DE750496C

DE750496C - Time-of-flight tube with speed-modulated electron beam

Info

Publication number: DE750496C
Application number: DER107897D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Rer Nat Reusse
Priority date: 1940-07-04
Filing date: 1940-07-04
Publication date: 1945-01-15

Description

Laufzeitröhre mit geschwindigkeitsmoduliertem Elektronenstrahl Die in neuerer Zeit unter verschiedenen Bezeichnungen bekanntgewordenen Röhren zur Verstärkung oder Erzeugung von ultrakurzen Wellen im Zentimeter- und Dezimeterwellengebiet haben bekanntlich das folgende physikalische Prinzip zur Grundlage: Ein fokussierter Kathodenstrahl oder auch ein Parallelstrahlbündel von Elektronen wird durch ein longitudinales Hochfrequenzfeld bezüglich seiner Geschwindigkeit moduliert. Nach erfolgter Modulation durchläuft der Strahl eine bestimmte Wegstrecke, die Triftstrecke, deren Länge der Treffweite der Elektronen entspricht. Theoretisch sowohl tvie auch experimentell hat sich ergeben, 4ß die Geschwindigkeits- (Phasen-) Modulation des Kathodenstrahlbündels sich nach dem Zurücklegen dieser Strecke in eine entsprechende Intensitätsmodulation umgewandelt hat. An dieser Stelle wird nun der modulierte Kathodenstrahl derart an einem auf Resonanz eingestellten Schwingkreis - vorbeigeführt, daß dieser zu einer möglichst intensiven Resonanzschwingung angeregt wird.Time-of-flight tube with velocity-modulated electron beam Die More recently, tubes for reinforcement that have become known under various names or generation of ultra-short waves in the centimeter and decimeter wave range As is well known, the following physical principle forms the basis: A focused cathode ray or a parallel beam of electrons is passed through a longitudinal High-frequency field modulated with respect to its speed. After modulation has taken place if the beam traverses a certain distance, the drift path, the length of which is the The impact distance of the electrons. In theory, both tvie and experimental it has been found 4 [3] the speed (phase) modulation of the cathode ray beam after covering this distance in a corresponding intensity modulation has converted. At this point the modulated cathode ray is now like this at an oscillating circuit set to resonance - bypassed that this to a resonance oscillation that is as intense as possible is excited.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die für dieses Frequenzgebiet am besten geeigneten Schwingkreise die sog. Hohlraumresonatoren sind. Es handelt sich dabei um vollkommen geschlossene, geeignet geformte, im wesentlichen axialsymmetrische Hohlkörper mit elektrisch leitenden Wänden. An einer Stelle besitzt die Wandung einen Schlitz, an dem der modulierte Kathodenstrahl vorbeigeführt wird. Durch Influenz werden die Ränder des Schlitzes elektrisch erregt, so daß sich in dem Innenraum des Hohlkörpers elektrische Schtvingungen ausbilden. Die entstandene Schwingung wird durch eine Schleife ausgekoppelt und einem Verbraucher zugeführt.It has also been shown that the best for this frequency range suitable resonant circuits are the so-called cavity resonators. These are around completely closed, suitably shaped, essentially axially symmetrical Hollow body with electrically conductive walls. At one point the wall has a slot through which the modulated cathode ray is guided. By influence the edges of the slot are electrically energized, so that in the interior of the hollow body electrical Form vibrations. The resulting Vibration is decoupled through a loop and fed to a consumer.

Abb. i und :2 zeigen Beispiele in schematischer Darstellung. Beide Körper sind zylindersymmetrisch mit dem Kathodenstrahl i als Symmetrieachse. 2 ist der eigentliche schwingungsfähige Hohlraum. 3 ist die Schleife zur Auskopplüng der Hochfrequenzenergie.Fig. I and: 2 show examples in schematic representation. Both Bodies are cylindrically symmetrical with the cathode ray i as the axis of symmetry. 2 is the actual vibratory cavity. 3 is the loop for Auskopplüng the Radio frequency energy.

Derartige Hohlraumresonatoren können sowohl zur Geschwindigkeitsmodulation des Kathodenstrahles benutzt werden als auch zur Äuskopplung der iin Kathodenstrahl nach durchlaufener Triftstrecke enthaltenen Hochfrequenzenergie. Durch Rückkopplung der Schwingung des zweiten Resonators auf den ersten (den 2vIo(lulator) erhält man einen Generator.Such cavity resonators can be used both for speed modulation of the cathode ray can be used as well as for coupling out the iin cathode ray high-frequency energy contained after the drift path has been traversed. Through feedback the oscillation of the second resonator on the first (the 2vIo (lulator) is obtained a generator.

unabhängig nun von den beiden Arten des Einsatzes des Resonators kann man die folgenden Tatsachen feststellen: i. Die auf Influenz- oder Feldkräften beruhende Wechselwirkung zwischen dem Strahl und der meist schlitzförmigen Öffnung des Resonators ist um so intensiver, je dichter die im Strahl vereinigte Ladung an der genannten öffnung vorbeigeführt wird.can now regardless of the two types of use of the resonator one can find the following facts: i. The one based on influence or field forces Interaction between the beam and the mostly slot-shaped opening of the resonator is the more intense, the closer the charge combined in the beam to the one mentioned opening is passed.

Wie Versuche gezeigt haben, ist die Ladungsdichte in einem Kathodenstrahlbündel über dessen Querschnitt nicht gleichmäßig verteilt. Sie liat vielmehr nach Abb.3 ihr Maximum in der Mitte, während die Ladung nach den Rändern hin abnimmt.As tests have shown, the charge density in a cathode ray beam is not evenly distributed over its cross-section. Rather, it is based on Figure 3 its maximum in the middle, while the charge decreases towards the edges.

Führt man nun ein solches Kathodenstrahlbündel an dem Schlitz eines Hohlraumes vor bei, dann wird im w=esentlichen nur der den kleinsten Teil der Ladungsmenge enthaltende Randteil des Strahles hochfrequenzinäßig wirksam ausgewertet. Es kommt noch hinzu, i daß der Strahlquerschnitt (i <->- 2 in Abb. ,3) wegen der erforderlichen hohen Stromstärke im Strahl nicht beliebig klein gemacht werden kann und daß ferner häufig, z. B. im Fall' der Abb. i, auch der Schlitzumfang nicht beliebig klein gemacht werden kann.If you now guide such a cathode ray beam at the slot of a When there is a cavity, only the smallest part of the amount of charge becomes essentially containing edge part of the beam evaluated in terms of high frequency. It is coming I also add that the beam cross-section (i <-> - 2 in Fig. 3) because of the required high current intensity in the beam can not be made arbitrarily small and that further often, e.g. B. in the case of Fig. I, the slot circumference is not made arbitrarily small can be.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, den Kathodenstrahl rohrförmig auszubilden, so daß der Hauptteil der elektrischen Ladung in der Rohrwand vereinigt ist, während im mittleren Teil des rohrförmigen Strahles, d. h. in der Umgebung seiner Achse, keine Elektronen vorhanden sind, und den Querschnitt des Strahles dem Umfang des für die Wechselwirkung zwischen Strahl und Hohlraumresonator maßgebenden Gebietes (Hohlraumschlitzes) anzupassen (Abb. .4). Die Ladungsverteilung im Strahl hat in diesem Fall ihren Schwrerpunlct auf dem Unifang des Strahles und wird so in einer möglichst geringen Entfernung an den Stellen -vorbeigeführt, die für die Wechselwirkung zwischen Strahl und Resonator maßgebend sind, ohne daß im Strahlkern als unnötiger Bällast eine hohe Stromdichte mitgeführt wird, deren Hochfrequenzenergie nur sehr unökonomisch ausgewertet wird.In order to remedy this disadvantage, according to the present invention proposed to design the cathode ray tubular, so that the main part of the electric charge is combined in the pipe wall, while in the middle part of the tubular jet, d. H. in the vicinity of its axis, no electrons are present are, and the cross-section of the beam the circumference of the interaction between To adapt the beam and cavity resonator to the relevant area (cavity slot) (Fig. 4). In this case, the charge distribution in the beam has its center of gravity on the unifang of the beam and is so at the smallest possible distance at the points -passed, which for the interaction between beam and resonator are decisive, without a high current density in the beam core as an unnecessary ball load is carried, the high-frequency energy of which is only evaluated very uneconomically.

Da der Resonatorschlitz in den meisten Fällen kreiszylindrisch ausgebildet ist, wird auch der Schlauchumfang meist diese Form haben müssen. Bei anderer Form des Resorätorschlitzes muß sich der Schlauchumfang dieser Form anpassen.Since the resonator slot is designed in most cases as a circular cylinder is, the hose circumference will usually have to have this shape. With a different shape of the Resorätorschlitzes the hose circumference must adapt to this shape.

Ein schlauchförmiges Kathodenstralilbündel kann z. B. mittels einer ringförmig pastierten Emissionsfläche erzeugt werden. Die von ihr startenden Elektronen «-erden in einem geeigneten elektronenoptischen System derart erfaßt, daß sie in schlauchförmiger Verteilung durch das gesamte System hindurchgehen.A tubular Kathodenstralilbündel can z. B. by means of a ring-shaped pasted emission surface are generated. The electrons starting from it «-Earth in a suitable electron-optical system in such a way that they are in tubular distribution through the entire system.

Abb. 5 zeigt als Beispiel den Gesamtaufbau einer Röhre. Darin ist i die Röhrenwand, 2 die Glühkathode, deren Stirnfläche am Fand 3 pastiert ist. q. ist eine Fokussierungs-und Intensitätssteuerelektrode, z. B. ein We-lineltzylinder. 5 und 6 sind zwei Resonanzkörper mit ihren Koppelschleifen 7 und B. Die Auffangelektrode 9 dient zur Aufnahme des Elektronenstromes, sie kann auch mit dem Resonator 6 zu einem einzigen Körper vereinigt sein. Um die Ausbildung der s(-lilaucliförmigen Strahlstruktur zu begünstigen, befindet sich vor dem nichtpastierten Teil der Glühkathodenstirnfläche eine Scheibe ic-, die als Teil der Elektrode 4. auch auf deren Potential liegt. Die Fokussierung-des Kathodenstrahlbündels kann entw=eder durch die vorhandenen Elektroden oder auch mittels einer zusätzlichen koaxialen Magnetspule vorgenommen werden.Fig. 5 shows the overall structure of a tube as an example. In it is i the tube wall, 2 the hot cathode, the end face of which is pasted on the base 3. q. is a focus and intensity control electrode, e.g. B. a We-linelt cylinder. 5 and 6 are two resonance bodies with their coupling loops 7 and B. The collecting electrode 9 is used to absorb the electron flow; it can also be connected to the resonator 6 be united in a single body. To the formation of the s (lilac-shaped To favor beam structure is located in front of the non-pasted part of the hot cathode face a disk ic- which, as part of the electrode 4. is also at its potential. The focusing of the cathode ray beam can either be through the existing Electrodes or made by means of an additional coaxial magnet coil will.

Abb.6 zeigt eine Kathode, die der in :lbb. 5 dargestellten insofern überlegen ist, alii, nur die Fläche beheizt ist, die auch als Emissionsträger dient, so daß die Ökonomie der Kathode besser ist. Dabei ist i die mit Paste versehene Emissionsfläche als Teil des eigentlichen Kathodenkörpers 2. Die Heiz-@,-endel ist mit 3 bezeichnet, die Hauptemissionsrichtung durch die Pfeile .I.Fig.6 shows a cathode that is the one in: lbb. 5 shown in this respect is superior, alii, only the area is heated that also serves as an emission carrier, so that the economy of the cathode is better. I is the one with paste Emission area as part of the actual cathode body 2. The heating coil is denoted by 3, the main direction of emission by the arrows .I.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Time tube with speed modulated Cathode ray and one or more interacting with this ray Cavity resonators, characterized in that the cathode ray is tubular Has cross-section, so that the main part of the electrical charge in the pipe wall is united, while in the central part of the tubular jet, d. H. in the Environment of his Axis, no electrons are present and that the cross-section of the beam is the circumference of the interaction between beam and cavity resonator relevant area (cavity slot) is adapted. z. Time-of-flight tube according to claim t ,, characterized in that the tubular cathode ray is generated with the aid of a cathode, the emission surface of which is designed as an annular surface is. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the granting procedure no pamphlets have been considered.