DE69108427T2

DE69108427T2 - Frequency tunable high frequency tube.

Info

Publication number: DE69108427T2
Application number: DE1991608427
Authority: DE
Inventors: Guy Egloff; Philippe Gouriellec
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2011-02-23
Also published as: JPH04218241A; FR2658950B1; EP0445009A1; DE69108427D1; EP0445009B1; FR2658950A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Höchstfrequenzröhren mit longitudinalen Elektronenbündeln, die wenigstens einen frequenzabstimmbaren Hohlraum durchqueren. Sie betrifft insbesondere Klystrons, unabhängig davon, ob es sich um Einstrahl- oder Mehrstrahlklystrons handelt.The present invention relates to high frequency tubes with longitudinal electron beams passing through at least one frequency-tunable cavity. It relates in particular to klystrons, regardless of whether they are single-beam or multi-beam klystrons.

Ein Einstrahlklystron wird um eine Achse aufgebaut. Es enthält in der Hauptsache einen Elektronenstrahl-Erzeuger, der ein longitudinales Elektronenbündel erzeugt. Dieses Bündel durchquert aufeinanderfolgende Hohlräume und Triftröhren. Eine Triftröhre verbindet zwei aufeinanderfolgende Hohlräunie. Die Hohlräume dienen zum Modulieren der Geschwindigkeit der Elektronen. Das Elektronenbündel wird in einem Kollektor aufgefangen, der in der Verlängerung des letzten Hohlraums angeordnet ist. Eine Fokussierungsvorrichtung umgibt die Hohlräume. Sie verhindert, daß das Elektronenbündel divergiert.A single-beam klystron is built around an axis. It mainly contains an electron beam generator that produces a longitudinal electron beam. This beam traverses successive cavities and drift tubes. A drift tube connects two successive cavities. The cavities serve to modulate the speed of the electrons. The electron beam is collected in a collector which is arranged in the extension of the last cavity. A focusing device surrounds the cavities. It prevents the electron beam from diverging.

Die Frequenzabstimmung der Klystronhohlräume ist für die Optimierung der Röhrenleistung im Zeitpunkt der Prüfungen erforderlich. Eine gewisse Anzahl der Röhrenparameter hängt nämlich von den Frequenzverschiebungen der Hohlräume untereinander und der Betriebsfrequenz der Röhre ab.The frequency tuning of the klystron cavities is necessary for optimizing the tube performance at the time of testing. A certain number of the tube parameters depend on the frequency shifts of the cavities among each other and the operating frequency of the tube.

Diese Parameter sind beispielsweise die Verstärkung der Röhre, ihr Wirkungsgrad und ihre momentane Bandbreite.These parameters include the tube’s gain, its efficiency and its instantaneous bandwidth.

Zwischen dem Zeitpunkt, in dem die Hohlräume zusammengebaut werden, und dem Zeitpunkt, in dem die Röhre geprüft wird, finden zahlreiche mechanische und thermische Arbeitsgänge statt, und die Frequenzabstimmungen können sich ändern. Diese Arbeitsgänge sind beispielsweise mechanisches Ausbessern, Trocknen durch Erwärmen, Löten usw. ...Between the time the cavities are assembled and the time the tube is tested, numerous mechanical and thermal operations take place and the frequency tuning may change. These operations include mechanical repair, drying by heating, soldering, etc. ...

Andererseits stimmen das Elektronenbündel, die Austrittsvorrichtung für die Höchstfrequenzenergie usw. ... nicht genau mit den ursprünglich vorgesehenen Ausführungen überein, und eine Veränderung der Hohlraumresonanzfrequenzen ermöglicht einen gewissen Ausgleich.On the other hand, the electron beam, the exit device for the high frequency energy, etc. ... do not correspond exactly to the designs originally envisaged, and a change in the cavity resonance frequencies allows a certain compensation.

Bei gewissen Anwendungen ist es erforderlich, daß die Betriebsfrequenz der Röhre geändert werden kann; dies ist insbesondere bei Fernsehsendern, Luftverkehrskontrollradaranlagen oder in Telekommunikationssystemen der Fall. Hier ist es wünschenswert, daß die Röhre vor Ort mit einem System zur Einstellung der Hohlraumresonanzfrequenzen ausgestattet ist.In certain applications it is necessary that the operating frequency of the tube can be changed; this is particularly the case in television transmitters, air traffic control radar systems or in telecommunications systems. Here it is desirable for the tube to be equipped with a system for adjusting the cavity resonance frequencies on site.

Die Mehrstrahlklystrons sind im Stand der Technik allgemein bekannt und in den französischen Patentschriften Nr. 992 853, Nr. 2 596 198 und Nr. 2 596 199 beschrieben.Multi-beam klystrons are well known in the art and are described in French patents No. 992 853, No. 2 596 198 and No. 2 596 199.

Ein Nehrstrahlklystron läßt sich durch Anordnung mehrerer Elektronenstrahlerzeuger auf einem um eine Achse zentrierten Kranz realisieren. Diese Strahlerzeuger erzeugen parallel zu dieser Achse ausgerichtete Elementarbündel. Diese Elementarbündel durchqueren aufeinanderfolgende Hohlräume, die durch Triftröhren getrennt sind. Jeder Hohlraum wird von sämtlichen Elementarbündeln durchquert. Die Bündel können in einem gemeinsamen Kollektor gesammelt werden. Auch die Fokussiereinrichtung kann allen Bündeln gemeinsam sein.A multi-beam klystron can be created by arranging several electron beam generators on a ring centered around an axis. These beam generators generate elementary beams aligned parallel to this axis. These elementary beams pass through successive cavities separated by drift tubes. Each cavity is passed through by all elementary beams. The beams can be collected in a common collector. The focusing device can also be common to all beams.

Die Mehrstrahlklystrons werden fortlaufend weiterentwickelt, da sich mit ihnen eine kompakte Röhre mit hohem Wirkungsgrad bei gleichzeitigem Einsatz einer niedrigen Beschleunigungsspannung erreichen läßt.The multi-beam klystrons are continuously being developed further, as they allow a compact tube with high efficiency while simultaneously using a low acceleration voltage.

Bei Einstrahlklystrons widersprechen sich diese drei Anforderungen. Ein hoher Wirkungsgrad läßt sich nämlich nur mit einem Bündel mit geringer Raumladungskonstante erzielen, d. h. mit einer hohen Beschleunigungsspannung. Zudem steigt die Länge der Röhre mit der Quadratwurzel der Beschleunigungsspannung an.In the case of single-beam klystrons, these three requirements contradict each other. A high efficiency can only be achieved with a bundle with a low space charge constant, ie with a high accelerating voltage. In addition, the length of the tube increases with the square root of the accelerating voltage.

Die Hohlräume sowohl der Einstrahl- als auch der Mehrstrahlklystrons weisen im allgemeinen eine einfache Form auf. Oft sind sie zylindrisch oder parallelepipedisch. Damit die Elektronenbündel hindurchtreten können, weisen sie auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten ebenfalls einander gegenüberliegende Öffnungen auf. Die Enden der zwei aufeinanderfolgenden Hohlräume verbindenden Triftröhren ragen durch diese Öffnungen in die Hohlräume hinein. Sie erzeugen also Vorsprünge im Inneren der Hohlräume. Der Raum zwischen zwei einander gegenüberliegenden Vorsprüngen bildet den Wechselwirkungsbereich.The cavities of both single-beam and multi-beam klystrons generally have a simple shape. They are often cylindrical or parallelepiped. To allow the electron bundles to pass through, they have openings on two opposite sides that are also opposite each other. The ends of the drift tubes connecting two consecutive cavities protrude through these openings into the cavities. They thus create projections inside the cavities. The space between two opposite projections forms the interaction area.

Die Resonanzfrequenz eines Hohlraums ist proportional zum Produkt: (L C)-1/2.The resonance frequency of a cavity is proportional to the product: (L C)-1/2.

L und C entsprechen der äquivalenten Selbstinduktivität und bzw. der äquivalenten Kapazität des Hohlraums. Diese Parameter hängen von der Hohlraumgeometrie ab.L and C correspond to the equivalent self-inductance and the equivalent capacitance of the cavity respectively. These parameters depend on the cavity geometry.

Zum Verändern der Resonanzfrequenz eines Hohlraums kann man entweder L durch die Realisierung einer induktiven Abstimmvorrichtung oder C durch die Realisierung einer kapazitiven Abstimmvorrichtung modifiz ieren, oder beide Vorgehensweisen kombinieren.To change the resonance frequency of a cavity, one can modify either L by implementing an inductive tuning device or C by implementing a capacitive tuning device, or combine both approaches.

Eine induktive Abstimmvorrichtung verändert die Position einer oder mehrerer Hohlraumwände. Im allgemeinen verwendet man eine Vorrichtung mit einem Kolben und einer Membran, die eine im wesentlichen parallel zur Achse der Röhre ausgerichtete Seitenwand des Hohlraums verformt. Man betätigt diese Vorrichtung von außerhalb der Röhre mittels eines Betätigungsmechanismus, wobei dieser Mechanismus ziemlich sperrig ist. Eine Fokussiervorrichtung umgibt die Hohlräume. Sie ist aus mehreren Spulen aufgebaut. Um weder das Volumen der Röhre noch ihr Gewicht zu erhöhen, geht man so vor, daß die Fokussiervorrichtung sehr nahe an der Seitenwand der Hohlräume liegt. Der Raum zum Einfügen des Betätigungsmechanismus der Kolben- und Membranabstimmvorrichtung zwischen den Hohlräumen und der Fokussiervorrichtung ist beschränkt.An inductive tuning device changes the position of one or more cavity walls. Generally, a device is used with a piston and a diaphragm that deforms a side wall of the cavity, oriented substantially parallel to the axis of the tube. This device is actuated from outside the tube by means of an actuating mechanism, which is rather bulky. A focusing device surrounds the cavities. It is made up of several coils. In order not to increase the volume of the tube or its weight, the focusing device is placed very close to the side wall of the cavities. The space for inserting the actuating mechanism of the piston and diaphragm tuning device between the cavities and the focusing device is limited.

Im Fall der Mehrstrahlklystrons tritt ein anderer Nachteil auf. Die Hohlräume der Mehrstrahlklystrons sind im allgemeinen zylindrisch, und ihr Durchmesser übersteigt bei weitem ihre Höhe. Die Bündel sind auf einem Kreis angeordnet, dessen Durchmesser klein im Verhältnis zu denjenigen des Hohlraums ist, damit im zentralen Bereich des Hohlraums ein starkes elektrisches Feld entsteht. Will man keine allzu sperrige Abstimmvorrichtung benützen, so wirkt diese nur auf einen kleinen Teil der Seitenwand ein, und sie hat dann nur einen geringen Einfluß auf das Hohlraumvolumen.In the case of multi-beam klystrons, another disadvantage occurs. The cavities of multi-beam klystrons are generally cylindrical and their diameter far exceeds their height. The beams are arranged in a circle whose diameter is small in relation to that of the cavity, so that a strong electric field is created in the central region of the cavity. If one does not want to use a tuning device that is too bulky, this only acts on a small part of the side wall and then has only a small influence on the cavity volume.

In kapazitiven Abstimmvorrichtungen verändert man den Wechselwirkungsbereich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Triftröhren, oder man erzeugt eine Kapazität mittels einer Platte, die man an eine Triftröhre heranführt oder von dieser wegführt. Die Platte wird von außerhalb der Röhre betätigt, und man verstellt sie quer zur Röhrenachse. Aufgrund des beschränkten Zwischenraums zwischen der Hohlraumaußenseite und der Fokussiereinrichtung ergibt sich derselbe Nachteil wie zuvor.In capacitive tuning devices, the interaction area between two opposing drift tubes is changed, or a capacitance is created by means of a plate that is moved towards or away from a drift tube. The plate is operated from outside the tube and is moved transversely to the tube axis. Due to the limited space between the cavity outside and the focusing device, the same disadvantage as before arises.

In Mehrstrahlklystrons ergibt ein System mit Platte eine Asymmetrie der elektrischen Felder in den Wechselwirkungsbereichen. Diese Asymmetrie bewirkt eine Defokussierung, Oszillationen und das Auftreten unerwünschter Wellentypen.In multi-beam klystrons, a system with a plate results in an asymmetry of the electric fields in the interaction regions. This asymmetry causes defocusing, oscillations and the appearance of undesirable wave types.

Aus der Patentschrift US-2 500 944 ist eine Mehrstrahlröhre bekannt, die eine Abstimmvorrichtung mit einem Stift aufweist, der parallel zur Achse der Bündel in den Hohlraum eintaucht. Dieser Stift ist zwischen den Elektronenbündeln angeordnet.From the patent specification US-2 500 944 a multi-beam tube is known which has a tuning device with a pin which is inserted into the cavity parallel to the axis of the beams. This pin is arranged between the electron beams.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu überwinden, indem eine Höchstfrequenzröhre mit wenigstens einem frequenzabstimmbaren Hohlraum vorgeschlagen wird. Die Frequenzabstimmvorrichtung stört den Betrieb der Röhre nicht und erhöht weder das Volumen noch das Gewicht der Röhre.The present invention aims to overcome these disadvantages by proposing a microwave tube with at least one frequency-tunable cavity. The frequency tuning device does not interfere with the operation of the tube and does not increase the volume or weight of the tube.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Höchstfrequenzröhre geschaffen, wie sie in dem Anspruch 1 beansprucht wird.According to the present invention there is provided a high frequency tube as claimed in claim 1.

Der Stift der Abstimmvorrichtung läßt sich durch einen Betätigungsmechanismus bewegen, der aufweist:The pin of the tuning device can be moved by an actuating mechanism which has:

- eine außerhalb der Röhre befindliche und im wesentlichen parallel zur Achse XX' ausgerichtete und in Drehung versetzte Welle, die bei ihrer Bewegung ein erstes Ritzel antreibt, das in Eingriff mit einer in das Innere der Röhre eindringenden Übertragungsvorrichtung steht,- a shaft located outside the tube and oriented substantially parallel to the axis XX' and set in rotation, which, when moving, drives a first pinion engaging with a transmission device penetrating into the interior of the tube,

- mindestens ein zweites im Inneren der Röhre liegendes und durch die Übertragungsvorrichtung in Drehung versetztes Ritzel,- at least one second pinion located inside the tube and set in rotation by the transmission device,

- einen im wesentlichen parallel zur Achse XX' ausgerichteten und mit dem zweiten Ritzel in Eingriff stehenden Gewindestift, der sich in das Innere des Stifts der Abstimmvorrichtung einschraubt, wobei der Stift der Abstimmvorrichtung eine Translationsbewegung ausführt, indem er in einem Führungsstück gleitet.- a threaded pin aligned substantially parallel to the axis XX' and engaging with the second pinion, which is screwed into the interior of the pin of the tuning device, the pin of the tuning device performing a translational movement by sliding in a guide piece.

Die Abstimmvorrichtung kann einen oder mehrere Stifte enthalten.The tuning device may contain one or more pins.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Stift gleich der Anzahl der Elektronenbündel, oder sie entspricht einem ganzzahligen Teiler oder einem Vielfachen der Anzahl der Elektronenbündel. Vorzugsweise ist das im Inneren des Hohlraums liegende Ende abgerundet. Vorzugsweise sind im Falle mehrerer Stifte diese gleichmäßig auf einem um die Achse XX' zentrierten Kreis verteilt, wobei der Kreis die Elektronenbündel umschließt.Preferably, the number of pins is equal to the number of electron bundles, or it corresponds to an integer divisor or a multiple of the number of electron bundles. Preferably, the end located inside the cavity is rounded. Preferably, in the case of several pins These are evenly distributed on a circle centred on the axis XX', which circle encloses the electron bundles.

Gemäß einer Variante sind im Fall mehrerer Stifte deren Enden im Inneren des Hohlraums auf einem einzigen Kranz befestigt, wodurch die Stifte dann gleichzeitig betätigt werden. Die Stifte und/oder der Kranz können aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt sein.According to a variant, in the case of several pins, their ends are fixed inside the cavity on a single ring, which then actuates the pins simultaneously. The pins and/or the ring can be made of metal, for example copper.

Die Stifte und/oder der Kranz können aus dielektrischen Material hergestellt sein, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder aus Berylliumoxid.The pins and/or the ring can be made of dielectric material, for example aluminum oxide or beryllium oxide.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, durch die beiliegenden Figuren veranschaulichten Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen; es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of non-limiting embodiments illustrated by the accompanying figures, in which:

- die Fig. 1 im Längsschnitt einen Hohlraum eines mit einer induktiven Abstimmvorrichtung versehenen Einstrahlklystrons;- Fig. 1 shows a longitudinal section through a cavity of a single-beam klystron provided with an inductive tuning device;

- die Fig. 2 im Querschnitt einen Hohlraum eines mit einer kapazitiven Abstimmvorrichtung versehenen Mehrstrahlklystrons;- Fig. 2 shows a cross-section of a cavity of a multi-beam klystron provided with a capacitive tuning device;

- die Fig. 3 im Längsschnitt einen Hohlraum, der mit einer Abstimmvorrichtung eines Mehrstrahlklystrons gemäß der Erfindung versehen ist;- Figure 3 shows in longitudinal section a cavity provided with a tuning device of a multi-beam klystron according to the invention;

- die Fig. 4 einen Querschnitt des Hohlraums der Fig. 3 entlang der Achse AA';- Fig. 4 shows a cross-section of the cavity of Fig. 3 along the axis AA';

- die Fig. 5 eine Graphik, in der die Veränderung der Hohlraumfrequenz als Funktion der Eintauchtiefe eines oder mehrerer Stifte dargestellt ist;- Fig. 5 is a graph showing the variation of the cavity frequency as a function of the immersion depth of one or more pins;

- die Fig. 6 im Längsschnitt eine Variante eines Hohlraums, der mit einer Abstimmvorrichtung eines Mehrstrahlklystrons gemäß der Erfindung ausgestattet ist;- Figure 6 shows, in longitudinal section, a variant of a cavity equipped with a tuning device of a multi-beam klystron according to the invention;

- die Fig. 7 einen Querschnitt des in der Fig. 6 gezeigten Hohlraums entlang der Achse BB'.- Fig. 7 is a cross-section of the cavity shown in Fig. 6 along the axis BB'.

In diesen Figuren sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In these figures, corresponding elements are provided with the same reference numerals.

Die Fig. 1 zeigt einen Hohlraum, der mit einer induktiven Abstimmvorrichtung versehen ist. Dieser Hohlraum ist Bestandteil eines um eine Achse XX' aufgebauten Einstrahlklystrons. Es wird angenommen, daß der Hohlraum die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweist, mit zwei quer zur Achse XX' ausgerichteten und einander gegenüberliegenden Seitenwänden 1 und vier jeweils paarweise einander gegenüberliegenden und parallel zur Achse XX' ausgerichteten Seitenwänden 2. Das Elektronenbündel 5 durchquert den Hohlraum von der einen zur anderen Seite. Die beiden quer angeordneten Seitenwände 1 weisen je eine Triftröhre 3 auf. Die Triftröhren liegen einander gegenüber und bilden jeweils einen Vorsprung im Inneren des Hohlraums.Fig. 1 shows a cavity provided with an inductive tuning device. This cavity is part of a single-beam klystron constructed around an axis XX'. It is assumed that the cavity has the shape of a rectangular parallelepiped, with two side walls 1 aligned transversely to the axis XX' and opposite one another and four side walls 2, each in pairs, opposite one another and aligned parallel to the axis XX'. The electron beam 5 passes through the cavity from one side to the other. The two transversely arranged side walls 1 each have a drift tube 3. The drift tubes are located opposite one another and each form a projection inside the cavity.

Eine aus einer Spulengruppe aufgebaute Fokussiereinrichtung 8 umgibt die Hohlräume des Klystrons. Die Spulen sind so nahe wie möglich an den Hohlraumseitenwänden 2 angeordnet.A focusing device 8 made up of a group of coils surrounds the cavities of the klystron. The coils are arranged as close as possible to the cavity side walls 2.

Die Abstimmvorrichtung 4 ist eine Abstimmvorrichtung mit einem Kolben 6 und einer Membran 7. Die Membran 7 ersetzt teilweise oder ganz wenigstens eine der Seitenwände 2, die parallel zur Achse XX' ausgerichtet sind. Der Kolben 6 wird außerhalb der Röhre in einer im wesentlichen quer zur Achse XX' liegenden Richtung mittels eines geeigneten Betätigungsmechanismus bewegt. Dieser Mechanismus ist voluminös und außerhalb des Hohlraums zwischen diesem und der Fokussiervorrichtung 8 angeordnet. Der Kolben nimmt bei seiner Bewegung die Membran 7 mit. Die Bewegung der Membran 7 ermöglicht es, das Hohlraumvolumen zu vergrößern oder zu verkleinern. Als Folge davon verändert sich die Frequenz des Hohlraums. Eine Manschettenvorrichtung ist vorgesehen, um die Vakuumabdichtung des Hohlraums gegenüber dem Außenraum aufrechtzuerhalten.The tuning device 4 is a tuning device with a piston 6 and a membrane 7. The membrane 7 partially or completely replaces at least one of the side walls 2 which are aligned parallel to the axis XX'. The piston 6 is moved outside the tube in a direction substantially transverse to the axis XX' by means of a suitable actuating mechanism. This mechanism is voluminous and arranged outside the cavity between it and the focusing device 8. The piston takes the membrane 7 with it during its movement. The movement of the membrane 7 enables to increase or decrease the cavity volume. As a result, the frequency of the cavity changes. A cuff device is provided to maintain the vacuum seal of the cavity from the outside.

Zur Unterbringung des Betätigungsmechanismus ist eine voluminösere und schwerere Fokussiervorrichtung 8 erforderlich, als ohne die Anwendung der Abstimmvorrichtung.To accommodate the actuating mechanism, a more voluminous and heavier focusing device 8 is required than without the use of the tuning device.

Diese Abstimmvorrichtung ist schlecht an die Hohlräume von Mehrstrahlklystrons angepaßt. Die Hohlräume von Mehrstrahlklystrons haben nämlich beträchtliche Abmessungen, und die Elektronenbündel sind in ihrem zentralen Teil zusammengefaßt. Die Verformung eines Teils der Hohlraumseitenwand hat nur einen geringen Einfluß auf die Frequenz. Damit die Verformung wirksam wird, müßte ein noch voluminöserer Betätigungsmechanismus eingesetzt werden.This tuning device is poorly adapted to the cavities of multi-beam klystrons. The cavities of multi-beam klystrons are in fact very large and the electron beams are concentrated in their central part. The deformation of part of the cavity side wall has only a small effect on the frequency. In order for the deformation to be effective, an even more voluminous actuation mechanism would have to be used.

Die Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen mit einer Abstimmvorrichtung 25 ausgestatteten Hohlraum 20 eines Mehrstrahlklystrons. Der Hohlraum ist zylindrisch. Das Klystron weist sechs Elektronenbündel 21 auf, die auf einem um die Zylinderachse zentrierten Kreis verteilt sind. Die Bündel 21 treten beim Eintreten in den Hohlraum 20 aus einer Triftröhre 22 aus und dringen beim Verlassen des Hohlraums in eine weitere Triftröhre 22 ein. Im Inneren des Hohlraums liegen sich für jedes Bündel 21 zwei Triftröhren 22 gegenüber. Sie sind durch einen Wechselwirkungsbereich getrennt. Der Kreis, auf dem die Bündel verteilt sind, weist einen erheblich kleineren Durchmesser als der Zylinder auf. Die Abstimmvorrichtung 25 ist eine kapazitive Abstimmvorrichtung mit einer Platte 23.Fig. 2 shows a cross-section of a cavity 20 of a multi-beam klystron equipped with a tuning device 25. The cavity is cylindrical. The klystron has six electron bundles 21 distributed on a circle centered around the cylinder axis. The bundles 21 exit from a drift tube 22 when entering the cavity 20 and penetrate into another drift tube 22 when leaving the cavity. Inside the cavity, two drift tubes 22 are located opposite each other for each bundle 21. They are separated by an interaction region. The circle on which the bundles are distributed has a considerably smaller diameter than the cylinder. The tuning device 25 is a capacitive tuning device with a plate 23.

Die Platte 23 wird von der Außenseite der Röhre betätigt. Durch eine im wesentlichen radiale Verschiebung kann sie sich von einer Triftröhre entfernen oder sich an diese annähern. Eine Manschettenvorrichtung 24 ermöglicht das Aufrechterhalten der Abdichtung des Hohlrauminneren. Die Fokussiereinrichtung ist nicht dargestellt. Diese Abstimmvorrichtung eignet sich für das Verändern der Hohlraumresonanzfrequenz. Andererseits verzerrt sie die elektrischen Felder in den ihrer Nähe liegenden Wechselwirkungsbereichen, jedoch nicht oder kaum die elektrischen Felder in den von ihr entfernten Wechselwirkungsbereichen. Diese Störung bewirkt Defokussierungen, Oszillationen und das Auftreten unerwünschter Wellentypen.The plate 23 is actuated from the outside of the tube. By means of a substantially radial displacement it can move away from or approach a drift tube. A cuff device 24 enables the maintenance the sealing of the cavity interior. The focusing device is not shown. This tuning device is suitable for changing the cavity resonance frequency. On the other hand, it distorts the electric fields in the interaction areas close to it, but not or hardly distorts the electric fields in the interaction areas further away from it. This disturbance causes defocusing, oscillations and the appearance of undesirable wave types.

Die Fig. 3 zeigt einen mit einer Frequenzabstimmvorrichtung ausgestatteten Hohlraum 30 gemäß der Erfindung. Dieser Hohlraum 30 ist Teil eines Klystrons mit sechs Elektronenbündeln 31. Es sind nur zwei der Bündel 31 dargestellt. Ein weiterer Hohlraum 40, der nicht mit einer Abstimmvorrichtung versehen ist, folgt auf den Hohlraum 30. Die zwei Hohlräume 30, 40 sind durch einen freien Raum 39 getrennt. Der Hohlraum 40 ist nur teilweise dargestellt.Fig. 3 shows a cavity 30 according to the invention equipped with a frequency tuning device. This cavity 30 is part of a klystron with six electron bundles 31. Only two of the bundles 31 are shown. A further cavity 40, which is not equipped with a tuning device, follows the cavity 30. The two cavities 30, 40 are separated by a free space 39. The cavity 40 is only partially shown.

Die Bündel 31 sind gleichmäßig auf einem um die Achse XX' zentrierten Kreis verteilt. Sie durchqueren die Hohlräume 30, 40 von der einen zur anderen Seite. Triftröhren 32 verbinden zwei aufeinanderfolgende Hohlräume 30, 40. Sie nehmen je ein Elektronenbündel 31 auf. Eine Triftröhre dringt auf der einen Seite in einen Hohlraum ein und auf der anderen Seite in den nachfolgenden Hohlraum, und dies führt zu Vorsprüngen 36 im Hohlrauminneren. In der Fig. 3 sind in dem mit einer Abstimmvorrichtung versehenen Hohlraum 30 für jedes Elektronenbündel 31 zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge 36 gezeigt. Ein Wechselwirkungsbereich trennt zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge 36.The bundles 31 are evenly distributed on a circle centered on the axis XX'. They pass through the cavities 30, 40 from one side to the other. Drift tubes 32 connect two consecutive cavities 30, 40. They each receive an electron bundle 31. A drift tube penetrates into a cavity on one side and into the next cavity on the other side, and this leads to projections 36 inside the cavity. In Fig. 3, two mutually opposite projections 36 are shown for each electron bundle 31 in the cavity 30 provided with a tuning device. An interaction region separates two mutually opposite projections 36.

Die Hohlräume 30, 40 sind zylindrisch und vorzugsweise identisch. Der Hohlraum 30 enthält eine Seitenwand 34 und zwei im wesentlichen quer zur Achse XX' und einander gegenüberliegende Wände 33. Die beiden Wände 33 halten die Triftröhren 32. Sie werden von den Elektronenbündeln 31 durchquert. Eine Fokussiervorrichtung 42 umgibt die Hohlräume 30, 40.The cavities 30, 40 are cylindrical and preferably identical. The cavity 30 contains a side wall 34 and two walls 33 substantially transverse to the axis XX' and opposite each other. The two walls 33 hold the drift tubes 32. The electron beams 31 pass through them. A focusing device 42 surrounds the cavities 30, 40.

Sie enthält mehrere Spulen 41, die einen magnetischen Fluß erzeugen, der dazu dient, die Divergenz der Bündel zu vermeiden.It contains several coils 41 which generate a magnetic flux which serves to prevent the divergence of the beams.

Die Frequenzabstimmvorrichtung ist eine kapazitive Vorrichtung. Sie enthält wenigstens einen im wesentlichen parallel zur Achse XX' ausgerichteten Stift 35. Der Stift taucht in das Innere des Hohlraums 30 ein, wobei er eine der Wände 33 durchquert. Der Stift ist entlang der Achse XX' beweglich.The frequency tuning device is a capacitive device. It comprises at least one pin 35 oriented substantially parallel to the axis XX'. The pin penetrates into the interior of the cavity 30, passing through one of the walls 33. The pin is movable along the axis XX'.

Das im Inneren des Hohlraums liegende Ende 38 jedes Stifts 35 ist vorzugsweise abgerundet, damit die Gefahr von Lichtbögen herabgesetzt wird.The end 38 of each pin 35 located inside the cavity is preferably rounded to reduce the risk of arcing.

Der Stift 35 wird von außerhalb der Röhre mittels eines geeigneten Betätigungsmechanismus betrieben. Der Betätigungsmechanismus kann beispielsweise eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umsetzen. Man versetzt eine außerhalb der Röhre angeordnete Welle 43 in Drehung. Diese Welle 43 liegt parallel zur Achse XX' der Röhre. Die Welle 43 ist fest mit einem ersten Ritzel 44 verbunden, das ein Transmissionselement 45, wie eine Gelenkkette, in eine Drehbewegung versetzt. Das Transmissionselement 45 geht in das Innere der Röhre, wobei es zwischen zwei Spulen 41 hindurchgeht.The pin 35 is operated from outside the tube by means of a suitable actuating mechanism. The actuating mechanism can, for example, convert a rotary movement into a translational movement. A shaft 43 arranged outside the tube is set in rotation. This shaft 43 is parallel to the axis XX' of the tube. The shaft 43 is fixedly connected to a first pinion 44 which sets a transmission element 45, such as an articulated chain, in rotary movement. The transmission element 45 goes inside the tube, passing between two coils 41.

Innerhalb der Röhre versetzt das Transmissionselement 45 wenigstens ein weiteres Ritzel 46 in eine Drehbewegung. Das Ritzel 46 ist fest mit einem Gewindestift 47 verbunden, der im wesentlichen parallel zur Achse XX' liegt. Jeder Gewindestift 47 ist einem Stift 35 der Abstimmvorrichtung zugeordnet. Der Gewindestift 47 schraubt sich in das andere Ende 48 des Stiftes 35 der Abstimmvorrichtung ein. Dieses Ende 48 befindet sich außerhalb des Hohlraums 30. Das Ende 48 weist einen beispielsweise scheibenförmigen Fuß 52 auf, dessen Durchmesser größer als derjenige des Stiftes 35 ist. Der Fuß 52 gleitet in einem hohlen Führungsstück 49. Dieses Führungsstück 49 kann zylindrisch sein. Es ist fest mit einer Seite der Wand 33 des Hohlraums 30 verbunden.Inside the tube, the transmission element 45 sets at least one other pinion 46 in rotation. The pinion 46 is fixedly connected to a threaded pin 47 which is substantially parallel to the axis XX'. Each threaded pin 47 is associated with a pin 35 of the tuning device. The threaded pin 47 screws into the other end 48 of the pin 35 of the tuning device. This end 48 is located outside the cavity 30. The end 48 has a base 52, for example in the shape of a disk, whose diameter is larger than that of the pin 35. The base 52 slides in a hollow guide piece 49. This guide piece 49 can be cylindrical. It is firmly connected to one side of the wall 33 of the cavity 30.

Der Fuß 52 und das Führungsstück 49 enthalten je eine Vorrichtung, die verhindert, daß der Stift 35 eine Drehbewegung ausführt. Diese Vorrichtung wird beispielsweise durch einen Ansatz 50 am Fuß 52 und eine in der Innenwand des Gleitstücks 49 ausgenommene Nut 51 gebildet. Der Ansatz 50 gleitet in der Nut 51. Der Stift 35 der Abstimmvorrichtung kann sich nur in Längsrichtung bewegen, wenn der Gewindestift 47 eine Drehbewegung ausführt. Eine Manschettenvorrichtung 37 gewährleistet die Abdichtung des Inneren des Hohlraums 30. Sie ist beispielsweise im Inneren des Führungsstücks 49 angeordnet und umgibt den Stift 35. Sie kann, beispielsweise durch Löten, einerseits an der Wand 33 des Hohlraums 30 und andererseits am Fuß 52 des Stifts 35 dicht befestigt sein.The base 52 and the guide piece 49 each contain a device that prevents the pin 35 from performing a rotary movement. This device is formed, for example, by a projection 50 on the base 52 and a groove 51 cut out in the inner wall of the slide piece 49. The projection 50 slides in the groove 51. The pin 35 of the tuning device can only move in the longitudinal direction when the threaded pin 47 performs a rotary movement. A sleeve device 37 ensures that the interior of the cavity 30 is sealed. It is arranged, for example, inside the guide piece 49 and surrounds the pin 35. It can be tightly attached, for example by soldering, on the one hand to the wall 33 of the cavity 30 and on the other hand to the base 52 of the pin 35.

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des mit der Frequenzabstimmvorrichtung versehenen Hohlraums 30 entlang der Achse AA'. Die beiden Figuren sind nicht im gleichen Maßstab dargestellt. Es sind drei Stifte 35 dargestellt. Das Transmissionselement 45 überträgt die Bewegung gleichzeitig auf die drei Stifte 35.Fig. 4 shows a cross-section of the cavity 30 provided with the frequency tuning device along the axis AA'. The two figures are not shown to the same scale. Three pins 35 are shown. The transmission element 45 transmits the movement simultaneously to the three pins 35.

Es kommen dann drei Ritzel 46 und drei Gewindestifte 47 zum Einsatz.Three pinions 46 and three threaded pins 47 are then used.

Selbst wenn der Betätigungsmechanismus umfangreich ist, kann er in dem die beiden Hohlräume 30, 40 trennenden Zwischenraum 39 untergebracht werden.Even if the actuating mechanism is large, it can be accommodated in the space 39 separating the two cavities 30, 40.

Die Fokussiereinrichtung 42 kann in der Nähe der Seitenwand 34 des Hohlraums 30 verbleiben. Das Volumen und das Gewicht der Röhre werden nicht erhöht.The focusing device 42 can remain near the side wall 34 of the cavity 30. The volume and weight of the tube are not increased.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Stifte gleich der Anzahl der Elektronenbündel, oder sie entspricht entweder einem ganzzahligen Teiler oder einem Vielfachen der Anzahl der Elektronenbündel. Der Querschnitt eines Stifts 35 kann rund sein oder eine andere Form aufweisen.Preferably, the number of pins is equal to the number of electron bundles, or it corresponds to either an integer divider or a multiple of the number of electron bunches. The cross section of a pin 35 can be round or have another shape.

Werden mehrere Stifte benützt, so werden diese vorzugsweise gleichmäßig auf einem um die Achse XX' zentrierten Kreis verteilt. Mit dieser Vorgehensweise wird das Ziel verfolgt, die Symmetrie der elektrischen Felder im Inneren der Wechselwirkungsbereiche so wenig wie möglich zu stören.If several pins are used, they are preferably evenly distributed on a circle centered around the XX' axis. The aim of this procedure is to disturb the symmetry of the electric fields inside the interaction areas as little as possible.

Im Fall der Mehrstrahlklystrons sind die Stifte vorzugsweise in dem zwischen den Vorsprüngen 36 und der Seitenwand 34 befindlichen Bereich angeordnet, damit ihr Einbau erleichtert wird.In the case of multi-beam klystrons, the pins are preferably located in the area between the projections 36 and the side wall 34 to facilitate their installation.

Man kann die Stifte der Reihe nach oder alle zusammen betätigen, oder diese beiden Möglichkeiten kombinieren.You can press the pins one after the other or all together, or combine the two.

Ein Stift 35 kann entweder aus Metall oder einem dielektrischen Material hergestellt sein. Im einen Fall kann man Kupfer einsetzen, und im anderen Fall wird man beispielsweise verlustarmes Aluminiumoxid oder Berylliumoxid wählen.A pin 35 can be made either of metal or of a dielectric material. In one case, one can use copper, and in the other case, one will choose, for example, low-loss aluminum oxide or beryllium oxide.

Man könnte daran denken, einen oder mehrere durch eine Querwand 33 hindurchtretende Stifte und einen oder mehrere durch eine andere Querwand 33 hindurchtretende Stifte, die einander gegenüberliegen, einzusetzen, wobei es genügt, wenn sie sich nicht berühren.It would be possible to use one or more pins passing through a transverse wall 33 and one or more pins passing through another transverse wall 33, which are opposite each other, it being sufficient that they do not touch each other.

Nun soll die Änderung der Hohlraumresonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Position eines oder mehrerer Stifte 35 betrachtet werden. Je mehr man einen Stift eintaucht, um so mehr nimmt die Frequenz ab. Der Einfluß des Stifts auf die Frequenz macht sich bemerkbar, bevor der Stift den Wechselwirkungsbereich erreicht hat.Now the change in the cavity resonance frequency as a function of the position of one or more pins 35 should be considered. The more a pin is immersed, the more the frequency decreases. The influence of the pin on the frequency becomes noticeable before the pin has reached the interaction region.

Ein Stift 35 wird fortschreitend in das Innere des Hohlraums eingetaucht. Man beendet diesen Vorgang, bevor das Ende 38 des Stifts die Wand 33 berührt, die derjenigen gegenüberliegt, die er durchquert.A pin 35 is progressively immersed into the cavity. This operation is completed before the end 38 of the pin touches the wall 33 opposite to the one it is passing through.

In der Graphik I ist die Änderung der Resonanzfrequenz des Hohlraums dargestellt.Graph I shows the change in the resonance frequency of the cavity.

Die Graphik II zeigt die Änderung der Resonanzfrequenz desselben Hohlraums, wenn man einen zweiten Stift einführt, wobei der erste Stift maximal eingeführt bleibt.Graph II shows the change in the resonance frequency of the same cavity when a second pin is inserted, while the first pin remains maximally inserted.

Die Graphik III zeigt die Änderung der Resonanzfrequenz desselben Hohlraums, wenn man einen dritten Stift einführt, wobei die beiden ersten maximal eingeführt bleiben.Graph III shows the change in the resonance frequency of the same cavity when a third pin is inserted, while the first two remain inserted to the maximum.

Die gestrichelte Graphik zeigt die Änderung der Resonanzfrequenz desselben Hohlraums, wenn man die drei Stifte gleichzeitig einführt. Die Frequenz ändert sich schneller. Bewegt man die Stifte gleichzeitig, so erhält man - sobald diese maximal eingeführt sind - im wesentlichen diesselbe Frequenz wie diejenige, die sich ergibt, wenn man die Stifte nacheinander betätigt.The dashed graph shows the change in the resonance frequency of the same cavity when the three pins are inserted simultaneously. The frequency changes more quickly. If the pins are moved simultaneously, once they are inserted to the maximum, the frequency obtained is essentially the same as that obtained when the pins are moved one after the other.

Diese Messungen wurden mit einem zylindrischen Hohlraum durchgeführt, mitThese measurements were carried out with a cylindrical cavity with

der Höhe: 57 mm,height: 57 mm,

dem Durchmesser: 175 mm,the diameter: 175 mm,

sowie mit Stiften mit einem Durchmesser von: 3 mm.and with pins with a diameter of: 3 mm.

Die Messungen zeigen, daß eine Frequenzänderung in der Größenordnung von 10 bis 15 % ohne Auftreten unerwünschter Wellentypen erzielt werden kann.The measurements show that a frequency change of the order of 10 to 15% can be achieved without the occurrence of undesirable wave types.

Die Messungen zeigen weiterhin, daß der R/Q-Faktor des Hohlraums nur im sehr geringen Ausmaß durch die erfindungsgemäße Abstimmvorrichtung beeinflußt wird. Der R/Q-Faktor eines Hohlraums kennzeichnet die Kopplung zwischen dem Hohlraum und dem (oder den) Elektronenbündel(n) und wirkt sich daher auf die Verstärkung und den Wirkungsgrad der Röhre aus.The measurements also show that the R/Q factor of the cavity is only influenced to a very small extent by the tuning device according to the invention. The R/Q factor of a Cavity characterizes the coupling between the cavity and the electron beam(s) and therefore affects the gain and efficiency of the tube.

Im Fall eines Mehrstrahlklystrons ergaben die Messungen des R/Q-Faktors in allen Wechselwirkungsbereichen im wesentlichen konstante Werte. Dies ist ein Indiz dafür, daß die Abstimmvorrichtung praktisch keine Asymmetrie der elektrischen Feldverteilung in den Wechselwirkungsbereichen zur Folge hat.In the case of a multi-beam klystron, the measurements of the R/Q factor resulted in essentially constant values in all interaction regions. This is an indication that the tuning device results in practically no asymmetry of the electric field distribution in the interaction regions.

Die Figuren 6 und 7 zeigen im Längs- bzw. im Querschnitt einen Hohlraum eines mit einer Variante der Abstimmvorrichtung versehenen Mehrstrahlklystrons. In diesen Figuren ist aus Gründen der Klarheit weder der Betätigungsmechanismus der Abstimmvorrichtung noch die Fokussiervorrichtung dargestellt.Figures 6 and 7 show, in longitudinal and cross-section, respectively, a cavity of a multi-beam klystron provided with a variant of the tuning device. In these figures, neither the actuating mechanism of the tuning device nor the focusing device is shown for reasons of clarity.

Der hauptsächliche Unterschied zwischen den Figuren 3, 4 und 6, 7 besteht im Bereich des Endes 68 der Stifte 65 im Inneren des Hohlraums 30. Nun ist das Ende 68 der Stifte 65 an einem Kranz 61 befestigt. Dieser Kranz bewegt sich gleichzeitig mit den Stiften 65, und diese werden gleichzeitig betätigt. Die Messungen zeigen, daß die Frequenzänderung im Hohlraum mit und ohne Kranz im wesentlichen dieselbe ist. Es zeigt sich, daß der Gütefaktor Q&sub0; des Hohlraums geringer ist. Er liegt in der Größenordnung von 100, während er ohne Kranz bis zu 600 oder sogar 1000 betragen könnte.The main difference between Figures 3, 4 and 6, 7 is in the area of the end 68 of the pins 65 inside the cavity 30. Now the end 68 of the pins 65 is attached to a collar 61. This collar moves simultaneously with the pins 65 and these are actuated simultaneously. The measurements show that the frequency change in the cavity with and without the collar is essentially the same. It turns out that the quality factor Q₀ of the cavity is lower. It is of the order of 100, whereas without the collar it could be as high as 600 or even 1000.

Aber der hauptsächliche Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Lichtbögen an den Enden der Stifte herabgesetzt ist. Die elektrischen Felder verteilen sich nämlich über den gesamten Kranz, anstatt an den Enden 68 der Stifte zusammenzulaufen.But the main advantage of this design is that the probability of arcing at the ends of the pins is reduced. The electric fields are distributed over the entire ring instead of converging at the ends 68 of the pins.

Diese Vorrichtung ist von Interesse, weil sie der Röhre einen Betrieb mit höheren Spitzenleistungen ermöglicht.This device is of interest because it allows the tube to operate at higher peak powers.

Der Kranz kann entweder aus Metall oder einem dielektrischen Material hergestellt werden. Beispielsweise kann man Kupfer, Aluminiumoxid oder Berylliumoxid verwenden.The ring can be made of either metal or a dielectric material. For example, copper, aluminum oxide or beryllium oxide can be used.

Die Stifte und der Kranz können entweder aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.The pins and the wreath can be made of either the same material or different materials.

Claims

1. High frequency tube, constructed around an axis XX', with at least one cavity (30) delimited by a side wall (34) and traversed by several longitudinal electron beams (31) and provided with a frequency tuning device comprising at least one pin (35) aligned substantially parallel to the axis XX' and movable along the axis, characterized in that the pin (35) is immersed in the cavity (30) in a region contained between the set of electron beams (31) and the side wall (34), this pin being operable from outside the tube near the side wall.

2. High frequency tube according to claim 1, characterized in that the pin (35) of the tuning device is moved by an actuating mechanism comprising:

- a shaft located outside the tube and oriented substantially parallel to the axis XX' and set in rotation, which, when moving, drives a first pinion (44) which is in engagement with a transmission device (45) penetrating into the interior of the tube,

- at least one second pinion (46) located inside the tube and set in rotation by the transmission device (45)

- a threaded pin (47) aligned substantially parallel to the axis XX' and connected to the second pinion (46) which screws into the interior of the pin (35) of the tuning device, the pin (35) of the tuning device performing a translational movement by sliding in a guide piece (49).

3. High frequency tube according to one of claims 1 or 2, characterized in that the number of pins (35) is equal to the number of electron bunches (31) or corresponds to either an integer divisor or a multiple of the number of electron bunches (31).

4. High frequency tube according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pin (35) has a rounded end inside the cavity (30).

5. High frequency tube according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the case of several pins (35) they are evenly distributed on a circle centered on the axis XX', the circle enclosing the electron beams (31).

6. High frequency tube according to one of claims 1 to 5, which has several pins (65), characterized in that all the pins (65) have an end (68) fixed to a single ring (61) inside the cavity (30), so that the pins (35) are actuated simultaneously.

7. High frequency tube according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pin(s) (35, 65) and/or the ring (6l) are made of metal.

8. High frequency tube according to claim 7, characterized in that the pin(s) (35, 65) and/or the ring (61) are made of copper.

9. High frequency tube according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pin or pins (35, 65) and/or the ring (61) consist of dielectric material.

10. High frequency tube according to claim 9, characterized in that the pin(s) (35, 65) and/or the ring (61) consist of aluminum oxide or beryllium oxide.

11. High frequency tube according to one of claims 1 to 10, characterized in that it is a multi-beam klystron.