DE944075C - Wanderfeldroehrenanordnung mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, wobei das Magnetfeld von einem in einem axialen Leiter fliessenden Strom erzeugt wird - Google Patents

Wanderfeldroehrenanordnung mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, wobei das Magnetfeld von einem in einem axialen Leiter fliessenden Strom erzeugt wird

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DE944075C
DE944075C DEC9517A DEC0009517A DE944075C DE 944075 C DE944075 C DE 944075C DE C9517 A DEC9517 A DE C9517A DE C0009517 A DEC0009517 A DE C0009517A DE 944075 C DE944075 C DE 944075C
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DE
Germany
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delay line
space
tube
electron beam
axial conductor
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Expired
Application number
DEC9517A
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English (en)
Inventor
Harry Huber
Daniel Reverdin
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Thales SA
Original Assignee
CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/34Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
    • H01J25/42Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and with a magnet system producing an H-field crossing the E-field
    • H01J25/44Tubes in which an electron stream interacts with a wave travelling along a delay line or equivalent sequence of impedance elements, and with a magnet system producing an H-field crossing the E-field the forward travelling wave being utilised

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

  • Wanderfeldröhrenanordnung mit gekreuzten elektrischen-und magnetischen Feldern, wobei das Magnetfeld von einem in einem axialen Leiter fließenden Strom erzeugt wird Es sind bereits Verstärkerröhren für sehr kurze Wellen (Mikrowellen) bekannt, deren WirkungsWeise auf der Wechselwirkung zwischen einer fortschreitenden Welle und einem Elektronenstrahl beruht, wobei die Welle sich längs einer Verzögerungsleitung aus zwei auf unterschiedlichem Gleichpotenfial befindlichen koaxialen Leitern ausbreitet, während der Elektronenstrahl sich in dem von den genannten Leitern begrenzten Raum (Wrchselwirkungsraurn) fortpflanzt, und zwar senkrecht zu dem radialen, von der genannten Gleichpotentialdifferenz erzeugten elektrischen Feld sowie zu einem magnetischen Feld, das mit dem elektrischen gekreuzt ist. Diese Röhren besitzen die Eigenart, daß die Verzögerungsleituii aus . 9 einem axialen Leiter sowie einer hierzu köaxialen Elektrode besteht, wobei der Wechselwirkungsraum entweder zylindrischer (französisches Patent 985 536) oder kegelförmiger Art sein kani!. Ferner ist das in diesem Wechselwirkungsraum herrschende magnetische Feld von kreisförmiger Gestalt und wird von einem starken durch den axialen Leiter fließenden Strom erzeugt. Bei einer Röhre für Dauerbetrieb ist dies ein Gleichstrom, wohingegen es bei einer Röhre für Impulsbetrieb ein Wechselstrom oder ein impulsförmiger Strom sein, kann.
  • In allen diesen Röhren besitzt sowohl die elektrische als auch die magnetische Feldstärke an einem beliebigen Punkt des Wechselwirkungsraumes einen dem Abstande r zwischen diesem Punkt und der Systemachse _umgekehrt proportionalen Wert, so daß dw Verhältnis beider Feldstärken für jeden Punkt dieses Raumes konstant bleibt.
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Yoringebung des Elektronenauffangraumes, wie er für diese Art --von -Röhren besonders geeignet ist. Unter Elektronenauffangraum -wird jener Raum verstanden', welcher von der Elektronenströmung im letzten Abschnitt der Bahn des Strahles durchlaufen wird, d. h. der Raum, in welchen die Elektronen nach Durchlaufen de# Wechselwirkungsraumes eintreten und an dessen Ende sie von der AuffangeIektrode aufgefangen wer" den.
  • Nach der Erfindung wird das Verhältnis von elektrischer zu magnetischer Feldstärke im Elektronenauffangraum größer gemacht als im Wechselwirkungsraum und nimmt vorzugsweise in Richtung der Elektro enbewegung allmählich zu. Diese Veränderung wird erreicht, indem man der Auffangelektrode und/ oder dem Endteil des axiaIen Leiters der Röhre eine passende Form gibt und/oder indem man die Auffangelektrode auf ein geeignet gewähltes Potentiallegt. Damit wird,irn letzten Teil der Bahn des Elektronenstrahls em* erektronenoptisches System gebildet, -vermöge dessen sämtliche Elektronen schließlich auf die Auffangelektrode auftreffen, während die Hochfrequenzenergie weiterfließen kann.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Fig. i bis 5, die einige Ausführungsbeispiele für den Aufbau des Elektronenauffangraumes darstellen. Fig., 6 zeigt eine Ausführurigsforin einer Wanderfeldröhre, die eine Auffangelektrode benutzt, welche den Gegenstand der Erfindung ausmacht und die Hochfrequenzenergie durchläßt.
  • Fig. i zeigt denWechselwirkungsraum einer mit einer erfindungsgemäßen Auffangelektrode ausgestatteten Röhre im Längsschnitt. Diese Röhre enthält einen auf dem Potential Null angenommenen axialen Leiter i ' mit dem Radius Y., der von einer Anode 2 umgeben ist, die so ausgebildet ist, daß sie zumindest an den beiderseitigen Grenzen des Wechselwirkurigsraurnes 3 die Eigenschaften einer Verzögprungsleitung aufweist, was durch den. gestrichelten Linienzug schematisch dargestellt werden soll. Die Anode 2 mit dein Radius r, liegt auf dem von der Spannungsquelle 4 gelieferteh Potential Vl, so daß im Wechselwirkungsraum ein' stationäres elektrisches Feld herrscht, wohn r den variablen Abstand eines beliebigen Punktes des Wechselwirkungsraumes# von der Achse bezeichnet.
  • Läßt man. einen passenden Strom 1 (erzeugt von einer Stromquelle 5) durch den axialen-Leiter fließen, so erhält man im Wechselwirkungsrauin ein zylindersymmetrisches magnetisches Feld mit der magnetischen Induktion worin p, die Permeabilitätskonstante des Vakuums und H die magnetische Feldstärke bedeutet.
  • Ausgehend von den Bewegungsgleichungen eines der Wirkung der elektrischen Feldstärke E und der magnetischen # Induktion B ausgesetzten ElektroDs mit der Masse m und der Ladung e,- ist es möglich, die Zyldbidenbahnert 9 durchzurechnen, die die von einem Punkt der Oberfläche des axialen Leiters z ausgehenden Elektronen durchlaufen. - Für den maximalen Abstand zwischen den Scheiteln der Zykloiden und der Achse des Leiters i ergibt sich, der Ausdruck: worin (3) ist. Der Abstand r, ",., ist di e größte Entfernung von der Systemachse und damit vom axialen Leiter:i, ,Welche ein Elektron erreichen kann, wenn es 'entlang seines Weges keine Energie in Form von Hochfrequenzenergie abgibt.
  • je nach der Art, auf welche man die Elektronen in den Wechselwirkungsrauni hineinschießt, erhält man einen geradlinigen, einen zykloidenförnügen oder einen Strahl, dessen Bahnkurve zw ischen- diesen - beiden Formen liegt. Auf jeden Fall stellt das nach Ausdruck (3) berechnete den maximalen Abstand dar, den die Elektronen erreichen können. Um demnach zu. vermeiden, daß unter, den ungünstigsten Umständen die Elektronen zur Anode gelangen, muß man r, im Wechselwirkungsraum. größer als r ", machen.
  • im Gegensatz dazu strebt man danach, im Elektronenauffangraum6 die Gesamtheit der Elektronen des Strahles aufzufangen.- Zu diesem Zweck gibt man dem Raum 6 eine derartige Form und führt der Auffangelektrode gegebenenfalls eine solche Spannung zu, daß das Verhältnis der elektrischen zur magnetischen Feldstärke (Induktion) im Raum 6 größer wird als im Raum 3. Dieses Ziel kann man auf verschiedene Art erreichen, indem man über die verschiedenen Parameter, der Gleichung (3)- verfügt; es sei bemerkt daß Gleichung (3) auch noch#anwendbar ist, wenn dervon den koaxialen Elektroden begrenzte Raum nicht zylindrisch, sondern kegelförnüg ist. In jedem Fall bringt eine Erhöhung des Feldstärken-Verhältnisses eine Vergrößerung des Abstands im Vergleich zu seinem Wert -im Raum 3 mit sich. Dieser Abstand kann auf verschiedene Weise durch Ändern der Parameter vergrößert werden, sei- es daß man r, auf r,' erniedrigt oder r. auf r,' vergrößert oder 'das Verhältnis L' verringert oder V, auf V,' erhöht, oder . ro.
  • man erniedrigt V" jedoch unter gleichzeitig noch stärkerer Verringerung des Verhältnisses Diese verschiedenen- Möglichkeite n sind in den #ig. i bis 5 wiedergegg'6en.
  • In Fig. i ist r,' im Vergleich - zu r, verkleinert, während r, = r,' und V, = Vi' bleiben. Der Anodendurchmesser r,' wird allmählich verringert, so daß das Feldstärkenverhältnis in Richtung der Elektronenausbreitung zunimmt.
  • Im Beispiel der Fig. g hält man r, # r,' und 5 Vi = V,' fest und vergrößert dagegen r,'.
  • Im Fall der Fig. 3 werden r,' und r,' im Vergleich zu r, und r, gleichzeitig vergrößert, jedoch V, = Vl' belassen. Das Verhältnis ist kleiner als (Es wurde, ohne Einschränkung der Allgemeinheit., der Fall gewählt, in welchem (r,'- YJ konstant gehalten wird.) In Fig. 4 ist der als Auffangelektrode wirksame Anodenteil 7 von der eigentlichen Anode 2 getrennt. Die abgetrennte zylindrische Elektrode 7 hat den gleichen Innendurchmesser wie die Anode 2, ist aber (mittels der Spannungsquelle 8) an das gegenüber dem Potential V, höhere Potential Vl' gelegt,. während r, = r,' und r, = r,' sind.
  • In Fig. 5 nimmt der Abstand zwischen der Auffangelektrode 7 und dem axialen Leiter - i allmählich ab, und man legt an die Elektrode 7 eine gegenüber V, niedrigere Spannung l71'. Das r,' hat den gleichen Wert wie rl, aber der Logarithmus des Quotienten wird im Vergleich zum Logarithmus des Quotienten stärker verringert als die Spannung VI' im Vergleich zu 171, so daß die Feldstärke E' schließlich gegenüber E vergrößert wird.
  • Die an den Auffangelektroden der in Frage stehenden koaxialen Röhren vorgenommenen Maßnahmen zeigen für die Auskopplung von' Hochfrequenzenergie aus diesen Röhren sehr interessante Eigenschaften. Auf Grund der Tatsache, daß die die Elektronen aufnehmenden Teile koaxial sind, ist es möglich, den Elektronenauffangraum zum Durchtritt von Hochfrequenzenergie zu benutzen und diese Energie z. B. mittels eines Hohlleiters in an sich bekannter Weise abzuführen.
  • Alle in den Fig. i bis 5 gezeigten Arten von Auffangelektroden können zu diesem Zweck verwendet werden. Die Anordnung für die Auskopplung der Hochfrequenzenergie kann auf verschiedene, dem Fachmann bekannte Arten erfolgen. Die aus dem Wechselwirkungsraum 3 heraustretende Hochfrequenzwelle breitet sich im Elektronenauffangraum 6 weiter aus, indem sie sich dort z. B. in Verlängerung der Verzögerungsleitung fortpflanzt. Im Falle einer Verzögerungsleitung in Form einer Wendel steigert man am Ende des Raumes 3 allmählich die Ganghöhe, damit der Übergang von der Verzögerungsleitung auf die von dem axialen Leiter i und der Auffangelektrode 2 oder 7 gebildete Koaxialleitung allmählich und reflexionsfrei erfolgt.
  • Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Wanderfeldverstärkerröhre. Die Röhre enthält beispielsweise die im wesentlichen in Fig. 3 wiedergegebene Auffangelektrode. Die eigentliche Verzögerungsleitung 2 besteht z. B. aus einer Wendel, deren Ganghöhe in Richtung zur Auffangelektrode allmählich anwächst. Der Elektronenauffangraum ist in Form eines koaxialen Horns ausgebildet, in dem sich die Hochfrequenzwelle ausbreitet und von wo sie in einen Hohlleiter ig von recht eckigem Querschnitt gelangt, der an dem axialei Leiter i angeschweißt ist.
  • Um den Hochfrequenzkreis zwischen der Wand i( des HohReiters und der Auffangelektrode der Röhri (zwischen diesen tritt die gesamte zwischen dem axialei Leiter und der Verzögerungsle ' itung angelegte Hoch spannung auf) zu schließen, ist bei ii eine Wellenfall( in Form eines Viertelwellenlängenzylinders angebracht Die Hochfrequenzenergie tritt durch den gläsemer Röhrenabschluß i2 aus. Der Rechteckhohlleiter isi auf der einen Seite durch einen Anpassungsschieber i:# abgeschlossen, der von dem axialen Leiter beispielsweise einen Abstand von 1-/, der BetriebswellenlängE besitzt, so daß die Hochfrequenzenergie in die dieseir Schieber abgewandte Richtung strömt.
  • Die Eingangsseite der im Beispiel wiedergegebeneii Röhre ist ähnlich der Ausgangsseite ausgesta.Itet, indem das elektronenoptische System zur Erzeugune des Elektronenstrahles 14 gleichfalls koaxial ist. Diese Elektronenoptik enthält eine von der Stromquelle 16 geheizte zylindrische Kathode 15. Ein mit einem Anpassungsschieber 18 versehener Rechteckhohlleiier 17 führt die ankommende Hochfrequenzenergie in das Innere der von den Elektroden der Optik gebildeten koaxialen Leitung ein. Der Übergang der Energie von der Koaxialleitung auf die Wendelleitung vollzieht sich ähnlich'wie auf der Ausgangsseite; nur muß zur Erzielung eines reflexionsfreien Energieflusses in Richtung der Ausgangsseite die Ganghöhe der Wendel in dem Übergangsteil kleiner gemacht werden.
  • Die beschriebenen Anordnungen zum Auffangen des Elektronenstrahles sowie zur Ein- und Auskopplung der Hochfrequenzenergie eignen sich für alle Röhren der in Frage stehenden Art mit zylindrischem oder kegelförnügem Wechselwirkungsraum, sei es als Wanderfeldröhren-Verstärker oder -Oszillatoren für Dauer- oder Impulsbetrieb.

Claims (1)

  1. PATENTANSPR(ICHE: I. Verstärkerröhrenanordnung für sehr kurze Wellen, bei der von der Wechselwirkung zwischen einer fortschreitenden elektromagnetischen Welle und einem Elektronenstrahl Gebrauch gemacht wird, wobei sich die elektromagnetische Welle längs einer zylindrischen Verzögerungsleitung ausbreitet, in deren Achse sich ein von einem starken Strom durchflossener Leiter befindet, wodurch ein magnetisches Feld mit diesen axialen Leiter umschlingenden kreisförnügen Kraftlinien entsteht, und der Elektronenstrahl den Raum zwischen der Verzögerungsleitung und dem axialen Leiter senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes und einem zwischen der Verzögerungsleitung und dem axialen Leiter erzeugten radialen elektrischen Feld durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Elektronenstrahl nach seinem Austritt aus dem Wechselwirkungsraum in einen Raum (6) gelangt, in -welchem das Verhältnis der elektrischen zur magnetischen Feldstärke größer ist als im Wechselwirkungsraum, 'wobei dieses Verhältnis vorzugsweise in Strahlrichtung allmählich zunimmt. ,;2. Röhre -zur Verwendung in einer Anordnung nach Anspruch i, dadu,r& gekennzeichnet, daß .gegenüber dem Elektronenstrahl nach dessen Austritt aus- dem Wechselwirkungsrgum eine Auffangelektrode angebracht ist, die auf demselben Gleichpotential liegt wie die Veriögerungsleitung, -und deren Innendurchmesser in Richtung des Strahles kegelförmig abnimmt. 3. Röhre zur Verwendung in einer Anordnung nach Ansprucl#i, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Elektronenstrahl nach dessen Austritt aus dem Wechselwirkungsraum eine Auffang-#' elektrode angeordnet ist, die auf demselben Gleichpotential liegt wie die Verzögerungsleitung und der (Außen-) Durchmesser des axialen Leiters nach dem Austritt des Elektronenstrahles aus dem Wechselwirkungsraurn in Richtung des Strahles kegelförmig zunimmt. -4.. Röhre zur Verwendung in einer Anordnung nach Anspruch 3, - dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchrnesser der Auffangelektrode in Richtung des Strahles ebenfalls kegelförmig zunimmt. 5. Röhre zur Verwendung in.einer Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine gegenüber dem Elektronenstrahl nach dessen Austritt aus dem Wechselwirkungsraurn angebrachte, von der Verzögerungslleitung getrennte Auffangelektrode, welche auf einern höheren Gleich-potential liegt als # die Verzögerungsleitung. 6. Röhre zur Verwendung in einer Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine gegenüber dem Elektronenstrahl nach dessen Austritt aus dem Wechselwirkungsraum. angebrachte, von der Verzögertingsleitung getrennte Auffangelektrode, welche auf einem niedrigeren Gleichpotential liegt als die Verzögerungsleitung, wobei der (Außen-) Durchmesser des axialen Leiters im Bereich der Auffangelektrode in Richtung 'des Strahles kegelförmig zunimmt. 7. Verwendung einer Röhre nach Anspruch 2, 3, 4, und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförrnig umschlossene Raum zwischen Auffangelektrode und axialein Leiter zur Ankopplung des Ausgangskreises zum Entnehmen der Hochfrequenz-Energie benutzt wird.
DEC9517A 1953-06-17 1954-06-17 Wanderfeldroehrenanordnung mit gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern, wobei das Magnetfeld von einem in einem axialen Leiter fliessenden Strom erzeugt wird Expired DE944075C (de)

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DE (1) DE944075C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1254775B (de) * 1960-03-29 1967-11-23 Csf Wanderfeldroehre von M-Typ
DE1297765B (de) * 1960-12-10 1969-06-19 Raytheon Co Wanderfeldroehre mit gekreuzten statischen elektrischen und magnetischen Feldern

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1254775B (de) * 1960-03-29 1967-11-23 Csf Wanderfeldroehre von M-Typ
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