DE922359C

DE922359C - Electron tube arrangement for very short waves like a reflection klystron

Info

Publication number: DE922359C
Application number: DES24812A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Phil Nat Habil Kleen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-09-16
Filing date: 1951-09-16
Publication date: 1955-01-13

Description

Elektronenröhrenanordnung für sehr kurze Wellen nach Art eines Reflexionsklystrons Die Erfindung betrifft einen Schwingungserzeuger vom Typ des sogenannten Reflexgenerators, auch Reflexionsklystron genannt. Es ist bekannt, daß der Mechanismus dieses Oszillators auf folgendem Vorgang beruht: Ein von einer Kathode ausgehender Elektronenstrom tritt durch einen Schwingungskreis in Form eines Hohlraumresonators hindurch und wird hier in seiner Geschwindigkeit moduliert. In einem statischen, d. h. von Hochfrequenz freien Umkehrraum hinter dem Hohlraumresonator wird die Geschwindigkeitsmodulation in Dichtemodulation umgewandelt, und die in diesem Raum umkehrenden Elektronen durchlaufen, in ihrer Dichte moduliert, auf ihrem Rückweg erneut den Hohlraumresonator. Bei. geeigneter Bemessung der Laufzeiten im Umkehrraum gibt die auf diese Weise dichtemodulierte Elektronenströmung durch Bremsung im hochfrequenten Feld des Resonators Energie an diesen ab, so daß die Röhre. zu Schwingungen erregt wird.Electron tube arrangement for very short waves in the manner of a reflection klystron The invention relates to a vibration generator of the so-called reflex generator type, also called reflection klystron. It is known that the mechanism of this oscillator is based on the following process: A current of electrons emanating from a cathode passes through an oscillation circuit in the form of a cavity resonator and its speed is modulated here. In a static, i.e. H. of high frequency Free reversing space behind the cavity resonator becomes the speed modulation converted into density modulation, and the electrons reversing in this space pass through, modulated in their density, on their way back the cavity resonator again. At. suitable measurement of the transit times in the reversal space gives the density modulated in this way Electron flow by braking in the high-frequency field of the resonator energy on this off so that the tube. is excited to vibrate.

Es ist weiterhin bekannt, daß Generatoren der beschriebenen Art außerordentlich leicht und häufig eine Schwierigkeit aufweisen, nämlich die, daß in Abhängigkeit von der Reflektorspannung die von der Elektronenströmung abgegebene Leistung nicht eindeutig ist, sondern Hystereseerscheinungen zeigt. Ähnliches gilt für die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz von der Reflexionselektrode, d. h. die Schwingungsfrequenz ist keine eindeutige Funktion der Elektrodenspannung, wie es für die technische Anwendung der Röhre dringend erwünscht ist, sondern hängt von der Richtung der Änderung der Reflektorspannung ab. Diese Schwierigkeit und dieses fehlerhafte Verhalten der Röhre beruhen auf der Tatsache, daß Elektronen auf ihrem Rückweg, d. h. nach ihrem Richtungswechsel im Umkehrraum, durch den Hohlraumresonator hindurchlaufen und erneut in den Raum zwischen dem Hohlraumresonator und dem Erzeugungssystem des Elektronenstrahles (Elektronenkanone) eintreten.It is also known that generators of the type described are extraordinary easily and often have one difficulty, namely that of being dependent the power emitted by the electron flow does not depend on the reflector voltage is unambiguous, but rather shows signs of hysteresis. The same applies to addiction the oscillation frequency from the reflection electrode, d. H. the oscillation frequency is not a clear function of the electrode voltage, as it is for the technical Application of the tube is strongly encouraged, but depends on the direction of the modification the reflector voltage. This difficulty and this erroneous behavior of the Tubes are based on the fact that electrons on their way back, i.e. H. after your Change of direction in the reversal space, pass through the cavity resonator and again into the space between the cavity resonator and the generation system of the electron beam (Electron gun).

Es sind bereits Reflexgeneratoren bekannt, bei denen diese Schwierigkeit beseitigt und vermieden wird, d. h. bei denen als Funktion der Elektronenspannung sowohl Amplitude und Leistung als auch Frequenz des Schwingungserzeugers stetig und ohne Hystereseerscheinung geändert werden können.There are already reflex generators known in which this difficulty eliminated and avoided, d. H. where as a function of the electron voltage both amplitude and power as well as frequency of the vibrator are steady and can be changed without hysteresis.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein als Hohlraumresonator ausgebildeter Schwingkreis so gestaltet und die Elektronenströmung unter weitgehender Vermeidung einer Rückkehrmöglichkeit von; Elektronen zum Elektronenerzeugungssystem so geführt isst, daß beim Energieaustausch zwischen Elektronenströmung und Hochfrequenzschwingung die Beeinflussung der Elektronenströmung durch das elektrische Feld an einer anderen Stelle erfolgt als die umgekehrte Beeinflussung. Die Erfindung besteht nun darin, daß der Schwingkreis als ein in einer geeigneten Oberwelle schwingender Hohlraumresomator ausgebildet ist, der in der Nähe der Schwingungsbäuche mit Öffnungen zum Durchtritt der Elektronenströmung versehen ist.This is achieved in that a designed as a cavity resonator The resonant circuit is designed in this way and the flow of electrons is largely avoided an opportunity to return from; Electrons to the electron generation system so guided eats that in the exchange of energy between electron flow and high frequency oscillation the influence of the electron flow on another by the electric field Place takes place as the reverse bias. The invention now consists in that the resonant circuit as a cavity resonator oscillating in a suitable harmonic is formed, which is in the vicinity of the antinodes with openings for passage the electron flow is provided.

Es ist an sich bereits bekannt (französische Patentschrift 919 5o6), die Elektronenströmung so zu lenken, daß weitgehend eine Rückkehrmöglichkeit von Elektronen zum Elektronenerzeugungssystert vermieden wird. Bei der bekannten Anordnung wird aber der Hohlraumresonator in seiner Grundwelle erregt. Dies hat zur Folge, daß die Stellen, an denen die Elektronenströmung den Hohlraumresonator durchsetzt, niemals genau in der. Schwingungsbäuchen liegen, sondern lediglich in der Nähe derselben verlaufen. Erst durch die Maßnahme nach der Erfindung, nämlich die Anregung des Hohlraumresonators in einer Oberwelle,, ist es möglich, die Elektronenströmung genau an den Schwingungsbäuchen den Hohlraum durchsetzen zu lassen.It is already known per se (French patent specification 919 5o6), to direct the electron flow so that largely a return possibility of Electrons to the electron generation system is avoided. With the known arrangement but the cavity resonator is excited in its fundamental wave. As a consequence, that the points at which the electron flow passes through the cavity resonator, never exactly in that. Antinodes of oscillation lie, but only in the vicinity of the same get lost. Only through the measure according to the invention, namely the excitation of the Cavity resonator in a harmonic, it is possible to precisely determine the electron flow to allow the cavity to penetrate at the antinodes.

Durch geeignete Mittel kann in an sich bekannter Weise die Elektronenströmung nach erfolgter Dichte- oder Geschwindigkeitsmodulation so umgelenkt werden, daß eine vorzugsweise parabolische Bahn entsteht. Bei Anregung des Hohlraumresonators in einer Oberwelle geben die Elektronen ihre Energie an einem oder mehreren anderen Schwingungsbäuchen an den Schwingkreis ab als an dem Schwingungsbauch, an dem sie ihre Dichte-oder Geschwindigkeitsmodulation erhalten.The electron flow can be controlled in a manner known per se by suitable means after density or speed modulation are deflected so that a preferably parabolic path is created. When the cavity resonator is excited in a harmonic, the electrons give their energy to one or more others Antinodes of oscillation on the oscillating circuit than on the antinode of oscillation on which they get their density or speed modulation.

Um das Prinzip der Erfindung näher zu veranschaulichen, sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, die schematisch eine solche Anordnung zeigen. In Fig. i ist der Schwingkreis als Hohlraumresonator i ausgebildet. Dieser schwingt erfindungsgemäß nicht in seiner Grundwelle, sondern; in einer Oberwelle, d. h. er besitzt längs seines Durchmessers die durch die gestrichelte Linie 2 angedeutete Verteilung des elektrischen Longitudinalfeldes E. Er besitzt auf seiner Unterseite eine ringförmige Öffnung 3, der das gleichfalls ringförmige Elektronenerzeugungssystem mit Kathode q., Fokussierungselektrode 5 und Anode 6 gegenübersteht. Die Elektronenoptik dieses Systems ist derart gewählt, daß die Elektronenbahnen zwischen Kathode, Resonator, Refiektorelektrode und zurück .den Verlauf der eingezeichneten Bahnen 7 haben.To illustrate the principle of the invention in more detail, are in The drawing shows two exemplary embodiments which schematically illustrate such an arrangement demonstrate. In Fig. I the resonant circuit is designed as a cavity resonator i. This according to the invention does not oscillate in its fundamental wave, but; in a harmonic, d. H. along its diameter it has that indicated by the dashed line 2 Distribution of the longitudinal electric field E. It possesses on its underside a ring-shaped opening 3, which is also the ring-shaped electron generation system with cathode q., focusing electrode 5 and anode 6 opposite. The electron optics this system is chosen in such a way that the electron trajectories between the cathode, resonator, Reflector electrode and back .the course of the traces 7 drawn.

Die Elektronen beschreiben Parabeln. Sie durchlaufen auf ihrem Hinweg den Resonato:r in den äußeren Spannungsbäuchen des elektrischen Schwingungsfeldes durch geeignete Öffnungen 8, 9 und kehren im Umkehrfeld so um, daß sie durch eine kreisförmige Öffnung io, die sich in der Umgegend der Achse des Resonators und des dort befindlichen Spannungsbauches befindet, zurücklaufen und in den Hohlraumresonator eintreten.The electrons describe parabolas. They pass through on their way there the resonator in the external antinodes of the electrical oscillation field through suitable openings 8, 9 and reverse in the reversing field so that they are through a circular opening io, located in the vicinity of the axis of the resonator and the located there is tension bulge, run back and into the cavity resonator enter.

Wie aus der Fig. i hervorgeht, wird auf diese Weise erreicht, daß die Elektronen auf ihrem Rückweg nicht zur Kathode zurückgelungen können, sondern von der massiven, gegebenenfalls hier verstärkten Wandung i i des Hohlraumresonators aufgefangen werden. Es wird damit entsprechend den eingangs gemachten Ausführungen der Effekt vermieden, daß in ihrer Dichte und Geschwindigkeit modulierte Elektronen zur Kathode zurückgelungen und die genannten Hystereseerscheinungen hervorrufen. . Das Prinzip der Erfindung ist keineswegs auf das in Fig. i dargestellte Röhrensystem beschränkt. An Stelle der :dort im Schnitt gezeichneten, ringförmi:gen Kathode q. und der ebenfalls ringförmigen Elektroden 5 und 6 der Elektronenkanone kann man auch zwei oder mehr verschiedene Kathoden und getrennte Elektronenkanonen verwenden. Es ist keinesfalls notwendig, kreiszylindrische Resonatoren zu verwenden, sondern an. Stelle dieser können auch quadratische oder rechteckige Hohlraumresonatoren benutzt werden.As can be seen from FIG. I, it is achieved in this way that the electrons cannot get back to the cathode on their way back, but from the massive, possibly reinforced wall i i of the cavity resonator be caught. It is thus in accordance with the statements made at the beginning the effect avoided that electrons were modulated in their density and speed back to the cathode and cause the hysteresis phenomena mentioned. . The principle of the invention is in no way applicable to the tube system shown in FIG limited. Instead of the ring-shaped cathode q drawn in section there. and the also ring-shaped electrodes 5 and 6 of the electron gun can be also use two or more different cathodes and separate electron guns. It is by no means necessary to use circular cylindrical resonators, but rather at. Square or rectangular cavity resonators can also be used here to be used.

Das Prinzip ist auch umkehrbar, indem man z. B. entsprechend Fig. 2 einen wiederum in einer Oberwelle schwingenden Resonator 12 und eine einzelne, konkav gekrümmte Kathode 13 mit Bündelungselektrode 1q. und Voranode 15 benutzt, die Elektronen auf ihrem Hinweg 16 durch den mittleren Bauch des elektrischen Feldes hindurchschickt, wobei diese durch eine Öffnung 17 in der Umgegend der Achse des Resonators in diesen eintreten,. Auf ihrem Weg zwischen Resonator und Reflektor beschreiben die Elektronen wiederum Parabeln, derart, daß die Elektronen auf ihrem Rückweg jetzt den Resonator in den äußeren. Bäuchen des elektrischen Feldes, dessen Verlauf die gestrichelte Linie 18 veranschaulicht, durch die Ringöffnung i9 passieren und hier ihre Energie abgeben.The principle is also reversible by e.g. B. corresponding to FIG. 2 a resonator 12 oscillating again in a harmonic and a single, concavely curved cathode 13 with a bundling electrode 1q. and pre-anode 15 is used, which sends electrons on their way 16 through the central belly of the electric field, these entering through an opening 17 in the vicinity of the axis of the resonator. On their way between resonator and reflector the electrons describe parabolas in such a way that the electrons on their way back now the resonator in the outer one. Bulges of the electric field, the course of which is illustrated by the dashed line 18, pass through the ring opening 19 and give off their energy here.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electron tube assembly for very short waves in the manner of a reflection klystron, in which one is designed as a cavity resonator Resonant circuit so .formed and the flow of electrons while largely avoiding a possibility of return of electrons to the electron generation system is carried out in such a way that during the exchange of energy between electron flow and. High frequency oscillating circuit influencing the Electron flow through the electric field takes place at a different point than the reverse influence, characterized in that the resonant circuit such is designed as a resonator oscillating in a suitable harmonic, so that several antinodes arise, which are located at different points in the oscillating circuit are located and that in the vicinity of the antinodes of oscillation openings for the passage of the Electron flow are provided. a. Electron tube assembly according to claim i, characterized by a central electron flow generation system provided by one or more collecting electrodes surrounding them is included. 3. Electron tube assembly according to claim i, characterized by a central collecting electrode, which is from a or more electron flow generating systems surrounding them is. Referred publications French patent specification No. gig 5o6.