DE4411944A1 - Elektronenstrahlröhrenanordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektronenstrahlröhrenanordnungen, die Resonanzhohlräume umfassen, und spezieller aber nicht ausschließlich Resonanzhohlraumausgangsschaltungen derarti­ ger Anordnungen, denen Hochfrequenzenergie entzogen wird.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei induktiven Tetrodenausgangsgeräten (inductive output tetrode devices) anwendbar (im folgenden als "IOT′s" bezeichnet) wie beispielsweise jene, die mit dem Handelsnamen Klystrode (eingetragenes Warenzeichen, Varian) bezeichnet sind.

Ein IOT-Gerät enthält eine Elektronenkanone, die ausgelegt ist, einen linearen Elektronenstrahl zu erzeugen und einen Eingangsresonanzhohlraum, an dem ein zu verstärkendes RF- Signal angelegt ist, um eine Modulation des Strahles an ei­ nem Gitter der Elektronenkanone zu erzeugen. Die resultieren­ de Wechselwirkung zwischen der RF-Energie und dem Elektronen­ strahl bewirkt eine Verstärkung des Hochfrequenzsignals, das dann von einer Ausgangsresonanzhohlraumschaltung ausgekop­ pelt wird.

Ein Problem, dem Entwickler und Betreiber von IOT-Geräten gegenüberstehen, besteht darin, daß die Abmessungen der Anordnung, insbesondere der in den Eingangs- und Ausgangs­ teilen des Gerätes enthaltenen Resonanzhohlräume, für ein bestimmtes Band von Betriebsfrequenzen präzise gewählt werden müssen. Die Resonanzfrequenz von Resonanzhohlräumen kann durch die Verwendung von Abstimmtüren oder durch eine Änderung ihres Volumens verändert werden. Die Kopplungsgüte zwischen den ersten und zweiten Resonanzhohlräumen kann jedoch nachteilig beeinflußt werden, wenn diese an den Enden des Frequenzbandes betrieben werden, und dies sogar in einem Umfang, der den praktischen Gebrauch des Gerätes beeinträch­ tigt. In solchen Fällen kann eine zweite Röhre, die zur Verwendung in einem anderen Frequenzbereich geeignet ist, erforderlich sein.

Die vorliegende Erfindung basiert auf den speziellen Verhält­ nissen der Ausgangshohlraumanordnung von IOT-Geräten aber ist ebenfalls bei anderen Elektronenstrahlröhrenanordnungen, in denen eine Kopplung zwischen Resonanzhohlräumen verwendet wird, anwendbar, so z. B. für Klystrons.

Nach der Erfindung ist eine Elektronenstrahlröhrenanordnung geschaffen, die umfaßt: eine Resonanzhohlraumschaltung, die zwei Hohlräume, Mittel zur Kopplung einer Hochfrequenzener­ gie zwischen diesen, und einen Kopplungsaufsatz umfaßt, der in einen der Hohlräume von einer Wand desselben hineinsteht, wobei der Aufsatz ein Basisteil umfaßt, das ausgelegt ist, mit einem Aufsatzendglied eines Satzes von einem oder mehr­ eren Aufsatzendgliedern zusammengefügt zu werden, wobei die Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen von der Wahl des Aufsatzendgliedes abhängig einstellbar ist.

Bei Anwendung der Erfindung ist es möglich, eine effiziente Kopplung über einen breiten Bereich von Betriebsfrequenzen durch Wahl verschiedener Aufsatzendglieder zu schaffen, die zur Verwendung in Zusammenarbeit mit dem Basisteil geeignet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Kopplungsaufsatz ein Basisteil, das in Verbindung mit einem aus dem Satz von Aufsatzendgliedern ausgewählten Glied verwendet wird, um eine variable Aufsatzkonfiguration zu schaffen, die von einem Benutzer der Einrichtung zusammenge­ stellt werden kann. Die Aufsatzendglieder können von unter­ schiedlichen Dicken und Durchmessern sein, um die Konfigura­ tion des Hohlraumes, in dem sie sich befinden, wesentlich zu ändern, und dadurch die Induktivität und Kapazität innerhalb des Hohlraumes zu ändern und infolgedessen die Kopplungscha­ rakteristik zu beeinflussen.

Infolgedessen ermöglicht der Gebrauch der Erfindung, daß ei­ ne erhöhte Flexibilität der Betriebscharakteristiken ohne die Notwendigkeit der Verwendung eines getrennten Gerätes erzielbar ist. Die im Vergleich zu konventionellen Anordnun­ gen erforderlichen Zusatzteile sind relativ klein und ein­ fach herstellbar und erhöhen die Gesamtkosten der Anordnung nicht in hohem Maße.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Aufsatzendglied durch zusammenarbeitende Schraubengewindean­ ordnung an das Basisteil angefügt, was zwischen diesen einen guten elektrischen Kontakt ergibt. In einer anderen Anord­ nung verlaufen Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben durch das Basisteil und in ein Aufsatzendglied.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Basisteil die Form eines geschlossenen Zylinders auf, auf dem das gewählte Aufsatzendglied befestigt ist. Der Zylinder kann Kreissymmetrie oder eine andere Konfiguration aufwei­ sen. Zum Beispiel kann er einen viereckigen Querschnitt besitzen. In einer anderen Ausführungsform ist das Basisteil ein Zylinder mit offenen Enden, wobei das Aufsatzendglied an dessen innerer oder äußerer Wandoberfläche angefügt ist.

Vorzugsweise ist der Kopplungsaufsatz im wesentlichen kreis­ förmig zylindrisch obgleich andere Konfigurationen Anwendung finden können. Beispielsweise kann der Aufsatz die Form ei­ nes Blockes mit viereckigen oder rechtwinkligen Flächen auf­ weisen. Bevorzugterweise ist das Basisteil von der Wand ent­ fernbar. Dies ermöglicht, daß unterschiedliche Aufsatzend­ glieder auf einfache Weise entfernt und angepaßt werden kön­ nen.

Obgleich bei einer bevorzugten Ausführungsform der Kopplungs­ aufsatz ein Basisteil ist, der in Verbindung mit einem Auf­ satzendglied verwendet werden muß, ist bei einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung das Basisteil seinerseits in der Lage, als ein kompletter Kopplungsaufsatz zu arbeiten. Infol­ gedessen kann eine erfindungsgemäße Anordnung ein Basisteil und ein einzelnes Aufsatzendteil umfassen, das entweder in Kombination oder nicht in Kombination mit dem Basisteil ge­ wählt wird, je nachdem, welches Betriebsverhalten gefordert ist. Natürlich können zwei oder mehr Endteile zum Gebrauch mit einem Basisteil vorhanden sein, das in der Lage ist, als ein kompletter Kopplungsaufsatz zu wirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kopplung zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen durch eine Kopplungsanordnung erreicht, die ein elektrisch leiten­ des Glied, wie beispielsweise einen Block, umfaßt, das sich in einem der Hohlräume befindet. Der Kopplungsaufsatz kann in dem gleichen Hohlraum angeordnet und mit dem leitenden Block ausgerichtet sein, derart, daß zwischen diesen eine Lücke besteht, so daß die Endflächen des Blockes und des Auf­ satzes einander gegenüberliegen. Bei einer derartigen Konfi­ guration ist der Kopplungsaufsatz bei der Kopplung zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen in seiner Wirkung beson­ ders direkt. Die Lücke zwischen dem Aufsatz und dem lei­ tenden Glied kann durch Wahl verschiedener Aufsatzendglieder geändert werden.

Die Erfindung ist insbesondere bei Resonanzhohlraumausgangs­ schaltungen von Elektronenstrahlgeräten wie beispielsweise IOT′s und Klystrons bekannt. Sie kann jedoch auch in andere Anordnungen, die eine Kopplung zwischen resonanten Hohlräu­ men enthalten, implementiert werden, wie beispielsweise in die Eingangsresonanzhohlraumschaltung in jenen Anordnungen, die zwei Eingangshohlräume verwenden.

Einige Arten, in denen die Erfindung verwendet werden kann, werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 schematisch eine IOT darstellt, die eine Kopplungsaufsatzkonfiguration gemäß der Erfindung umfaßt;

Fig. 2 schematisch den Kopplungsaufsatz aus Fig. 1 einschließlich alternativer Aufsatzendglie­ der zeigt;

Fig. 3 die Anordnung aus Fig. 1 mit einem unter­ schiedlichen Aufsatzendglied zeigt; und

Fig. 4, 5, 6 schematisch Teile weiterer Anordnungen gemäß der Erfindung zeigen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt eine IOT eine Elektronen­ kanone 1, die eine Kathode 2 und ein Gitter 3 enthält, das ausgelegt ist, einen linearen Elektronenstrahl entlang der Längsachse X-X der Anordnung zu erzeugen. Die IOT enthält Driftrohre 4 und 5, durch die der Elektronenstrahl hindurch­ läuft, bevor er von einem Kollektor (nicht dargestellt) ein­ gefangen wird. Ein zylindrischer Eingangsresonanzhohlraum 6 ist koaxial um die Elektronenkanone 1 angeordnet und enthält eine Eingangskopplung 7, an der ein zu verstärkendes RF-Sig­ nal angelegt ist. Ein erster Ausgangshohlraum 8 umgibt die Driftrohre 4 und 5 und enthält eine Kopplungsschleife 9, über die ein verstärktes RF-Signal entzogen und in einen zweiten Ausgangshohlraum 10 ein- und von der IOT über eine Ausgangskopplung 11 ausgekoppelt wird.

Beim Betrieb des Gerätes werden die Kathode 2 und das Gitter 3 auf Potentialen der Größenordnung von 30 kV gehalten, wo­ bei das Gitter 3 auf einer dc Vorspannung von etwa 100 Volt weniger als das Kathodenpotential gehalten wird. Das bei 7 angelegte Hochfrequenzeingangssignal ergibt eine RF-Spannung von einigen 100 Volt, die zwischen der Kathode 2 und dem Gitter 3 auftritt, um eine Modulation des Elektronenstrahls zu erzeugen.

Die Kopplungsschleife 9 in dem ersten Hohlraum 8 ist über ein leitfähiges Stützteil 12 mit einem zylindrischen Block 13 verbunden, der ebenfalls elektrisch leitend ist. Das lei­ tende Stützteil 12 ist von einem isolierenden Material 14 um­ geben und ist drehbar, um zu ermöglichen, daß die Orientie­ rung der Schleife 9 änderbar ist, wodurch sich die Kopplung zwischen den ersten und zweiten Hohlräumen 8 und 10 verän­ dert.

Ein allgemein mit 15 bezeichneter Kopplungsaufsatz befindet sich an einer der Wände des zweiten Hohlraums 10 und ist dem leitenden Block 13 gegenüberliegend angeordnet. Der Kop­ plungsaufsatz 15 ist elektrisch leitend und umfaßt ein Basis­ teil 16, das ein zylindrisch geflanschtes Glied ist, das in den Hohlraum 10 hineinstehend befestigt ist. Ein Aufsatzend­ glied 17 ist an dem Ende des Basisteils 16 befestigt, so daß es dem Block 13 gegenüberliegt. Die Abmessungen des Endglie­ des 17 sind so bemessen, daß eine speziell gewünschte Lücke eines Abstandes D zwischen dem leitenden Block 13 und dem Aufsatz 15 besteht. Das Aufsatzendglied 17 ist im allgemei­ nen kreiszylinderförmig ausgebildet und weist einen Durch­ messer d auf, der in Kombination mit dem Abstand D eine effiziente Kopplung zwischen den ersten und zweiten Hohl­ räumen 8 und 10 schafft.

Fig. 2 zeigt Teile des Aufsatzes 15 in größerem Detail. Das Basisteil 16 enthält an jenem Ende, das beim Gebrauch ent­ fernt von der Wand des zweiten Hohlraums ist, einen Bereich reduzierter Breite. In dieser Ausführungsform enthält die äußere Oberfläche des Bereichs reduzierter Breite ein Schrau­ bengewinde 18. Das getrennt dargestellte Aufsatzendglied 17 enthält einen zylindrischen Hohlraum 19, dessen Seitenwand ein Schraubengewinde 20 enthält, das mit dem Gewinde 18 des Basisteils 16 zusammenwirkt. Um dieses spezielle Aufsatzend­ glied zu verwenden wird es somit einfach auf das Basisteil 16 aufgeschraubt. Das Basisteil 16 enthält ferner Zungen 21, die sich außerhalb des zweiten Hohlraums 10 nach außen er­ strecken und über die beim Betrieb des Gerätes Kühlluft fließen gelassen wird.

Wenn es gewünscht ist, die IOT über einen anderen Bereich von Betriebsfrequenzen zu verwenden, wird der Kopplungsauf­ satz 15 von dem zweiten Hohlraum 10 entfernt. Das Aufsatzend­ glied 17 wird dann von dem Basisteil 16 abgeschraubt und durch ein anderes Aufsatzendglied 22, das ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, ersetzt. Das Aufsatzendglied 22 enthält einen Hohlraum 23, der ausgelegt ist, mit dem Basisteil 16 und dem Gewinde 18 zusammenzuwirken, so daß insgesamt ein Kopplungsaufsatz von größerem Durchmesser und größerer Tiefe zusammengestellt ist. Die Ausführung des Aufsatzendgliedes 22 unterscheidet sich von der des ersten Gliedes 17 darin, daß ihre Seitenwände 24 im wesentlichen senkrecht zu den Endflächen 25 sind. Ersichtlicherweise sind die Seitenwände des ersten Gliedes 17 im allgemeinen gekrümmt.

Wenn das zweite Glied 22 dem Basisteil 16 hinzugefügt ist, wird der fertiggestellte Aufsatz in den zweiten Hohlraum 10 eingesetzt und aufgrund der Änderung in der Ausführung und den Abmessungen ermöglicht er, eine effiziente Kopplung über einen anderen Frequenzbereich in Vergleich zu jenem, der mit dem ersten Aufsatzendglied 17 erhalten wurde, zu erzie­ len.

Fig. 3 zeigt schematisch die IOT aus Fig. 1, in der das erste Aufsatzendglied 17 durch das zweite Aufsatzendglied 22 ersetzt wurde.

Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, liegt der Kopplungsauf­ satz unter bestimmten angegebenen Entfernungen von der End­ fläche des leitenden Blocks 13 entfernt, abhängig davon, welches Endglied verwendet ist. Die speziell gewählte Konfi­ guration hängt von den Anwendungen und den beteiligten Fre­ quenzen ab. In einigen Anordnungen kann die Lücke zwischen der Endfläche des Aufsatzes und dem Block oder anderer leitender Teile wie beispielsweise einer Wand, falls ein Block nicht enthalten ist, für unterschiedliche Aufsatzend­ glieder die gleiche sein, wobei jedoch die Ausführung des Aufsatzes unterschiedlich ist. In anderen Anordnungen kann die Lücke für alternative Endglieder unterschiedlich sein.

Der Kopplungsaufsatz aus Fig. 2 ist mit zwei alternativen Endgliedern zur Bildung des kompletten Aufsatzes darge­ stellt. Es kann jedoch eine große Anzahl derartiger Endglie­ der in einem Satz enthalten sein, der mit einer bestimmten IOT oder anderen Geräten zur Verfügung gestellt wird, um es dem Benutzer zu ermöglichen, abhängig von seinen Anforderun­ gen zwischen diesen zu wechseln.

Der in Fig. 2 dargestellte Kopplungsaufsatz weist ein Basis­ teil und Endteile auf, die durch einen Schraubengewindean­ schluß verbunden sind. Es können jedoch auch andere Befe­ stigungselemente verwendet werden. Wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt, sind die alternativen Aufsatzendglieder durch Befestigungselemente 26 und 27 angefügt, die das Basisteil durchlaufen und die Endglieder daran befestigen.

Bei den bisher unter Bezugnahme auf die vorangegangenen Figu­ ren beschriebenen Anordnungen besteht der Kopplungsaufsatz aus einem Basisteil, an das geeignete Aufsatzendglieder ange­ bracht werden. Fig. 5 zeigt schematisch eine alternative An­ ordnung, bei der ein Kopplungsaufsatz ein Basisteil umfaßt, das als solches über einen bestimmten Bereich von Frequenzen wirksam als ein kompletter Kopplungsaufsatz ohne die Notwen­ digkeit, Endglieder hinzuzufügen, wirkt. Das Basisteil 28 ist ausgelegt, ein zusätzliches Aufsatzabschlußendglied 29 aufzunehmen, wenn ein Betrieb über einen anderen Frequenzbe­ reich gefordert ist. Wiederum können eine Anzahl von Endglie­ der als Satz zur Verwendung mit dem Basisteil 28 zur Verfü­ gung gestellt werden.

In den dargestellten Anordnungen befindet sich der Kopplungs­ aufsatz gegenüber einem leitenden Block, wobei sich beide in dem zweiten Ausgangshohlraum befinden. Bei anderen Anordnun­ gen kann der leitende Block weggelassen sein und andere For­ men der Kopplung können verwendet sein. Beispielsweise kann die Kopplungsschleife 9 in dem ersten Hohlraum 8 mit einer zweiten Kopplungsschleife in dem zweiten Ausgangshohlraum 10 verbunden sein.

In Bezug auf Fig. 6, bei einer anderen Anordnung nach der Erfindung, umfaßt ein Kopplungsaufsatz ein Basisteil 30 und verschiedene alternative Endglieder, von denen zwei 31 und 32 dargestellt sind. In dieser Anordnung ist das Basisteil 30 im wesentlichen eine planare Scheibe mit Kühlzungen 33, die von einer Oberfläche, die im Gebrauch in Bezug auf den Hohlraum, in den der Kupplungsaufsatz hineinstehend ausge­ führt ist, außenliegend ist, hervorstehen. Die Endglieder 31 und 32 sind mit Schrauben an das Basisteil 30 befestigt, aber andere Befestigungsmittel können ebenfalls verwendet sein. Zum Beispiel kann das Basisteil eine mit einem Gewinde versehene zylindrische Wand von verhältnismäßig kleinem axia­ len Ausmaß aufweisen, wobei die Aufsatzendglieder ausgelegt sind, mit dieser zusammenzuwirken.

In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Aufsatz­ endglieder hohl, um Gewicht zu sparen und die Materialerfor­ dernisse zu verkleinern. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können sie jedoch massiv sein.

Claims (14)

1. Elektronenstrahlröhrenanordnung, die umfaßt: eine Reso­ nanzhohlraumschaltung, die zwei Hohlräume, Mittel zur Kopplung einer Hochfrequenzenergie zwischen diesen und einen Kopplungsaufsatz umfaßt, der in einen der Hohl­ räume von einer Wand desselben hineinsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufsatz (15) ein Basisteil (16) umfaßt, das aus­ gelegt ist, mit einem Aufsatzendglied (17) eines Satzes von einem oder mehreren Aufsatzendgliedern (17, 22) zusammengefügt zu werden, wobei die Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen von der Wahl des Aufsatzendgliedes abhängig einstellbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (28) seinerseits in der Lage ist, als Kopplungsaufsatz zu wirken.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (30) im wesentlichen planar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsaufsatz (15) im wesentlichen kreisför­ mig zylindrisch ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsaufsatz (15) eine Endfläche aufweist, die im wesentlichen eben und von der Wand entfernt ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (16) ein Schraubengewinde (18) zum Zusammenwirken mit von einem oder mehreren Aufsatzend­ gliedern (17, 22) getragenen Schraubengewinden (20) enthält.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil ausgelegt ist, durch Befestigungs­ mittel (26, 27) an eines der ein oder mehreren Aufsatz­ endglied(er) angefügt zu werden, wobei im zusammenge­ bauten Zustand die Befestigungsmittel (26, 27) durch das Basisteil und in das Endglied reichen.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder mehrere Endglied(er) (17, 22) einen Hohlraum enthält bzw. enthalten, der entsprechend dimensioniert ist, um das Basisteil (16) aufzunehmen.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlraumschaltung eine Ausgangsschaltung (8, 10) ist, die ausgelegt ist, im Betrieb verstärkte RF Energie aus der Anordnung auszukoppeln.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (17) von der Wand entfernbar ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (17) einen Flansch enthält, der außerhalb des Hohlraums (10), in den der Aufsatz (15) hineinsteht, und benachbart der Wand angeordnet ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Kopplung hochfrequenter Energie ein elektrisch leitendes Glied (13) umfaßt, das sich in dem Hohlraum (10), in den der Aufsatz (15) hineinsteht, befindet, und das von einer Wand, die der Wand, von der der Aufsatz (15) vorsteht, gegenüberliegt, vorsteht.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Glied (13) mit einer Lücke (D) von dem Aufsatz (15) beabstandet ist, die durch Wahl unterschied­ licher Aufsatzendglieder änderbar ist.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Glied (13) ein Block ist, der eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, die in einer im wesentlichen parallel zu der Ebene der Endfläche des Aufsatzes verlaufenden Ebene angeordnet ist.