DE922113C

DE922113C - Traveling wave tubes especially for amplifying ultra-high frequency vibrations

Info

Publication number: DE922113C
Application number: DEC2907A
Authority: DE
Inventors: Daniel Charles; Robert Warnecke
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1949-03-07
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1955-01-10
Also published as: US2680825A

Description

Das Patent 878813 betrifft eine Wanderfeldröhre insbesondere zur Verstärkung ultrahochfrequenter Schwingungen mit zwei äquidistanten Leitern, welche eine Verzögerungsleitung bilden und zwischen sich einen Raum lassen, in welchen die von einer Kathode ausgehenden Elektronen eindringen. Zwischen den Leitern wird ein konstantes elektrisches Feld und senkrecht dazu ein konstantes magnetisches Feld aufrechterhalten. Das besondere Merkmal des Hauptpatents besteht darin, daß die beiden Leiter der Verzögerungsleitung auf konzentrischen Kreisen liegen und das Verhältnis elektrisches : magnetisches Feld der Elektronengeschwindigkeit entspricht und wobei die Richtung des Magnetfeldes so gewählt ist, daß die von der Kathode ausgehenden Elektronen bis zur Auffangelektrode hin eine kreisförmige Bewegung zwischen den beiden Leitern ausführen. Durch diese Maßnahmen kann die Länge der Röhren verringert und die Fokussierung des Elektronenstrahles verbessert werden. Die Phasengeschwindigkeit der Empfangswelle an der Verzögerungsleitung ist durch deren Aufbau bedingt.The patent 878813 relates to a traveling wave tube in particular for amplifying ultra-high frequencies Oscillations with two equidistant conductors that form a delay line and leave a space between them, into which the electrons emanating from a cathode penetrate. There is a constant electric field between the conductors and a constant one perpendicular to it Maintain magnetic field. The special feature of the main patent is that the both conductors of the delay line are on concentric circles and the ratio is electrical : magnetic field corresponds to the electron velocity and where the direction of the magnetic field is chosen so that the electrons emanating from the cathode up to the collecting electrode make a circular movement between the two ladders. Through these measures can reduce the length of the tubes and improve the focusing of the electron beam will. The phase velocity of the received wave on the delay line is through the Construction conditional.

Ist aber die Phasengeschwindigkeit der Empfangswelle festgelegt, so ist es notwendig, daß die Elektronen eine Kreisbahn mit dieser oder einer ihrBut if the phase velocity of the received wave is fixed, it is necessary that the Electrons make a circular path with this or one of them

sehr benachbarten Geschwindigkeit unter der Einwirkung eines radialen elektrostatischen und eines transversalen magnetischen Feldes beschreiben.very neighboring velocity under the action of a radial electrostatic and one describe the transverse magnetic field.

Die Beziehung, welche diese drei Größen miteinander verbindet, istThe relationship that connects these three quantities is

υ = υ =

ίο Das elektrische Feld E liegt zwischen dem äußeren Umwegleiter, welcher sich auf einem positiven Potential, und dem inneren zylindrischen Leiter, welcher sich auf einem negativen Potential befindet. Die Stabilität der Bahnkurve erfordert, daß der Elektronenstrahl mit einer Geschwindigkeit ν in die Äquipotentialfläche des Feldes eingeführt wird, die dieser Geschwindigkeit entspricht.ίο The electric field E lies between the outer detour conductor, which is at a positive potential, and the inner cylindrical conductor, which is at a negative potential. The stability of the trajectory requires that the electron beam is introduced into the equipotential surface of the field at a speed ν which corresponds to this speed.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wanderfeldröhre, bei welcher die geschilderten Schwierigkeiten dadurch behoben werden, daß die Emissionsquelle, die den Elektronenstrahl in den Raum zwischen den beiden Leitern der Verzögerungsleitung einschießt, von einer magnetischen "Abschirmung umschlossen ist. Dadurch hängen die Bahnkurven der aus dem abgeschirmten Raum in den Wanderfeldraum austretenden Elektronen nur von der Wahl des räumlichen Aufbaues der Röhre und den an die Elektroden angelegten Spannungen, nicht aber vom magnetischen Feld ab.The invention relates to a traveling wave tube, in which the difficulties described are eliminated by the fact that the emission source, which the electron beam in the space between enclosing the two conductors of the delay line by a magnetic "shield" is enclosed. As a result, the trajectories hang from the shielded room into the moving field area escaping electrons only depend on the choice of the spatial structure of the tube and the voltages applied to the electrodes, but not from the magnetic field.

Die Abschirmung besitzt eine Öffnung für den Austritt des Elektronenstrahles. Infolgedessen findet eine leichte Streuung des magnetischen Feldes statt, während die Abschirmung selbst die Äquipotentialflächen in ihrer Nachbarschaft merklich deformiert. Diesen beiden Effekten wird durch die Wahl der äußeren Wandform der Abschirmung auf der Seite des Eintritts in den Hauptraum und durch die Wahl der Lage der Achse des den Elektronenstrahl erzeugenden Systems zur Bahnkurve des Strahles Rechnung getragen.The shield has an opening for the electron beam to exit. As a result, finds a slight scattering of the magnetic field takes place, while the shielding itself the equipotential surfaces noticeably deformed in their neighborhood. Both of these effects are supported by the Choice of the outer wall shape of the shield on the side of entry into the main room and through the choice of the position of the axis of the electron beam generating system to the trajectory of the Beam taken into account.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.An embodiment of the invention is described in the drawing.

Das Gehäuse 1, welches den Elektronenstrahlerzeuger enthält, dient gleichzeitig zur Abschirmung gegen das magnetische Feld. Es ist aus einem passenden Metall, z. B. Eisen, hergestellt und dient, ebenso wie das Mittelstück 2, das aus irgendeinem Metall hergestellt ist, z. B. aus Kupfer, zu hochfrequenzmäßiger Trennung des Eingangskreises 9 und des Ausgangskreises 8 der Verzögerungsleitung, die durch die Wendel 6 dargestellt ist. Das magnetische Feld verläuft in Richtung der Achse der Röhre und ist durch die Kreise 16 dargestellt. The housing 1, which the electron gun contains, serves at the same time to shield against the magnetic field. It's over a suitable metal, e.g. B. iron, manufactured and used, as well as the center piece 2, which from any Metal is made, e.g. B. made of copper, too high-frequency separation of the input circuit 9 and the output circuit 8 of the delay line, which is represented by the helix 6. The magnetic field runs in the direction of the axis of the tube and is represented by the circles 16.

Das Abschirmgehäuse 1 enthält die beiden Teile 13 und 15, die zur Festlegung der Kraftlinien des elektrischen Feldes dienen, das zwischen der Wendel 6 und dem zylindrischen Innenleiter 5 liegt.The shielding housing 1 contains the two parts 13 and 15, which are used to define the lines of force of the Serve electrical field, which lies between the helix 6 and the cylindrical inner conductor 5.

Im Innern des Gehäuses 1 befindet sich die Emissionskathode 3 und der Wehneltzylinder 4. Der Teil 15 des Gehäuses 1 bildet die Beschleunigungselektrode. Die Kathode 3, der Wehneltzylinder 4 und der Innenleiter 5 erhalten ihre Speisespannungen über Leitungen 11, 10 und 12, die durch einen Isolierkörper 17 eingeführt sind, so daß diese Teile in bezug auf die Umhüllung 7 und die mit dieser verbundene magnetische Abschirmung 1 unabhängig vorgespannt werden können.The emission cathode is located inside the housing 1 3 and the Wehnelt cylinder 4. Part 15 of the housing 1 forms the acceleration electrode. The cathode 3, the Wehnelt cylinder 4 and the inner conductor 5 receive their supply voltages via lines 11, 10 and 12, which by a Insulating body 17 are introduced so that these parts with respect to the casing 7 and with this associated magnetic shield 1 can be biased independently.

Die Achse des Emissionselektrodensystems 3, 4, 13 und 15 im Innern von 1 ist gegenüber der Kreisbahn der umlaufenden Elektronen geneigt. Durch den Pfeil 14 ist die Austrittsrichtung des Elektronenstrahles dargestellt. Der übrige Teil des Gefäßes ist von dem erwähnten Mantel 7, der aus einem indifferenten Metall, wie z. B. Kupfer, bestehen kann, umschlossen.The axis of the emission electrode system 3, 4, 13 and 15 in the interior of FIG. 1 is opposite to the circular path of the orbiting electrons inclined. The arrow 14 shows the exit direction of the electron beam shown. The rest of the vessel is of the mentioned jacket 7, which is made of an indifferent metal, such as. B. copper, can consist, enclosed.

Zwischen der Wendel 6 und dem Innenleiter 5 wird eine konstante Potentialdifferenz aufrechterhalten, derart, daß man in der Gegend des Durchgangs des Elektronenstrahles die Beziehung hatA constant potential difference is maintained between the helix 6 and the inner conductor 5, in such a way that one has the relation in the region of the passage of the electron beam

ν = ν =

Die Abschirmung 1 wird, ebenso wie die ganze Umhüllung J, auf einem Zwischenpotential V₀ gehalten, welches in Volt derartig als Funktion der Geschwindigkeit ν berechnet wird, daß es der bekannten Beziehung genügt:The shield 1, like the entire envelope J, is kept at an intermediate potential V ₀ , which is calculated in volts as a function of the speed ν that it satisfies the known relationship:

υ = 6 · io⁷ υ = 6 io ⁷

(Das Potential der Kathode wird als Bezugspunkt der Potentiale gewählt.)(The potential of the cathode is chosen as the reference point for the potentials.)

Die Hauptvorteile der Röhre nach der Erfindung sind folgende: 1. Die Elektronenröhren sind für einen flachen Elektronenstrahl und infolgedessen für die gewünschte Stromstärke berechenbar; 2. der Elektronenstrahl kann mit Hilfe des Wehneltzylinder oder eines Hilfsgitters moduliert werden, ohne daß es nennenswerte Abänderungen der Bahnkurven in dem Bereich des Energieaustausches zwischen Strahl und Verzögerungsleitung zur Folge hat; 3. die Blektronengeschwindigkeit kann der Phasengeschwindigkeit der Welle angepaßt werden, während die Bedingung ν = -=- unabhängig erziel- ^los The main advantages of the tube according to the invention are as follows: 1. The electron tubes are calculable for a flat electron beam and consequently for the desired current intensity; 2. The electron beam can be modulated with the help of the Wehnelt cylinder or an auxiliary grid without causing any noteworthy changes in the trajectories in the area of the energy exchange between the beam and the delay line; 3. Blektronengeschwindigkeit, the phase velocity of the wave are matched while the condition ν = - = - independently recoverability ^los

bar ist; 4. die Abschirmung der Röhre, ebenso wie die des Ein- und Ausgangskreises, erfolgt nicht nur gegen das magnetische, sondern auch gegen das Hochfrequenzfeld.is bar; 4. The shielding of the tube, as well as that of the input and output circuit, is not only done against the magnetic, but also against the high frequency field.

Claims

Patent claims:

i. Traveling wave tube, especially for amplifying ultra-high frequency vibrations, "5 with two equidistant conductors lying on concentric circles and the delay line form, the space between the conductors under the action of a magnetic Field that runs perpendicular to the plane of the circles and has such a value, that the electrons in this space perform circular movements, according to patent 8788i3, characterized in that the electron beam enters the space between the two Ladders of the delay line shooting up

Emission source is enclosed by a magnetic shield.

2. Tube according to claim i, characterized in that the emission source with a Focusing electrode (electron optics) is provided, which generates a flat electron beam.

3. Tube according to claims 1 and 2, characterized in that the axis of the emission electrode system (3, 4, 13, 15) of the tube the direction of entry of the beam into the space between the electrodes (5, 6) of the delay line is inclined.

4. Tube according to claims 1 and 2, characterized in that the magnetic shield stored in a casing made of non-magnetic material and with an opening is provided for the passage of the electron beam.

5. Circuit of a tube according to claims ι to 4, characterized in that the DC bias voltages with respect to the magnetic shielding independently of each other Emission source (3), the bundling electrode

(4) and the inner conductor (5) of the delay line are fed.

1 sheet of drawings

9579 12.