DE1964721C

DE1964721C - Traveling wave tube with higher efficiency

Info

Publication number: DE1964721C
Application number: DE19691964721
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dr. 8032 Gräfelfing Heynisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1972-12-28

Description

50 Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es für die meisten Anivendungszwecke von Wan-50 The invention is based on the knowledge that for most application purposes of wall

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wanderfeld- derfeldröhren — auch bei Berücksichtigung der Tat-The present invention relates to a traveling field tube - also taking into account the fact

röhre mit einer zwischen einem Elektronenstrahl- sac he, daß einer ihrer Hauptvorteile in ihrer Breit-tube with an electron beam sac that is one of its main advantages in its width

erzeugungssystem und einem Elektronenstrahlauffän- bandigkeit liegt — ausreicht, wenn die Übertr igungs-generation system and an electron beam susceptibility - is sufficient if the transmission

ger untergebrachten Verzögerungsleitung, die im 55 bandbreite etwa 10 bis 20⁶/o beträgt. Durch die erfin-ger housed delay line, which is about 10 to 20 ⁶ / o in the bandwidth. Through the inven-

Bereich des auffängerseitigen Endes einen Abschnitt dungsgemäße Ausgestaltung einer. WanderfeldröhreIn the area of the end on the catcher side, a section of a configuration according to the invention. Traveling wave tube

mit gege. über dem normalen Verzöpningsrriaß der kann der über diese Ubertragungsbandbreite hinaus-with against. beyond the normal Veröpningsrriaß of the beyond this transmission bandwidth

Verzögerungsleitung vergrößertem Verzögervngsmaß gehende Teil der Bandbreite über eine:n Resonanz«Delay line with increased delay measure part of the bandwidth over a: n resonance «

enthält. üoerhöhungseffekt zur Erhöhung des !IConversions-contains. üo increase effect to increase the! IConversion

Der Verzögerungsmechanismus bei Wanderfeld- 60 Wirkungsgrades herangezogen werden. Die notwen-The delay mechanism for traveling field efficiency can be used. The necessary

röhren erfordert eine bestimmte Relation zwischen digerweise mit der Resonanzüberhöhung; verbundenetubing requires a certain relationship between digging and the resonance exaggeration; connected

der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls und der Verminderung der Bandbreite bedeutet somit nachthe speed of the electron beam and the reduction in bandwidth thus means after

auf der Leitung transportierten, zu verstärkenden dem oben Ausgeführten in den allermeisten FällenIn the vast majority of cases, what has been carried out on the wire has to be reinforced

elektromagnetischen Welle, wobei die Elektronen- keine Beeinträchtigung der Übertragungsverhältnisse,electromagnetic wave, whereby the electrons - no impairment of the transmission ratios,

Strahlgeschwindigkeit etwas größer sein muß als die 65 da die mögliche Bandbreite in praktisch sehr vielenJet speed has to be slightly greater than the 65 because the possible bandwidth in practically very many

axiale Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle. Bei Fällen nie ausgenutzt wird.axial speed of propagation of the wave. In cases it is never exploited.

einer Leitung mit konstanten Parametern kann dem- In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daßa line with constant parameters can dem- In a further development of the invention it is provided that

zufolge lediglich ein geringer Teil der Energie des der auf den Resonanzabschnitten folgende End-according to only a small part of the energy of the end-

abschnitt der Verzögerungsleitung als ein- oder mehrstufiger λ/4-Transformator derart ausgebildet ist, daß längs ihm praktisch keine Wechselwirkung mehr mit dem Elektronenstrahl stattfindet.section of the delay line as a single or multi-stage λ / 4 transformer is designed in such a way that there is practically no interaction with it along it the electron beam takes place.

Die Verzögerungsleitung soll so bemessen sein, daß die Kleinsignalverstärkung im Abschnitt zwischen dem am strahlcrzeugerseitigen Eingang der Verzögerungsleitung angeordnete Dämpfungsabschnitt und. dem Resonanzabschnitt größer als 25 db ist.The delay line should be dimensioned so that the small signal gain in the section between the one at the input of the delay line on the jet generator side arranged damping section and. the resonance section is greater than 25 db.

An Hand einer Wanderfeldröhre mit einer Wendel- to leitung soll die Erfindung — die allgemein auf alle Arten von Verzögerungsleitungen anwendbar ist — im folgenden an einer schematischen Figur mit wei-On the basis of a traveling wave tube with a helical line, the invention - which applies generally to all Types of delay lines is applicable - in the following on a schematic figure with two

d.h. die Kreisgüte ρ bestimmt. Daraus resultiert dann die wirksame Bandbreite. An den Wendelabschnitt 8 schließt sich nunmehr ein Abschnitt 9 an, der als ein- oder mehrstufiger A/4-Transformator derart ausgebildet ist, daß er praktisch keine Wechselwirkung mehr mit dem Elektronenstrahl ermöglicht. Scnl.eli-Hch wird die verstärkte Welle über die Auskoppel-Ieitung3, in der noch ein Zirkulator IO angeordnet ist, dem Verbraucher zugeführLi.e. determines the circular quality ρ. This results then the effective bandwidth. The spiral section 8 is now followed by a section 9, as a single or multi-stage A / 4 transformer like this is designed that there is practically no interaction made more possible with the electron beam. Scnl.eli-Hch the amplified wave via the decoupling line3, in which a circulator IO is also arranged, fed to the consumer

Durch die Resonanzüberhöhung im Wendelabschnitt 8 wird erreicht, daß die E^Felder fur die Wechselwirkung mit dem Strahl so groß werden, daß der Wirkungsgrad durch die extreme Abbrem-The increase in resonance in the helical section 8 ensures that the E ^ fields for the Interaction with the jet become so great that the efficiency due to the extreme deceleration

teren Merkmalen näher erläutert werden. Für das sung der Elektronen wesentlich erhöht wira. um Verständnis der vorliegenden Erfindung unwesentliche 15 diesen Effekt noch zu optimieren, ist es!notwendig, Teile, wie z. B. db Vakuumhülle der Röhre und das die Verzögerung des Wendelabschnittes 8 der einge-Magnetsystem zur gebündelten Führung des Elek- stellten Kreisgüte Q so anzupassen, daß die: maximale iüiienstrahls, sind dabei in der Figur weggelassen Abbremsung der Elektronen möglich ist. Dazu wiru -,w.rden. die Verzögerung im Wei.äelabschnitt 8 folgender-direct features are explained in more detail. For the solution of the electrons we increased considerably. in order to optimize this effect, which is insignificant to the present invention, it is necessary to add parts such as B. adjust the vacuum envelope of the tube and the delay of the coil section 8 of the integrated magnet system for the bundled guidance of the elec- tronic quality Q so that the maximum beam beam is omitted in the figure. Braking of the electrons is possible. For this weu -, w.rden. the delay in Wei.äelabschnitt 8 following-

Das Bild zeigt schematisch den Auft^u der Wander- 20 maßen bemessen: iüklröhre mit einer Wendel als Verzögerungsleitung. Mit der Elektronenkanone 1 wird in üblicher Weise eier Elektronenstrahl erzeugt, und mit Hilfe eines homogenen Magnetfeldes (Permanentfeld; Spulenfeld) oder eines periodischen Permanentmagnetfeldes durch 35 den Wendelraum bis zum Kollektor4 geführt. Das zu verstärkende HF-Signal wird über die Eingangs- !citiing 2 in den eingangsseitigen Teil der Wendelleitung 6 eingekoppelt und dort in der üblichen Weise verstärkt. Der Gewinn muß in diesem Teil größer 30 als die sogenannte Aufleilungsdämpfung sein, damit der Elektronenstrahl seine vollständige Modulation erhält und mit dieser den ausgangsseitigen Wendelteil 7 anregen kann. Beide Wendelteile sind in üblicherThe picture shows schematically the opening of the moving dimensions: iüklröhre with a helix as a delay line. With the electron gun 1 eier electron beam is generated in the usual way, and with the help of one homogeneous magnetic field (permanent field; coil field) or a periodic permanent magnetic field through 35 the spiral space led to the collector4. The The RF signal to be amplified is sent via the input! citiing 2 to the input-side part of the helical cable 6 coupled and amplified there in the usual way. The profit in this part must be greater than 30 than the so-called splitting attenuation, so that the electron beam has its complete modulation receives and can stimulate the output-side helical part 7 with this. Both parts of the coil are common

a) Größeres c/v als im Wendelabschnitt 7 und gleichmäßig über die Länge des Abschnitts 8.a) Larger c / v than in the spiral section 7 and evenly over the length of the section 8.

b) Größere φ-Werte als im Abschnitt 7, jedoch mehrfach abgestuft.b) Larger φ values than in section 7, but graded several times.

c) Größere c/v-Werte als im Abschnitt 7. jedoch kontinuierlich verlaufend nach irgendeiner bestimmten vorgegebenen Funktion.c) Larger c / v values than in section 7, but running continuously according to some specific predetermined function.

d) Abwechselnd größere und kleinere r/v-Werte, abgestuft oder kontinuierlich.d) Alternating larger and smaller r / v values, graduated or continuous.

Diese Änderungen der c/r-Wertc lassen sich erreichen über Durchmesseränderungen der Wendel,These changes in c / r values can be achieved via changes in the diameter of the helix,

«... , „...wev.. — ~w*. „„.„»..»..«..,.„*.. Sicigungsänderung der Wendel oder durch Annähe-«...," ... wev .. - ~ w *. "". "» .. »..« ..,. "* .. change in the security of the filament or by approaching

Weise durch eine praktisch reflexionsfreie Dämpfungs- 35 rung metallischer oder elektrischer Umhüllungen zone 5 entkoppelt. Die ausgangsstufe Wendel 7, 8 der Wendel nach vorher bestimmten ^^unktl0^^en und 9 ist nun in ganz bestimmter Weise zur Erzielung einet besonders großen Wirkungsgrades ausgebildet. Von der Dämpfung5, die möglichst nahe ...^ .—Way through a practically reflection-free attenuation of metallic or electrical enclosures zone 5 decoupled. The output stage helix 7, 8 of the helix according to predetermined ^unktl0 ^ ^ ^s and 9 is now in a very specific way for obtaining Ainet particularly large efficiency formed. The attenuation5, which is as close as possible ... ^ .—

am Eingang 2 der Wendel angeordnet sein muß (für 40 lauf der Verstärkungskurve (abhängig von der tregroßen η und kleine Phasenverzerrung), ausgehend, quenz) realisieren, wenn die 7a-Werte der Wendelist zunächst ein Wendelabschnitt 7 mit gleichmäßiger abschnitte 6, 7 und 8 unterschiedlich gewählt werden. Verzögerung angeordnet. Fdr diesen Abschnitt gilt Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung desThe helix must be arranged at input 2 (for 40 run of the amplification curve (depending on the tre-large η and small phase distortion), starting, sequence) if the 7a values of the helix are initially a helix section 7 with more even sections 6, 7 and 8 be chosen differently. Delay arranged. For this section, another measure to improve the

die Bedingung, daß die Kleinsignalverstärkung min- Wirkungsgrades ist eine Erhöhung des magnetischen destens 25 db betragen muß, um den maximalen 45 Führungsfeldes für den Elektroneiistrahl im Wendel-Wirkungsgrad zu erreichen. Hieran schließt sich ein Wendelabschnitt & an, der von zwei Reflexionsstellen abgeschlossen ist. Der Reflexionsfaktor r, bzw. r_t the condition that the small signal gain min efficiency is an increase in the magnetic must be at least 25 db in order to achieve the maximum 45 guide field for the electron beam in the filament efficiency. This is followed by a coil section & which is closed off by two reflection points. The reflection factor r, or r _t

ktnn beliebige Werte haben (vorwiegend wird jedoch w..~..—_e ...„_„.can have any values (however w .. ~ ..— _e ... "_" is predominantly used.

r, = f₂ sein). Hierdurch wird erreicht, daß der Wen- s<* die von der Resonanzüberhöhung im Wendelabscnnitt» delabschnitt 8 wie ein L.eitungsresonator wirkt. Seine abhängt. Länge muß daher auf die gewünschte Betriebsfrequenzr, = f ₂ ). This ensures that the coil caused by the resonance increase in the coil section 8 acts like a line resonator. Its depends. Length must therefore be at the desired operating frequency

abgestimmt seini/ = n -.,-]. Mit der Größe der Re-be coordinatedi / = n -., -]. With the size of the

^l T'CIIUUl liiK/ii »**«. — - ^ l T'CIIUUl liiK / ii "**". - -

Auch kann eine Änderung des 7<z-We^rtes herangezogen '.vrden.Also, a change of 7 <z We ^r tes used '.vrden.

Hiermit läßt sich dann auch ein vorgegebener Ver-This can also be used to create a predefined

abschnitt 8. Hier muß das Magnetfeld dem Grad der starken Wechselwirkung, d. h. der Strahlabbremsurij»; angepaßt werden. Dazu ist eine Magnetfelderhöhung nach vorgegebener Funktion erforderlich,Section 8. Here the magnetic field must correspond to the degree of the strong interaction, i. H. the beam deceleration »; be adjusted. This requires an increase in the magnetic field according to the specified function,

Zuletzt ?.ei darauf hingewiesen, daß der gesamte Betriebswirkungsgrad auch bei dieser Anordnung durch einen Abbremskollektor in bekannter WeiseLast? .Ei noted that the entire Operating efficiency also with this arrangement by means of a braking collector in a known manner

flexionsfaktoren r„ r₂ wird die Resonanzüberhöhung 55 noch weiter zu verbessern ist.flexion factors r ₂ , the resonance increase 55 needs to be improved even further.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 21 2

Electron beam to amplify the electromagnet!

Patent claims: see Weife are used because the Ver

strengthening the speed occurring

! Traveling wave tube with a between the electron beam would decrease the traveling wave and a Elektronenstrahferzeugungssystem Etek- interrupts verstärfcungsmechanismus 5, twnenstrahlauffänger nntergebrachten delay time ht known that the conversion efficiency

Ring kit, which in the area of the longer side of traveling wave tubes, by adapting the wave end, contains a roping down with an increased degree of retardation compared to the normal speed to the electron speed at the time degree of retardation of the retardation wire on the output side of the retardation line, which can be improved. The "speed tapping" is characterized by the fact that by changing the line parameter limits of this section of the refiewonsbehai- meter, in particular by reducing their period, there are bumps and that with a step or continuous function, the operating waves mutate / t _{t of} the line that is being carried out (compare German _{edition "tt} .", _L "fesschrift 1296272, USA.-Palentschrift 3 324 342).

Length of the resonance section / -, A _£ amounts to ***? £ _aajae _possibility _mr improvement of the

In !, 1! ....). Conversion rate as a result of a

2. W;., Derfeldrohn. according to claim!. thereby correcting the ratio of the axial speed characterized in that the measure of delay im of the electromagnetic wave to the velocity Resonanzabschrntt is constant. 20 of the electron beam consists of it. that the Eiek-

3. Traveling wave tube according to claim 1 or 2; electron speed through single or multi-stage characterized in that the Reffexionsfak- post-acceleration to the unchanged wave gates at the beginning and at the end of the resonance speed is adjusted. In doing so, however, tore section is the same size sir..L the delay line for the purpose of post-

4. Traveling wave tube according to one of claims I 35 acceleration de \ beam galvanically separated to 3, characterized in that the will be what in the smooth propagation of the wave End section following resonance sections which leads to considerable difficulties (French Delay line as a single or multi-stage patent specification 1 147 OSO).

/ 4-Transl ^ rmator is designed such that the present invention has the object

along it practical ·. there is no longer any interaction caused by a tapering of the wave speed the electron beam takes place. age, d. H. by changing the parameters

5. Traveling wave tube according to <nem of claims 1 of the delay line at the output end to 4, characterized in that the dimensioning of the tube achievable increase in the Konveisionsder delay line is selected. that the efficiency can be further improved. To amplify small signals in the section between the solution of this problem, it is proposed that there should be larger joints at the boundaries of this section and the resonance section than section where there are reflective joints 25 db. are and that at a medium operating wavelength) .l

6. Traveling wave tube according to one of claims I 40 of the line, the length of the resonance section to 5, characterized in that the to the ge, _ η. . . _ j - -

bundled guidance of the electron beam serving ~ 2 ^L _o - ■. ,, - ■■) -

Magnetic field in the area of the resonance section The amount of delay in the resonance section can

according to the strong interaction, d. H. several times and / or continuously

the beam deceleration, compared to the normal 45 according to some particular predetermined function

Value is increased. run, but you will get the delay measure in

Generally keep the resonance section constant,

so as not to complicate the structure of the line unnecessarily.