DE2914533C3

DE2914533C3 - Rückwärtswellen-Oszillatorröhre

Info

Publication number: DE2914533C3
Application number: DE2914533A
Authority: DE
Inventors: Pierre Orsay Guenard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1982-01-28
Also published as: DE2914533A1; FR2423055A2; CA1133597A; FR2423055B2; GB2018502A; DE2914533B2; US4263566A; GB2018502B

Description

tungen der Oszillatorröhre schematisch durch ein gezacktes Rechteck dargestellt. Es handelt sich bei den in den Figuren gezeigten Ausfühningsformen um übliche Kammstrukturen, wie bereits erwähnt wurde. Die Abmessungen der Zinken dieser Kämme sind allgemein Bruchteile der Wellenlange der Arbeitsfrequenz der Leitung. In den Figuren stellen die senkrechten Pfeile Wellen dar, die in die Oszillatorröhre eintreten oder daraus austreten, und zwpr über die ohne Bezugszeichen eingezeichneten Koppelorgane, in denen sich die Pfeile befinden. In den Figuren sind auch die Quellen fortgelassen, die die an die verschiedenen Elektroden, nämlich Kathode, Leitung, Kollektor usw. angelegten Spannungen liefern. Es kann auf das Hauptpatent Bezug genommen werden.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Oszillatorröhre. Mit dem Bezugszeichen 6 ist eine zweite Verzögerungsleitung der Oszillatorröhre bezeichnet, die hinter der ersten auf dem Weg des Strahls angeordnet ist. Sie arbeitet auf einer Harmonischen der in der ersten Leitung 5 erzeugten Welle, wobei die zweite Harmonische von 0,5 mm Wellenlänge einer Grundfrequenz der Leitung 5 von 300GHz entspricht. Diese Hochfrequenzenergie wird am Ausgang dieser zweiten Leitung aufgefangen, und zwar an ihrem Ende, das der Kanone am nächsten liegt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird eine Hochfrequenzenergie auch an dem einen Ende der ersten Leitung 5 aufgefangen, die auf der Grundfrequenz ausreichend geringe Verluste aufweist, damit eine Hochfrequenzenergie durch Wechselwirkung des Strahls mit der ersten Linie erzeugt wird.

Die beiden Leitungen 5, 6 sind vorteilhafterweise als periodische, zueinander im Verhältnis der Arbeitsfrequenzen, also der Grundfrequenz und der Frequenz der Harmonischen, geometrisch ähnliche Strukturen ausgebildet. Dieses Verhältnis, das den Übergang von der ersten zur zweiten Leitung ermöglicht, ist insbesondere l/n, wenn mit η die Ordnungszahl der betreffenden Harmonischen bezeichnet ist. Im Betrieb liegen die beiden Leitungen auf derselben Spannung bezüglich der Referenzspannung (Kathode). Es kann auch vorgesehen sein, um einen Maximalpegel auf der Harmonischen zu erreichen, verschiedene Spannungen an die beiden Leitungen 5, 6 anzulegen, wie dies im Hauptpatent ausgeführt ist.

F i g. 2 zeigt eine zur ersten analoge Ausführungsform, bei der jedoch die Verluste der Leitung 5 so hoch sind, daß keinerlei Energie an der Leitung 5 aufgefangen werden kann.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zwei Harmonische der Grundfrequenz der Leitung 5 an zwei weiteren Leitungen erhalten werden, die längs des Strahls angeordnet sind, nämlich die bereits erwähnte Leitung 6 und eine Leitung 7, die auf der dritten Harmonischen der Grundfrequenz arbeitet, die einer Wellenlänge von etwa 0,33 mm bei dem obigen Beispiel entspricht. Auch bei dieser Ausführungsform können die beiden Leitungen 6, 7 auf derselben Arbeitsspannung wie Leitung 5 üegen.

Im Rahmen der Erfindung ist es ferner vorgesehen, weitere Leitungen entlang dem Strahlenweg anzuordnen, um Hochfrequenzenergie auf weiteren Harmonischen der Grundfrequenz der Leitung 5 zu erzeugen.

Für die Anwendung auf die bereits erwähnte lnfrarotspektrometrie wird die in den Oszillatorröhren erzeugte Höchstfrequenzenergie mit der einfallenden Infrarotstrahlung zu Schwebungen überlagert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Rückwärtswellen-Oszillatorröhre mit einer längs eines zwischen einer Kathode und einem Kollektor verlaufenden Elektronenstrahls angeordneten, zweiteilig ausgebildeten Verzögerungsleitung, deren Teile unterschiedliche Länge aufweisen und bei welcher der Verbraucher der erzeugten Hochfrequenzenergie an dem der Kathode zugewandten Ende des dem Kollektor benachbarten Teils der Verzögerungsleitung angeschlossen ist, mit folgenden Merkmalen:

— die Länge des dem Kollektor benachbarten Teils der Verzögerungsleitung ist so bemessen, daß die in ihr erzeugte Hochfrequenzenergie von ihrem kollektorseitisen Ende ausgehend bis zu ihrem kathodenseitigen Ende ihr Maximum erreicht; und

— die Länge des der Kathode benachbarten Teils der Verzögerungsleitung ist wesentlich größer als die des dem Kollektor benachbarten Teils der Verzögerungsleitung und so bemessen, daß die in ihr erzeugte Hochfrequenzenergie an ihrem kollektorseitigen Ende und an ihrem kathodenseitigen Ende praktisch gleich Null ist, wobei das Maximum der Hochfrequenzenergie zwischen ihren beiden Enden liegt; nach Patent 27 19 311, dadurch gekennzeichnet, daß:

— der dem Kollektor (3) benachbarte Teil (6) der Leitung eine zu dem der Kathode (2) benachbarten Teil (5) im Verhältnis l/n geometrisch ähnliche Struktur aufweist, wobei η ganzzahlig ist;

— und die Belastung an das der Kathode (2) am nächsten liegende Ende des dem Kollektor (3) benachbarten Teils (6) angekoppelt ist;

wobei die Röhre in diese Last eine elektromagnetische Energie auf der /?-ten Harmonischen der Frequenz der Hauptkomponente liefert.
2. Rückwärtswellen-Oszillatorröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Strahls (1) auf seinem Weg zwischen der Kathode (2) und dem Kollektor (3) konstant ist.
3. Rückwärtswellen-Oszillatorröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Strahls (1) längs des dem Kollektor (3) benachbarten Teils (6) etwas geringer ist als längs des der Kathode (2) benachbarten Teils (5).
4. Rückwärtswellen-Oszillatorröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner auf den dem Kollektor benachbarten Teil (6) der Leitung folgend entlang dem Strahlenweg weitere Leitungen (7) angeordnet sind, die eine zu dem der Kathode benachbarten Teil (5) der Leitung geometrisch ähnliche Struktur aufweisen, und daß Einrichtungen zum Ankoppeln der Last an diejenigen Enden dieser weiteren Leitungen (7) vorgesehen sind, die der Kathode (2) am nächsten liegen, wobei die Röhre in diese Belastungen eine elektromagnetische Energie auf den Harmonischen der Hauptkomponente liefert.

Die Erfindung betrifft eine Rückwärtswellen-Oszillatorröhre nach Patent 27 19 31!.

Die im Hauptpatent beschriebenen Röhren sind Lauffeldröhren, die im Rückwärtsbetrieb arbeiten. Diese köhren haben eine durch die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls in einem weiten Bereich einstellbare Frequenz. Für bestimmte Anwendungen werden jedoch Generatoren für ein breites Funkwellenband im UHF-Bereich benötigt, und zwar für Wellenlängen mit Millimeterbruchteilen und für hohe Leistungen in der Größenordnung von einigen 10 Milliwatt. Bei den bekannten Anordnungen übersteigt die Leistung bei solchen Wellenlängen kaum 1 Milliwatt.

Im Hauptpatent wurde erläutert, wie die Verwendung von zwei aufeinanderfolgenden Verzögerungsleitungen, die längs des Strahlen weges angeordnet sind, eine Steigerung der in einer Rückwärtswellen-Oszillatorröhre erzeugten Energie ermöglicht.

Die erste Verzögerungsleitung wird dazu verwendet, den Strahl zu modulieren, und erzeugt praktisch keine Funkwellenenergie, die außerhalb der Röhre nutzbar wäre. Der so modulierte Strahl erreicht die zweite Verzögerungsleitung, in der aufgrund dieser vorhergehenden Modulation eine Höchstfrequenzenergie mit einem Pegel erzeugt werden kann, der mit einer Röhre mit nur einer Leitung nicht erreichbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung der in dem genannten Hauptpatent beschriebenen Oszillatorröhre, um eine Vervielfachung der von einem der Röhrenteile erzeugten Frequenz zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird die zunehmende Schwierigkeit überwunden, die bei der Verwirklichung von Verzögerungsleitungen in dem Maße auftritt, wie die Wellenlänge der Arbeitsfrequenz abnimmt. Diese Verzögerungsleitungen weisen eine periodische Struktür, insbesondere kammförmige Struktur auf, deren Verwirklichung bei großen Längen mechanisch immer schwieriger wird in dem Maße, wie die Wellenlänge abnimmt. Durch die vorliegende Weiterbildung wird wie durch den Gegenstand des Hauptpatents erreicht, daß bei sonst gleichen Verhältnissen die Länge reduziert werden kann.

Die Leistungspegel von einigen 10 Milliwatt bei Frequenzen in der Größenordnung von 1000 Gigahertz werden z. B. für die Infrarotspektrometrie, insbesondere bei Raumfahrtanwendungen, angestrebt.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 -3 verschiedene scheniatische Ansichten der Oszillatorröhre.

In den Figuren ist mit der Bezugszahl 1 der Elektronenstrahl (schraffierte Fläche) bezeichnet, der sich zwischen der Kathode 2, von der er erzeugt wird, und dem ihn am anderen Ende der Röhre auffangenden Kollektor 3 ausbreitet. Keines der gewöhnlich der Kathode 2 zugeordneten Hilfselemente für die Bildung der Röhrenkanone in bekannter Weise ist daigestellt. Mit 4 ist die Vakuumhülle, mit B eine magnetische Induktion zur Führung des Elektronenstrahls auf seinem Weg im Inneren der Hülle 4 bezeichnet.

Mit 5 ist in allen Fällen die erste periodische Verzögerungsleitung der Oszillatorröhre bezeichnet.
Diese Leitung ist wie die anderen VerzöEeruneslei-