DE856757C

DE856757C - Roehre zur Geschwindigkeitsmodulation

Info

Publication number: DE856757C
Application number: DEC2899A
Authority: DE
Inventors: Jean Bernier
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1944-09-15
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1952-11-24
Also published as: FR992853A; GB669023A; US2539985A

Description

Für die Herstellung von Dezimeter- und Zentimeterwellen sind zur Zeit Röhren für Geschwindigkeitsmodulation vom Typ des Klystrons in Gebrauch, die schematisch in der Fig. ι dargestellt sind. In dieser bedeutet ι die Kathode, 2 die Anode, 3 den Lauf raum, 4 den Eingangshohlraum, der die Rolle des Dichtemodulators hat, 5 den Ausgangshohlraum und 6, 7 Kopplungseinrichtungen mit der Belastung und mit dem Dichtemodulator. Die Klystrons bestehen im wesentlichen aus zwei Rotationshohlräumen, die längs ihrer gemeinsamen Achse von einem Elektronenbündel durchlaufen wenden. Der mittlere Durchgangswinkel des Bündels durch die elektrischen HochfrequenzJelder jeder dieser beiden Hohlräume muß nach der Theorie dieser Röhren klein, und der Abstand der Hohlraumwände muß in der Nachbarschaft ihrer Achse gering sein, obwohl sie notwendigerweise zu ihrem Profil wieder zurückkehren müssen. Die so charakterisierten Umdrehungshohlräume werden Rhumbatron genannt.

Mit den bekannten Klystrons kann man zur Zeit Nutzleistungen von 1 kW Größenordnung auc'h bei Dauerbetrieb erreichen und mit einem Wirkungsgrad von 50⁰A. Zur Verbesserung könnte man daran denken, Elektronertbündel mit sehr großem Durchmesser und Intensität zu gebrauchen. Dann wird aber der Einfluß der Raumladung in den Hochfrequenzfeldern ebenso wie die Verzerrung dieser Felder durch die Gitter des Rhumbatrons

wirksam. Andererseits vergrößert sich der kapazitive Anteil des Schwingungskreises durch die Konstruktion und der Selbstinduktionsteil nimmt ab. Infolgedessen nehmen gleichzeitig die Güte der Kreise und der Wirkungsgrad durch die Umkonstruktion der Röhre rasch ab.

Um die Intensität des Bündels ohne die angegebenen Nachteile zu steigern, hat man den Elektronenbündeln die Form von Hohlzylindern oder ίο von Fladen gegeben, welche den Hohlräumen des Rhumbatrons zugeordnet sind oder Körpern, die durch Drehung, sei es parallel, sei es senkrecht zur Symmetrieachse ides Profils (Fig. aa und 2 b) entstehen. Für die Fig. 2-a würde die Kathode die Form eines Ringes und für die Fig. 2b die eines Zylinders haben. In solchen Schwingungskreisen wird aber der kapazitive Anteil und ebenso auch der Verlustwiderstand r !beträchtlich erhöht, der grob gerechnet der Oberfläche der Wände proportional ist, während die Induktanz LW, die umgekehrt proportional zu CW ist, sich vermindert. Hieraus folgt, daß die Größe 6" = LWIr des Kreises stark vermindert ist.

Ein anderer bekannter Weg, um einen Generator von hoher Leistung zu erhalten, besteht darin, mehrere gleiche Röhren zu einer Einheit zusammenzusetzen. Wenn W die von einer dieser Röhren gelieferte Leistung ist, so ist bei η Röhren die Leistung 'des Generators von der Ordnung nW, die aber kleiner gegenüber dem Wert nach der Theorie der gekoppelten Kreise ist. Nimmt man η genügend groß, so kann man wohl eine gewünschte Leistung erhalten. Für den Betrieb erfordert dies aber die Abstimmung in der Frequenz und Phase jeder dieser Röhren, was zu einer Regelung von 2 η Hohlräumen führt. Das Verfahren wird also sehr schnell praktisch unbrauchbar.

Die vorliegende Erfindung ,bezieht sich auf eine Röhre zur Geschwindigkeitsmodulation von hoher Leistung, die die Vorteile von η parallel geschalteten Röhren, aiber nicht deren Nachteile besitzt. Die Röhre nach der Erfindung ist durch η verschiedene Elektronenibündel charakterisiert, die zwei Resonanzhohlräume gleicher Bauart durchlaufen (den Dichtemodulator und den Ausgangshohlraum), die von einer derartigen Form sind, daß der Abstand der Wände nur in der Nachbarschaft der Bündel klein und die elektrische Hochfrequenzenergie vor allem in η Durchgangspunkten lokalisiert ist. Auf diese Weise werden elementare Resonanzkreise gebildet, die parallel geschaltet sind und Elementarkreis auf Elementarkreis folgen, so daß jedes Elektronenbündel auf diese Weise nur einen elementaren Resonanzkreis durchläuft.

Die Prinzipien der Erfindung werden an vier identischen Klystrons, die nach Fig. 3a !nebeneinander angeordnet sind, dargelegt. Die Fig. 3 a zeigt diese vier Klystrons in Planschnitt und die Fig. 3 b in Draufsicht. Die Güte jeder dieser Röhren wird nicht merkbar geändert, wenn die Hohlräume, anstatt Umdrehungskörper von iKreisschnitt zu sein, einen quadratischen Schnitt aufweisen wie in Fig. 3 c.

Wenn man beachtet, daß einerseits der Schwingungscharäkter der Hohlräume einer selben Gruppe gleich ist und andererseits die Kraftlinien des elektrischen Feldes senkrecht zu den in der Mitte gelegenen Wäinden stehen, die gleichzeitig Symmetrieebenen sind, so kann man diese gemeinsamen Wände unterdrücken, ohne den Schwingungscharakter der Hohlräume zu ändern. Man wird so eine Röhre erhalten, die schematisch in Fig. 4a und 4b dargestellt ist, in der vier verschiedene Elektronenbündel von zylindrischer Form und parallel zueinander vorhanden sind, welche zwei Hohlräume von gleichem Aufbau durchlaufen, wobei der eine als Dichtemodulator und der andere als !Kollektor bzw. Ausgangshohl raum wdrkt. Die Fig. 5 a zeigt in perspektivischer Sicht einen Hohlraum nach dem Prinzip der Erfindung und die Fig. 5 b die entsprechende Ansicht im Querschnitt. In Fig. 5 b sind; außerdem in feinen Linien die elektrischen Feldlinien dargestellt: Die elektrische Energie des Hohlraumes ist hauptsächlich in den Gegenden lokalisiert, wo die Wände einen geringen Abstand besitzen, Gegenden die voneinander verschieden sind und welche die Elektronen bündel durchlaufen.

Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, daß die Elektronenbündel geradlinig, zylindrisch und parallel angeordnet sind. So zeigt Fig. 6 in Draufsieht eine Anordnung in Kranzform, die besonders vorteilhaft für die Konstruktion ist.

Die Fig. 7 zeigt eine schachbrettartige und die Fig. 8 a und 8 b eine Sternanordnung mit vier konischen Bündeln im Aufriß und Draufsicht, bei denen der Dichtemodulator und der Ausgangshohlraum keine gemeinsamen Wände besitzen. Die Kathode ist zentral und die Elektronenbündel haben ihren Ausgang im Zentrum.

Die Vorteile der Röhre nach der Erfindung sind die folgenden:

1. Die Leistung der Röhre wächst proportional mit der Zahl der Elekfronenbündel und diese ist nicht beschränkt.

2. Die Röhre enthält nur zwei Hohlräume. Zur Schwinguingserregung ist nur ein Kopplungsorgan zwischen den beiden Hohlräumen erforderlich und zur Ausikopplung der Belastung nur eines mit dem Ausgangshohlraum.

3. Die Frequenzregelung jedes dieser Hohlräume no wird durch Deformation der Wand oder durch Verstellung mittels eines Schiebers erreicht. Es genügen danach zwei Vorrichtungen zur Regelung, während sonst 2 η erforderlich wären, wenn man Klystrons parallel schaltet.

4. Die Güte der Hohlräume als Schwingungskreis ist größer als die der Rhumbatrons, von denen sie hergeleitet sind. Diese Güte ist um so größer, je größer die Zahl der Bündel wird. Wenn in der Fig. 3 c die mittleren Wände dieser elementaren Hohlräume beseitigt werden und damit Fig. 4b erhalten wird, so werden damit die Joule-Verluste in diesen Wäinden beseitigt, ohne daß die Induktanz oder die Kapazität jedes dieser den elementaren Hohlräumen gleichwertigen Kreise geändert wird. Ihre Güte ist also verbessert.

S- Die Kopplung zwischen einer Schleife und Hohlraum ist «-mal schwächer als die Kopplung zwischen derselben Schleife, welche in gleicher Weise in einem der elementaren Hohlräume untergebracht ist, die den resultierenden Hohlraum bilden. Dieser Vorteil ist wichtig, weil eine schwache Kopplung zwischen Ausgangshohlraum undDichtemodulator eine notwendige Bedingung für einen guten Wirkungsgrad für die Klystrons ist, wobei ίο aber diese schwache Kopplung technisch schwer zu verwirklichen ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Röhre zur Geschwindigkeitsmodulation, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Hohlraumresonator mit zwei Hohlraum-'bezirken enthält, die von verschiedenen und getrennten Elektronenbündeln 'durchlaufen werden, wobei der Hohlraumresonator zu Schwingungen derart erregt wird, daß die Hochfrequenzenergie hauptsächlich in der Nachbarschaft dieser Bezirke derart konzentriert wird, daß elementare Resonanzkreise gebildet werden, die parallel geschaltet sind und Elementkreis auf Elementkreis folgen, so daß jedes Elektronen-'büiidel auf diese Weise nur einen der elementaren Resonanzkreise durchläuft, die in der Bewegungsrichtung des Bündels von benachbarten Hohlräumen durch keinerlei Zwischenwand getrennt sind.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Eingangshohlraum enthält, der von wenigstens einem Ausgangshohlraum durch eine Scheidewand senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Bündels getrennt ist, wobei jeder dieser Ein- und Ausgangshohlräume durch Elementarhohlräume gebildet wird, die ohne eine Zwischenwand Hohlraum an Hohlraum angeordnet sind und von je einem zugeordneten Bündel durchlaufen werden.

3. Röhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsresonanzhohlräume ringförmig ausgebildet und der eine im Innern des anderen angeordnet ist. während die Elektronenbündel durch eine Kathode im Mittelpunkt der Ringe in Richtung der Radien ausgesandt werden.

4. Röhre zur Geschwindigkeitsmodulation,

die von dem Resonanzrohr nach Anspruch α Gebrauch macht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen entsprechend durch Elektronenbündel durchlaufen werden, die auf sie nach den Grundlagen der Arbeitsweise eines Reflexklvstrons einwirken.

5. Röhre zur Geschwindigkeitsmodulation nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hohlräume die Form eines Parallelepipedons besitzen und daß die Elektronenbündel senkrecht auf der gleichen Hohlraumfläche oder einer der Hohlräume stehen.

Angezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 2120882.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5498 11.52