DE2117925C3 - Multi-chamber klystron - Google Patents
Multi-chamber klystronInfo
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
- H01J25/12—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator with pencil-like electron stream in the axis of the resonators
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Description
Das Hauptpatent betrifft ein Mehrkammer-Klystron mit einem im wesentlichen auf ein ■ Oberwelle einer Frequenz im Durchlaßband der Röhre abgestimmten, frei schwingenden Resonator, der zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangs-Resonator angeordnet ist. Die Besonderheit der Hauptanmeldung besteht darin, daß zwischen dem Ausgangs-Resonator und dem auf eine Oberwelle abgestimmten Resonator wenigstens ein zusätzlicher, auf eine Frequenz im Durchlaßband der Röhre abgestimmter, frei schwingender Resonator angeordnet ist. Eine spezielle Ausführungsform der Hauptanmeldung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf eine Oberwelle abgestimmte Resonatoren zwischen dem Eingangsresonator und dem zusätzlichen Resonator angeordnet sind.The main patent relates to a multi-chamber klystron with an essentially on one harmonic Frequency in the passband of the tube, tuned, freely oscillating resonator between the Input and the output resonator is arranged. The peculiarity of the main application is that that between the output resonator and the resonator tuned to a harmonic at least one additional, freely oscillating resonator tuned to a frequency in the passband of the tube is arranged. A special embodiment of the main application is characterized in that two Resonators tuned to a harmonic between the input resonator and the additional resonator are arranged.
Es wurde festgestellt, daß die Oberwellenresonatoren des Mehrkammer-Klystrons nach der Hauptanmeldung den unerwünschten Nebeneffekt haben, die Elektronenbündel zu entbündeln.It was found that the harmonic resonators of the multi-chamber klystron according to the main application have the undesirable side effect of unbundling the electron bundles.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Mehrkammer-Klystron nach der Hauptanmeldung in der Weise zu verbessern, daß die Neigung beseitigt wird, die Elektronenbündel zu entbündeln.The object of the invention is therefore the multi-chamber klystron according to the main application in such a way that the tendency is eliminated that To unbundle electron bundles.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I aufgeführten Maßnahmen erreicht.This task is achieved by the measures listed in claim I.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung ergibt lieh aus dem Unteranspruch.A special embodiment of the invention results from the dependent claim.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing; it shows
Fig. 1 schematisch ein Mehrkammer-Kiystron nach der Hauptanmeldung,Fig. 1 schematically shows a multi-chamber Kiystron the main registration,
Fig.2 graphisch den zeitlichen Verlauf der Bünde* lürigsspafinung zur Erläuterung,Fig. 2 graphically the temporal course of the frets * lürigsspafinung for explanation,
Fig.3 schematisch ein Mehrkammer-Klystron mit erfindungsgemäß mehrteiliger erster Bündelungsstufe,3 schematically shows a multi-chamber klystron with a multi-part first bundling stage according to the invention,
Fig.4 graphisch den normierten Hochfrequenzstrahlstrom gegen die normierte Geschwindigkeitsabweichung für das langsamste Elektron im Bündel und4 graphically shows the normalized high-frequency beam current versus the normalized speed deviation for the slowest electron in the bundle and
Fig.5 graphisch den Umwandlungswirkungsgrad gegen den normierten Lastleitwert für den Ausgangs-Resonator, wobei der Wirkungsgrad für drei Längen des Ausgangswechselwirkungsspaltes gezeigt istFig.5 graphically shows the conversion efficiency against the normalized load conductance for the output resonator, the efficiency for three lengths of the Output interaction gap is shown
In Fig. 1 ist ein Mehrkammer-Klystron 1 nach dem Hauptpatent dargestellt. Kurz gesagt, die EfekTonenröhre 1 weist ein System 2 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 3 auf, der einem Strahlkollektor 4 zugeführt wird. Ein Eingangshohlraumresonator 6 ist am strahlaufwärtigen Ende des Strahls 3 angeordnet, um den Strahl mit hochfrequenter Energie geschwindigkeitszumodulieren, die dem Hohlraum 5 über einen Eingangskoppler 6 zugeführt wird. Ein Ausgangshohlraumresonator 7 ist in der Nähe des Kollektors 4 angeordnet, um dem Strahl verstärkte Ausgangsenergie zu entziehen. Dem Ausgangsresonator 7 wird Ausgangsenergie über die Ausgangskopplungsschleife 8 entzogen und einem geeigneten Verbraucher, beispielsweise einer Antenne, zugeführt.In Fig. 1 is a multi-chamber klystron 1 after Main patent shown. In short, the ivy clay tube 1 has a system 2 for generating an electron beam 3 which is sent to a beam collector 4 is fed. An input cavity resonator 6 is arranged at the upstream end of the beam 3 to speed modulating the beam with high frequency energy that the cavity 5 via a Input coupler 6 is supplied. An output cavity resonator 7 is arranged in the vicinity of the collector 4 in order to provide the beam with amplified output energy to withdraw. The output resonator 7 receives output energy via the output coupling loop 8 withdrawn and fed to a suitable consumer, for example an antenna.
Zwei frei schwingende Oberwellen-Hohlraumresonatoren 9 und 11 sind in der ersten Bündelungsstufe angeordnet. Die beiden Hohlräume 9 und 11 sind auf einen Grundresonanzmodus bei einer Frequenz abgestimmt, die im wesentlichen der zweifachen Frequenz der Mittelfrequenz des Durchlaßbandes der Röhre 1 entspricht.Two freely oscillating harmonic cavity resonators 9 and 11 are in the first concentration stage arranged. The two cavities 9 and 11 are tuned to a fundamental resonance mode at a frequency which is essentially twice the frequency of the center frequency of the passband of the tube 1 is equivalent to.
Die Aufgabe des frei schwingenden Oberwellen-Resonators 9 und des Hohlraumresonators 5 besteht darin, eine Bündelungsspannung VB zu erzeugen, die eine periodische Sägezahnschwingungsform hat, wie sie in Fig.2 dargestellt ist Genauer gesagt, erzeugt der Eingangshohlraumresonator 5 einen Grundfrequenzanteil der Bündelungs-Hochfrequenzspannung V,. Wenn der Spannung V1 eine Spannung V2 der ersten Oberwelle überlagert wird, besitzt die gesamte Bündelungsspannung Vs eine periodische Sägezahnwellenform. Der frei schwingende Oberwcl.'en-Resonator 11 löscht die Geschwindigkeitsmodulation der ersten Oberwelle, die durch den Resonator 9 erzeugt wird. Durch die Oberwellen-Bündelungshohlräume 9 und 11 wird eine günstige Phasengruppierung der Elektronen beim Eintritt in die zweite Bündelungsstufe erreicht. Die Hohlräume 12 und 13 der zweiten Stufe sind auf einen Grundresonanzenrnodus in der Nähe und über dem Durchlaßband der Röhre abgestimmt und sind frei schwingende Resonatoren. Mit Röhren der in Fig. 1 gezeigten Art (ohne den Resonator 11) läßt sich ein Hochfrequenzumwandlungswirkungsgrad von annähernd 80% errechnen, während in der Praxis ein Ui.iwandlungswirkungsgrad von 70% erreicht wurde.The task of the freely oscillating harmonic resonator 9 and the cavity resonator 5 is to generate a bundling voltage V B which has a periodic sawtooth waveform, as shown in FIG V ,. When a voltage V 2 of the first harmonic is superimposed on the voltage V 1 , the entire condensing voltage Vs has a periodic sawtooth waveform. The freely oscillating harmonic resonator 11 cancels the speed modulation of the first harmonic generated by the resonator 9. The harmonic bundling cavities 9 and 11 achieve a favorable phase grouping of the electrons when they enter the second bundling stage. The second stage cavities 12 and 13 are tuned to a fundamental mode of resonance near and above the passband of the tube and are free-running resonators. With tubes of the type shown in FIG. 1 (without the resonator 11), a high-frequency conversion efficiency of approximately 80% can be calculated, while in practice a conversion efficiency of 70% has been achieved.
Eine der Schwierigkeiten, die bei der in Fig. 1 gezeigten Röhre auftreten, besteht darin, daß die Oberwellen-Bündelungshohlraume 9 und 11 dazu neigen, die Elektronenbündel zu entbündeln. Hierdurch wird der Umwandlungswirkungsgrad der Röhre nachteiligbeeinflußt. One of the difficulties encountered in the Fig. 1 occur tube shown, is that the harmonic bundling cavities 9 and 11 to tend to unbundle the electron bundles. This adversely affects the conversion efficiency of the tube.
In Fig. 3 ist ein Mehrkammer-Klystron 15 gezeigt, das Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Röhre 15 ist im wesentlichen identisch mit dem Klystron 1 der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher Grundfrequenzresonator 16 zwischen den beiden Oberwellen-Bündelungsresonatoren 9 und 11 angeordnet ist. Der Grundfrequenzresonator 16 ist auf einen Grundfrequeiizmodüs abgestimmt, der etwas über (jedoch nicht mehr als 10% der Mittelfrequenz desReferring to Figure 3, there is shown a multi-chamber klystron 15 incorporating features of the present invention. the Tube 15 is essentially identical to the klystron 1 of FIG. 1 with the exception that an additional Fundamental frequency resonator 16 is arranged between the two harmonics focusing resonators 9 and 11. The fundamental frequency resonator 16 is on a Basic frequency modes that are slightly above (but not more than 10% of the center frequency of the
Durchlaßbandes) dem Durchlaßband der Röhre liegt, und dieser Grundfrequenzresonator dient dazu, die Elektronenbündel erneut zu bündeln, bevor diese Bündel die Spannung »sehen«, die durch den Oberwellen-Bündelungshohlraum 11 des zweiten Teils erzeugt wird. Im einzelnen enthält der erste Bündelungsstufenteil einen Grundfrequenzeingangshohlraum 5, auf den der erste Oberwellen-Hohlraum 9 folgt. Der Oberwellen-Hohlraum 9 dient dazu, die Zwischenbündelungselektronen wiener einzuordnen, jedoch beeinflußt er dabei nachteilig die gewünschten Elektronenbündel, indem er dazu neigt, diese zu entbündeln. Der Grundfrequenzresonator 16 des zweiten Stufenteils dient jedoch dazu, die Elektronen wieder zu bündeln, bevor diese in den strahlabwärtig angeordneten Oberwellenresonator eintreten. Durch die Verwendung der beiden Oberwellen-Bündelungsteile mit einem zwischen den beiden Oberwellenresonatoren angeordneten Grundfrequenzresonator ergibt sich als Gesamtwirkung, daß die Grundfrequenzkomponente des Hochfrequenzstrahlstroms an der Stelle des Ausgangsspaltes wesentlich erhöht wird, daß eine gleichförmigere Geschwindigkeit der Elektronen in den Bündeln und eine gleichförmigere Elektronenverteilung in den Bündeln erhalten wird. Die erhöhte Grundkomponente des Hochfrequenzstrahlstroms gegen die verbesserte Geschwindigkeitsverteilung in den Bündeln ist aus der Darstellung in Fig.4 zu ersehen, bei der die Kurve 18 eine graphische Darstellung des normierten Grundfrequenz-Hochfrequenzstrahlstroms gegen die normierte Geschwindigkeitsabweichung für das langsamste Elektron in den Bündeln für verschiedene Spaltspannungen an dem Spalt des Resonators 12 der Röhre 15 in der F i g. 3 zeigt. Die Kurve 19 zeigt eine ähnliche graphische Darstellung, bei der lediglich eine einzige Stufe einer Oberwellen-Bündelung verwendet wird, d. h., bei der kein Grundmodusresonator zwischen zwei Oberwellen-Bündelungsresonatoren vorgesehen ist.Pass band) is the pass band of the tube, and this fundamental frequency resonator is used to generate the Electron bundles re-bundle before these bundles "see" the voltage generated by the harmonic condensing cavity 11 of the second part is generated. In detail, the first contains bundling stage part a fundamental frequency input cavity 5 to which the first harmonic cavity 9 follows. The harmonic cavity 9 serves to collect the inter-bundling electrons Viennese classify, but he influences the desired electron bundle is disadvantageous in that it tends to unbundle them. Of the Fundamental frequency resonator 16 of the second stage part, however, serves to bundle the electrons again, before they enter the downstream harmonic resonator. By using of the two harmonic bundling parts with one arranged between the two harmonic resonators Fundamental frequency resonator results as an overall effect that the fundamental frequency component of the High frequency beam current at the point of the exit slit is increased significantly, making it more uniform Speed of electrons in the bundles and a more uniform electron distribution in the Bundling is obtained. The increased fundamental component of the high frequency beam current versus the improved The speed distribution in the bundles can be seen from the illustration in FIG a graph of the normalized fundamental frequency high frequency beam current versus the normalized speed deviation for the slowest electron in the bundle for different fission voltages at the gap of the resonator 12 of the tube 15 in FIG. 3 shows. The curve 19 shows a similar one graphical representation in which only a single level of harmonic bundling is used, d. i.e., no fundamental mode resonator is provided between two harmonic condensing resonators.
In F i g. 5 ist der berechnete Umwandlungswirkungsgrad für die Röhre 15 der F i g. 3 als Funktion des normierten Lastleitwertes des Ausgangsresonators dargestellt. Die Darstellungen in Fig. 5 zeigen eine Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades von annähernd 5% im Vergleich zu dem Umwandlungswirkungsgrad der Röhre nach der Hauptanmeldung.In Fig. 5 is the calculated conversion efficiency for tube 15 of FIG. 3 as a function of normalized load conductance of the output resonator is shown. The representations in Fig. 5 show a Improvement in conversion efficiency of approximately 5% compared to conversion efficiency the tube after the main registration.
Bei einem typischen Beispiel für Has Klystron 15, das Merkmale der Erfindung aufweist, sind die Resonatoren wie folgt abgestimmt: Der Eingangsresonator 5 istOn a typical example for Has Klystron 15, the Features of the invention, the resonators are tuned as follows: The input resonator 5 is
vorzugsweise im wesentlichen auf die Mitte des Durehlaßbandes der Röhre abgestimmt, d. h.preferably substantially aligned with the center of the conduction band of the tube, d. H.
I/'I / '
= 0.= 0.
worin f die Mittelfrequenz des Durchlaßbandes der Röhre ist Der erste Oberwellen-Resonator 9 ist vorzugsweise auf eine Frequenz abgestimmt, die etwas hi kleiner als das Zweifache der Mittelbandfrequenz ist, d.h.where f is the center frequency of the pass band of the tube. The first harmonic resonator 9 is preferably tuned to a frequency which is somewhat hi less than twice the center band frequency, ie
I/
2/I /
2 /
= - 0,0045 ;= - 0.0045;
der Grundfrequenzresonator 16 ist vorzugsweise auf eine Frequenz abgestimmt, die etwas über der Durchlaßbandfrequenz liegt, d. h.the fundamental frequency resonator 16 is preferably tuned to a frequency that is slightly above the Passband frequency is, d. H.
I/I /
= +0.04= +0.04
der Oberwellenresonator 11 ist vorzugsweise auf dieselbe Frequenz wie der erste Oberwellenresonator 9 abgestimmt, nämlichthe harmonic resonator 11 is preferably at the same frequency as the first harmonic resonator 9 matched, namely
I /I /
2/2 /
= -0.0045= -0.0045
»ι die Resonatoren 12 und 13 sind vorzugsweise auf im wesentlichen dieselbe Frequenz etwas oberhalb der Mitielbandfrequenz abgestimmt, nämlich auf»Ι the resonators 12 and 13 are preferably on im essentially the same frequency tuned slightly above the Mitielband frequency, namely on
'.' = +0,022.'.' = +0.022.
und der Ausgangsresonator 7 ist vorzugsweise im wesentlichen auf die Frequenz der Mitte des Durchlaßbandes abgestimmt, d. h.and the output resonator 7 is preferably substantially at the frequency of the center of the pass band matched, d. H.
Unter dem hier verwandten Ausdruck »Durchlaßband« wird das Frequenzband zwischen den — 3dB-Punkten in der graphischen Darstellung der Ausgangsleistung gegen die Frequenz für die Röhre verstanden. The term "pass band" used here refers to the frequency band between the -3 dB points understood in the graph of output power versus frequency for the tube.
Abweichungen von der dargestellten Ausführungsform sind ebenso wie bei der Hauptanmeldung möglich. Deviations from the embodiment shown are possible, as is the case with the main application.
BIaIl ZeichnungenBIaIl drawings
Claims (2)
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