Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kollektor zum Einfangen von
Elektronen eines Elektronenstrahls in einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre, mit einer
Kollektorstufe, die ausgebildet ist, um einen ersten Teil der Elektronen
einzufangen, und betrifft auch eine Linearstrahl-Mikrowellenröhre mit
einer Elektronenkanone, die ausgebildet ist, um einen Elektronenstrahl
zu erzeugen, einer Mikrowellenstruktur, die so positioniert ist,
dass der Elektronenstrahl die Mikrowellenstruktur passiert und aufgebaut ist,
um mit dem Elektronenstrahl zusammenzuwirken und einen Teil seiner
kinetischen Energie in elektromagnetische Energie umzuwandeln, einer
Strahlfokussierungsstruktur, die angeordnet ist, um den Elektronenstrahl
innerhalb der Mikrowellenstruktur radial zu begrenzen; und einem
Kollektor zum Einfangen des Elektronenstrahls, wobei der Kollektor
eine Kollektorstufe aufweist, die ausgebildet ist, um einen ersten
Teil der Elektronen des Elektronenstrahls einzufangen, und betrifft
ein Verfahren zum Steuern der Wege bzw. Bahnen von Elektronen in
dem Kollektor einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre.The
The present invention relates to a collector for capturing
Electron of an electron beam in a linear beam microwave tube, with a
Collector stage which is designed to be a first part of the electrons
and also relates to a linear beam microwave tube
an electron gun, which is designed to be an electron beam
to create a microwave structure that is positioned so
that the electron beam passes through the microwave structure and is constructed
to interact with the electron beam and part of it
to convert kinetic energy into electromagnetic energy, one
Beam focusing structure which is arranged around the electron beam
radially within the microwave structure; and one
Collector for trapping the electron beam, the collector
a collector stage, which is designed to be a first
Capture part of the electrons of the electron beam, and affects
a method of controlling the paths of electrons in
the collector of a linear beam microwave tube.
Ein
solcher Kollektor, eine solche Linearstrahl-Mikrowellenröhre und
ein solches Verfahren sind aus FR 2 742 580 A bekannt.One
Such a collector, such a linear beam microwave tube and
Such a method is known from FR 2 742 580 A.
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Linearstrahl-Mikrowellenröhren und
insbesondere Kollektoren für
Linearstrahl-Mikrowellenröhren.
Aus Beschreibungsgründen
wird eine Wanderwellenröhre
als beispielhafte Linearstrahl-Mikrowellenröhre verwendet.The
The present invention relates generally to linear beam microwave tubes and
especially collectors for
Linear beam microwave tubes.
For description reasons
becomes a traveling wave tube
used as an exemplary linear beam microwave tube.
Eine
beispielhafte Linearstrahl-Mikrowellenröhre ist in Form einer Wanderwellenröhre (TWT) 20 in 1 dargestellt. Die Elemente
der TWT 20 sind allgemein koaxial entlang einer TWT-Achse 21 angeordnet.
Sie umfassen eine Elektronenkanone 22, eine Mikrowellenstruktur
in Form einer "slow-wave" Struktur 24 (Ausführungsformen
sind in 2A und 2B gezeigt), eine Strahlfokussierungsstruktur 26,
die die slow-wave Struktur 24 umgibt, einen Signaleingangsanschluss 28 und
einen Signalausgangsanschluss 30, die mit gegenüberliegenden
Enden der slow-wave
Struktur 24 verbunden sind, und einen Kollektor 32.
Ein Gehäuse 34 erstreckt
sich typischerweise von dem Kollektor 32, um die anderen TWT-Elemente
zu schützen.An exemplary linear beam microwave tube is in the form of a traveling wave tube (TWT). 20 in 1 shown. The elements of the TWT 20 are generally coaxial along a TWT axis 21 arranged. They include an electron gun 22 , a microwave structure in the form of a "slow-wave" structure 24 (Embodiments are in 2A and 2 B shown), a beam focusing structure 26 that the slow-wave structure 24 surrounds a signal input terminal 28 and a signal output terminal 30 with opposite ends of the slow-wave structure 24 connected, and a collector 32 , A housing 34 typically extends from the collector 32 to protect the other TWT elements.
Im
Betrieb wird ein Strahl von Elektronen von der Elektronenkanone 22 in
die slow-wave Struktur 24 geschossen und mittels der Strahlfokussierungsstruktur 26 durch
diese Struktur hindurchgeführt.
Ein Mikrowelleneingangssignal 36 wird an dem Eingangsanschluss 28 eingeführt und
bewegt sich längs der
slow-wave Struktur zu dem Signalausgangsanschluss 30. Die
slow-wave Struktur 24 passt die axiale Geschwindigkeit
der Mikrowellensignalausbreitung an die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls an.In operation, a beam of electrons from the electron gun 22 into the slow-wave structure 24 shot and by means of the beam focusing structure 26 passed through this structure. A microwave input signal 36 will be at the input port 28 and moves along the slow-wave structure to the signal output terminal 30 , The slow-wave structure 24 adjusts the axial velocity of the microwave signal propagation to the velocity of the electron beam.
Als
Ergebnis werden die Elektronen des Strahls in Bündeln geschwindigkeitsmoduliert,
wobei die Bündel
mit dem Mikrowellen signal interagieren. Bei diesem Vorgang wird
kinetische Energie von den Elektronen in das Mikrowellensignal übertragen:
Das Signal wird verstärkt
und von dem Signalausgangsanschluss 30 als verstärktes Signal 38 abgegeben. Nach
dem Durchlaufen der slow-wave Struktur 24 werden die Elektronen
des Strahls in dem Kollektor 32 gesammelt.As a result, the electrons of the beam are rate modulated in bundles, with the beams interacting with the microwave signal. In this process, kinetic energy is transferred from the electrons to the microwave signal: the signal is amplified and from the signal output terminal 30 as an amplified signal 38 issued. After passing through the slow-wave structure 24 become the electrons of the beam in the collector 32 collected.
Die
Strahlfokussierungsstruktur 26 ist typischerweise konfiguriert,
um ein axiales Magnetfeld aufzubauen. Eine erste Konfiguration umfasst
eine Reihe von ringförmigen
koaxial angeordneten Permanentmagneten 40, die durch Polstücke 41 voneinander
getrennt sind. Die Magnete 40 sind so angeordnet, dass
gegenüberliegende
Flächen
benachbarter Magnete entgegengesetzte magnetische Polaritäten besitzen.
Die Strahlfokussierungsstruktur ist verhältnismäßig leicht und wird im Allgemeinen
als eine periodische Permanentmagnet(PPM)-Struktur bezeichnet. In
TWTs, bei denen Ausgangsleistung wichtiger ist als Größe und Gewicht,
ersetzt eine zweite Strahlfokussierungskonfiguration häufig die PPM-Struktur
mit einem Solenoid 42 (teilweise benachbart dem Eingangsanschluss 28 gezeigt),
der einen Strom trägt,
der von einer Solenoid-Energieversorgung (nicht gezeigt) geliefert
wird.The beam focusing structure 26 is typically configured to build up an axial magnetic field. A first configuration comprises a series of annular coaxially arranged permanent magnets 40 passing through pole pieces 41 are separated from each other. The magnets 40 are arranged so that opposite surfaces of adjacent magnets have opposite magnetic polarities. The beam focusing structure is relatively lightweight and is generally referred to as a periodic permanent magnet (PPM) structure. In TWTs where output power is more important than size and weight, a second beam focusing configuration often replaces the PPM structure with a solenoid 42 (partially adjacent to the input port 28 shown) carrying a current supplied from a solenoid power supply (not shown).
Wie
in 2A und 2B gezeigt empfangen die
TWTs slow-wave Strukturen allgemein einen Elektronenstrahl 52 von
der Elektronenkanone (22 in 1)
in einer axial sich wiederholenden Struktur. Eine erste beispielhafte
slow-wave Struktur ist eine Wendel 43, die in 2A gezeigt ist. Eine zweite
beispielhafte slow-wave Struktur ist die gekoppelte Kavitätsschaltung 44,
die in 2B gezeigt ist.
Die gekoppelte Kavitätsschaltung
umfasst ringförmige
Stege 46, die axial beabstandet sind, um Kavitäten 48 auszubilden.
Jeder der Stege 46 bildet ein Kopplungsloch 50,
das ein Paar von benachbarten Kavitäten koppelt. Die Wendel 43 ist
insbesondere für
Breitbandanwendungen geeignet, während
die gekoppelte Kavitätsschaltung
speziell für
Hochleistungsanwendungen geeignet ist.As in 2A and 2 B As shown, the TWTs slow-wave structures generally receive an electron beam 52 from the electron gun ( 22 in 1 ) in an axially repeating structure. A first exemplary slow-wave structure is a helix 43 , in the 2A is shown. A second exemplary slow-wave structure is the coupled cavity circuit 44 , in the 2 B is shown. The coupled cavity circuit comprises annular ridges 46 axially spaced around cavities 48 train. Each of the bridges 46 forms a coupling hole 50 which couples a pair of adjacent cavities. The helix 43 is particularly suitable for broadband applications, while the coupled cavity circuit is especially suitable for high power applications.
Bei
einer anderen herkömmlichen
TWT-Konfiguration ist ein Oszillator durch Ersatz des Ausgangsanschlusses 30 durch
eine Mikrowellenlast ausgebildet. Weißes thermisch erzeugtes Rauschen interagiert
mit dem Elektronenstrahl in der slow-wave Struktur 24,
um ein Mikrowellensignal zu erzeugen. Energie wird in dieses Signal übertragen,
wenn es sich entlang der slow-wave Struktur bewegt. Dieses Oszillatorsignal
wandert allgemein in entgegengesetzte Richtung zu der des Elektronenstrahls
(d. h. der TWT funktioniert als Rückwärtswellenoszillator), so dass
das Oszillatorsignal aus dem Anschluss 28 gekoppelt wird.In another conventional TWT configuration, an oscillator is by replacement of the output terminal 30 formed by a microwave load. White thermally generated noise interacts with the electron beam in the slow-wave structure 24 to generate a microwave signal. Energy is transferred into this signal as it moves along the slow-wave structure. This oscillator signal generally travels in opposite directions set direction to that of the electron beam (ie the TWT works as a backward wave oscillator), so that the oscillator signal from the port 28 is coupled.
TWTs
sind in der Lage, Mikrowellensignale über einen beträchtlichen
Frequenzbereich (beispielsweise 1 bis 20 GHz) zu verstärken und
erzeugen. Sie können
hohe Ausgangsleistungen erzeugen (beispielsweise > 10 Megawatt) und erreichen
große Signalverstärkungen
(beispielsweise 60 dB) über große Bandbreiten
(beispielsweise > 10%).TWT
are able to transmit microwave signals over a considerable amount
Frequency range (for example, 1 to 20 GHz) and
produce. You can
generate high output power (for example,> 10 megawatts) and reach
big signal gains
(for example 60 dB) over large bandwidths
(eg> 10%).
Die
Elektronenkanone 22, die Wendel 43 und der Kollektor 32 sind
wieder in dem TWT-Diagramm von 3 dargestellt
(aus Darstellungsgründen
ist nur eine einfache Darstellung der Wendel 43 gezeigt).
Die Elektronenkanone 22 besitzt eine Kathode 56 und
eine Anode 58, und der Kollektor 32 besitzt eine
erste Ringstufe 60, eine zweite Ringstufe 62 und
eine dritte Stufe 64. Da die dritte Stufe 64 allgemein
eine tassenähnliche
oder eimerähnliche
Form besitzt, wird sie manchmal auch als "Eimer" oder "Eimerstufe" bezeichnet.The electron gun 22 , the helix 43 and the collector 32 are again in the TWT diagram of 3 shown (for illustrative purposes is only a simple representation of the helix 43 shown). The electron gun 22 has a cathode 56 and an anode 58 , and the collector 32 has a first ring step 60 , a second ring step 62 and a third stage 64 , Because the third stage 64 Generally, it has a cup-like or bucket-like shape, sometimes referred to as a "bucket" or "bucket".
Die
Wendel 43 und ein Körper 70 des
TWTs liegen auf Massepotenzial. Die Kathode 56 ist durch eine
Spannung Vcath über eine Kathodenenergieversorgung 74 negativ
vorgespannt. Eine Anodenenergieversorgung 76 steht in Bezug
zu der Kathode 56 und legt eine positive Spannung an die
Anode 58 an. Diese positive Kathoden-Anodenspannung baut
ein elektrisches Beschleunigungsfeld entlang eines Beschleunigungsbereichs 78 zwischen
der Kathode 56 und der Anode 58 auf. Elektronen
werden von der Kathode 56 emittiert und beschleunigen entlang
des Beschleunigungsbereichs 78, um einen Elektronenstrahl 52 zu
bilden. Der Strahl 52 wird weiter durch das elektrische
Feld modifiziert, das durch den Potenzialunterschied zwischen der
Anode 56 und der geerdeten Wendel 53 aufgebaut
wird.The helix 43 and a body 70 TWTs are at ground potential. The cathode 56 is through a voltage V cath via a cathode power supply 74 negatively biased. An anode power supply 76 is related to the cathode 56 and applies a positive voltage to the anode 58 at. This positive cathode anode voltage builds an electric acceleration field along an acceleration region 78 between the cathode 56 and the anode 58 on. Electrons are from the cathode 56 emit and accelerate along the acceleration range 78 to an electron beam 52 to build. The beam 52 is further modified by the electric field due to the potential difference between the anode 56 and the grounded coil 53 is built.
Die
gesamte Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls 52 ist
der Kathoden-Wendel-Spannungsunterschied (wobei der kleine Spannungsunterschied
ignoriert wird, der zwischen der Strahlachse und der Wendel als
Ergebnis der negativen Ladung in dem Elektronenstrahl existiert).
Da die Wendel 53 auf Massepotenzial liegt, ist die Strahlbeschleunigungsspannung
gerade der absolute Wert der Kathodenspannung Vcath.
Wenn ein Elektron, mit der Masse me und
zunächst
in Ruhe, durch elektrostatische Felder mittels eines Potenzialunterschieds von
V beschleunigt wird, ermittelt sich die sich daraus ergebende kinetische
Energie zu 0,5 mev2 =
eV, wobei v die Elektronengeschwindigkeit und e die Elektronenladung
ist. Die kinetische Energie dividiert durch die Elektronenladung
e ist deshalb äquivalent zu
einer Spannung. Ein Elektron, das über einen Spannungsunterschied
V beschleunigt wurde, hat eine kinetische Energie von V Volt erhalten.The entire acceleration voltage of the electron beam 52 is the cathode-helix voltage difference (ignoring the small voltage difference existing between the beam axis and the helix as a result of the negative charge in the electron beam). Because the helix 53 is at ground potential, the beam acceleration voltage is just the absolute value of the cathode voltage V cath . When an electron of mass m e and initially at rest is accelerated by electrostatic fields by means of a potential difference of V, the resulting kinetic energy is found to be 0.5 m e v 2 = eV, where v is the electron velocity and e the electron charge is. The kinetic energy divided by the electron charge e is therefore equivalent to a voltage. An electron that has been accelerated by a voltage difference V has received a kinetic energy of V volts.
Der
Elektronenstrahl 52 wandert durch die slow-wave Struktur 43 und
tauscht Energie mit einem Mikrowellensignal aus, das längs der
slow-wave Struktur 43 von einem Eingangsanschluss 28 zu
einem Ausgangsanschluss 30 wandert. Nur ein Teil der kinetischen
Energie des Elektronenstrahls 52 wird bei diesem Energieaustausch
verloren. Die meiste kinetische Energie verbleibt in dem Elektronenstrahl 52,
wenn er in den Kollektor 32 gelangt. Ein beträchtlicher
Teil dieser kinetischen Energie kann zum Abbremsen der Elektronen
zurückgewonnen
werden, bevor sie an den Kollektorwänden eingesammelt werden.The electron beam 52 wanders through the slow-wave structure 43 and exchanges energy with a microwave signal along the slow-wave structure 43 from an input terminal 28 to an output terminal 30 emigrated. Only part of the kinetic energy of the electron beam 52 is lost in this energy exchange. Most of the kinetic energy remains in the electron beam 52 when he is in the collector 32 arrives. A significant portion of this kinetic energy can be recovered to decelerate the electrons before they are collected at the collector walls.
Auf
Grund ihrer negativen Ladung bilden die Elektronen des Elektronenstrahls 52 eine
negative "Raumladung", die den Elektronenstrahl 52 ohne
irgendeine äußere Eingrenzung
radial streuen würde. Dementsprechend
wendet die Strahlfokussierungsstruktur ein axial ausgerichtetes
Magnetfeld an, das die radiale Divergenz der Elektronen zurückhält, indem
sie die Elektronen spiralförmig
um den Strahl bewegt.Due to their negative charge, the electrons of the electron beam form 52 a negative "space charge", which is the electron beam 52 without any external confinement would scatter radially. Accordingly, the beam focusing structure employs an axially oriented magnetic field which retains the radial divergence of the electrons by spirally moving the electrons around the beam.
Allerdings
ist der Elektronenstrahl 52 nicht länger unter dieser radialen
Grenze, wenn er in den Kollektor 32 gelangt und folglich
beginnt er radial zu divergieren. Zusätzlich verursacht die Interaktion
zwischen dem Elektronenstrahl 52 und dem Mikrowellensignal
in der slow wave Struktur 53, dass die Elektronen des Strahls
eine "Geschwindigkeitsspreizung" haben, wenn sie
in den Kollektor 32 gelangen, d. h. die Elektronen haben
einen Bereich von Geschwindigkeiten und kinetischen Energien. Wenn
der Strahl in dem Kollektor 32 über eine vorgegebenen axialen Abstand
wandert, werden die langsameren Elektronen einer divergierenden
Kraft der Raumladung des Elektronenstrahls für eine größere Zeit ausgesetzt als die
schnelleren Elektronen. Deshalb vermindert sich an einer vorgegebenen
axialen Ebene und weg von dem Bereich nahe der Achse, wo die radiale Kraft
klein ist, die Energie der Elektronen innerhalb des Kollektors 32 allgemein
mit zunehmendem radialen Abstand.However, the electron beam is 52 no longer under this radial limit, when in the collector 32 and thus it starts to diverge radially. In addition, the interaction between the electron beam causes 52 and the microwave signal in the slow wave structure 53 in that the electrons of the beam have a "velocity spread" when they enter the collector 32 ie the electrons have a range of velocities and kinetic energies. When the beam is in the collector 32 migrates over a given axial distance, the slower electrons of a diverging force of the space charge of the electron beam are exposed for a longer time than the faster electrons. Therefore, at a given axial plane and away from the region near the axis where the radial force is small, the energy of the electrons within the collector decreases 32 generally with increasing radial distance.
Eine
Elektronenabbremsung wird erreicht durch Anwenden negativer Vorspannungsspannungen
an dem Kollektor (über
Durchführungen 87 in 1). Das Potenzial des Kollektors
wird gegenüber dem
des TWT-Körpers 70 "zurückgedrückt" bzw, heruntergesetzt
(d. h. relativ zu dem Körper 70 negativ gemacht).
Die kinetische Energierückgewinnung
wird ferner verbessert durch Benutzung eines Mehrstufenkollektors,
beispielsweise des Kollektors 32, bei dem jede nachfolgende
Stufe weiter gegenüber
dem Körperpotenzial
von VB gedrückt bzw. heruntergesetzt wird.
Falls die erste Kollektorstufe 60 beispielsweise ein Potenzial
V1 hat, hat die zweite Kollektorstufe 62 ein
Potenzial V2 und die dritte Kollektorstufe 64 ein
Potenzial von V3, wobei diese drei Potenziale in
Bezug stehen durch VB = 0 > V1 > V2 > V3,
wie in 3 dargestellt.Electron deceleration is achieved by applying negative bias voltages to the collector (via feedthroughs 87 in 1 ). The potential of the collector is opposite to that of the TWT body 70 "pushed back" or "down" (ie relative to the body 70 made negative). The kinetic energy recovery is further improved by using a multi-stage collector, such as the collector 32 in which each succeeding stage is further depressed versus the body potential of V B. If the first collector stage 60 For example, a potential V 1 has the second collector step 62 a potential V 2 and the third collector stage 64 a potential of V 3 , where these three potentials are related by V B = 0> V 1 > V 2 > V 3 , as in 3 shown.
Die
Spannung V1 an der ersten Stufe 60 ist typischerweise
auf einen Wert gedrückt,
der maximal abbremsen, aber dennoch die langsamsten Elektronen 80 in
dem Elektronenstrahl 52 aufsammeln wird. Falls es nur wenige
Elektronen mit niedriger Energie in dem eintretenden Strahl 52 gibt,
kann eine höhere Gesamteffizienz
erreicht werden, falls die erste Stufe 60 noch weiter gedrückt wird.
Die langsamsten Elektronen haben dann nicht ausreichende Energie,
um in den Bereich der ersten Stufe 60 zu gelangen; diese Elektronen
werden gezwungen, umzudrehen und zu dem Körperpotenzial zurückzukehren,
entweder im Bereich 70 von 3 oder
in die geerdete Wendel 43. Eine höhere Gesamteffizienz ergibt
sich, wenn, bei größerem Heruntersetzen,
der Anstieg in der Energierückgewinnung
von den Elektronen mit mehr Energie den Energieverlust übersteigt,
indem die langsamsten Elektronen bei Massepotenzial gesammelt werden.The voltage V 1 at the first stage 60 is typically pushed to a value that slows down to the maximum, but still the slowest electrons 80 in the electron beam 52 will pick up. If there are only a few low-energy electrons in the incoming beam 52 higher overall efficiency can be achieved if the first stage 60 is pressed further. The slowest electrons then do not have sufficient energy to reach the first stage region 60 to get; these electrons are forced to turn around and return to the body potential, either in the area 70 from 3 or in the grounded helix 43 , Greater overall efficiency arises when, with greater settling down, the increase in energy recovery from the more energy electrons exceeds the energy loss by collecting the slowest electrons at ground potential.
Aufeinanderfolgende
Kollektorstufen 62 und 64 werden mit zunehmend
heruntergesetzten Spannungen betrieben, um nacheinander schnellere
Elektronen in dem Elektronenstrahl 52 abzubremsen und zu
sammeln, beispielsweise Zwischenenergie-Elektronen 82 werden
durch Kollektorstufe 62 eingefangen und Elektronen mit
höherer
Energie 84 werden von der Kollektorstufe 64 eingefangen.
Dieser Vorgang der Verbesserung der TWT-Effizienz durch aufeinanderfolgendes
Abbremsen und Einsammeln schnellerer Elektronen bei aufeinanderfolgend
größer werdendem
Heruntersetzen von aufeinanderfolgenden Kollektorstufen wird allgemein
als "Geschwindigkeitssortieren" bezeichnet (Geschwindigkeitssortieren
wird in vielen TWT-Referenzen beschrieben, beispielsweise Hansen,
James, W, et al., TWT/TWTA Handbook, Hughes Aircraft Company, 1993,
Torrance, CA, Seiten 58–59).Successive collector stages 62 and 64 are operated at increasingly lower voltages to successively faster electrons in the electron beam 52 decelerate and collect, for example, intermediate energy electrons 82 be through collector stage 62 captured and electrons with higher energy 84 be from the collector stage 64 captured. This process of improving TWT efficiency by sequentially slowing down and collecting faster electrons as successively decreasing successive collector stages is commonly referred to as "velocity sorting" (velocity sorting is described in many TWT references, e.g., Hansen, James, W, et al. TWT / TWTA Handbook, Hughes Aircraft Company, 1993, Torrance, CA, pages 58-59).
Die
Effizienzverbesserung, die durch das Geschwindigkeitssortieren des
Elektronenstrahls 52 erreicht wird, kann weiter mit Bezug
auf die Stromflüsse
durch die Kollektorenergieversorgung 88 verstanden werden,
die zwischen der Kathode 56 und den Kollektorstufen 60, 62 und 64 angeschlossen
ist. Falls das Potenzial des Kollektors 32 das gleiche
wie des Kollektorkörpers 70 sein
würde,
würde der
gesamte Kollektorelektronenstrom Icoll zurück zu der
Kathodenenergieversorgung 74 fließen, wie durch den Strom 90 in 3 angedeutet, und die Eingangsleistung
zu dem TWT 20 würde
im wesentlichen das Produkt der Kathodenspannung Vcath und
dem Kollektorstrom Icoll sein.The efficiency improvement due to the speed sorting of the electron beam 52 can be achieved further with respect to the current flows through the collector power supply 88 be understood that between the cathode 56 and the collector stages 60 . 62 and 64 connected. If the potential of the collector 32 the same as the collector body 70 The entire collector electron current I coll would be back to the cathode power supply 74 flow, as if by the current 90 in 3 indicated, and the input power to the TWT 20 would be essentially the product of the cathode voltage V cath and the collector current I coll .
Im
Gegensatz dazu fließen
die Ströme
des Mehrstufenkollektors 32 durch die Kollektorenergieversorgung 88.
Die Eingangsleistung, die jeder Kollektorstufe zugeordnet ist, ist
das Produkt des Stroms der Stufe und seiner zugeordneten Spannung
in der Kollektorenergieversorgung 88. Da die Spannungen V1, V2 und V3 der Kollektorenergieversorgung 88 ein Bruchteil
(im Bereich von 30 bis 70%) der Spannung der Kathodenenergieversorgung 74 sind,
wird die TWT-Eingangsleistung wirksam reduziert. Die Effizienz von
TWTs mit Mehrstufenkollektoren liegt typischerweise im Bereich von
25 bis 60%, wobei im Allgemeinen eine höhere Effizienz mit einer kleineren Bandbreite
verbunden ist.In contrast, the currents of the multi-stage collector flow 32 through the collector energy supply 88 , The input power associated with each collector stage is the product of the current of the stage and its associated voltage in the collector power supply 88 , Since the voltages V 1 , V 2 and V 3 of the collector power supply 88 a fraction (in the range of 30 to 70%) of the voltage of the cathode power supply 74 , the TWT input power is effectively reduced. The efficiency of TWTs with multi-stage collectors is typically in the range of 25 to 60%, with generally higher efficiency associated with smaller bandwidth.
Falls
die Spannung an der Kollektorstufe zu weit gedrückt wird, werden Elektronen
eher abgestoßen
als von der Stufe eingesammelt. Axial liegende Elektronen sind insbesondere
für dieses
Abstoßen anfällig. Diese
abgestoßenen
Elektronen fließen
zu weniger heruntergesetzten Stufen oder zu dem TWT-Körper oder
sie gelangen wieder in den Energieaustauschbereich der slow wave
Struktur. Zusätzlich
werden Sekundärelektronen
erzeugt, wenn die Elektronen des Elektronenstrahls auf die Oberflächen der
Kollektorstufen treffen. Wenn nicht richtig durch die elektrischen
Felder innerhalb des Kollektors kontrolliert, können diese Sekundärelektronen auch
zu dem TWT-Körper 70 fließen oder
wieder zurück
in den Energieaustauschbereich gelangen.If the voltage at the collector stage is pushed too far, electrons will be repelled rather than collected by the stage. Axially lying electrons are particularly susceptible to this repulsion. These ejected electrons flow to less degraded stages or to the TWT body or re-enter the energy exchange region of the slow wave structure. In addition, secondary electrons are generated when the electrons of the electron beam strike the surfaces of the collector stages. If not properly controlled by the electric fields within the collector, these secondary electrons may also be to the TWT body 70 flow or get back into the energy exchange area.
Das
Elektronenabstoßen
zu weniger heruntergesetzten Stufen oder zu dem TWT-Körper reduziert
die TWT-Effizienz. Der Elektronenfluss zu der slow wave Struktur
interferiert mit dem Energieaustauschvorgang. Diese Interferenz
verschlechtert oft die TWT-Leistung,
indem Verstärkungs-
und Phasen-Welligkeitskomponenten über die Frequenz-Bandbreite
des TWTs hinzugefügt
werden.The
electron repulsion
reduced to less stepped steps or to the TWT body
the TWT efficiency. The electron flow to the slow wave structure
interferes with the energy exchange process. This interference
often worsens TWT performance,
by amplifying
and phase ripple components over the frequency bandwidth
added to the TWTs
become.
Verschiedene
Kollektorstufen wurden eingeführt,
um den Fluss von Primärelektronen
zu stärker gedrückten Kollektorstufen
zu verbessern und den Fluss von Sekundärelektronen von dem Kollektor
zu blockieren. Diese Strukturen umfassen quer verlaufende Flügel, axiale
Sonden, externe Magnete und schräge
Kollektoröffnungen.
Allerdings ist das Implementieren von Flügeln häufig mechanisch oder thermisch
schwierig, Sonden erfordern das Erzeugen und Anwenden von zusätzlichen
Vorspannungsspannungen, externe Magnete erfordern zusätzliche
Testzeit, um sie richtig zu platzieren und anzubringen, und schräge Öffnungen
sind nur für
kleine Öffnungen wirksam.Various
Collector levels have been introduced
around the flow of primary electrons
to more depressed collector stages
to improve and the flow of secondary electrons from the collector
to block. These structures include transverse wings, axial
Probes, external magnets and oblique
Collector openings.
However, the implementation of wings is often mechanical or thermal
difficult probes require the creation and application of additional
Bias voltages, external magnets require additional
Test time to place and install them properly, and slanted openings
are only for
small openings effective.
Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, Kollektorstrukturen
bereitzustellen, die die Steuerung der Elektronenpfade vereinfachen, ohne
dass zusätzliche
Energieversorgungsspannungen erzeugt und angewendet werden müssten. Weitere
Aufgaben der Erfindung sind das Bereitstellen einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre mit
einer Kollektorstruktur und ein Verfahren zum Steuern des Pfads der
Elektronen in dem Kollektor einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre.Against this background, it is an object of the invention to provide collector structures that simplify the control of electron paths without the need to generate and apply additional power supply voltages. Further objects of the invention are the provision of egg A linear beam microwave tube with a collector structure and a method for controlling the path of the electrons in the collector of a linear beam microwave tube.
Diese
Aufgaben werden von dem eingangs genannten Kollektor gelöst, der
ein Vorspannungs-Element mit einem Elektronenakkumulator aufweist,
der einen Sekundäremissionsfaktor
besitzt, der kleiner als 1 ist und das in Bezug auf die Kollektorstufe
so positioniert ist, um einen zweiten Teil der Elektronen abzufangen.These
Tasks are solved by the aforementioned collector who
has a biasing element with an electron accumulator,
of a secondary emission factor
which is less than 1 and that in relation to the collector stage
is positioned to intercept a second portion of the electrons.
Diese
Aufgaben werden ferner erreicht von einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre, wie
sie zuvor erwähnt
wurde, wobei der Kollektor der Mikrowellenröhre ein Vorspannungselement
mit einem Elektronenakkumulator besitzt, das einen Sekundäremissionskoeffizienten
besitzt, der kleiner als 1 ist und der relativ zu der Kollektorstufe
so positioniert ist, dass ein zweiter Teil der Elektronen des Elektronenstrahls abgefangen
wird.These
Objects are further achieved by a linear beam microwave tube, such as
mentioned previously
was, wherein the collector of the microwave tube is a biasing element
with an electron accumulator having a secondary emission coefficient
which is smaller than 1 and which is relative to the collector stage
is positioned so that a second part of the electron beam intercepted
becomes.
Diese
Aufgaben werden ferner erfüllt
von dem eingangs genannten Verfahren, das die Schritte aufweist:
Einfangen eines ersten Teils der Elektronen mit einem Element, das
einen Sekundäremissionsfaktor
besitzt, der kleiner als 1 ist, um damit eine negative Spannung
an dem Element aufzubauen; und Positionieren des Elements in dem
Kollektor, um mit der negativen Spannung den Weg eines zweiten Teils
der Elektronen zu steuern.These
Tasks are also fulfilled
from the initially mentioned method comprising the steps:
Capture a first part of the electrons with an element that
a secondary emission factor
which is less than 1, so as to have a negative voltage
to build on the element; and positioning the item in the
Collector, with the negative voltage the way of a second part
to control the electrons.
In
einer Kollektorausführungsform
wird ein Element zur automatischen Erzeugung einer Vorspannung (Vorspannungselement)
dadurch gebildet, dass der Elektronenakkumulator mit einer benachbarten
Kollektorstufe gekoppelt wird, mit einer Basis, deren Widerstand
das Elektronenleck bestimmt. In anderen Kollektorausführungsformen
wird die negative Spannung durch die radiale und axiale Position des
Vorspannungselements bestimmt.In
a collector embodiment
becomes an element for automatically generating a bias voltage (biasing element)
formed by the electron accumulator with an adjacent
Collector stage is coupled, with a base whose resistance
determines the electron leak. In other collector embodiments
the negative voltage is due to the radial and axial position of the
Bias element determined.
Elektronenakkumulatorausführungsformen sind
mit Kohlenstoff und Titankarbid ausgebildet. Basisausführungsformen
sind ausgebildet durch Keramiken, deren Widerstand ausgewählt wird,
indem die Keramik mit einer leitenden Komponente gemischt wird oder
indem die Basis mit einem leitfähigen
Film oder einem diskreten Widerstand abgeleitet (shunted) wird.Electron accumulator embodiments are
formed with carbon and titanium carbide. Based embodiments
are formed by ceramics whose resistance is selected
by mixing the ceramic with a conductive component or
by making the base with a conductive
Film is derived or shunted by a discrete resistor.
Verschiedene
Kollektorausführungsformen sind
mit unterschiedlichen Anordnungen von Vorspannungselementen und
Kollektorstufen gebildet, um die Effizienz und die HF-Leistung von
Linearstrahl-Mikrowellenröhren
zu verbessern.Various
Collector embodiments are
with different arrangements of biasing elements and
Collector stages formed to increase the efficiency and RF power of
Linear beam microwave tubes
to improve.
Die
neuen Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den angehängten Ansprüchen ausgeführt. Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung, die in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, verstanden.The
novel features of the invention are set forth with particularity in the appended claims. The
Invention will become apparent from the following description taken in conjunction
with the accompanying drawings, understood.
1 ist eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer herkömmlichen
Wanderwellenröhre (TWT); 1 is a partially sectioned side view of a conventional traveling wave tube (TWT);
2A zeigt eine herkömmliche
slow wave Struktur in Form einer Wendel zur Benutzung in der TWT
von 1; 2A shows a conventional slow wave structure in the form of a helix for use in the TWT of 1 ;
2B zeigt eine andere herkömmliche slow
wave Struktur in Form einer gekoppelten Kavitätsschaltung zur Verwendung
in der TWT von 1; 2 B FIG. 12 shows another conventional slowwave structure in the form of a coupled cavity circuit for use in the TWT of FIG 1 ;
3 ist eine schematische
Darstellung des TWTs von 1,
die einen axial geschnittenen herkömmlichen Mehrstufenkollektor
zeigt, 3 is a schematic representation of the TWTs of 1 showing an axially cut conventional multistage collector,
4 ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors, der ein Element zur automatischen Erzeugung
einer Vorspannung entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist; 4 Fig. 10 is an axial sectional view of a collector having a bias generating element according to the present invention;
5 ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors mit einem anderen Element zur automatischen
Erzeugung einer Vorspannung; 5 Fig. 3 is an axial sectional view of a collector with another element for automatically generating a bias voltage;
6A ist eine axial geschnittene
Ansicht eines herkömmlichen
Kollektors, der die Äquipotenziallinien
des elektrischen Feldkollektors zeigt; 6A Fig. 11 is an axial sectional view of a conventional collector showing the equipotential lines of the electric field collector;
6B ist eine Ansicht, die
die Äquipotenziallinien
des elektrischen Felds in dem Kollektor von 4 zeigt; 6B FIG. 12 is a view showing the equipotential lines of the electric field in the collector of FIG 4 shows;
6 ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors, der ein anderes Element zur automatischen
Erzeugung einer Vorspannung (kurz Vorspannungselement genannt); 6 Fig. 11 is an axial sectional view of a collector which is another element for automatically generating a bias voltage (called a biasing element for short);
7A ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors, mit einem anderen Vorspannungselement; 7A is an axial sectional view of a collector, with another biasing element;
7B ist eine Draufsicht eines
Elektronenakkumulators im Kollektor von 7A; 7B is a plan view of an electron accumulator in the collector of 7A ;
7C ist eine Draufsicht eines
anderen Elektronenakkumulators zur Verwendung in dem Kollektor von 7A; 7C FIG. 12 is a plan view of another electron accumulator for use in the collector of FIG 7A ;
8A ist eine axial geschnittene
Ansicht eines herkömmlichen
Kollektors, der eine Sonde enthält; 8A Fig. 11 is an axial sectional view of a conventional collector containing a probe;
8B ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors, der koaxial angeordnete Vorspannungselemente
aufweist. 8B is an axial sectional view of a collector having coaxially arranged biasing elements.
9A ist eine Ansicht, die
die Äquipotenziallinien
des elektrischen Felds in dem herkömmlichen Kollektor von 3 zeigt; 9A FIG. 14 is a view showing the equipotential lines of the electric field in the conventional collector of FIG 3 shows;
9B ist eine axial geschnittene
Ansicht eines herkömmlichen
quer verlaufenden Flügels
in dem Kollektor von 9A; 9B is an axial sectional view of a conventional transverse wing in the collector of 9A ;
9C ist eine Draufsicht des
Flügels
und Kollektors von 9B; 9C is a top view of the wing and collector of 9B ;
10A ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors, der ein anderes Vorspannungselement hat; 10A Fig. 3 is an axial sectional view of a collector having a different biasing element;
10B ist eine Ansicht entlang
der Ebene 10B-10B von 10A;
und 10B is a view along the plane 10B-10B of 10A ; and
11 ist eine axial geschnittene
Ansicht eines Kollektors mit einem anderen Vorspannungselement. 11 is an axial sectional view of a collector with a different biasing element.
4 zeigt einen Kollektor 100 entsprechend
der vorliegenden Erfindung. Der Kollektor 100 besitzt ein
Element zum automatischen Erzeugen einer Vorspannung 102 (nachfolgend
kurz Vorspannungselement genannt), das einen Elektronenakkumulator 104 besitzt,
der einen Sekundäremissionskoeffizienten
kleiner als 1 besitzt. Der Elektronenakkumulator 104 ist
in dem Kollektor positioniert, um einen Teil der Elektronen eines
Elektronen strahls 52 aufzufangen, einige dieser Elektronen
zu fangen und sie an der Stelle zu halten und dadurch eine negative Spannung
zu erzeugen und zu halten. Das Vorspannungselement 102 ist
ferner in dem Kollektor 100 positioniert, um Sekundärelektronen
daran zu hindern, in die HF-Schaltung (24 in 1) einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre zu gelangen.
Das Vorspannungselement 102 benötigt keine extern erzeugte Spannung
und kann die Größe und das
Gewicht des Kollektors 100 reduzieren. 4 shows a collector 100 according to the present invention. The collector 100 has an element for automatically generating a bias voltage 102 (hereinafter referred to as biasing element), which is an electron accumulator 104 having a secondary emission coefficient smaller than 1. The electron accumulator 104 is positioned in the collector to a part of the electrons of an electron beam 52 trap some of these electrons and hold them in place, creating and holding a negative voltage. The biasing element 102 is also in the collector 100 positioned to prevent secondary electrons from entering the RF circuit ( 24 in 1 ) of a linear beam microwave tube. The biasing element 102 does not require any externally generated voltage and can reduce the size and weight of the collector 100 to reduce.
In
größerem Detail
besitzt der Kollektor 100 eine tassenförmige Kollektorstufe 106 (eine
Eimerstufe), die von einem Boden 107 und einem ringförmigen Rand 108 gebildet
wird, der sich von dem Boden 107 entlang einer Kollektorachse 110 erstreckt. An
einem Ende gegenüberliegend
des Bodens 107 bildet der ringförmige Rand 108 eine
Eingangsöffnung 111,
die benachbart einem Körperabschnitt
(70 in 3) einer
Linearstrahl-Mikrowellenröhre
ist. Das Vorspannungselement 102 ist auf der Kollektorachse 110 angeordnet
und mit dem Boden 107 über
eine Basis 112 verbunden. Die Kollektorstufe 106 ist
somit konfiguriert, um einen ersten Hauptteil der Elektronen des
Elektronenstrahls 52 zu sammeln und der Elektronenakkumulator 104 ist
dimensioniert und positioniert, um einen zweiten geringeren Teil
der Elektronen des Elektronenstrahls 52 aufzufangen.In greater detail has the collector 100 a cup-shaped collector stage 106 (a bucket) from a floor 107 and an annular rim 108 is formed, extending from the ground 107 along a collector axis 110 extends. At one end opposite the ground 107 forms the annular edge 108 an entrance opening 111 adjacent to a body portion ( 70 in 3 ) is a linear beam microwave tube. The biasing element 102 is on the collector axis 110 arranged and with the ground 107 about a base 112 connected. The collector stage 106 is thus configured to be a first major part of the electrons of the electron beam 52 to collect and the electron accumulator 104 is dimensioned and positioned to a second minor part of the electron of the electron beam 52 catch.
Wenn
ein Elektron auf ein Bauteil trifft, kann dessen Energie die Emission
eines Sekundärelektrons
aus dem Bauteil hervorrufen. Das Verhältnis von Sekundärelektronen
zu auftreffenden Elektronen wird üblicherweise als Sekundäremissionskoeffizient ε bezeichnet.
Der Elektronenakkumulator 104 von 4 ist konfiguriert, um einen ausgewählten Sekundäremissionskoeffizienten εacc aufzuweisen,
der kleiner ist als 1, und die Basis 112 ist konfiguriert,
um einen ausgewählten
Leckwiderstand Rleak zwischen dem Elektronenakkumulator 104 und
der Kollektorstufe 106 zu besitzen.When an electron strikes a component, its energy can cause the emission of a secondary electron from the component. The ratio of secondary electrons to incident electrons is commonly referred to as the secondary emission coefficient ε. The electron accumulator 104 from 4 is configured to have a selected secondary emission coefficient ε acc that is less than 1, and the base 112 is configured to provide a selected leakage resistance R leak between the electron accumulator 104 and the collector stage 106 to own.
Im
Betrieb ersetzt der Kollektor 100 den Kollektor 32 von 1 und empfängt den
Elektronenstrahl 52 von 3.
Nachdem der Elektronenstrahl 52 zu dem Kollektor 100 gelangt,
divergiert der Elektronenstrahl, da er nicht länger unter der radialen Eingrenzung
durch die Strahlfokussierungsstruktur (26 oder 42 in 1) ist. Der Körper 70 besitzt
eine Körperspannung
VB = 0 und eine Energieversorgung (beispielsweise
die Kollektorenergieversorgung 88 von 3), die die Kollektorstufe 106 dazu
bringt, eine gedrückte
Spannung V1 zu haben, die kleiner ist als
VB.In operation, the collector replaces 100 the collector 32 from 1 and receives the electron beam 52 from 3 , After the electron beam 52 to the collector 100 the electron beam diverges because it is no longer under the radial confinement by the beam focusing structure (FIG. 26 or 42 in 1 ). The body 70 has a body voltage V B = 0 and a power supply (for example, the collector power supply 88 from 3 ), which is the collector stage 106 causes to have a depressed voltage V 1 , which is smaller than V B.
Da
der Elektronenakkumulator 104 einen Sekundäremissionskoeffizienten
kleiner als 1 besitzt, sammeln sich Elektronen auf diesem und laden
ihn negativ auf auf eine gedrückte
Spannung V2. Der Maximalwert von V2 ist eine Funktion der Energie der eintreffenden
Elektronen. Die gedrückte
Spannung erhöht
sich, um sich der Maximalenergie der eintreffenden Elektronen anzunähern, wird
diese Energie aber nicht überschreiten,
da eine größere heruntergesetzte
Spannung weitere eintreffende Elektronen abstoßen wird (d. h. die Beschleunigung
dieser Elektronen würde
zu groß werden,
um ihr Einsammeln zu ermöglichen).
Da die Elektronen des Elektronenstrahls 52 eine radiale
Streuung der Energien besitzen und weiter entlang der Kollektorachse 110 divergieren,
hängt der
Maximalwert von V2 von der radialen und
axialen Position des Elektronenakkumulators ab (d. h. der Maximalwert
von V2 wird größer, falls der Elektronenakkumulator positioniert
ist, um Elektronen 114 in 4 aufzufangen,
als wenn er positioniert wäre,
um Elektronen 116 aufzufangen).As the electron accumulator 104 has a secondary emission coefficient smaller than 1, electrons accumulate on it and negatively charge it to a depressed voltage V 2 . The maximum value of V 2 is a function of the energy of the incoming electrons. The depressed voltage increases to approach the maximum energy of the incoming electrons, but will not exceed that energy since a larger depressed voltage will repel other incoming electrons (ie, the acceleration of these electrons would become too large to allow them to collect). Because the electrons of the electron beam 52 have a radial dispersion of energies and further along the collector axis 110 diverge, the maximum value of V 2 depends on the radial and axial position of the electron accumulator (ie, the maximum value of V 2 becomes larger if the electron accumulator is positioned to be electrons 114 in 4 to intercept, as if it were positioned to electrons 116 catch).
Die
aktuelle Differenz ΔV
zwischen der gedrückten
Spannung des Elektronenakkumulators 104 und der der Kollektorstufe 106,
die über
dessen Basis 112 gekoppelt ist (V2 – V1 in 4),
ist gegeben durch ΔV = (1 – εacc)IintRleak (1),wobei Iint der Elektronenauffangstrom des Elektronenakkumulators 104 ist.
Der Auffangstrom Iint ist eine Funktion
der Energie der aufgefangenen Elektronen und der heruntergesetzten
Spannung des Elektronenakkumulators. Deshalb ist die Differenzspannung ΔV der Gleichung
(1) nicht direkt proportional zu dem Leckwiderstand Rleak.The actual difference ΔV between the depressed voltage of the electron accumulator 104 and the collector level 106 that's beyond its base 112 is coupled (V 2 - V 1 in 4 ) is given by ΔV = (1 - ε acc ) I int R leak (1), where I int is the electron capture current of the electron accumulator 104 is. The arrest current I int is a function of the energy of the trapped electrons and the lowered voltage of the Elektronenakkumulators. Therefore, the difference voltage ΔV of Equation (1) is not directly proportional to the leakage resistance R leak .
Die
Differenzspannung ΔV
kann somit durch Wahl des Sekundäremissionskoeffizienten εacc,
den Leckwiderstand Rleak und die radiale
und axiale Position des Elektronenakkumulators 104 eingestellt
werden. Auf Grund der Differenzspannung ΔV werden die gedrückten Spannungen
in 4 das Verhältnis haben
0 = VB < V1 < V2.The differential voltage .DELTA.V can thus by selection of the secondary emission coefficient ε acc , the leakage resistance R leak and the radial and axial position of the electron accumulator 104 be set. Due to the difference voltage ΔV, the depressed voltages in 4 the ratio is 0 = V B <V 1 <V 2 .
Als
ein Beispiel der Benutzung der Gleichung (1) entwickelt ein Elektronenakkumulator
mit einem Sekundäremissionskoeffizienten
von 0,5, der einen Auffangstrom Iint von
2 mA empfängt,
eine gedrückte Differenzspannung ΔV von etwa
100 Volt, wenn er über
eine Basis gekoppelt ist, die 1 cm2 ist,
0,5 cm dick ist und die einen spezifischen Widerstand von 2 × 105 Ohm-Zentimeter hat.As an example of using equation (1), an electron accumulator having a secondary emission coefficient of 0.5 and receiving a sink current I.sub.int of 2 mA develops a depressed differential voltage .DELTA.V of about 100 volts when coupled across a base that is 1 cm 2 is 0.5 cm thick and has a resistivity of 2 × 10 5 ohm-centimeters.
Der
Elektronenakkumulator 104 kann aus verschiedenen Materialien
gebildet sein, deren Sekundäremissionskoeffizienten εacc kleiner
sind als 1, beispielsweise Kohlenstoff und Titankarbid, die Koeffizienten
von etwa 0,5 bzw. 0,6 haben. Bei anderen Ausführungsformen kann der Elektronenakkumulator mit
einer Beschichtung aus einem solchen Material über einem Trägerteil
aus einem Material hoher Impedanz gebildet werden, wie beispielsweise
Keramik. Bei dieser Ausführungsform
des Elektronenakkumulators wird das Bezugszeichen 104 in 4 das Trägerteil und trägt eine
Beschichtung 118 auf deren Oberfläche, die die eintreffenden
Elektronen 114 empfängt.The electron accumulator 104 may be formed of various materials whose secondary emission coefficients ε acc are less than 1, for example, carbon and titanium carbide having coefficients of about 0.5 and 0.6, respectively. In other embodiments, the electron accumulator may be formed with a coating of such material over a support member of high impedance material, such as ceramic. In this embodiment of the electron accumulator, the reference numeral 104 in 4 the carrier part and carries a coating 118 on their surface, the incoming electrons 114 receives.
Der
Leckwiderstand Rleak kann durch Auswahl
des Materials der Basis 112 eingestellt werden. Vorzugsweise
ist die Basis 112 aus einem Material gebildet, das leicht
an einer Stelle gebondet werden kann und ausgezeichnete Wärmetoleranz
besitzt. Ein beispielhaftes Basismaterial ist Keramik, das im Allgemeinen
mit Kollektorteilen über
eine dazwischenliegende Metallschicht gelötet ist. Keramiken haben hohe
spezifische Widerstände,
beispielsweise ist der inhärente
spezifische Widerstand von Aluminium, Beryllium und Magnesiumoxid > 1014 Ohm-Zentimeter.
Diese spezifischen keramischen Widerstände können selektiv verringert werden,
indem eine keramische Komponente mit einer hochleitfähigen Komponente
gemischt wird. Ein Beispiel einer leitenden Komponente ist Siliziumkarbid,
dessen spezifischer Widerstand im Bereich von 103 Ohm-Zentimeter
ist. Eine beispielhafte Kombination dieser Komponenten ist eine
Mischung im Verhältnis
von 60% Magnesiumoxid und 40% Siliziumkarbid. Der spezifische Widerstand
dieser Mischung wurde mit etwa 107 Ohm-Zentimeter gemessen.The leakage resistance R leak can be determined by selecting the material of the base 112 be set. Preferably, the base is 112 formed of a material that can be easily bonded in one place and has excellent heat tolerance. An exemplary base material is ceramic, which is generally soldered to collector parts via an intermediate metal layer. Ceramics have high resistivities, for example, the inherent resistivity of aluminum, beryllium and magnesia is> 10 14 ohm-centimeters. These specific ceramic resistances can be selectively reduced by mixing a ceramic component with a highly conductive component. An example of a conductive component is silicon carbide whose resistivity is in the range of 10 3 ohm-centimeters. An exemplary combination of these components is a mixture in the ratio of 60% magnesium oxide and 40% silicon carbide. The resistivity of this mixture was measured to be about 10 7 ohm-centimeters.
Der
Leckwiderstand Rleak kann ebenfalls gesteuert
werden, indem ein Shuntwiderstand an der Basis angebracht wird.
Beispielsweise ist ein Kollektor 120 in 5 gezeigt, die eine Ansicht ähnlich zu 4 ist, wobei gleiche Elemente
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Diese Figur zeigt zwei
Shuntstrukturen, die verwendet werden können, um den Leckwiderstand
Rleak der Basis 112 selektiv zu
erniedrigen und einzustellen. Die erste Struktur ist eine Beschichtung 122 über der
Basis 112 eines Materials, beispielsweise Kohlenstoff,
das den gewünschten
Widerstand über
eine geeignete Wahl der Beschichtungsdichte und des Beschichtungsmusters bereitstellt.
Die zweite Struktur ist ein diskreter Widerstand 124, der
einen ausgewählten
Widerstand besitzt. Der Zugang zur Verbindung des Widerstands 124 mit
dem Elektronenakkumulator 104 kann über einen Durchgang 125 durch
die Basis 112 und den Kollektorboden 107 gewonnen
werden.The leakage resistance R leak can also be controlled by attaching a shunt resistor to the base. For example, a collector 120 in 5 shown a view similar to 4 is, wherein like elements are identified by the same reference numerals. This figure shows two shunt structures that can be used to determine the leak resistance R leak of the base 112 to selectively lower and adjust. The first structure is a coating 122 above the base 112 a material, such as carbon, which provides the desired resistance via a suitable choice of coating density and coating pattern. The second structure is a discrete resistor 124 which has a selected resistor. Access to the connection of the resistance 124 with the electron accumulator 104 can over a passage 125 through the base 112 and the collector floor 107 be won.
Vorspannungselemente
der Erfindung können
in einer Vielzahl von Anordnungen konfiguriert sein, die vorteilhaft
verwendet werden können,
um die Effizienz und HF-Leistung der Linearstrahl-Mikrowellenröhren zu
verbessern. Mehrere beispielhafte Anordnungen sind unten unter separaten
funktionellen Überschriften
beschrieben.biasing
of the invention
be configured in a variety of arrangements that are beneficial
can be used
to increase the efficiency and RF performance of the linear beam microwave tubes
improve. Several exemplary arrangements are below under separate
functional headings
described.
Verbessern der Linearstrahl-Mikrowellenröhren-Effizienz
mit SekundäremissionssteuerungImprove Linear Beam Microwave Tube Efficiency
with secondary emission control
6A zeigt einen herkömmlichen
Kollektor 130 benachbart einem Körper 70 einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre. Der
Kollektor 130 hat eine tassenförmige Kollektorstufe 132,
die den Elektronenstrahl 52 empfängt. In Antwort auf den eintreffenden
Elektronenstrahl 52 werden die Sekundärelektronen von den Wänden der
Kollektorstufe 132 weggestoßen. Ohne jegliche Kontrolle
werden diese Sekundärelektronen
von der gedrückten
Spannung der Kollektorstufe 132 abgestoßen und durch die Stufenöffnung 134 fließen und
in den Energieaustauschbereich von der Mikrowellenstruktur (24 in 1). 6A shows a conventional collector 130 adjacent to a body 70 a linear beam microwave tube. The collector 130 has a cup-shaped collector level 132 that the electron beam 52 receives. In response to the incoming electron beam 52 become the secondary electrons from the walls of the collector stage 132 pushed away. Without any control, these secondary electrons become from the depressed voltage of the collector stage 132 repelled and through the step opening 134 flow and into the energy exchange region of the microwave structure ( 24 in 1 ).
Das
Vorhandensein des Stroms von Elektronen in der Kollektorstufe 132 erzeugt
jedoch eine negative Raumladung, die durch die elektrischen Feld-Äquipotenziallinien 136 (typischerweise Öffnungsäquipotenziallinien 137 sind
ebenfalls gezeigt). Diese Raumladung neigt dazu, den Fluss der Sekundärelektronen
von der Öffnung 134 zu
blockieren. Sekundärelektronen
haben typischerweise eine Energie in der Größenordnung von 50 Volt, so
dass die Raumladung vorzugsweise ein Heruntersetz-Potenzial in zumindest
dieser Größe hat.
Da die Raumladungsherabsetzung mit dem Volumen der Kollektorstufe 132 steigt,
verlangt eine adäquate
Blockierung der Sekundärelektronen
häufig
große
schwere Kollektorstufen.The presence of the current of electrons in the collector stage 132 however, creates a negative space charge through the electric field equipotential lines 136 (typically opening equipotential lines 137 are also shown). This space charge tends to increase the flow of secondary electrons from the opening 134 to block. Secondary electrons typically have an energy of the order of 50 volts, so that the space charge preferably has a turn-off potential at least that magnitude. Since the space charge reduction with the volume of the collector stage 132 As a result, adequate blocking of secondary electrons often requires large, heavy collector stages.
Im
Gegensatz dazu zeigt 6B die Äquipotenziallinien
des elektrischen Felds in dem Kollektor 100 von 4 mit elektrischen Feld-Äquipotenziallinien 138,
die von der heruntergesetzten Spannung V2 des
Vorspannungselements 102 erzeugt werden.In contrast, shows 6B the equipo tenziallinien the electric field in the collector 100 from 4 with electric field equipotential lines 138 caused by the lowered voltage V 2 of the biasing element 102 be generated.
Die
Intensität
des elektrischen Felds wird durch die Spannungsdifferenz ΔV = V2 – V1 entsprechend der Gleichung (1) zuvor bestimmt
viel mehr als durch die Kollektorstufengröße. Somit kann ein Vorspannungselement
den Fluss der Sekundärelektronen
blockieren, fügt
aber keine Größe oder
Gewicht den herkömmlichen
Kollektoren hinzu.The intensity of the electric field is determined by the voltage difference ΔV = V 2 -V 1 according to the equation (1) previously much more than by the collector step size. Thus, a biasing element can block the flow of secondary electrons, but does not add size or weight to conventional collectors.
Zusätzlich zu
der größeren Größe hat der herkömmliche
Kollektor 130 ein Betriebsproblem. Während des Betriebs des TWT 20 von 1 sammeln sich positive
Ionen in dem Energieaustauschbereich der slow wave Struktur 24 auf
Grund der Anziehung der Raumladung des Elektronenstrahls 52. Diese
Ionen werden dann beschleunigt in der Kollektorstufe 132,
wo sie teilweise die Raumladung neutralisieren, die den Fluss der
Sekundärelektronen
zu dem Energieaustauschbereich der slow wave Struktur blockierte.
Da das elektrische Feld des Kollektors 100 von dem Vorspannungselement 102 mit
dessen heruntergesetzter Spannung V2 erzeugt
wird, wird jedes Feld nicht durch das Vorhandensein der positiven
Ionen vermindert.In addition to the larger size, the conventional collector has 130 an operating problem. During operation of the TWT 20 from 1 positive ions accumulate in the energy exchange region of the slow wave structure 24 due to the attraction of the space charge of the electron beam 52 , These ions are then accelerated in the collector stage 132 where they partially neutralize the space charge that blocked the flow of secondary electrons to the energy exchange region of the slow wave structure. As the electric field of the collector 100 from the biasing element 102 is generated with its lowered voltage V 2 , each field is not reduced by the presence of the positive ions.
Wenn
die positiven Ionen der slow wave Struktur in einem Kollektor beschleunigt
werden, fließen
sie entlang der Kollektorachse und erzeugen einen axial angeordneten
Erosionsgraben, wo sie mit der Kollektorwand kollidieren. Vorzugsweise
sind die Vorspannungselemente der Erfindung konfiguriert, um einen
Ionenschaden an dem Elektronenakkumulator zu verhindern. Dementsprechend
zeigt 6C einen Kollektor 140,
dessen Vorspannungselement 142 einen ringförmigen Elektronenakkumulator 144 und
eine ringförmige
Basis 146 besitzt. Die übrigen Abschnitte
des Kollektors entsprechen denen des Kollektors 100 von 4, wobei gleiche Elemente mit
gleichen Bezugszeichen gekennzeich net sind. Der ringförmige Elektronenakkumulator 144,
die ringförmige
Basis 146 und der ringförmige
Kollektorrand 108 sind in einem koaxialen Verhältnis angeordnet, so
dass die Ionen von der slow wave Schaltung durch den Elektronenakkumulator 144 und
die ringförmige Basis 146.When the positive ions of the slow wave structure are accelerated in a collector, they flow along the collector axis creating an axially located erosion trench where they collide with the collector wall. Preferably, the biasing elements of the invention are configured to prevent ion damage to the electron accumulator. Accordingly shows 6C a collector 140 , its biasing element 142 an annular electron accumulator 144 and an annular base 146 has. The remaining sections of the collector correspond to those of the collector 100 from 4 , wherein like elements with the same reference numerals gekennzeich net. The annular electron accumulator 144 , the annular base 146 and the annular collector edge 108 are arranged in a coaxial relationship, so that the ions from the slow wave circuit through the electron accumulator 144 and the annular base 146 ,
Steuern der
herabgesetzten Spannung durch ElementplatzierungTaxes the
reduced voltage due to element placement
7A zeigt einen Kollektor 150,
der ähnlich zu
dem Kollektor 100 von 4 ist,
wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
sind. In dem Kollektor 150 ist jedoch das Vorspannungselement 102 ersetzt
durch ein ringförmiges
Vorspannungselement 152. Das Vorspannungselement 152 besitzt
einen ringförmigen
Elektronenakkumulator 154, der mit dem Kollektorrand 108 über eine
ringförmige
Basis 156 gekoppelt ist und sich radial nach innen von
dem Rand 108 erstreckt. Eine Draufsicht des Elektronenakkumulators 154 ist
in 7B gezeigt. 7A shows a collector 150 , which is similar to the collector 100 from 4 is, wherein like elements are identified by the same reference numerals. In the collector 150 however, is the biasing element 102 replaced by an annular biasing element 152 , The biasing element 152 has an annular electron accumulator 154 that with the collector edge 108 over an annular base 156 is coupled and extending radially inward from the edge 108 extends. A top view of the electron accumulator 154 is in 7B shown.
Wie
zuvor ausgeführt
besitzen die Elektronen des Elektronenstrahls 52 eine radiale
Spreizung der Energien. In 7A tendieren
deshalb die Elektronen 157 dazu, eine größere Energie
als die Elektronen 158 zu haben, die wiederum eine größere Energie
als die Elektronen 159 besitzen. Der Elektronenakkumulator 154 wird
eine heruntergesetzte Spannung V3 erreichen,
da er einen Teil der Elektronen des Elektronenstrahls auffängt, und
die Heruntersetzung von V3 wird sich der
Energie der einfallenden Elektronen annähern. Somit wird die Heruntersetzung
von V3 ansteigen, wenn der Elektronenakkumulator 154 mehr
an der Kollektorachse 110 positioniert wird und wenn er
weiter weg von der Kollektoröffnung 111 positioniert
wird. Selbstverständ lich
kann der Wert von V3 auch durch die eintreffende
Elektronenenergie heruntergesetzt werden, indem der Leckwiderstand
Rleak der ringförmigen Basis 156 reduziert wird
(entsprechend der Gleichung (1)). Die heruntergesetzte Spannung
V3 des Elektronenakkumulators 152 wird
ein elektrisches Feld erzeugen, das symmetrisch um die Kollektorachse 110 ist
und das den Fluss von Sekundärelektronen
von der Kollektoröffnung 111 blockiert.As previously stated, the electrons of the electron beam 52 a radial spread of energies. In 7A Therefore, the electrons tend 157 to, a greater energy than the electrons 158 which in turn has a greater energy than the electrons 159 have. The electron accumulator 154 will reach a lowered voltage V 3 since it will capture some of the electron beam's electrons and the decay of V 3 will approach the energy of the incident electrons. Thus, the decrement of V 3 will increase as the electron accumulator 154 more at the collector axis 110 is positioned and if he is further away from the collector opening 111 is positioned. Of course, the value of V 3 can also be lowered by the incoming electron energy by the leakage resistance R leak of the annular base 156 is reduced (according to the equation (1)). The lowered voltage V 3 of the electron accumulator 152 will generate an electric field that is symmetrical about the collector axis 110 is and that the flow of secondary electrons from the collector opening 111 blocked.
7C zeigt einen anderen Elektronenakkumulator 164,
der ähnlich
zu dem Elektronenakkumulator 154 ist, aber auch ein Paar
von Stichleitungen 166 besitzt, die sich radial nach innen
erstrecken. Die herabgesetzte Spannung des Elektronenakkumulators 164 kann
erhöht
werden, indem die Länge
der Stichleitungen 166 erhöht wird, so dass sie Elektronen
mit höherer
Energie auffangen. Die Anzahl von Stichleitungen kann ausgewählt werden
und/oder kreisförmig
positioniert werden, um ebenfalls ein radial unsymmetrisches Feld
zu erzeugen, das eingesetzt werden kann, um die Elektronen weg von
der Kollektorachse 110 zu bringen. 7C shows another electron accumulator 164 , which is similar to the electron accumulator 154 is, but also a pair of stubs 166 has, which extend radially inward. The lowered voltage of the electron accumulator 164 can be increased by changing the length of the stubs 166 is increased so that they catch higher energy electrons. The number of stubs may be selected and / or positioned in a circle to also create a radially asymmetric field that may be used to move the electrons away from the collector axis 110 bring to.
Steuerung
der Elektronenbahnen in einer End-Kollektorstufecontrol
the electron orbits in an end-collector stage
8A zeigt einen herkömmlichen
Kollektor 180, der eine ringförmige Kollektorstufe 182 und
eine tassenförmige
Kollektorstufe 184 besitzt. Die Kollektorstufe 184 umfasst
einen ringförmigen
Rand 186, der sich axial von einem Boden 188 erstreckt
und eine Öffnung 190 bildet.
Der Kollektor 180 weist ebenfalls eine Sonde 192 auf,
die sich in die Kollektorstufe 184 durch ein Loch 194 in
dem Boden 188 erstreckt. Eine weit herabgesetzte Spannung
(weiter herabgesetzt als die Spannung der Kollektorstufe 184)
wird an die Sonde 192 angelegt, typischerweise von der
Kathodenenergieversorgung 74 von 3. Die Spannung erzeugt ein elektrisches
Feld, das durch Äquipotenziallinien 196 gekennzeichnet
ist. 8A shows a conventional collector 180 , which is an annular collector stage 182 and a cup-shaped collector stage 184 has. The collector stage 184 includes an annular rim 186 that is axially from a ground 188 extends and an opening 190 forms. The collector 180 also has a probe 192 on that are in the collector stage 184 through a hole 194 in the ground 188 extends. A far lowered voltage (further lowered than the voltage of the collector stage 184 ) gets to the probe 192 applied, typically from the cathode power supply 74 from 3 , The voltage creates an electric field through equipotential lines 196 is marked.
Das
elektrische Feld der Sonde 192 erzeugt eine radiale Kraft,
die Elektronen von dem Elektronenstrahl 52 radial nach
außen
richtet, so dass sie innerhalb eines kurzen axialen Abstands gesammelt werden.
Dies ermöglicht
eine Kürzung
der Kollektorstufe 184, was deren Größe und Gewicht reduziert. Das
elektrische Feld der Sonde 192 blockiert ebenfalls den
Sekundärelektronenfluss
zurück
zu der Öffnung 190.The electric field of the probe 192 generates a radial force, the electrons from the electron beam 52 directed radially outward so that they are collected within a short axial distance. This allows a reduction of the collector stage 184 which reduces their size and weight. The electric field of the probe 192 also blocks the secondary electron flow back to the opening 190 ,
Die
Sonde 192 fügt
eine weitere elektrische Verbindung (von einer Energieversorgung)
zu der Struktur einer Linearstrahl-Mikrowellenröhre hinzu. Zusätzlich stößt das elektrische
Feld die Elektronen 198 ab, die auf oder nahe der Kollektorachse
sind. Für
eine hohe Linearstrahl-Mikrowellenröhren-Effizienz sollten diese
Elektronen hoher Energie 198 von der stark heruntergesetzten
Kollektorstufe 184 aufgefangen werden. Auf Grund der Sonde 192 werden sie
abgelenkt und von der weniger heruntergesetzten Kollektorstufe 192 gesammelt.The probe 192 adds another electrical connection (from a power supply) to the structure of a linear beam microwave tube. In addition, the electric field pushes the electrons 198 which are on or near the collector axis. For high linear beam microwave tube efficiency, these electrons should be high energy 198 from the strongly lowered collector stage 184 be caught. Because of the probe 192 they are distracted and from the less lowered collector stage 192 collected.
Im
Gegensatz dazu zeigt 8B eine
effizientere Kollektorstufe 200, die die Funktionen der
Kollektorstufe 184 im Kollektor 180 von 8A ausführt und keine Verbindung mit
einer externen Vorspannungsspannung benötigt. Die Sonde 192 der
Kollektorstufe 184 wird ersetzt durch ein Paar von Vorspannungselementen 202 und 204.In contrast, shows 8B a more efficient collector stage 200 that the functions of the collector stage 184 in the collector 180 from 8A and does not require connection to an external bias voltage. The probe 192 the collector stage 184 is replaced by a pair of biasing elements 202 and 204 ,
Das
Vorspannungselement 202 hat einen ringförmigen Elektronenakkumulator 206,
der mit dem Kollektorboden 107 über eine ring förmige Basis 208 verbunden
ist. Das Vorspannungselement 204 hat einen Elektronenakkumulator 210,
der mit dem Kollektorboden 107 über eine Basis 212 verbunden ist.
Die Basis 212 ist ausgebildet, um die Position des Elektronenakkumulators 210 näher an die
Kollektoröffnung 111 zu
bringen als den Elektronenakkumulator 206. Die Leckwiderstände Rleak der Basen 208 und 212 werden
so eingestellt, dass die Spannung V5 des Elektronenakkumulators 206 stärker herabgesetzt
ist als die Spannung V4 des Elektronenakkumulators 210,
und beide sind stärker
heruntergesetzt als die Spannung V2 des
Kollektors 106.The biasing element 202 has an annular electron accumulator 206 , with the collector floor 107 over a ring-shaped base 208 connected is. The biasing element 204 has an electron accumulator 210 , with the collector floor 107 about a base 212 connected is. The base 212 is formed to the position of the electron accumulator 210 closer to the collector opening 111 to bring as the electron accumulator 206 , The leakage resistances R leak of the bases 208 and 212 are set so that the voltage V 5 of the electron accumulator 206 is more reduced than the voltage V 4 of the electron accumulator 210 , and both are lower than the voltage V 2 of the collector 106 ,
Im
Betrieb der Kollektorstufe 200 ist der Elektronenakkumulator 210 ausreichend
heruntergesetzt, um effizient die Elektronen 198 hoher
Energie und axial lokalisiert einzusammeln, aber ist nicht so weit heruntergesetzt,
dass sie zu den weiter heruntergesetzten Kollektorstufen abgestoßen werden.
Der höher
heruntergesetzte Elektronenakkumulator 212 lenkt die anderen
Strahlelektronen radial ab, so dass eine kurze Kollektorstufe in
dem herkömmlichen
Kollektor 180 von 8 erleichtert
wird.In operation of the collector stage 200 is the electron accumulator 210 sufficiently lowered to efficiently the electrons 198 high energy and axially localized, but is not so far down that they are repelled to the further lowered collector stages. The higher lowered electron accumulator 212 deflects the other beam electrons radially, so that a short collector stage in the conventional collector 180 from 8th is relieved.
Steuerung
der Elektronenbahnen mit Asymmetriencontrol
the electron orbits with asymmetries
9A zeigt typische elektrische
Feld-Äquipotenziallinien 220 in
dem Mehrstufenkollektor 32 von 3. Elektrische Feldvektoren an irgendeinem Punkt
innerhalb des Kollektors sind orthogonal zu den Äquipotenziallinien, und die
elektrische Kraft auf ein Elektron ist in entgegengesetzte Richtung
zu dem elektrischen Feld auf Grund der negativen Ladung des Elektrons.
Beispielhafte elektrische Kraftvektoren 222 und 224 sind
in zwei axialen Ebenen angegeben, wobei jeweils einer auf einer
Seite der Öffnung 226 der
letzten Stufe 64 ist. Die Äquipotenzialli nien 220 krümmen sich
typischerweise von der Öffnung 226 in
die Kollektorstufe 62 nach vorne, so dass die elektrischen
Kraftvektoren 222 an der Kollektorstufe 62 eine
radial nach außen
gerichtete Komponente besitzen. Somit werden Elektronen 227 in
einem bestimmten Energiebereich nach außen gerichtet und von der Kollektorstufe 62 gesammelt. 9A shows typical electric field equipotential lines 220 in the multi-stage collector 32 from 3 , Electric field vectors at any point within the collector are orthogonal to the equipotential lines, and the electrical force on an electron is in the opposite direction to the electric field due to the negative charge of the electron. Exemplary electric force vectors 222 and 224 are indicated in two axial planes, one on each side of the opening 226 the last stage 64 is. The equipotentials 220 typically curve from the opening 226 in the collector stage 62 forward, so that the electric force vectors 222 at the collector stage 62 have a radially outward component. Thus, electrons become 227 directed outwards in a certain energy range and from the collector stage 62 collected.
Allerdings
verursacht die Tassenform der Kollektorstufe 64 typischerweise,
dass die Äquipotenziallinien 220 von
der Öffnung 226 in
die Kollektorstufe 64 zurückgekrümmt sind, so dass die elektrischen
Kraftpfeile 224 eine radial nach innen gerichtete Komponente
besitzen. Jene Elektronen 228, deren Energie ausreicht,
um sie über
die Öffnung 226 hinwegzunehmen,
werden als Konsequenz häufig
gedreht und axial zurück
in die slow wave Struktur (24 in 1) zurückgeführt.However, the cup shape causes the collector stage 64 typically that the equipotential lines 220 from the opening 226 in the collector stage 64 are curved back, so the electric power arrows 224 have a radially inwardly directed component. Those electrons 228 whose energy is sufficient to get it over the opening 226 as a consequence are often rotated and returned axially to the slow wave structure ( 24 in 1 ) returned.
Eine
erste herkömmliche
Struktur, die dieses Problem angeht, ist der schräg verlaufende
Flügel 230,
der in 9B und 9C gezeigt ist. Der Flügel 230 geht
quer über
die Öffnung
der Eimerstufe 64, ist an der Vorderseite davon angebracht
und besitzt geneigte bzw. schräge
Flächen 232,
die radial nach außen
in 9B gerichtet sind.
Der Flügel 230 und
die Kollektorstufe 64 bilden einen Äquipotenzialbereich, der bei
der vorliegenden Stufe 62, die mit einer Differenzspannung
betrieben wird, von Äquipotenziallinien
umgeben ist, die mit Linien 233 und 235 in 9B bzw. 9C beispielhaft gegeben sind.A first conventional structure that addresses this problem is the sloping wing 230 who in 9B and 9C is shown. The wing 230 goes across the opening of the bucket 64 , is attached to the front of it and has sloping or sloping surfaces 232 which is radially outward in 9B are directed. The wing 230 and the collector stage 64 form an equipotential area at the present stage 62 , which is operated with a differential voltage, is surrounded by equipotential lines that are connected with lines 233 and 235 in 9B respectively. 9C are given by way of example.
Elektrische
Kraftvektoren 234 sind weg von den Flächen 232 in 9B gerichtet und elektrische Kraftvektoren 236 sind
weg von dem Flügel 230 in 9C gerichtet. Wenn der Flügel 230 in
dem Kollektor 32 von 9A eingebaut
ist, werden somit die Elektronen 228, die in der Nähe des Flügels 230 umgedreht
werden, oder den Nahbereich des Flügels 230 von der entgegengesetzten
Richtung queren, (von der Innenseite des Eimers 64 in Richtung
des Kollektoreingangs) radial nach außen gezwungen und nicht nach
innen, wie in 9A. Dies
erhöht
ihre Wahrscheinlichkeit, dass sie an den herabgesetzten Kollektorstufen 62 oder 60 gesammelt
werden, anstelle dass sie zurück
zu dem geerdeten Körper 70 gelangen.
(Einige wenige Elektronen durchqueren den Bereich der Eimeröffnung 226 von
der entgegengesetzten Richtung. Diese sind Sekundärelektronen hoher
Energie, die durch Primärelektronen
erzeugt werden, die auf die Kollektorfläche innerhalb des Eimers 64 auftreffen.
Sie gehen von dem kleinen Anteil der Sekundärelektronen aus, die Energien
besitzen, die sich der Energie der Hauptelektronen annähern. Auf
Grund ihrer hohen Energie werden sie nicht durch den Raumladungs-Heruntersetzungsbereich
in dem Eimer 64 blockiert.)Electric force vectors 234 are away from the surfaces 232 in 9B directed and electric force vectors 236 are away from the wing 230 in 9C directed. If the wing 230 in the collector 32 from 9A built-in, thus become the electrons 228 near the wing 230 be turned around, or the close range of the wing 230 from the opposite direction, (from the inside of the bucket 64 forced in the direction of the collector input) radially outward and not inwardly, as in 9A , This increases their likelihood that they are at the lowered collector stages 62 or 60 instead of being returned to the grounded body 70 reach. (Cross a few electrons the area of the bucket opening 226 from the opposite direction. These are high-energy secondary electrons generated by primary electrons that reach the collector surface inside the bucket 64 incident. They are based on the small fraction of secondary electrons that have energies that approximate the energy of the main electrons. Due to their high energy, they will not get through the space charge depletion area in the bucket 64 blocks.)
Eine
zweite herkömmliche
Struktur, die das Problem der Elektronen angeht, die entlang der
Achse zurückkehren,
ist eine schräge Öffnung.
Beispielsweise ist die führende
Kante der Öffnung 204 der
Anfangsstufe 60 schräg,
wie durch gestrichelte Linien 242 in 9A angegeben. Dies führt dazu, dass die Äquipotenziallinien
an dieser Stufe eine ähnliche
Neigung besitzen, die die axiale Symmetrie unterbricht und vorzugsweise
die Elektronen in Richtung einer Seite lenkt. Wenn die Neigung in
dieser Öffnung
der ersten herabgesetzten Stufe ist (beispielsweise Stufe 60 in 9A), besteht der Hauptzweck
darin, rückkehrende
Elektronen von dem Kollektor daran zu hindern, in den Interaktionsbereich
zu gelangen, um damit ihren Effekt auf die HF-Leistung zu minimieren. Wenn die Neigung
in der letzten Eimerstufe (beispielsweise Stufe 64 in 9A) ist, besteht deren Zweck
darin, zurückströmende Elektronen
an stärker herabgesetzten
Stufen zu sammeln sowie das Rückströmen zu dem
Körper 70 und
den Interaktionsbereich zu reduzieren.A second conventional structure addressing the problem of electrons returning along the axis is an oblique opening. For example, the leading edge of the opening 204 the initial stage 60 obliquely, as by dashed lines 242 in 9A specified. As a result, the equipotential lines at this stage have a similar slope which interrupts the axial symmetry, preferentially directing the electrons toward one side. If the slope in this opening is the first lowered step (for example, step 60 in 9A ), the main purpose is to prevent returning electrons from the collector from entering the interaction region, thereby minimizing their effect on RF performance. If the inclination in the last bucket stage (for example, level 64 in 9A ), their purpose is to collect back-flowing electrons at more reduced levels, as well as the return flow to the body 70 and reduce the interaction area.
Das
Einbauen eines schrägen
Flügels 230 kann
aus mechanischen und thermischen Gründen schwierig sein, da der
Flügel
dünn sein
sollte, um den Elektronenstrom zu minimieren, den er auffängt (jegliche
Sekundärelektronen,
die von dem Flügel
emittiert werden, werden an einer Spannung gesammelt, die weniger
herabgesetzt ist als die Spannung des Flügels).The installation of a sloping wing 230 can be difficult for mechanical and thermal reasons, as the vane should be thin to minimize the electron current it traps (any secondary electrons emitted from the vane are collected at a voltage less than the voltage of the vane) wing).
Geneigte Öffnungen
können
verhindern, dass einige Elektronen höherer Energie in eine Stufe gelangen,
da deren asymmetrisches elektrisches Feld sich nach vorne von der
Stufe erstreckt und diese Elektronen an einer weniger herabgesetzten
Stufe auf Grund der verfrühten
Ablenkung einsammelt. Sie werden am wirkungsvollsten mit Kollektoren
kleiner Öffnung
verwendet.Inclined openings
can
prevent some higher energy electrons from getting into a step,
because their asymmetric electric field is forward of the
Stage extends and these electrons at a less degraded
Level due to the premature
Collection distraction. They become most effective with collectors
small opening
used.
Im
Gegensatz zu diesen herkömmlichen Strukturen
zeigen 10A und 10B ein Vorspannungselement 252 in
einem Kollektor 250. Der Kollektor 250, der die
letzte Stufe in einem mehrstufigen Kollektor sein könnte, besitzt
eine tassenförmige
Kollektorstufe 253 mit einer Öffnung 254. Das Vorspannungselement 252 umfasst
einen halbkreisförmigen Elektronenakkumulator 256,
der mit einem Kollektorrand 258 über eine halbkreisförmige Basis 266 gekoppelt
ist. Die herabgesetzte Spannung, die sich an dem Elektronenakkumulator 256 entwickelt,
kann eingestellt werden über
a) Auswahl der radialen und axialen Position des Elektronenakkumulators 256 und
b) Auswahl des Leckwiderstands Rleak der
Basis 260.In contrast to these conventional structures show 10A and 10B a biasing element 252 in a collector 250 , The collector 250 , which could be the last stage in a multi-stage collector, has a cup-shaped collector stage 253 with an opening 254 , The biasing element 252 comprises a semicircular electron accumulator 256 standing with a collector edge 258 over a semicircular base 266 is coupled. The lowered voltage applied to the electron accumulator 256 can be adjusted via a) Selection of the radial and axial position of the electron accumulator 256 and b) selecting the leakage resistance R leak of the base 260 ,
Das
Vorspannungselement 252 arbeitet ähnlich zu der Öffnungsschräge, die
zuvor beschrieben wurde, lenkt die Elektronen vorzugsweise in Richtung
einer Seite ab, ist aber vielseitiger, da es axial bewegt werden
kann, was zur Verhinderung des Abstoßes von Elektronen an der Öffnung 254 erforderlich
ist. Der Elektronenakkumulator 256 kann auch radiale Stichleitungen
umfassen, wie die Stichleitungen 166 von 7C. Diese Stichleitungen können verwendet
werden, um das asymmetrische elektrische Feld des Vorspannungselements 52 weiter
zu formen und zu modifizieren, um ein Streuen der Elektronen weg
von der Nähe
der Kollektorachse zu unterstützen.The biasing element 252 operates similarly to the orifice slope described above, preferentially deflects the electrons toward one side, but is more versatile in that it can be moved axially, preventing the repulsion of electrons at the orifice 254 is required. The electron accumulator 256 may also include radial stubs, such as the stubs 166 from 7C , These stubs can be used to control the asymmetrical electric field of the biasing element 52 to further shape and modify to help scatter the electrons away from the vicinity of the collector axis.
Andere
asymmetrische elektrische Felder können durch achsversetzte Vorspannungselemente am
Boden der tassenförmigen
Kollektorstufen erzeugt werden. In 4 kann
beispielsweise ein anderes Vorspannungselement 102 auf
dem Kollektorboden 107 positioniert werden, aber von der
Kollektorachse 110 beabstandet.Other asymmetric electric fields may be generated by off-axis biasing elements at the bottom of the cup-shaped collector stages. In 4 For example, another biasing element 102 on the collector floor 107 be positioned, but from the collector axis 110 spaced.
Steuerung
der Elektronenbahnen mit einer elektrischen Linsecontrol
the electron orbits with an electric lens
11 zeigt einen Kollektor 270,
der eine ringförmige
Kollektorstufe 272 und eine tassenförmige Kollektorstufe 274 besitzt.
Die Kollektorstufe 274 besitzt einen Boden 276 und
einen ringförmigen Rand 278,
der sich axial von dem Boden erstreckt. Positioniert zwischen diesen
Stufen liegt ein ringförmiges
Vorspannungselement 282, das einen ringförmigen Elektronenakkumulator 284 besitzt.
Der Elektronenakkumulator ist mit den Kollektorstufen 272 und 274 über eine
ringförmige
Basis 286 gekoppelt. Die Spannung V7 der
Kollektorstufe 274 ist weiter heruntergesetzt als die Spannung
V6 der Kollektorstufe 272. Die Spannung
V8 des Elektronenakkumulators 284 ist
weiter heruntergesetzt als die der Kollektorstufe 274.
Dies wird erreicht durch geeignete Auswahl des Lochdurchmessers
des ringförmigen
Akkumulators 284, oder durch Benutzung von kurzen Auffangstichleitungen
auf dem Akkumulator 284 (ähnlich zu den Stichleitungen 166 in 7C), und/oder durch geeignete
Auswahl des Leckwiderstands Rleak der Basis 286. 11 shows a collector 270 , which is an annular collector stage 272 and a cup-shaped collector stage 274 has. The collector stage 274 owns a floor 276 and an annular rim 278 which extends axially from the ground. Positioned between these stages is an annular biasing element 282 , which is an annular electron accumulator 284 has. The electron accumulator is connected to the collector stages 272 and 274 over an annular base 286 coupled. The voltage V 7 of the collector stage 274 is further lowered than the voltage V 6 of the collector stage 272 , The voltage V 8 of the electron accumulator 284 is further down than the collector level 274 , This is achieved by suitable selection of the hole diameter of the annular accumulator 284 , or by using short collecting stubs on the accumulator 284 (similar to the stub lines 166 in 7C ), and / or by suitable selection of the leakage resistance R leak of the base 286 ,
Somit
bildet der ringförmige
Elektronenakkumulator 284 ein heruntergesetztes ringförmiges Element
zwischen einem Paar von weniger heruntergesetzten ringförmigen Elementen
(die Kollektorstufe 272 und der Kollektorrand 278).
Dies ist die Struktur einer elektrischen Linse. Es ist gut bekannt,
dass eine elektrische Linse radial konvergierende Kräfte auf
Elektronen ausübt
(beispielsweise "Theory
and Design of Electron Beams",
Pierce, J. R., D. Van Nostrand Company, New York, 1954, Seiten 73–75). Diese
konvergierenden Kräfte
unterstützen
die Reduzierung der Strahlspreizung in dem Kollektor, ermöglichen
Kollektordesigns mit kleineren radialen Abmessungen mit einer geringeren
Wahrscheinlichkeit eines Rückstroms
(auf Grund der kleineren Öffnungsgrößen in Relation
zu den axialen Längen).
Oder im Falle von Umkehrelektronen des Typs, der durch die Elektronenbahn 228 in 9A dargestellt ist, können stärkere radial
nach innen gerichtete Kräfte
die Elektronen zum Kreuzen der Achse 290 in 11 lenken, um an einer weit
entfernten Seite der Elektrodenoberfläche gesammelt zu werden anstelle
eines Rückstroms
innerhalb des Gebiets um die Achse, wie in 9A.Thus, the annular electron accumulator forms 284 a lowered annular element between a pair of less stepped down annular elements (the collector stage 272 and the collector edge 278 ). This is the structure an electric lens. It is well known that an electric lens exerts radially converging forces on electrons (for example, "Theory and Design of Electron Beams", Pierce, JR, D. Van Nostrand Company, New York, 1954, pages 73-75). These converging forces help reduce beam spread in the collector, allowing collector designs with smaller radial dimensions with less likelihood of backflow (due to the smaller aperture sizes relative to the axial lengths). Or in the case of reverse electrons of the type, by the electron orbit 228 in 9A For example, stronger radially inward forces may cause the electrons to cross the axis 290 in 11 in order to be collected on a far side of the electrode surface instead of a backflow within the area around the axis, as in FIG 9A ,
Da
sie nicht die Erzeugung und Anwendung von externen herabgesetzten
Spannungen erfordern und da sie in kleine axiale Räume eingebracht
werden können,
sind Vorspannungselemente besonders zur Realisierung elektrischer
Linseneffekte in Linearstrahl-Mikrowellenröhrenkollektoren
geeignet. Die radial konvergierenden Kräfte dieser Linsen können ebenfalls
zum Blockieren des Sekundärelektronenstroms
in der Mikrowellenstruktur (24 in 1) benutzt werden.Since they do not require the generation and application of external attenuated voltages, and since they can be introduced into small axial spaces, biasing elements are particularly suitable for realizing electrical lens effects in linear beam microwave tube collectors. The radially converging forces of these lenses can also be used to block the secondary electron current in the microwave structure ( 24 in 1 ) to be used.
Während verschiedene
beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, sind vielfältige Variationen
und alternative Ausführungsformen
für den
Fachmann bekannt. Solche Variationen und alternative Ausführungsformen
sind vorstellbar und können
ohne Verlassen des Geistes und des Umfangs der Erfindung, wie sie
in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist, ausgeführt
werden.While different
exemplary embodiments
The invention has been shown and described in numerous variations
and alternative embodiments
for the
Specialist known. Such variations and alternative embodiments
are imaginable and can
without leaving the spirit and scope of the invention as they do
in the attached
claims
is defined, executed
become.