DE2833734A1

DE2833734A1 - Abstimmbarer klystron-oszillator

Info

Publication number: DE2833734A1
Application number: DE19782833734
Authority: DE
Inventors: Roberto Dipl Ing Burrascano; Guido Dipl Ing Busacca; Vincenzo Dipl Ing Meli; Salvatore Migliaccio
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1978-08-01
Publication date: 1979-02-15
Also published as: IL54243A0; IL54243A; FR2399731B1; GB2005095A; TR21067A; FR2399731A1; DE2833734C2; IT1143751B; US4209755A; GB2005095B

Description

Abstimmbarer Klystron-Oszillator.

Die Erfindung betrifft einen abstimmbaren Klystron-Oszillator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß man einen Klystron-Oszillator mit zwei Hohlraumresonatoren als selbsterregten Oszillator benutzen kann. Ein solcher Klystron-Oszillator besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Kathoden-Aufbau, der einen Elektronenstrahl liefert, einem HF-Teil, in welchem der Elektronenstrahl mit dem HF-Feld zusammenwirkt, sowie aus einem End- oder Kollektorteil, an dem die Elektronenbahn endet. Der HF-Teil besteht bei dem hier betrachteten Klystron-Oszillator aus einem Eingangs- und einem Ausgangshohlraumresonator. In einer derartigen Röhrenkonstruktion durchläuft der von der Kathode erzeugte Elektronenstrahl "Gitter" vom Spalttyp ("gap") im Eingangshohlraum, an welche ein veränderliches Signal angelegt ist, das eine Geschwindigkeit-Modulation der Elektronen bewirkt. Dieser Geschwindigkeitsmodulation entspricht eine Dichtemodulation der den Ausgangshohlraum durchlaufenden elektrischen Ladungen. Der pulsierende Elektronenstrahl regt durch Induktion HF-Felder im Ausgangshohlraum an, die über einen Rückkopplungskreis bei entsprechender Phase in den Eingangshohlraum zurückgeführt werden, wodurch die Aufrechterhaltung von elektrischen Schwingungen bewirkt wird.

Da die Frequenz des aus dem Ausgangshohlraum entnommenen Signals durch die Abmessungen der beiden Hohlräume eindeutig bestimmt ist, sind Klystron-Oszillatoren im allgemeinen mit Mitteln zur Veränderung der Abmessungen der Hohlräume versehen, damit der Oszillator auf einen bestimmten Frequenzwert abgestimmt werden kann. Derartige Abstimm-Mittel bestehen meistens

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aus zwei kleinen Kolben, deren Eindringtiefe in den Eingangsbzw. Ausgangshohlraum zur Abstimmung des selbsterregten Oszillators verändert wird. Ein so aufgebauter Klystron-Oszillator erfordert eine zweifache Abstimmung, und da für Röhren der betrachteten Art gewöhnlich ein hoher Gütefaktor der Hohlraumresonatoren erforderlich ist, wird der Abstimmvorgang äußerst zeitraubend und aufwendig.

Es ist zwar bekannt, zur Vermeidung dieser Nachteile anstelle der beiden Kolben eine Membran-Blende an beiden Hohlräumen vorzusehen, die es ermöglicht, die Ausgangsfrequenz des selbsterregten Oszillators in einem einzigen Abstimmvorgang zu verändern. Diese Abstimmung ist aber äußerst kritisch, weil sie mit dem Rückkopplungskreis den Pegel des Signals verändert, das in den Eingangshohlraum zurückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach (in einem einzigen Feinabstimmvorgang) abstimmbaren Oszillator zu schaffen, bei dem die Abstimmung keine kritischen Veränderungen der Rückkopplung bzw. des Signalpegels verursacht.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Oszillator gelöst.

Da der hier beschriebene Oszillator so ausgelegt ist, daß die Abstimmfrequenz des Eingangshohlraums von derjenigen des Ausgangshohlraums etwas abweicht (z.B. um etwa 10%) und ferner der Rückkopplungskreis und die Gitter beider Hohlräume so dimensioniert sind, daß sie bei der Abstimm-Mittenfrequenz das richtige Spannungsverhältnis haben, verursacht eine kleine Veränderung (z.B. etwa + 2%) der Frequenz des Ausgangshohlraums

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und somit des Ausgangssignals keine nennenswerte Veränderung des Spannungsverhältnisses.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Schnitt durch den Klystron-Oszillator -darstellt.

Der dargestellte Klystron-Oszillator hat zwei Hohlraumresonatoren 2 bzw. 3 und eine Kathode 1, die einen Elektronenstrahl erzeugt. Die Elektronen haben aufgrund der Beschleunigung durch eine Anodenvorspannung bei Durchlaufen der Gitter des Eingangshohlraumresonators 2 eine bestimmte kinetische Energie bzw. eine entsprechende Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit wird durch die Gitter bildende Steuerelektroden gesteuert/ welche den Elektronenstrahl nach dem Takt eines zu dem Eingangshohlraumresonator 2 gelangenden Signals v,. . modulieren. Aus dieser Geschwindigkeitsmodulation wird eine Dichtemodulation des Elektronenstrahls, weil in einem bestimmten Abstand vom Gitter eine Ballung der elektrischen Entladungen auftritt, die darauf zurückzuführen ist, daß die schnelleren Elektronen die langsameren Elektronen einholen. Zu den Gittern des Ausgangshohlraumresonators 3 gelangt daher eine Elektronenströmung, deren Dichte gemäß dem Takt des modulierenden Signals variiert. Eine derartige Elektronenströmung regt durch Induktion HF-Felder im Ausgangshohlraum an, die über den Rückkopplungskreis 4 in den Eingangshohlraumresonator 2 zurückgeführt werden, so daß mit positiver Rückkopplung das Eingangssignal v,.. geliefert wird. Die Elektronen setzen dann ihren Weg bis zu einer Kollektorelektrode 6 fort, wo sie aufgefangen werden.

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Die Frequenz des am Ausgangshohlraumresonator 3 entnommenen Signals v,,. ist durch die Abmessungen der beiden Hohlraumresonatoren 2 und 3 bestimmt. Gemäß der Erfindung wird der Eingangshohlraumresonator 2 so dimensioniert, daß er bei einer Frequenz in Resonanz ist, die sich um etwa 10% von der Resonanzfrequenz des Ausgangshohlraumresonators 3 unterscheidet. Ferner sind der Rückkopplungskreis 4 und die Gitter so bemessen, daß bei der Abstimm-Mittenfrequenz das richtige Spannungsverhältnis erreicht wird. Die Gitter und der Rückkopplungskreis werden also so dimensioniert, daß das Rückkopplungssignal v,., einen Wert hat, bei dem der Schwingvorgang stabil und die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad optimal ist.

Der Ausgangshohlraumresonator 3 ist mit Abstimm-Mitteln z.B. in Form eines Kolbens 5 versehen, wodurch seine Abmessungen und damit seine Resonanzfrequenz verändert werden können, um den Klystron-Oszillator auf den gewünschten Frequenzwert abzustimmen. Wir die Frequenz des Ausgangshohlraumresonators 3 beispielsweise durch Verändern der Eindringtiefe des Kolbens in den betreffenden Hohlraum geringfügig variiert, etwa um ungefähr +2%, so ändert sich das Spannungsverhältnis nicht nennenswert, wodurch innerhalb eines relativ großen Frequenzbandes der Schwingvorgang stabil und der Wirkungsgrad optimal bleibt.

Als Beispiel seien einige Dimensionierungswerte zur Realisierung des hier beschriebenen Oszillators angegeben. Werden z.B. der Eingangshohlraumresonator 2 und der Ausgangshohlraumresonator 3 so dimensioniert, daß sie bei einer Frequenz von 8,5 GHz bzw. 9,5 GHz in Resonanz sind, und werden der Rückkopplungskreis 4 und die Gitter so bemessen, daß das

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richtige Spannungsverhältnis bei der Frequenz 9,5 GHz erreicht ist, so wird bei einer Änderung der Frequenz des Ausgangshohlraumresonators 3 um + 0,2 GHz das Spannungsverhältnis nicht nennenswert und jedenfalls nicht mit einer Abweichung von mehr als + 5% vom festgelegten Wert geändert, so daß kein "Durchgehen" oder Erlöschen des Schwingvorgangs möglich ist. Wie durch Versuche festgestellt wurde, bleibt nämlich der Schwingvorgang stabil und die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad optimal, solange das Spannungsverhältnis nicht um + 5% vom festgelegten Wert abweicht.

Bei dem hier beschriebenen Oszillator ist es daher möglich, die Frequenz des Ausgangssignals innerhalb einer Dynamik von 0,4 GHz zu verändern. Mit bekannten Klystrons, bei denen eine Abstimmung des Rückkopplungskreises mit einer Blende an beiden Hohlräumen durchgeführt wird, war dies nicht erreichbar.

Die Abstimm-Mittel können mechanischer Art sein, wobei die Frequenzänderungen durch Änderung der Eindringtiefe eines Kolbens in den Ausgangshohlraumresonator 3 oder durch Verwendung einer Blende nur am Ausgangshohlraumresonator erzielt werden. Die Abstimm-Mittel können aber auch elektrischer Art sein, wobei anstelle z.B. eines kleinen Kolbens eine dielektrische Einrichtung oder ein nicht-lineares Bauelement vorgesehen ist, die bzw. das nur mit den Feldern des Ausgangshohlraums gekoppelt ist.

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Claims

10303/H/Ro.

(DB 389) 28 3373 A

Ital.Anm.Nr.26369 A/77 * ^

vom l. August 1977

Societä Italiana Telecomunicazioni

Siemens s.p.a.
Piazzale Zavattari, 12, Mailand/Italien

Patentansprüche

(Iy) Abstimmbarer Klystron-Oszillator mit zwei Hohlraumresonatoren, die als Eingangs- bzw. Ausgangshohlraumresonator dienen, Gitter zur Steuerung eines Elektronenstrahls enthalten und über einen Rückkopplungskreis verbunden sind, und mit Abstimm-Mitteln zur Veränderung der Hohlraumeigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangshohlraumresonator (2) eine Gestalt hat, durch welche er bei einem etwas anderen Frequenzwert in Resonanz ist als der Ausgangshohlraumresonator (3) , daß der Rückkopplungskreis (4) und die Gitter der Hohlraumresonatoren (2, 3) eine Gestalt haben, durch die das Spannungsverhältnis zwischen dem den Ausgangshohlraumresonator (3) durchlaufenden Signal und dem in den Exngangshohlraumresonator (2) zurückgeführten Signal einen für die Aufrechterhaltung des Schwingvorgangs sowie einen im wesentlichen konstanten Wirkungsgrad im Abstimmfrequenzband optimalen Wert aufweist, und daß die Abstimm-Mittel nur die Eigenschaften im Ausgangshohlraum verändern.

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ORIGINAL INSPECTED

2.) Klystron-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstimm-Mittel aus nur einem kleinen Kolben (5) bestehen, der in den Ausgangshohlraumresonator (3) einführbar ist.

3.) Klystron-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstimm-Mittel aus einer nur an dem Ausgangshohlraumresonator (3) angeordneten Blende bestehen.

4.) Klystron-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstimm-Mittel aus einer nicht-linearen dielektrischen Einrichtung bestehen, die mit den Feldern des Ausgangshohlraumresonators (3) gekoppelt ist.

5.) Klystron-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstimm-Mittel aus einem mit den Feldern des Ausgangshohlraumresonators (3) gekoppelten nicht-linearen Bauelement bestehen.

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