DE970149C

DE970149C - Electron discharge device for amplifying a high frequency electromagnetic wave

Info

Publication number: DE970149C
Application number: DEW723D
Authority: DE
Inventors: Frederick Britton Llewellyn
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1940-05-17
Filing date: 1941-09-06
Publication date: 1958-08-21

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. AUGUST 1958ISSUED AUGUST 21, 1958

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenentladungsvorrichtung zur Verstärkung einer hochfrequenten elektromagnetischen Welle. Für die Verstärkung wird in an sich bekannter Weise von der Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und dem elektromagnetischen Feld der hochfrequenten elektromagnetischen Welle Gebrauch gemacht.The invention relates to an electron discharge device to amplify a high frequency electromagnetic wave. For the reinforcement is in a manner known per se from the interaction between an electron beam and the electromagnetic field of the high frequency electromagnetic wave.

Die Erfindung will eine Vorrichtung dieser Art verbessern und die angestrebte Verstärkung besonders wirkungsvoll gestalten. Zur Verwirklichung dieses Ziels empfiehlt die Erfindung als Besonderheit, daß die hochfrequente elektromagnetische Welle an einen von ihr zu durchlaufenden Übertragungsweg angelegt wird, der aus einem gefalteten hohlen Wellenleiter besteht, dessen geometrische Länge größer ist als die Wellenlänge der Betriebsfrequenz; die Form des Wellenleiters in bezug auf die Richtung des geradlinig verlaufenden Elektronenstrahls ist dabei so gewählt, daß der Elektronenstrahl den Wellenleiter an mehreren voneinander getrennten Bereichen schneidet, daß die Geschwindigkeit der Elektronen des Strahles so bemessen ist, daß in diesen Bereichen eine Wechselwirkung stattfindet und daß auf den Eingangswellenleiter ein entsprechend aufgebauter Ausgangswellenleiter folgt, an dem die verstärkten Schwingungen abgenommen werden.The invention aims to improve a device of this type and, in particular, the reinforcement sought design effectively. To achieve this goal, the invention recommends as a special feature, that the high-frequency electromagnetic wave to a transmission path to be traversed by it is applied, which consists of a folded hollow waveguide whose geometric Length is greater than the wavelength of the operating frequency; the shape of the waveguide in relation to the direction of the rectilinear electron beam is chosen so that the electron beam the waveguide intersects at several separate areas that the speed of the electrons of the beam is so dimensioned that there is an interaction in these areas takes place and that a correspondingly constructed output waveguide on the input waveguide follows, at which the amplified vibrations are removed.

Es sind mehrere Anordnungen bekannt, bei welchen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle und die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls auf-Several arrangements are known in which the speed of propagation of the wave and the speed of the electron beam

809 595/68809 595/68

einander abgestimmt sind. Zum Beispiel ist in der deutschen Patentschrift 708035 für eine Anordnung zum Empfang ultrakurzer Wellen mit Ouerablenkung des Elektronenstrahls entsprechend der Änderung der Strahlgeschwindigkeit und periodischer Beeinflussung der letzteren durch die Empfangsspannungen angegeben worden, daß die Induktanz der benutzten Paralleldrahtanordnung so gewählt werden muß, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Empfangswellen längs der Leitung gleich oder annähernd gleich der mittleren Elektronengeschwindigkeit ist. Für die Ablenkung, und zwar eine aufschaukelnde Ablenkung des Elektronenstrahls wird auch bei der Anordnung nach Fig. 19 der USA.-Patentschrift 2 064 469 die Beeinflußbarkeit des Elektronenstrahls durch die hochfrequente Welle benutzt, und zwar mittels einer Anordnung mit zwei Zickzackeinzelleitern, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Elektronenstrahls angeordnet sind. Demgegenüber findet jedoch bei der evfindungsgemäßen Anordnung keine Ablenkung des Elektronenstrahls statt; vielmehr treten dabei die Elektronen in dem hohlen Wellenleiter mit den vom Wellenleiter umschlossenen elektrischen Feldern in Wechselwirkung.are coordinated with each other. For example, in the German patent specification 708035 for an arrangement for receiving ultrashort waves with Ouer deflection of the electron beam according to the change in beam speed and periodic influence of the latter by the receiving voltages has been specified that the inductance of the parallel wire arrangement used must be chosen so that the propagation speed of the Received waves along the line is equal to or approximately equal to the mean electron speed. The ability of the electron beam to be influenced by the high-frequency wave is also used in the arrangement according to FIG. 19 of US Pat Sides of the electron beam are arranged. In contrast, however, no deflection of the electron takes place at the Evangelical inventive arrangement; rather, the electrons in the hollow waveguide interact with the electric fields enclosed by the waveguide.

Es gibt auch eine Reihe von Anordnungen, die von dem Prinzip der Geschwindigkeitsmodulation Gebrauch machen, wobei die Wechselwirkungsbereiche an Elektroden gebunden sind. Solche Anordnungen sind z. B. durch die australischen Patente 107 968 und 110 191 bekanntgeworden; hiervon unterscheidet sich die Erfindung durch die Anwendung eines Wellenleiterübertragungsweges, der Wechselwirkungsbereiche zwischen dem Elektronenstrahl und dem Feld des Übertragungsweges bildet. Die gleiche Abweichung besteht auch gegenüber der Anordnung nach dem australischen Patent 111 937, welches für die Beeinflussung des Elektronenstrahls Resonanzgebilde mit Elektrodensystemen benutzt.There are also a number of arrangements that make use of the principle of speed modulation make, the interaction areas are bound to electrodes. Such arrangements are z. Made known, for example, by Australian patents 107,968 and 110,191; differs from this the invention through the use of a waveguide transmission path, the interaction areas forms between the electron beam and the field of the transmission path. The same deviation also applies to the arrangement according to Australian patent 111 937, which uses resonance structures with electrode systems to influence the electron beam.

Es ist indessen mit dem deutschen Patent 853 009 eine Anordnung in Vorschlag gebracht worden, bei welcher eine zeitlich konstant von einer Kathode ausgehenden Elektronenströmung beim Durchlaufen der Schwingungsfelder einer Hohlrohrleitung bei geeigneter Wahl und Aufrechterhaltung ihrer Geschwindigkeit in ihrer Dichteverteilung moduliert, d. h. geordnet wird; die theoretisch günstigsten Verhältnisse für den Energieaustausch sollen dann vorliegen, wenn ein Elektron die Länge eines FeIdbezirkes während einer möglichst geringen Zahl von Halbperioden der Hohlrohrschwingungen durchläuft, d. h. bei möglichst hohen Elektronengeschwindigkeiten. Für den optimalen Fall sollte die Elektronengeschwindigkeit etwa ebenso groß wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle selbst sein. Die Anpassung der Geschwindigkeiten des Elektronenstrahls einerseits und der Ausbreitung bzw. Fortpflanzung der Welle andererseits wird somit durch Steigerung der Elektronengeschwindigkeit angestrebt. Hierbei bestehen jedoch praktische Beschränkungen und Grenzen, die eine optimale Anpassung der Geschwindigkeiten unmöglich machen. Demgegenüber wird mit der Erfindung angestrebt und erreicht, daß die Wellengeschwindigkeit wirklich oder effektiv einer praktischen Elektronengeschwindigkeit gleich wird. Die Bemessung und Führung des hohlen Wellenleiters bietet hierzu eine praktisch stets zu verwirklichende Möglichkeit. Die Aufrechterhaltung einer hohen Elektronengeschwindigkeit ist dabei selbstverständlich zweckdienlich, weil dieAnpassung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle an die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls um so einfacher ist, je größer die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ist.However, an arrangement has been proposed in German Patent 853 009 which is a constant flow of electrons emanating from a cathode when passing through it of the vibration fields of a hollow pipeline with a suitable choice and maintenance of its speed modulated in their density distribution, d. H. is ordered; the theoretically most favorable conditions for the exchange of energy should be present when an electron has the length of a field area passes through the hollow tube vibrations during the smallest possible number of half-periods, d. H. at the highest possible electron speeds. For the optimal case, the electron speed should be about the same as the speed of propagation of the wave itself. Adjusting the speeds of the electron beam on the one hand and the propagation or propagation of the wave on the other hand is thus aimed at by increasing the electron speed. However, there are practical limitations and limits that make an optimal adjustment of the speeds impossible. In contrast, the invention aims and achieves that the wave speed really or effectively equals a practical electron velocity. The dimensioning and Guiding the hollow waveguide offers a practically always realizable possibility for this. the Maintaining a high electron velocity is of course expedient, because the adaptation of the propagation speed of the wave to the speed of the electron beam the greater the speed of the electron beam, the easier it is.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß zwisehen den beiden Wellenleitern ein Laufraum vorgesehen ist, der eine zusätzliche Gruppierung der den Eingangswellenleiter verlassenden Elektronen ermöglicht.It has proven to be useful that between the two waveguides a running space is provided, which is an additional grouping of the allows electrons to leave the input waveguide.

Darüber hinaus empfiehlt die Erfindung, den Wellenleiter in Falten wechselnder Richtung zu legen, welche quer zum Elektronenstrahl verlaufen und miteinander ausgerichtete freie Durchgänge für den Elektronenstrahl aufweisen. In Verbindung mit einer Vorrichtung der letzterwähnten Art ist es vorteilhaft, die Durchgänge für den Elektronenstrahl so klein zu bemessen, daß die Welle gezwungen ist, den Umweg über die gefalteten Wellenleiter zu nehmen. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeich- go nung dargestellten Ausführungsformen.In addition, the invention recommends that the waveguide be folded in alternating directions lay, which run transversely to the electron beam and aligned free passages for have the electron beam. In connection with a device of the last-mentioned type, it is advantageous to dimension the passages for the electron beam so small that the wave is forced to the Detour via the folded waveguide. Further features of the invention result from the following description of the embodiments shown in the drawing.

Fig. ι zeigt einen gefalteten Wellenleiter aus Hohlrohren, die so gelegt sind, daß der Elektronenstrahl den Wellenleiter an mehreren aufeinanderfolgenden Punkten (Teilen) durchquert, so daß ein Elektron an jedem Punkt dasselbe Feld-Phasenverhältnis antrifft;Fig. Ι shows a folded waveguide made of hollow tubes which are placed so that the electron beam traverses the waveguide at several successive points (parts), so that a Electron encounters the same field-phase relationship at every point;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt von Fig. 1; Fig. 3 stellt eine Abänderung von Fig. 1 dar, wobei die Windungen des Wellenleiters sehr dicht beieinander liegen;Fig. 2 shows a cross section of Fig. 1; Fig. 3 shows a modification of Fig. 1, wherein the turns of the waveguide are very close together;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt von Fig. 3; Fig. 5 zeigt eine Verbesserung der Konstruktion nach Fig. 3 durch Hinzufügung von Abschirmungen über Teilen des Elektronenweges;Fig. 4 shows a cross section of Fig. 3; Fig. 5 shows an improvement in the construction according to Fig. 3 by adding shields over parts of the electron path;

Fig. 6 zeigt eine Abänderung von Fig. 1, die auch auf Fig. 3 anwendbar ist, um eine Selbsterregung des Verstärkers zu ermöglichen;FIG. 6 shows a modification of FIG. 1, which is also applicable to FIG. 3, in order to provide self-excitation to enable the amplifier;

Fig. 7 stellt eine Abänderung der Konstruktion nach Fig. 1 dar, und sie zeigt ferner ein Mittel zum n° Ausgleich von Änderungen in der mittleren Geschwindigkeit des Elektronenstrahles.Fig. 7 represents a modification of the construction of Fig. 1, and it also shows a means for n ° Compensation for changes in the mean speed of the electron beam.

Fig. ι und 2 ist eine Verstärkeranordnung dargestellt, welche zwei Abschnitte 1, 2 eines Wellenleiters umfaßt.Fig. Ι and 2 an amplifier arrangement is shown which comprises two sections 1, 2 of a waveguide.

Die beiden Wellenleiterabschnitte sind gefaltet, wodurch mehrere aufeinanderfolgende Beeinflussungsbereiche zwischen einem von der Kathode 3 kommenden Elektronenstrahl 4 und dem elektrischen Feld in den Abschnitten erzielt werden. Fig. 1 zeigt axiale Längsschnitte der beiden hohlen, im Querschnitt rechteckigen Wellenleiterabschnitte, von denen jeder in sich selbst hin und her gefaltet ist. so daß der Elektronenstrahl 4 mehrere aufeinanderfolgende Windungen schneidet. Ein Querschnitt ist in Fig. 2 dargestellt. Die Abschnitte 1 und 2, welcheThe two waveguide sections are folded, creating several successive areas of influence between an electron beam 4 coming from the cathode 3 and the electric one Field can be achieved in the sections. Fig. 1 shows axial longitudinal sections of the two hollow, in cross-section rectangular waveguide sections, each of which is folded back and forth on itself. so that the electron beam 4 intersects several successive turns. A cross section is shown in FIG. Sections 1 and 2, which

Wandungen 8 aus leitendem Material besitzen, bilden die Eingangs- und Ausgangskreise des Verstärkers. Der Elektronenstrahl 4 verläuft durch eine Umhüllung 6 und wird hinter den Wellenleiterabschnitten 1, 2 auf den Kollektor S geworfen. Fig. 1 zeigt der einfacheren Darstellung halber nur drei Windungen und infolgedessen nur drei Beeinflussungsbereiche in jedem Abschnitt zwischen dem Elektronenstrahl und dem elektrischen Feld in dem Wellenleiter. Selbstverständlich kann die Anzahl der Windungen und der entsprechenden Beeinflussungsbereiche beliebig sein. Außerdem können anstatt der dargestellten Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt Wellenleiter mit anderen Querschnitten verwendet werden. Es ist ersichtlich, daß die Wellen in den Wellenleitern Zickzackwegen folgen müssen, deren Längen abhängig von den Längen der Windungen ist, während die sich langsamer bewegenden Elektronen einem geraden Weg folgen, dessen Länge unabhängig von der Länge des Wellenleiters ist. Aus diesem Grunde ist eine geeignete Abstimmung der Laufzeit der Elektronen zwischen den Beeinflussungspunkten, beispielsweise zwischen a und b, und der Laufzeit der Welle in dem Wellenleiter zwischen denselben Punkten über den längeren Weg a, g, b durch geeignete Bemessung der Längen der Umwege a, b und a, g, b möglich. Die Längen dieser beiden Wege werden verschieden groß gemacht, weil die Wellengeschwindigkeit in einem Hohlleiter die möglichen Geschwindigkeiten des Elektronenstrahls übersteigt. Selbstverständlich kann eine endgültige Einstellung der relativen Laufzeit der Wellen und des Elektronenstrahls zwischen Beeinflussungsbereichen, z. B. α und b, durch Einstellung der auf den Elektronenstrahl einwirkenden Beschleunigungsspannungen ermöglicht werden. Der Eingangswellenleiter 1 und der Ausgangswellenleiter 2 sind durch Abschlußstücke 36 abgeschlossen und die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Eingangswelle findet an den Stellen a, b und c statt, während die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Ausgangswelle an den Stellen d, e und f vor sich geht. Wenn dieAbschlußstücke36 aus leitendem Material hergestellt werden, werden sie zweckmäßig von den benachbarten Beeinflussungsbereichen, beispielsweise c und d, in Abständen angeordnet, die annähernd gleich sind einer Viertel-, Dreiviertel- oder Fünfviertel- usw. Wellenlänge, so daß die reflektierten Wellen die Felder bei c und d verstärken und maximale Felder für die Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl erhalten werden. Andererseits ist der Abstand in Abhängigkeit vonder effektiven Impedanz der Endabschlüsse zu bemessen. Wenn diese Impedanz gleich dem Wellenwiderstand des Wellenleiters ist, dann wird die Anordnung der Endabschlüsse in bezug auf c und d bedeutungslos, solange die Entfernung des Abschlußstücks größer ist als die Weite des Leiterquerschnittes. Der Eingangswellenleiter 1 besitzt ein Feld, dessen elektrische Kraftlinien Komponenten quer zu der Achse des Wellenleiters und in Richtung parallel zu dem von der Kathode 3 auf den Kollektor S geworfenen Elektronenstrom aufweisen. Dies ist die Feldform, welche der in der Zeitschrift »Bell System Technical Journal«, Bd. V, S. 284 bis 309, vom April 1936 beschriebenen Wellenform H₁ zugehörig ist, die in einem dem Wellenleiter 2 entsprechenden Wellenleiter durch einen Strom von Elektronen erzeugt wird, die sich in Gruppen quer durch den Wellenleiter bewegen, wie es in Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Der Abschnitt 2 dient als Ausgangskreis des Verstärkers. Beim Betrieb wird der Elektronenstrahl durch das Feld in dem Eingangswellenleiter 1 an den Punkten a, b und c moduliert. Die Elektronen werden in der Geschwindigkeit moduliert und beim Durchqueren dieser Stellen a, b und c mit summierender Wirkung gruppiert, weil jedes Elektron an jeder Stelle im wesentlichen denselben Feldphasenzustand antrifft. Die gruppierten Elektronen liefern dann Energie an den Ausgangswellenleiter 2 ab infolge der Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld an den Stellen d, e und f, wo sich die Wirkungen ebenfalls summieren. Diese Wirkungsweise beruht darauf, daß die sich summierende Wechselwirkung zwischen den sich bewegenden Elektronen und einem elektrischen Feld durch Steuerung der Laufzeiten des Elektronenstrahls und der elektrischen Welle, der das Feld zugehörig ist, erzielt wird.Have walls 8 made of conductive material, form the input and output circuits of the amplifier. The electron beam 4 runs through a cladding 6 and is thrown onto the collector S behind the waveguide sections 1, 2. For the sake of simplicity, FIG. 1 shows only three windings and consequently only three influencing areas in each section between the electron beam and the electric field in the waveguide. Of course, the number of turns and the corresponding influencing areas can be arbitrary. In addition, instead of the illustrated waveguides with a rectangular cross section, waveguides with other cross sections can be used. It can be seen that the waves in the waveguides must follow zigzag paths, the lengths of which are dependent on the lengths of the turns, while the more slowly moving electrons follow a straight path, the length of which is independent of the length of the waveguide. For this reason, a suitable coordination of the transit time of the electrons between the influencing points, for example between a and b, and the transit time of the wave in the waveguide between the same points over the longer path a, g, b by suitable measurement of the lengths of the detours a, b and a, g, b possible. The lengths of these two paths are made different because the wave speed in a waveguide exceeds the possible speeds of the electron beam. Of course, a final setting of the relative transit time of the waves and the electron beam between areas of influence, e.g. B. α and b, are made possible by setting the acceleration voltages acting on the electron beam. The input waveguide 1 and the output waveguide 2 are terminated by terminators 36 and the interaction between the electron beam and the input wave takes place at points a, b and c , while the interaction between the electron beam and the output wave takes place at points d, e and f is going. If the terminations 36 are made of conductive material, they are expediently spaced from the adjacent areas of influence, e.g. c and d, at distances approximately equal to a quarter, three quarters or five quarters, etc. c and d and maximum fields for interaction with the electron beam are obtained. On the other hand, the distance is to be dimensioned as a function of the effective impedance of the end terminations. If this impedance is equal to the wave resistance of the waveguide, then the arrangement of the end terminations with respect to c and d becomes meaningless as long as the distance of the termination piece is greater than the width of the conductor cross-section. The input waveguide 1 has a field, the electric lines of force of which have components transverse to the axis of the waveguide and in a direction parallel to the electron current thrown from the cathode 3 onto the collector S. _{This is the field shape which is associated with the waveform H 1} described in the journal "Bell System Technical Journal", Vol. V, pp. 284 to 309, of April 1936, which is generated in a waveguide 2 corresponding to waveguide 2 by a stream of electrons which move in groups across the waveguide, as shown in Figs. Section 2 serves as the amplifier's output circuit. In operation, the electron beam is modulated by the field in the input waveguide 1 at points a, b and c. The electrons are modulated in speed and, when passing through these points a, b and c , are grouped with a summing effect, because each electron encounters essentially the same field phase state at each point. The grouped electrons then deliver energy to the output waveguide 2 as a result of the interaction with the electric field at points d, e and f, where the effects also add up. This mode of operation is based on the fact that the cumulative interaction between the moving electrons and an electric field is achieved by controlling the transit times of the electron beam and the electric wave to which the field is associated.

In Fig. ι liegen die Windungen der Wellenleiter 1, 2 nicht dicht beieinander, und der Weg des Elektronenstrahls zwischen den Windungen ist von Abschirmzylindern 38 umschlossen. Ferner ist der Elektronenstrahl am Übergang zwischen den beiden Wellenleitern durch einen ähnlichen Zylinder 39 und an den Enden seines Weges durch die Wellenleiter mittels Zylinder 37 abgeschirmt. Diese Zylinder müssen mit Durchmessern hergestellt sein, die zu klein sind, um die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen in den Wellenleitern zuzulassen, und sie verhindern damit die Ausstrahlung und die direkte Kopplung durch die öffnungen, durch die der Elektronenstrahl hindurchgeht. Dann besteht die einzige Kopplung zwischen Bereichen in den Wellenleitern, beispielsweise zwischen α und b, in der normalen Kopplung längs der Windung g für die Welle selbst sowie unmittelbar von α nach b durch den Zylinder 38 für den Elektronenstrahl. Die Wellenleiter können so eng sein, daß die Laufzeit der Elektronen über jede Windung und damit die Beeinflussungszeit an jedem Bereich a, b, c, d, e und / klein ist im Vergleich zu der Hochfrequenzperiode, und die Elektronenlaufzeit von α nach b durch den Zylinder 38 kann auf die Wellenfortpflanzungszeit von α nach b über g abgestimmt werden. 1x5 Die kürzeste Zeit für die Wellenausbreitung zwischen Windungen, beispielsweise von α nach b, die an jedem Bereich, beispielsweise bei a, b und c, die Wiederkehr desselben Phasenverhältnisses ermöglicht, ist die gleich der Periode eines halben Wechsels der Hochfrequenz; infolge der von jeder Windung des Wellenleiters bewirkten Umkehr der Richtung der Wellenausbreitung im Raum, wodurch tatsächlich die Richtung des Elektronenstrahls durch das Feld umgekehrt wird, muß die entsprechende Elektronenlaufzeit von α nach b durch den Zylinder 38'In FIG. 1, the turns of the waveguides 1, 2 are not close together, and the path of the electron beam between the turns is enclosed by shielding cylinders 38. Furthermore, the electron beam is shielded by a similar cylinder 39 at the transition between the two waveguides and by cylinder 37 at the ends of its path through the waveguides. These cylinders must be made with diameters that are too small to allow the electromagnetic waves to propagate in the waveguides and thus prevent radiation and direct coupling through the openings through which the electron beam passes. Then the only coupling between regions in the waveguides, for example between α and b, is the normal coupling along the turn g for the shaft itself and directly from α to b through the cylinder 38 for the electron beam. The waveguides can be so narrow that the transit time of the electrons over each turn and thus the influencing time at each area a, b, c, d, e and / is small compared to the high frequency period, and the electron transit time from α to b through the Cylinder 38 can be tuned to the wave propagation time from α to b via g. 1x5 The shortest time for the wave propagation between turns, for example from α to b, which enables the return of the same phase relationship in each area, for example at a, b and c , is equal to the period of half a change in the high frequency; as a result of the reversal of the direction of wave propagation in space caused by each turn of the waveguide, which actually reverses the direction of the electron beam through the field, the corresponding electron transit time from α to b through the cylinder 38 '

gleich der Periode eines Wechsels sein, damit ein Elektron sowohl bei b als auch bei α denselben FeIdphasenzustand antrifft. Daher muß sich die Elektronenlaufzeit von α nach b von der Zeit der Wellenfortpflanzung von α nach b durch den Wellenleiter um die Periode von mindestens einem halben Wechsel unterscheiden. Es ist klar, daß die Phasenverhältnisse nicht geändert werden, wenn man die Laufzeit der Elektronen von α nach b durch denbe equal to the period of an alternation, so that an electron encounters the same field phase state both at b and at α. Therefore, the electron transit time from α to b must differ from the time of wave propagation from α to b through the waveguide by the period of at least half a change. It is clear that the phase relationships are not changed if the travel time of the electrons from α to b through the

ίο Zylinder 38 oder die Laufzeit der elektrischen Welle von α nach b durch den Wellenleiter um die Periode eines ganzen Wechsels ändert, so daß die geeigneten Phasenbeziehungen zwischen dem Elektronenstrahl und der elektrischen Welle bei a, b und c immer dann vorliegen, wenn der Unterschied in den Laufzeiten zwischen diesen Punkten gleich der Periode einer ungeraden Anza'hl von halben Wechseln ist. Dies gilt selbstverständlich auch für den - Ausgangs wellenleiter 2 mit den Beeinflussungsbereichen d, e ίο cylinder 38 or the transit time of the electric wave from α to b through the waveguide changes by the period of a full change, so that the appropriate phase relationships between the electron beam and the electric wave at a, b and c always exist when the difference in the running times between these points is equal to the period of an odd number of half bills. Of course, this also applies to the output waveguide 2 with the areas of influence d, e

ao und /. Bei einer Verstärkeranordnung ist die Länge des Zylinders 39 bedeutungslos, solange sie nicht so groß ist, daß eine Degruppierung der Elektronen durch Auseinanderlaufen derjenigen Elektronen ermöglicht wird, die infolge der Geschwindigkeitsmodulation bei a, b und c verschiedene Geschwindigkeiten besitzen.ao and /. In an amplifier arrangement, the length of the cylinder 39 is insignificant as long as it is not so great that the electrons can degrade by diverging those electrons which, as a result of the velocity modulation, have different velocities at a, b and c.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Grenzform der Bauart nach Fig. 1, wobei die Windungen der Wellenleiter sehr dicht beieinander liegen, wodurch die Zylinder 38 und 39 in Fig. 1 in Wegfall kommen. Diese Anordnung arbeitet in derselben Weise wie die nach Fig. 1. Sie hat jedoch den Nachteil, daß den dicht beieinander liegenden Windungen die Elektronen praktisch während der ganzen Zeit unter dem Einfluß des Feldes in. dem Wellenleiter stehen, so daß bei der oben als erforderlich beschriebenen Halbwechsel-Wellenfortpflanzungszeit zwischen a und b über g und der Ganzwechsel-Laufzeit der Elektronen unmittelbar von α nach b ein Elektron beim Durchlaufen entsprechender Bereiche, beispielsweise α und b, in aufeinanderfolgenden Windungen des Wellenleiters während annähernd eines ganzen Wechsels dem Feld ausgesetzt ist. Hiermit wird eine sehr erwünschte Wirkung erzielt, aber die Elektronen treffen während eines Teils jedes Durchlaufs durch den Wellenleiter einen ungünstigen Feldphasenzustand an. In dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die ungünstigen Feldphasenbedingungen an Beeinflussungspunkten durch Begrenzung der Beeinflussungszeit und durch Abschirmung von Teilen des Elektronenweges durch die Zylinder 38 vermieden. Ein Verfahren, durch das derselbe Erfolg bei einem eng gefalteten Wellenleiter, wie der nach Fig. 3, erzielt wird, ist in Fig. 5 dargestellt, wo die Abschirmungen 40 zur Begrenzung der Beeinflussungszeit an den Bereichen α und b hinzugefügt sind, wodurch die Wirkungsweise ähnlich der nach Fig. 1 gestaltet wird.3 and 4 show a limiting form of the type according to FIG. 1, the turns of the waveguides being very close together, as a result of which the cylinders 38 and 39 in FIG. 1 are omitted. This arrangement works in the same way as that of FIG. 1. It has the disadvantage, however, that the closely spaced turns the electrons are practically all the time under the influence of the field in the waveguide, so that in the case of the above as required Half-change wave propagation time described between a and b via g and the full change transit time of the electrons directly from α to b an electron is exposed to the field when passing through corresponding areas, for example α and b, in successive turns of the waveguide for almost a full change. This produces a very desirable effect, but the electrons encounter an unfavorable field phase condition during part of each pass through the waveguide. In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the unfavorable field phase conditions at influencing points are avoided by limiting the influencing time and by shielding parts of the electron path by the cylinder 38. One method by which the same success is achieved with a tightly folded waveguide such as that of FIG. 3 is illustrated in FIG. 5, where the shields 40 are added to limit the manipulation time at regions α and b , thereby improving the performance similar to that of FIG. 1 is designed.

Die Verstärkeranordnungen nach Fig. 1 und 3 können selbstverständlich so abgeändert werden, daß sie eine Selbsterregung hervorrufen, indem manThe amplifier arrangements according to FIGS. 1 and 3 can of course be modified so that they arouse self-excitement by

. den Eingangskreis mit dem Ausgangskreis koppelt.. couples the input circuit with the output circuit.

Als Beispiel hierfür zeigt Fig. 6 eine Abänderung von Fig. i, die eine derartige Kopplung enthält. In Fig. 6 dient als Kopplung zur Übertragung von Energie von dem Ausgangskreis zur Eingangserregung der Teil 45 des Wellenleiters, der den Ausgangswellenleiter 2 mit dem Eingangswellenleiter 1 verbindet. Die so dem Wellenleiter 1 aufgedrückte Welle moduliert den Elektronenstrom an den Bereichen a, b und c, worauf der Elektronenstrom an die Welle in dem Leiterabschnitt 2 an den Bereichen d, e und f in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise Energie abgibt. Bei Fig. 6 müssen jedoch die Länge des Wellenleiterabschnittes 45 und die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls so aufeinander abgestimmt sein, daß die Zeit, die die elektrische Welle zum Durchlaufen des Wellenleiters von f nach α benötigt, und die Elektronenlaufzeit von c nach d derart ist, daß die den Eingangsund Ausgangswellen bei α bzw. / zugehörigen elektrischen Felder das geeignete Phasenverhältnis aufweisen, damit sie zur Unterstützung der Schwingungen zusammenwirken. Irgendeins der bei WeI-lenleitern bekannten Kopplungsverfahren kann zur Verbindung eines Verbraucher- oder Belastungskreises mit einem derartigen Schwingungssystem verwendet werden. Zur Verwirklichung eines solchen Verfahrens bildet in Fig. 6 die Leitung 42 eine Kopplungsschleife innerhalb des Wellenleiters und wird dann mittels der Isolierteile 43 durch die Abschirmung 44 zu der Belastung 41 herausgeführt, wobei die Wandung des Wellenleiters den Kreis zwischen den Enden von 41 und 42 vervollständigt.As an example of this, FIG. 6 shows a modification of FIG. I which contains such a coupling. In FIG. 6, the part 45 of the waveguide which connects the output waveguide 2 to the input waveguide 1 serves as the coupling for the transmission of energy from the output circuit for the input excitation. The wave thus impressed on the waveguide 1 modulates the electron flow in the regions a, b and c, whereupon the electron flow emits energy to the wave in the conductor section 2 in the regions d, e and f in the manner described in connection with FIG. In Fig. 6, however, the length of the waveguide section 45 and the speed of the electron beam must be matched to one another so that the time required for the electric wave to traverse the waveguide from f to α and the electron transit time from c to d is such that which have the appropriate phase relationship for the input and output waves at α and / or associated electric fields, so that they work together to support the vibrations. Any of the coupling methods known for waveguides can be used to connect a consumer or load circuit to such a vibration system. To implement such a method, the line 42 in FIG. 6 forms a coupling loop within the waveguide and is then led out through the shielding 44 to the load 41 by means of the insulating parts 43, the wall of the waveguide completing the circle between the ends of 41 and 42 .

Nach Fig. 7, die eine Abänderung von Fig. 1 darstellt, sind an Stelle von rechtwinklig gebogenen Windungen des gefalteten Wellenleiters gekrümmte Bögen vorgesehen. Diese Figur zeigt ferner ein Verfahren zur Kompensation von Änderungen in der mittleren Geschwindigkeit des Elektronenstrahls, die infolge von Energieübertragungen zwischen diesen und den elektrischen Wellen in dem Wellenleiter bestehen. Hier sind, ebenso wie in Fig. 1, verschiedene Wege für den Elektronenstrahl und die elekirischen Wellen zwischen den Beeinflussungspunkten a, b, c, d, e und / vorgesehen. Während der Elektronenstrahl beispielsweise längs den geraden Wegen von α nach b und von b nach c verläuft, muß die elektrische Welle den längeren Wegen a, g, b bzw. b, h, c folgen. Zum Ausgleich des Geschwindigkeitsanstieges des Elektronenstrahls infolge der Wechselwirkungen mit der elektrischen Welle in dem Eingangswellenleiter 1 werden die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Beeinflussungspunkten längs des Weges des Elektronenstrahls größer gemacht, d. h. der Abstand b, c wird größer gemacht als der Abstand a, b. Zum Ausgleich des Geschwindigkeitsabfalls des Elektronenstrahls infolge der Wechselwirkungen mit der elektrischen Welle in dem Ausgangswellenleiter 2 werden die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Beeinflussungspunkten längs dem Wege des Elektronenstrahls kleiner gemacht, d. h. die Entfernung e, f wird kleiner gemacht als die Entfernung d_} e. Es ist klar, daß eine ähnliche Kompensation anstatt durch Ände-According to FIG. 7, which is a modification of FIG. 1, curved arcs are provided instead of turns of the folded waveguide which are bent at right angles. This figure also shows a method of compensating for changes in the mean velocity of the electron beam due to energy transfers between them and the electrical waves in the waveguide. Here, as in FIG. 1, different paths are provided for the electron beam and the electrical waves between the influencing points a, b, c, d, e and /. While the electron beam runs along the straight paths from α to b and from b to c , for example, the electric wave must follow the longer paths a, g, b or b, h, c. To compensate for the increase in speed of the electron beam as a result of the interactions with the electric wave in the input waveguide 1, the distances between successive influencing points along the path of the electron beam are made larger, i.e. the distance b, c is made larger than the distance a, b. To compensate for the drop in speed of the electron beam due to the interactions with the electric wave in the output waveguide 2, the distances between successive influencing points along the path of the electron beam are made smaller, ie the distance e, f is made smaller than the distance d _} e. It is clear that similar compensation, rather than by changing

rung der Weglängen des Elektronenstrahls durch geeignete Änderung der Weglängen der elektrischen Wellen erzielt werden kann. Beispielsweise kann, anstatt die Entfernung b, c größer als die Entfernung a, b zu machen, die Entfernung b, h, c kleiner gemacht werden als die Entfernung a, g, b, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen.tion of the path lengths of the electron beam can be achieved by appropriately changing the path lengths of the electrical waves. For example, instead of making the distance b, c greater than the distance a, b , the distance b, h, c can be made smaller than the distance a, g, b to achieve a similar result.

Claims

P A T E N T A N S P R Ö CII E:P A T E N T A N S P R Ö CII E:

ίο i. Electron discharge device for amplification a high frequency electromagnetic wave by interaction between an electron beam and the electromagnetic one Field of high frequency electromagnetic wave, characterized in that the high-frequency electromagnetic wave applied to a transmission path to be traversed by it which consists of a folded hollow waveguide whose geometristhe length is greater than the wavelength of the operating frequency, the shape of the waveguide in relation is selected on the direction of the rectilinear electron beam that the Electron beam cuts the waveguide at several separate areas that the speed of the electrons of the beam is such that in these areas a Interaction takes place, and that a correspondingly built on the input waveguide Output waveguide follows, on which the amplified vibrations are picked up.

2. Device according to claim 1, characterized in that that a running space is provided between the two waveguides, which is an additional Allows grouping of the electrons leaving the input waveguide.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the waveguide in Wrinkles in alternating directions are placed, which run transversely to the electron beam and with each other have aligned free passages for the electron beam.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the passages for the electron beam are so small that the shaft is forced to detour via the folded To take waveguide.

5. Device according to one of the preceding Claims, characterized in that the electric acceleration field is along the path of the electron beam undergoes changes by electrodes with different bias voltages.

Considered publications:
German Patent No. 708 035;
French patent specification No. 798581,
676;

British Patent Nos. 488094, 508354;

U.S. Patent No. 2064469;

Australian Patent Nos. 107968, 110 191,

"I 937;

■ magazine for high frequency technology and electroacoustics, 1941, Vol. 57, pp. Off .;

Proceedings of the I. R. E., July 1937, Vol. 25, No. 7, p. 815.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 853 009.

1 sheet of drawings