DE2554797A1

DE2554797A1 - Vierkammer-geschwindigkeitsmodulationsroehre

Info

Publication number: DE2554797A1
Application number: DE19752554797
Authority: DE
Inventors: Takao Kageyama; Hiroshi Kato
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1975-12-05
Publication date: 1976-06-10
Also published as: NL7513792A; GB1482062A; FR2293787B1; JPS5320375B2; FR2293787A1; DE2554797C2; JPS5169355A; US3974417A

Description

Die Erfindung betrifft eine ITochleit>tung:s-Vierka2iiQer-&et>chviindigkeitsmodula"üionsröhre von verminderter &roße und Insbesondere von verminderter Gesamtlänge in Axialrichtung.

32ei Kchrlcammer-Gescnwindigkeitsmodtilationöröiirexi 7/erden die entsprechenden Hohlräume auf zueinander verschiedene Frequenzen inneriislb des Betriebsdurezilaßbsndes ab^estirßiat, um die Yeretärkung-?requenz-Itennlinien zu optimieren. Bei der herkömmlichen Vierkamiaer-öeschwindi^keitsmoaul-tionsröhre v.'ird der BinganiiS- oder Einkoppe!hohlraum auf die Llitteni'requenz des Betriebsdurchlaßbandes oder auf eine Fxeouena ab-

mt, die über der Mittenfrequenz liegt, während der in rortpflanzujagsrichtung des Elektronenstrahls dahinter liegende erste Zwischenhohlraum auf eine Frequenz unterhalb der Litteairecuonz abgestimmt ist. nähere Angaben über eine derartige Köiüre können den folgenden Artikeln entnommen werden: K-H. Hxeuchen, B.A. Auld and IT.E. Dixon "A Study of the Brosöiand Frequency Hesponse of the Multicavity Klystron Amplifier" (Journal of Electronics, Band 2, Seite 529 - 567, ΙώΐΙ 1>"57) und Tatsuo Hayashi ''UHP-TjiliEVISIOH" SOSHIE Ϊ0 JUSHIN (übertragung und Empfang von UHT--fernsehen)" (DBIPA SHIKBUIi SnEEEMEBtT Januar 1970, Seite 272, in Japanisch). Demnach wird öer jffähe der ilittenxrequenz des Betriebsdurchlaßbandes die der am. Spaltraum innerhalb des ersten Zv;ischenhohlraumes

Spannung hinsichtlich der Spalt spannung innerhalb des Elagangshohlraum.es-phasenverschoben gehalten, so daß im voriep gebündelten Elektronenstrahl Entbündelungseffekte auftreten können. Bei den bekannten Mehrkammer röhr en ist der Q- oder der Gütefaktor des Hohlraumes im ersten Zwischen-

höher als im Eingangshohlraum. Zusätzlich wird, hinsicirfcXich der Triftröhrenlängen einer G-eschwindigkeitsiaodulatiOBsröhre mit verminderter G-e samt länge, der Lauf winkel der in fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls hinter dem EiHgaagshohlraum gelegenen ersten Triftröhre, in Anbetracht der Ixeistungsverstärkung, auf etwa 70 , im Sinne der reduzierten Ehasehkonstante des Plasmas, eingestellt, da die Hohe der an &em Spaltraum innerhalb des Eingangshohlraumes erzeugten Hoehfrequenzspannung als ein kleines Signal angesehen wird,

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das gegenüber einer Gleichstrom-Strahlspannung ausreichend klein ist (siehe auch den Artikel von S.E. Vebber "Ballistic Analysis of a Two-Cavity finite Beam Klystron" IEE Trans, on Electron Devices, Band ED-5, Seite 98-108, April 1958). Da die Höhe der an den Spalträumen innerhalb des ersten und zweiten Zwischenhohlraumes erzeugten Spannungen jeweils ausreichend hoch ist, werden die Laufwinkel der in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls dahinter liegenden zweiten und dritten Triftröhren auf etwa 40° und 25° eingestellt, abhängig von der Höhe der an den Hohlraumspalträumen induzierten Spannungen. Die oben erwähnte Anordnung der Triftröhrenlängen ist wirksam, wenn die Bündelung im Elektronenstrahl fortschreitend und anwachsend erreicht wird. Da jedoch am Spalt im ersten Zwischenhohlraum eine Entbündelung auftritt, ist ein Laufwinkel von etwa 40 für die zweite Triftröhre nicht ausreichend, um die einmal entbündelten Elektronen wieder zu bündeln. Deshalb weisen die bekannten Yierkammer-G-eschwindigkeitsmodulationsröhren einen begrenzten Ausgangswirkungsgrad von 30 bis 40 96 auf.

Der Laufwinkel einer Triftröhre, im Sinne der reduzierten Phasenkonstante des Plasmas, ist gegeben durch 60 Ί/ ν , wobei 60 (Eadiant/Sekünde) die reduzierte Plasmawinkelgeschwindigkeit, ν« die G-leichstromstrahlgeschwindigkeit und i die körperliche Länge der Triftröhre zwischen den Mittelpunkten der Spalträume angibt.

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Wie in der japanischen Anmeldung Nr, 24221/71 (entsprechend der amerikanischen Anmeldung Nr, 28 792/70) beschrieben wurde, kann der Konversionswirkungsgrad oder die Mischungseffektivität von Mehrkammer-Gesehwindigkeitsmodulationsröhren durch Einsetzen einer Triftröhre mit einem laufwinkel von 120° zwischen dem ersten und zweiten Zwischenhohlraum verbessert werden, um eine Verschiebung der im Bereich zwischen den Bündelungsmittelpunkten liegenden Elektronen zu den entsprechenden Bündelungsmittelpunkten durch die elektrostatische Kraft, die auf die zweite Harmonische der in dem Elektronenstrahl erzeugten Raumladung zurückzuführen ist, zu ermöglichen und dadurch die Elektronen stark zu bündeln. Das auf der durch die Harmonische der Raumladung ausgeübten elektrostatischen Kraft basierende Verfahren verlangt jedoch eine außerordentlich lange Triftröhre mit einem laufwinkel von 120°, Damit wird die Gesamtlänge der Röhre unvermeidbar größer als bei herkömmlichen. Röhren, die die üblichen Triftröhren mit einem laufwinke 1 von 90° oder weniger aufweisen.

Deshalb ist eine solche Geschwindigkeitsmodulationsröhre, die auf der von den zweiten Harmonischen der Raumladung ausgeübten Kraft basiert, eher nachteilig für die Herstellung von "UKF-TV-Rundfunksendern von kleiner Größe.

Darüber hinaus sind der Betriebsfrequenzbereich und die Gleichstrom-Strahlspannungsbereiche der Röhre, die bedingungsgemäß einen laufwinkel von 120° aufweist, äußerst begrenzt,

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Andererseits kann bei den herkömmlichen Geschwindigkeitsmodulationsröhren mit einem laufwinkel von 90°oder weniger der Konversionswirkungsgrad oder die Mischungseffektivität erhöht werden, indem man die Triftlänge so weit verlängert, daß das Entbündeln eliminiert wird, ohne auf den Bündelungseffekt der zweiten Harmonischen zurückzugreifen, oder indem die entsprechenden Hohlräume abgestimmt werden. Nähere Einzelheiten dazu sind der amerikanischen Patentschrift 3 819 977 und einer noch nicht veröffentlichten US-Patentanmeldung Serial No. 552 436 zu entnehmen. Bei Anwendung auf eine Pünfkammer-G-eBchwindigkeitsmodulationsröhre erzielt man mit dieser Technik den Sättigungs-Konversionswirkungsgrad von 60 #. Im Vergleich zu der Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre weist jedoch die fünfkammer-geschwindigkeitsmodulierte Röhre einen zusätzlichen Hohlraumresonator auf und ist folglich in ihrer Gesamtlänge größer, teurer in der Herstellung und schwieriger in der Einstellung eines optimalen Betriebes.

Andererseits werden in jüngster Zeit Forderungen nach einer Hochleistungs-Yierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre gestellt, deren Ausgangshohlraum 20 kW bei angemessener Leistungsverstärkung bringt. Insbesondere die Verbesserungen in den Transistoren haben es möglich gemacht, daß die Erregerkreise ein ausreichend hohes Steuersignalniveau liefern. Unter diesen Umständen führt die bloße Anwendung der genannten Technik nach der US-Patentanmeldung 552 436 auf die Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre nicht zu dem gewünschten Er-

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gebnis. Insbesondere kann, selbst wenn der Konversionswiricungsgrad auf 40 bis 55 <p erhöht wird, indem Triftröhren mit kleineren Längen verwendet werden, proportional zu den an den Hohlraumspalträumen induzierten Hochfrequenzspannungen, der ' Konversionswirkungsgrad von 60 fo oder mehr, der bei den FünfkainnierrÖhren realisiert werden kann, kaum erhalten werden, ohne daß dabei das Betriebsdurchlaßband wesentlich beeinträchtigt wird.

Demzufolge besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Hochleistungs-Vierkammer-Geschv/indigkeitsmodulationsröhre zu schaffen, die ein ausreichend breites Betriebsfrequenzband, eine beträchtlich reduzierte Gesamtlänge und einen hohen Konversionswirkungsgrad (conversion efficiency) aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine verbesserte Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre vorgesehen wird, die aufweist einen Eingangshohlraum, einen ersten Zwischenhohlraum, einen in Strahlrichtung dahinter liegenden zweiten Zwischenhohlraum, einen als Ausgangsschaltkreis dienenden Ausgangshohlraum und mehrere Triftröhren, die jeweils zwischen den aneinander angrenzenden Hohlräumen angeordnet sind, wobei der Laufwinkel der Triftröhre zwischen dem ersten und zweiten Zwischenhohlraum größer ist als der Laufwinkel der anderen Triftröhren. Um die Verstärkung-lrequenz-Kennlinien der Röhre zu verbessern, wird der Eingangshohlraum auf eine Grundresonanzfrequenz in der Nahe der unteren G-renz-

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frequenz des Frequenzbandes abgestimmt, während der erste Zwischenhohlraum auf eine Frequenz in der Nähe der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbandes und der zweite Zwischenhohlraum auf eine Grundresonanzfrequenz abgestimmt werden, die beträchtlich über der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbandes liegt. Zusätzlich wird zur Verbesserung der Verstärkung-Frequenz-Kennlinien der Q-Wert des ersten Zwischenhohlraumes gleich oder kleiner dem Q-Wert des Eingangshohlraumes gewählt.

Das durch die Grundfrequenz innerhalb des Betriebsfrequenzbandes verursachte Entbündeln wird vollständig eliminiert durch die Abstimmung des ersten und zweiten Zwischenhohlraumes auf eine relativ hohe Frequenz. Durch die aufeinanderfolgende und zunehmende Bündelung des Elektronenstrahls, die von der Eingangshohlraum-Spaltspannung geschwindigkeitsmoduliert wurde, wird ein sehr dichtes Bündeln im Ausgangshohlraum-Spaltraum erreicht. Der Summeneffekt des Bündeins wird auch erhöht, indem der Laufwinkel der Triftröhre zwischen dem ersten und zweiten Zwischenhohlraum als größter von allen Triftröhren ausgebildet wird. Dadurch wird ein hoher Konversionswirkungsgrad trotz der geringen Gesamtlänge der Röhre erreicht, Der sich aus den Unterschieden in der Längenverteilung der Triftröhren ergebende Unterschied im Summenbündelungseffekt wird später in bezug auf-den Großsignalbetrieb einer Yierkammer-Geschwindigkeitemodulationsröhre beschrieben.

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Demnach, weist; die Vierkammer-G-eschwindigkeitsmodulationsröhre auf eine Elektronenkanone, einen Eingangshohlraum, einen ersten Zwischenhohlraum, einen zweiten Zwischenhohlraum, einen Ausgangshohlraum, einen Kollektor und außerdem Triftröhren, die jeweils zwischen den Hohlräumen angeordnet sind, wobei der Eingangshohlraum auf eine frequenz in der Nähe der unteren G-renzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes der G-eschwindigkeitsliiodulationsröhre, der erste Zwischenhohlraum auf eine Frequenz in der Nähe der oberen G-renzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes, der zweite Zwischenhohlraum auf eine G-rundresonanzfrequenz abgestimmt/, öle über der oberen G-renzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes, aber unterhalb der 1,6-fachen Mittenfrequenz des Durchlaßbandes liegt. Dabei ist der Laufwinkel von jeder Triftröhre kleiner als 90°, im Sinne der reduzierten Phasenkonstante des Plasmas, und der Laufwinkel der Röhre zwischen dem ersten und zweiten Zwischenhohlraum größer als der Laufwinkel aller anderen Triftröhren.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vierkammer-G-eschwindigkeitsmodulationsröhre,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Leistungsverstärkung (dB) in Abhängigkeit von der Frequenz (MHz) der Röhre nach Fig. in einer Kennlinie dargestellt ist und außerdem die Resonanz-

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frequenzen der entsprechenden Hohlräume eingezeichnet sind,

Pig. 3 ein Zeigerdiagramm mit den an den entsprechenden Kohlraumspalten der Röhre nach Pig. 1 erzeugten Hochfrequenzspannungen,

Pig. 4 ein Elektronenphasendiagramm der bekannten Rohre,

Fig. 5 ein Elektronenphasendiagramm der Röhre nach und

Pig. 6 ein Diagramm, in der;i die normalisierten Größen der ürundkomponente des Dichtemodulationsstroines in Abhängigkeit von der Entfernung entlang des Strahlweges dargestellt ist, um die Röhre nach Pig. 1 rait der bekannten Röhre vergleichen zu können.

Pig. 1 zeigt eine Ausführungsform der G-eschv/indigkeitsmodulationsröhre mit den Merkmalen der Erfindung. Dabei weist eine Röhre 1 eine Elektronenkanone 2 zur Bildung und Kciittierung eines Elektronenstrahles 3 und eine Kollektorelektrode auf, die am Ende des langen Strahlweges angeordnet ist. Am Anfang des Strahlweges ist ein Eingangs- oder Einkoppelhohlraum 5 des -Wiedereintritts- oder Serientyps angeordnet, der durch eine über eine Eingabekoppelschleife 6 gelieferte Hochfrequenzenergie erregt wird. Zusätzlich wird die Resonanzfrequenz des Hohlraumes 5 auf eine Frequenz in der llähe der un-

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teren Grenzfrequenz des Frequenzbandes durch eine Vorrichtung abgestimmt, die zur Veränderung einer Resonanzfrequenz im Hohlraum vorgesehen ist, wie z.B. eine Abstimmendplatte 21. Darüber hinaus weist der Hohlraum 5 einen Spaltraum 7 auf. Eine an diesen Spaltraum 7 angelegte Ilochf requenzspannung V. wird in Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl 3 gebracht, um diesen der Geschwindigkeitsmodulation auszusetzen. Auf den Eingangshohlraum 5 folgt in Strahlrichtung eine erste Triftröhre 8, die den Elektronenstrahl 3 umgibt, um'ein hochfrequenzfeldfreies Gebiet vorzusehen, in dem die Elektronen mit den Geschwindigkeiten triften, die ihnen durch die Geschwindigkeitsmodulation durch den Spaltraum 7 aufgeprägt wurden. Wenn der Elektronenstrahl 3 durch den Spaltraum 11 innerhalb eines ersten Zwischenhohlraumes 9 hindurchtritt, tritt somit ein dichtemodulierter Strom einer Grundwelle im Elektronenstrahl 3 auf, wobei die Grundwelle eine Phasenverschiebung um etwa 90° gegenüber der am Spaltraum 7 induzierten Spannung aufweist. Dieser dichtemodulierte Elektronenstrahl 3 erregt den ersten Zwisehenhohlraum 9 und induziert in der Hohlraumwand einen Strom, der im wesentlichen in Phase mit dem dichtemodulierten Strom der Grundwelle ist. Unter der Annahme, daß der erste Zwisehenhohlraum 9 abgestimmt ist auf eine Frequenz in der Nähe der oberen Grenzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes durch Einstellung der die Resonanzfrequenz verändernden Vorrichtung 22, wird die Impedanz des ersten Zwischenhohlraumes 9j vom Spaltraum 11 an der Mittenfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes aus gesehen, induktiv. Deshalb erzeugt der in

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der Hohlraumwand fließende induzierte Strom am Spaltraum 11 eine Hochfrequenzspannung V₂, die hinsiehtlieh des induzierten Stromes eine Phasenvoreilung aufweist. Dadurch wird der innerhalb des Gebietes der ersten !Driftröhre 8 gebündelte Elektronenstrahl einer Geschwindigkeitsmodulation ausgesetzt, so daß ein zusätzlicher Bündelungseffekt innerhalb des Spaltraumes 11 erzeugt werden kann. Zusätzlich weist der erste Zwischenhohlraum 9 eine Koppelvorrichtung 10, wie etwa eine Schleife, auf, die ein Widerstandselement mit dem ersten Zwischenhohlraum 9 verbindet, um dessen Q-Wert einstellen zu können.

Da die zweite Triftröhre 12 einen größeren Laufwinkel als die erste Triftröhre 8 oder die dritte Triftröhre 15 aufweist, kann der Elektronenstrahl 3 einem großen Summenbündelungseffekt innerhalb dieses Bereichs ausgesetzt werden.

Ein zweiter Zwischenhohlraum 15 ist ein Wiedereintrittshohlraum mit einem Spaltraum 14 zur Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl 3· Da durch die resonanzfrequenzverändernde Einstellvorrichtung 23 dieser zweite Zwischenhohlraum 13 auf eine G-rundfrequenz abgestimmt wird, die über der oberen Grenzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes der Röhre, aber unterhalb der 1,6-faohen Frequenz der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes liegt, ist die Impedanz des zweiten Zwischenhohlraumes 13, vom Spaltraum 14 in der Nähe der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes aus gesehen, ausreichend induktiv. Deshalb ist, ähnlich

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wie "beim, ersten Zwischenholilraum 9, die Phase der Hochfrequenz spannung Y-, die an dem Spaltraum 14 in dem zweiten Zwischenholilraum 13 durch den dichtemodulierten Strom erzeugt wurde, im wesentlichen in Phase mit den an den Spalträumen 7 und 11 erzeugten Spannungen V. und V₂, ^{so daß äer} Elektronenstrahl 3, ,der im Gebiet der zweiten Triftröhre 12 kumulativ gebündelt wurde, der Geschwindigkeitsmodulation im Spaltraum derart ausgesetzt wird, daß die dann bewirkte Bündelung weiter verstärkt wird. Um die Leistungsverstärkung der Röhre zu erhöhen, sollte der zweite Zwischenhohlraum 13 auf eine Grundfrequenz eingestellt werden, die höher als die obere Grenzfrequenz, aber niedriger als die 1,2-fache Mittenfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes ist.

Schließlich ist, in Strahlrichtung auf den vorhergehenden zweiten Zwischenhohlraum 13 folgend, ein Wiedereintritts-Aus gang shohlraum oder Auskoppelhohlraum 16 angeordnet. Dieser Ausgangshohlraum 16 weist einen Spaltraum 18 zur Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl 3 auf und ist auf eine Frequenz in der Mähe der Mittenfrequenz des Frequenzbandes durch eine die Resonanzfrequenz verändernde Einstellvorrichtung 24 abgestimmt. Dann erregt der dichtemodulierte Elektronenstrahl 3 den Ausgangshohlraum 16, und eine· Ausgangsenergie wird über eine Koppelvorrichtung 17, wie etwa eine Koppelschleife, abgenommen.

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In der dargestellten Ausführungsform betragen die Laufwinkel der Triftröhren 8, 12 und 15 entsprechend 50°, 60° und 27°, so daß die Gesamtlänge der Röhre 1 verkürzt werden kann und man einen hohen Konversionswirkungsgrad erhält.

Eine in Fig. 2 dargestellte Kurve 25 zeigt die Verstärkung-Frequenz-Kennlinie der Röhre nach Fig. 1, wobei die Mittenfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes bei 582 MHz liegt und die entsprechenden Hohlräume 5> 9, 13 und 16 auf die Frequenzen abgestimmt sind, die durch mit gleichen Bezugszeichen versehenen Pfeilen angezeigt sind. Die Breite des Betriebsfrequenzbandes j \YJ , die durch die Punkte definiert ist, an denen die Verstärkung um 1 dB unter der maximalen Verstärkung liegt, beträgt etwa 6 MHz. Der Eingangshohlraum 5 wird auf eine Frequenz abgestimmt, die etwas unterhalb der unteren Grenzfrequenz des Durchlaßbandes liegt, während der erste Zwischenhohlraum 9 auf eine Frequenz abgestimmt wird, die etwas über der oberen Grenzfrequenz des Durchlaßbandes liegt. Andererseits wird der zweite Zwischenhohlraum 13 auf eine Frequenz eingestellt, die beträchtlich höher ist als die obere Grenzfrequenz des Durchlaßbandes, und der Ausgangshohlraum 16 auf eine Frequenz, die im wesentlichen gleich der Mittenfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes ist. Weiterhin wird, hinsichtlich der Gesamtgüte (loaded Q-value) der Hohlräume der erfindungsgemäßen Ausführungsform, der Q-Wert des ersten Zwischenhohlraumes 9 niedriger eingestellt als der des Eingangshohlraumes, um die Verstärlomg-Frequenz-Kennmerkmale zu verbessern. Insbesondere

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wird die G-esamtgüte der entsprechenden Hohlräume auf Q= 160 "beim Eingangshohlraum 5, einschließlich der Eingangskoppelvorrichtung 6, auf Q = 130 beim ersten Zwischenhohlraum 9, einschließlich der Koppelvorrichtung 10 zur Verbindung mit einem Widerstandselement von 50 aI , auf Q = 700 beim zweiten Zwischenhohlraum 13 ohne die Verwendung von speziellen Koppelvorrichtungen, und auf Q = 77 beim Ausgangshohlraum 16, einschließlich der Ausgangskoppelvorrichtung 17, eingestellt.

Fig. 3 ist ein Vektordiagramm der Hochfrequenzspannungen V₂, V-z und V., die an den Spalträumen in den Hohlräumen, ausgenommen der Eingangshohlraum 5, erzeugt wurden, bezüglich der Spaltspannung V₁ im Eingangshohlraum 3« Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß bezüglich der am Spaltraum 7 im Eingangshohlraum 5 erzeugten Spannung V₁ die Spannungen V_? und V^, die an den aufeinanderfolgenden Spalträumen 11 und 14 erzeugt wurden, im wesentlichen in Phase liegen. Da andererseits die Phase der Spannung 1., die am Spaltraum 18 im Ausgangshohlraum 16 erzeugt wurde, gegenüber diesen Spannungen um etwa 90° nacheilt, dient die Spannung Y. zur Abbremsung des Elektronenstrahles 3, um eine Ausgangswellenenergie zu liefern. In dieser Figur stellt der Skalenwert V_Q die Gleichstrom-Strahlspannung dar.

Nun folgt eine Beschreibung des unterschiedlichen kumulativen Bündelungseffektes, der sich aus den unterschiedlichen Längen der Triftröhren ergibt. In Fig. A, 5 und 6 sind die Ergebnisse einer öomputersimulation für einen G-roßsignalbe-

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trieb von Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhren dargestellt. Fig. 4 zeigt die Elektronenankunftsphasen (in Eadianten) von 16 repräsentativen Elektronen, die in einer Signalfrequenzperiode an den Hit te !punkten der Hohlrauinspalträume entlang des Strahlweges einer Geschwindigkeitsmodulationsröhre entnommen wurden, die in der Gesamtlänge mit der Röhre nach Fig. 1 übereinstimmt und die eine Verteilung der Triftröhrenlängen der bekannten Röhren aufweist. Die Elektronenphasenwinkel wurden relativ zu einer Elektronenreferenzbewegung bei einer Gleichstromgeschwindigkeit des Elektronenstrahls aufgenommen. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß der kumulative Bündelungseffekt klein ist, da der Laufwinkel der zweiten Triftröhre nur 40° ist, und daß die Geschwindigkeitsabweichung in der am Ausgangsspaltraum erhaltenen Bündelung groß ist. Fig. 5 zeigt die Elektronenankunftsphasen (in Radianten) von 16 repräsentativen Elektronen, die an den Mittelpunkten der Hohlraumspalträume entlang des Strahlweges der Röhre nach Fig. 1 entnommen wurden. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß die Bündelung mit einer niedrigen Geschwindigkeitsabweichung am Ausgangsspaltraum erhalten werden kann, da der Laufwinkel der zweiten Triftröhre 60° beträgt. In dieser Figur stellen die mit den Bezugszeichen 5, 9, 13 und 16 gekennzeichneten Positionen die Mittelpunkte der Spalträume in den entsprechenden Hohlräumen dar, die in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wurden, wobei der Mittelpunkt des Eingangshohlraum-Spaltraumes 7 als Ursprung genommen wird. Das Bezugszeichen 9¹ in Fig. 4 kennzeichnet den Mittelpunkt des Spalt-

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räumes im ersten Zwischenhohlraum "bei der bekannten Röhre.

Fig. 6 zeigt im Vergleich die normalisierten Amplituden, wie sie durch die Gleichströme der Grundkomponenten der dichteiiiodulierten Ströme in den Elektronenstrahlen dargestellt werden, der erfindungsgemäßen Röhre nach Fig. 1 und einer GesciiWindiglceitsmodulatioiisröhre mit der gleichen Gesamtlänge nach dem Stand der Technik, und zwar als Funktion der Entfernungen entlang des Strahlweges. In dieser Figur entsprechen die mit den Bezugszeichen 5, 9, 9^f> 13 und 16 gekennzeichneten Stellungen den in den Fig. 4 und 5 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichneten Stellungen. Eine Kurve 26 zeigt die Funktion für den dichtemodulierten Strom in der bekannten Röhre, wogegen eine Kurve 27 die Funktion für den dichtemodulierten Strom in einer Röhre zeigt, die eine "bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röhre nach Fig. 1 darstellt. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß, da der Laufwinkel der zweiten Triftröhre bei der erfindungsgemäßen Röhre erhöht ist und dadurch der kumulative Bündelungseffekt in diesem Abschnitt verstärkt wir.d, ein großer dichtemodulierter Strom am Ausgangshohlraum-Spaltraum erreicht wird; im Gegensatz zu der bekannten Röhre, so daß der Konversionswirlcungsgrad um etwa 7 tfo verbessert werden kann.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung bisher in Verbindung mit einer Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre beschrieben wurde, kann sie gleichermaßen dort angewendet werden,

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wo der oben erwähnte zweite Zwischenhohlraum aus mehreren entlang den Triftröhren kaskadenartig angeordneten Hohlräumen gebildet wird. Bei einer solchen Anordnung wird der Laufwinkel· der Triftröhre zwischen dem ersten Zwischenhohlraum und dem zweiten Zwischenhohlraum der zweiten Zwischenhohlraumgruppe in der direkten Nachbarschaft des ersten Zwischenhohlraumes langer eingestellt, als der der übrigen Triftröhren. Außerdem wird jeder aus der Vielzahl der den zweiten Zwischenhohlraum bildenden Hohlräume auf eine Grundresonanzfrequenz abgestimmt, die höher ist als die obere G-renzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes. Außerdem ist anzumerken, daß die Hohlräume, die bei der G-eschwindigkeitsmodulationsröhre nach der Erfindung verwendet werden, nicht auf den Einzelspalttyρ des Wiedereintrittshohlraums begrenzt sind, wie er bei der dargestellten Ausführungsform verwendet wird, sondern aucn aus einer Vielzahl von ausgedehnten Wechselwirkungsresonatoren, wie etwa Wendelresonatoren, gebildet sein kann.

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Claims

Patent a η s ρ r U c h e

1.J Yierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre mit einem vorbestimmten Betriebsdurchlaßband, dadurch .gekennzeichnet , daß sie in 'ITortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls hintereinander aufweist einen auf 'eine Frequenz in der Hahe der unteren Grenzfrequenz des Durchlaßbandes abgestimmten Eingangs- oder Einkoppelhohlraum (5), einen auf eine frequenz in der liähe der oberen G-renzfrequenz des Durchlaßbandes abgestimmten ersten Zvischenhohlraum (9)> einen zweiten Zwischenhohlraum (13)? der auf eine Grundresonanzfrequenz abgestimmt ist, die über der oberen Grenzfrequenz des Durchlaßbandes, aber unter der 1,6-fachen llittenfrequenz des Durchlaßbandes liegt, einen Ausgangs- oder Auskoppelhohlraum (16), um eine Ausgangswellenenergie von dem dichtemodulierten Elektronenstrahl zu liefern, und außerdem mehrere zwischen den vier Hohlräumen angeordnete 'Triftröhren (8, 12, 15), wobei deren Laufwinkel jeweils unter 90°, im Sinne der reduzierten Phasenkonstante des Plasmas, liegt und der Laufwinkel der Triftröhre (12) zwischen dem ersten Zwischenhohlraum (9) und dem zweiten Zwischenhohlraum (13) größer ist als der Laufwinkel der übrigen Triftröhren (8, 15).

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2. Vierkammer-Geschvvindigkeitsmodulationsröhre na.ch Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Hohlraum eine Vorrichtung (21 bis 24) zur Veränderung der Resonanzfrequenz aufweist.

3. Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang shohlraum (16) auf eine Frequenz in der ITähe der Liittenfrequenz des Durchlaßbandes abgestimmt ist.

4. Vierkammer-G-eschwinciigkeitsmodulationsröhre nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zwischenhohlraum (13) auf eine Grundresonanzfrequenz abgestimmt ist, die über der oberen Grenzfrequenz des Betriebsdurchlaßbandes., aber unterhalb der 1,2-fachen Mittenfrequenz des Durchlaßbandes liegt.

5. Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Q-Wert oder der Gütefaktor des ersten Zwischenhohlraumes (9) kleiner oder gleich dem Q-Y/ert des Eingangshohlraumes (5) ist.

6. Vierkammer-Geschwindigkeitsmodulationsröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (10) zur Einstellung des Q-Wertes oder der Q-Werte mindestens des ersten Zwischenhohlraumes (9) aufweist.

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