DE1541930C - Laufzeitrohre fur breites Frequenz band - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufzeitröhre Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer für ein breites Frequenzband, bestehend aus einem eingangs genannten Laufzeitröhre dadurch gelöst, Elektronenstrahlerzeugersystem, einer Auffangelek- daß die Bereiche der Wechselwirkungsstrecke derart trode, einer Fokussieranordnung zur gebündelten ausgebildet sind, daß längs der Wechselwirküngs-Führuiig eines Elektronenstrahls über eine größere 5 strecke die elektrischen Eigenschaften der aufein-Wegstrecke und einer mit Ein- und Auskoppelvor- anderfolgenden Bereiche sich mit dem Logarithmus richtungen versehenen, mit dem Elektronenstrahl der Frequenz periodisch wiederholen,
verkoppelten Wechselwirkungsstrecke, die in eine Im Rahmen dieser Beschreibung sollen die Aus-Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, deren elek- drücke »logarithmisch-periodisch« oder »auf logatrische Eigenschaften bei unterschiedlichen Frequen- io rithmisch-periodische Weise« auf eine Aufeinanderzen gleich sind, wobei diese Frequenzen innerhalb folge von Bereichen einer Wechselwirkungsstrecke des vorgegebenen Frequenzbandes in räumlich auf- angewendet werden, die so dimensioniert und angeeinanderfolgenden Bereichen stetig ansteigen oder ordnet sind, daß sich ihre elektrischen Eigenschaften, abnehmen. Auf Grund der Wechselwirkung kann ihre Impedanzen, mit dem Logarithmus der Betriebsman beispielsweise über ein sehr breites Frequenz- 15 frequenz periodisch wiederholen, also beispielsweise band sehr hohe HF-Ausgangsleistungen erzielen. mit dem Logarithmus der. Eingangsfrequenz. In an-

Es sind bereits früher erhebliche Anstrengungen deren Worten ergibt sich dadurch, daß beim Auf-

unternommen worden, die Bandbreite von Mikro- tragen der Frequenzen, bei denen sich die gleichen

wellenröhren zu erhöhen. elektrischen Eigenschaften ergeben, auf einer loga-

Mikrowellenleistiingsröhren, wie beispielsweise 20 rithmisch geteilten Frequenzskala diese Punkte

Elektronenstrahlröhren, die mit Geschwindigkeits- gleiche Abstände aufweisen.

und/oder Strahlstromdichtemodulation arbeiten und . Die Wechselwirkungsstrecke wird von einem

■ zu denen auch Klystrons und Wanderfeldröhren ge- ' Elektronenstrahl durchsetzt, der mit einem oder

hören, stellen üblicherweise einen Kompromiß zwi- mehreren Bereichen der Wechselwirkungsstrecke in

sehen Ausgangsleistung und Bandbreite dar. Man 25 Wechselwirkung tritt. Wo diese Bereiche innerhalb

kann beispielsweise mit einem der bekannten der Wechselwirkungsstrecke liegen, hängt von der

geschwindigkeitsniodulierten ^ Mehrkammerklystrons Frequenz des Eingangssignals ab.

Ausgangsleistungen bis hinauf zu mehreren Mega- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

watt erzielen, jedoch beträgt dabei die relative weisen eine Anzahl von Hohlraumresonatoren mit Bandbreite nur etwa 10^υ/ι>. Die Ausgangsleistung 30' Wechselwirkungsspalten auf, wie sie von Klystrons

üblicher Wanderfeldröhren ist dagegen niedriger, je- her bekannt sind, so daß diese Hohlraumresonatoren

doch ist ihre Bandbreite größer. Man kann auch mit einem Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten

Klystrons und Wanderfeldröhren miteinander korn- können, der die Hohlraiimresonatoren durchsetzt,

binieren, um die Bandbreiten zu erhöhen. Dann muß Die Klystronresonatoren in der Wechselwirkungs-

man aber Einbußen an anderen wichtigen Kenn- 35 strecke unterscheiden sich durch ihre effektive Größe

großen wie Ausgangsleistung, Frequenzunabhängig- und durch ihre Resonanzfrequenz voneinander, und

keit der Ausgangsleistung, Verstärkung usw. in Kauf zwar derart, daß die Klystronresonatoren nach einer

nehmen. Durch die Entwicklung immer komplizier- geometrischen Progression von einem Ende der

terer elektronischer Apparaturen und Anlagen wächst Wechselwirkungsstrecke zum anderen Ende hin

daher laufend der Bedarf nach einer einzigen Röhre, 40 immer kleiner werden. Dabei können die Abmes-

die ein.breites Frequenzband besitzt und innerhalb sungen der Hohlraumresonatoren und der Wechsel-

dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig hohe Aus- wirkurigsspalte unterschiedlich sein. Vorteilhaft ist

gangsleistung abgibt. dabei eine Form, bei der die Wechselwirkungsstrecke

In der britischen Patentschrift 961 964 wurde eine über einen großen Teil ihrer Länge kegelstumpf-

Klystron-Verstärkerröhre beschrieben, die vier Hohl- 45 förmig ausgebildet, ist.

raumresonatoren aufweist, die nacheinander von Andere vorteilhafte Ausführungsformen der ereinem Elektronenstrahl durchsetzt werden. Die Re- findungsgemäßen Laufzeitröhren umfassen Röhren, soiianzfrequenzen aufeinanderfolgender Hohlraum- bei denen die Wechselwirkungsstrecke eine Verzögeresonatoren steigen dabei in einer Richtung stetig, rungsleitung, insbesondere eine Wendelleitung, eine (monoton) an. Der Gütefaktor Q bei Belastung 50 Wendelleitung mit vom Eingangsende zum Ausgangsnimmt dabei bei den niedrigen Frequenzen ab und ende abnehmendem Durchmesser, eine kegelstumpfsteigt dann bei den höheren Frequenzen an. Die förmige Wendelleitung oder eine Wendelleitung, Gütefaktoren aller Hohlraumresonatoren sind daher deren Windungsdichte zum Ende mit dem kleineren verschieden voneinander. Der Wirkungsgrad dieser Durchmesser hin zunimmt, umfaßt.
Röhre ist bei den einzelnen Frequenzen unterschied- 55 Bei einer Wechselwirkungsstrecke aus Hohlraumlich. . resonatoren wird jeder Hohlraumresonator yorzugs-

In der französischen Patentschrift 969 886 wird weise dem vor ihm angeordneten Hohlraumresonator

eine Laufzeitröhre mit Wendelleitung beschrieben, ähnlich gemacht, jedoch so, daß die wesentlichen

für die eine Vergrößerung der Bandbreite auf maxi- Abmessungen größer oder kleiner gewählt werden,

mal den zweifachen Wert angegeben wird. Bei einer 60 Das Ergebnis hiervon ist, daß die einzelnen Hohl-

Ausführungsform dieser Laufzeitröhre mit Wendel- raumresonatoren der Wechselwirkungsstrecke unter-

leitung steigt der Durchmesser dieser Wendelleitung schiedliche Resonanzfrequenzen besitzen, derart, daß

in Richtung vom Elektronenstrahlerzeugersystem zur die Differenzen ihrer Resonanzfrequenzen eine

Auffangelektrode stetig an. Serienprogression bilden. Bei einer als Wendelleitung

Es ergab sich die Aufgabe, eine Laufzeitröhre zu 65 ausgebildeten Verzögerungsleitung werden beispiels-

schalTen, die ein breites Frequenzband besitzt und weise die Durchmesser der aufeinanderfolgenden

innerhalb dieses Frequenzbandes eine gleichmäßig Windungen immer kleiner gemacht, während die

hohe Ausgangsleistung abgibt. Windungsdichte laufend anwächst. Das logarith-

misch-periodische Prinzip ist bereits auf Antennen angewendet worden. Hierzu sei auf den Aufsatz »Broadband Backward Wave Antennae« von M ayes verwiesen, der in der Zeitschrift »The Microwave Journal«, Januar 1963,Bd. VI₁Nr. I erschienen ist. Dort sind auch weitere Literaturstellen angegeben worden. . . , -

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform¹ der Erfindung, die als logarithmisch-periodischer Klystronverstärker ausgebildet ist;

Fig..2 ist ein Längsschnitt durch eine andere, ebenfalls sehr günstige Ausführungsform der Erfindung, bei der das- logarithmisch-periodische Prinzip auf eine Wanderfeldröhre angewendet worden ist.

In der F i g. 1 ist dargestellt, wie das logarithmischperiodische Prinzip auf einen Klystronverstärker 10 angewendet worden ist. Der Klystronverstärker 10 weist eine Wechselwirkungsstrecke auf, die aus einer Anzahl zylindrischer, koaxial angeordneter Klystronhohlräumresonatoren aufgebaut ist, die mit 11 bis 21 bezeichnet sind. Diese Hohlrauniresoiiatoren 11 bis 21 sind in Fig. 1 innerhalb eines sich konisch verjüngenden Gebietes 22 angeordnet. Die Wechselwirkungsstrecke aus gekoppelten Hohiraumresonatoren innerhalb des Gebietes 22 beruht auf einer logarithmischen Progression, nach der sich die Betriebseigenschaften der aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren bezüglich ihrer Resonanzfrequenzen geometrisch progressiv ändern. Bei' einer Ausführungsform der Erfindung wird die logarithmische Periodizität und die geometrische Progression in einer Richtung angewendet, derart, daß zwei aufeinanderfolgende Hohlraumresonatoren Ebenbilder voneinander sind, nur daß wesentliche Dimensionen des nachfolgenden Hohlraumresonators gegenüber den entsprechenden Dimensionen des vorstehenden Hohlraumresonators um einen konstanten Faktor ver-. kleinert worden sind, der mit »o« bezeichnet werden Y kann. Es ist günstig, wenn man diese logarithmische \) Periodizität mit geometrischer Progression in dem Klystronverstärker über eine größere Anzahl aufeinanderfolgender Hohlraumresonatoren fortsetzt, und zwar vorzugsweise über mehr als drei Hohlraumresonatoren. Wenn man beispielsweise den logarithmischen Faktor ρ auf die Durchmesser der Hohlraumresonatoren anwendet, führt dieses zuerst auf einen Hohlraumresonator mit de,m relativen Durchmesser von I₁ auf den ein Hohlraumresonator mit dem relativen Durchmesser von 0,9 folgt. Der nächstfolgende Hohlraumresonator weist dann einen relativen Durchmesser von 0,81 auf. Man kann bei diesem Beispiel die geometrische Progression oder den.logarithmischen Faktor « als 0,9 definieren.·Man kann aber auch sagen, daß längs der Wechselwirkungsstrecke eine kontinuierliche 10%ige Abnahme erfolgt. Der gleiche Faktor wird auf alle wesentlichen Dimensionen der Hohlraumresonatoren in der geometrischen Progression angewendet.

Bei einer Ausführungsform einer Wechselwirkungsstrecke, auf die das logarithmisch-periodische Prinzip angewendet worden ist, weisen die Hohlraumresonatoren 11 bis 21 jeweils paarweise gemeinsame Stirnwände 23 bis 32 auf, deren Durchmesser im Hinblick auf die Seitenwandung 33 laufend abnehmen. Da nun die Durchmesser der Stirnwände und auch die Abstände zwischen ihnen laufend abnehmen, nimmt die Seitenwand 33 als Rotationsfläche eine konische oder eine kegelstutnpfförmige Gestalt an. Diese konische Gestalt, die in der Fig. 1 der Klarheit wegen übertrieben stark dargestellt ist, kommt dadurch zustande, daß der Durchmesser des Klystronyerstärkers am Eingangsende 34 groß ist und auf das Ausgangsende 35 des Klystronverstärkers 10 hin immer

ίο weiter abnimmt. Jeder Hohlraumresonator kann schrittweise kleiner als der vorhergehende Hohlraumresonator gemacht werden, so daß die gesamte Außenwand durch eine Anzahl kurzer zylindrischer Seitenwände 33 gebildet wird. Diese schrittweise Verkleinenmg stellt dann eine geometrische Progression und keine Näherung mehr dar.

Diese geometrische Progression füllrt auf Hohlraumiesonatoren, deren Dichte bzw. deren Anzahl pro Einheitslänge der Wechselwirkungsstrecke vom Eingangsende 34 zum Ausgangsende 35 hin laufend zunimmt. So ist beispielsweise der Abstand zwischen den Stirnwänden 24 und 25 kleiner als der entsprechende Abstand zwischen den Stirnwänden 23 und 24. Die Hohiraumresonatoren 11 bis 21 weisen noch als integralen Resonatorbestaridrdl kurze, quer verlaufende Zylinderstücke 36 bis 46 auf, die als Driftröhren wirken, wie sie von Klystrons her bekannt sind. Jedes dieser Zylinderstücke weist von den daneben angeordneten Zylinderstiicken einen gewissen Abstand auf, so daß zwei Sich gegenüberstehende Zylinderstücke Wechselwirkungsspalte 47 bis 57 bilden, die bei Klystrons üblich sind. Die kurzen Zylinderstücke 36 bis 46 begrenzen zusammen einen längs verlaufenden Elektronenstrahlkanal 58. Die Länge der kurzen Zylinderstücke 36 bis 46 nimmt nach einer geometrischen Progression ab, so daß auf die Breite der Wechselwirkungsspalte 47 bis 57 zwischen zwei sich gegenüberstehenden kurzen Zylinderstiicken ebenfalls eine geometrische Progression angewendet ist, als ihre Breite vom Eingangseiide 34 zum Ausgangsende 35 der Röhre 10 hin ebenfalls kleiner wird. Die Breite der Wechselwirkungsspalte nimmt . logarithmisch ab und wird in der gleichen Weise wie die Hohlraumresonatoren nach einer geometrischen

Progression kleiner. ■ .

Wenn man auf die Hohlraumresonatoren einer Wechselwirkungsstrecke die geometrische Progression anwendet, wie es gerade beschrieben wurde, stößt man sehr bald auf eine sehr große Anzahl von Hohlraumresonatoren sehr kleiner Abmessungen. Theoretisch geht die Anzahl der Hohlraumresonatoren in der Spitze eines Kegels gegen unendlich, während die Abmessungen dieser Hohlraumresonatoren gegen Null gehen. Wenn die Anzahl der Hohlraumresoiiatoren unverhältnismäßig groß wird, während die Abmessungen der Hohlraumresonatoren unverhältnismäßig klein werden, wird der Wirkungsgrad der einzelnen Hohlraumresonatoren*stark herabgesetzt. Es wird daher bald ein Punkt erreicht, an dem die Röhre 10 bzw. die aus den Hohlraumresonatoren aufgebaute Wechselwirkungsstrecke aus Kompromißgründen noch erheblich vor der theoretischen Kegelspitze beendet bzw. abgebrochen werden muß. Hieraus ergibt sich, daß ein solcher Abschluß erforderlich ist, der Endverluste und andere störende Einflüsse herabsetzt, die von der großen Anzahl unverhältnismäßig kleiner Hohlraumresonatoren herrühren. Demzufolge kann das Gebiet 22 der Röhre 10, das als

⁵ . ■ ■ ⁶

ein konisch zusammenlaufendes Gebiet dargestellt nebst ihren beiden sich gegenüberstehenden Flächen ist, dort als Kegelstumpf auslaufen, wo die Wechsel- 72 und 73 sind so ausgebildet, daß das elektrische wirkungsstrecke aus Hohlraumresonatoren eine be- Feld zwischen ihnen eine solche Kraft auf die emitbtimmte Strecke vor der theoretischen Kegelspitze tierten Elektronen ausübt, daß die Elektronen als endet. Eine andere sehr günstige Möglichkeit zum 5 Strahl in den Kanal 58 eintreten. Abschluß der Röhre 10 bzw. der Wechselwirkungs- Der Kollektor 60 sowie die restlichen Teile des

strecke, besteht darin, einen kurzen, zylindrischen Klystronverstärkers 10 sind elektrisch leitend ausge-Wechselwirkungsabschnitt zu verwenden, in dem eine bildet. Man kann daher die Querwand 63 mit dem Anzahl von Holilraumresonatoren hintereinander an- negativen Pol einer Spannungsquelle, wie beispielsgeprdnet sind, die alle gleich sind, auf die also keine io weise einer Batterie 74, verbinden, während der KoI-gcometrische Progression angewendet worden ist. Iektor 60 und alle Hohlraümresonatoren mit dem Hin solcher zylindrischer Wechselwirkungsabschnitt positiven Pol der Batterie 74 in Verbindung stehen, kann beispielsweise eine Anzahl von Hohlraumreso- Elektronen, die vom Emitter 64 abgegeben werden, natoren aufweisen, die sich in allem gleichen, bei werden daher durch die beiden Fokussierungsteile denen also die Stirnwände, die Driftröhren, die 15 71 und 72 und durch das elektrische Feld zwischen Wechschvirkungsspalte üsw. alle einander gleich sind. . diesen beiden Teilen geformt, treten als Elektronen-Ein Klystronverstärker, wie er in Fi g. 1 dargestellt strahl 75 in den Elektronenstrahlkarial 58 ein, und ist, sollte beispielsweise mindestens drei Hohlraum- laufen durch ihn hindurch, bis sie im Kollektor 60 resonatoren im Gebiet 22 aufweisen. aufgefangen werden. Der Kollektor 60 kann als

Um durch den Elektroncnstrahlkanal 58 einen 20 hohler Block ausgebildet sein, der eine Vertiefung 76 Elektronenstrahl hindurchführen zu können, sind am aufweist, in der die Elektronen aufgefangen werden. Eingangsende 34 des Klystronverstärkers 10 eine Weiterhin kann man den Kollektor 60 auf bekannte Elektronenstrahlkanone 59 und am Ausgangsende Weise mit Kühlvorrichtungen versehen. 35 ein Elektronenkollektor 60 vorgesehen, wie es Wie man den Strahl iibör seine gesamte Länge

bekannt ist. Die Elektronenstrahlkanone 59 ist nur 25 führen und fokussieren kann, ist bekannt. Hierzu ein Beispiel für eine Anzahl von Elektronenstrahl- kann man magneto- oder elektrostatische, elektroerzeügern, die für solche Zwecke in Frage .kommen magnetische oder auch andere elektrische Fokussiekönncn. Beispielsweise kann man auch den Elek- rungsvorrichtungen verwenden, die dem Elektronenironenstrahlerzcuger verwenden, der in der USA.- strahl die richtige Gestalt geben. Bei einer Ausfüh-Patentschrift 3 04(1-442 beschrieben wurde. In diesem 30 rungsform der Erfindung wird hierzu eine Magnet-Zusammenhang sei auch auf das Buch von spule 77 verwendet, die den Strahl auf seiner ganzen J. R. Pierce verwiesen, das unter dem Titel'»Theory Länge umfaßt. Die Anzahl der Windungen oder die and Design of Electron Beams« 1949 im Verlag Windungsdichte der Spule 77 ist so gewählt, daß Nostrand Co., Inc., New York, erschienen ist. In der sich der gewünschte Strahldurchmesser einstellt. Die Fig. Γ weist die Elektronenkanone.. einen Isolier- 35 Spule 77 kann auch konisch zusamenlaufend ausgezylinder 61 auf, der konzentrisch an der Stirnwand bildet werden, so daß sie sich an die Seitenwandung 62 des Hohlraumresonators 11 montiert ist. Der Iso- 33. anschmiegen kann. ■

licrzylinder 61 ist somit auch konzentrisch zum Elek- Man kann auf die erfindungsgemäßen Elektronen-

tronenstrahlkanal 58 angeordnet. Der Isolierzylinder strahlröhren aber auch -permanentmagnetische Fo-61 ist durch eine Querwand 63 verschlossen, die den 40 kussierungen anwenden. Hierzu kann man einen oder Emitter 64 der Elektronenkanone trägt. Der Emitter mehrere Permanentmagnete das Klystron entlang 64 ist auf bekannte Weise ausgebildet. Bei dem anordnen, um das erforderliche Magnetfeld hervor-Emitter64 werden die Elektronen von der Oberfläche . zurufen. Man kann aber auch eine Anzahl von Pereiner Mctallfritte emittiert, die mit einer Bariumver- manentmagneten, Elektromagneten oder auch eine bindung getränkt ist. Diese Oberfläche, die in der 45 Anzahl von elektrostatischen Fokussierungslinsen Fig. 1 mit 65 bezeichnet ist, die konkav ausgebildet verwenden, um einen Elektronenstrahl hervorzurufen ist, weist einen Durchmesser auf, der gleich oder und zu führen, dessen Durchmesser auf die gegrößer . als der Durchmesser des Elektronenstrahl- wünschte Wechselwirkung abgestimmt ist. ·. . kanals 58. ist. Der Emitter 64 wird über einen Zylin- Zum Ein- und Auskoppeln von HF-Leistung in

derstutzen 66 an der Querwand 63 gehaltert. . 5° den Klystronverstärker 10 hinein oder aus ihm heraus

Dicht an der emittierenden Oberfläche 65 ist ein wird eine Übertragungsleitung 78 verwendet. Diese Heizelement 67 angeordnet, das als Glühfaden aus- "Übertragungsleitung weist beispielsweise in der gebildet ist. Mit diesem Heizelement kann die Ober- Fig. 1 einen elektrisch leitenden Stab 79 auf, der fläche 65 auf Emissionstemperatur gebracht werden. durch die Stirnwände der hintereinander angeordne-Das Heizelement 67 ist mit Anschlüssen 68 versehen, 55 ten Hohlraumresonatoren des Klystronverstärkers 10 die isoliert durch die Querwand 63 hindurchgeführt hindurchgeht. Am Eingangsende 34 des Klystronworden sind. Diese beiden Anschlüsse können mit Verstärkers 10 ist ein Rohrstutzen 80 vorgesehen, einer Stromquelle wie beispielsweise mit einer durch den der Stab 79 hindurchgeht. Der Stab 79 ist Batterie 69 verbunden werden. von dem Rohrstutzen 80 durch ein keramisches Fen-

Konzentrisch um die emittierende Oberfläche 65 ⁶° ster 81 elektrisch isoliert, das auch gleichzeitig den herum ist ein Fokiissierungszylinder 70 angeordnet, Klystronverstärker vakuumdicht verschließt. Auch der sich bei 71 erweitert und, elektrisch mit der am Ausgangsende 35 sind ein Rohrstutzen 80' und Querwand 63 verbunden ist. Mit 72 ist ein weiterer ein keramisches Fenster 8Γ vorgesehen. Esistzweck-Fokussierungsblock bezeichnet, der den Eingang zum mäßig, daß der Stab 79 von allen Querwänden der Elektronenstrahlkanal 58 darstellt. Der Fokussie- 65 Hohlraumresonatoren elektrisch isoliert ist, durch rungsblock 72 ist konzentrisch zum Elektronenstrahl- die er hindurchgeht, so daß der Stab 79 von dem kanal 58 und konzentrisch zum Emitter 64 angeord- gesamten Klystronverstärker elektrisch isoliert ist. net. Die beiden I'okiissierungsbautcile 70 und 71 An Stelle der Übertragungsleitung, die gerade be-

schrieben wurde, kann man auch eine Anzahl von
Koppelschleifen verwenden.

Nimmt man die erfindungsgemäße Röhre in Betrieb, so wird zuerst die Elektronenkanone 59 erregt,
die daraufhin einen Elektronenstrahl 75 abgibt, der
durch die hintereinander angeordneten Hohlraumresonatoren und Wechselwirkungsspalte hindurchgeht
und im Kollektor 60 aufgefangen wird. Am Eingangsoder Kathodenende 34 der Röhre 10 wird nun über

mehr, und das Verstärkungsverhalten in Abhängigkeit von der Frequenz wiederholt sich jedesmal, wenn die Frequenz durch den Faktor /> dividiert wird. In der Fig. 2 ist eine weitere Ausfülirungsförm der Erfindung dargestellt. Die Ausfülirungsförm nach Fi g. 2 ist eine Wanderfeldröhre 82, auf die das logarithmisch-periodische Prinzip der Erfindung angewendet ist. Wie bereits in Verbindung mit der F i g. 1

■ raumresonatoren dicht neben der Frequenz des angelegten Signals liegen. In diesen Bereichen leitet die Wechselwirkungsstrecke das angelegte Signal nicht mehr weiter, so daß das Signal nun wie bei 5 einem Klystron vom Elektronenstrahl von Hohlraum-. resonator : zu Hohlraumresonator weitergekoppelt wird. Wenn die Frequenz höher wird, verschiebt sich der Bereich, in dem eine Wechselwirkung stattfindet, auf das kleinere Ende der Röhre hin, wo der Elekden Stab 79 ein Eingangssignal vorgegebener Fre- io tronenstrahl ein verstärktes Signal an die Wechselquenz eingekoppelt. Dieses Signalläuft nun über den Wirkungsstrecke zurückkoppelt. Wenn die Röhre Stab 79 in den konisch !ausgebildeten Wechselwir- genügend lang ist, liegen die Eingangs- und die Auskungsabschnitt 22 hinein und erregt ein bestimmtes gangsverbindungen in Bereichen, in denen die Gebiet aus einem oder mehreren Hohlraumresona- Wechselwirkung für alle Frequenzen des in Frage toren, deren Resonanzfrequenzen dicht neben der .15 kommenden Frequenzbandes nur schwach ist. Dann Frequenz des Eingangssignals liegen. In den Wechsel- ■ spielen Endeffekte aber keine wesentliche Rolle wirkungsspalten dieser erregten Hohlraumresonatoren
findet nun nach Klystronart eine starke Wechselwirkung statt, so daß Energie auf den Elektronenstrahl übertragen wird. In einem nachfolgenden Be- 20
reich der Wechselwirkungsstrecke nehmen ein oder
mehrere Hohlraumresonatoren die Leistung aus dem
Elektronenstrahl wieder auf und koppeln sie wieder,
an die Übertragungsleitung zurück. Der Ausdruck

»Bereich« wird dazu verwendet, einen Teil oder einen 25 beschrieben wurde, gibt eine Elektronenkanone 59 Abschnitt einer axial verlaufenden Wechselwirkungs- einen Elektronenstrahl ab, der eine Wendelleitung strecke zu bezeichnen, der aus einem oder mehreren 83 durchsetzt und von einem Kollektor 60 aufge^: Hohlrauniresonatoren besteht, die auf ein Eingangs- fangen wird. Auf die Wendelleitung der Wanderfeldsignal ansprechen. - röhre ist das logarithmisch-periodische Prinzip in Als weiteres Beispiel sei angenommen, daß ein 3°. dem Sinne angewendet worden, daß die Durchmesser Eingangssignal mit höherer Frequenz den Stab 79 der einzelnen Windungen der Wendel auf das eine entlang läuft. Dieses Signal läuft dann durch einen Ende der Röhre hin geometrisch progressiv abnehöder durch mehrere der größeren Hohlraumresona- men, während auf der anderen Seite die-Dichte der toren hindurch, die bei der Frequenz des Eingangs- Windungen oder die Anzahl der Windungen pro signals keine Resonanzstelle besitzen, bis das Ein- 35 Einheitslänge auf das gleiche Ende der Röhre hin gangssignal ein Gebiet in der konisch ausgebildeten geometrisch progressiv zunehmen. Man kann auch Wechselwirkungsstrecke 22 der Röhre 10 erreicht, in
dem die Resonanzfrequenzen der Hohlraumresonatoren in der Nähe der Frequenz des Eingangssignals

liegen. Diese Hohlraumresonatoren, sprechen nun 40 schnitte oder anderer Elemente annähern, die eine selektiv auf die Frequenz des Eingangssignals an und logarithmisch-periodische Wechselwirkung liervorwirken auf bekannte Weise, so daß in den Wechsel- rufen. Da die Fortsetzung des logarithmisch-periwirkungsspalten dieser Hohlraumresonatoren eine odischen Prinzips theoretisch auf eine kegelförmig starke Wechselwirkung eintritt. Wenn das Eingangs- auslaufende Wendel führt, kann die Wanderfeldröhre signal den Stab 79 weiterläuft, gelangt es in Hohl- 45 auf ähnliche Weise abgeschlossen oder beendet raumresonatoren, die zu klein sind und daher eben- werden, wie es in Verbindung mit Fig. 1 bereits falls nicht erregt weiden können. Die Wechselwirkung beschrieben wurde. \ ,

nimmt in diesen Hohlraumresonatoren immer weiter Die Wanderfeldröhre nach Fig. 2 arbeitet genauso

ab und kann vernachlässigbar klein werden. Das vcr- wie eine gewöhnliche Wanderfeldröhre. Durch die stärkte Signal wird dann am Ausgangsende der Röhre 5° Anwendung des Iogarithmiscn-pcriodischeir Prinzips 10 über den Stab 79' ausgekoppelt. auf die Wendelleitung oder die Verzögerungsleitung

Man kann die Wirkungsweise' der erfindungs- wird jedoch die Wirkungsweise der Wanderfeldröhre gemäßen -Elektronenstrahlröhren auch folgender- ' auf ähnliche Weise beeinflußt, wie es bereits an maßen beschreiben: Wenn sich eine bestimmte Hand des logarilhmisch-periodisehen Klystrouver-Energicinenge vorgegebener Frequenz eine Wechsel- 55 stalkers 10 aus Fig. 1 beschrieben wurde. So wird Wirkungsstrecke entlang ausbreitet, die sich unend- beispielsweise über die Verbindungsstelle 84 ein Einlicli lang ausdehnt oder nach einer endlichen Strecke . gangssignal einer vorgegebenen Frequenz auf die richtig abgeschlossen ist, stellt sich an jedem Wechsel- Verzögerungsleitung 83 gegeben, und dieses Einwirkungsspalt eine bestimmte Spannungsverteilung gangssignal erregt einen bestimmten Bereich der Verein. Wenn nun die angelegte Frequenz durch den ^6o zögerungsleitung 83, der auf die 'Frequenz des Eiulognrilhmischcn Faktor ο geteilt wird, verschiebt sich gangssignals ansprechen kann. In diesem' Bereich die gesamte Spannungsverteilung um einen Abschnitt findet eine starke Wcchselwiikum: statt, so daß nach rechts auf dir; kleinere Ende der Röhre zu. Bei Hochfreqiienzcnergie zur Verstärkung in den EIeU-cincr Wechselwirkungsstrecke. wie-sie in Fig. 1 dar- tronenstrahl cingekoppell wird. Verstärkte Hochgestellt.ist, findet eine W i;chselwirkiiii[; zwischen der ⁶5 fiequenzenergie wird dann in einem Bereich der Welle in der Weelvclwiiliingsstiede und dem Elek- Wendel aus dem Strahl ausgekoppelt, der hinter dem tronenstrahl liiiupl'jiiclilidi in denjenigen Bereichen IiinkoppelluTeirh der Wendel liegt, und zwar dort, statt, in denrn die Ri-'S'iii;uizfra|u< nzen der Hohl· wo die Hoehfivquen/eneu-io wieder aiii die Wendel

die Dicke und die Breite des Drahtes variieren. Das logarithmisch-periodische Prinzip kann man auch durch eine Anzahl abnehmender geradliniger Ab-

Claims (10)

1. 9 10

   übergehen kann. Die Ausgangsleistung wird am Aus- einer Wechselwirkungsstrecke, der selektiv erregt

   gangsende 35 der Wanderfeldröhre vom Ende 85 der wird, kann sich in Abhängigkeit von der Frequenz

   Wendel 83 abgenommen. Die Wendelleitung, die in des Eingangssignals ändern oder sich reversibel in

   Fig. 2 dargestellt ist, ist nur ein Beispiel einer An- der Wechselwirkungsstrecke hin und her verschieben,

   zahl ähnlicher und äquivalenter Verzögerungsleitun- 5 Dieses kann als Gleiten des Bereiches auf der Wech-

   gen, die nach dem Stand der Technik in Wanderfeld- selwirkungsstrecke beschrieben werden, wobei der

   röhren verwendet werden können. In diesem Zu- Ort, an dem die Wechselwirkung gerade stattfindet,

   sammenhang sei auf die USA.-Patentschriften durch die gerade anliegende Frequenz des Eingangs-

   2 843 797, 2 860 280 verwiesen. signals bestimmt wird.

   Bei den bisher beschriebenen Anwendungen des io Dieser gleitende Bereich, in dem die Wechselwirlogarithmisch-periodischen Prinzips wird der Elek- kung stattfindet, kann eine oder mehrere aufeinandertronenstrahl einer gewissen Modulation unterworfen. folgende Hohlraumresonatoren nach F i g. 1 umfas-Dieses kann eine Geschwindigkeitsmodulation, eine sen oder einen Teil der Wendel nach Fig. 2. Bei Stromdichtemodulation oder eine Kombination aus einer aus Hohlraumresonatoren aufgebauten Wechseldiesen beiden Modulationsarten sein. Die Erfindung 15 Wirkungsstrecke kann ein Signal mit vorgegebener ist im weiten Sinne auf Elektronenstrahlröhren an- Frequenz einen oder mehrere Hohlraumresonatoren wendbar, in denen ein Elektronenstrahl durch eine erregen und dadurch an diesen Hohlraumresonatoren Wechselwirkungsstrecke hindurchgeht und ein Ein- durch die Wechselwirkung einen Energieaustausch gangssignal verstärkt, so daß verstärkte Ausgangs- hervorrufen, während andere Hohlraumresonatoren, leistung bei einer vorgegebenen Frequenz abgenom- 20 die neben diesem Bereich liegen, nur wenig oder gar men werden kann. Eine Wechselwirkungsstrecke, auf nicht erregt werden. Dort, wo der Elektronenstrahl die das logarithmisch-periodische Prinzip angewendet Leistung an die Wechselwirkungsstrecke zurückist, kann sowohl für Vorwärtswellenbetrieb als auch koppelt, kann ein ähnlicher Bereich aus Hohlraumfür Rückwärtswellenbetrieb angepaßt werden. resonatoren definiert werden. Diese beiden Bereiche

   Bei einer Rückwärtswellenröhre werden der Ein- 25 können unmittelbar aufeinanderfolgen oder aber auch gang und der Ausgang vertauscht, so daß das Ein- durch Hohlraumresonatoren voneinander getrennt gangssignal nun über den Anschluß 80' eingekoppelt sein, die nur wenig oder gar nicht erregt werden. Die wird, während die Ausgangsleistung am Ausgang 80 Stellen, in denen in den beiden Bereichen die maxiabgenommen wird. So ist es beispielsweise bei der male Wechselwirkung auftritt, haben einen bestimm-Ausführungsform nach Fig. 2 günstiger, die Wendel- 30 ten Abstand voneinander, und dieser Abstand hängt leitung im Rückwärtswellenbetrieb zu betreiben. Bei eng von der Frequenz des Eingangssignals ab, und einem umgekehrten Aufbau, bei dem die Kathode am beide Bereiche verschieben sich in Abhängigkeit von kleineren Ende der Wechselwirkungsstrecke und der der Eingangsfrequenz hin und her, wie es oben be-Kpllektor am größeren Ende der Wechselwirkungs- reits beschrieben wurde. Die beiden Bereiche liegen strecke angeordnet ist, wird der logarithmische Fak- 35 in dem Sinne nebeneinander, als zwischen diesen beitor von der Kathode zum Kollektor hin größer als 1. den Bereichen keine merkliche Wechselwirkung auf-

   Bei den erfindungsgemäßen Elektronenstrahlröhren tritt. Die Wirkungsweise von Wechselwirkungsstrek-

   erhält man die besten Ergebnisse, wenn man durch- ken für Wanderfeldröhren, wie beispielsweise von

   weg den gleichen logarithmisch-periodischen Faktor Wendelleitungen und Doppelkammleitungen, ist sehr

   anwendet. Der logarithmisch-periodische Faktor, der 4° ähnlich. Solche Wechselwirkungsstrecken können als

   auf die verschiedenen Bauteile angewendet wird, Leitungen aufgefaßt werden, die periodisch mit einem

   braucht jedoch nicht immer der gleiche zu sein. So Elektronenstrahl in Wechselwirkung treten, wobei

   können beispielsweise auf verschiedene axjale Ab- jede Windung einer Wendelleitung oder jeder Ring

   schnitte der Wechselwirkungsstrecken verschiedene einer Doppelkammleitung als eine Periode definiert

   logarithmisch-periodische Faktoren angewendet wer^ 45 werden kann.

   den, die auch alternieren können. Ein bestimmter Das logarithmisch-periodische Prinzip ist auch auf logarithmisch-periodischer Faktor sollte jedoch je- eine logarithmisch-periodische Anordnung solcher weils immer über mehrere Hohlraumresonatoren an- Elektronenstrahlröhren anwendbar, also beispielsgewendet werden, und zwar zumindest auf drei Hohl- weise auf Dioden, Tetroden, Elektronenröhren mit raumresonatoren, oder auch über eine Strecke einer 50 gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern Verzögerungsleitung, die drei Hohlraumresonatoren usw. Man kann beispielsweise eine Anzahl von Raumäquivalent ist. ladungsröhren, die als Tetroden ausgebildet sein

   Die Erfindung beinhaltet also die Kombination können, an eine Eingangsverzögerungsleitung ankopeiner logarithmisch-periodischen Wechselwirkungs- pein, die für jede Tetrode einen logarithmisch-peristrecke mit einem Elektronenstrahl, der die Wechsel- 55 odischen Resonanzkreis aufweist. Die Ausgangswirkungsstrecke durchsetzt und selektiv mit der leistung wird dann über eine ähnliche Verzögerungs-Wechselwirkungsstrecke in Wechselwirkung tritt. Die leitung abgenommen, die ebenfalls für jede Tetrode logarithmisch-periodischen Wechselwirkungsstrecken mit einem logarithmisch-periodischen Resonanzkreis können dabei aus Hohlraumresonatoren aufgebaut·. versehen ist.

   sein, sie können jedoch auch als Stegleitungen, als ^6o .
   Kammleitungen oder auf andere bekannte "Weise aus- „ ...
   gebildet sein. Beim Betrieb einer solchen erfindungs- Patentansprüche:
   gemäßen Elektronenstrahlröhre bestimmt das Eingangssignal auf Grund seiner Frequenz selber den 1. Laufzeitröhre für ein breites Frequenzband, oder die Hohlräume oder den begrenzten Bereich 65 bestehend aus einem Elektronenstrahlerzeugereiner Wendel oder einer anderen Wechselwirkungs- system, einer Auffangelektrode, einer Fokussierstrecke, in dem die Wechselwirkung stattfindet. Der anordnung zur gebündelten Führung eines Elek-Ort oder der Bereich des tatsächlichen Hohlraums tronenstrahls über eine größere Wegstrecke und

   einer mit Ein- und Auskoppelvorrichtungen versehenen, mit dem Elektronenstrahl verkoppelten Wechselwirkungsstrecke, die in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt ist, 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 die Bereiche (11 bis 21) der Wechsel-Wirkungsstrecke derart ausgebildet sind, daß längs der Wechselwirkungsstrecke die elektrischen Eigenschaften der aufeinanderfolgenden Bereiche sich mit dem Logarithmus der Frequenz periodisch wiederholen.
2. 2. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Verzögerungsleitung (83) aufweist.
3. 3. Laufzeitröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke eine Anzahl hintereinander angeordneter Hohlraumresonatoren (11 bis 21) aufweist.
4. 4. Laufzeitröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke zumindest drei Hohlraumresonatoren (11,12,13) mit Wechselwirkungsspalten (47, 48, 49) aufweist.
5. 5. Laufzeitröhre nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlraumresonatoren (11 bis 21) und die der Wechselwirkungsspalte (47 bis 57) unterschiedlich sind.
6. 6. Laufzeitröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungsstrecke über einen großen Teil ihrer Länge kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
7. 7. Laufzeitröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitung eine Wendelleitung (83) aufweist.
8. 8. Laufzeitröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Wendelleitung (83) von Eingangsende zum Ausgangsende hin abnimmt.
9. 9. Laufzeitröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelleitung (83) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
10. 10. Laufzeitröhre nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsdichte der Wendelleitung (83) zum Ende mit dem kleineren Durchmesser hin zunimmt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen