DE748907C - Mit Geschwindigkeitssteuerung arbeitende Entladungsanordnung fuer ultrakurze Wellen - Google Patents

Description

• Mit Geschwindigkeitssteuerung arbeitende Entladungsanordnung für ultrakurze Wellen Es sind verschiedene Anordnungen zur Verstärkung und Erzeugung von Mikrowellen bekanntgeworden, welche alle bisher benutzten Anordnungen an Wirksamkeit übertreffen. Diese Anordnungen beruhen darauf, daß eine an sich kontinuierliche Elektronenströmung beim Durchgang durch eine, unter Ultrahochfrequenzspannung stehende Blende oder durch eine ultrahochfrequente Feld- oder Doppelschicht geschwindigkeitsmoduliert wird und daß sich diese Geschwindigkeitsmodulation auf Grund von Laufzeitkompression in einem anschließenden feldfreien Raum, dem sogenannten Kompressionsraum, in eine Dichte modulation umsetzt. Bei der Laufzeitkompression holen die mit größerer Geschwindigkeit aus dem Modulationsfeld austretenden Elektronen die vor ihnen mit geringerer Geschwindigkeit gestarteten Elektronen allmählich ein oder aufeinanderfolgende Elektronen vergrößern ihre zeitlichen und räumlichen Abstände und es bilden sich Kompressionsun:d Verdünnungswellen der Raumladung aus. Die in diesen Raumladungsverdünnungen und -Verdichtungen enthaltene Wechselenergie kann nutzbar gemacht werden, indem man den intensitätsgesteuerten Strahl auf einer Prallanode abfängt und den auf diese übergehenden Leitungsstrom über einen geeigneten -Nutzwiderstand, am besten natürlich über einen Resonanzkreis, leitet oder indem man den Strahl eine Auskoppelelektrode oder eine Feld-oder Doppelschicht passieren und seine Ultrahochfrequenzenergie durch Imfluenzwirkung an den Nutzwiderstand abgeben läßt.
• Eine Verbesserung von Elektronenentladungsanordnungen für ultrakurze Wellen, bei der eine geschwindigkeitsmodulierte Elektronenströmung durch Phasenfokussierung in einem Kompressionsraum in der Flugrichtung der Elektronen in eine dichtemodulierte Strömung umgesetzt wird, wird gemäß Erfindung dadurch erzielt, daß die den Kompressionsraum begrenzenden Elektroden G.. G3 verschiedene Gleichpotentiale haben. Durch diese Maßnahme wird ein neuer Betriebsparameter geschaffen, welcher nicht nur den mit einer gegebenen Röhre überstreichbaren Frequenzbereich zu erweitern erlaubt, sondern außerdem in bestimmten Fällen eine Verbesserung des Wirkungsgrades bewirkt.
• Um die gekennzeichnete Anordnung zunächst an Hand eines möglichst einfachen Beispiels genauer zu erläutern, wird die älteste und einfachste Triftröhre, nämlich die bekannte Heilsche Zweifeldanordnung betrachtet. Während die Phasenfolcussierung ursprünglich in einem vollständig feldfreien und als Faraday-Käfig wirkenden Zylinder stattfinden soll, wird nunmehr in diesem Zylinder ein Gleichspannungsfeld erzeugt, das je nach den Potentialen an den Elektroden der Elektronenströmung entgegen oder in ihrer Richtung wirkt. Abb. r stellt ein einfaches praktisches Ausführungsbeispiel dar. Z ist der den Kompressionsraum bildende Hohlzylinder, der zweckmäßig auf beiden Seiten durch die Gitter G, und G3 begrenzt wird. Zwischen diesen gegenüberstehenden Gittern. G1 und G4 entsteht das Modulations- oder Steuerfeld C' und auf der anderen Seite das eigentliche Arbeitsfeld C". Der Zylinder steht unter Ultrahochfrequenzspannung, welche durch Influenzstromerregung im Nutzkreis N induziert wird. Der Elektronenstrom geht von einer Kathode h: aus.
• Um das erfindungsgemäße Längsfeld innerhalb des Zylinders zu erzeugen, ist dieser in zwei Hälften unterteilt, die durch eine aus den beiden Flanschen F' und F" und der isolierenden Zwischenlage s gebildete Kapazität hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen sind. Gleichspannungsmäßig sind die beiden Hälften durch diese Kapazität jedoch getrennt, so daß ihnen einmal über den Nutzkreis N und das andere Mal über die Drosselspule D verschiedene Potentiale aufgedrückt werden können. Ist die über die Drosselspule zugeführte Spannung der zweiten: Hälfte des Zylinders höher als die an der ersten Hälfte liegende Anodenspannung, so findet im Kompressionsraum eine zusätzliche Beschleunigung statt, während bei niedrigerer Spannung an der Drosselspule eine Kompressionsverzögerung stattfindet.
• Bezeichnet man. mit P die Winkellänge des Kompressionsraumes wenn co die Kreisfrequenz des Schwingkreises N, d die geometrische Länge des Kompressionsraumes und v die Strahlgeschwindigkeit bedeutet, so wird die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von P bei einer bestimmten Aussteuerung und bei dem ursprünglich feldfreien Kompressionsraum durch die gestrichelte Kurve in Abb. 2 wiedergegeben. Werden in dem Kompressionsrauen die Elektronen in der angegebenen Weise beschleunigt oder verzögert, so folgt der Wirkungsgrad den beiden ausgezogenen Kurven. Abgesehen von der Änderung der optimalen Winkellänge P geht aus dieser Darstellung ",deutlich hervor, daß die Kompressionsverzö -gerung eine merkliche Verbesserung des erreichbaren Nutzeffektes zur Folge hat. Gibt man außerdem dem Gitter G4 dieselbe Spannung, die man dem Gitter G3 über die Drossel D und die äußere Hälfte des Kompressionszylinders zuführt, so. wird der Strahl bei seinem Austritt aus der ganzen Anordnung durch G4 im ganzen verzögert und die thermischen Verluste beim schließlichen Abfangen des Strahls an der Auffangelektrode F verringern sich, was wiederum dem Wirkungsgrad zugute kommt.
• Natürlich läßt sich die Kompressionsbeschleunigung und -verzögerung bei sämtlichen Geräten mit Laufzeitkompression einführen. Als weiteres Beispiel dieser Art zeigt die Abb. 3 eine Weiterbildung der Heilschen Zweifeldanordnung mit Phasenumkehr des Arbeitsfeldes. Abweichend von Abb. r führen die beiden Gitter G. und G3 gegenphasige Wechselspannung, zu welchem Zweck der Nutzkreis .N zwischen sie gelegt ist. Dieser selbst ist wieder ähnlich wie vorher der Zylinder Z gleichspannungsmäßig durch die Kapazität Cunterteilt und die beiden Gitter G2, G3 werden über die beiden Hälften des Nutz-Kreises an verschiedene Gleichspannungen gelegt.
• Die Abt). q. zeigt schließlich den schematischen Aufbau eines Klystrons mit Kompressionsbeschleunigung oder -verzögergng. Abweichend von den bisher bekannten Klystrenanordnungen führt das Arbeitssystem A nicht dieselbe Ruhespannung wie das Steuersystem S, sondern kann je nach Wunsch auf ein höheres oder niedrigeres Ruhepotential gelegt werden, so daß zwischen S und A, d.11. im eigentlichen Kompressionsraum, das erfindungsgemäße Beschleunigungs- oder Bremsfeld entsteht. Praktisch wirkt sich die Koinpressionsverzögerung nicht nur in einer Verkürzung der optimalen Winkellänge des Kompressionsraums aus, die bei kleinen Aussteuerungen sonst praktisch untragbar wird, sondern sie verbessert vor allen. Dingen den Wirkungsgrad des Klystrons als Frequenzvervielfacher.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Eiektronenentladungsanordnung für ultrakurze Wellen, bei der eine geschwindigkeitsmodulierte Elektronenströmung durch Phasenfokussierung in einem KompTessionsraum in der Flugrichtung der Elektronen in eine dichtemodulierte Strömung umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kompressionsraum begrenzenden Elektroden (G2, G3) verschiedene Gleichpotentiale haben.
2. 2. Entladungsanordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die der Auffangelektrode (F) nähere Elektrode das niedrigere Gleichpotential hat.
3. 3. Entladungsanordnung nach An: spruch T, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum aus einem galvanisch in zwei Hälften der Quere nach unterteilten Metallzylinder (Z) besteht, dessen Hälften verschiedene Gleichpotentiale haben, aber für die Hochfrequenz kapazitiv kurzgeschlossen sind:.
4. Entladungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderenden durch Gitter (G2, G.9) abgeschlossen sind.
5. 5. Entladungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spannungszuleitung zur- kathodenseitigen Hälfte ein Resonanzkreis (N) eingeschaltet ist.
6. 6. Entladungsanordnung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, d.aß der Kompressionsraum durch zwei Gitter oder Blenden (G2, G3) begrenzt ist, die durch einen Resonanzkreis mit durch einen Kondensator unterteilter Induktivität verbunden sind. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: französische Patentschriften. . Nr. 785 663, , 84o676.