DE956707C - Wanderfeldroehre zur Verstaerkung und Schwingungserzeugung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1957

C 8949 VIII a 12ig

Guy Convert, Paris ist als Erfinder genannt worden

Zusatz zum Patent 854

In dem Patent 854 378 ist eine Wanderfeldverstärkerröbre beschrieben, bei der die Ausgangsenergie sowohl von der längs der Verzögerungs-' leitung fortschreitenden Höchstfrequenzwelle als auch von dem Elektronenstrahl mit Hilfe eines Hohlraumresonators abgenommen wird, durch den der Strahl hindurchgeht. Bekanntlich gibt der Strahl Energie an die Höchstfrequenzwelle ab, um die letztere zu verstärken, und wird gleichzeitig durch diese Welle moduliert.

Nun ist es manchmal schwierig, die von der Höchstfrequenzwelle gelieferte Energie mit der vom Elektronenstrahl gelieferten Energie zu kombinieren, da zwischen beiden eine Phasenverschiebung vorhanden ist, die manchmal nicht ohne weiteres ausgeglichen werden kann. So könnte man bei Abnahme der vom Strahl gelieferten Energie in einem Hohlraumresonator unter Umständen dazu veranlaßt werden, die Energie von der Verzögerungsleitung nicht zu verwenden, sondern sie in einem Belastungswiderstand zu vernichten. Dies führt aber zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades der Röhre.

Ein Ziel der vorliegendien Erfindung ist die Ausschaltung dieses Nachteils. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung eine Röhre der in dem erwähnten Hauptpatent beschriebenen Art, deren Verzögerungsleitung aus zwei verschiedenen Abschnitten besteht.

Der erste Abschnitt der Leitung, d. h. der der Kathode benachbarte Abschnitt, verhält sich wie die Verzögerungsleitung einer normalen Wander-

feldverstärkerröhre: Die Leitung ist der Sitz einer fortschreitenden Welle, die durch Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl verstärkt wird.

Der zweite Abschnitt ist so bemessen, daß die Wechselwirkung zwischen der Welle und dem Elektronenstrahl eine Verstärkung der Höchstfrequenzenergie des Strahls ergibt, wodurch die Dichtemodulation der Elektronenströmung am Eingang des Hohlraumresonators zunimmt, während

ίο die vorwärts schreitende Welle am Ausgang der Leitung so stark gedämpft ist, daß eine Vernichtung der Höchstfrequenzenergie der Welle vollkommen unnötig wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen. Hierin zeigt

Fig. ι im Längsschnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röhre und

Fig. 2 ebenfalls im Längsschnitt eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. ι zeigt eine Röhre mit einem vakuumdichten Kolben i. An einem Ende dieses Kolbens ist eine Elektronenkanone 2 angeordnet, die in an sich bekannter Weise im wesentlichen aus einer Kathode 21, einem Wehneltzylinder 22 und einer Beschleunigungsanode 24 besteht. Die Kathode wird von einer Spannungsquelle 23 auf stark negativem Potential gehalten, während die Beschleunigungsanode 24 geerdet ist.

Die Elektronenkanone 2 sendet einen zylindrischen Elektronenstrahl aus, der sich durch eine Folge von mit ihm koaxialen Hohlräumen fortpflanzt. Diese Hohlräume werden durch Querwände des Kolbens 1 gebildet. Der Strahl ist mit diesen Hohlräumen durch Spalte 8 gekoppelt, die in einem mit dem Kolben 1 koaxialen Zylinder 9, durch den sich der Strahl fortpflanzt, angebracht sind.

Zwei Arten dieser Hohlräume sind vorgesehen. Diejenigen Hohlräume 6, die der Elektronenkanone 2 am nächsten liegen und an den Einkopplungshohlraum 4 anschließen, haben dieselbe Längsabmessung. In der gezeigten Ausführungsform sind drei dieser Hohlräume vorhanden. Bei den restlichen Hohlräumen 7 nehmen die Längs-

abmessungen mit wachsendem Abstand von der Elektronenkanone 2 zu. Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, eine Anzahl von aneinander angrenzenden Hohlräumen 7 vorzusehen, welche dieselben Längsabmessungen aufweisen.

Eine Eingangsübertragungsleitung 13 ist mit dem ersten Hohlraum 4 gekoppelt. Jeder der Hohlräume 6 und 7 wird mit den an ihn angrenzenden Hohlräumen mittels öffnungen 5 gekoppelt. 12 stellt die Sammelelektrode dar. Eine Übertragungsleitung 14 entnimmt die in dem letzten-Hohlraum 10 vorhandene Energie beispielsweise mittels einer Koppelschleife.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Röhre ist folgende: Die über den Eingang 13 zugeführte elektromagnetische Welle wird in den ersten Hohlraum 4 eingekoppelt. Diese Welle breitet sich längs der von den Hohlräumen 6 und 7 gebildeten Verzögerungsleitung aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Strahls ist so eingestellt, daß sie ohne Zuführung einer Welle am Eingang 13 etwas höher liegt als die Phasengeschwindigkeit der längs der Verzögerungsleitung, die von den Hohlräumen 6 gebildet wird, sich fortpflanzenden Welle. Der Unterschied zwischen den erwähnten beiden Geschwindigkeiten sollte ungefähr 10 bis 20% betragen. Unter diesen Umständen wird bekanntlich die Welle durch Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl verstärkt; der Elektronenstrahl gibt dazu Energie an die Welle ab. Gleichzeitig gibt die Welle einen gewissen Energiebetrag an den Strahl ab, wodurch der letztere dichtemoduliert wird. Jedoch ist der Energiebetrag, den die Welle von dem Strahl übernimmt, erheblich höher als der von der Welle an den Strahl abgegebene Energiebetrag. Die von den Elektronen abgegebene Energie entstammt ihrer kinetischen Energie. Infolgedessen verlangsamen sich bei der Verstärkung der Welle die Elektronen entsprechend diesem Verlust an kinetischer Energie.

Im zweiten Abschnitt der Leitung nimmt die Phasengeschwindigkeit der Welle zu, da die Längsabmessung der Hohlräume 7 fortschreitend wächst; das Verzögerungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zur Longitudinalgeschwindigkeit der Welle, vermindert sich also laufend. Die Abmessungen der Hohlräume sind so gewählt, daß die Phasengeschwindigkeit der Welle um 10 bis 20% höher ist als die Strahlgeschwindigkeit, wenn keine Welle der Röhre zugeführt wird. Demgemäß geben die Elektronen weniger Energie an die Welle ab, als die letztere den Elektronen zuführt. Die Welle wird dadurch gedämpft, während die Elektronen beschleunigt und dichtemoduliert werden.

Wenn die Leitung eine genügende Länge hat, ist die Welle relativ stark gedämpft, wenn sie den letzten Hohlraum 7 erreicht, und es erübrigt sich daher, diese Energie in einem Belastungswiderstand zu vernichten. Fast die gesamte Höchstfrequenzenergie befindet sich in dem Elektronenstrahl, wenn der letztere den Hohlraum 10 erreicht, an den er seine Energie abgibt. Diese Energie wird über die Ausgangsleitung 14 abgenommen.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung; der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechende Teile wurden mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Der von der Elektronenkanone 2 ausgesandte Elektronenstrahl durchläuft die Verzögerungsleitung 15 und tritt dann durch die beiden Auskoppelgitter 19, 20 eines Hohlraumresonators 10, der durch eine Schraube 17 abgestimmt werden kann. Schließlich wird der Elektronenstrahl durch die Sammelelektrode 12 aufgenommen. Die Verzögerungsleitung hat hier die Form einer Wendel 15, bestehend aus zwei Abschnitten mit ver- iao schiedenen Verzögerungseigenschaften. Eine Dämpfung 18 ist gegenüber dem Ende des ersten Abschnitts der Wendel in an sich bekannter Weise vorgesehen; der zweite Abschnitt ist an dem der Sammelelektrode 12 benachbarten Ende geerdet. Das andere Ende der Wendel ist mit der Be-

schleunigungsanode der Elektronenkanone 2 verbunden, die also ebenfalls geerdet ist. Kathode und Wehneltzylinder der Elektronenkanone 2 werden mittels der Anschlüsse 25 und 26 auf geeigneten negativen Potentialen gehalten. Eine Fokussierungsspule 16 ist in üblicher Weise angeordnet.

Die Ganghöhe des ersten Abschnitts ist so· gewählt, daß die Phasengeschwindigkeit der über die Leitung 13 zugeführten Welle etwas geringer ist

als die dem Elektronenstrahl mitgeteilte Geschwindigkeit. Die Ganghöhe des zweiten Abschnitts nimmt allmähilidi von der Dämpfung- 18 in Richtung auf die Sammelelektrode 12 hin zu, so daß das Verzögerungsverhältnis der Leitung laufend abnimmt und die Phasengeschwindigkeit der Welle etwa 10 bis 20% höher als die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls wird.

Die Wirkungsweise der Röhre nach Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe wie diejenige bei der vorhergehenden Ausführungsform.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Wanderfeldröhre zur Verstärkung und Schwingungserzeugung, bei der die Steuerschwingungen auf den Anfang einer Verzögerungsleitung gegeben werden und bei der ein Hohlraumresonator zur Auskopplung der Höchstfrequenzenergie aus dem Elektronenstrahl dient, nach Patent 854 378, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsleitung mit einem ersten, dem Eingang benachbarten Abschnitt, dessen Verzögerungsverhältnis so gewählt ist, daß die Phasengeschwindigkeit einer längs der Verzögerungsleitung fortschreitenden Höchstfrequenzwelle geringer als die Geschwindigkeit des parallel zur Verzögerungsleitung sich ausbreitenden Elektronenstrahls ist, und mit einem zweiten, dem ersten folgenden Abschnitt, dessen Verzögerungsverhältnis so gewählt ist, daß die Phasengeschwindigkeit der Welle größer als die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ist.
2. 2. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsverhältnis im zweiten Abschnitt der Verzögerungsleitung in der Fortpflanzungsrichtung des Strahls stufenweise abnimmt.
3. 3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine aus hintereinander angeordneten Hohlraumresonatoren aufgebaute Verzögerungsleitung, von denen eine gewisse Anzahl dieselben Abmessungen hat und den ersten Abschnitt der Leitung bildet, während die Längsabmessungen der den zweiten Abschnitt bildenden Resonatoren in der Fortpflanzungsrichtung des Strahls zunehmen.
4. 4. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsverhältnis im zweiten Abschnitt der Verzögerungsleitung in Fortpflanzungsrichtung des Strahls stetig abnimmt.
5. 5. Wanderfeldröhre nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsleitung in Wendelform, deren erster Abschnitt konstante Ganghöhe hat, während im zweiten Abschnitt die Ganghöhe in Richtung der Strahlfortpfianzung zunimmt.
6. 6. Wanderfeldröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des ersten Abschnitts der Wendel ein absorbierendes Mittel vorgesehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 576/407 7.56 (609 773 1.57)