DE934065C

DE934065C - Elektronenentladungsvorrichtung mit Benutzung von Hohlraumresonatoren

Info

Publication number: DE934065C
Application number: DEP35335D
Authority: DE
Inventors: Bernard Joseph Mayo
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1941-08-08
Filing date: 1949-03-01
Publication date: 1955-10-13
Also published as: GB576126A; FR919073A; CH252440A; US2445404A; NL79204C

Description

Die Erfindung betrifft Elektronenentladungsvorrichtungen mit Benutzung von Hohlraumresonatoren, die zum Gebrauch als Schwingungsgeneratoren ausgestaltet sind. Die Erfindung bezieht sich ausschließlich auf solche Vorrichtungen oder Vorrichtungen ähnlicher Art, in welchen Mittel vorgesehen sind, die ein reflektierendes Feld erzeugen, um die Elektronen im Elektronenstrahl der Vorrichtung nach ihrem Durchgang durch den

ίο Spalt im Resonator, wo sie geschwindigkeitsmoduliert werden, durch den Spalt zurückreflektieren zu lassen. In solchen Vorrichtungen kann der Resonator Form eines Toroids besitzen und wird in bekannter Weise auf die Frequenz der Schwingungen abgestimmt, die zu erzeugen gewünscht wird. Beim Betrieb werden die von der Kathode emittierten Elektronen durch den Hohlraumresonator, der in bezug auf die Kathode auf positivem Potential gehalten wird, beschleunigt, durch die mit der Elektronenquelle verbundenen Hilfselektroden gebündelt und auf den Spalt gerichtet. Beim Durchgang durch den Spalt wird der Elektronenstrahl durch das Vorhandensein eines zwischen den Spaltelektroden erzeugten Hochfrequenzfeldes geschwindigkeitsmoduliert, und nach dem Durchgang durch den Spalt wird der Strahl auf die erwähnten reflektierenden Mittel gerichtet, die im allgemeinen eine reflektierende Elektrode umfassen, die auf einem solchen negativen Potential gehalten ist, daß die Elektronen auf den Spalt

reflektiert werden, worauf die Elektronen dann durch den Resonator oder eine andere Elektrode aufgenommen werden. Auf dem Wege vom Resonator zur reflektierenden Elektrode und zurück zum Resonator wird der Strahl dichtemoduliert, d. h. einer Modulation der Ladungsträgerdichte unterworfen. Der dichtemodulierte Strahl induziert beim Durchgang durch den Resonator im Innern des Resonators Hochfrequenzströme und hält das ίο Hochfrequenzfeld zwischen den Spaltelektroden aufrecht. Auf diese Weise werden im Resonator Schwingungen erregt. Die Schwingungsenergie kann dem im Resonator erzeugten Feld durch eine in dem Resonator geeignet eingeführte Leiterschleife entzogen werden.

Zum leistungsfähigen Betrieb ist es erforderlich, daß das beim Betrieb zwischen dem Resonator und der reflektierenden Elektrode erzeugte elektrische Feld einen brauchbaren Grad der Bündelung bewirkt, und daß die Laufzeit der axialen und der Randelektronen im wesentlichen die gleiche ist, so daß alle Elektronen nach der Reflexion den Spalt mit gleicher Phase erreichen.

Eine flache reflektierende Elektrode arbeitet in bezug auf die wirksame Bündelung zufriedenstellend, wo aber, wie es gewöhnlich der Fall ist, der Elektronenstrahl auf dem Wege zur reflektierenden Elektrode divergiert, werden sehr wenige der Randelektronen durch die Öffnung in den Resonator zurückreflektiert werden. Daher ist der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung und damit die Leistungsfähigkeit gering.

Ein System von konkaven Äquipotentialflächen,

wie sie durch eine konkave reflektierende Elektrode erzeugt werden, ist zwar in der Lage, sowohl die axialen als auch die Randelektronen durch den Resonator hindurch zurückzulenken, jedoch ist ein derartiges System unvorteilhaft, als es nur einen geringen Grad von Elektronenzusammenballung (P'hasenfo'ku'&sieriung) ergibt.

Es ist daher ersichtlich, daß Vorrichtungen mit entweder einer flachen oder einer konkaven reflektierenden Elektrode den obenerwähnten Erfordernissen eines leistungsfähigen Betriebes nicht genügen.

Der Zweck der Erfindung ist die Schaffung von Elektronenentladungsvorrichtungen der hier beschriebenen Art im Hinblick auf die Verbesserung der Frequenzstabilität der erzeugten Schwingungen und der Leistungsfähigkeit.

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektronenentladungsvorrichtung mit Benutzung von Hohlresonatoren zum Gebrauch als Schwingungsgenerator, bei der Mittel zur Reflexion des Elektronen-Strahles vorhanden sind. Erfindungsgemäß besteht das genannte Reflexionsmittel aus einer reflektierenden Elektrode, die durch einen den Strahl umfassenden, kurzen, leitenden Flansch begrenzt wird.

Vorzugsweise hat der Elektronenstrahl der Vorrichtung kreisförmigen Querschnitt, und die genannte reflektierende Elektrode besitzt ebenfalls Kreisform, wobei die Breite des leitenden Flansches ungefähr ein Drittel des Elektrodendurchmessers beträgt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Elektronenstrahl ebenfalls kreisförmigen Querschnitt, und der Durchmesser der ebenfalls kreisförmigen reflektierenden Elektrode beträgt das Drei- bis Vierfache des Durchmessers der benachbarten Öffnung in der Resonatorwand.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Elektronenentladungsvorrichtung vorgesehen, bei der die der reflektierenden Elektrode benachbarte Wand des Resonators in der Nähe des genannten leitenden Flansches mit einer kreisförmigen Vertiefung versehen ist, um die Gefahr eines Funkenübertritts zwischen dem genannten Flansch und der Resonatorwand zu vermindern.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur schematisch eine erfindungsgemäße Elektronenentladungsvorrichtung zeigt.

In der Figur ist eine Kathode 1 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls von einem Kathodenschirm 2 umgeben. Eine Bündelungs- oder Fokussierelektrode 3 in der Form einer mit einer öffnung versehenen Membran dient dazu, in Verbindung mit dem Kathodenschirm 2 ein Bündelungsfeld zu erzeugen, wenn die Elektroden 2 und 3 auf einem geeigneten Potential gehalten werden. Der Hohlraumresonator 4 hat die Gestalt eines Toroids und ist mit einem Paar gegenüberliegend angebrachter öffnungen 5 und 6 versehen, die einen Spalt bilden, welchen der Elektronenstrahl passieren muß. Das Feld, welches dazu dient, den Elektronenstrahl durch die öffnung 6 in den Resonator zu reflektieren, zum Zwecke der Aufrechterhaltung der Erzeugung von Schwingungen im Resonator, wird durch die Anbringung einer reflektierenden Elektrode 7 erzeugt, die bei Betrieb in bezug auf die Kathode 1 auf einem negativen Potential gehalten wird.

Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung verwendet einen Strahl von kreisförmigem Querschnitt, und es ist wünschenswert, daß der Elektronenstrom in dem Spalt eine Überkreuzung aufweist. Folglich wird der Elektronenstrahl, wenn er aus dem Resonator austritt, von divergenter Form sein. Die reflektierende Elektrode 7 ist, da der Elektronenstrahl einen kreisförmigen Querschnitt hat, von kreisförmiger Form. Um das Feld auf dem Wege des Strahls so zu verbessern, daß den vorerwähnten Erfordernissen vollständiger genügt wird, ist die Elektrode 7 im wesentlichen flach und mit einem den Strahl umfassenden, kurzen leitenden Flansch 7" versehen.

Es wurde gefunden, daß es zwischen dem Durchmesser der Elektrode 7 und der Breite des Flansches J" ein optimales Verhältnis für ein Maximum an Leistungsfähigkeit gibt. Dieses optimale Verhältnis ist ungefähr 3, d. h., die Breite des Flansches J^a ist ein Drittel des Durchmessers der Scheibe. Es wurde ebenfalls gefunden, daß der optimale Durchmesser für die reflektierende Elektrode 7 ungefähr drei- bis viermal der Durchmesser

der Öffnung 6 im Resonator ist. Die öffnung 6 kann z. B. einen Durchmesser von 2 mm haben, wobei dann der Durchmesser der reflektierenden Elektrode ungefähr 6 bis 8 mm beträgt.

Da beim Betrieb der Resonator auf einem hohen positiven Potential und die reflektierende Elektrode auf einem niedrigen oder negativen Potential gehalten werden, entsteht die Gefahr, daß infolge der Nähe der reflektierenden Elektrode zum Resonator

ίο ein Funkenübertritt auftreten kann. Um diese Möglichkeit zu reduzieren, ist die der reflektierenden Elektrode J benachbarte Wand des Resonators 4 in Nähe des Flansches 7^a der reflektierenden Elektrode mit einer kreisförmigen Vertiefung 8 versehen, so daß ein angemessener Zwischenraum zwischen dem Rand des Flansches und der benachbarten Oberfläche des Resonators gewährleistet ist, um die Möglichkeit eines Funkenübertritts zu verringern.

Beim Betrieb der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung kann die Fokussierelektrode auf einem Potential von — 300 bis + 300 Volt, der Resonator 4 auf einem positiven Potential von 1000 bis 2000 Volt und die reflektierende Elektrode 7 auf einem negativen Potential von 150 bis 500 Volt gehalten werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schwingungsgenerator, bei dem ein Elektronenstrahl kreisförmigen Querschnittes durch den Steuerspalt eines Hohlraumresonators hindurchgeführt und nach Durchlaufen dieses Steuerspaltes mittels einer Reflektorelektrode zum nochmaligen Durchlauf en des Steuerspaltes in seiner Bewegungsrichtung umgekehrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelektrode im wesentlichen flach und kreisförmig ausgebildet ist und mit einem in Richtung zum Hohlraumresonator angesetzten kurzen leitenden Flansch versehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des leitenden Flansches ungefähr ein Drittel des Elektrodendurchmessers beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Reflektorelektrode das Drei- bis Vierfache des Durchmessers der gegenüberliegenden öffnung in der Resonatorwand beträgt.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Reflektorelektrode gegenüberliegende Wand des Hohlraumresonators in der Nähe des leitenden Flansches mit einer kreisförmigen Vertiefung versehen ist, derart, daß die Spannungsfestigkeit zwischen dem Flansch und der Resonatorwand erhöht wird.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 190 511;
österreichische Patentschrift Nr. 159 535-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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