DE873726C

DE873726C - Wanderfeldroehre, bei der ein Elektronenstrahl sich zwischen zwei Leitern (Wellenleitern) bewegt

Info

Publication number: DE873726C
Application number: DEC2939A
Authority: DE
Inventors: Daniel Charles
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1949-03-21
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-04-16
Also published as: DE916538C; US2694783A; FR986811A

Description

Es sind Wanderfeldröhren bekannt, die eine Verzögerungsleitung mit zwei parallel geführten Leitern besitzen, zwischen denen ein elektrostatisches Feld und senkrecht dazu ein magnetisches Feld von bestimmter Größe und Richtung in Richtung der Fortpflanzung eines Elektronenstrahls wirken, der sich parallel zur Verzögerungsleitung bewegt. Es sind auch Anordnungen bekannt, wo die Verzögerungsleitung und Wegkurve des Strahls nicht kreisförmig, sondern geradlinig sind. Die Kathode ist entweder in der Höhe der negativen Elektrode der Verzögerungsleitung oder in dem Raum zwischen den beiden Leitern angeordnet und besitzt ein angepaßtes Zwischenpotential. Man hat indessen bisher keinerlei Anordnungen getroffen, damit die Elektronen, wenn sie einmal die Kathode 03 verlassen haben, auch eine Kurve durchlaufen, die der Lage in dem System und der erforderlichen Geschwindigkeit der Elektronen angepaßt ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lösung dieses Problems.

Nach der Erfindung ordnet man in der Röhre vor dem Eingang in die Verzögerungsleitung ein System von zwei Elektroden an, zwischen denen man ein elektrisches Feld wirken läßt, parallel zum Feld zwischen den Leitern der Verzögerungsleitung, welches eine Größe hat, die gleich der Hälfte dieses letzteren ist. Die Emissionskathode ist seitlich in diesem Hilfssystem in einer derartigen Höhe eingebaut, daß die Elektronen in den Raum zwischen den Leitern der Verzögerungsleitung mit einer gewünschten Geschwindigkeit eindringen, die näherungsweise gleich

der Phasengeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle ist, die sich längs der Verzögerungsleitung fortbewegt und die durch Wechselwirkung zwischen Welle und Strahl verstärkt wird. Außerdem wird die räumliche Lage des Elektrodenhüfssystems gegenüber den Leitern der Verzögerungsleitung derart gemacht, daß die Äquipotentialfläche, durch welche die Elektronen das Hilfssystem verlasssen, sich an die Äquipotentialfläche anpaßt, welche der Elektronengeschwindigkeit in dem Feld zwischen den Leitern der Verzögerungsleitung entspricht.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ohne Einschränkung dargestellt.

In der Abbildung bezeichnet ι den Kolben der Wellenlauf röhre, 2 und 3 zwei Leiter, wobei der Leiters die Verzögerungsleitung darstellt in Form einer Wendel, die ein positives Potential führt, während der Leiter 3 eine ebene Elektrode mit negativem Potential bildet. Die Auffangelektrode ist mit 4 bezeichnet, und die koaxialen Leitungen 5 und 6 dienen als Eingang für die Welle bzw. als Ausgang für die verstärkte Energie. Die magnetischen Pole, die nicht dargestellt sind, sind zu beiden Seiten der Röhre angeordnet und liefern ein magnetisches Feld senka₅ recht zur Zeichenebene, von dem man einige Kraftlinien in 7 eingezeichnet hat. Wenn das elektrische Feld zwischen den Leitern 2 und 3 in der Abbildung von unten nach oben gerichtet ist und wenn die Elektronen sich von links nach rechts fortbewegen, so muß das magnetische Feld in Richtung des Beobachters nach der Zeichnung hin gerichtet sein. Das elektrische Feld zwischen den. Leitern 2 und 3 wird mittels der Batterie 8 geschaffen, an die auch die Auffangelektrode 4 und die Verzögerungsleitung 2 positiv über Erde

angeschlossen sind.

Unter der Wirkung des elektrischen und des transversalen magnetischen Feldes müssen die Elektronen in dem Raum zwischen den Leitern 2 und 3 eine Wegkurve mit einer Geschwindigkeit v. beschreiben, die gleich der Phasengeschwindigkeit der Welle in der Leitung wird. Für diese Wegkurve, die bei Abwesenheit eines Hochfrequenzfeldes eine Zykloide ist, die sich auf einer Parallelen zur Verzögerungsleitung abrollt, muß das elektrische Feld E und das magnetische Feld B mit der Strahlgeschwindigkeit υ durch die Gleichung

ν = —- verbunden sein.

JD

Dieser Geschwindigkeit entspricht in dem Feld eine Äquipotentialfläche q, deren Potential F₀ bestimmt ist durch die kinetische Gleichung

e · V₀ = — m · v².

Die Stabilitätsbedingungen verlangen, daß die Elektronen in das Feld E mit der Geschwindigkeit υ eingeführt werden entsprechend der Äquipotentialfläche in der Lage 9.

Übrigens ist das Potential der Verzögerungsleitung durch die Überlegungen bestimmt, daß der energetische Wirkungsgrad, der gleich dem Verhältnis zwischen der Potentialdifferenz bei seitlichem Durchlauf der Elektronen unter dem Einfluß des Hochfrequenzfeldes (Potentialdifferenz zwischen Anode 2 und Äquipotentialfläche 9) und der Potentialdifferenz > zwischen Anode und Äquipotentialfläche 0 (das Potential der Kathode ist nach Übereinkunft 0) ist, der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 2 und 3 gleich sei, wenn diese letztere das Potential der Kathode erhält. Anders ausgedrückt wird, wenn man das Potential der Elektrode 2 mit η V₀ bezeichnet, ist

der Wirkungsgrad gleich , i_st ein gewünschter

Wirkungsgrad vorgegeben, so besitzt man alle Elemente, um das Anodenpotential, das elektrische und das' für das System erforderliche magnetische Feld und ebenso, um die Lage der Äquipotentialfläche 9 in diesem elektrischen Feld zu bestimmen.

Nach der Erfindung ordnet man vor dem Eingang des Elektrodensystems 2 und 3 ein Hilfssystem mit zwei Elektroden 10 und 11 an, die z. B. aus Plätten bestehen können, die parallel zur Achse des Systems und einem magnetischen Feld verlaufen und zwischen

welchen man ein elektrisches Feld der Stärke — an-

ordnet, wo E das Feld zwischen den Elektroden 2 und3 ist. Die Kathode 12, die durch den Heizfaden 13 mittels der Batterie 14 geheizt wird, ist etwa in Höhe der Elektrode 11 angeordnet, die das Potential der Kathode 12 besitzt, welches nach Definition den Wert 0 hat. Die Elektrode 10 wird durch die Leitung 15 auf ein mittleres Potential über die Batterie 8, welche auch das Potential für die Verzögerungsleitung 2 liefert, gelegt. Die Elektrode 3, die in dem beschriebenen Beispiel mit der Elektrode 11 verbunden ist, führt das Potential 0. Dieser Elektrode kann auch ein gewisses negatives oder positives Potential erteilt werden, um eine zweckentsprechende transversale Verschiebung der Äquipotentialfläche 9 zu erhalten. In der dargestellten Anordnung beschreibt ein Elektron, das ohne Anfangsgeschwindigkeit das Potentialniveau der Kathode verläßt, unter der Wirkung des senkrechten magnetischen Feldes eine Zykloide 16 mit einer Geschwindigkeit

V₁ =

2E₁

wo Ii₁ das elektrische Feld ist, welches zwischen den Elektroden 10 und 11 in Wirkung ist.

Wenn E₁ = — wird, so wird die Geschwindigkeit V₁ = V. .

Ist also diese Geschwindigkeit parallel zur Systemachse in bezug auf den höchsten Punkt der Elektronenwegkurve l6, so sieht man, daß, wenn dieser Höhenpunkt am Ausgang des Systems io-ii und am Eingang des Systems 2-3 gelegen ist, das Ziel der Erfindung erreicht ist, d. h, daß die Elektronen den Raum zwischen den Leitern der Verzögerungsleitung mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, die gleich der Phasengeschwindigkeit der zu verstärkenden Welle ist.

Ferner, um einen sanften Anschluß ohne plötzliche Feldänderungen zu erhalten, wird das System io-ii senkrecht in bezug auf das System 2-3 derart verschoben, daß die Äquipotentialfläche 17, durch welche die Elektronen das System io-ii verlassen, sich der Äquipotentialfläche 9 anpaßt, dessen Lage in dem

System 2-3 durch die voranstehenden Überlegungen definiert ist. Diese Äquipotentialfläche, entsprechend dem Potential V₀, und die Äquipotentialfläche 17, entsprechend der Symmetrieachse zwischen 10 und 11, wobei 2 · V₀ das Potential für die Elektrode 10 ist und d_x der Abstand zwischen 10 und 11 ist, sind durch die Bedingung bestimmt

E_

Da anderseits die Entfernung d zwischen 2 und 3

durch die Gleichung gegeben ist d =

η V₀
E

so siehtman,

daß d₁ — d gemacht werden kann, falls » = 4 ist, d. h. daß man einen Wirkungsgrad von 75 °/₀ wählt.

Die Erfindung umfaßt alle Abänderungen, bei denen das allgemeine Prinzip zur Anwendung kommt, das darin besteht, eine Emissionskathode in ein Hilfssystem einzuordnen, in dem ein elektrisches Feld wirkt, das gleich der Hälfte von dem für die Arbeitsweise der Röhre notwendigen Feld ist, wobei dieses Hilfssystem in der Röhre derart angeordnet ist, daß ein schrittweiser Anschluß der beiden Felder stattfindet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Wanderfeldröhre, bei der ein Elektronenstrahl sich zwischen zwei Leitern (Wellenleitern) bewegt und unter der Einwirkung eines elektrostatischen Feldes steht, das senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls steht und eines magnetischen Feldes, das auf der Richtung beider senkrecht steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionskathode in einem Raum zwischen zwei Hilfselektroden seitlich angeordnet ist, der sich an den angrenzendenHauptentladungsraum anschließt, wobei der Neben- und Hauptentladungsraum von dem gleichen magnetischen Felde beeinflußt werden, und der Nebenraum von einem elektrischen Felde, gleicher Richtung, aber von einer Stärke, die der Hälfte desjenigen des Hauptraumes entspricht.
2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Hilfselektroden gegenüber denjenigen, durch die der Hauptraum abgegrenzt ist, und ihre Potentiale derart sind, daß die Äquipotentialflächen des Hilfsraumes am Ausgangspunkt des Elektronenstrahls aus diesem Räume sich dem Werte nach an die Äquipotentialflächen des Hauptraumes anschließen.
3. Röhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektroden senkrecht gegenüber den den Hauptraum abgrenzenden Elektroden verschoben sind.
4. Röhre nach Anspruch 1 und ff., dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionskathode in Höhe der negativen Hilfselektrode angeordnet ist und das gleiche negative Potential führt.
5. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Hilfselektrode das gleiche negative Potential wie die negative Elektrode des Hauptraumes führt.
6. Röhre nach'Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode des Hauptraumes das doppelte Potential gegenüber der positiven Hilfselektrode besitzt und daß der Abstand zwischen den Hilfselektroden gleich ist dem Abstand zwischen den Elektroden des Hauptraumes, wobei die transversale Verschiebung dem vierten Teil dieses Abstandes entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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