DE2139424A1

DE2139424A1 - Laufzeitröhre mit Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlräumen

Info

Publication number: DE2139424A1
Application number: DE19712139424
Authority: DE
Inventors: Robert Spencer; Staprans Armand; Los Altos; Butwell Robert Justin San Jose; Calif. Symons (V.St.A.)
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1972-03-16
Also published as: CA946512A; US3668459A; NL7112381A

Description

die benachbarte Reihe ^jp Grad versetzt* wobei N die Anza?-X von axial ausgefluchteten Schlitzreihen ist» Jede axial ausgefluchtete Reihe von Koppelschiitzen weist Eißi,*ichtun« gen auf j mit denen der Fluß von Slektronen durch die Schlitze unterbrochen wird, beispielweise sin Blookelaaieiri;_& oder die Schlitze sind in ihres¹ radiales oder täakelmä&ig&izi Position derart versetzt, daß ein Sichtlinienweg parallel zum Strahl durch wenigstens einen Teil jeder Reihe von Kö?*~ pelschlitzen blockiert wird, um eine kumulative electrons* 3& tische Wechselwirkung zwischen unerwünschten ieilstrahlei, in den Schlitzreihen und den Feldern der Verzögerungsleitung zu verhindern, so daß der Wirkungsgrad und die Stabilität der Röhre erhöht werden.

Stand der Techalkg

Bekannte Kleeblatt-Verzögerungsleitungen für röhren weisen acht Reihen von axial ausgefluchteten Koppel schlitzen auf, die um -2|£ Grad, oder in Intervallen von um den Strahlweg herum angeordnet sind· Die Schlitze sorgen für eine Schwingungsenergie-Kommunikation durch eine Reihe von Hohlraumresonatoren, die aufeinanderfolgend lär&gs des Strahlweges angeordnet sind, um ein© Verzögerungsleitung zu bilden (US-Fatentschrift 3 233 139).

Ein Problem bei dieser bekannten Verzögerungsleitung beisteht darin, daß bsi relativ hohen Laistungspegeln_ö beispielsweise 1 VM oder mehr, und relativ großen Impulsdauern* beispielsweise mehr als 10 Mikrosekunden, festgestellt wird, daß die elektrischen Felder in den aufeinanderfolgenden Hohlraumresonatoren derart sind, da3 Elektronen längs der Verzögerungsleitung auf Wegen beschleunigt werden, die allgemein parallel zum Strahlweg liegen und

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durch die axial ausgefluchteten Koppelschlitze führen. Dadurch werden acht Teilstrahlen gebildet, die den Hauptstrahi usgeben· Bei solchen relativ hohen Leistungepegels, werden die Elektronen in den Teilstrahlen auf relativ hohe Energien beschleunigt» und sie bombardieren beide Enden der Leitung, so daß in der Röhre Sehmelzvergängs und Bogenübersehläge eintreten., Bei allen Leistungspegeln setzt die von den Leitungsfeldem zur Beschleunigung der unerwünschten Teilstrahlen abgenommene Energie den Wirkungsgrad der Röhr® erheblich herab.

der

Grundaufgabe der Erfindung ist es₈ eine verbesserte Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlräumen verfügbar zu machen, sowie iiikrowellenröhren_? in denen diese verwendet wird«

Erfindungsgemäß wird in einer Verzögerungsleitung aus gekop» pelten Hohlräumen für eine illkrowellenröhre, die eine Anzahl H von winkelmäßig versetzten Reihen von Koppelschlitzen aufweist, die in gleichen Abständen um den Strahlweg herum angeordnet sind_e eine Einrichtung zwischen den Enden der Ves<~ zögerungsleitung vorgesehen« mit der der Elektronenfluß längs eines sekundären Strahlweges parallel sum Bauptstrahlweg und durch wenigstens den radial inneren Teil jedes der Reihe von Koppelschlitzen unterbrochen wird, so daß unerwUasehte Tail« strahlen durch die Koppelschlitze blockiert werden ₉ um -sine kumulative elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Teilstrahlen und den Feldern der Verzögerungsleitung zu verhindern.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung besteht die Einrichtung zur Unterbrechung des Elektronenflusses längs des sekundären Strahlweges aus einer Einrichtung, mit der ein Sichtlinien-

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veg parallel sum Hauptstrahl durch jeden der radial inneren Teile jeder der Koppelschlitzreihen blockiert wird.

Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung besteht die Einrichtung zur Blockierung dee Sichtlinienweges aus einer radialen Versetzung der geometrischen Zentren der Koppelschlitze jeder Reihe längs des Strahlweges durch jede Reihe von Koppelschlitzen,

Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung besteht die Einrichtung zur Blockierung der Teilstrahlen aus einer winkelmäßigen Versetzung der geometrischen Zentren der Koppelschlitze jeder Reihe längs des ¥eges durch jede Reihe von Schlitzen» um einen Sichtlinienweg parallel sua Strahlweg zu blockieren»

Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung besteht die Einrichtung zur Blockierung der Teilstrahlen aus einer Elektronensperrenkonstruktion» die in einer Anzahl der Hohlrauare-Senatoren angeordnet ist» um den sekundären Sichtlinienweg für Elektronen parallel sum Strahlweg zu blockieren.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert verden; es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch sine bekannte Mikrowellenröhre;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 die Ausgangsleistung in Abhängigkeit von der Zeit zur VfwwTHftqtfofljni j ffTnsng doe Sp&nnungsver— laufs für einen Ausgangsimpule an Ausgang der Röhre nach Fig. 1j

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Fig. 4 eine auseinandergezogene Seitenansicht des in Flg. 1 mit der Linie 4-4 umschlossenen Teils« jedoch erfindungsgemäß modifiziert;

_; Figuren 5A und 5B Schnitte längs der Linien 5A-5A bzw· 5B-5B in Fig. 4;

Figuren 6A und 6B Schnitte längs der Linien 6A-6A bzw· 6B-6B in Fig· 4 zur Veraaschaulichung einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig· 7 einen Schnitt durch einen einzelnen Hohlraumresonator nach einer anderen Ausführungeform der Erfindung; und

Figo 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7«

In Fig. 1 1st eine bekannte Mikrowsllen-Laufzeitröhre 1 dargestellt, die erfindungsgemäß verbessert werden soll· Die dargestellte Mikrowellenröhre 1 weist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 2 auf, mit der ein Elektronenstrahl 3 Über einen länglichen Strahlweg zu einem Strahlkollektor 4 projiziert wird· Längs des Strahlweges ist zwischen dem System 2 und dem Kollektor 4 eine Kleeblatt-Verzögerungsleitung 5 aus gekoppelten Hohlräumen angeordnet, die mit dem Strahl in elektromagnetische Wechselwirkung tritt» um sin. verstärktes Auegangssignal zu erzeugen» Eine Strahl» fokussierspule 6 ist koaxial zur Verzögerungsleitung 5 angeordnet, um ein axial gerichtetes Magnetfeld Im Strahlweg 3 zu erzeugen, mit dem der Elektronenstrahl durch die Verzögerungsleitung 5 zum Kollektor 4 fokussiert wird.

Die Verzögerungsleitung 5 weist eine Anzahl axial ausgefluchteter, gekoppelter Kleeblatt-Hohlraumresoxiatoren 7 auf, die aufeinanderfolgend längs des Strahlweges zur kumulativen elektromagnetischen Wechselwirkung mit den Sts^l angeordnet sind» Jeder Kleeblatt-Hohlraum 7 "reißt zwei asdal voneinander entfernte Südwände C auf« sowie ei&e

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hend verbogene Seitenwand auf, so daß vier leitende Nasen 9 gebildet werden» die in Abständen von 45° um den Strahlweg herum zur Strahlachse (vergl. Fig· 2) einwärts vorstehen» Benachbarte Hohlraumresonatoren 7 teilen sich eine gemeinsame Bndwand 8. Die einwärts vorstehenden Nasen 9 in benachbarten Hohlraumresonatoren 7 sind um 45° um den Strahlwinkelmäßig gegenseitig versetzt.

Zwei radial gerichtete längliche induktive Koppelschlitze 11 sind auf beiden Seiten der Nasen 9 angeordnet (vergl· Fig. 5) um eine negative gegenseitige induktive Kopplung zwischen benachbarten Hohlraumresonatoren 7 zu erhalten· Die KoppelsohlitZe 11 sind radial länglich ausgebildet, um die Induktive Kopplung zwischen benachbarten Hohlräumen zu erhöhen c Die induktiven Koppelschlitze 11 sind bei der bekannten Röhre axial längs eines Weges parallel zum Strahlv/eg ausgefluchtet, und die acht Reihen von Koppelschlitzen waren in Intervallen von 45° um den Strahlweg 3 angeordnet.

Zu verstärkende Schwingungsenergie wird dem strahlaufwärtigen Hohlraum 7 über einen Eingangshohlleiter 12 zugeführt, über den ein wellendurchlässiges, vakuumdichte« Fenster 13 eingesetzt ist, um ein Vakuum in der evakuierten Mikrov/ellenleitung 5 aufrecht zu erhalten. Auf der W Längsmitte der Verzögerungsleitung 5 aus gekoppelten Hohlräumen weist die Leitung einen Leitungstrenner 14 auf, der aus einer massiven, leitenden Scheibe mit Hittelöffnung besteht, die keine Koppeisohlitze aufweist, um eine Schwingungsenergiekommunikation zwischen dem strahlaufwärtigen Teil 15 der Verzögerungsleitung und dem strahlabwärtigen Teil 16 der Verzögerungeleitung zu verhindern. Die Scheibe 14 weist eine Zentralöffnimg auf» um den Durchtritt des Elektronenstrahls 3 zu ermöglichen. Schwingungsdämpfungaelemente 19 und 20 sind mit dem atrahlabwärtigen Hohlraum 7 des strahlaufwärtigen Leitungeteil und dem etrahlaufwär-

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tigea Hohlraum des strahlabwärtigen Teils 16 gekoppelt, um Sohwingungsenergle zu absorbieren» die auf entgegengesetzten Seiten des Trenners 14 in die Hohlräume gekoppelt wird.

Im strahlaufwärtigen Verzögerungsleitungsteil 15 ruft di© dem strahlaufwärtigen Hohlraum zugeführte Mikrowellenenergie eine Schwingung auf der Leitung hervor» die kumulativ mit dem Strahl in Wechselwirkung tritt, um diesen zu bündeln. Der gebündelte Strahl läuft vom strahlaufwärtigen Leitungstell 15 zua etrahlabwärtigen Teil 16, um im strahlabwärtigen Leitungsteil 16 eine wachsende Schwingung zu erzeugen» Die Schwingung im strahlabwärtigen Teil 16 tritt kumulativ mit dem gebündelten Strahl in Wechselwirkung ο so daß eine wachsende Schwingung im strahlabwärtigen Leitungsteil 16 erzeugt wird« Ausgangs-Schwingungsenergie wird vom Etrahlabwärtigen Ende des strahlabwärtigen Leitungsteils 16 über einen Ausgangshohlleiter 17 abgenommen, der mit einem schwingungsdurchlässigen, gasdichten Fenster verschlossen ist. Die vom Hohlleiter 17 abgenommene» hochfrequente Ausgangsenergie wird einer nicht dargestellten geeigneten Last zugeführt«

Wem bei der bekannten Röhre die Ausgangsleistung größer als 1 MSf Spitzenleistung betrug, und die Impulse eine Dauer von mehr als 10 föikrosekunden hatten, fiel die: Spitzenausgangsleistung in der zweiten Hälfte der Impulslänge auf etwa die halbe Spitzenleistung plötzlich ab (Flg.3), Ss wurde festgestellt, daß dieser Leistungsabfall Bogen-Überschlägen im Ausgange-Leitungsteil 16 zugeordnet war. Insbesondere wurde festgestellt, daß unerwünscht© Elektro-. nen-Teilstrahlen durch die axial ausgefluchteten Reihen. ■ von Koppelschlltzea beschleunigt wurden und die Endwände des ersten und letzten Hohlraums im strahlabw&rtigen Leitungsteil 16 bombardiertem«

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Wenn die Ausgangsleistung einen relativ hohen Pegel erreichte« größenoranungsmSßig 1 MW, und die Impulslänge in der Größenordnung von 10 Kikrosekunden oder mehr lag» wurde festgestellt, daß die Energie in den Teilstrahlen ausreichtet Teile der Endwände der Sndhohlräume durchzu— schmelzen. Wenn die Hohlraumendwand geschmolzen war« wurde eingefangenes Gas freigegeben» so daß ein Bogen in der Röhre entstand» der dafür sorgte» daß die Ausgangs» leistung auf etwa den halben Wert abfiel·

Es wurde festgestellt» daß die Bogenbildung verhindert und der Wirkungsgrad der Mikrowellen merklich erhöht werden kann» wenn der Elektronenfluß in den Teilstrahlen unterbrochen wird» etwa durch Blockierung eines Sichtlinienweges parallel zum Strahl durch jede der Reihen von Koppelschlitzen, so daß die Teilstrahlen sich nicht so weit formen» daß sie kumulativ mit der Schwingung auf der Verzögerungsleitung 5 in Wechselwirkung treten. Eine vorteilhafte Anordnung nach der Erfindung zur Blockierung der einzelnen Teilstrahlen ist in Fig. 4 und 5 dargestellt.

In Figuren 4 und 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigte eine Prüfung des Schmelzbildes» das durch die einzelnen Teilstrahlen bei der bekannten Röhre nach Flg. 1 auf den Endwänden des ersten und letzten Hohlraumes gemäß Fig. 2 erzeugt wurde» daß der Schmelzvorgang mit dem radial inneren Drittel dor Schlitzlänge übereinstimmend erzeugt wurde» gesehen in radialer Richtung« Bei den Ausführungsformen nach Figuren 4 und 5 ist deshalb die radiale Lag· der Koppeleehlitza 11 in Richtung längs dee Strahlweges versetzt oder verändert» eo daß ein Siohtlinienveg durch Jede der Reihen von Koppelschlitzen wenigstens im Bereich des inneren Drittels der Schlitze blockiert ist.

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Die radiale Position der Koppelschlitze 11 kann kontinuierlich von einer inneren Lage gemäß Fig. 5A zu einer äußeren Lage gemäß Fig. 5B verändert werden* oder die Sehlitse kön« nen in zwei oder mehr Konfigurationen angeordnet sein, beispielsweise einer Innenlage gemäß Fig. 5A und einer äußeren Schlitzlage gemäß Flg« 5B· Die inneren und äußeren Schlitsanordnungen wechseln in Richtung längs des Strahlweges afc* so daß. ein Sichtlinienweg durch die Koppelsehlitze blockiert wird» um die Strahlwege zu unterbrechen« Ein Wechsel zwischen Innerer und äußerer Schlitzlage hat den Vorteil» daß nur zwei Typen von gemeinsamen Endwanden hergestellt werden müssen, während in dem Falle* daß die Lage der Koppelschlitze 11 sich kontinuierlich von einer inneren Lage zur äußersten Lage ändert» jede Sndwand eine etwas andere Form hat· , ■ .

Die auf elnanderf olgenden Bohlraumresonatoren 7 sind derart zu der Längsreihe gestapelt, daß die Nasen 9 in benachbarten Resonatoren relativ zueinander um 45° um die Achse des Strahls 3 winkelmäßig versetzt sind. Die Hohlräume 7 und Endwände 8 sind auf acht Ausfluchtstäben ausgefluchtet» die durch axial ausgefluchtete Offnungen 23 hindurch führen» die in dem äußeren Rand oder der Lippe der Hohlraumresona» toren 7 und Endwände δ vorgesehen sind· Auf diese Weise wird eine präzise winkelmäßlge Ausfluchtung der aufeinanderfolgenden Hohlräume 7 und Endwände 8 erzielt.

In Figuren 4 und 6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt· Bei dieser Ausführuagsform 1st dor Sichtlinienweg parallel zur Strahlaohse 3 durch Jede der Reihen, von Koppelsohlltzen 11 iiwniuroh blockiert ρ daß die Winkellage der Hohlräume 7 und Sndvtede 8 in aufeinander* folgenden Hohlrauaresonatoren 7 um die Strahlaohe* versetzt

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ist. Die Winkellage ist in aufeinanderfolgenden Hohlräumen 7 um einen relativ kleinen Winkel, etwa 3°» versetzt, so daß bei Fortschreiten längs der Leitung in Richtung des Strahlweges die Reihe von Sohlitzen leicht spiralenarti.gs Formen beschreibt· ua einen Sichtlinienweg parallel zum Strahlweg 3 durch sie hindurch zu blockieren, wie durch Vergleich von Figuren 6A und 6B ersichtlich ist· Da die Elektronen durch das magnetische Strahlfokusslerfeld auf Wege parallel zum Strahlweg beschränkt sind, können die Elektronen die Spiralenbahn nicht verfolgen, die dazu erforderlich ist, im als Strahl durch die Längsreihe von Soppelsehlitzen 11 hludurchzugehen·

In Figuren 7 und δ ist eine andere Ausführungsfons» der !Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Elektronensperre, beispielsweise eine elektrisch leitende Fahne 25» etwa aus Kupfer, in einer Ebene in der LSngsaitte des Hohlraums 7 angeordnet und in der Aufsicht so geformt, daß einer oder mehrere der Koppelschlitze 11 abgedeckt wer» den* Die Fahne 25 1st in einen Querschlitz in der Nase 9 der Kleeblatthohlräume 7 eingelötet. In aufeinanderfolgen« den Resonatoren der Längereihe aus Resonatoren 7 ist dl ο Winkellage der Fahne versetzt, so daß eine oder mehrere der Koppeleonlitze 11 abgedeckt werden. Insbesondere, wexm die Fahne 25 zwei Schlitze abdeckt, kann die Winkellage der Fahne in benachbarten Resonatoren um 90° versetzt SeJUi₅ so daß innerhalb von vier aufeinanderfolgenden Resonatoren alle acht Reihen von Koppelschlitzen blockiert sind.· ttanc. die Fahne 25 nur einen Schlitz blockiert, dann ist die i/in- kollag· der Fahne 25 in benachbarten Resonatoren um 45° versetzt. Bine Folge von acht Resonatoren 7 ergibt damit eine Blockierung Jeder der acht Reihen von Köppelsohlitzen 11· Bei einer bevorzugten AusfUhrungeforra 1st die Fahne 25

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elektrisch leitend, das ist jedoch nicht erforderlich, es braucht nur eine Elektronensperre zu sein« Die Fahne 25 kann beispielsweise aus Tonerdekeramik bestehen·

¥enn man sieh längs der Verzögerungsleitung 5 vom strahlabwSrtigen Snde zum strahlaufvärtigen Ende bewegt, verringert sieh die Intensität der elektrischen Felder der Schwingung. Das Erfordernis zur Blockierung der einzelnen Reihen von Koppelschlitzen vermindert sich dementsprechend. Die Teilstrahlen-Blockierungseinrichtung kann also in der NMhe des strahlaufvärtigen Endes der Verzögerungsleitung 5» etwa im etrahlaufvSrtigen Leitungeteil 15» weggelassen werden·

In gewlesen Hybrldleitungaruhren (beispielsweise wie beschrieben in US-Patentschrift 3 289 032) ist der strahlaufwärtige Teil 15 der Verzögerungsleitung 5 durch eine Folge von klystronartigen EingangßhohlräuEien ersetzt» Bei einer solchen Rühre dient der strablabwärtlge Leitungeteil 16 als Ausgangskreis· Die oy^ifiP^^^gftgewSeen Teilstrahl—Blockle— rungseinrichtungen werden zweckmäßigerweise verwendet» um den Wirkungsgrad zu erhöhen und eine Bogenbildung In einer solchen Hybridröhre zu verhindern·

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Claims

V1 P299

Patentansprüche

Ο Laufzeitröhre mit Verzögerungsleitung aus gekoppelten Hohlräumen, von denen jeweils benachbarte eine gemeinsame Bildwand haben» in denen jeweils eine Anzahl von allgemein radial gerichteten» länglichen induktiven Koppelschlitzen vorgesehen ist» dadurch gekennzeichnet» daß zwischen den Enden der Verzögerungsleitung Einrichtungen angeordnet sind» mit denen der Fluß von Elektronen längs eines sekundären Strahlweges parallel zim Hauptstrahlweg durch wenigstens einen radial inneren Teil ^eder d@r Koppelschlitze unterbrochen ist·
2. Röhre nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß die Einrichtung zur Unterbrechung des Elektronenflusses eine Einrichtung aufweist» mit der ein Sichtlinienweg parallel zum Hauptstrahlweg durch wenigstens einen radial inneren Teil der Koppelschlitze blockiert ißt.
3· Röhre nach Anspruch 2» dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahl-Blockiereinrichtung aus einer aufeinanderfolgenden radialen Versetzung der geometrischen Zentren der Koppelschlitze besteht·
4« Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teiletrahl-Blockiereinrichtung aus einer aufeinanderfolgenden vinkelmäßigen Versetzung der geometriechen Zentren der Koppelschlitze besteht»

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5. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahl-Blockiereinrichtimg aus Blektronensperren besteht» die In einer Anzahl der Hohlraumresonatoren angeordnet sind.

6· Röhre nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektronensperre aus einer elektrisch leitenden Fahne besteht, die so bemessen 1st, daß sie venig· stens einen Teil eines Slchtllnlenveges parallel zum Strahlweg durch einen Schlitz blockiert» und die im allgemeinen In der Längsmitte des jeweiligen. Hohlraums angeordnet ist·

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