DE847763C - Vorrichtung unter Verwendung einer Laufzeitroehre, in der ein Elektronenbuendel erzeugt wird - Google Patents
Vorrichtung unter Verwendung einer Laufzeitroehre, in der ein Elektronenbuendel erzeugt wirdInfo
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- DE847763C DE847763C DEN2473D DEN0002473D DE847763C DE 847763 C DE847763 C DE 847763C DE N2473 D DEN2473 D DE N2473D DE N0002473 D DEN0002473 D DE N0002473D DE 847763 C DE847763 C DE 847763C
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- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
- H01J25/12—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator with pencil-like electron stream in the axis of the resonators
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B9/00—Generation of oscillations using transit-time effects
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- H03B9/02—Generation of oscillations using transit-time effects using discharge tubes using a retarding-field tube
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 28. AUGUST 1952
K J473 VIII a I 2i α4
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
\ orriehtung r. hei der in einer Laufzeitröhre ein Elektroiionbündel erzeugt wird und die Geschwindigkeit
dei Klektronen im Bündel von einer Ultralioelifrequeiizsteuei^chwinguiig
mittels eines Elektrodensystem;; gesteuert wird, worauf die Geschwindigkeitsänderungen
in Intensitätsanderungen umgewandelt werden.
Mit einer Vorrichtung dieser Art können Ultrahochfrequenzschwingungen,
die dem Geschwindigkeitssteuerelektro.densystem
zugeführt werden und an dieser Stelle die Geschwindigkeit der Elektronen
im Mündel ändern, verstärkt werden, wobei die j verstärkten Schwingungen einem zweiten Elektrodensystem
entnommen werden können, welches sich hinter der Vorrichtung zur Umwandlung von Geschw
indigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen befindet und auf die Frequenz des ersteren Elektrodensystem*
abgestimmt ist. Auch ist es möglich, das zweite Elektrodensystem mit dem Steuerelektrodensyttem
derart zu koppeln, daß die Vorrichtung als Generator wirkt. Die Frequenz der erzeugten
Schwingungen wird dann durch die Abmessungen des vom .Steuerelektrodensystem, dem
zweiten Elektrodensystem und der Rückkopplungleitung gebildeten Schwingungssystems bedingt. Die
Hochfrequenzenergie kann induktiv oder kapazitiv dem Schwingungssystem entnommen werden, oder
sie kann unmittelbar dem Elektronenbündel mittels eines dritten Elektrodensystems entnommen werden,
das sich an der von der Kathode abgekehrten Seite des 'Schwingungssystems befindet. Das dritte Elektrodensystem
kann hierbei sowohl auf die Frequenz der vom Schwingungssystem erzeugten Schwingungen
als auch auf eine höhere Harmonische von ίο letzteren abgestimmt sein.
Die Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen besteht
in der Regel aus einer Elektrode, die einen Äquipotentialraum (feldfreien Raum) bestimmter
Länge umfaßt. Es ist auch möglich, daß die Vorrichtung aus einer durchbohrten Bremsfeldelektrode
besteht, welche die Elektronen mit stark verzögerter Geschwindigkeit passieren läßt und die ebenso
wie die einen Äquipotentialraum umfassende Elektrode bezweckt, die im Geschwindigkeitssteuerelektrodensystem
verzögerten Elektronen länger aufzuhalten, d. h. ihnen eine längere Laufzeit oder
Verweilzeit zu geben als den im Steuersystem beschleunigten Elektronen, so daß sie einander einholen
und Gruppen bilden. Die Vorrichtung zur Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in
fntensitätsänderungen wird im Nachfolgenden als Einholvorrichtung oder Einholelektrode bezeichnet.
In der Literatur ist auch der Ausdruck Laufzeitkompressionselektrode üblich.
Die bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art gehen stets von einem Elektronenbündel
mit eindeutiger Geschwindigkeit aus oder bei dem doch nach dem Durchgang durch das Geschwindigkeitssteuersystem
die mittlere Geschwindigkeit eindeutig durch die den verschiedenen Elektroden zugeführten
Gleichspannungen bedingt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das in das für alle Elektronen gemeinsame Steuersystem
eintretende Elektrodenbündel aus Elektronen, die von wenigstens zwei verschiedenen Elektronenquellen
herrühren, welche sie mit verschiedener Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten
lassen. Dann wird die Geschwindigkeitsdifferenz schärfer definiert, und sie ist vorzugsweise
innerhalb bestimmter Grenzen einstellbar.
In einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei in das Steuersystem
eintretende Elektronengruppen von einer Glühkathode und einer Sekundäremissionselektrode
geliefert, wobei die letztere sich zwischen der Glühkathode und dem Steuersystem befindet und für
Elektronen durchlässig ist. Die beiden Elektronengruppen treten mit verschiedenen Geschwindigkeiten
in das Steuersystem ein, wenn die Sekundäremissionselektrode eine positive Zwischenspannung
führt. Da die an dieser vorzugsweise gitterförmigen Elektrode durch Sekundäremission ausgelösten
Elektronen vorwiegend mit einer Geschwindigkeit XuIl hinaustreten, wird das Elektronenbündel nach
.seinem Durchgang durch das Gitter aus einer homogenen Mischung von Elektronen mit zwei verschiedenen
Geschwindigkeiten bestehen, d.h. Primärclektronen, welche die Kathode mit der Geschwindigkeit
Null verlassen haben und das Gitter mit j einer der positiven Gittervorspannung entsprechenden
Voltgeschwindigkeit durchsetzen, und Sekundärelektronen,
die an dieser Stelle mit der Anfangsgeschwindigkeit Null ihre Bahn anfangen.
Die von verschiedenen Quellen herrührenden Elektronengruppen pflanzen sich längs des Steuersystems
fort, wo sie je in der Geschwindigkeit moduliert werden und worauf sie alle unabhängig
voneinander der Wirkung einer Einholelektrode ausgesetzt sind. Hierbei können verschiedene Fälle
auftreten, welche getrennt erläutert werden.
In Fig. ι ist eine ernndungsgemäße Vorrichtung
dargestellt, welche in einem entlüfteten Gefäß 1, eine fremdgeheizte Kathode 2, ein sekundärelektronenemittierendes
Gitter 3 und eine Auffangelektrode 4 besitzt. Dem Gitter 3 wird von einer Spannungsquelle 5 eine in bezug auf die Kathode 2
positive, vorzugsweise einstellbare Spannung zugeführt. Die von der Kathode 2 emittierten Primärelektronen
und die am Gitter 3 von einem Teil der Primärelektronen ausgelösten Sekundärelektronen
durchlaufen nacheinander ein aus einer Steuerelektrode 6 und zwei Begrenzungselektroden 7 bestehendes
iSteuerelektrodensystem, eine Einholelektrode 8 und ein zweites aus einer Energieabnahmeelektrode
9 und zwei Begrenzungselektroden 10 bestehendes Elektrodensystem. Den Elektroden 6
bis 10 wird von einer Spannungsquelle 11 eine in bezug auf die Kathode 2 hohe positive Spannung
zugeführt. Die Spannungsquellen 5 und 11 werden 9^
von Kondensatoren 12 bzw. 13, die für Ultrahochfrequenzen
einen Kurzschluß bilden, überbrückt.
Die in das !Steuersystem 6, 7 eintretenden Elektronen
bestehen aus einer homogenen Mischung von primären und sekundären Elektronen, welche verschiedene
Geschwindigkeiten besitzen. Die Geschwindigkeitsdifferenz wird durch die Größe der
Spannungsquelle 5 bedingt.
Wenn der Steuerelektrode 6 eine Ultrahochfrequenzsteuerschwingung zugeführt wird, so werden
die Elektronen der beiden in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen in der Geschwindigkeit
geändert werden, so daß sie im Einholraum der Elektrode 8 Gruppen bilden. Hierbei werden die
Intensitätsmaxima der am Gitter 3 ausgelösten Sekundärelektronen infolge der geringeren mittleren
Geschwindigkeit, mit der sie in das Steuersystem eintreten, gegenüber den entsprechenden Intensitätsmaxima
der von der Kathode 2 emittierten Primärelektronen zurückbleiben, wodurch die Intensitätsmaxima
der Sekundärelektronen später als die Intensitätsmaxima der Primärelektronen durch
das zweite Elektrodensystem 9, 10 hindurchgehen. Durch richtige Einstellung der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den in das Steuersystem eintre-
tenden primären und sekundären Elektronen mittels der Spannungsquelle 5 kann erreicht werden, daß
die Intensitätsmaxima der primären und die der sekundären Elektronen das Energieabnahmesystem
9, 10 mit einer Zeitdifferenz durchlaufen, die gleich der Hälfte der Schwingungszeit der Steuerschwill-
gung i^t. Ilk-rdurcli kanu au der Stelle des Elektrodensystem.·-
9, ι ο dem Bündel Energie entnommen werden, deren Frequenz gleich der doppelten
Frequenz der Steuerschwingung ist. Zu diesem Zweck ist zwischen die Elektrode 9 und die Begrenzungselektrodeu
10 ein auf die erste Harmonische der Steuerschwingung abgestimmter Schwingungskreis 14 geschaltet. Dadurch, daß die Amplitude
der Steuerspammng mit Rücksicht auf die Länge der Kinholelektrode derart gewählt wird, daß eine
vollständige Umwandlung von Geschwindigkeitsäiiderungen
111 Intensitätsänderungeu an der Stelle
des Elektrodensystem* 9, 10 stattgefunden hat, wird
eine Spannung mit großer Amplitude in der Elektrode (,1 induziert.
In Fig. 2 ist durch die Kurven α und b die von
den primären bzw. den sekundären Elektronen in der Elektrode 9 induzierte 1 lochfrequenzwechselspannung
als Funktion der Zeit dargestellt. Die Kurse i' zeigt die resultierende Spannung als Funktion
der Zeit.
In der beschriebenen Vorrichtung besteht die
Elektrode 3 vorzugsweise aus (iitterdrähten aus solchem Material, von solcher Dicke und solchem
Drahtabstand, daß die Anzahl der in das Steuersystem eintretenden Primärelektronen gleich der
Anzahl der in das Steuersystem eintretenden Sekundärelektronen ist.
Hei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen
über den Kreis 20 dem Steuersystem 6, 7 zugeführt. In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung
dargestellt, bei der die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen mit der Vorrichtung
selbst erzeugt werden können. Zu diesem Zweck besitzt die Vorrichtung nach Fig. 3 zwischen der
Fiiiholelektrode S und dem Energieabnahmesystem 9, 10 ein drittes Elektrodensystem 15, 16, welches
über eine einen Schwingungskreis 17 enthaltende kückkopplungsleitung iS mit dem Steuersystem
6, 7 gekoppelt ist.
Stellt man die Differenz der mittleren Geschwindigkeit der beiden in das Steuersystem
eintretenden Elektronengruppeu so ein, (laß die aufeinanderfolgenden Dichtemaxima der einen
Gruppe eine halbe Schwingungszeit nach jenen der anderen (iruppe in das Elektrodensystem
9, 10 eintreten, so werden die betreffenden Dichtheitsmaxim;',
das Elektrodensystem 15, 16 kurz nacheinander passieren, d. h. nach Verlauf einer
Zeit, welche kurz ist gegenüber der Schwingungszeit
der am Steuersystem auftretenden Steuerspannung. \ on der Energieabnahmeelektrode 15 wird
daher vorwiegend Energie mit der Frequenz der Steuerschwingung dem Hündel entnommen werden,
wobei die Energie über die Rückkopplungsleitung
ιS an das Steuersystem 6. 7 zurückgeführt wird,
üeides wird in Fig. 4 illustriert, in der die Kurven
(/ und /' die von den primären bzw. den sekundären Elektronen in der Elektrode 15 induzierte
Spannung als Funktion der Zeit darstellen. Die Kurve (' zeigt die resultierende Spannung als Funktion
der Zeit. Da die vollständige I^mwandlung von Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen
vorzugsweise erst beim Eintreten in das Elektrodensystem 9, 10 erfolgt ist, ist die Amplitude
der 111 der Elektrode 1S induzierten Spannung wesentlich kleiner als die Amplitude der
Spannung harmonischer Frequenz, welche dem Elektronenbündel mittels des Elektrodensystems 9,
10 entnommen wird.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßeu
Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist als Einholelektrode eine
durchbohi te ,Bremsfeldelektrode 19 vorgesehen, die eine in bezug auf die Kathode positive, aber in
bezug auf das Gitter 3 negative Spannung führt. Der 1 )r:düabstand des Gitters 3 ist vorzugsweise
so groß, daß nur ein geringer Bruchteil des in das Steuersystem 6, 7 eintretenden Elektronenbündels
aus verhältnismäßig langsamen Sekundärelektronen besteht. Die in der Geschwindigkeit gesteuerten
l'rimärelektronen gehen alle durch die Bremsfeldelektrode 19 hindurch und ändern dabei ihre Geschwindigkeitsänderungen
in Intensitätsänderuligen. während die Sekundärelektronen bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden, umj
kehren und wieder in den Steuerraum zurückkehreu. Da beim Bremsen und beim Umkehren der in
! der Geschwindigkeit geänderten Elektronen gleich-, tails eine Umwandlung von Geschwindigkeitsänderungen
in Intensitätsänderungen erfolgt, werden die ! Sekundärelektronen nach ihrer Rückkehr im
Steuerraum an letztere Hochfrequenzschwingungsenergie abgeben und demnach eine Rückkopplung
bewirken. Die in dem mit dem Steuersystem verbundenen Schwingungskreis . 20 auftretenden
Schwingungen werden auf diese Weise von einem : geringen Bruchteil der Elektronen des Bündels,
; nämlich von den Sekundärelektroden unterhalten, während den übrigen primären Elektronen mittels
des zweiten Elektrodensystems 9, 10 Energie ent- ; nommen werden kann, ohne daß ein äußerer Rückkopplungskreis
zwischen, dem Elektrodensystem 9, 10 und dem Steuersystem 6, 7 erforderlich ist. Die
beschriebene Vorrichtung wirkt daher als Verstärker, wobei eine Entdämpfung der dem Steuersystem
(1. 7 zugeführten Schwingungen erfolgt, oder als Generator, bei dem 'Schwingungen in dem
mit dem Steuersystem verbundenen Kreis 20 erzeugt werden und dem mit dem zweiten Elektrodensystem
9. 10 verbundenen Kreis 14 verstärkt entnommen werden.
Es wird besonders darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich nicht auf die Verwendung einer oder
mehrerer sekundärelektronenemitt ie render Elektroden beschränkt ist. Es ist auch möglich, bei
einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung zwei oder mehr als zwei Kathodensysteme zu verwenden,
welche gegenseitig isoliert sind. Es können beispiclsweisc
eine oder mehrere Kathodenoberflächen als konzentrische Ringe ausgebildet sein, die eine
andere kreisförmige Kathodenoberfläche umfassen. Bei einer solchen Vorrichtung kann erreicht werden,
daß die von verschiedenen Kathodenoberflächen herrührenden Elektronengruppen mit verschiedener
Geschwindigkeit dadurch in das Steuersystem 5, 6 eintreten, daß den Kathodenoberflächen ein verschiedenes
Potential gegeben wird.
Claims (12)
- Patentansprüche:i. Vorrichtung unter Verwendung einer Laufzeitröhre, in der ein Elektronenbündel erzeugt wird und die Geschwindigkeit der Elektronen im Bündel von einer Ultrahochfrequenzsteuerschwingung mittels eines Elektrodensystems gesteuert wird, worauf die Geschwindigkeitsänderungen in Intensitätsänderungen umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das in das für alle Elektronen gemeinsame Steuersystem eintretende Elektronenbündel aus Elektronen besteht, die von wenigstens zwei verschiedenen Elektronenquellen herrühren, welche sie mit verschiedener Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten lassen.
- 2. \'orrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Elektronen der verschiedenen Gruppen einstellbar ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen einmal von einer Kathode und zum anderen Mal von einer zwischen der Kathode und dem Steuersystem befindlichen sekundärelektronenemittierenden, für Elektronen durchlässigen Elektrode herrühren.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. den sekundärelektroneneniittierenden Elektrode(n) eine in bezug auf die Kathode positive Spannung zugeführt wird.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen von wenigstens zwei gegenseitig isolierten Kathodenoberrlächen herrühren.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfiächeu verschiedenes Potential aufweisen.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 6 zur Frequenzverdopplung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß dieSteuerscüwingungen dem Eingangssystem (20) zügeführt werden und die in der Frequenz verdoppelten Schwingungen mittels eines zweiten, an der von der Kathode abgekehrten Seite der Einholelektrode befindlichen Elektrodensy stems über den Ausgangskreis ( 14) entnommen werden.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Einholelektrode und dem zweiten Elektrodensystem ein drittes Elektrodensystem befindet, welches über eine Rückkopplungsleitung mit dem Steuersystem gekoppelt ist, \vobei das von dem !.Steuersystem, dem dritten Elektrodensystem und eier Rückkopplungsleitung gebildeteSchwingungssystem auf die in der Frequenz zu verdoppelnden Schwingungen abgestimmt ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquellen derart ausgebildet sind, daß die Elektronenzahlen der in das Steuersystem eintretenden Elektronengruppen einander gleich sind.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer sekundärelektronenemittierenden Elektrode zwischen der Kathode und dem Steuersystem, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode derart ausgebildet ist, daß die Anzahl der in den Steuerraum eintretenden Primärelektronen gleich der Anzahl der eintretenden Sekundärelektronen ist.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1bis 6 zur Verstärkung oder zur Erzeugung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Hinholelektrode eine durchbohrte Bremsfeldelektrode Verwendung findet und die Elektronenquellen derart ausgebildet sind, daß die in das Steuersystem eintretende Elektronenzahl der von einer der Quellen herrührenden Elektronengruppe klein ist in bezug auf die eintretende Elektronenzahl der anderen Gruppe(n).
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen der Elektronengruppe mit der kleinsten Elektronenzahl mit einer geringeren Geschwindigkeit in das Steuersystem eintreten als die Elektronen der anderen Elektronengruppe(n 1.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 5303 8. 52
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