DE959299C - Traveling field pipes for spatially harmonious operation - Google Patents

Traveling field pipes for spatially harmonious operation

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DE959299C
DE959299C DEW13320A DEW0013320A DE959299C DE 959299 C DE959299 C DE 959299C DE W13320 A DEW13320 A DE W13320A DE W0013320 A DEW0013320 A DE W0013320A DE 959299 C DE959299 C DE 959299C
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochfrequenzgerät und insbesondere auf ein Gerät, bei welchem die über mehrere Wellenlängen reichende Wechselwirkung zwischen einer fortschreitenden elektromagnetischen Welle und einem Elektronenstrahl benutzt wird, um die Verstärkung einer elektromagnetischen Welle durchzuführen. Solche Geräte werden heute allgemein als Wanderfeldröhren bezeichnet. The invention relates to a high frequency device and in particular to a device in which the multi-wavelength interaction between a traveling electromagnetic wave and an electron beam is used to perform the amplification of an electromagnetic wave. Such devices are now commonly referred to as traveling wave tubes.

In einer Wanderfeldröhre erfolgt das Fortschreiten einer elektromagnetischen Welle längs einem Wechselwirkungskreis, an welchem ein Elektronenstrahl vorbeiführt, der mit dem elektrischen Feld der Welle in Kopplungsbeziehung steht. Durch passende Einstellung der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls und der Phasengeschwindigkeit der Welle können Elektronenstrahl und Welle in Wechselwirkung gebracht werden, wodurch der Elektronenstrahl in seiner Geschwindigkeit moduliert und die Welle verstärkt werden.In a traveling wave tube, an electromagnetic wave propagates lengthways an interaction circuit, past which an electron beam passes, which with the electric Field of the wave is in a coupling relationship. By appropriately setting the speed of the Electron beam and the phase velocity of the wave can electron beam and wave in Interaction are brought about, whereby the electron beam modulates in its speed and the wave will be reinforced.

In den bisherigen Wanderfeldröhren wurde diese Beziehung erfüllt, indem man die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls im wesentlichen gleich der Phasengeschwindigkeit der Grundkomponente der fortschreitenden Welle machte. Neuerdings sind jedoch Wanderfeldröhren geschaffen worden, welche durch die als »raumharmonisch« bezeichnete Betriebsweise gekennzeichnet sind; dabei istIn the previous traveling wave tubes this relationship was fulfilled by the speed of the electron beam is essentially equal to the phase velocity of the fundamental component of the advancing wave made. Recently, however, traveling wave tubes have been created, which are characterized by the operating mode referred to as "room-harmonious"; is there

die Phasengeschwindigkeit der Grundkomponente der fortschreitenden Welle wesentlich verschieden von der Geschwindigkeit des Elektronenstrahls; die Beziehungen zur Herbeiführung einer brauchbaren Wechselwirkung werden dabei durch besondere Wellenkreisanordnungen erfüllt, derart, daß eine besondere Gruppe von Elektronen trotzdem in aufeinanderfolgenden Wechselwirkungsbereichen die gleichen Phasenbedingungen des elektrischen Feldes ίο vorfindet.the phase velocity of the fundamental component of the advancing wave is significantly different on the speed of the electron beam; the relationships to bring about a usable Interaction are fulfilled by special wave circle arrangements, such that a special group of electrons nevertheless in successive areas of interaction the finds the same phase conditions of the electric field ίο.

Die Besonderheit einer solchen Betriebsweise kann darin gesehen werden, daß ein Wellenkreis die Fähigkeit hat, raumharmonische Komponenten der fortschreitenden Welle zu erzeugen, von denen eine eine Phasengeschwindigkeit besitzt, welche derjenigen des Elektronenstrahls genügend gleich ist, um eine verstärkende Wechselwirkung zustande zu bringen. In einer Röhre von der Art, wie sie in dem Aufsatz »A Spatial Harmonie Travelling Wave Amplifier for Six Millimeters Wavelength« von S. Millman in der Zeitschrift »Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Band 39 (1951), S. 1035 bis 1043, veröffentlicht worden ist, werden die gewünschten Beziehungen durch die Benutzung eines Wellenkreises erfüllt, längs welchem das elektrische Feld der Welle entlang dem Strahlweg abwechselnd klein und groß ist; die relativen Geschwindigkeiten sind so eingestellt, daß eine besondere Gruppe von Elektronen die gleiche »In-Phase-Bedingung« an jedem Intervall mit hohem elektrischem Feld vor sich hat.The peculiarity of such an operating mode can be seen in the fact that a wave circle has the ability to generate space-harmonic components of the advancing wave, of which one has a phase velocity sufficiently equal to that of the electron beam is to bring about a reinforcing interaction. In a tube like the one in the essay "A Spatial Harmonie Traveling Wave Amplifier for Six Millimeters Wavelength" by S. Millman in the journal Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Volume 39 (1951), pp. 1035 to 1043, has been published, the desired relationships are fulfilled by using a wave circle, longitudinally which the electric field of the wave along the beam path is alternately small and large; the relative speeds are set so that a particular group of electrons die has the same "in-phase condition" at every interval with a high electric field.

Es hat sich andererseits gezeigt, daß es möglich ist, eine raumharmonische Betriebsweise durch Verwendung von Wellenkreisen zu erzielen, .welche periodische Umkehrungen der Richtung des elektrischen Feldes der Welle bewirken. Kreise dieser Art sind im allgemeinen hinsichtlich der Röhrenlänge wirtschaftlicher als Kreise mit intermittierender Wechselwirkung. Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Wellenkreises, welcher für diese Art Betrieb geeignet ist, wobei eine einfache Aufbaumöglichkeit besteht und ein leichter Anschluß an eine Zweileiterübertragungsleitung vorgenommen werden kann. Erfindungsgemäß enthält der Wechselwirkungskreis einen wendelförmig gewickelten Leiter und einen leitenden Teil, welcher dem Wendelleiter benachbart ist, und eine Folge von Vorsprüngen aufweist, welche sich in die Bereiche zwischen aufeinanderfolgenden Windungen des Wendelleiters erstrecken und jeden dieser Bereiche in zwei getrennte Spalte aufteilen, über welchen die Richtung des elektrischen Feldes der längs des Kreises fortschreitenden Welle sich umkehrt. Nach einer bevorzugten Ausführung enthält der Wechselwirkungskreis ein leitendes Kernstück, welches wendelförmig gerillt ist und in dessen Rillen ein Leiter gewickelt ist, welcher gegenüber den Rillen isoliert ist. In einem solchen Kreis erfährt die Längskomponente des elektrischen Interferenzfeldes zwischen dem Leiter und den Seitenwänden der Rillung eine Richtungsumkehr. Im Betrieb kommt der Elektronenstrahl in Wechselwirkung mit diesem elektrischen Interferenzfeld. Ein Wellenkreis dieser Art kann sehr kräftig ausgeführt sein und eignet sich gut zur Entnahme hoher Leistung. Der Aufbau ist einfach und ebenso der Nachbau. Im übrigen besteht eine hohe Wirksamkeit für den Betrieb, und es lassen sich gute Eingangs- und Ausgangsanpassungen vornehmen, um Hochfrequenzenergie einzuführen und abzunehmen. Um in Verbindung mit dieser bevorzugten Ausführungsform Energieübertragungen auf äußere Anschlüsse zu bewerkstelligen, können das leitende Kernstück und die Wendel als Verlängerungen des äußeren und inneren Leiters einer koaxialen Leitung ausgeführt sein.On the other hand, it has been shown that it is possible to operate in a space-harmonic manner Use of wave circles to achieve .which periodic reversals of the direction of the electrical Cause the wave field. Circles of this type are general in terms of tube length more economical than circles with intermittent interaction. The main aim of the invention consists in creating a wave circle which is suitable for this type of operation, whereby there is a simple construction option and an easy connection to a two-wire transmission line can be made. According to the invention, the interaction circle contains a helically wound conductor and a conductive part which is adjacent to the helical conductor and has a series of projections, which are in the areas between successive turns of the helical conductor extend and divide each of these areas into two separate columns over which the direction of the electric field of the wave traveling along the circle is reversed. According to a preferred embodiment, the interaction circle contains a conductive core, which is helically grooved and in whose grooves a conductor is wound, which opposite the grooves is insulated. The longitudinal component of the electrical interference field experiences in such a circle a reversal of direction between the conductor and the side walls of the groove. Operational the electron beam interacts with this electrical interference field. A wave circle of this type can be made very strong and is well suited for removal high performance. The construction is simple and so is the replica. Otherwise there is a high level of effectiveness for operation, and good input and output adjustments can be made, to introduce and remove high frequency energy. To be in connection with this preferred Embodiment energy transfers to external To accomplish connections, the conductive core piece and the helix can be used as extensions of the outer and inner conductor of a coaxial line.

Wellenkreise dieser Art eignen sich sowohl für Betriebsweise .mit Vorwärtswelle, wie sie in dem erwähnten Aufsatz von S. Millman beschrieben ist, als auch für die Betriebsweise mit Rückwärtswelle entsprechend dem Aufsatz von Millman oder die Betriebsweise mit Rückwärtswelle, bei welcher der Elektronenstrahl mit vorwärts fortschreitenden Raumharmonischen einer rückwärts fortschreitenden Welle in Wechselwirkung steht.Wave circles of this type are suitable for both .with forward wave operation, as in the mentioned article by S. Millman is described, as well as for the mode of operation with reverse shaft according to Millman's essay or the reverse wave mode of operation which the electron beam with advancing space harmonics one backwards the advancing wave interacts.

Zum besonderen Verständnis der Erfindung wird auf die ins einzelne gehende Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen; es zeigtFor a particular understanding of the invention, reference is made to the detailed description of the in Embodiments of the invention illustrated in the drawing are referred to; it shows

Fig. ι in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Oszillators mit Rückwärtswelle,Fig. Ι a schematic representation according to the invention Embodiment of an oscillator with a reverse wave,

Fig. 2 eine Teildarstellung des Wechselwirkungskreises des Oszillators nach Fig. 1 in größerem Maßstab,FIG. 2 shows a partial representation of the interaction circuit of the oscillator according to FIG. 1 on a larger scale Scale,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Ausführungsform für einen Verstärker, welcher benutzt werden kann, um eine vorwärts oder rückwärts fortschreitende Welle zu verstärken.Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment for an amplifier which uses can be used to reinforce a forward or backward advancing wave.

Im Interesse einer Vereinfachung sind verschiedene Einzelheiten, z. B. Abstandshalter und Stützelemente, die an sich benötigt werden, in der Zeichnung weggelassen worden.In the interests of simplification, various details, e.g. B. spacers and support elements, which are required per se have been omitted in the drawing.

Bei dem Rückwärtswellenoszillator 10 gemäß Fig. ι umschließt der evakuierte längliche Kolben 11, welcher beispielsweise aus Glas bestehen kann, die verschiedenen Röhrenelemente. An den einander entgegengesetzten Enden des Kolbens sind eine Elektronenquelle und eine Sammelelektrode angeordnet. Eine übliche Elektronenquelle, welche schematisch nur in Form einer Ringkathode 12 dargestellt ist, erzeugt einen rohrförmigen Elektronenstrahl, welcher parallel zur Längsachse der Röhre verläuft. An dem anderen Ende der Röhre ist eine schalenförmige Elektrode 13 vorgesehen, welche mit ihrer offenen Seite der Elektronenquelle zuweist und als Sammelelektrode für diejenigen Elektronen dient, welche am Ende ihrer Strömungsbahn ankommen.In the case of the backward wave oscillator 10 according to FIG. 1, the evacuated elongate piston encloses 11, which can for example consist of glass, the various tube elements. To each other opposite ends of the bulb are an electron source and a collecting electrode. A conventional electron source, which is shown schematically only in the form of a ring cathode 12 is, generates a tubular electron beam, which is parallel to the longitudinal axis of the tube runs. At the other end of the tube, a cup-shaped electrode 13 is provided which with its open side of the electron source and as a collecting electrode for those Electrons are used, which arrive at the end of their flow path.

Der Kreis, längs welchem die elektromagnetische Welle zur Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl fortschreitet, ist koaxial mit der Längsachse der Röhre zwischen der Elektronenquelle 12 und der Sammelelektrode 13 angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be-The circle along which the electromagnetic wave interacts with the electron beam progresses is coaxial with the longitudinal axis of the tube between the electron source 12 and the collecting electrode 13 is arranged. According to a preferred embodiment of the invention,

steht der Wechselwirkungskreis aus einem leitenden Kernteil 14, welcher beispielsweise als Vollzylinder aus nichtmagnetischem Metall, z. B. Kupfer, ausgeführt ist und eine wendeiförmige Nut 15 trägt, in welcher ein Leiter 16 angeordnet ist, und zwar unter Zwischenfügung einer dielektrischen Schicht 17. Die wendeiförmige Nut besitzt auf ihrer ganzen Länge im wesentlichen gleichförmige Ganghöhe. Die Einzelheiten sind aus der Teildarstellung des Kreises in · Fig. 2 besser erkennbar. Der Außendurchmesser der Wendel 16 ist im wesentlichen gleich der Querabmessung oder dem Durchmesser des Kernteils 14; es ergibt sich daraus eine glatte äußere Oberfläche für den Wechselwirkungskreis, die lediglich durch die aufeinanderfolgenden Spaltpaare 18, 19 unterbrochen ist, die von dem Leiter 16 und den Seitenwänden der Rillung gebildet werden. Der Elektronenstrahl wird nahe an dieser Fläche vorbeigeführt. Um die Strömungskomponente in der Querrichtung gering zu halten, verwendet man in Wanderfeldröhren ein longitudinales Magnetfeld, welches längs der Strömungsbahn der Elektronen verläuft und durch ein geeignetes Mittel, z. B. ein Solenoid, geschaffen wird. Bei der dargestellten Röhre jedoch kann der Elektronenstrahl auch durch elektrostatische Fokussierung zusammengehalten werden, wie es im nachstehenden noch erläutert werden soll.the interaction circle consists of a conductive core part 14, which is for example a solid cylinder made of non-magnetic metal, e.g. B. copper, is executed and a helical Groove 15 carries, in which a conductor 16 is arranged, with the interposition of a dielectric Layer 17. The helical groove is substantially uniform along its length Pitch. The details can be better recognized from the partial representation of the circle in FIG. The outer diameter of the helix 16 is substantially equal to the transverse dimension or the diameter of the core part 14; it results in a smooth outer surface for the Circle of interaction, which is only interrupted by the successive pairs of gaps 18, 19 formed by the conductor 16 and the side walls of the corrugation. The electron beam is passed close to this area. Around the flow component in the transverse direction is low to hold, one uses a longitudinal magnetic field in traveling wave tubes, which is along the flow path the electrons run and by a suitable means, e.g. B. a solenoid created will. In the case of the tube shown, however, the electron beam can also be generated by electrostatic focusing be held together, as will be explained below.

Wenn eine hochfrequente elektromagnetische Welle längs des Kreises fortschreitet, wird ein elektrisches Interferenzfeld über jedem der Spaltpaare 18, 19 geschaffen. Dieses Feld besitzt eine longitudinale Komponente parallel zur Achse des Kernstücks und parallel zur Richtung des Elektronenstrahls. Für die beiden longitudinalen elektrischen Felder, die in den Spaltpaaren 18, 19 erzeugt werden, ist es kennzeichnend, daß die zugehörigen Richtungen entgegengesetzt sind, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die den Spalten 18 und 19 zugehörigen Felder E18 und -E19 sind entgegengesetzt gerichtet, da sie sich im wesentlichen radial von dem Leiter 16 zu den Begrenzungswänden der Rillung erstrecken. Der in Fig. 2 beispielsweise veranschaulichte Zustand gilt für den Fall, daß die augenblickliche Hochfrequenzpolarität des Leiterabschnitts positiv in bezug auf die benachbarten Wände der Rillung ist. Mit diesem über den Spaltpaaren 18, 19 verlaufenden Interferenzfeld steht der Elektronenstrahl vornehmlich in Wechselwirkung; die Richtungsumkehr der elektrischen Felder an einem Spaltpaar erweist sich bei dieser Art Wechselwirkungskreis für den Betrieb mit einer Raumharmonischen als Vorteil.When a high frequency electromagnetic wave propagates along the circle, an electrical interference field is created across each of the gap pairs 18,19. This field has a longitudinal component parallel to the axis of the core and parallel to the direction of the electron beam. For the two longitudinal electric fields which are generated in the gap pairs 18, 19, it is characteristic that the associated directions are opposite, as is illustrated in FIG. The columns 18 and 19 corresponding fields E 18 and E 19 are oppositely directed, as they extend substantially radially from the conductor 16 to the boundary walls of the grooving. The state illustrated in FIG. 2, for example, applies in the event that the instantaneous high-frequency polarity of the conductor section is positive with respect to the adjacent walls of the corrugation. The electron beam primarily interacts with this interference field running over the pairs of slits 18, 19; the reversal of the direction of the electric fields at a pair of gaps proves to be an advantage with this type of interaction circle for operation with a space harmonic.

Für Rückwärtswellenoszillatoren ist es kennzeichnend, daß die Nutzenergie an dem der Elektronenquelle zugeordneten Ende des Wechselwirkungskreises abgenommen wird, während das der Sammelelektrode zugeordnete Ende des Kreises zwecks Vermeidung einer Störung der Wechselwirkung im wesentlichen reflexionsfrei gemacht ist, was beispielsweise durch die Einfügung eines Dämpfungsabschlusses geschehen kann. Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Kreises bestehen darin, daß er sich in sehr einfacher Weise für die Abnahme von Schwingunigsenergie und für die Einfügung eines reflexionsfreien Abschlusses eignet.For backward wave oscillators it is characteristic that the useful energy at that of the electron source associated end of the interaction circle is removed, while the end of the circle associated with the collecting electrode is made essentially reflection-free in order to avoid a disturbance of the interaction, what can be done, for example, by inserting a damping closure. The advantages of the circle according to the invention are that it can be used in a very simple manner for acceptance vibration energy and for the insertion of a reflection-free termination.

Für die Abnahme von Schwingungsenergie ist der Kernteil an dem der Elektronenquelle benachbarten Ende ausgebohrt, so daß ein rohrförmiger Endteil 21 entsteht, welcher durch die Glaskolbenwand nach außen geführt ist, um den außenliegenden Teil eines koaxialen Kopplungsanschlusses 23 zu bilden. In diesem rohrförmigen Teil 21 ist eine öffnung 22 ausgeschnitten, die zum Innern des Rohrteils führt und durch welche der Leiter 16 verläuft. Der Leiter 16 ist von dieser Durchführungsöffnung ab koaxial zu dem rohrförmigen Abschnitt 21 durch die Glaskolbenwand geführt und bildet den inneren Teil des koaxialen Kopplungsanschlusses 23. Mit Hilfe dieses Kopp lungsanschjusses 23 kann Schwingungsenergie über eine koaxiale Leitung zu irgendwelchen Zwecken entnommen werden.For the decrease of vibration energy, the core part is on the one adjacent to the electron source End drilled out, so that a tubular end part 21 is formed, which through the glass bulb wall is guided to the outside, around the outer part of a coaxial coupling connection 23 to build. In this tubular part 21, an opening 22 is cut out, which leads to the interior of the Pipe part leads and through which the conductor 16 extends. The conductor 16 is from this lead-through opening guided from coaxially to the tubular portion 21 through the glass bulb wall and forms the inner part of the coaxial coupling connection 23. With the help of this coupling connection 23 vibration energy can be extracted for any purpose via a coaxial line will.

Um einen reflexiorii'osen Abschluß des Wechselwirkungskreises herzustellen, genügt es, an dem Sammelelektrodenende den Zwischenraum zwischen dem Leiter 16 und den benachbarten Wänden der Rillung 15 mit Dämpfungsmaterial 27 auszufüllen. Für einen Breitbandabschluß ist es zweckmäßig, die Stärke der Füllung über mehrere Windungen zunehmen zu lassen. Für Schwingungen mit einer gewünschten Frequenz müssen zwei grundlegende Bedingungen erfüllt sein. Einerseits muß der Elektronenstrom genügend stark sein, um sicherzustellen, daß die Rückwärtsverstärkung bei dieser Frequenz ausreicht, um Schwingungen einzuleiten und aufrechtzuerhalten. Es ist hierzu wichtig, eine Elektronenquelle zu verwenden, welche ausreichend Strom liefert und ein Fokussierungssystem anzubringen, welches eine wirksame Führung des Elektronenstromes längs des Wechselwirkungskreises ermöglicht. Darüber hinaus ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit des Elektronenstromes in bezug auf die Phasengeschwindigkeit einer Raumharmonischen der mit der gewünschten Frequenz längs des Wechselwirkungskreises fortschreitenden Welle so eingestellt ist, daß eine bestimmte Gruppe von Elektronen mit dem elektrischen Feld im wesentlichen phasengleich ist, mit welchem diese Gruppe auf ihrem gesamten Weg längs des Wechsel-Wirkungskreises in Wechselwirkung steht.It is about a reflexive closure of the circle of interaction produce, it is sufficient, at the collecting electrode end, the space between the conductor 16 and the adjacent walls of the Groove 15 to be filled with damping material 27. For a broadband connection it is advisable to to let the thickness of the filling increase over several turns. For vibrations with a desired frequency, two basic conditions must be met. On the one hand there must be the flow of electrons be strong enough to ensure that the reverse gain is effective at this Frequency is sufficient to initiate and maintain vibrations. It is important to have a To use an electron source which supplies sufficient current and to attach a focusing system, which an effective guidance of the electron flow along the interaction circle enables. In addition, it is important that the speed of the electron flow in relation on the phase velocity of a space harmonic with the desired frequency along of the interaction circle advancing wave is set so that a certain group of Electrons are essentially in phase with the electric field with which this group is in interaction on their entire way along the cycle of reciprocity.

Wenn υ die Geschwindigkeit einer längs des Leiters 16 des Wechselwirkungskreises fortschreitenden Welle ist — diese Geschwindigkeit wird gewöhnlich der Lichtgeschwindigkeit nahekommen—, d den Durchmesser der von dem Leiter gebildeten Wendel bezeichnet und p die Ganghöhe dieser Wendel angibt, so sollte die Elektronengeschwindigkeit ve angenähert dem WertIf υ is the speed of a wave traveling along the conductor 16 of the interaction circle - this speed will usually come close to the speed of light - d denotes the diameter of the helix formed by the conductor and p indicates the pitch of this helix, then the electron speed v e should approximate the value

ω ' pω 'p

I <» Λ I <» Λ

π [zn ■ dl π [zn ■ dl

entsprechen, wobei η irgendeine positive ganzewhere η is some positive integer

Zahl ist, um eine nutzbringende Wechselwirkung mit einer elektromagnetischen Welle von der Kreisfrequenz ω zu verwirklichen, welche stromaufwärts, d. h. in Richtung zur Elektronenquelle längs des Wechselwirkungskreises, fortschreitet.Number is to have a beneficial interaction with an electromagnetic wave of the angular frequency to realize ω, which upstream, d. H. longitudinally in the direction of the electron source of the interaction circle progresses.

Die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls kann in einfacher Weise dadurch auf den gewünschten Wert eingestellt werden, daß man die beschleunigende Gleichspannung steuert, welche zwischen ίο der Kathode der Elektronenquelle und dem Kernteil 14 besteht. Zu diesem Zweck ist eine Spannungsquelle 24 mittels geeigneter Zuleitungen zwischen der Kathode 12 und dem Kernteil 14 angeschlossen. Es ist außerdem allgemein für die Gesg rLighaltung sekundärer Elektronenemission erwünscht, die Sammelelektrode 13 mit dem Kernteii auf einem im wesentlichen gleichen Potential zu halten.The speed of the electron beam can be adjusted to the desired in a simple manner Value can be set that one controls the accelerating DC voltage, which between ίο the cathode of the electron source and the core part 14 consists. For this purpose there is a voltage source 24 connected between the cathode 12 and the core part 14 by means of suitable leads. It is also generally desirable for the maintenance of secondary electron emission, the collecting electrode 13 with the core part at substantially the same potential to keep.

Darüber hinaus kann eine elektrostatische Fokussierung dadurch verwirklicht werden, daß man zwischen dem Leiter 16 und dem Kernteil 14 eine Gleichspannung aufrechterhält, wie es der Darstellung nach Fig. 1 und 3 entspricht, und daß man den Wechselwirkungskreis mit einer zylindrischen leitenden Elektrode 26 umgibt, welche auf einem Potential gehalten wird, das zwischen dem Potential des Kerns 14 und dem Potential der Wendel 16 liegt.It can also be electrostatic focusing be realized in that between the conductor 16 and the core part 14 a DC voltage is maintained, as shown in FIGS. 1 and 3, and that one surrounds the interaction circle with a cylindrical conductive electrode 26, which is on a Potential is maintained between the potential of the core 14 and the potential of the coil 16 lies.

Im Betrieb werden von den Geräuschkomponenten des Elektronenstrahls rückwärts fortschreitende Wellen erregt, welche die Neigung haben, mit dem Elektronenstrahl in Wechselwirkung zu treten. Wenn die grundlegenden, oben erläuterten Bedingungen erfüllt sind, kommen Schwingungen mit der durch die Geschwindigkeiten des Elektronenstrahls festgelegten Frequenz zustande. Diese Schwingungen können zur nutzbringenden Verwendung entnommen werden.In operation, the noise components of the electron beam are backward-progressing Excited waves that have the tendency to interact with the electron beam. If the basic conditions outlined above are met, vibrations come along the frequency determined by the velocities of the electron beam. These Vibrations can be extracted for beneficial use.

Für einen Oszillator der beschriebenen Art ist es kennzeichnend, daß die Frequenz lediglich durch Änderung der Elektronengeschwindigkeit abgestimmt wird, welche ihrerseits durch die beschleunigenden Spannungen gesteuert wird. Demgemäß kann ein solcher Oszillator leicht als Frequenzmodulator benutzt werden, indem man das Nachrichtensignal zur Änderung der beschleunigenden Spannung verwendet, beispielsweise durch die Einschaltung einer Modulationsspannungsquelle 25, die in Reihe mit der Spannungsquelle 24 zwischen der Elektronenquelle 12 und dem Kernteil 14 liegt. Der in Fig. 3 dargestellte Verstärker 110 gleicht in vielfacher Hinsicht dem Oszillator 10 nach Fig. ι: der Hauptunterschied besteht in der Anbringung eines zusätzlichen äußeren- Kopplungsanschlusses 15.0, der dem Kopplungsanschluß 123 ähnlich ist. Dieser zusätzliche Kopplungsanschluß liegt an dem der Sammelelektrode benachbarten Ende des Wechselwirkungskreises. Bei Rückwärtsweüenbetrieb werden mittels dieses zusätzlichen Anschlusses die zu verstärkenden Wellen an den Wechselwirkungskreis gelegt, um längs dieses Kreises fortzuschreiten. Bei Betrieb mit Vorwärtswelle werden die verstärkten Wellen mit HilfeFor an oscillator of the type described, it is characteristic that the frequency only through Change in electron speed is matched, which in turn is due to the accelerating Tensions is controlled. Accordingly, such an oscillator can easily be used as a frequency modulator be used by changing the message signal to the accelerating Voltage used, for example by switching on a modulation voltage source 25, which is in series with the voltage source 24 between the electron source 12 and the core part 14. The amplifier 110 shown in FIG. 3 is the same In many ways the oscillator 10 according to Fig. ι: the main difference is in the attachment an additional external coupling connection 15.0, which is connected to the coupling connection 123 is similar. This additional coupling connection is on the one adjacent to the collecting electrode End of the interaction circle. In reverse operation With this additional connection, the waves to be amplified are attached to the Circle of interaction placed in order to proceed along this circle. When operating with a forward shaft will help the amplified waves

dieses zusätzlichen Anschlusses von dem Wechselwirkungskreis abgenommen.this additional connection is removed from the interaction circuit.

Zur Vereinfachung sind die Bezugszahlen, welche die Elemente in dem Verstärker ι ίο bezeichnen, soweit dieselben den Elementen des Oszillators io entsprechen, um jeweils die Zahl ioo größer gewählt als die Bezugszahlen für die Oszillatorelemente. Demgemäß ist der Verstärkerröhrenkolben mit in, die Elektronenquelle mit 112, die Sammelelektrode mit 113 bezeichnet usw. Die Sammelelektrode 113 ist jedoch ringförmig, um den Durchtritt des Kopplungsanschlusses 150 zu ermöglichen. Der äußere Kopplungsanschluß 150 gleicht dem äußeren Kopplungsanschluß 123. Er stellt ebenfalls einen koaxialen Anschluß dar, dessen innerer Teil aus einer geraden Verlängerung des Leiters 116 besteht und dessen äußerer Teil die Verlängerung eines rohrförmigen Endabschnittes des Kernes 114, durch welchen der Leiter 116 hindurchgeführt ist, bildet.For simplification, the reference numbers that denote the elements in the amplifier ι ίο, insofar as they correspond to the elements of the oscillator io, the number ioo is chosen to be larger in each case as the reference numbers for the oscillator elements. Accordingly, the intensifier tube piston is with in, the electron source with 112, the Collector electrode designated 113, etc. The collector electrode 113 is, however, ring-shaped around the To allow passage of the coupling connection 150. The external coupling port 150 is similar to the outer coupling connection 123. It also represents a coaxial connection, its inner part consists of a straight extension of the conductor 116 and its outer part the Extension of a tubular end portion of the core 114 through which the conductor 116 is passed, forms.

Für die Arbeitsweise als Rückwärtswellenverstärker ist es wichtig, daß die Spannungsquelle 124 so eingestellt wird, daß eine Elektronengeschwindigkeit ve etwa in der Größe des WertesFor the operation as a backward wave amplifier it is important that the voltage source 124 is set so that an electron velocity v e approximately in the size of the value

zustande kommt, wobei cüc die mittlere Kreisfrequenz des Betriebsbandes, p die Ganghöhe der von dem Leiter 116 gebildeten Wendel, d den Wendeldurchmesser und ν die Geschwindigkeit der zu verstärkenden fortschreitenden Welle längs des Leiters 116 bedeuten. Um Schwingungen zu vermeiden, ist es wesentlich, daß mit einem kleineren Strahlstrom gearbeitet wird, als er für die Ein- ioo leitung von Rückwärtswellenschwingungen erforderlich ist.comes about, where cü c is the mean angular frequency of the operating band, p is the pitch of the helix formed by the conductor 116, d is the helix diameter and ν is the speed of the advancing wave along the conductor 116 to be amplified. In order to avoid vibrations, it is essential to work with a smaller beam current than is necessary for the initiation of backward wave vibrations.

Bei dem Betrieb als Vorwärtswellenverstärker wird die Spannungsquelle 124 demgegenüber so eingestellt, daß eine Elektronengeschwindigkeit ve zustande kommt, welche angenähert dem WertWhen operating as a forward wave amplifier, on the other hand, the voltage source 124 is set in such a way that an electron velocity v e comes about which approximates the value

-d-d

entspricht. Es ist hierbei gleichermaßen wichtig, den Strahlstrom genügend niedrig zu halten, damit keine Eigenschwingungen angeregt werden. Jedoch kann in diesem Fall die Neigung zu Eigenschwingungen durch die Einfügung von Verlustmaterial längs des Wechselwirkungskreises vermindert werden.is equivalent to. It is equally important here to keep the jet current low enough so no natural vibrations are excited. However, in this case the tendency to natural oscillations reduced by the introduction of waste material along the interaction circle will.

Es ist verständlich, daß die beschriebenen speziellen Ausführungsformen nur der Erläuterung des für die Erfindung wichtigen Prinzips dienen sollen. Verschiedene Änderungen sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar, wobei aber von dem Wesen und Umfang der Erfindung nicht abgewichen wird.It is to be understood that the specific embodiments described are illustrative only of the principle that is important for the invention. Various changes are for the A person skilled in the art is readily recognizable, but does not reflect the essence and scope of the invention is deviated.

Der in der wendeiförmigen Rillung liegende Leiter besitzt nach der Erläuterung und Darstellung runden Querschnitt. Es kann jedoch für gewisse Anwendungsfälle vorteilhaft sein, einen bandförmigen flachen Leiter zu verwenden. In ähnlicher Weise kann es erwünscht sein, die Form und Breite der Rillung zu verändern, um die Längskomponente des elektrischen Interferenzfeldes zu vergrößern. Anstatt den Kernteil entsprechend der gegebenen Erläuterung mit einer Rillung an der Außenfläche zu versehen, ist es auch möglich, einen rohrförmigen Teil zu verwenden, dessen innere Oberfläche wendelförmig gerillt ist und in diese innere Rille einen Leiter einzulegen.The conductor lying in the helical groove has according to the explanation and illustration round cross-section. However, for certain applications it can be advantageous to use a to use ribbon-shaped flat conductors. Similarly, it may be desirable to have the shape and To change the width of the creasing in order to increase the longitudinal component of the electrical interference field enlarge. Instead of the core part according to the explanation given with a crease on the To provide outer surface, it is also possible to use a tubular part, its inner surface is helically grooved and to insert a conductor into this inner groove.

Im allgemeinen" wird man einen Wellenkreis nach der Erfindung als eine Übertragungsleitung mit zwei Leitern ansehen können, wobei ein Leiter aus einer Wendel besteht und der andere Leiter als ein Teil ausgebildet ist, der sich zwischen benach-In general "one becomes a wave circle according to the invention as a transmission line with two conductors, one conductor consisting of a helix and the other conductor as a part is formed, which is between adjacent

ao harten Windungen der Wendel erstreckt und dadurch jeden dieser Bereiche in zwei getrennte Spalte unterteilt.ao hard turns of the helix and thereby each of these areas into two separate ones Subdivided column.

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: I.Wanderfeldröhre für räumlich harmonische Betriebsweise mit einem als Übertragungsweg für die hochfrequente elektromagnetische Welle dienenden Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter in der wendeiförmigen Oberflächenrillung eines leitenden Kernstücks isoliert angeordnet ist und der Elektronenstrom parallel zur Achse des wendeiförmigen Leiters längs der gerillten Oberfläche des Kernstücks verläuft.I. Wandering tube for spatially harmonious Operation with one as a transmission path for the high-frequency electromagnetic wave Serving conductor, characterized in that the conductor in the helical surface grooves of a conductive core piece is arranged in an insulated manner and the electron flow is parallel to the axis of the helical conductor along the grooved surface of the core piece. 2. Wanderfeldröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabmessung des leitenden Kernstücks im wesentlichen mit dem Außendurchmesser des wendeiförmigen Leiters übereinstimmt.2. Traveling wave tube according to claim i, characterized in that the transverse dimension of the conductive core piece essentially with the outer diameter of the helical Head matches. 3. Wanderfeldröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wendeiförmige Leiter und das Kernstück an einem oder an beiden Enden verlängert und als koaxiale Übertragungsleitung aus der Röhre herausgeführt sind, wobei der Außenleiter der koaxialen Leitung mit dem Kernstück und der Innenleiter der koaxialen Leitung mit dem wendeiförmigen Leiter verbunden sind.3. traveling wave tube according to claim 1 or 2, characterized in that the helical conductor and the core piece on or on extended at both ends and led out of the tube as a coaxial transmission line are, the outer conductor of the coaxial line with the core piece and the inner conductor of the coaxial line are connected to the helical conductor. 4. Wanderfeldröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung des wendeiförmigen Leiters im wesentlichen in der Mitte der zugehörigen Kernstückrillung angeordnet ist und dadurch die Rillung in zwei Spalte unterteilt.4. Traveling wave tube according to one of the preceding claims, characterized in that that each turn of the helical conductor is substantially in the middle of the associated Core piece creasing is arranged and thereby divided the creasing into two columns. 5· Wanderfeldröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Elektronenquelle abgelegene Ende des Hochfrequenzübertragungsweges durch Dämpfungsmaterial abgeschlossen ist, welches in diesem Bereich in der Kernstückrillung untergebracht ist.5 traveling wave tube according to one of the preceding claims, characterized in that that the end of the radio frequency transmission path remote from the electron source through Damping material is complete, which is housed in this area in the core grooves is. 6. Wanderfeldröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Erzeugen hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Elektronenströmung angenähert dem Wert6. Traveling wave tube according to one of the preceding claims for generating high frequencies electromagnetic oscillations, characterized in that the speed the electron flow approximates the value ω · p ω · p entspricht, wobei ω die Kreisfrequenz der gewünschten Schwingungen, p die Ganghöhe der Wendel, d den Wendeldurchmesser und ν die Geschwindigkeit der Wellenfortpflanzung längs der Wendel, bezeichnet.corresponds, where ω is the angular frequency of the desired vibrations, p is the pitch of the helix, d is the helix diameter and ν is the speed of the wave propagation along the helix. 7. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche ι bis 5 zum Verstärken hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, die an dem der Elektronenquelle abgelegenen Ende des Hochfrequenzübertragungsweges eingekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Elektronenstromes angenähert gleich dem Wert7. Traveling wave tube according to one of claims ι to 5 for amplifying high frequency electromagnetic waves at the end of the radio frequency transmission path remote from the electron source are coupled in, characterized in that the speed of the electron flow is approximately the same the value / ω,- d\ π [zn / ω, - d \ π [zn ist, wobei eoc die Kreisfrequenz der Betriebsbamdmitte, p die Ganghöhe der Wendel, d den Wendeldurchmesser und v_ die Geschwindigkeit der Wellenfortpflanzung längs der Wendel bezeichnen. where eo c denotes the angular frequency of the center of the operating chamber, p the pitch of the helix, d the helix diameter and v_ the speed of the wave propagation along the helix. 8. Wanderfeldröhre nach einem der Ansprüche ι bis 5 zum Verstärken hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, die an dem der Elektronenquelle benachbarten Ende des Hochfrequenzübertragungsweges eingekoppelt wer- ioo den, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Elektronenstromes angenähert dem Wert8. Traveling wave tube according to one of claims ι to 5 for amplifying high frequency electromagnetic waves at the end of the radio frequency transmission path adjacent to the electron source are coupled in, characterized in that the speed of the electron flow approximates the value COn CO n π 2» -\ π 2 » - \ β · d\ β d \ entspricht.is equivalent to. 9. Wanderfeldröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Kernstück mit dem wendeiförmigen Leiter eine zylindrische Elektrode angeordnet ist, wobei der Elektronenstrom durch den Raum zwischen der Elektrode und dem Kernstück mit dem wendeiförmigen Leiter verläuft, und daß eine Spannungsquelle vorgesehen ist, welche den wendeiförmigen Leiter und das Kernstück auf verschieden hohen Potentialen und die zylindrische Elektrode auf einem zwisehen diesen Potentialen liegenden Potential hält.9. Traveling wave tube according to one of the preceding claims, characterized in that that a cylindrical electrode is arranged coaxially to the core piece with the helical conductor where the electron flow passes through the space between the electrode and the core piece with the helical conductor, and that a voltage source is provided, which the helical conductor and the Core piece at different high potentials and the cylindrical electrode on one of them holds these potentials lying potential. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ©609 617/415 8.56 (609 833 2.57)© 609 617/415 8.56 (609 833 2.57)
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