DE1945826C3

DE1945826C3 - Konzentrisch aufgebautes Zwei kammerklystron

Info

Publication number: DE1945826C3
Application number: DE19691945826
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 8000 Muenchen Veith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-10
Filing date: 1969-09-10
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE1945826B2; DE1945826A1

Description

tronenströmung den Einkoppelkreis bildenden In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen.

Gitter (3. 4) derart unterschiedliche Potentiale daß die beiden im Bereich der Elektronenströmung

aufweisen, daß eine elektrostatische Fokussie- den Einkoppelkreis bildenden Gitter derart unter-

rung in einzelne Elektronenstrahlen erzielbar ist. schiedliche Potentiale aufweisen, daß eine elektro-

3. Klystron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 25 statische Fokussierung in einzelne Elektronenstrahgekennzeichnet, daß die Gitterstäbe des Einkop- len erzielbar ist. Eine derartige Strahlaufteilung sopel- und des Auskoppelkreises (7, 8) in radialer gar ohne zusätzliche Formungselektronen ist auf Richtung gesehen auf Deckung liegen. Grund der Potentialverhältnisse in einem erfindungs-

4. Klystron nach Anspruch 3, dadurch ge- gemäßen Zweikammerklystron möglich; sie ist in kennzeichnet, daß die Anza.il der Gitterstäbe 30 Anlehnung an die Fokussiermaßnahmen in bekanndes Einkoppelkreises (7) ein ganzzahliges Viel- ten gittergesteuerten Hochleistungsröhren konzenfaches der Anzahl der Gitt&itäbe des Aus- trischer Bauweise vorzunehmen.

koppelkreises (8) ist. An Hand der in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele soll die 35 Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen

näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile

sind dabei jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Die vorliegende Erfindung betrifft ein konzentrisch Fig. 1 eine Schnittskizze eines erfindungsgemäßen aufgebautes Zweikammerklystron mit einer zentral 4° Zweikammerklystrons, bei dem eine radiale Vielangeordneten Kathode, je einem die Kathode kon- Strahlelektronenoptik verwendet wird, zentrisch umgebenden Einkoppel- und Auskoppel- F i g. 2 die schematische Darstellung des Arbeitskreis, die im Bereich der Elektronenströmung gitter- prinzips eines Klystrons nach F i g. 1 unter Einbeförmig durchbrochen sind, und einem Kollektor. ziehung der anzulegenden Potentiale,

Derartige Zweikammerklystrons sind bereits in 45 F i g. 3 einen Schnitt durch die Achse eines erfin-

verschiedenen Ausführungen bekannt. Man vergleiche dungsgemäßen nach Art einer bekannten Hoch-

hierzu beispielsweise die französische Patentschrift leistungs-Tetrode aufgebauten Klystrons und

675 und die USA.-Patentschrift 2 668 258. F i g. 4 einen Ausschnitt zur Verdeutlichung des

Bekanntlich hängt die räumliche Dimensionierung Zusammenwirkens des zweiten und dritten Gitters,

eines Klystrons von der Wellenlänge der zu ver- 5° In F i g. 1 ist mit 1 eine zentrale Kathode bezeich-

arbeitenden elektromagnetischen Welle ab. Speziell net, der übliche zur Strahlformung dienende Weh-

bei einem Mehrkammerklystron wird außerdem die nelt-Elektroden 2 zugeordnet sind und die in radialer

Länge der Triftstrecken von der Perveanz des Elek- Richtung Elektronen zum Kollektor 6 emittiert,

tronenstrahls festgelegt, derart, daß Zweikammer- Zwischen dem aus der Kathode 1 und den Wehnelt-

klystrons hoher Strahlperveanz im Bereich relativ 55 Elektroden 2 bestehenden Elektronenstrahl-Erzeu-

niedriger Frequenzen, etwa bis 1 GHz, sehr un· gungssystem und dem Kollektor 6 sind drei konzen-

handliche Ausmaße annehmen müßten. ■ trisch zu diesen liegende Gitter 3, 4 und 5 vorge-

Wesentlich kompakter im Aufbau sind gitter- sehen, wobei das erste Gitter 3 und das zweite Git-

gesteuerte Röhren wie Tetroden oder Pentoden, bei ter 4 Teile eines Einkoppelkreises 7 (F i g. 2) und das

denen sich jedoch im Frequenzbereich um 1 GHz ^6o Gitter 5 und der Kollektor 6 Teile eines Auskoppel-

bereits Laufzeiteffekte störend auswirken und das kreises 8 sind. Durch das gegenüber der Kathode

Verstärkungsmaß drastisch herabsetzen. positive Potential des ersten Gitters 3 hat der Elek-

Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Auf- tronenstrahl beim Durchlaufen des Einkoppelkreises

gäbe gestellt, ein Klystron mit hoher Strahlperveanz bereits eine gewisse Geschwindigkeit, so daß ihm —

anzugeben, das gegenüber bekannten Klystrons we- ⁶5 abweichend von der bei Tetroden üblichen Strom-

sentlich verkleinert ist. modulation — zwischen den Gittern 3 und. 4 eine

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Zwei- Geschwindigkeitsmodulation aufgeprägt wird. Der

ki-mmerklystron der eingangs erwähnten Art gemäß so geschwindigkeitsmodulierte Strahl muß gegen das

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3 4

negative Potential des dritten Gitters 5 anlaufen, analog Fig. 1 dargestellt, der das Zusammenwirken wobei sich die Geschwindigkeitsmodulation in eine des zweiten Gitters 4 und des dritten Gitters 5 ver-StromdichtemoduJaton umwandelt, die vom Aus- deutlichen soll. Die Gitterstäbe des Einkoppelkreises gangskreis 8 abgenommen werden kann. Das Ab- und des Auskoppelkreises — in der Figur fehlt die bremspotential am dritten Gitter 5 dient dazu, den 5 Darstellung des ersten Gitters 3 — liegen in radialer Laufraum, d. h. den Abstand zwischen den Gittern 4 Richtung auf Deckung, um möglichst wenig E'ek- und 5 zu verkürzen. Für die Abbremswirkung des tronen aus dem Strahl abzufangen. Wie ersichtlich ist dritten Gitters 5 sind lediglich die (vom Druckgriff die Anzahl der Gitterstäbe aus Gitter 3 bzw. 4 da^ des Kollektor mitbestimmten) Potentialverhältnisse Dreifache der Anzahl Gitterstäbe aus Gitter 5. Allan den Stellen 9 maßgeblich, an denen die Elektro- io gemein soll die Sieigunü der zum Gitter S verbunnenteilstrahlen verlaufen. Das Gitter 5 übernimmt denen Streben ein ganzza'.iliges Vielfaches der Gitzugleich auch gegenüber etwaigen vom Kollektor 6 ter 3 und 4 sein, wobei dieses ganzzahlige Vielfach;.· ausgehende Sekundäreiektronen die bekannte Funk- auch Eins sein kann, um zu bewirken, daß die Bahn tion des Bremsgitters einer Penti-de. der Elektronenteilstrahlen 10 in :ht durch die Streuer Aufbau eines technisch brauchbaren Ausfüh- 15 ben des Gitters 5 gestört wird. Im Beispiel der rungsbeispiels ist in Fig. 3 dargestellt, die einen F i g. 4 verlaufen jeweils drei Elektronenteilstrahlep Schnitt durch die Achse einer erfindungsgemäßen 10 'zwischen zwei benachbarten Streben des dritten Anordnung darstellt, wobei der Einfachheit halber Gitters S und werden durch die Wirkung der gemäß nur die eine Hälfte der symmetrisch zur strichpunk- den gestrichelten Linien verla enden Potentiallinien tierten Mittellinie sich erstreckenden rotationssym- 20 mehr oder weniger stark zu ei :em gemeinsamen metrische Anordnung gezeigt ist. Ebenso wie in der Strahl zusammengefaßt, der dann auf den Kollek-F i g. 2 sind dabei die Wehnelt-Elektroden 2. die tor 6 auftrifft.

direkt mit der Kathode verbunden sein können, nicht Die Erfindung schafft ein neuartiges Klystron, dargestellt. Das erste Gitter 3 und das zweite Git- welcnes den einfachen, robusten und kompakten ter 4 sind mit einem Einkoppelkreis verbunden, der 25 Aufbau einer bekannten Hochleistungstetrode mit als Topfkreis 7 ausgebildet und mit Hilfe eines den Vorteilen einer leistungslosen Steuerung zwi Schiebers 11 auf die gewünschte Frequenz abge- sehen den Gittern 3 und 4 verbindet, stimmt werden kann. Um nicht den vom Schieber- Obwohl es sich bei der erfindungsgemäßen Röhre stab 12 durchsetzten Topfkreis 7 vakuumdicht aus- in ihrer Funktion nur um ein Zweikreis-Klystron bilden zu müssen, ist dieser gegen die Röhre durch 30 handelt, lassen sich bereits außerordentlich hohe ein vakuumdichtes Keramikfenster 13 abgeschlossen. Verstärkungswerte erreichen. Die Gründe dafür Das Einkoppeln der zu verstärkenden Hochfrequenz- liegen hauptsächlich in der sehr kleinen Betriebs-Eingangssignale erfolgt mit Hilfe einer Einkoppel- spannung im Eingangsteil der Röhre, wodurch schon schleife 14. Das dritte Gitter 5 und der Kollektor 6 mit geringer Steuerleistung eine große Stromaussind mit einem als Topfkreis ausgebildeten Aus- 35 steuerung erzielbar ist. Der große Leistungsgewinn koppelkreis 8 verbunden, der wiederum durch ein wird dadurch möglich, daß bei ausreichend großer Fenster 15 vakuumdicht gegen die Röhre abgeschlos- Güte des Ausgangskreises die Anodenspannung sehr sen ist und aus dem die verstärkten Ausgangssignale hoch gewählt werden kann. Man erzielt also einen über eine Koppelschleife 16 ausgekoppelt und auf Leistungsgewinn durch Anheben der Geschwindigeiner nur schematisch angedeuteten Koaxialleitung 40 keit des gebündelten Strahls, bzw. richtiger der vielen 17 weitergeführt werden. Die Zufuhr der Eingangs- zwischen den Maschen der Gitter gebündelt verlausignale an den Einkoppelkreis 7 erfolgt entsprechend fenden Einzelstrahlen. Darüber hinaus ist im Vermit Hilfe einer Koaxialleitung 18. gleich mit normalen Klystrons die Perveanz des Abweichend von einer normalen Hochleistungs- Strahls außerordentlich hoch nnd liegt beispielsweise tetrode oder -pentode ist dafür zu sorgen, daß zu- 45 bei einer Gitterspannung Ό_μ{ = U_K3 = 300 V an den mindest der als Klystronspalt wirkende Einkoppel- beiden Gittern 3 und 4 und einem von der Kathode kreis 7 mit den beidea Gittern 3 und 4 eine mög- ausgehenden Strom I₁, = 600 mA bei einem Wert liehst kleine Kapazität und eine relativ große Induk- P = 116.10⁶, wobei zu beachten ist, daß diese hohe tivität aulweist. Perveanz ohne magnetische Fokussierungsfelder er-In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer Darstellung 50 zi It wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

der Erfindung vorgeschlagen, daß im Bereich der Patentansprüche: Elektronenströmung der Auskoppelkreis aus einem der Kathode zugewandten Gitter und dem Kollektor

1. Konzentrisch aufgebautes Zweikammer- besteht, daß der Einkoppelkreis ein im Vergleich klystron mit einer zentral angeordneten Kathode. 5 zum Kollektorpotential niedriges Potential aufweist je einem die Kathode konzentrisch umgebenden und daß das Gitter des Auskoppelkreises ein gegen-Einkoppel- und Auskoppelkreis, die im Bereich über dem Potential des Einkoppelkreisei abgesenkder Elektronenströmung gitterförmig durchbro- tes Potential aufweist.

chen sind, und einem kollektor, dadurch Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus.

geken η zeichne t, daß im Bereich der Elek- m daß das Steuerungsprinzip einer Geschwindigkeit?-

tronenströmung der Auskoppelkreis (8) aus einem modulation de;, Elektronenstrahls auch unter Po-

der Kathode (1) zugewandten Gitter (5) und dem tentialverhältnissen zwi.chen den Gittern der Kop-

Kollektor (6) besteht, daß der Einkoppelkreis (7) pdkreise verwirklicht werden kann, die den Poten-

ein im Vergleich zum Kollektorpotential niedri- tialverhältnissen gittergesteuerter Röhren ähnlich

ges Potential aufweist und daß das Gitter (5) des 15 sind. Somit können bei einem erfindungsgemäßen

Auskoppelkreises ein gegenüber dem Potential Zweikammerklystron extrem hohe Strahlperveanzen

des Einkoppelkreises (Ί) abgesenktes Potential erzielt und infolgedessen durch Verkürzung der

aufweist. Triftstreckenlänge die Abmessungen etwa einer kon-

2. Klystron nach Anspruch 1. dadurch gekenn- zentrisch aufgebauten Hochleistungspentode eingezeichnet, daß die beiden im Bereich der Elek- 20 halten werden.