sind. Die Auffangelektrode 86' kann aus einem Block mit einer Höhlung 102 bestehen, in der die Elektronen gesammelt werden, und kann mit einer Kühlvorrichtung versehen sein.

Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jede Wechselwirkungsstrecke 116 und 116' durch ein kurzes zylindrisches Abschlußglied 117 und 117' abgeschlossen ist. Auf diese Abschlußglieder 117 und 117' wird das logarithmisch-periodische Prinzip vorzugsweise nicht angewendet. Man kann jedoch auch auf einen Teil dieser Abschlußglieder einen modifizierten logarithmisch-periodischen Faktor anwenden. Die Abschlußglieder 117 und 117' rufen bei höheren Frequenzen eine bessere Wechselwirkung hervor.

Ein weiteres Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die theoretischen Spitzen der beiden kegelstumpfförmig ausgebildeten logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken im wesentlichen. zusammenfallen oder daß den beiden Wechselwirkungsstrecken 116, 116' eine theoretische Kegelspitze gemeinsam ist, die zwischen den beiden zylindrischen Abschlußgliedern 117 und 117' liegt. Die beiden zylindrischen Abschlußglieder 117 und 117' können als ein Stück einer Wechselwirkungsstrecke beschrieben werden, die zwischen den beiden logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken liegt. Die gesamte Länge dieser beiden Abschlußglieder sollte so groß wie die Länge der beiden konischen Wechselwirkungsabschnitte sein, die sie ersetzen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die beiden theoreti- sehen Kegelspitzen innerhalb gewisser Grenzen um einen gewissen Abstand voneinander entfernt liegen. Das führt für bestimmte Anwendung auf bessere Betriebseigenschaften. Die Trennstücke 120 und 120' sind in derjenigen Ebene angeordnet, in der die gemeinsame Kegelspitze liegt. Sie dienen dazu, die beiden Wechselwirkungsstrecken 116, 116' elektrisch voneinander zu trennen. Irgendwelche zusätzliche Resonanzstellen bei bestimmten Frequenzen werden durch diese beiden Trennstücke in dieser Ebene nicht hervorgerufen.

Während des Betriebes der Elektronenstrahlröhre 113 nach F i g. 1 wird dem Wendelleiter 116 über die Eingangskopplungsvorrichtung 121 ein Eingangssignal zugeführt. Dieses Signal erregt nun einen bestimmten Bereich des Wendelleiters 116. Wo dieser Bereich liegt, hängt von der Frequenz des Eingangssignals ab. In diesem Bereich findet nun eine Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl 118 und der Wendelleitung 116 statt, so daß vom Eingangssignal Energie an den Elektronenstrahl 118 abgegeben wird, wie es bei Wanderfeldröhren mit einem Wendelleiter üblich ist. Das verstärkte Signal läuft dann den Elektronenstrahl 118 entlang und gelangt in

die Ausgangswendel 116' der Elektronenstrahlröhre. Dort erregt der Elektronenstrahl wieder einen bestimmten Bereich der Wendelleitung und gibt Leistung an die Ausgangswendel 116' ab. Diese verstärkte Leistung wird über die Ausgangskopplungsvorrichtung 122 abgenommen. Welcher Bereich der Ausgangswendel 116' erregt wird, hängt wieder von der Frequenz des verstärkten Signals ab.

In der F i g. 2 ist ein Verstärker 124 dargestellt, der ebenfalls eine Ausführungsform der Erfindung ist. Der Verstärker 124 unterscheidet sich von der Laufzeitröhre 113 aus F i g. 1 in der Hauptsache dadurch, daß die logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken als Doppelkammleitungen ausgebildet sind. In der F i g. 2 sind zwei zusammenlaufende logarithmisch-periodische Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' in ein Gehäuse 126 eingesetzt. Da die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet sind, weist auch das Gehäuse 126 zwei kegelstumpfförmige Abschnitte 127 und 127' auf, in denen die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' eingesetzt sind.

Die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' sind gleichartig aufgebaut, so daß es genügt, nur eine zu beschreiben. Die Doppelkammleitung 125 weist eine Anzahl diskreter Elemente 128,129,130 und 131 auf, die in Längsrichtung bestimmte Abstände voneinander haben. Zwischen diesen Elementen sind von der anderen Seite her diskrete Elemente 132, 133, 134 und 135 angeordnet. Diese diskreten Elemente können verschieden ausgebildet sein. Es können beispielsweise Stege, Scheiben, Lochscheiben, Ringe, Zylinder usw. sein. Die diskreten Elemente der Doppelkammleitung der F i g- 2 sind kreisförmig ausgebildet und können als kurze Zylinder betrachtet werden. Die Elemente 128,129,130 und 131 der Doppelkammleitung sind an eine Übertragungsleitung 136 angeschlossen, die am kleineren Ende der Wechselwirkungsstrecke 125 zu einer Eingangskopplungsvorrichtung 137 führt. Die Elemente 132,133, 134 und 135 der Doppelkammleitung, die zwischen den zuerst genannten Elementen angeordnet sind, sind dagegen mit einer weiteren Übertragungsleitung 138 verbunden, die ebenfalls zur E.ingangskopplungsvorrichtung 137 führt. Wenn, man zwei sich gegenüberstehende Übertragungsleitungen 136 und 138 zur Verbindung mit verschiedenen Elementen einer Doppelkammleitung verwendet, so entsteht eine Gegentaktleitung. Die Wechselwirkungsstrecke 125 wird als der Eingangskreis des Verstärkers 124 bezeichnet. Die Wechselwirkungsstrecke 125', die ein Gegenstück zur Wechselwirkungsstrecke 125 ist und deren einzelne Elemente, dereq Übertragungsleitung und deren Ausgangskopplung 139 den entsprechenden Einzelteilen der Wechselwirkungsstrecke 125 nachgebildet sind, wird als Ausgangskreis des. Verstärkers. 124 betrachtet. Die Doppelkammleitungen.,. wie sie bei 125 und 125' dargestellt sind, werden üblicherweise in einem Frequenzgebiet betrieben, in dem sich die elektromagnetischen Wellen als Rückwärtswellen ausweiten. Bei diesen Frequenzen haben die Phasengeschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit verschiedene Vorzeichen, sind also, beispielsweise positiv und negativ.

Das Gehäuse 126. weist in seiner Mitte einen Driftabschnitt 140 auf, der die beiden sich gegenüberstehenden Gehäuseabschnitte 127 und 127' voneinander trennt. Im besonderen trennt der Driftabschnitt 140 auch die beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' voneinander, so daß die beiden Spitzen, die bei der Ergänzung der beiden Wechselwirkungsstrecken zu einem vollen Kegel entstehen, innerhalb des Driftabschnittes 140 zusammenfallen. Der axiale Abstand zwischen den beiden Wechselwirkungsstrecken 125 und 125' ist nicht größer als die Summe der Höhen derjenigen Kegel,

ίο durch die die kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecken ergänzt werden müssen, um einen vollständigen Kegel zu bilden. Man kann jedoch bei manchen Ausführungsformen diesen theoretischen Kegelspitzen einen gewissen Abstand voneinander geben, wie es bereits beschrieben wurde.

In der Ausführungsform nach F i g. 2 ist am Eingangskreis 125 eine Elektronenkanone 85 und am Ausgangsende eine Auffangelektrode 86 angeordnet. Die Elektronenkanone und die Auffangelektrode sind ähnlich ausgebildet, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Die Elektronenkanone 85 erzeugt einen Elektronenstrahl 118, der durch die Eingangswechselwirkungsstrecke 125, den Driftabschnitt 140 und die Ausgangswechselwirkungsstrecke 125' hindurchgeht, und in der Auffangelektrode 86 aufgefangen wird. Um den Elektronenstrahl 118 so zu fokussieren, daß er kegelstumpfförmig zusammenläuft, wie es bei 142 dargestellt ist, ist eine Magnetspule 141 vorgesehen, die ein veränderliches Magnetfeld erzeugt und deren Wicklungen ebenfalls kegelstumpfförmig angeordnet sind. In der entgegengesetzt gerichteten Wechselwirkungsstrecke 125' ruft die Magnetspule 141 ebenfalls ein Magnetfeld hervor, das dem Elektronenstrahl eine kegelstumpfförmige Gestalt gibt, wie es bei 143 dargestellt ist. Auf den genauen Querschnitt des Elektronenstrahls in dem Driftabschnitt 140, der mit 144 bezeichnet ist, kommt es dagegen nicht an. Es ist nur zweckmäßig, dem Elektronenstrahl dort eine zylindrische Gestalt zu geben, wenn der Elektronenstrahl auch an dieser Stelle eingeschnürt sein kann.

Die Laufzeitröhre nach F i g. 2 ist als Rückwärtswellenverstärker ausgebildet. Man kann die Röhre nach F i g. 2 jedoch als. Vorwärtswellenverstärker betreiben. Dann muß man nur die Eingangs- und die Ausgangskopplungsvorrichtung an diejenigen Enden der Übertragungsleitungen 136 und 138 anschließen, an denen die Wechselwirkungsstrecken den größeren Durchmesser aufweisen. Die Wirkungsweise einer solchen Röhre gleicht sich insofern — unabhängig davon, ob die Röhre als Vorwärtswellenröhre oder als Rückwärtswellenröhre betrieben wird — als ein Eingangssignal zwischen die. beiden Ubertragungsleitungen 136 und 138 eingekoppelt wird. Dieses Eingangssignal läuft durch die Wechselwirkungsstrecke 125 hindurch und auf die Elektronenkanone 85 bzw. auf das Kathodenende des Verstärkers 124 zu, bis es, einen Bereich der Wechselwirkungsstrecke erreicht hat, der von der Frequenz des Eingangssignals erregt werden kann. In diesem Bereich ist die Phasengeschwindigkeit der Welle in der Doppelkammleitung im wesentlichen synchron mit der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls. In diesem Bereich findet nun zwischen dem Elektronenstrahl und der Doppelkammleitung eine starke Wechselwirkung statt, so daß auf den Elektronenstrahl Leistung übertragen wird, was auf eine Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahls führt. Nun durchsetzt der Elek-

ίο

tronenstrahl den Driftabschnitt 140. In diesem Abschnitt findet eine Ballung des Elektronenstrahls statt. Diese Ballung des Elektronenstrahls führt zu einer Hochfrequenzverstärkung. Wenn nun der Elektronenstrahl einen Bereich in der Ausgangswechselwirkungsstrecke 125' erreicht, in der der geballte Elektronenstrahl wieder synchron mit der Phasengeschwindigkeit in der Wechselwirkungsstrecke wird, findet in diesem Bereich wiederum eine Wechselwir-

die gerade anliegende Frequenz des Eingangssignals bestimmt ist.

Dieser »fließende« Bereich kann einen oder mehrere aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren einer 5 Wechselwirkungsstrecke, einen Teil der Wendel nach Fig. 1 oder mehrere Ringe der Doppelkammleitung nach F i g. 2 umfassen. In einer aus Hohlraumresonatoren aufgebauten Wechselwirkungsstrecke kann ein vorgegebenes Eingangssignal einen oder mehrere kung statt, so daß verstärkte Hochfrequenzenergie in ίο Hohlraumresonatoren erregen, so daß dort Energie die Wechselwirkungsstrecke eingekoppelt wird, die an an den Elektronenstrahl abgegeben wird, während der Auskopplungsvorrichtung 139 abgenommen wer- die Erregung benachbarter Hohlraumresonatoren nur den kann. ■ schwach ist. An der Stelle, an der der Strahl wieder

Wo der Bereich der Eingangswechselwirkungs- Energie an die Wechselwirkungsstrecke abgibt, kann strecke 125 liegt, in dem die Wechselwirkung statt- 15 ein ähnlicher Bereich aus Hohlraumresonatoren defifindet, hängt von der Frequenz des Eingangssignals niert werden.

ab. Dieser Bereich wird nun in Übereinstimmung Die erfindungsgemäße Laufzeitröhre kann für

mit den Frequenzänderungen im Eingangssignal in Vorwärtswellen- und für Rückwärtswellenbetrieb anaxialer Richtung hin- und hergeschoben. Auch in der gepaßt werden. Je nachdem, ob das Eingangssignal Ausgangswechselwirkungsstrecke hängt die Stelle, an 20 vorwärts oder rückwärts läuft, wird der logarithder die Wechselwirkung stattfindet, davon ab, wo die mische Faktor kleiner oder größer als 1. Wählt man Wechselwirkung in der Eingangswechselwirkungs- einen Rückwärtswellenaufbau, bei dem die Wechselstrecke stattgefunden hat. Wirkungsstrecke am Kathodenende klein ist und zum Damit ist auch der Wechselwirkungsort in der Aus- Kollektor hin immer größer wird, wird der logarithgangswechselwirkungsstrecke von der Frequenz des 25 misch-periodische Faktor ρ größer als 1.
Eingangssignals abhängig. Der Ort der maximalen Man erhält erfindungsgemäß die besten Ergebnisse, Wechselwirkung in der Ausgangswechselwirkung- wenn man den logarithmisch-periodischen Faktor ρ strecke in einer festen Beziehung zum Ort der maxi- auf die beiden Wechselwirkungsstrecken mit Ausmalen Wechselwirkung in der Eingangswechselwir- nähme der Abschlußstücke anwendet. Der logarithkungsstrecke. Auch in der Ausgangswechselwirkungs- 30 misch-periodische Faktor braucht jedoch für die strecke bewegt sich der Bereich der maximalen beiden Wechselwirkungsstrecken oder auch in einer

einzelnen Wechselwirkungsstrecke nicht der gleiche zu sein. Wenn man beispielsweise eine Wechselwirkungsstrecke aus Hohlraumresonatoren aufbaut, die jeweils abwechselnd miteinander gekoppelt sind, können auf die abwechselnd miteinander gekoppelten Hohlraumresonatoren unterschiedliche logarithmische Faktoren angewendet werden. Bei den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können auch auf

strahlröhren anwendbar, bei denen ein Elektronen- 40 einzelne Wechselwirkungsabschnitte unterschiedliche strahl eine Wechselwirkungsstrecke durchsetzt und logarithmische Faktoren angewendet werden. Für dabei ein Eingangssignal verstärkt, so daß das ver- das Gesamtverhalten der erfindungsgemäßen Laufstärkte Eingangssignal mit der gewünschten Frequenz zeitröhren sind auch geringe Änderungen des logavon der Röhre abgenommen werden kann. Solche rithmischen Faktors von Bedeutung, der beispiels-Elektronenstrahlröhren können in bekannter Weise 45 weise zwischen 0,9 und 1,0 liegen kann. Bei einer als Frequenzumsetzer, als Verstärker oder als Steuer- erfindungsgemäßen Laufzeitröhre wurde ein logarithbare Impedanzen verwendet werden.

Die Erfindung ist daher auf die Kombination zweier logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken mit einem logarithmisch-periodischen Elektronenstrahl gerichtet, der die Wechselwirkungsstrecken durchsetzt, so daß sich die effektiven Wechselwirkungseigenschaften in axialer Richtung logarithmischperiodisch ändern. Dabei ist es gleichgültig, ob die Wechselwirkungsstrecken aus gekoppelten Hohlraumresonatoren bestehen oder als Stegleitung, als Wendel oder anderweitig ausgebildet sind. Während des Betriebs einer solchen Laufzeitröhre sucht sich das Eingangssignal auf Grund seiner Frequenz selber die Hohlraumresonatoren oder die Bereiche einer Wendel oder einer anderen Wechselwirkungsstrecke aus, in denen die Wechselwirkung stattfindet. Der Ort oder der Bereich der Wechselwirkung kann sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Eingangssignals in den Wechselwirkungsstrecken hin und her verschieben. Dieses kann man als ein »Fließen« der Wechselwirkungsbereiche beschreiben, wo der Ort, an dem die Wechselwirkung gerade stattfindet, durch

Wechselwirkung reversibel hin und her, und zwar im Gleichklang mit dem Bereich maximaler Wechselwirkung in der Eingangswechselwirkungsstrecke und in gleichmäßigem Abstand von diesem Bereich.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird der Elektronenstrahl in seiner Geschwindigkeit und/oder in seiner Strahldichte moduliert. Die Erfindung ist auf Elektronenmischer Faktor von 0,925 verwendet. Bevorzugte Werte liegen zwischen 0,90 und etwa 0,95.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelektrode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten Führung eines Elektronenstrahls über eine größere Wegstrecke und mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektrodenstrahl gekoppelten Wechselwirkungsstrecken, die in einer Mehrzahl von Bereichen unterteilt sind, deren elektrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich aufeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängige Wechselwirkungs-

strecken vorgesehen sind, deren Bereiche derart ausgebildet sind, daß beim Durchlaufen der Wechselwirkungsstrecken (116, 116'; 125, 125') die elektrischen Eigenschaften der aufeinanderfolgenden Bereiche sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen und die beiden Wechselwirkungsstrecken koaxial derart zueinander angeordnet sind, daß die Bereiche, bei denen sich die wiederholenden elektrischen Eigenschaften bei der höchsten Frequenz des vorgegebenen Frequenzbandes einstellen, einander zugewandt sind.

2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecken kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihren verjüngten Enden einander zugewandt sind.

3. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Enden der beiden Wechselwirkungsstrecken durch ein zylindrisches Zwischenstück (117) miteinander verbunden sind.

4. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der beiden Wechselwirkungsstrecken als Verzögerungsleitung (116, 116') ausgebildet sind.

5. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide der beiden Wechselwirkungsstrecken aus Hohlraumresonatoren aufgebaut sind.

6. Laufzeitröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung eine Wendelleitung (116) ist.

7. Laufzeitröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung eine Doppelkammleitung (125) ist.

8. Laufzeitröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (119) des zwischen den beiden Wechselwirkungsstrecken angeordneten zylindrischen Zwischenstücks zur Halterung der Wechselwirkungsstrecken dient.

9. Laufzeitröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (119) der beiden Wechselwirkungsstrecken (116, 116') für jede Wechselwirkungsstrecke ein Abschlußglied (117, 117') aufweist.

10. Laufzeitröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Wechselwirkungsstrecken (116, 116') derart zueinander angeordnet sind, daß die Spitzen der zu einem vollen Kegel ergänzten Kegelstümpfe in einem gemeinsamen Punkt liegen.

11. Laufzeitröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Vorwärtswellenverstärker.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen