DE885256C

DE885256C - Generator for generating microwaves with the aid of at least one cavity resonator

Info

Publication number: DE885256C
Application number: DEP1333D
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Phil Luedi
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1942-09-01
Filing date: 1942-09-06
Publication date: 1953-08-03

Description

Generator zur Erzeugung von Mikrowellen mit Hilfe mindestens eines Hohlraumresonators Es ist bekannt, hochfrequente elektrische Schwingungen. .des Mikrowellengebiets zu erzeugen, indem ein Hohlraumresonator mit Hilfe eines dichtemodulierten Elektronenstrahls zu Sch"vingungen angeregt wird. Bei diesem Vorgang werden Elektronen von .anfänglich homoge4ner Geschwindigkeit einem elektrischen Wechselfeld von ultrahochfrequenter Periode unterworfen und dadurch in der Geschwindigkeit moduliert, so daß sich in einer gewissen Entfernung vom Modulator mehr oder weniger ausgeprägte Elektronenpakete bilden, welche alsdann in einem Induktor Wechselspannungen hervorrufen. Von diesen bekannten Generatoren, die unter Verwendung von Hohlraumresonatoren Schwingungen erzeugen, weisen die einen .den Nachteil eines schlechten Laufraums auf, welcher bedingt, @daß die Wechselspannungen der Resonatorschwingungen groß sein müssen, wenin ein bestimmter Wirkungsgrad nicht unterschritten werden soll, während bei anderen Mikrowellenggeneratoxen die Auskopplungsgitter nicht an der Stelle angebracht sind, an welcher die zwischen denselben auftretende Wechselspannung maximal ist, wodurch wiederum der Bestmöglichste Wirkungsgrad nicht erreicht wird.Generator for generating microwaves using at least one Cavity resonator It is known to produce high-frequency electrical oscillations. .of Microwave region to be generated by a cavity resonator with the help of a density-modulated The electron beam is excited to vibrate. During this process, electrons from an initially homogeneous speed to an alternating electric field of ultra-high frequency Period and thereby modulated in speed, so that in a certain distance from the modulator more or less pronounced electron bunches form, which then cause alternating voltages in an inductor. Of these known generators that use cavity resonators to vibrate produce, have one. The disadvantage of poor running space, which conditional @ that the alternating voltages of the resonator vibrations must be large, if a certain efficiency should not be undercut, while at other microwave generators, the decoupling grids are not attached to the location at which the alternating voltage occurring between them is maximum, which in turn means that the best possible degree of efficiency is not achieved.

Diese Nachteile sollen nach .der Erfindung vermieden werden bei einem Generator zur Erzeugung von Mikrowellen mit Hilfe eines Hohlraumresonators, welcher .durch phasenfokussierte Elektronen iin Schwingungen versetzt wird und der je zwei vorzugsweise gitterförmige Steuer- und Auskoppelelektroden aufweist, welche von mindestens einem Elektronenstrahl durchstoßen werden, wobei die Wechselspannung zwischen den Steuerelektroden kleiner ist als die Wechselspannung zwischen den Auskoppelelektroden, und welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß der Resonator allseitig wenigstens nahezu geschlossen ist und eine vierseitig-prismatische oder durch Deformation eiirres vierseitigen Prismas (Quaders) darstellbare Form aufweist.According to the invention, these disadvantages are to be avoided in a Generator for generating microwaves with the help of a cavity resonator, which . is caused to oscillate by phase-focused electrons and the ever two preferably has grid-shaped control and decoupling electrodes, which of at least one electron beam are pierced, the alternating voltage between the control electrodes is less than the alternating voltage between the decoupling electrodes, and which is characterized in that the resonator is at least almost on all sides is closed and a four-sided prismatic or by deformation eiirres has four-sided prism (cuboid) representable shape.

Die erfi dungsgemHe Einrichtung .besitzt außer-.dem den Vorteil, daß der Rückkopplungsfaktor kleiner .als Eins und praktisch auf jeden Wert einstellbar ist. Da die Gitter vorzugsweise so ausgeführt sind, daß sie Teile der Resonatorwand :bilden, können die Ströme zu diesen allseitig zufließen, wodurch nachteilige Erwärmungen der Zuleitungen und dadurch Verluste auf ein Minimum beschränkt sind.The device according to the invention also has the advantage that the feedback factor is less than one and can be set to practically any value is. Since the grids are preferably designed so that they are parts of the resonator wall : form, the currents can flow to these on all sides, causing disadvantageous heating the supply lines and thus losses are limited to a minimum.

Die Erfindung sei nun an Hand einiger Ausführurngsbeispiele: inäher erläutert.The invention is now based on a few exemplary embodiments: in closer explained.

Fig. i zeigt einen quaderförmigen Hohlraumresonator eines Mikrowellengenerators; in Fig. 2 ist ein solcher als zylindrischer Ring ausgebildet; in Fig. 3 besitzt derselbe die Form eines J, und bei der Einrichtung nach Fig.4 sind, zur Schwingungserzeugung zwei Hohlraumresonatoren vorgesehen. In verschiedenen Figuren vorkommende gleiche Bezugzeichen besitzen dieselbe Bedeutung.Fig. I shows a cuboid cavity resonator of a microwave generator; in Fig. 2 such is designed as a cylindrical ring; in FIG. 3 it has the shape of a J, and in the device according to FIG. 4, two cavity resonators are provided for generating vibrations. The same reference symbols appearing in different figures have the same meaning.

In Fig. i bedeuten i, 2 einen Elektronenstrahl, .der von oben mach unten den quaderförmigen Hohlraumresonator 3 durchstößt und von welchem der Teil i homogen ist. Wenn im Resonator 3 Schwingungen angeregt sind, so werden die Elektronen des Strahls i .durch das elektrische Wechselfeld zwischen den Steuerelektroden 6, von denen die in der Figur nicht sichtbare Elektrode nicht eingezeichnet wurde, in ihrer Geschwindigkeit moduliert, so daß beim Weiterlaufen im Teil 2 .des Strahls eine Phasenfokussierung stattfindet. Werden nun die Elektronein beispielsweise durch magnetische Felder aus ihrer geradlinigen Bahn um i:8o° abgelenkt und als Strahl 4, 5 nochmals durch den Hohlraumresonator 3 geleitet, so -,werden im letzteren die elektrischen Schwingungen verstärkt, wenn dafür gesorgt wird, daß die Elektronenpaketchen und das an den Kopplungsgittern 7, von denen ebenfalls nur eines gezeichnet wurde, vorhandene Wechselfeld so- aufeinander abgestimmt sind, .daß .die Elektronenpaketchen stets gegen .das elektrische Feld anlaufen müssen. Die Schwingungen des Hohlraumresonators werden durch irgendeine .zufällige Irrhomogenität des Elektronenstrahls ausgelöst und bilden sich deshalb aus, ohne daß spezielle Vorkehrungen notwendig wären.In Fig. I i, 2 denote an electron beam. Der Mach from above the cuboid cavity resonator 3 penetrates below and from which the part i is homogeneous. If 3 vibrations are excited in the resonator, the electrons become of the beam i. through the alternating electrical field between the control electrodes 6, of which the electrode, which is not visible in the figure, has not been drawn in, modulated in their speed, so that when continuing in part 2 .of the beam phase focusing takes place. Are now the electrons for example through Magnetic fields deflected from their straight path by i: 80 ° and as a beam 4, 5 again passed through the cavity resonator 3, so -, in the latter the electrical vibrations are amplified if it is ensured that the electron packets and that on the coupling grids 7, of which only one was also drawn, existing alternating fields are coordinated with one another in such a way that .the electron bundles must always start against the electric field. The vibrations of the cavity resonator are triggered by any random irregularity in the electron beam and therefore develop without special precautions being necessary.

Bei ,der hier angeregten Schwingungsform ist die, elektrische Feldstärke parallel zu der Kante c gerichtet; ihre Größe ist an den Seitenwärndean ac und bc gleich Null und zeigt zwischen diesen einen sinusförmigen Verlauf. Die Wellenlänge A, der Grundschwingung ist durch die Dimensionen des Resonators gegeben; wenn die senkrecht auf der elektrischen Feldstärke stehenden Kanten die Längen ca und b besitzen, so ist Da sich bei angeregter Grundschwingung in der Mitte des Resonators ein Spannungsbauch befindet, ist an den dort befindlichen Auskopplungselektroden 7 eine maximale Wechselwirkung zwischen dem phasenfokussierten Elektronenstrahl und dem elektrischen Feld .des Hohlraumresonators vorhanden. Im Ausführungsbeispiel sind die Steuerelektroden 6 in der Nähe einer .der vertikalen Seitenwände ac, also an einem Ort kleiner elektrischer Feldstärke, eingebaut, so daß der Rückkopplungsfaktor kleiner als Eins ist; diese Bedingung muß bekanntlich stets erfüllt sein, wenn ein maximaler Wirkungsgrad bei einem solchen Resonator erhalten werden soll. Durch Verändern des zwischen den Elektroden 6 und den Wänden ac vorhandenen Abstandes läßt sich der Wert des Rückkopplungsfaktors weitgehend variieren.In the case of the oscillation form excited here, the electric field strength is directed parallel to the edge c; their size is equal to zero at the sides ac and bc and shows a sinusoidal curve between them. The wavelength A, of the fundamental oscillation is given by the dimensions of the resonator; if the edges perpendicular to the electric field strength have the lengths ca and b, then is Since there is a voltage bulge in the middle of the resonator when the fundamental oscillation is excited, there is maximum interaction between the phase-focused electron beam and the electric field of the cavity resonator at the coupling-out electrodes 7 located there. In the exemplary embodiment, the control electrodes 6 are installed in the vicinity of one of the vertical side walls ac, that is to say at a location with a low electrical field strength, so that the feedback factor is less than one; As is known, this condition must always be met if maximum efficiency is to be obtained from such a resonator. By changing the distance between the electrodes 6 and the walls ac, the value of the feedback factor can be largely varied.

Um das Umlenken des Elektronenstrahls zwischen dem Modulator und dem Induktor zu vermeiden, kann als Resonator beispielsweise ein ringförmiger Körper gemäß Fig. 2 vorgesehen sein. Diesen Resonator kann man sich aus dem Quader der Fig. i .dadurch entstanden denken, daß dieser parallel zu den Flächen bc umgebogen wird, bis die beiden Seitenflächen ac sich berühren. Auf diese Weise gelangt man zu einer Konstruktion, bei welcher sich ein geradliniger Elektronenstrahl verwenden läßt. In, den Hohlraumresonator nach Fig. 2 sind die Steuerelektroden 6 und .die Auskopplungselektroden 7 so eingebaut, daß die ersteren der radialen Trennfläche ac näher sind als die letzteren. Da :der Schwingungstypus hier derselbe ist wie, im Resonator der Fig. i, so. daß sich die Maxima und Minima .der elektrischen Feldstärke aus der ersten Figur ohne weiteres auf die zweite übertragen lassen, ist ersichtlich, daß auch hier die Bedingung erfüllt ist, daß das elektrische Feld am Ort der Steuerelektroden kleiner ist als am Ort der Auskopplungselektroden, d. h. daß der Rückkopplungsfaktor kleiner als Eins ist.In order to deflect the electron beam between the modulator and the To avoid an inductor, a ring-shaped body can be used as a resonator, for example be provided according to FIG. This resonator can be seen from the cuboid of the Fig. I .due to think that this is bent parallel to the surfaces bc until the two side surfaces ac touch. This is how you get there to a construction using a straight electron beam leaves. In, the cavity resonator according to Fig. 2, the control electrodes 6 and .die Decoupling electrodes 7 installed so that the former of the radial separation surface ac are closer than the latter. Since: the vibration type here is the same as, in the resonator of Fig. i, so. that the maxima and minima of the electric field strength can be easily transferred from the first figure to the second, it can be seen that here, too, the condition is met that the electric field at the location of the control electrodes is smaller than at the location of the outcoupling electrodes, d. H. that the feedback factor is less than one.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche ebenfalls ,durch Deformation des quaderförmigen Hohlkörpers nach Fi:g. i entstanden gedacht werden kanin. Hier wurde der Quader parallel zu den Flächen bc derma.Sen umgebogen, daß er die Form eines J besitzt. Weil der Schwingungstypus .dieses Hohlraumresonators derselbe ist wie der des Prismas gemäß Fig. i, so sieht man ohne weiteres, daß auch hier die Spannung zwischen den Steuergittern ,6 kleiner ist als zwischen den Aüskopplungsgittern 7.Fig. 3 shows a further embodiment, which also, by Deformation of the cuboid hollow body according to Fi: g. i originated to be thought canine. Here the cuboid was bent parallel to the surfaces bc derma.Sen that it has the shape of a J. Because the vibration type of this cavity resonator is the same as that of the prism according to FIG here the voltage between the control grids 6 is smaller than between the coupling grids 7th

Im Ausführungsbeispiel der Fig. i geschah die Umlenkung des Elektronenstrahls zwischen den Elektroden 6 und 7 mit Hilfe eines Magnetfeldes. Eine andere Ausführungsform kann aber auch darin bestehen, .daß der Elektronenstrahl 2, wie :das ganz schematisch in Fig. q. dargestellt ist, einen Hilfsresonator 8 anregt, welcher seinerseits einen zweiten Elektronenstrahl q., 5 moduliert, welcher zur Erregung der Schwingungen .des Resonators 3 die Auskopplungselektroden 7 durchstößt.In the exemplary embodiment in FIG. 1, the electron beam was deflected between the electrodes 6 and 7 with the aid of a magnetic field. One but another embodiment can also consist in .that the electron beam 2, like: this very schematically in Fig. Q. an auxiliary resonator 8 is shown excites, which in turn modulates a second electron beam q., 5, which to excite the vibrations .des resonator 3 pierces the decoupling electrodes 7.

Es können Mittel zur Frequenzmodulation vorgesehen. sein. Beispielsweise läßt sich eine solche durch Ändern .des Volumens des frequenzbestimmenden Hohlraums an den Stellen größter magnetischer oder elektrischer Dichte erzielen. Eine solche Änderung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem eine Stelle der Wandung des Hohlraumresonators nachgiebig gestaltet ist oder indem ein metallischer Kolben verschiebbar angeordnet ist und mehr oder weniger in den Hohlraum eintaucht. Die Auskopplung der Hochfrequenzenergie läßt sich mit einer im Innern ,des Hohlraumresonators verlaufenden Drahtschleife durchführen, die von magnetischen Kraftlinien des Wechselfeldes durchsetzt wird. Schließlich können Ausführungsformen des Hohlraums vorgesehen sein, bei denen die Kanten abgerundet sind; auch lassen sich Hahlkörper mit elliptischem oder kreisförmigem Querschnitt verwenden.Means for frequency modulation can be provided. be. For example This can be done by changing the volume of the frequency-determining cavity achieve at the points of greatest magnetic or electrical density. Such Modification can be carried out, for example, by changing a body of the wall of the cavity resonator is made resilient or by a metallic piston is arranged displaceably and more or less immersed in the cavity. the The high-frequency energy can be decoupled with one inside the cavity resonator running wire loop, created by magnetic lines of force of the alternating field is enforced. Finally, embodiments of the cavity can be provided, in which the edges are rounded; hollow bodies with elliptical or circular cross-section.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Generator for generating microwaves with the help at least one cavity resonator, which is generated by phase-focused electrons is set in vibration and which is preferably two built into the walls Has lattice-shaped control and decoupling electrodes, which of at least one Electron beam are pierced, with the alternating voltage between the control electrodes is smaller than the alternating voltage between the "#, coupling electrodes, thereby characterized in that; the resonator is at least almost closed on all sides. is and a quadrilateral prismatic or deformed quadrilateral prism (Cuboid) has form that can be represented.

2. Generator according to claim i. that the cavity resonator consists of a cuboid, which is parallel to two opposite Side faces is bent so that .the centers of its electrodes on one Lie straight.

3. Generator according to claim 2, characterized in that as a cavity resonator an annular cuboid is provided, the interior of which has a radial separating surface having. q ..

Generator according to claim 2, characterized in that as a cavity resonator A J-shaped cuboid that is closed on all sides is provided.

5. Generator after Claim i, characterized in that the electrodes are arranged so that their centers in a plane of symmetry of the cavity resonator that is parallel to the electron beam lie.

6. Generator according to claim i, characterized in that the electrodes Form parts of Resonatorwän.de.

7. Generator according to claim i, characterized in that that the decoupling electrodes are located at the location of the maximum voltage.

8. Generator according to claim 2, characterized in that the electron beam passing through the electrodes after passing through the control electrodes deflected by 180 ° from its direction and through the "#, coupling-out electrodes. g. Generator according to claim 2, characterized in that the electron beam leaving the control electrodes excites an auxiliary resonator, which modulates the speed of a second electron beam, this second electron beam, after leaving the auxiliary resonator, the decoupling electrodes pierces the cavity resonator for the purpose of exciting vibrations of the same. ok Generator according to claim i, characterized in that means are provided through which the volume of the frequency-determining cavity for the purpose of frequency control is changed at the points of greatest magnetic energy. 1i. Generator according to claim i, characterized in that means are provided through which the volume of the frequency-determining cavity for the purpose of frequency control at points of greatest electrical Energy is changed.