DE4431337A1

DE4431337A1 - Röhre mit induktiver Auskopplung mit mehrstufigen Bremsfeldkollektor-Elektroden

Info

Publication number: DE4431337A1
Application number: DE4431337A
Authority: DE
Inventors: Robert Spencer Symons
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1995-03-09
Also published as: GB9414292D0; FR2709619B1; GB2281656B; GB2281656A; FR2709619A1; US5650751A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wirksa me Verstärkung von Hochfrequenzenergie und insbesondere auf einen linearen Verstärker für Anwendungen im Dezimeterwel lenbereich (UHF), bei welchem eine Röhre mit induktiver Auskopplung mit einem mehrstufigen Bremsfeldkollektor kom biniert ist, um eine im wesentlichen konstante Effizienz bzw. einen im wesentlichen konstanten Wirkungsgrad zu er zielen.

Das Auftreten von Fernsehgeräten hoher Güte (HDTV, high definition television) hat ein erneutes Interesse bezüglich der effizienten Verstärkung von UHF-Signalen hervorgerufen. HDTV-Übertragungssysteme erfordern Verstärker, die für ex trem hohe Datenraten in der Größenordnung von 25 Megabit pro Sekunde geeignet sind. Um diese hohen Datenraten zu verarbeiten, sind Digitalmodulationstechniken wie vier- oder sechsstufige Restseitenbandmodulation oder Zweiseiten band-Phasenamplitudenmodukation (QAM, quadratur amplitude modulation) mit 16 oder 32 Zuständen vorgeschlagen worden. Bei Benutzung eines Kanals begrenzter Bandbreite (beispielsweise von 6 MHz) führen diese Formen der Modula tion zu Signalen, welche starke Verhältnisse der Spitzen leistung zu der Durchschnittsleistung aufweisen. Es ist sehr schwierig, derartige Signale sowohl effizient als auch genau zu verstärken, d. h. mit sehr geringer Verzerrung des Modulationsgehalts, was durch das Fehlen von Intermodulati onsprodukten hoher Ordnung gemessen wird. Somit sind li neare Hochfrequenzverstärker wünschenswert, welche zum Be reitstellen dieser Charakteristik geeignet sind.

Traditionelle Klystrone werden wie die Hochleistungs verstärker für die meisten UHF-Sender verwendet. Ein Kly stron ist eine Linearstrahlvorrichtung, bei welcher ein Elektronenstrahl durch eine Mehrzahl von Resonanzkammern hindurchgeleitet wird. Eine Geschwindigkeit eines Hochfre quenz-Eingangssignals moduliert den Strahl und veranlaßt dessen Bündelung. Der gebündelte Strahl induziert in den Resonanzkammern einen hochfrequenten Strom, und aus dem ge bündelten Strahl kann als ein verstärktes hochfrequentes Ausgangssignal Energie extrahiert werden. Klystrone sind jedoch sehr ineffizient bezüglich ihrer Ausgangsleistung, welche niedriger als das Maximum ist, für das sie entworfen sind, da sie bei einer konstanten Spannung und konstantem Strom arbeiten, und ihr Wirkungsgrad ist proportional zu der Ausgangsleistung.

Eine bekannte Technik zum Erhöhen der Wirksamkeit eines Klystrons ist die Verwendung eines mehrstufigen Bremsfeld kollektors (MSDC, multistage depressed collector). Die Elektronen des geschwindigkeitsmodulierten Strahls besitzen stark unterschiedliche Energiepegel, wenn sie aus der Aus kopplungsresonanzkammer austreten. Durch Verwendung einer Vielzahl von Kollektorelektroden, welche auf Potentiale un terhalb des Potentials des Vorrichtungskörpers herabgesetzt sind (d. h. des Potentials, welches der ursprünglichen Elek tronenstrahlenergie entspricht), können die verwendeten Elektronen des Strahls bei minimal möglicher Energie gesam melt werden. Die Elektronen können analog als Bälle mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrachtet werden, welche auf einen Hügel heraufrollen können, bis sie anhalten und danach auf ihre Fangstellen auf jeder Seite ihres Aufwärts pfades zurückrollen. Durch Wiedererlangen der meisten ver bleibenden kinetischen Energie des verwendeten Elektronen strahls in den herabgesetzten Stufen bzw. in den Bremsfeld stufen ist die Strahlenergie nicht durch Umwandlung der ki netischen Energie in Hitze verloren, und es kann eine hö here Betriebseffizienz erzielt werden. Mehrstufige Brems feldkollektoren werden beschrieben in Kosmahl, Modern Mul tistage Depressed Collectors--A Review, 70 Proceedings of the IEEE 1325 (1982).

Es hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad von MSDC-Kly stronen, welche über den Modulationszyklus gemittelt worden ist, mehr als dreimal so groß wie derjenige von konventio nellen Klystronen ist. Da die Spannung, bei welcher die Elektronen gesammelt werden, ungefähr proportional zu der hochfrequenten Ausgangsspannung des Klystrons ist und der Strahlstrom konstant ist, ist die Effizienz des MSDC-Kly strons proportional zu der Quadratwurzel der Ausgangslei stung. Trotz dieser verbesserten Effizienz besitzen MSDC- Klystrone nicht die Linearität, welche für die vorgeschla genen HDTV-Übertragungssyteme nötig ist.

Ein anderer Typ eines Verstärkers verwendet ein oder mehrere Gitter, welche zwischen einer Kathode und einer An ode angeordnet sind, um die Dichte des von der Kathode ge zogenen Stroms zu modulieren. Es ist eine gebräuchliche Praxis, zwischen Verstärkern zu unterscheiden, welche ein Gitter benutzen, um die Dichte des Elektronenstrahls auf der Grundlage ihres herrschenden Systems zu modulieren, und sie werden jeweils in Klassen A, B oder C kategorisiert. Bei einem Verstärker der Klasse A werden die Gittervorspan nung und wechselnde Gitterspannungen derart angelegt, daß der Kathodenstrom kontinuierlich während des elektrischen Zyklus fließt. Bei einem Verstärker der Klasse B wird das Steuergitter nahe dem Abtrennpunkt (cutoff) derart betrie ben, daß der Kathodenstrom lediglich während etwa der Hälf te des elektrischen Zyklus fließt. Verstärker der Klasse AB sind Hybride der Verstärker der Klasse A und der Klasse B, bei welchen die Gittervorspannung und wechselnde Gitter spannungen derart verwendet werden, daß der Strahlstrom vorzugsweise länger als die Hälfte jedoch weniger als wäh rend des vollständigen elektrischen Zyklus fließt. Verstär ker der Klasse C besitzen Gittervorspannungen, welche vor zugsweise größer als die der Abtrennung ist, so daß der Ka thodenstrom vorzugsweise innerhalb einer Zeitspanne fließt, welche kleiner als die Hälfte des elektrischen Zyklus ist.

Bei niedrigen Frequenzen haben Verstärker der Klasse B unter Verwendung von Trioden und Tetroden eine Fähigkeit gezeigt, Energie effizienter als konventionelle Klystrone zu erzeugen. Bei diesen Verstärkern ändert sich der hoch frequente Ausgangsstrom linear mit dem Kathodenstrom, und die Spannung ist konstant, so daß die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad sich wiederum als Quadratwurzel der Ausgangs leistung wie bei dem MSDC-Klystron ändert. Tetroden- und Triodenverstärker der Klasse B sind bezüglich eines Be triebs im VHF-Bereich effektiv.

Die Vorteile des Betriebs der Verstärker der Klasse B können unter Verwendung einer Vorrichtung, welche als Röhre mit induktiver Auskopplung bekannt ist, auf höhere Frequen zen ausgedehnt werden. Röhren mit induktiver Auskopplung besitzen dieselbe Effizienz wie jene Verstärker der Klasse B infolge der Tatsache, daß das an ein Steuergitter ange legte Hochfrequenz-Eingangssignal den Elektronenstrahlstrom dazu veranlaßt, sich in etwa entsprechend der Hochfrequenz- Ansteuerungsspannung zu ändern. Da der Hochfrequenzstrom in der Röhre sich nicht aus der Geschwindigkeitsmodulation er gibt, ist der Verstärker darüber hinaus stark linear.

Die ursprüngliche Röhre mit induktiver Auskopplung ist von A.V. Haeff entwickelt worden und besteht aus einer ta felförmigen Glashülle, welche eine Kathode enthält, einem Steuergitter, das vor der Kathode angeordnet ist, einer Be schleunigungslochelektrode und einer Sammelelektrode. Eine Lücke einer Wiedereintritts-Resonanzkammer war in einem Teil der tafelförmigen Glashülle zwischen der Beschleuni gungslochelektrode und der Sammelelektrode angeordnet. Der von der Kathode erzeugte Elektronenstrahl trat bei Fokus sierung durch ein Magnetfeld durch die Lücke hindurch. Wenn der Elektronenstrahl bezüglich seiner Dichte durch die An wendung eines Hochfrequenz-Eingangssignals auf das Steuer gitter bei einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz der Resonatorkammer moduliert wurde, induzierte der Elektronen strahlstrom eine elektromagnetische Welle in der Resonanz kammer, welche Energie aus den Elektronen extrahierte, ohne die Elektronen abzufangen. Die Röhre mit induktiver Aus kopplung besaß gegenüber früheren Vakuumröhren den Vorteil, daß der Wechselwirkungsspalt der Resonanzkammer von kleiner Fläche sein konnte und eine geringe Kapazität haben konnte, welche für den Hochfrequenzbetrieb geeignet war, während die Elektronen auf einer wesentlich größeren Kollektorelek trode gesammelt werden konnten, welche nicht länger mehr Teil der Resonanzschaltung sein mußte.

Es wurde später erkannt, daß das ursprüngliche Konzept bezüglich der Röhre mit induktiver Auskopplung vorteilhaft zur Verwendung als linearer Verstärker für UHF-Fernsehsi gnale geeignet ist. Eine modernisierte Röhre mit induktiver Auskopplung ist in dem U.S.Patent Nr. 4,480,210 bezüglich einer mit Gitter versehenen Elektronen-Leistungsröhre of fenbart, welche eine hochgradig konvergente Elektronenkano ne mit einem pyrolytischen Graphitsteuergitter und einen großen Kollektor enthält. Das Ausbilden des Steuergitters aus pyrolytischem Graphit, einem stark feuerfesten Materi al, gestattet eine wesentlich höhere Stromdichte gegenüber derjenigen, welche bei der ursprünglichen Röhre mit induk tiver Auskopplung von Haeff vorhergehend möglich war. Diese aktualisierte Röhre wurde als "Klystrode" bekannt, da hier in die Merkmale von konventionellen Klystronen mit denen von Tetroden kombiniert waren; die Klystrode besitzt die Auskopplungsresonanzkammer eines Klystrons und die Konfigu ration von vier Elektroden der Tetrode.

Trotz weit verbreiteter Kenntnis bezüglich des MSDC- Klystrons und Verbesserungstechniken der IOT-Effizienz wurde eine Kombination der Vorteile der Röhre mit indukti ver Auskopplung mit dem mehrstufigen Bremsfeldkollektor nicht aktiv weitergeführt. Entsprechend allgemeiner Ein schätzung in der Fachwelt würde die Verbesserung der Effi zienz durch Kombination dieser Merkmale lediglich in der Größenordnung von etwa 10% bis 15% bezüglich der Spitzen leistungspegel liegen und somit würden sich zusätzliche In vestitionen zum Modifizieren existierender Entwürfe nicht lohnen, vergleiche Gilmour, Microwave Tubes, Seiten 196-200 (Artech House 1986). Darüber hinaus wurde angenommen, daß ein Herabsetzen beziehungsweise Bremsen durch den Kollektor ein Ansteigen der Kathodenspannung auf die Anodenspannung bezüglich eines gegebenen Leistungsausgangssignals erfor dern würde, und wenn bei dem Versuch, die Effizienz zu er höhen, eine zu große Herabsetzung bzw. Bremsung verwendet wurde, würde sich eine Verschlechterung der Bildqualität infolge über den Resonanzkammerspalt zurückgekehrter Elek tronen ergeben, vergleiche Preist & Shrader, The Klystrode -An Unusual Transmitting Tube With Potential For UHF-TV, 70 Proceedings of the IEEE 1318 (1982).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hochfrequenz verstärker für UHF-Anwendungen vorzusehen, welcher höhere Betriebseffizienzpegel und Linearität gegenüber dem Stand der Technik aufweist. Idealerweise würde der Hochfrequenz verstärker eine konstante hohe Effizienz bei irgendeinem Leistungspegel anstatt der bei den Röhren mit induktiver Auskopplung und der Klystrone mit mehrstufigen Bremsfeld kollektor vorgesehenen Beziehung der Quadratwurzel der Aus gangsleistung besitzen.

In Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung ist ein verbesserter Hochfrequenzverstärker vorgesehen. Der Hoch frequenzverstärker kombiniert die Lehre der Röhre mit in duktiver Auskopplung mit der des Klystrons mit mehrstufigem Bremsfeldkollektor, um eine verbesserte Betriebseffizienz und Linearität zu erlangen. Die Lehren nach dem Stand der Technik schlagen fehl zu erkennen, daß die Kombination die ser Technologien ein starkes Ansteigen der Effizienz bei unteren Leistungspegeln wesentlich unterhalb des maximalen Pegels ergibt, wobei der Verstärker leistungsfähig ist. Es wird nahezu eine konstante Effizienz bzw. ein konstanter Wirkungsgrad über dem Betriebsbereich erzielt, welche be trächtlich diejenige der Quadratwurzel der Leistungseffizi enzpegel überschreitet, die von konventionellen Röhren mit induktiver Auskopplung erwartet werden. Ebenso kann eine verbesserte Linearität durch Vermeidung strenger Elektro nenverlangsamung in dem Auskopplungsspalt ohne ein Effizi enzeinbuße erzielt werden.

Insbesondere weist der Verstärker eine Elektronenkano nenanordnung auf, welche eine Kathode und eine Anode be sitzt, wobei die Kathode mit einem Hochspannungspotential bezüglich der Anode betrieben werden kann, um einen Elek tronenstrahl zu bilden und zu beschleunigen. Ein Steuergit ter ist zwischen der Kathode und der Anode angeordnet und empfängt ein Eingangssignal hoher Frequenz, um die Dichte des Elektronenstrahls zu modulieren. Das Steuergitter ist bezüglich der Kathode vorgespannt, um den Durchgang bzw. die Übertragung des Elektronenstrahls während des negativen halben Zyklus des Hochfrequenzsignals zu verhindern. Ein Schattengitter kann zwischen dem Steuergitter und der Ka thode angeordnet sein. Eine Laufzeitröhre umfaßt den Strahl und enthält ein erstes Teil und ein zweites Teil mit einer zwischen dem ersten und dem zweiten Teilen definierten Lücke. Eine Resonanzkammer mit induktiver Auskopplung kom muniziert über die Lücke, und der dichtemodellierte Elek tronenstrahl tritt über die Lücke hinweg und induziert ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal in der Resonanzkam mer. Ein mehrstufiger Bremsfeldkollektor nimmt die Elektro nen des Strahls an, welche nach dem Passieren der Lücke zu rückgeblieben sind, und zerstreut sie. Jede der Kollektore lektroden besitzt ein daran angelegtes elektrisches Poten tial in einem Bereich zwischen dem Massepotential und dem Potential der Kathode, um effektiv die Elektronen zu sam meln.

Die Linearität des Verstärkers wird durch Reduzieren der Hochfrequenzspannung in der Auskopplungsresonanzkammer relativ zu der Strahlspannung verbessert. Die Effizienz wird durch Einstellen des Potential s der ersten Kollektore lektrode maximiert, so daß kein Strom bei dem Strahlpoten tial gesammelt wird. Wenn beispielsweise die maximale Hoch frequenzspitzenspannung auf 90% der Strahlspannung redu ziert werden würde, könnte der gesamte Strahlstrom auf ei ner Kollektorelektrode gesammelt werden, die ein Gleich spannungspotential von 90% des Potentials der Anode bezüg lich der Kathode besitzt, jedoch würden die langsamsten Elektronen ein Zehntel ihrer Energie oder eine Geschwindig keit nach dem Kreuzen der Auskopplungslücke beibehalten, welche 0,316 Mal ihrer anfänglichen Geschwindigkeit ist. Somit wird der in der Auskopplungslücke bzw. dem Auskopp lungsspalt induzierte Strom nahezu proportional zu dem Hochfrequenz-Strahlstrom, und die Phasenverzerrung wird re duziert. Wenn eine oder mehrere Kollektorelektroden bei ei nem Potential unterhalb eines Vollstrahlpotentials betrie ben werden, kann die Effizienzcharakteristik an die Si gnalsmodulationsstatistik angepaßt werden, um die durch schnittliche Effizienz durch Einstellen der einzelnen Kol lektorelektrodenpotentiale zu optimieren.

Ein Verfahren zum Verstärken eines UHF-Signals enthält die Schritte: Beschleunigen eines Elektronenstrahls aus ei ner Elektronenkanonenanordnung, die eine Kathode und eine davon beabstandete Anode (auf Massepotential) aufweist, durch Anwendung eines relativ hohen Potential s zwischen der Kathode und der Anode; Modulieren der Dichte des Elektro nenstrahls durch Anwendung des UHF-Signals auf ein zwischen der Kathode und der Anode angeordnetem Steuergitter; Vor spannen des Steuergitters bezüglich der Kathode, um einen Durchgang des Elektronenstrahls während des negativen hal ben Zyklus des UHF-Signals zu verhindern; Induzieren eines elektromagnetischen Hochfrequenzsignals in einer Resonanz kammer durch Passieren des dichtemodulierten Strahls einer Lücke, welche mit der Resonanzkammer kommuniziert; Extra hieren des elektromagnetischen Hochfrequenzsignals aus der Resonanzkammer; und Sammeln der Elektronen des Strahls, welche nach dem Durchgang durch den Spalt zurückgeblieben sind, auf einer Mehrzahl von Elektrodenstufen, welche je weils daran angelegte elektrische Potentiale besitzen, die in einem Bereich zwischen dem Nassepotential und dem Katho denpotential liegen.

Ein besseres Verständnis bezüglich der Röhre mit induk tiver Auskopplung mit mehrstufigen Bremsfeldkollektor-Elek troden wird ebenso wie eine Realisierung zusätzlicher Vor teile wird unter Berücksichtigung der folgenden detaillier ten Beschreibung der Erfindung erlangt bzw. gegeben. Es wird dabei Bezug genommen auf die beigefügte Zeichnung, welche hier kurz beschrieben wird.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Röhre mit induktiver Auskopplung, welche einen mehrstufigen Brems feldkollektor entsprechend der vorliegenden Erfindung auf weist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der bezüglich einer Röhre mit induktivem Ausgang unter Verwendung von fünf Bremsfeldkollektorstufen erwarteten Effizienz;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der bezüglich einer Röhre mit induktiver Auskopplung erwarteten Effizienz, wel che eine erste Kollektorelektrode aufweist, welche von der Röhrenstruktur bei einem Vollstrahlpotential gebildet ist, und eine zweite Kollektorelektrode bei einer herabgesetzten Spannung; und

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der MS- DC-Röhre mit induktiver Auskopplung der vorliegenden Erfin dung.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Hochfrequenz verstärker bereit, welcher höhere Betriebseffizienzpegel und eine größere Linearität bietet als entsprechende Vor richtungen nach dem Stand der Technik. Diese Verbesserung wird durch Kombinieren der Hocheffizienzcharakteristik von Röhren mit induktiver Auskopplung und mehrstufigen Brems feldkollektoren und einem Betrieb der kombinierten Vorrich tung in einem Verstärker der Klasse B erzielt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine schematische Dar stellung einer Röhre mit induktiver Auskopplung (IOT, in ductive output tube) 10 hoher Effizienz bzw. hohen Wir kungsgrads erläutert, welche einen mehrstufigen Bremsfeld kollektor (MSDC, multistage depressed collector) 30 be sitzt. Die IOT 10 enthält eine gewöhnliche zylindrische Elektronenkanone 12, welche eine thermionische Kathode 15 mit einer unter der Kathodenoberfläche angeordneten Heiz spule 13 aufweist. Ein Steuergitter 14 ist eng benachbart zu der Kathodenoberfläche 15 angeordnet. Eine axial geloch te Anode 16 ist stromab der Kathode 15 und des Steuergit ters 14 an dem Anfang eines Driftröhrenabschnitts bzw. ei nes Laufzeitröhrenabschnitts angeordnet, welcher ein erstes Teil 22 und ein zweites Teil 24 aufweist. Die Driftröhren teile sind um eine Lücke 27 von einander getrennt, wodurch eine Öffnung in einer Resonanzkammer 29 gebildet ist. Ein Hochfrequenzeingang 23, welcher eine induktive Schleife aufweist, ist benachbart dem Steuergitter 14 angeordnet, so daß ein Hochfrequenz-Eingangssignal an das Gitter gekoppelt ist. Es kann alternativ ebenso eine kapazitive Kopplung des Eingangssignals an das Steuergitter 14 vorgesehen sein. Ein Hochfrequenzausgang 25, welcher eine induktive Schleife aufweist, ist innerhalb der Resonanzkammer 29 zum Extrahie ren der elektromagnetischen Hochfrequenzenergie aus der Re sonanzkammer angeordnet.

Der MSDC 30 ist axial über die Enden der Driftröhre hinaus an einem Ende der Röhre angeordnet und besitzt eine Mehrzahl von Kollektorelektroden 32, 34, 36 und 38. Jede der Kollektorelektroden ist im allgemeinen kreisförmig aus gebildet und weist ein trichterförmiges Teil auf, welches sich in Richtung der IOT 10 verjüngt. Ein Potential wird an jede der Kollektorelektroden angelegt, so daß deren Span nung relativ zu der IOT 10 herabgesetzt wird, wie unten nä her erklärt wird.

Die Elektronenkanone 12 und der MSDC wird mit Leistung durch einen Umformer 40 versorgt, welcher einen Wechsel strom einer Eingangsleistungsquelle empfängt. Erste Gleich richterdioden 48₁ und 48₂ versehen die erste Kollektorstufe 32 mit einem Potential. Zweite Gleichrichterdioden 461 und 46₂ versehen die zweite Kollektorstufe 34 mit einem Poten tial. Dritte Gleichrichterdioden 44₁ und 44₂ versehen die dritte Kollektorstufe 36 mit einem Potential. Vierte Gleichrichterdioden 41₁ und 42₂ versehen die vierte Kollek torstufe 38 mit einem Potential. In der Ausführungsform von Fig. 2 versehen ebenso die vierten Gleichrichterdioden 42₁ und 42₂ die Kathode 15 mit demselben Potentialpegel. Inte grierende Filterkondensatoren 52, 54, 56 und 58 sind vorge sehen, um bezüglich jeder der Elektroden ein konstantes Po tential beizubehalten. Das an jede aufeinanderfolgende Kol lektorstufe angelegte Potential entspricht in etwa einem sich erhöhenden Prozentsatz des Kathodenpotentials, wobei die letzte Elektrodenstufe das Potential der Kathode oder ein Potential in etwa des Kathodenpotentials annimmt.

Ein Hochfrequenz-Eingangssignal wird an die Kathode 15 und das Steuergitter 14 an- bzw. dazwischengelegt, während ein stetiges Gleichstrompotential, welches typischerweise in einem Bereich von 10 bis 30 Kilovolt liegt, zwischen der Kathode 15 und der Anode 16 beibehalten wird, wobei die letztere sich vorzugsweise auf Massepotential befindet. Ein Elektronenstrahl hoher Gleichstromenergie wird mit einem hohen Potential gebildet und auf die Anode 16 zubeschleu nigt und tritt unter einem Abfangminimum durch sie hin durch. Ein Magnetfeld außerhalb der Vakuumhülle der IOT 10 ist vorgesehen, um den Strahl zu fokussieren und ihn auf einen konstanten Durchmesser einzugrenzen, wenn er sich von der IOT 10 auf den MSDC 30 zu fortpflanzt. Das Hochfre quenz-Eingangssignal, welches in dem Gitter 14 induziert worden ist, moduliert den Elektronenstrahl, wodurch eine Dichtemodulation oder eine Bündelung von Elektronen in Übereinstimmung mit dem Hochfrequenzsignal gebildet wird. Der dichtemodulierte Strahl tritt durch die Anode 16 hin durch über die Lücke 27 zwischen den ersten und zweiten Teilen der Driftröhre. Der Durchgang über den Abstand 27 induziert ein entsprechendes Hochfrequenzsignal einer elek tromagnetischen Welle in der Auskopplungsresonanzkammer 29, welches im Vergleich zu dem Eingangssignal stark verstärkt ist. Diese Hochfrequenz-Wellenenergie wird danach aus der Röhre 10 über den Ausgang bzw. die Auskopplung 25 unter Verwendung einer induktiven oder kapazitiven Kopplung ex trahiert.

Nach dem Hindurchtreten durch die Driftröhrenteile 22 und 24 tritt der nun verwendete Elektronenstrahl in den MS- DC 30 ein. In Abhängigkeit von der Energie der Elektronen innerhalb des Strahls werden die Elektronen wirksam auf ei ner der Kollektorelektroden 32, 34, 36 oder 38 gesammelt. Elektronen, welche den größten Energiepegel besitzen, wür den sich über den gesamten Weg bis zur vierten Kollektor stufe 38 bewegen, während die Elektronen mit geringeren Energiebeträgen auf einer der vorhergehenden Stufen gesam melt werden würden.

Durch Betrieb der IOT 10 als Verstärker der Klasse B fließt kein Elektronenstrahlstrom von der Kathode durch das Gitter 14 während des negativen halben Zyklus des an das Gitter angelegten Hochfrequenz-Eingangssignals. Während je des positiven halben Zyklus fließt ein Puls eines Hochfre quenzstroms durch die Resonanzkammer 29 und gibt einen Teil seiner Energie an das in der Lücke 27 gebildete elektrische Feld ab. Sowohl die Größe des Strompulses als auch der durchschnittliche Strom der Folge von Pulsen erhöhen sich, wenn die Hochfrequenz-Ansteuerungsspannung des Steuergit ters erhöht wird, und der Hochfrequenzstrom in der Folge von Pulsen, I_RF, wird proportional zu dem Gleichstrom- Strahlstrom I anwachsen. Somit ist die Ausgangsleistung der IOT gleich I_RF²R, wobei R der Nebenschlußwiderstand ist, welcher sich dem Strahl an der Lücke 27 darbietet.

Bei dem mehrstufigen Bremsfeldkollektor wird die mini male Überschußenergie der Elektronen, welche aus der Röhre heraustreten, proportional zu der Differenz zwischen der Gleichstrom-Strahlspannung und der Hochfrequenzspannung sein. Diese Überschußenergie wird durch Sammeln der Elek tronen auf den Kollektorstufen bei Potentialen zwischen der Kathodenspannung und der Strahlspannung wiedererlangt. Wenn die Hochfrequenzansteuerungsspannung erhöht wird, ruft der Hochfrequenzstrom in der Resonanzkammer eine Spannung V_RF über dem Nebenschlußwiderstand hervor. Wenn es dort genug Kollektorstufen gibt, so daß das Sammelpotential in der Nä he von V_RF liegt, ist somit die Gleichstrom-Eingangslei stung der Röhre in etwa proportional zu V_RFI.

Durch Kombinieren der Röhre mit induktivem Ausgang 10 mit dem mehrstufigen Bremsfeldkollektor 30 wird ein überra schendes Ergebnis erzielt. Es verhält sich nicht nur der Gleichstrom-Strahlstrom proportional zu I_RF, sondern ebenso verhält sich die effektive Strahlsammelspannung proportio nal zu V_RF, und es wird sich die Eingangsleistung der IOT 10 proportional zu I_RFV_RF oder der Ausgangsleistung verhal ten. Die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad der IOT ist nahezu konstant und unabhängig von dem Pegel, bei welchem der Ver stärker betrieben wird. Es wird nicht nur die Spitzeneffi zienz der IOT durch Sammeln der Elektronen effizienter bei einer maximalen Leistung erhöht, sondern es wird eine Effi zienz sehr nahe der Spitzeneffizienz bei allen Betriebspe geln erlangt. Durch Erhöhen der Strahlspannung und des Strahlstroms auf hinreichend hohe Pegel zum Tragen einer sehr hohen sofortigen Leistung und durch Vermeiden der Sammlung eines Stroms auf Elektroden, welche auf diesem Po tential gehalten werden, kann die IOT eine extrem lineare Verstärkung erzielen. Der gesamte Strahlstrom würde auf den herabgesetzten Stufen bzw. auf den Bremsfeldstufen gesam melt werden, und es würde dort keine Effizienzeinbuße auf treten.

Obwohl Fig. 1 einen Kollektor 30 offenbart, welcher vier herabgesetzte Stufen bzw. Bremsfeldstufen aufweist, sollte es offensichtlich sein, daß fünf, sechs oder irgendeine An zahl von Stufen vorteilhaft verwendet werden könnten. Wenn sich jedoch die Anzahl von Kollektorstufen erhöht, erhöht sich ebenso die Komplexität der Vorrichtung auf einen Punkt, bei welchem der Vorteil der erhöhten Effizienz von der Komplexität überdeckt wird. Tatsächlich liegt das Ende der Struktur der IOT 10 vor dem Kollektor 30, wie durch Be zugszeichen 31 entsprechend Fig. 1 erläutert ist, auf dem Potential der Anode und kann als erste Kollektorelektrode wirken. Wenn, wie unten erklärt wird, die Hochfrequenz-Aus gangsspannung beschränkt wird, um die Linearität zu verbes sern, wird eine maximale Effizienz durch Verhindern einer Sammlung von verwendeten Elektronen auf dieser ersten Elek trode bei Anodenpotential erreicht.

Die genauen für jede Stufe gewählten Spannungen sollten so eingestellt werden, um die Eingangsleistung der IOT be züglich des besonderen statistischen Charakters des zu ver stärkenden Hochfrequenzsignals zu minimieren. Beispielswei se zeigt Fig. 2 die theoretische Effizienz einer IOT der vorliegenden Erfindung, welche fünf Bremsfeldkollektorstu fen mit Spannungen von 0,7, 0,45, 0,3, 0,2 und 0,1 Mal der Strahlspannung aufweist und eine maximale Hochfrequenz-Aus gangsspannung der Resonanzkammer gleich 0,7 Mal der Strahl spannung, im Vergleich mit der Effizienz einer herkömmli chen IOT. Jede der Effizienzspitzen der MSDC-IOT von Fig. 2 entspricht den besonderen Kollektorelektronenpotentialen, welche gewählt worden sind. Die Effizienzen wurden unter der Annahme von halben Sinuswellen-Strompulsen und sinus förmigen Auskopplungslückenspannungen berechnet. Diese An nahme führt zu einer 78,5%igen maximalen Effizienz für die herkömmliche IOT und zu Effizienzen zwischen 80% und 90% über den größten Teil des Leistungsbereiches für die MSDC- IOT. Es ist zu bemerken, daß der tatsächliche Wert, welcher in der Praxis bei UHF-Verstärkern erwartet wird, sowohl für die herkömmliche IOT als auch für die MSDC-IOT infolge von Raumladungseffekten und einer Durchgangszeitverteilung der Elektronen etwas reduziert ist.

Eine verbesserte Effizienz kann durch die vorliegende Erfindung über einen engeren Bereich der Leistungsauskopp lung mit lediglich einer einzigen Bremsfeldelektrode reali siert werden, welche ein Potential besitzt, das gewählt ist, um mit der niedrigsten benötigten Leistungsauskopplung übereinzustimmen. Beispielsweise zeigt Fig. 3 die Effizienz einer IOT, wobei das Ende der IOT als erste Kollektorelek trode bei einer Vollstrahlspannung wirkt, und mit einer zweiten Elektrode innerhalb des Kollektors 30, dessen Span nung auf 0,7 Mal die Strahlspannung herabgesetzt ist. Somit wird der Hochfrequenzverstärker der vorliegenden Erfindung eingestellt, um eine nahezu konstant hohe Effizienz bei ir gendeinem Leistungspegel zwischen der halben maximalen und der maximalen Leistung vorzusehen anstelle der Beziehung der Quadratwurzel der Ausgangsleistung, welche durch Röhren mit induktiver Auskopplung und mehrstufigen Bremsfeldkol lektorklystronen vorgesehen ist.

Es ist augenscheinlich, daß durch Verändern der Anzahl der Bremsfeldkollektorstufen und den diesbezüglichen Poten tialen die durchschnittliche Effizienz für irgendeinen sta tistischen Charakter des zu verstärkenden Signals optimiert werden kann. Da von einem HDTV-Übertragungssystem erwartet wird, daß es mit einer mittleren Leistung von 0,1 Mal der maximalen Leistung arbeitet, sind einige Niederspannungse lektroden zur maximalen Energiewiedererlangung bei diesem Betriebspegel nötig.

Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Er findung wird eine IOT 60, welche einen MSDC aufweist, gemäß Fig. 4 erläutert, wobei ähnliche Elemente der Darstellung von Fig. 1 ähnliche Bezugszeichen aufweisen. Die IOT 60 be sitzt eine modifizierte Kathode 62, welche ein Schattengit ter 64, ein Steuergitter 66 und eine konvergente Kathoden oberfläche 68 aufweist. Das Schattengitter 64 und das Steu ergitter 66 können aus einem perforierten oder draht- bzw. maschenähnlichen Material eines feuerfesten Metalls wie Molybdän oder Wolfram gebildet sein und können mit einem Primärelektronenemissions-Unterdrückungsmaterial wie Titan ummantelt werden. Das Schattengitter 64 wird bei einem Gleichstrompotential gleich oder sehr nahe dem Kathodenpo tential betrieben, und das Steuergitter 66 empfängt das Hochfrequenz-Eingangssignal. Das Schattengitter 64 schattet das Steuergitter 66 ab, so daß keine Elektronen auf das Steuergitter auftreffen. Da das Steuergitter 66 ein ziem lich hohes positives Potential an der Spitze der Hochfre quenzansteuerungsspannung erreicht, welches es von Elektro nen durch Zwischenstellen des Schattengitters 64 zwischen sich und der Kathode 62 abschirmt, wird die Gittererhit zungsenergie, die Temperatur des Gitters und die Wahr scheinlichkeit einer Primärelektronenemission von dem Git ter wesentlich reduziert. Eine Schattengitteranordnung ist in dem U.S.-Patent Nr. 4,737,680 bezüglich einer mit einem Gitter versehenen Elektronenkanone offenbart.

Die konvergente Kathodenoberfläche 68 ist im allgemei nen konkav, wobei das Schattengitter 64 und das Steuergit ter 66 ähnliche Formen besitzen. Eine Anode 76 ist durch die Vorderseite des ersten Driftröhrenteils 22 gebildet und befindet sich auf Massepotential. Die elektrischen Feldli nien durch das Steuergitter 66 und die Anode 76 reichen durch das Schattengitter 64 und machen den Kathodenabtren nungspotentialgradienten (off-cathode potential gradient) positiv über einen Bereich hinter den Öffnungen des Git ters, aus welchen die Kathode Elektronen aussendet. Durch Einstellen der mittleren (Vor)Spannungen des Schattengit ters 64 und des Steuergitters 66 bezüglich der Kathoden oberfläche 68 kann eine verbesserte Linearität des Katho denstroms als Funktion der Hochfrequenz-Steuergitterspan nung erreicht werden.

Elektronen, welche thermoionisch von der Kathodenober fläche 66 ausgesandt worden sind, folgen einem Pfad, wel cher im wesentlichen senkrecht zu der Kathodenoberfläche ist, und werden zu einem im wesentlichen linearen Strahl durch das Magnetfeld fokussiert, welches in die IOT von au ßerhalb der Vakuumhülle gerichtet ist. Das Magnetfeld kann von einem Solenoidmagneten bereitgestellt werden und wird in die Vorrichtung durch Eisenplatten 72 und 74 auf beiden Seiten der Auskopplungsresonanzkammer 29 gerichtet. Die Größe des Loches durch die Platte 72 trägt zur Formgebung des Magnetfelds in dem Gebiet zwischen der Kathode 62 und der Anode 76 bei, so daß die Magnetfeldlinien im wesentli chen entsprechend der gewünschten Elektronenbahnen verlau fen. Auf diese Weise werden alle ausgesandten Elektronen von der Kathodenoberfläche 68 durch die Anode 76, durch die Auskopplungsresonanzkammer 29 in das Kollektorgebiet bei den jeweiligen Strompegeln geleitet. Der Kollektor enthält fünf herabgesetzte Stufen bzw. Bremsfeldstufen, welche mit 92, 94, 96, 98 und 102 bezeichnet sind. Wie oben erklärt, wirkt das Ende der IOT-Struktur 74 als erste Kollektorstufe und befindet sich auf Anodenpotential. Die letzte Kollek torstufe 102 ist als Spitze geformt, um ein radiales Gebiet eines elektrischen Feldes zu bilden, um hereinkommende Elektronen radial nach außen zu zwingen, so daß sie senk recht auf eine der vorhergehenden Kollektorelektroden auf treffen.

Die Pulse des Strahlstroms, welche durch die Lücke 27 der Auskopplungsresonanzkammer 29 hindurchtreten, induzie ren magnetische und elektrische Felder in der Resonanzkam mer, und das elektrische Feld extrahiert Energie aus den Elektronen. Bei geringen Strömen werden die Felder in der Auskopplungsresonanzkammer 29 gering sein, und die minimale Energie der Elektronen, welche die Lücke 27 verlassen, wird groß sein. Bei hohen Strömen werden die Resonanzkammerfel der groß sein, und die minimale Energie der Elektronen, welche die Auskopplungsresonanzkammer verlassen, wird nied rig sein. In Abhängigkeit des Strompegels und der augen blicklichen Felder in der Auskopplungsresonanzkammer kann ein Elektron einer Bahn ähnlich derjenigen folgen, welche mit dem Bezugszeichen 82, 83, 84, 85 oder 86 versehen ist. Da die Kollektorelektroden bezüglich abnehmender Potentiale miteinander verknüpft sind, wird ein Elektron um so tiefer in den MSDC 30 eindringen, je größer die Energie ist, die es besitzt. Wenn es seine Energie vollständig verloren hat, wird es umkehren und von der ersten Kollektorstufe, auf die es trifft, gesammelt werden. Glücklicherweise stoßen die Raumladungskräfte die Elektronen radial nach außen, und die Wahrscheinlichkeit ist daher groß, daß ein Elektron auf der Kollektorstufe des niedrigstmöglichen Potential s gesammelt wird.

Amplituden- und Phasenverzerrungen sind das Ergebnis des beinahe Anhaltens einiger Elektronen in der Auskopp lungslücke. Um eine ausgezeichnete Amplitudenlinearität und eine geringe Phasenverzerrung zu erzielen, sollte die Hoch frequenzspannung an der Auskopplungslücke 27 auf etwa 90 bis 75% des Kathoden-Anoden-Potentials beibehalten werden.

Bei dieser Spannung hätten die langsamsten Elektronen eine Energie von etwa 10 bis 25% der ursprünglichen Strahlener gie oder von etwa 32 bis 50% der ursprünglichen Strahlge schwindigkeit. Dies kann durch Einstellen der Impedanz der Auskopplungslücke erzielt werden. Wenn die erste Kollekto relektrode 92 ein Potential gleich der Spitzenamplitude der Hochfrequenzspannung der Resonanzkammerlücke besitzt, kann der gesamte Strom auf den Kollektorelektroden gesammelt werden, und die Effizienz wird höher als diejenige der exi stierenden Röhren mit induktiver Auskopplung ohne Bremsfel delektroden, während eine wesentlich zuverlässigere Ver stärkung des Signals erreicht wird.

Es sollte für einen Fachmann offensichtlich sein, daß eine funktionale Röhre mit induktiver Auskopplung mit mehr stufigem Bremsfeldkollektor eine Kühlvorrichtung benötigt, um die Temperatur des Kollektors in einem vernünftigen Be reich zu halten. Derartige Kühlvorrichtungen können eine Wasserummantelung oder für Luft vorgesehene Kühlrippen ent halten. Darüber hinaus könnten bimetallische Strukturen ty pischerweise einbezogen werden, um differentielle thermi sche Ausdehnung zu kompensieren.

Auf die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Röhre mit induktiver Auskopplung mit mehrstufigen Bremsfeldkollektorelektroden und von Verfahren zum Einstel len, um eine optimale Qualität zu erzielen, wenn Signale unterschiedlicher statistischer Charakteristik verstärkt werden, sollte es nun für einen Fachmann offensichtlich sein, daß die Aufgabe und die Vorteile durch das System er zielt werden können. Es sollte ebenso für den Fachmann of fensichtlich sein, daß verschiedene Modifizierungen, Anpas sungen und alternative Ausführungsformen innerhalb des Rah mens der vorliegenden Erfindung, welche durch die folgenden Ansprüche definiert ist, vorgenommen werden können.

Vorstehend wurde eine Röhre mit induktiver Auskopplung mit mehrstufigen Bremsfeldkollektorelektroden offenbart. Ein hocheffizienter linearer Verstärker weist dabei eine Elektronenkanonenanordnung auf, welche eine Kathode und ei ne Anode besitzt, wobei die Kathode bei einem relativ hohen Spannungspotential bezüglich der Anode betreibbar ist, um einen Elektronenstrahl zu bilden und zu beschleunigen. Ein Steuergitter ist zwischen der Kathode und der Anode ange ordnet und relativ zu der Kathode bezüglich eines Betriebs der Klasse B vorgespannt. Ein Hochfrequenz-Eingangssignal wird an das Steuergitter angelegt, um die Dichte des Elek tronenstrahls zu modulieren. Ein Schattengitter kann zwi schen dem Steuergitter und der Kathode angeordnet sein. Ei ne Driftröhre umschließt den Strahl und enthält ein erstes Teil und ein zweites Teil mit einer zwischen dem ersten und dem zweiten Teil definierten Lücke. Eine Resonanzkammer mit induktiver Auskopplung kommuniziert mit der Lücke, und der dichtemodulierte Elektronenstrahl durchquert die Lücke und induziert ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal in der Resonanzkammer. Ein mehrstufiger Bremsfeldkollektor nimmt die Elektronen des Strahls, welche nach dem Durchgang durch die Lücke verblieben sind, an und zerstreut sie. Jede der Kollektorstufen besitzt ein daran angelegtes elektrisches Potential in einem Bereich zwischen dem Massepotential und dem Potential der Kathode, um effizient die Elektronen zu sammeln. Das elektrische Potential kann spezifisch gewählt werden, um das Sammeln der Elektronen bei dem Strahlpoten tial zu verhindern und die Effizienz des Verstärkers zu ma ximieren.

Claims

1. Linearer Verstärker mit:
einer Elektronenkanonenanordnung, welche eine Kathode und eine davon beabstandete Anode aufweist, wobei die Ka thode bei einem relativ hohen Spannungspotential bezüglich der Anode betrieben werden kann, um einen Elektronenstrahl zu bilden und zu beschleunigen;
einem Steuergitter, welches zwischen der Kathode und Anode angeordnet ist und ein Hochfrequenz-Eingangssignal zum Modulieren der Dichte des Strahls annimmt, wobei das Gitter relativ zu der Kathode vorgespannt ist, um einen Durchgang des Elektronenstrahls während des negativen hal ben Zyklus des Hochfrequenz-Eingangssignals zu verhindern;
einer Driftröhre, welche den Strahl umgibt und ein er stes Teil und ein zweites Teil aufweist, wodurch eine Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten Teil definiert ist;
einer Resonanzkammer zur induktiven Auskopplung, wel che mit der Lücke kommuniziert, wobei der dichtemodulierte Strahl die Lücke durchquert und ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal in der Resonanzkammer induziert; und
einem Kollektor, welcher die Elektronen des Strahls, welche nach dem Durchqueren der Lücke verblieben sind, an nimmt und zerstreut, wobei der Kollektor eine Mehrzahl von Elektronenstufen besitzt, welche jeweils ein daran angeleg tes elektrisches Potential in einem Bereich zwischen einem Massepotential und dem Potential der Kathode besitzen, um effizient die Elektronen zu sammeln.

2. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, des weiteren ge kennzeichnet durch eine Einrichtung zum Extrahieren des elektromagnetischen Hochfrequenzsignals aus der Resonanzkam mer mit induktiver Auskopplung.

3. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens zwei Elektrodenstufen vorgesehen sind.

4. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hochfrequenz-Eingangssignal ein UHF-Si gnal ist.

5. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Magnetfeld, das innerhalb der Driftröhre vorgese hen ist, um den Strahl wenigstens auf die Lücke zu fokus sieren und zu beschränken.

6. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine erste Elektrodenstufe ein elektrisches Potential besitzt, welches gleich einem Vollstrahlpotential ist, und eine zweite Elektrodenstufe ein herabgesetztes Po tential gleich einem Bruchteil des Strahlpotentials be sitzt.

7. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das an die Kollektorelektroden angelegte elektrische Potential eingestellt ist, um das Sammeln der Elektronen bei dem Vollstrahlpotential zu verhindern.

8. Linearer Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Schattengitter, welches zwischen dem Steuergitter und der Kathode angeordnet ist.

9. Linearer Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schattengitter und das Steuergitter unab hängig im Hinblick auf die Kathode vorgespannt sind.

10. Verfahren zum Verstärken eines UHF-Signals mit den Schritten:
Beschleunigen eines Elektronenstrahls aus einer Elek tronenkanonenanordnung, welche eine Kathode und eine davon beabstandete Anode aufweist, durch Anlegen eines relativ hohen Potentials zwischen der Kathode und der Anode;
Modulieren der Dichte des Elektronenstrahls durch An legen eines UHF-Signals an das Steuergitter, welches zwi schen der Kathode und der Anode angeordnet ist;
Vorspannen des Steuergitters relativ zu der Kathode, um einen Durchgang des Elektronenstrahls während des nega tiven halben Zyklus des UHF-Signals zu verhindern;
Induzieren eines elektromagnetischen Hochfrequenzsi gnals in der Resonanzkammer mittels Durchqueren des dichte modulierten Strahls einer Lücke, welche mit der Resonanz kammer kommuniziert;
Extrahieren des elektromagnetischen Hochfrequenzsi gnals aus der Resonanzkammer; und
Sammeln der nach dem Durchgang durch die Lücke ver bleibenden Elektronen des Strahls auf einer Mehrzahl von Elektrodenstufen, welche jeweils ein daran angelegtes elek trisches Potential in einem Bereich zwischen einem Massepo tential und dem Potential der Kathode besitzen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrodenstufe ein elektrisches Potential be sitzt, welches gleich einem Vollstrahlpotential ist, und eine zweite Elektrodenstufe ein herabgesetztes Potential besitzt, welches gleich einem Bruchteil des Strahlpotenti als ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Elektrodenstufen vorgesehen sind.

13. Verfahren nach Anspruch 10, des weiteren gekennzeichnet durch den Schritt des Fokussierens des Elektronenstrahls durch Vorsehen eines Magnetfelds wenigstens auf die Lücke.

14. Verfahren nach Anspruch 10, des weiteren gekennzeichnet durch den Schritt des Wählens des elektrischen Potentials, um ein Sammeln der Elektronen bei dem Potential des Strahls zu verhindern.

15. Linearer Verstärker zum Verstärken eines UHF-Frequenz signals mit:
einer Elektronenkanonenanordnung, welche eine Kathode und eine davon beabstandete Anode besitzt, wobei die Katho de bei einem relativ hohen Potential bezüglich der Anode betrieben wird, um einen Elektronenstrahl zu bilden und zu beschleunigen;
einem Steuergitter, welches zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist, und einer Einrichtung zum Modul ieren des Elektronenstrahls durch Anlegen des UHF-Frequenz signals, wobei das Steuergitter relativ zu der Kathode vor gespannt ist, um den Durchgang des Elektronenstrahls wäh rend des negativen halben Zyklus des UHF-Signals zu verhin dern;
einer Driftröhre, welche den Strahl umgibt und ein er stes Teil und ein zweites Teil aufweist, wobei eine Lücke zwischen dem ersten und dem zweiten Teil definiert ist;
einer Resonanzkammer mit induktiver Auskopplung, welche mit der Lücke kommuniziert, wobei der dichtemodulierte Strahl die Lücke durchquert und ein elektromagnetisches Hochfrequenzsignal in der Resonanzkammer induziert;
einer Einrichtung zum Extrahieren des elektromagneti schen Hochfrequenzsignals aus der Resonanzkammer mit induk tiver Auskopplung; und
einem mehrstufigen Bremsfeldkollektor, welcher die nach dem Durchgang über die Lücke verbleibenden Elektronen des Strahls auf einer Mehrzahl von Elektrodenstufen annimmt und zerstreut, welche jeweils ein daran angelegtes elek trisches Potential in einem Bereich zwischen einem Massepo tential und dem Potential der Kathode besitzen, wobei das an die Elektrodenstufen angelegte elektrische Potential eingestellt ist, um ein Sammeln der Elektronen bei einem Vollstrahlpotential zu verhindern.

16. Linearer Verstärker nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens zwei Elektrodenstufen vorgesehen sind.

17. Linearer Verstärker nach Anspruch 15, des weiteren ge kennzeichnet durch ein Magnetfeld, welches innerhalb der Driftröhre vorgesehen ist, um den Strahl wenigstens auf die Lücke zu fokussieren und zu beschränken.

18. Linearer Verstärker nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektrischen Potentiale eingestellt sind, so daß der Verstärker eine im wesentlichen konstante Effi zienz bezüglich eines besonderen Hochfrequenz-Eingangssi gnals besitzt.

19. Linearer Verstärker nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gitter bezüglich eines Betriebs der Klas se B vorgespannt ist.

20. Linearer Verstärker nach Anspruch 15, des weiteren ge kennzeichnet durch ein Schattengitter, welches zwischen dem Steuergitter und der Kathode angeordnet ist.

21. Linearer Verstärker nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schattengitter und das Steuergitter unab hängig im Hinblick auf die Kathode vorgespannt sind.