DE933693C - Laufzeitroehre - Google Patents

Description

Das Patent 908 743 betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Laufzeitröhren, bei dem ein Elektronenstrahl durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) derart in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereiches der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt.

Wie im Patent 908 743 näher erklärt ist, kann ein Elektronenstrahl entweder einer Modulation der Elektronengeschwindigkeit oder der Ladungsdichte unterworfen werden. Bei einer Modulation der Geschwindigkeit werden systematische Unregelmäßigkeiten in der Elektronengeschwindigkeit von Punkt zu Punkt längs des Strahles erzeugt, während bei einer Modulation der Raumladungsdichte systematische Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der Elektronen bewirkt werden.

Im allgemeinen wird bei elektrischen Entladungsgefäßen zwischen diesen beiden Modulationsarten kein Unterschied gemacht. Bei Ultrakurzwellenan-Ordnungen jedoch ist es vorteilhaft, Modulationselektroden zu verwenden, welche lediglich eine Mo-

dulation der Geschwindigkeit bewirken, ohne daß gleichzeitig merkliche Ladungsdichteveränderungen vor sich gehen. Eine derartig bewirkte Modulation der Geschwindigkeit kann sodann in eine Modulation der Raumladungsdichte von höheren Größenordnungen umgeformt werden, so daß Verstärkerwirkungen erzielt werden.

Zweck der Erfindung ist, die nach dem im Hauptpatent beschriebenen Verfahren über die Geschwindigkeitsmodulation erzielbare Dichtemodulation des Elektronenstrahles noch wesentlich zu verstärken. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einer Laufzeitröhre nach dem Hauptpatent in Richtung des Elektronenstrahles hintereinander mehrere Modulationskammern derart anzuordnen, daß eine mehrstufige Geschwindigkeitsmodulation erzielt wird. '

In Fig. ι ist eine Elektronenstrahlröhre dargestellt, welche aus einem evakuierten Gefäß mit einem langen Schaftteil 10 und einem erweiterten, die Anode enthaltenden Teil 11 besteht. Das Entladungsgefäß kann zweckmäßig aus Glas, Quarz oder irgendeinem äquivalenten Isolierstoff bestehen.

Der Schaftteil 10 enthält eine Anordnung zur Eras zeugung eines Elektronenstrahles, beispielsweise eine elektrische Kanone. Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einer indirekt geheizten Kathode 14, welche in punktierten Linien dargestellt ist, und einem fokussierenden Zylinder 15, um die Elektronen zu einem konzentrierten Strahl zu vereinigen. Dieser Zylinder kann entweder direkt mit der Kathode verbunden werden oder an einer Spannung liegen, welche wenige Volt negativ in Bezug zur Kathodenspannung ist. Um die Elektronen um einen gewünschten Betrag zu beschleunigen, ist eine Beschleunigungselektrode 16 vorgesehen, welche von der Kathode räumlich getrennt ist und an einer geeigneten positiven Spannung liegt, beispielsweise an einer Spannung von mehreren hundert Volt.

Damit der mittlere Teil des Strahlenweges an einer gewünschten Spannungshöhe liegt, ist eine Reihe von Zwischenelektroden 21 vorgesehen, welche zweckmäßig aus leitenden Ringen bestehen, die an der inneren Wandungsoberfläche des Gefäßes angebracht sind. Die Zwischenelektroden sind mit Zuleitungen 22, welche zu äußeren Kontaktanschlüssen 23 führen, verbunden. Eine Reihe von magnetischen, zur Fokussierung dienenden Spulen 25 sind längs des Gefäßes verteilt, um eine Streuung der Elektronen während des Laufes durch den Entladungsraum zu verhindern. Manchmal ist es vorteilhaft, diese Spulen durch elektrostatische Strahlfokussierungsvorrichtungen zu ersetzen. Nachdem der Elektronenstrahl den Raum durchquert hat, wird er von einer Anode 18 aufgefangen, welche aus Graphit oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht. Eine rohrförmige Elektrode 19 dient als Bremsgitter, um zu verhindern, daß von der Anode emittierte Sekundärelektronen in den Entladungsraum zurückkehren.

Beim Betrieb werden die Zwischenelektroden 21 an Erdpotential gelegt, die Kathode 14 an ein bis mehrere tausend Volt niedriger und die Anode 18 an ein bis mehrere 1000 Volt über Kathodenspannung. Das Bremsgitter 19 soll zweckmäßig 50 bis mehrere hundert Volt negativ in Bezug zur Anode 18 sein. Diese Spannungen können beispielsweise durch eine geeignete Spannungsquelle, welche als Batterie 27 dargestellt ist, geliefert werden.

Durch die oben beschriebene Anordnung kann ein in einer Richtung fließender Strahl von nahezu konstanter Durchschnittsintensität und -geschwindigkeit erzeugt werden. Wie in dem Hauptpatent 908 743 beschrieben ist, kann ein derartiger Elektronenstrahl in seiner Geschwindigkeit moduliert werden. Damit eine derartige Modulation ohne gleichzeitige Entstehung von wesentlichen Raumladungsdichteveränderungen erfolgt, ist es zweckmäßig, daß zur Modulation ein Modulationsraum verwendet wird, welcher hinreichend von der Kathode abgeschirmt ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Änderungen der Modulationsspannung direkt die Kathodenemission beeinflussen. Obgleich zahlreiche geeignete Geschwindigkeitsinodulationsanordnungen in dem Hauptpatent beschrieben sind, ist hier nur ein Ausführungsbeispiel dargestellt.

Diese Anordnung besteht aus einer Kammer 30, welche durch ein leitendes Gehäuse, das sich außerhalb des Entladungsgefäßes befindet, gebildet wird. Das Gehäuse ist mit transversal-sich, erstreckenden Wandungsteilen 31 und 31' versehen, welche verhältnismäßig dicht zu der äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes angeordnet sind und welche dazu dienen, die Spannungshöhe der -Grenzen des Modulationsraumes festzulegen. Innerhalb dieses Gehäuses ist eine Modulationselektrode vorgesehen, welche aus einem leitenden Rohr 33 besteht und welche den Laufweg des Elektronenstrahls derartig umschließt, als ob sie dazu gekoppelt wäre. Durch Erhöhen und Erniedrigen der Spannung dieser Elektrode in Bezug zu den Grenzen des Mo^- dulationsraurnes werden veränderliche Potentialgradienten erzeugt, welche longitudinal auf den Elektronenstrahl einwirken, wenn er die Räume zwischen den Wandungsteilen 31 und 31' und den Grenzen der Elektrode 33 durchläuft. Die Modulationswirkung, weiche so erzeugt wird, wird am größten sein, wenn die Länge der rohrförmigen Elektrode 33 derart in Beziehung zur Geschwindigkeit des Strahles steht, daß die Elektronenlaufzeit durch die Elektrode wenigstens ungefähr einer Halbwelle der S teuer spannung oder einer ungeraden Anzahl solcher Halbwellen entspricht. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird ein Elektron, welches in den Modulationsraum eintritt, wenn die Spannung der Steuerelektrode 33 ihr Maximum erreicht hat, zuerst infolge des Spannungsunterschiedes zwischen der Wandung 31 und der Elektrode und abermals, wenn es die Elektrode eine Halbwelle später verläßt, falls die Elektrodenspannung ihr Minimum in Bezug zu derjenigen der Grenzwandung 31' erreicht hat, beschleunigt. Entsprechend wird ein Elektron^ welches beim Eintreten in den Modulationsraum durch die Wirkung der Steuer-

elektrode verzögert wird, ebenfalls verzögert, wenn es die Elektrode verläßt. Der die Kammer 30 verlassende Elektronenstrahl wird daher aus verschiedenen Gruppen von Elektronen bestehen, von denen einige eine Geschwindigkeit über der Durchschnittsgeschwindigkeit und andere eine Geschwindigkeit unter der Durchschnittsgeschwindigkeit des Strahles besitzen.

Die Modulationsspannung wird der Steuerelektrode 33 von irgendeiner Spannungsquelle, beispielsweise einem Hochfrequenzgenerator (nicht dargestellt) geliefert. Zur Übertragung dieser Spannung zur Steuerelektrode dient eine konzentrische Zuleitung, welche aus einem inneren Leiter 35 und einem äußeren Leiter 36 besteht.

Wenn nur kleine Steuerspannungen verfügbar sind, wird die bewirkte Geschwindigkeitsmodulation verhältnismäßig gering sein. Trotzdem kann sie in eine Raumladungsdichtemodulation von höherer Größenordnung durch eine Anordnung, welche im folgenden beschrieben ist, umgeformt werden.

Zur Erläuterung der Umformung dient die Fig. 2. Es ist dort der Augenblick dargestellt, in dem die Elektronen den Modulationsraum verlassen. Zu diesem Zeitpunkt bestehen abwechselnd Gruppen von schnellen und langsamen Elektronen. Die schnellen Elektronen sind durch schwarze Punkte α und die langsamen Elektronen durch helle Punkte b dargestellt. Soweit wie es die Raumladungsdichte oder Elektronenverteilung betrifft, ist der Strahl im wesentlichen vollkommen gleichmäßig ausgebildet.

In Fig. 3 ist der Zustand desselben Strahls an einem etwas späteren Zeitpunkt dargestellt, wenn die sich schnell bewegenden Elektronen die vor ihnen befindlichen langsameren Elektronen erreicht haben. Die Elektronen sind nun derartig verteilt, daß der Strahl in seiner Ladungsdichte in dem Sinne moduliert ist, daß systematische Unregelmäßigkeiten in der Ladungsdichte von Punkt zu Punkt längs des Strahles bestehen. Die vorbeschriebene Veränderung des Strahles erfordert lediglich eine gewisse Zeit sowie die Abwesenheit von fretnden Einwirkungen, welche entgegengesetzt auf den Strahl einwirken könnten. Diese Forderungen können durch die Anordnung eines elektrostatisch abgeschirmten Laufraumes erfüllt werden, in dem das Gruppieren der Elektronen stattfinden kann. Dieser Laufraum besteht beispielsweise aus einem Teil des elektrischen Entladungsgefäßes, welcher von jeglichen äußeren statischen Spannungen abgeschirmt ist.

Aus dieser Erläuterung ergibt sich, daß bei einer geeigneten Länge des Lauf raumes sogar der geringste Betrag der Geschwindigkeitsmodulation in hundertprozentige Raumladungsdichtemodulation umgeformt werden kann oder, in anderen Worten, daß die maximal erreichbare Ladungsdichtemodulation unabhängig ist von der Geschwindigkeitsmodulation. Das dieses nicht der Fall ist, ist im wesentlichen der Wirkung der Raumladung (also der gegenseitigen Abstoßung der Elektronen) zuzuschreiben, welche der Elektrönengruppierung, welche charakteristisch für einen in seiner Ladungsdichte modulierten Strahl ist, entgegenwirkt. Die Wirkungsweise kann am besten durch Vergleichen des Elektronenstrahls mit einer langen Röhre aus hochelastischem festem Werkstoff, beispielsweise Gummi, erläutert werden.

Es sei angenommen, daß eine derartige Röhre longitudinal durch den Raum bewegt wird wie ein Elektronenstrahl mit konstanter Durchschnittsgeschwindigkeit. Wenn eine augenblickliche verzögernde Kraft auf das eine Ende und eine äugenblickliche beschleunigende Kraft auf das andere Ende der Röhre einwirkt, tritt ein Kompressionszustand ein. Wenn auch die Durchschnittsgeschwindigkeit der Röhre als Ganzes nicht beeinflußt wird, bewirken doch die in Frage kommenden Kräfte eine relative Bewegung von gewissen Teilen der Röhre von den Enden zur Mitte. Nach einer gewissen Zeit hört diese Bewegung infolge einer Kompression des mittleren Teiles der Röhre auf.

Nachdem die maximale Kompression erreicht ist, bewirkt die Elastizität des Werkstoffes eine Reaktionsbewegung der von ihrem Platz entfernten Teile in Richtung der Enden der Röhre. Dort wird eine neue Kompression und dann ein Aufhören der Kompression erfolgen und sich ständig wiederholen. Falls der in Frage kommende Werkstoff vollkommen elastisch ist, wird eine unendliche Anzahl von Wiederholungen möglich sein.

Dasselbe erfolgt bei einem Elektronenstrahl, welcher einer Modulation der Geschwindigkeit unterworfen worden ist. Während der Laufzeit (d. h. während des Durchganges des in seiner Geschwindigkeit modulierten Strahles durch den Raum) werden durch die Wirkung der schnelleren Elektronen, welche die langsameren überholen, ortliehe Kompressionen oder Vergrößerungen der Elektronendichte eintreten. Sobald eine maximale Dichte erreicht worden ist, d. h. sobald die gegenseitigen abstoßenden Kräfte der Elektronen genügend groß geworden sind, um eine weitere Kompression zu verhindern, wird eine Elektronendispersion einsetzen, und so abwechselnd weiter. Die Kompressionsänderungen entsprechen der Raumladungsdichtemodulation des Strahles, während die Geschwindigkeitsänderungen der Geschwindigkeitsmodulation entsprechen.

Bei Betrachtung des Raumladungsfaktors kann gezeigt werden, daß die Entfernung (Laufraum), welche der Strahl durchlaufen muß, um die Anfangsgeschwindigkeitsmodulation in die maximal mögliehe Raumladungsdiohtemodulation umzuformen, unabhängig ist von der Größe der Geschwindigkeitsmodulation bei kleinen Beträgen der letzteren. Der Laufraum ist nämlich eine Funktion der Strahlgeschwindigkeit, der Durchschnittsladungsdichte des Strahles, der Modulationsfrequenz des Durchmessers des Strahles, des Durchmessers der Glas- und Metallteile, welche den Strahl umgeben, und der Größe von äußeren elektrostatischen oder magnetischen Kräften, welche auf den Strahl einwirken. Eine Annäherungsformel, welche zweck-

mäßig zur Berechnung der Länge des Laufraumes dient, lautet wie folgt:

= 9,02 · io~⁵ · a

ίο In dieser Formel bedeutet L_M maximale Länge des Laufraumes in Zentimeter (gemessen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt der Gitter an jedem Ende des Laufraumes), V₀ die Durchschnittsgeschwindigkeit des Strahles in Volt, I₀ den Elektronenstrom in Milliampere, X die Wellenlänge des verstärkten Signals in Zentimeter (im Vakuum); α ist eine Konstante, deren Wert begrenzt wird durch die Dimensionen des Gefäßes und der Elektrodenteile. In den meisten praktischen Fällen liegt α zwischen 1 und 2. Der Durchschnittswert beträgt 1,3.

Zunächst wird die physikalische Länge des Laufraumes durch Verwendung dieser Formel berechnet. Ein genaues Ausgleichen kann sodann durch Verändern der Geschwindigkeit des Strahles von dem in der Berechnung benutzten Wert erzielt werden. Das genaueste Ausgleichen kann durch fortdauerndes Verändern der Spannung zwischen Kathode und den Zwischenelektroden 21 erreicht werden, bis eine maximale Ausgangsleistung von dem Entladungsgefäß erhalten wird.

Nach Fig. 1 ist der Laufraum der dargestellten Anordnung ebenso lang wie der rohrförmige leitende Teil 39, welcher an den Wandungsteil 31' grenzt. Das rechte Ende dieses rohrförmigen Teiles bezeichnet den Punkt maximaler Ladungsdichtemodulation des Strahles.

Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß aus einer Geschwindigkeitsmodulation eine weit größere Ladungsdichtemodulation erzeugt werden kann. Trotzdem wird eine einstufige Verstärkung eine ungenügende Ausgangsleistung ergeben, wenn die Eingangssteuerspannung sehr klein ist. Nach der Erfindung wird daher eine Anordnung verwendet, bei der in äußerst einfacher und wirksamer Weise eine mehrstufige Verstärkung erzielt wird. Die in der Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält . nämlich eine zweite oder Modulationsverstärkungskammer 41, welche durch transversale Wandungsteile 42 und 42' begrenzt ist. Innerhalb dieser Kammer ist der Strahlengang durch eine rohrförmige Elektrode 44 umgeben, die im allgemeinen ähnlich wie die Elektrode 33 ausgebildet ist.

Der in seiner Ladungsdichte modulierte Strahl induziert beim Durchqueren der Räume, welche zwischen den äußersten Grenzen der Elektrode 44 und den Wandungsteilen 42 und 42' bestehen, einen periodisch veränderlichen Strom in der Elektrode

44. Die Stärke dieses induzierten Stromes ist am größten, wenn die Länge der Elektrode 44 ungefähr der Entfernung zwischen aneinandergrenzenden Ladungsdichtemaxima und -minima des Strahles entspricht, so daß gleichzeitig, wenn ein Ladungsdichtemaximum in die Elektrode eintritt, ein Ladungsdichteminimum aus der Elektrode heraustritt.

Damit durch den induzierten Strom die erforderlichen Wirkungen hervorgebracht werden, ist es zweckmäßig, die Steuerelektrode 44 und die Kammer 41 durch einen Stromkreis mit hohem Wellenwiderstand zu verbinden. Dieser Stromkreis dient dazu, mittels der induzierten Stromänderung entsprechende Spannungsänderungen zwischen der Elektrode 44 und den Wandungsteilen 42 und 42' zu erzeugen. Theoretisch kann die Zuleitung mit irgendeinem hohen. Wellenwiderstand versehen werden, beispielsweise mit einem hohen Widerstand einer Selbstinduktion oder einem kapazitiven Nebenschluß. In der Praxis jedoch ist es erforderlich, einen parallelen abgestimmten Kreis zu verwenden, welcher wenigstens ungefähr in Resonanz mit der gewünschten Betriebsfrequenz steht, um unerwünschte Nebenschlußkapazitäten der in Frage kommenden Elemente zu vermeiden.

Da es beim Arbeiten mit kurzen Wellen schwierig ist, einen konzentrischen Resonanzkreis aus üblichen Stromkreiselementen herzustellen, werden für diese Zwecke vorzugsweise einander umhüllende Zuleitungen benutzt. Diese Zuleitungen bestehen beispielsweise aus einem inneren Leiter 46, welcher go mit der Elektrode 44 verbunden ist, und einem äußeren rohrförmigen Leiter 47, welcher an die Kammer 41 angesetzt ist. Diese beiden Leiter sind direkt bei 48 miteinander verbunden, wobei der Punkt 48 eine Viertelwellenlänge von dem offenen Ende der Zuleitung entfernt ist. (Die kapazitive Belastung, welche durch die Elektrode 44 und die angrenzenden Wandungsteile der Kammer 41 verursacht wird, erfordert jedoch, daß die Zuleitung etwas kürzer als eine Viertelwellenlänge sein muß, damit eine gute Resonanz erhalten wird.)

Bei einer derartigen- Anordnung werden durch den in der Elektrode 44 induzierten Strom stehende Wellen auf der Zuleitung erhalten, wobei ein Spannungsmaximum oder ein Spannungsknoten an dem offenen Ende der Zuleitung, d. h. zwischen der Elektrode 44 und den angrenzenden Wandungsteilen 42 und 42', entsteht. Diese Spannung besitzt einen periodisch veränderlichen Charakter und hat eine Frequenz, die durch die Entfernung zwischen Ladungsdichtemaxima und -minima in dem Strahl bestimmt ist, d. h. durch die Frequenz der Anfangsgeschwindigkeitsmodulationsspannung.

Analog wie bei der Steuerelektrode 33 wird durch die in dieser Weise erzeugten Spannungsgradienten eine zusätzliche Geschwindigkeitsmodulation des Elektronenstrahles verursacht. Außerdem wird die Größe der neuen Geschwindigkeitsmodulation entsprechend größer als die Anfangsmodulation sein, da die Spannungsänderungen der Elektrode 44 weitaus größer sind als diejenigen der Eingangselektrode 33. Wo dieses der Fall ist, kommt es nicht besonders darauf an, zu fordern, daß die neue Geschwindigkeitsmodulation in Phase mit der alten steht, da der Einfluß der ersteren denjenigen der letzteren vollkommen überschatten kann. Der

weitere Verlauf des Strahles wird also fast voll·- ständig durch die von der Elektrode 44 bewirkte Modulation und nur in einem unbedeutenden Umfang durch die von der Elektrode 33 bewirkte Modulation gesteuert.

Andererseits ist manchmal die Ladungsdichtemodulation, welche in dem Laufraum 39 erzeugt wird, so sehr gering, daß nur eine kleine Spannung an der Elektrode 44 entsteht. Wo dieses der Fall ist, ist es erforderlich, daß die Geschwindigkeitsmodulation, welche durch diese Elektrode bewirkt wird, in Phase und additiv zu der durch die Elektrode 33 bewirkten Modulation ist. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Abstimmung des mit der Elektrode 44 verbundenen Kreises verändert wird, indem die Dimensionen der Leiter 46 und 47 entsprechend angepaßt werden. Eine geringe Verstimmung des Kreises aus dem Resonanzzustand wird eine verhältnismäßig große Veränderung der Phase der Spannung, welche innerhalb der Kammer 41 besteht, zur Folge haben.

Um die Geschwindigkeitsmodulation, welche in der Kammer 41 bewirkt wird, in eine bedeutend größere Ladungsdichtemodulation umzuformen, ist ein weiterer Laufraum anschließend an die Modulationskammer vorgesehen. Dieser Laufraum befindet sich innerhalb des leitenden Rohres 50, welches dieselbe Länge wie das Rohr 39 besitzt.

Durch die mehrstufige Verstärkung wird der aus dem Laufraum 50 austretende Strahl in seiner Ladungsdichte sehr hoch moduliert sein. Der Prozentsatz der Ladungsdichtemodulation wird beispielsweise das Mehrfache der Anfangsgeschwindigkeitsmodulation, welche durch die Steuerelektrode 33 bewirkt wird, erreichen. Um diese Wirkung auszunutzen, ist eine dritte Elektrode 52, welche als Ausgangselektrode dient, vorgesehen. Diese Elektrode ist mit dem Strahl, welcher aus dem Laufraum austritt, gekoppelt und ist innerhalb einer Kammer 53 eingeschlossen, welche ähnlich den oben beschriebenen Modulationskammern ausgebildet ist. Die in dieser Elektrode induzierten Ströme werden zu einem Belastungskreis oder zu einer Antenne oder einem anderen Entladungsgefäß geleitet. Der Belastungskreis, welcher nicht dargestellt ist, kann mit der Elektrode 53 durch eine koaxiale Zuleitung, welche aus dem inneren Leiter 54 und dem äußeren Leiter 55 besteht, verbunden sein.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind nur zwei Verstärkungsstufen vorgesehen. Selbstverständlich können statt zwei Verstärkungsstufen beliebig viele angeordnet werden. Der Zahl der Verstärkungsstufen ist eine Grenze gesetzt, wenn die Geschwindigkeitsmodulation, welche in der letzten Stufe bewirkt wird, einer hundertprozentigen Modulation des Strahles entspricht. Bei Verwendung einer dreistufigen Verstärkung, d. h. zwei Modulationsverstärkungskammern, ist es beispielsweise möglich, eine Spannung von nur 4 oder 5 Volt an der Eingangselektrode in eine von 1500 Volt an der Ausgangselektrode zu verstärken (bei 80 cm). Es sind jedoch selbst noch größere Verstärkerwirkungen zu erzielen.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, welches einen Frequenzvervielfächer betrifft, dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das längliche Entladungsgefäß ähnlich wie dasjenige nach Fig. 1 ausgebildet. Das Entladungsgefäß enthält eine Auffanganode 60, ein Bremsgitter 61 und eine Reihe von Zwischenelektroden 62. Entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 ist das Entladungsgefäß mit einer elektrischen Kanone versehen. Eine Reihe von magnetischen Spulen 63 sind längs des Entladungsweges verteilt, um den Elektronenstrahl zu fokussieren.

Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 besteht der erste Modulationsraum aus einer Kammer 66 und einer Modulationselektrode 67. Zwischen einem äußeren rohrförmigen Teil· 68 und einem inneren Leiter 69, welche eine koaxiale Zuleitung bilden, ist die Eingangsspannung gelegt. Die in der Modulationskammer 66 erzeugte Geschwindigkeitsmodulation wird in dem Lauf raum, welcher sich innerhalb des leitenden Rohres 71 befindet, in eine Ladungsdichtemodulation von höherer Größenordnung umgeformt.

Der in seiner Ladungsdichte modulierte Teil des Strahles, welcher diesen Lauf verläßt, tritt in einen Modulationsverstärkungsraum ein, welcher durch die Kammer 72 gebildet wird. Dort wird ein Schwingungskreis, welcher aus koaxialen Leitern 74 und 75 besteht, erregt. Die gegenseitige Beeinflussung des Schwingungskreises und des Strahles, die durch die rohrförmige Elektrode 76 bewirkt wird, dient dazu, die Geschwindigkeitsmodulation des Strahles zu steigern.

Die Länge der Leiter 74 und 75 entspricht einer Viertelwellenlänge der Grundfrequenz, welche bei der Eingangselektrode 67 verwendet wird. Folglich wird die zusätzliche Geschwindigkeitsmodulation, welche auf den Strahl in der zweiten Modulationskammer 72 ausgeübt wird., von derselben Frequenz sein. Die neue Geschwindigkeitsmodulation wird wiederum in einem zweiten Laufraum, welcher durch den rohrförmigen Leiter 78 eingeschlossen ist, in eine Ladungsdichtemodulation umgeformt.

Wenn verhältnismäßig schwache sinusförmige Geschwindigkeitsmodulation bewirkt wird, werden die Raumladungswirkungen auch eine Ladungsdichtemodulation von sinusförmigem Charakter bewirken. Jedoch kann die bewirkte Ladungs dichtemodulation, wenn ein höherer Grad von Geschwindigkeitsmodulation angewandt wird, infolge der größeren Elektronenkompression, welche durch die höheren Elektronengeschwindigkeitsunterschiede des Strahles möglich ist, auch von nicht sinusförmigem Charakter sein. Folglich wird, wenn die ursprüngliche Steuerspannung an der Elektrode 67 sinusförmig ist, der aus dem Laufraum innerhalb iao des Rohres 78 austretende, in seiner Ladungsdichte modulierte Strahl harmonische Komponente enthalten. Wenn nun ein weiterer Modulationsverstärkungskreis, welcher ähnlich den vorher beschriebenen ist, jedoch in einer anderen Frequenz abgestimmt ist, verwendet wird, werden lediglich be-

stimmte harmonische Komponenten selektiv verstärkt.

Zu diesem Zweck ist in dem vorliegenden Fall ein dritter Modulationsraum innerhalb der Kammer 80 vorgesehen. Die Modulationsanordnung besteht aus einer rohrförmigen Elektrode 81 und einem damit verbundenen Kreis, welcher aus den Leitern 83 und 84 besteht. Die Leiter 83 und 84 sind derart dimensioniert, daß Schwingungen erzeugt werden, welche einer bestimmten harmonischen Schwingung entsprechen, beispielsweise der zweiten der Grundfrequenz, welche bei der Steuerelektrode 67 verwendet wird. Aus diesem Grunde haben diese Leiter eine Länge, welche ungefähr einer Viertelwellenlänge der in Frage kommenden harmonischen Frequenz entspricht. Die innerhalb der Kammer 80 enthaltene Anordnung hat also die Aufgabe, den Strahl in seiner Geschwindigkeit nach der harmonischen Frequenz zu modulieren. Diese Geschwindigkeitsmodu-

lation wird in eine Modulation der Ladungsdichte derselben Frequenz umgeformt, indem der Strahl durch einen Laufraum von geeigneter Länge geleitet wird, beispielsweise durch den Raum, welcher durch das leitende Rohr 86 umhüllt ist. Angenommen, es handelt sich um die 2. Harmonische, dann muß die Länge des Laufraumes etwas kürzer sein als die Hälfte der Lauf räume innerhalb der Elektroden 67 und 76. Um Energie bei der harmonischen Frequenz von dem modulierten Strahl zu gewinnen, wird eine Anordnung verwendet, welche aus einer¹ Kammer 88 und einer rohrförmigen Elektrode 89 besteht. Die Teile 88 und 89 sind durch einen Kreis miteinander verbunden, welcher auf die harmonische Frequenz abgestimmt ist.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Laufzeitröhre zur Ausübung des Verfahrens nach Patent 908 743, bei dem ein Elektronenstrahl durch eine Steuereinrichtung (Modulationskammer) derart in seiner Geschwindigkeit moduliert wird, daß sich die Geschwindigkeitsmodulation erst außerhalb des Wirkungsbereiches der Steuereinrichtung in eine Dichtemodulation umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daiß in Richtung des Elektronenstrahles hintereinander mehrere Modulationskammern derart angeordnet sind, daß eine mehrstufige Geschwindigkeitsmodulation erzielt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung gesehen hinter den Modulationskammern jeweils ein ~ Laufraum vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Laufraumes gemäß der Gleichung

   L_M = 9,02 · ίο-⁵ · a -^- · λ _6ο

   gewählt ist, wobei L^ die maximale Länge des Lauf raumes in Zentimeter, V₀ die Durchschnittsgeschwindigkeit des Strahles in Volt, J₀ der Elektronenstrom in Milliampere, λ die Wellenlänge des verstärkten Signals in Zentimeter (im Vakuum), α eine Konstante, deren Wert durch die Dimension des Gefäßes und die Elektrodenteile begrenzt wird (in den meisten praktischen Fällen liegt α zwischen 1 und 2, der Durchschnittswert beträgt 1,3), bedeutet.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtungen derart ausgebildet und abgestimmt sind, daß sie die Elektronenströmung gleichsinnig 'beeinflussen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Modulationskammern derart gegeneinander verstimmt sind, daß nur die von der letzten Modulationskammer herrührende Modulation am Ausgang der Röhre erscheint.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Elektronenstrom zuletzt durchlaufene Modulationskammer auf ein Vielfaches der Steuerfrequenz der am Strahlanfang liegenden Modulationskammer abgestimmt ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laufräume entsprechend den verschiedenen Frequenzen verschieden lang ausgebildet sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationskammern außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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