DE3002495C2 - Oszillator-Klystron - Google Patents

Description

Die Erfindung betiifft ein Oszillator-Klystron jemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Klystron bt--tcht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Kathodemteil zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einem Einkopplungstdl mit HF-Struktur, in welchem die ZusamrnenwiricuTig zwischen dem Elektronenstrahl und einer HF-Schwingung erfolgt, und einem Kollektorteil, an dem der Elektronenwcg endet. In einer solchen Röhre gelangt der vom Kathodenteil kommende Elektronenstrahl durch die Spaltgitter des Eingangshohlraums, an die ein veränderliches Signal gelegt ist, das eine Geschwindigkeitsmodulation der Elektronen bewirkt. Diese Geschwindigkeitsmodulation wird im Triftraum, der zwischen den Spalträumen des Eingangshohlraums und des Ausgangshohlraums liegt, in eine Dichtemodulation der den Ausgangshohlraum durchfließenden elektrischen Ladungen umgewandelt. Der pulsierende (dichternodulierte) Elektronenstrahl induziert HF-Felder im Ausgangshohlraum, welche mit geeigneter Phase über einen Rückkopplungskreis wieder in den Eingangshohlraum geführt werden, wodurch elektrische Schwingungen aufrechterhalten werden.

Die Leistungsfähigkeit der Röhre hinsichtlich Rauscharmut und der sogenannten »Frequcn/verwerfung« (»Pushing«), worunter eine Frequenzänderung bei Änderungen der Strahlspannung zu verstehen ist, hängt sowohl vom Gütefaktor Q des Ausgangshohlraums als auch von der Länge des Triftraums der Röhre ab. Zur Erhöhung des Gütefaktors ist es bekannt, einen mit dem Ausgangshohlraum direktgekoppeltcn zusätzlichen Hohlraumresonator vorzusehen. Ferner ist es bekannt, einen zusätzlichen Hohlraumresonator in den Rückkopplungskrcis zu schalten. Derartige Lösungen sind jedoch aufwendig., weil durch den zusätzlichen Hohlraumresonator eine relativ komplizierte Struktur entsteht, die zudem unerwünscht große Abmessungen hat.

Aus der DE-AN C 1862 vom 25.6. 1953 ist eine Klystronanordnung mit Eingangs- bzw. Ausgangs-Hohlraumresonatoren in Form von flachen Topfschwingkreisen bekannt, die durch einen feldfreien Laufraum sowie eine Rückkopplungsleitung miteinander verbunden sind. Mindestens der Eingangsteil und vorzugsweise (für einen Betrieb als völlig selbsterregter Generator) auch der Ausgangsteil bestehen jeweils aus zwei ineinander übergehenden Topfschwingkreisen unterschiedlicher Größe, in denen gleichzeitig Schwingungen mit unterschiedlicher Frequenz erzeugt werden, nämlich der Arbeitsfrequenz des Klystrons bzw. dem Doppelten oder einem Vielfachen dieser Frequenz. Dadurch soll eine vollkommene Dichtemodulation an der Auskoppelstrecke des Klystrons und folglich der Wirkungsgrad, d. h. das Verhältnis der Ausgangsleistung zur Beschleunigungsleistung aufgrund der Betriebsgleichspannung verbessert werden.

Aus der US-PS 40 04 181 ist es an sich, nämlich bei einem sog. Microtron-EIeklronenbeschleuniger bekannt, einen Hohlraumresonator zu verwenden, der sich angrenzend an einen Spaltraum in beiden Achsrichtungen symmetrisch erweitert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rauscharmes Oszillator-Klystron anzugeben, das sich durch eine besonders geringe Frequenzverwerfung (Pushing-Faktor) auszeichnet, ohne einen zusätzlichen Hohlraumresonator zu benötigen außer denen, die in der Grundstruktur eines Klystrons der hier beschriebenen Art vorgesehen siiv.t

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch I gekennzeichnete Klystron gelöst.

jo Die Erfindung sieht also vor, daß der Eingangs- und der Ausgangs-Hohlraumrcsonator mit zwei unterschiedlichen Wellentypen schwingen, und daß der Rauminhalt des Ausgangs-Hohlraumresonators erheblich größer ist als derjenige des Eingangs-Hohlraumresonators. Durch einen größeren Rauminhalt des Ausgangs-Hohlraumresonators erhöht sich dessen Gütefaktor, während durch die gegenseitige »Durchdringung« der beiden Hohlräume die Länge des Triftraums begrenzt und folglich eine erhebliche Verminderung der

Frequenzverwerfung erreicht wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Das dargestellte Oszillator-Klystron hat eine Kathode 1 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, dessen Elektronen aufgrund ihrer Beschleunigung durch eine Anodenvorspannung beim Durchlaufen der Gitter des Eingangs-Hohlraumresonator!» 2 eine bestimmte Geschwindigkeit und kinetische Energie haben. Die Gitter dienen als Elektroden zur Steuerung der Geschwindigxeit und modulieren den Elektronenstrahl gemäß dem Takt des an den Eingangs-Hohlraumrcsonator 2 gelegten Signals. Diese Geschwindigkeitsmodulation wird bekanntlich zu einer Dichtemodulation, da die schnelleren Elektronen die langsameren einholen und sich in einem gewissen Abstand vom Gitter eine »Packung« elektrischer Ladungen, d. h. dichtere Elcktronenwolken bilden. An den Gittern des Ausgangs-Hohlraumresonators 3 besteht folglich ein Elektronenfluß, dessen Dichte sich im Takt des modulierenden Signals ändert. Dieser

so Elckironenfluß induziert im Ausgangs-Hohlraumresonator 3 HF-Fcldcr, welche mittels eines Rückkopplungskreises 4 in den Eingangs-Hohlraumrcsonator 2 zurückgeführt werden, wodurch bei positiver Rückkopplung das Eingangssignal entsteht. Die Elektronen

t>5 setzen ihren Weg zu einer Kollektorelcktrodc 5 fort, wo sie aufgefangen werden.

Die besondere Gestaltung des Eingangs-Hohlraumrcsonators 2 und des Ausgangs-Hohlraumresonators 3

jeweils vom »einspringendeti Typ«, auf der die Vorteile des hier beschriebenen Klystrons maßgeblich beruhen, ist der Zeichnung zu entnehmen. Insbesondere ist der Eingangs-Hohlraumresonator 2 so gestaltet, daß er bei der vorbestimmten Frequenz mit dem Wellentyp TMoio in Resonanz ist, während der Ausgangs-Hohlraumresonator 3 vorzugsweise so ausgelegt ist, daß er bei der vorbestimmten Frequenz mit dem Wellentyp TMom in Resonanz ist Die Verwendung des Wellentyps TMom ermöglicht es nämlich, dem Ausgangs-Hohlraumresonator 3 einen großen Rauminhalt zu geben und somit einen großen Gütefaktor Q zu erzielen.

Ferner hat der Ausgangs-Hohlraumresonator 3 ein Doppelstufenprofil, das eine teilweise »Durchdringung« durch den Eingangs-Hohlraumresonator 2 möglich ma- is chen soll. Dadurch wird eine erhebliche Verkürzung des Tril'traums 6 erreicht. Darstellungsgemäß hat der Ausgangs-Hohiraumresonator 3 einen den Eingangs-Hohlraumresonator 2 seitlich teilweise umgebenden axial erweiterten Bereich, und vorzugsweise erweitert er sich zunächst angrenzend an seinen Spaiiraum und dann anschließend stufenförmig erneut jeweils in beiden Achsrichtungen (d. h. parallel zur Strahlrichtung).

Wie erwähnt, ermöglichen die Realisierung des Ausgangs-Hohlraumresonators 3 mit hohem Gütefaktor Q und der besonders kurze Triftraum 6 eine wesentliche Herabsetzung des »Pushingw-Faktcrs.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

30

40

45

50

55

60

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Oszülator-Klystron mit zwei Hohlraumresonatoren, die als Eingangs- bzw. als Ausgangs-Hohlraumresonator dienen und sich jeweils angrenzend an ihren Spaltraum axial erweitern, wobei der Eingangsraumresonator so gestaltet ist, daß er bei einer vorbestimmten Frequenz bei dem Wellentyp TMoio in Resonanz ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs-Hohlraumresonator (3) so gestaltet ist, daß er bei derselben vorbestimmten Frequenz bei dem Wellentyp TMo_n ο in Resonanz ist, wobei π eine ganze Zahl größer als 1 ist, und daß der Ausgangs-Hohlraumresonator (3) ein Doppelstufenprofil mit einem den Eingangs-Hohlraumresonator (2) seitlich teilweise umgebenden axial erweiterten Bereich hat

2. Oszillator-Klystron nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der angrenzend an seinen Spaltrsüiii is beidi-n Achsrichtungen erweiterte Ausgangs-Hohlraumresonator (3) sich anschließend stufenförmig erneut in beiden Achsrichtungen erweitert.