DE840123C - Elektronenentladungsvorrichtung mit Hohlraumresonator, in der ein einzelner Resonator verwendet wird - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektronenentladungsvorrichtungen mit Hohlraumresonatoren, und zwar ausschließlich derjenigen Art, welche außer dem Resonator ein reflektierendes Elektrodensystem aufweist, das geeignet ist, den Elektronenstrahl, nachdem dieser durch den Resonator gelangt ist, zurück in den Resonator zu reflektieren, so daß die Vorrichtung als Schwingungsgenerator wirken kann.

Bei solchen Vorrichtungen wird der Resonator, ίο welcher Toroid oder eine andere geeignete Form, wie sie bisher vorgeschlagen wurde, besitzen kann, gewöhnlich auf einem positiven Potential von ungefähr iooo bis 2000 V gegenüber der Kathode gehalten. Die Elektronen werden infolge des Feldes reflektiert, welches durch das reflektierende Elektrodensystem errichtet wird, welches gewöhnlich eine einzelne reflektierende Elektrode aufweist, die auf einem negativen Potential von einigen hundert Volt oder mehr gegenüber der Kathode gehalten wird. Der Strahl wird durch die Öffnungen in dem Resonator reflektiert, ohne auf die reflektierende Elektrode zu stoßen, und in dem Raum zwischen dem Resonator und der reflektierenden Elektrode wird die Geschwindigkeitsmodulation, welche dem Strahl beim Hindurchtreten durch den Resonator »5 erteilt wird, in Ladungsdichtemodulation verwandelt. Bei dieser Art von Vorrichtungen sind im allgemeinen zwei Bedingungen zu erfüllen. Erstens

muß die Zeit, welche die Elektronen benötigen, um von dem Mittelpunkt des Spaltes zwischen den öffnungen in dem Resonator zu reflektierenden Region und zurück zum Resonator zu gelangen, derart sein, daß der ladungsdichtemodulierte Strahl durch den Resonator in der richtigen Phase zurückkehrt? Diese Laufzeit wird gewöhnlich so bemessen, daß sie gleich (w + ³A) multipliziert mit der Periodendauer der Schwingungen ist, wobei η eine beliebige ganze Zahl ist, welche praktisch im allgemeinen kleiner als sechs ist. Zweitens muß das elektrische Feld in dem Reflexionsgebiet so gestaltet sein, daß die Mehrzahl der Elektronen tatsächlich durch den Resonator reflektiert wird, anderenfalls leidet der Wirkungsgrad. Es ist daher ersichtlich, daß die Gestalt und die Abstände der an das Reflexionsgebiet angrenzenden Elektroden in weitem Maße den Wirkungsgrad der Vorrichtung im Betrieb bestimmen, und daß die dem Resonator und ao der reflektierenden Elektrode zugeführte Spannung für eine gegebene Wirkungsfähigkeit wechselweise voneinander abhängig sind. So ist für eine vorausbestimmte, dem Resonator zugeführte Spannung eine Reihe verschiedener Spannungen der reflektierenden Elektrode zuzuführen und umgekehrt, welche eine Reihe optimaler Wirkungsgrade bieten. Der Wirkungsgrad hängt daher unter diesen Umständen entscheidend von den tatsächlichen Spannungen ab, welche dem Resonator und der reflektierenden Elektrode zugeführt werden. Wenn eine bestimmte Resonatorvorspannung gewählt und die Vorspannung der reflektierenden Elektrode eingeregelt wird, um den optimalen Wirkungsgrad für eine solche Resonatorspannung zu erreichen, so zeigt es sich, daß irgendwelche geringen Änderungen dieser Spannungen eine Abnahme gegenüber dem optimalen Wirkungsgrad ergeben. Es wurde allgemein gefunden, daß, wenn eine dieser Spannungen erhöht wird, der optimale Wert der anderen Spannung abnimmt, d. h. die Spannung sollte im entgegengesetzten Sinne geändert werden. Dies ist nachteilig, denn es ist ersichtlich, daß eine Änderung der Speisespannung, beispielsweise infolge einer zufälligen Schwankung in der üblicherweise verwendeten Speiseanordnung, welche die dem Resonator und der reflektierenden Elektrode zugeführte Spannung in gleichem Sinne beeinflußt, eine Verringerung des optimalen Wifkungsgrades bewirkt. Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Vorrichtung der erwähnten Art, um eine solche Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die dem Resonator und der reflektierenden Elektrode zugeführten Vorspannungen im gleichen Sinne über einen größeren Bereich als bisher geändert werden können, ohne eine so große Verringerung des optimalen Wirkungsgrades zu verursachen, wie sie bisher erzeugt werden würde. Weiterhin wird ermöglicht, die Frequenz der erzeugten Schwingungen ül>er einen großen Bereich zu ändern, ohne eine wesentliche Verringerung der verfügbaren Leistung zu erzeugen.

Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele veranschaulicht.

Fig. ι zeigt schematisch eine bekannte Ausführung einer Elektronenentladungsvorrichtung der erwähnten Art;

Fig. 2 und 3 zeigen Elektronenentladungsvorrichtungen der erwähnten Art, welche gemäß der Erfindung gebaut sind;

Fig. 4 zeigt eine Reihe von Kurven, welche das Verhältnis zwischen den dem Resonator und den der reflektierenden Elektrode zugeführten Spannungen veranschaulichen.

In Fig. ι ist die bekannte Form der Vorrichtung dargestellt, in welches 6 einen Hohlraumresonator von Toroidform bezeichnet, welches einen Querschnitt besitzt, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Kathode ist mit 7 bezeichnet, und das reflektierende Elektrodensystem weist eine einzige reflektierende Elektrode 8 von der Form einer flachen Schüssel auf. Die Hülle der Vorrichtung ist in dieser Figur wie auch in den Fig. 2 und 3 zwecks Verdeutlichung fortgelassen. Die der reflektierenden Elektrode 8 benachbarte Oberfläche des Resonators 6 weist die dargestellte zurückspringende Form auf. In Fig. 4 stellt die Kurve α die Beziehung dar zwischen einer Serie von negativen Spannungen, die der reflektierenden Elektrode zugeführt werden, und einer Serie von positiven Spannungen, welche dem Resonator zugeführt werden, um die optimale Wirkung bei einer gegebenen Frequenz zu erhalten. Aus der Kurve α in Fig. 4 ist ersichtlich, daß, wenn das dem Resonator zugeführte Potential zunimmt, das der reflektierenden Elektrode zugeführte Potential abnehmen sollte und umgekehrt, um die beste Wirkung bei dem geänderten Resonatorpotential zu erhalten, d. h. die Spannungen sollten in entgegengesetztem Sinne geändert werden. Das ist nachteilig, da bei den üblicherweise verwendeten Speiseanordnungen, wenn die Speisespannungen sich ändern, eine Änderung des Wirkungsgrades infolge der Tatsache erfolgen wird, daß z. B. sowohl die dem Resonator zugeführte Vorspannung zunimmt als auch die der reflektierenden Elektrode zugeführte Vorspannung ebenfalls (negativ) zunimmt. Um den optimalen Wirkungsgrad zu erhalten, müßte aber die der reflektierenden Elektrode zugeführte Vorspannung abnehmen. Um trotzdem die gewünschte Wirkung zu erreichen, wird die reflektierende Elektrode der Vorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, in der Form eines Hohlzylinders ausgeführt, d. h. sie ist im Vergleich mit der reflektierenden Elektrode, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, verlängert und umhüllt daher den Strahl auf einer beträchtlichen Länge. Die hintere Fläche des Resonators ist zweckmäßig in der Nähe der Elektrode 8 im wesentlichen eben ausgebildet. Die Kurve b der Fig. 4 zeigt das Verhältnis zwischen der Resonatorspannung und der der reflektierenden Elektrode der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zugeführten Spannung. Man sieht, daß diese Kurve keine wesentliche Neigung aufweist, und daß ferner, wenn die Speisespannungen sich im gleichen Sinne während des Betriebes ändern sollten, die Verringerung des Wirkungsgrades, die eintreten würde, nicht so groß ist wie die Verringerung, welche

erfolgen würde, wenn eine Vorrichtung, wie sie in Fig. ι dargestellt ist, verwendet werden würde. Obwohl die ι» Fig. 2 dargestellte Vorrichtung eine gewisse Verbesserung im Vergleich mit der in Fig. ι dargestellten Vorrichtung aufweist, ist es möglich, eine weitere Verbesserung dadurch zu erzielen, daß man eine reflektierende Elektrode 8 von der in Fig. 3 dargestellten Form verwendet, wobei diese Elektrode die Form eines hohlen abgestumpften, umgekehrten Kegels aufweist, d. h. seine Spitze ist gegen die hintere Fläche des Resonators gerichtet. Das Ergebnis der Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Elektrodenform besteht darin, daß eine Erhöhung der dem Resonator zugeführten Spannung auch eine Erhöhung der der reflektierenden Elektrode zugeführten Spannung oder umgekehrt zur Erreichung der besten Wirkung erfordert, d. h. die Spannungen müssen sich im gleichen Sinne ändern. Die Beziehung zwischen der der reflektierenden Elektrode zugeführten Spannung und der dem Resonator zugeführten Spannung in einer Vorrichtung von der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist durch die Kurve c in Fig. 4 dargestellt. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß, wenn die dem Resonator zugeführte Spannung zunimmt, die der reflektierenden Elektrode zugeführte Spannung ebenfalls zunehmen muß, um im wesentlichen den gleichen Wirkungsgrad zu erhalten. Infolgedessen wird erreicht, falls im Betrieb die Speisespannungen sich ändern, daß der Wirkungsgrad der Vorrichtung sich nicht wesentlich ändert, da, um für die gewählten Spannungen den optimalen Wirkungsgrad zu erhalten, beide Spannungen gleichzeitig zunehmen oder abnehmen müssen.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 dringt, wenn die dem Resonator zugeführte Spannung erhöht wird, während die der reflektierenden Elektrode zugeführte Spannung konstant gehalten wird, das Feld so tief in die reflektierende Elektrode, daß die Bahn der Elektronen in dem Strahl effektiv verlängert wird, daß die Laufzeit verlängert, anstatt, wie dies bei der Anordnung nach Fig. ι der Kali wäre, verkürzt wird. Um eine konstante Laufzeit aufrechtzuerhalten, muß daher das Reflektorpotential erhöht werden. Die in Fig. 2 ' und 3 dargestellten Elektrodenausführungen sind daher in einem gewissen Bereich von Betriebsspannungen brauchbar, um die beste Wirkung zur Erreichung einer konstanteren Leistung zu erhalten. Dabei ist es zulässig, daß die Betriebsspannungen über einen größeren Bereich variieren, als dies bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Fall ist, und sie sind daher praktisch leichter zu betätigen und verlangen nicht die Anwendung kostspieliger Spannungsstabilisatoren. Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Konstruktionen ergeben allerdings noch keine vollständige Kompensation für das Variieren der Speisespannungen, da dies erfordern würde, daß die dem Resonator und der reflektierenden Elektrode zugeführten Spannungen sich proportional ändern, was mit der obenerwähnten Laufzeitbedingung unvereinbar ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι . Elektronenentladungsvorrichtung mit Hohlraumresonator, in der ein einzelner Resonator verwendet wird, durch welchen ein Elektronenstrahl hindurchgeworfen und danach mit Hilfe eines besonderen Elektrodensystems in den Resonator reflektiert wird, so daß die Vorrichtung als Schwingungsgenerator arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionselektrode und die ihr zugekehrte Fläche des Resonators, zwischen denen das reflektierende Feld wirksam wird, so geformt und angeordnet sind, daß bei Schwankungen der zugeführten Vorspannungen eine Herabsetzung des Wirkungsgrades· vermieden wird, derart, daß bei Veränderung des Potentials der einen Elektrode das Potential der anderen Elektrode im gleichen Sinn sich verändern kann.
2. 2. Elektronenentfadungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Elektrodensystem aus einer langgestreckten Elektrode besteht, die den Strahl vor und nach der Umkehr auf einer beträchtlichen Länge umgibt. '
3. 3. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Elektrodensystem die Form eines hohlen Kegelstumpfes aufweist, dessen Spitze dem Resonator zugekehrt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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