DE901446C

DE901446C - Electron tubes for very high frequencies in the manner of a so-called running wave lens klystron

Info

Publication number: DE901446C
Application number: DES23926A
Authority: DE
Inventors: Phil Nat Habil Werner Kleen Dr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-07-13
Filing date: 1951-07-13
Publication date: 1954-01-11

Description

Elektronenröhre für sehr hohe Frequenzen nach Art eines sogenannten Laufwellen-Linsenklystrons Zur Erzeugung, Verstärkung und Modulation sehr hoher Frequenzen ist die Verwendung von Laufwellenröhren bekannt, bei denen eine fortschreitende elektromagnetische Welle von so niedriger Geschwindigkeit erzeugt wird, daß eine Elektronenströmung der Welle zu folgen vermag. Dabei wird eine Wechselwirkung zwischen Elektronenstrahl und fortschreitenden elektromagnetischen Feldern erzielt.Electron tube for very high frequencies in the manner of a so-called Running-wave lens klystrons For generating, amplifying and modulating very high levels Frequencies is known the use of running wave tubes, at which a progressive electromagnetic wave is generated at such a low speed that a Electron flow is able to follow the wave. There is an interaction between Electron beam and advancing electromagnetic fields achieved.

Es ist weiterhin eine Laufwellenröhre bekannt, bei denen der Energieaustausch zwischen Elektronen und einer. elektromagnetischen Welle unmittelbar erfolgt. Zur Abbnemsung der Wellengeschwindigkeit werden dabei Systeme von Verzögerungslinsen verwendet. Solche Verzögerungslinsen können z. B. durch metallische Dipolelemente gebildet werden. Bei einer derartigen bekannten Anordnung tritt eine linear polarisierte Mikrowelle in eine metallische Verzögerungsschicht der erwähnten Art ein, worin die Phasengeschwindigkeit der Welle verlangsamt wird. Ein in Richtung des elektrischen Feldvektors der Welle durch die Schicht laufender Elektronenstrahl, dessen Geschwindigkeit angenähert gleich der: Phasengeschwindigkeit der Welle in der Schicht ist, wird vom elektrischen Wechselfeld geschwindigkeitsmoduliert. Während die Welle durch die Verzögerungsschicht und eine Hohlleitung zu einer zweiten, der ersten Verzögerungsschicht gegenüber befindlichen Schicht gelangt, wird der Elektronenstrahl im feldfreien Laufraum zwischen beiden Linsensystemen phasenfokussiert. Ist .die Laufzeit der Elektronen so bemessen, daB der Strahl während der Bremsphase der Mikrowelle in der zweiten Linsenschicht durch diese hindurchläuft, so geben die Elektronen Energie an das elektrische Feld der Welle ab und verstärken sie dadurch. Eine in die erste Linsenschicht eintretende Welle tritt also verstärkt aus der gegenüberliegenden Schicht aus.It is also known a shaft tube in which the energy exchange between electrons and one. electromagnetic wave occurs immediately. To the Systems of retardation lenses are used to slow down the speed of the waves used. Such retardation lenses can e.g. B. by metallic dipole elements are formed. In such a known arrangement, a linearly polarized one occurs Microwave in a metallic retardation layer of the type mentioned, wherein the phase velocity of the wave is slowed down. One in the direction of the electric Field vector of the wave electron beam passing through the layer, its speed approximately equal to: phase velocity of the wave in the layer is speed-modulated by the alternating electric field. While the wave is through the delay layer and a hollow line to a second, the first delay layer reaches the opposite layer, the electron beam is in the field-free Running space between both lens systems phase-focused. Is. The term of the Electrons dimensioned so that the beam during the braking phase of the microwave in the second If the lens layer passes through it, the electrons give energy to it electric field of the wave and thereby strengthen it. One in the first lens layer incoming wave thus emerges more strongly from the opposite layer.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung einer derartigen Anordnung dar und gestattet, eine wesentlich höhere Verstärkung zu erzielen. Die Erfindung besteht darin, daß an Stelle einer einzigen Elektronenströmung deren zwei vorgesehen sind, wobei die Elektronengeschwindigkeit der beiden Strömungen geringfügig voneinander verschieden ist. Es spielt sich dann im Raum zwischen den beiden Linsenschichten der Verstärkungsmechanismus entsprechend dem Vorgang in einer Elektronenwellenröhre (Zweistrahlröhre) ab.The invention provides an improvement to such an arrangement and allows a much higher gain to be achieved. The invention is that instead of a single flow of electrons, two are provided are, with the electron speed of the two flows slightly apart is different. It then takes place in the space between the two layers of lenses the amplification mechanism corresponding to the process in an electron wave tube (Twin-beam tube).

Bei Verwendung einer solchen Röhre als Schwingungserzeuger können Mittel vorgesehen sein, um eine bevorzugte Reflexion bzw. Rückführung einer oder mehrerer gewünschter Frequenzen zu bewirken. So können in den Rückführungsweg, der z. B. als Hohlleiter ausgebildet ist, frequenzselektive Glieder, z. B. ein Hohlraumresonator, eingeschaltet sein.When using such a tube as a vibration generator you can Means may be provided to a preferred reflection or return of an or to effect multiple desired frequencies. So can in the return path, the z. B. is designed as a waveguide, frequency-selective members, z. B. a cavity resonator, to be on.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert -werden. Die Figur zeigt ein Prinzipbild in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter schematischer Darstellung. Es handelt sich dab°i um ein Laufwellen-Linsenklystron, bei dem eingangs- und ausgangsseitig je ein System von Verzögerungslinsen vorgesehen ist. Die beiden Systeme sind mit i und 2 bezeichnet und können in der oben beschriebenen Weise, z. B. durch metallische Dipolelemente, gebildet sein. Eine linear polarisierte Mikrowelle, die schematisch mit 3 bezeichnet ist, läuft in Richtung des Pfeiles .I in das Linsensystem i ein. Die Welle läuft nach Passieren der Linsenschicht i durch einen Hohlleiter 5 und gelangt zu der zweiten Linsenschicht 2, um sie in Richtung des Pfeiles 6 zu verlassen.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The figure shows a basic diagram in its essential parts for the invention in a simplified schematic representation. It is dab ° i a running-wave lens klystron, a system of delay lenses is provided for each of the input and output sides is. The two systems are denoted by i and 2 and can be used in the one described above Way, e.g. B. be formed by metallic dipole elements. A linearly polarized one Microwave, which is indicated schematically with 3, runs in the direction of the arrow .I into the lens system i. After passing through the lens layer, the wave runs i through a waveguide 5 and arrives at the second lens layer 2 in order to move it towards of arrow 6 to leave.

In Richtung des elektrischen Feldvektors der Welle laufen durch die Linsenschichten i und 2 Elektronenströmungen, z. B. zwei Elektronenstrahlen 7 und 8; die beiden Elektronenstrahlen gehen von den beiden Kathoden 9 und io aus, wobei die Anordnung so getroffen ist und durch geeignete Bündelungselemente i i und i2 sowie, eine Beschleunigungselektrode 13 bewirkt wird, daß der äußere Elektronenstrahl 7 den inneren Elektronenstrahl 8 schlauchartig umgibt. Zur Führung der Elektronenstrahlen sind gegebenenfalls noch weitere in der Zeichnung nicht näher veranschaulichte Elektroden vorgesehen sowie elektromagnetische Felder verwendet. Die Elektronenstrahlen werden von einer Anode 14 aufgefangen. An den einzelnen Elektroden liegen solche Spannungen, und die Kathodenpotentiale sind derart bemessen, daß die beiden Elektronenstrahlen eine geringfügig verschiedene Elektronengeschwindigkeit besitzen.In the direction of the electric field vector of the wave run through the Lens layers i and 2 electron flows, e.g. B. two electron beams 7 and 8th; the two electron beams emanate from the two cathodes 9 and io, where the arrangement is made and by suitable bundling elements i i and i2 and, an accelerating electrode 13 is caused to cause the external electron beam 7 surrounds the inner electron beam 8 like a tube. For guiding the electron beams are possibly also further electrodes not shown in detail in the drawing provided and electromagnetic fields are used. The electron beams are collected by an anode 14. There are voltages at the individual electrodes and the cathode potentials are dimensioned such that the two electron beams have a slightly different electron speed.

Die Geschwindigkeiten der beiden Elektronenstrahlen send angenähert gleich der Phasengeschw indigkeit der Welle in der Linsenschicht, so daß ;sie vom elektrischen Wechselfeld geschwindigkeitsmoduliert werden. In der Linsenschicht 2 geben,die Elektronen Energie an das elektrische Feld der Welle ab und verstärken sie dadurch. Die austretende verstärkte Welle ist mit 15 bezeichnet.The velocities of the two electron beams are approximated equal to the phase velocity of the wave in the lens layer, so that; electric alternating field are speed-modulated. In the lens layer 2, the electrons transfer energy to the electric field of the wave and amplify it them thereby. The emerging reinforced wave is denoted by 15.

Die Röhre nach der Erfindung kann als Verstärker oder auch als Oszil'lator betrieben werden. Bei der Verwendung als Oszi-llator läßt sich die gewünschte Rückkopplungswirkung durch teilweise Reflexion der Welle an der Linsenschicht 2 erzielen. Dadurch gelangt ein Teil der verstärkten Energie über den Hohlleiter 5 zur Linsenschicht i zurück und wird hier erneut reflektiert. Zur Erregung einer definiertem Frequenz kann es dabei zweckmäßig sein, in dien Hohlleiter ein frequenzselektives Glied einzuschalten, z. B. einen Hohlraumresonator. Dieser ist so zu bemessen, :daß er allein die gewünschten Frequenzen @durchläßt und für alle anderen Frequenzen den Hohlleiter sperrt. Wenn dieser Kreis abstimmbar gemacht ist, läßt es sich leicht erreichen, daß die Wellenlänge des Oszillators dadurch verändert werden kann.The tube according to the invention can be used as an amplifier or as an oscillator operate. When used as an oscillator, the desired feedback effect can be achieved achieve by partially reflecting the wave on the lens layer 2. This arrives part of the amplified energy is returned to the lens layer i via the waveguide 5 and is reflected here again. It can be used to excite a defined frequency It may be useful to switch on a frequency-selective element in the waveguide, z. B. a cavity resonator. This is to be measured in such a way: that he alone the desired Frequencies @ lets through and blocks the waveguide for all other frequencies. if this circle is made tunable, it can easily be achieved that the wavelength of the oscillator can thereby be changed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electron tube for very high frequencies according to Type of a so-called running wave lens klystron, in which systems of delay, lenses are provided to reduce the shaft speed of running shafts, in which the waves are brought into interaction with an electron flow, characterized in that two electron flows of different electron speeds are provided.

2. Electron tube according to claim i, characterized in that when using the tube as a vibration generator means are provided to a preferred reflection and / or return of one or more desired frequencies to effect.

3. Electron tube according to claim 2, characterized in that in the return path, which is preferably designed as a waveguide, is frequency-selective Links are switched on. q ..

Electron tube according to Claim 3, characterized in that that the frequency-selective members are formed by cavity resonators.

5. Electron tube according to claim 3, characterized in that the frequency-selective members can be tuned are trained.