DE974964C

DE974964C - Low-noise discharge tubes working with speed modulation of a bundled electron flow

Info

Publication number: DE974964C
Application number: DEW11278A
Authority: DE
Inventors: Calvin Forrest Quate
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1952-06-12
Filing date: 1953-05-23
Publication date: 1961-06-15
Also published as: GB739394A; US2792518A; USRE24794E; FR1080863A; NL91447C; BE520612A; NL179062B; CH330293A

Description

AUSGEGEBEN AM 15. JUNI 1961ISSUED JUNE 15, 1961

W ii278VIIIa/2igW ii278VIIIa / 2ig

Die Erfindung betrifft rauscharme, mit Geschwindigkeitsmodulation einer gebündelten Elektronenströtnung arbeitende Entladungsröhren, insbesondere Wanderfeldröhren.The invention relates to low-noise, with velocity modulation of a bundled electron flow working discharge tubes, in particular traveling wave tubes.

Ein allgemeines Ziel der Erfindung betrifft die Verbesserung des Verhältnisses zwischen Signal und Rauschen.A general object of the invention is to improve the relationship between signal and Rush.

Ein spezielles Ziel der Erfindung besteht in der Verringerung des Einflusses der Raumladungswellen, welche an der Elektronenstrahlquelle durch thermisches Rauschen entstehen und welche sich längs des Elektronenstrahls fortbewegen.A specific aim of the invention is to reduce the influence of space charge waves, which are caused by thermal noise at the electron beam source and which are longitudinal of the electron beam.

Die Erfindung ist vornehmlich für Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation verwendbar, bei denen die Wechselwirkung zwischen einem Elektronenstrahl und einer elektromagnetischen Welle benutzt wird, um eine Verstärkung der Welle durchzuführen. Solche Röhren werden allgemein als Wanderfeldröhren bezeichnet. Demgemäß wird die Erfindung in Verbindung mit Wanderfeldröhren beschrieben, wenn ao auch die Prinzipien der Erfindung allgemein bei Röhren anwendbar sind, welche die Geschwindigkeitsmodulation von Elektronenstrahlen benutzen und die deshalb für Rauschen verursachende Raumladungswellen der angegebenen Art empfänglich sind.The invention can be used primarily for tubes with speed modulation, in which the interaction between an electron beam and an electromagnetic wave is used, to reinforce the wave. Such tubes are commonly called traveling wave tubes designated. Accordingly, the invention will be described in connection with traveling wave tubes when ao the principles of the invention are also generally applicable to tubes employing velocity modulation of electron beams and the space charge waves that cause noise are susceptible of the specified kind.

In der üblichen Ausführung besteht eine Wanderfeldröhre aus einer Vakuumröhre, in welcher eine elektromagnetische Welle veranlaßt wird, längs einesIn the usual design, a traveling wave tube consists of a vacuum tube in which a electromagnetic wave is caused along a

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verzögernd wirkenden Wellenleiters zu wandern, wobei gleichzeitig ein Elektronenstrahl längs des Wellenleiters unter Kopplung mit der elektromagnetischen Welle bewegt wird. Als Elektronenquelle ist vor dem Eingangsende des verzögernd wirkenden Wellenleiters ein Elektronenstrahlerzeugungssystem angebracht. Ein solches Elektronenstrahlerzeugungssystem umfaßt üblicherweise eine Eletronenemissionsfläche (Kathode), eine Elektrode zur Strahlenbildung ίο und eine Beschleunigungselektrode. Es soll den Elektronenstrahl vor seiner Vorbeileitung an dem Wellenleiter fokussieren. Um maximale Strahlstromdichten auf dem Strömungsweg längs des Wellenleiters zu erhalten, ist es bisher üblich gewesen, ein Elektronen-Strahlerzeugungssystem zu verwenden, von dessen Kathode ein Elektronenstrahl ausgeht, der eine große Querschnittsfläche aufweist, und ein Elektrodensystem anzubringen, welches diesen Elektronenstrahl großen Querschnitts in einen Elektronenstrahl kleineren Quer-Schnitts zusammendrängt, bevor sich derselbe längs des Wellenleiters fortbewegt. Zur Vereinfachung der Fokussierungsprobleme ist auch bereits, wenn auch weniger häufig, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem benutzt worden, welches eine Kathode aufweist, die von Anfang an einen Strahl von der für die Vorbeiführung längs des Wellenleiters gewünschten Querschnittsgröße erzeugt, und ein Elektrodensystem zur Aufrechterhaltung der parallelen Elektronenströmung besitzt. Es wurde dabei auch eine Kathode verwendet, deren Durchmesser kleiner als der des Wellenleiters war.decelerating waveguide to wander, while at the same time an electron beam along the waveguide is moved under coupling with the electromagnetic wave. The electron source is before an electron gun is attached to the input end of the retarding waveguide. Such an electron gun typically includes an electron emission surface (Cathode), an electrode for radiation formation ίο and an acceleration electrode. It's supposed to be the electron beam focus before passing it past the waveguide. To maximum beam current densities in the flow path along the waveguide, it has heretofore been common practice to use an electron gun to use, from the cathode of which emanates an electron beam having a large cross-sectional area, and an electrode system to attach, which this electron beam of large cross-section into an electron beam of smaller cross-section before moving along the waveguide. To simplify the Focusing problems are also already, albeit less common, with an electron gun has been used, which has a cathode that generates a beam from the beginning for the Passing along the waveguide generated desired cross-sectional size, and an electrode system to maintain the parallel flow of electrons. It also became a cathode used, the diameter of which was smaller than that of the waveguide.

Es wurde nunmehr gefunden, daß es bei Wanderfeldröhren, wenn das Rauschen besondere Beachtung erfordert, vorteilhaft ist, ein Elektronenstrahlerzeugungssystem zu verwenden, das eine Emissionsfläche aufweist, die klein im Vergleich zum Querschnitt der Elektronenströmung in ihrem Arbeitsbereich, insbesondere bei ihrer Parallelführung zum langgestreckten Wellenleiter einer Wanderfeldröhre, ist, und die daraus austretende Elektronenströmung durch elektrostatische Mittel zur Divergenz zu veranlassen, derart, daß beim Durchlaufen einer (ersten) Beschleunigungselektrode im wesentlichen bereits der längs des Arbeitsbereichs der Elektronenströmung gewünschte Strahlquerschnitt erzielt wird, und anschließend durch zufüzliche elektrostatische und/oder magnetische Mittel cme ParaUelrichtung der Elektronenbahnen über den gesamten Laufweg vorzunehmen. Durch die Benutzung einer solchen divergenten Elektronenströmung längs eines größeren Teiles der Wegstrecke zwischen der Kathode und dem Eingangsende des Wellenleiters ist es möglich, die Amplituden der Rausch-Raumladungswellen auf ein Mindestmaß zu verringern. Diese Amplitudenreduzierung ist sehr erwünscht, da die unmittelbar an der Kathode durch thermisches Rauschen hervorgerufenen Raumladungswellen sich zum Eingangsende des Wellenleiters fortbewegen und dort nach Art der zu verstärkenden Eingangswellen wirken, wodurch Signalbeeinträchtigungen verursacht werden. Eine Verbesserung des Rauschabstandes um etwa 6 db kann erwartet werden, wenn von Anfang an ein Elektronenstrahl erzeugt wird, dessen Durchmesser etwa einem Neuntel des Durchmessers entspricht, den der Elektronenstrahl bei der Vorbeileitung an dem Wellenleiter haben soll. Für eine Wanderfeldröhre, bei welcher der Wellenleiter aus einer Wendel besteht, ist die Elektronenquelle beispielsweise so ausgebildet, daß sie einen zylindrischen Elektronenstrahl erzeugt, dessen Durchmesser kleiner ist als ein Neuntel des Innendurchmessers der Wendel. Der Strahlquerschnitt wird dann erweitert, bis der Durchmesser des Elektronenstrahls im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Wendel ist. Danach wird der Strahl parallel gerichtet und durch die Wendel geschickt.It has now been found that with traveling wave tubes, special attention is paid to the noise requires, it is advantageous to use an electron gun having an emission surface which is small compared to the cross section of the electron flow in its working area, in particular in their parallel to the elongated waveguide of a traveling wave tube, is, and the to cause the electron flow emerging from it to diverge by electrostatic means, in such a way, that when passing through a (first) acceleration electrode essentially that along the working area the desired beam cross-section of the electron flow is achieved, and then by additional electrostatic and / or magnetic means cme parallel direction of the electron trajectories over the to carry out the entire route. By using such a divergent flow of electrons along a major portion of the distance between the cathode and the input end of the waveguide it is possible to reduce the amplitudes of the noise space charge waves to a minimum. These Amplitude reduction is very desirable because it is directly at the cathode due to thermal noise evoked space charge waves move to the input end of the waveguide and there act according to the type of input waves to be amplified, causing signal impairment. An improvement in the signal-to-noise ratio of around 6 db can be expected if a Electron beam is generated, the diameter of which corresponds to about a ninth of the diameter, the the electron beam is said to have passed the waveguide. For a traveling wave tube in which the waveguide consists of a helix, the electron source is designed, for example, that it produces a cylindrical electron beam, the diameter of which is less than a ninth of the Inside diameter of the helix. The beam cross-section is then expanded until the diameter of the electron beam is substantially equal to the inside diameter of the helix. After that the beam directed parallel and sent through the helix.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung leichter verständlich. In der Zeichnung zeigtThe invention will be more easily understood from the following description in conjunction with the drawing. In the drawing shows

Fig. ι einen Prototyp eines Elektronenstrahlerzeugungssystems in schematischer Darstellung, an Hand dessen die Besonderheiten der Erfindung erläutert ⁸" werden sollen,Fig. Ι a prototype of an electron gun in a schematic representation, on the basis of which the particularities of the invention are to be ^{explained 8 ",}

Fig. 2 einen Längsschnitt einer mit einer Wendel ausgestatteten Wanderfeldröhre, welche ein Elektronenstrahlerzeugungssystem enthält, welches sich für die Herstellung einer divergierenden Strömung im Sinne der Erfindung eignet und bei welcher eine elektrostatische Linse für die Parallelrichtung des Elektronenstrahls vorgesehen ist,2 shows a longitudinal section of a traveling wave tube equipped with a helix, which an electron gun contains, which is suitable for the production of a diverging flow within the meaning of the invention and in which an electrostatic Lens is provided for the parallel direction of the electron beam,

Fig. 3 und 4 Teilschnitte durch Wanderfeldröhren, welche verschiedenartige Ausführungsformen von Elektronenstrahlerzeugungssystemen enthalten, die für die Herstellung einer divergierenden Strömung im Sinne der Erfindung geeignet sind,Fig. 3 and 4 partial sections through traveling wave tubes, which various embodiments of Contain electron guns that are used to create a divergent flow in the Are suitable for the purposes of the invention,

Fig. 5 bis 10 graphische Darstellungen, welche die Beschreibung der erfindungsgemäßen Prinzipien erganzen sollen.FIGS. 5 to 10 are graphs which supplement the description of the principles of the invention should.

Vor der Beschreibung der speziellen Ausführungsformen der Erfindung gemäß Fig. 2, 3 und 4 erscheint es zweckmäßig, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Before describing the specific embodiments of the invention according to FIGS. 2, 3 and 4, appears it is convenient to explain the principles of the invention.

Dies soll in Verbindung mit dem Elektronenstrahlerzeugungssystem gemäß Fig. 1 geschehen, welches im wesentlichen aus einer Kathode 11, einer Elektrode 12 zur Strahlbildung und einer Beschleunigungsanode 13 besteht. Beim Betrieb der Röhre wird die ^l°5 Kathode durch geeignete, nicht dargestellte Mittel geheizt, so daß Elektronen von ihrer Oberfläche ausgesendet werden. Die von der Kathode 11 kommenden Elektronen werden unter dem Einfluß des aus der Elektrode 12 und der Beschleunigungsanode 13 be- ^ίί0 stehenden Elektrodensystems in einem Elektronenstrahl gewünschter Form zusammengefaßt. Die von dem Elektrodensystem auf die Elektronenströmung ausgeübte Wirkung wird von dem geometrischen Aufbau und dem Verlauf des elektrostatischen Feldes dieses Elektrodensystems bestimmt. Wenn das Elektronenstrahlerzeugungssystem in einer Wanderfeldröhre eingebaut ist, wird der Elektronenstrahl über die Anode 13 hinaus längs einem Wellenleiter bewegt, und zwar unter dem Einfluß von Beschleunigungs- *²⁰ feldern, welche weiter unten noch erläutert werden sollen. Daß in Wanderfeldröhren Rauschen verursachende Raumladungswellen infolge eines thermischen Rauschens unmittelbar an der Oberfläche der Kathode vorhanden sind und längs des Elektronen-Strahls zum Eingang des Wellenleiters wandern, ist ex-This is to be done in connection with the electron gun according to FIG. 1, which essentially consists of a cathode 11, an electrode 12 for beam formation and an acceleration anode 13. When the tube is in operation, the ¹ ° 5 cathode is heated by suitable means, not shown, so that electrons are emitted from its surface. ^{The electrons coming from the cathode 11 are combined} in an electron beam of the desired shape under the influence of the electrode system consisting of the electrode 12 and the acceleration anode 13. The effect exerted by the electrode system on the electron flow is determined by the geometric structure and the course of the electrostatic field of this electrode system. When the electron beam generating system is incorporated in a traveling wave tube, the electron beam on the anode 13 also is moved along a waveguide, and under the influence by acceleration * fields ^20, which will be explained further below. The fact that space charge waves causing noise in traveling wave tubes are present directly on the surface of the cathode as a result of thermal noise and travel along the electron beam to the entrance of the waveguide is ex-

perimentell festgestellt worden. Man vergleiche den Aufsatz von C. C. Cutler und C. F. Quate: »Experimental Verification of Space Charge and Transit Time Reduction of Noise in Electron Beams«, der in der Zeitschrift »The Physical Review«, Bd. So, S. 875 bis 878, im Dezember 1950 erschienen ist. Die Natur der Rauschen verursachenden Raumladungswellen, die sich, von der Kathode 11 ausgehend, in Richtung zur Beschleunigungsanode 13 des Elektronenstrahlerzeugungssystems hin fortpflanzen, konnte bisher jedoch nicht klar erkannt werden. Bei früheren Nachprüfungen wurden die Gleichungen benutzt, welche für die Raumladungsströmung in einer eindimensionalen ebenen Diode maßgebend sind, wobei für die Strömung Linienform unterstellt wurde. Der wirkliche Strahl ist jedoch im allgemeinen zweidimensional, und — was ebenso wichtig ist — der Strahl wurde früher im allgemeinen von der Kathode 11 zur Anode 13 des Elektronenstrahlerzeugungssystems konisch zusammengedrängt. has been determined experimentally. Compare the article by C. C. Cutler and C. F. Quate: "Experimental Verification of Space Charge and Transit Time Reduction of Noise in Electron Beams «published in the journal "The Physical Review", Vol. So, pp. 875 to 878, published in December 1950. The nature of the Noise-causing space charge waves, starting from the cathode 11, in the direction of the Propagate acceleration anode 13 of the electron gun, but could so far cannot be clearly recognized. In previous verifications, the equations were used, which are decisive for the space charge flow in a one-dimensional planar diode, where for Flow line shape was assumed. The real ray, however, is generally two-dimensional, and, equally important, the beam used to go generally from cathode 11 to anode 13 of the electron gun pressed together conically.

Die auf eine zylindrische oder konische Strömung in einem Beschleunigungsbereich anwendbaren Gleichungen sind zu schwierig zu lösen. Nach folgender Analyse werden die Gleichungen der Elektronen-The equations applicable to a cylindrical or conical flow in a range of acceleration are too difficult to solve. After the following analysis, the equations of the electron

a5 bewegung unter Anwendung eindimensionaler Kugelkoordinaten gelöst, um auf diese Weise den Einfluß der Konvergenz oder Divergenz des Strahles zu erkennen. Mit dieser Annäherung kann das Verständnis des Falles erleichtert werden, welcher bei Röhren vorliegt, in welchen der Strahl konische Form hat. Auf diese Weise läßt sich zeigen, daß eine divergente Strömung von der Kathode 11 zur Anode 13, wie sie für die praktische Ausführung der Erfindung vor- , gesehen ist, Raumladungswellen mit wesentlich geringerer Amplitude ergibt als eine parallele oder konvergente Strömung.a5 movement using one-dimensional spherical coordinates solved in order to recognize the influence of the convergence or divergence of the beam in this way. With this approximation, the understanding of the case can be made easier, which is the case with tubes, in which the beam has a conical shape. In this way it can be shown that a divergent Flow from the cathode 11 to the anode 13, as it is for the practical implementation of the invention, is seen, results in space charge waves with a significantly lower amplitude than a parallel or convergent one Flow.

Bei dieser Analyse werden die Raumladungswellen unter Anwendung von Kugelkoordinaten untersucht, wobei die Gleichstromgeschwindigkeit an die durch Raumladung begrenzte Strömung angepaßt ist. Zunächst soll die Divergenzgleichung für das elektrische Feld, die Kontinuitätsgleichung für die Stromdichte und schließlich die Kräftegleichung für die Beschleunigung aufgestellt werden.In this analysis, the space charge waves are examined using spherical coordinates, the direct current velocity being adapted to the flow limited by the space charge. First shall be the divergence equation for the electric field, the continuity equation for the current density and finally the equation of forces for the acceleration must be established.

Diese Gleichungen lauten wie folgt:These equations are as follows:

V-E = - -«■, VE = - - «■,

AvAv

JCOQ,JCOQ,

(ι)(ι)

(2)(2)

(3) Durch die Forderung, daß die Gleichungen (i), (2) und (3) Wellenlösungen enthalten, sollen solche Lösungen ermittelt werden. Es wird der Ansatz verwendet, daß (3) The requirement that equations (i), (2) and (3) contain wave solutions, such solutions are to be determined. The approach used is that

(4)(4)

(5)(5)

ist. Darin bedeutetis. In it means

U₀ = Gleichstromgeschwindigkeit des Elektronenstrahls, U ₀ = direct current velocity of the electron beam,

ß — —ß - -

E₀ = elektrische Gleichfeldstärke zwischen der Beschleunigungsanode und der Kathode, V₁ = Wechselstromgeschwindigkeit des Elektronen-Strahls, E ₀ = constant electric field strength between the accelerating anode and the cathode, V ₁ = alternating current speed of the electron beam,

TJ₁ = elektrische Wechselfeldstärke, r — Radius des Elektronenstrahls, r₀ = Radius der Kathode.
Mit diesen Beziehungen ergibt sichTJ ₁ = alternating electric field strength, r - radius of the electron beam, r ₀ = radius of the cathode.
With these relationships it arises

Q²WQ ² W

2 r 2 r

Hierin bedeutetHerein means

E = elektrische Feldstärke, welche auf die in dem j Strahl enthaltenen Elektronen einwirkt, i = Leitstromdichte, E = electric field strength acting on the electrons contained in the j beam, i = conducting current density,

ν = Elektronengeschwindigkeit im Strahl, Q = Ladungsdichte im Strahl, ν = electron speed in the beam, Q = charge density in the beam,

f = für die Untersuchung unterstellt Frequenz, o) = 2 π f, J f = frequency assumed for the investigation, o) = 2 π f, J

ε₀ = Dielektrizitätskonstante des Mediums, ε ₀ = dielectric constant of the medium,

η = ■ -■ ■ = Ladung-Masse-Verhältnis eines Elektrons. 1 wobei Ψ = U₀V₁ ist. Durch Einführung von χ = — η = ■ - ■ ■ = charge-mass ratio of an electron. 1 where Ψ = U ₀ V ₁ . By introducing χ = -

*Ό* Ό

und durch Anwendung der Gleichstromgleichung der durch Raumladung begrenzten Strömung, die in dem Aufsatz von J. Langmuir und K. Blodgett: Currents Limited by Space Charge Between Concentric Sheres« in «The Physical Review«, Bd. 24, ^. 49 bis 59, Juli 1924, beschrieben ist und wonachand by applying the DC equation of space charge limited flow contained in the Article by J. Langmuir and K. Blodgett: Currents Limited by Space Charge Between Concentric Sheres "in" The Physical Review ", Vol. 24, ^. 49 to 59, July 1924, and after which

(7)(7)

ist, wobei α in Form der Reihe
a = In χ — 0,3 (In xf + 0,075 · (In x)^s -\ (8)where α is in the form of the series
a = In χ - 0.3 (In xf + 0.075 (In x) ^s - \ (8)

ausgedrückt ist, kann die Gleichung (6) wie folgt geschrieben werden:is expressed, equation (6) can be written as follows:

dx² dx ²

2_2_

"x"x

X²O?X ² O?

(9)(9)

Die Lösung der Gleichung (9) gibt Aufschluß über· die Natur der Raumladungswellen, welche sich in dem Kathoden-Anoden-Bereich des Elektronenstrahl 1-erzeugungssystems bei einer durch Raumladung begrenzten Strömung fortbewegen. Diese Gleichung ist zahlenmäßig gelöst worden. Ihre beiden Lösungen W₁ und W₂ sind in Fig. 5 für eine divergierende und in Fig. 6 für eine konvergierende Strömung graphisch dargestellt.The solution of equation (9) provides information about the nature of the space charge waves which move in the cathode-anode region of the electron beam 1 generation system with a flow limited by space charge. This equation has been numerically solved. Their two solutions W ₁ and W ₂ are shown graphically in FIG. 5 for a diverging flow and in FIG. 6 for a converging flow.

Die Größen, welche für die Untersuchung der Raum- iao ladungswellen grundsätzliches Interesse haben, sind die Wechselstromgeschwindigkeit V₁, welche demThe variables which are of fundamental interest for the investigation of space iao charge waves are the alternating current speed V ₁ , which is the

Wert — proportional ist, und die Wechselstrom-Value - is proportional, and the alternating current

dichte i_lt welche dem Wert -r— proportional ist.density i _lt which is proportional to the value -r-.

Aus Gleichung (7) ist ersichtlich, daß U₀ dem Wert (u)% proportional ist. Demgemäß ist die Wechsel-From equation (7) it can be seen that U ₀ is proportional to the value (u)%. Accordingly, the alternate

Stromgeschwindigkeit V₁ dem WertCurrent speed V ₁ the value

(α)²'(α) ² '

propor-propor-

tional.tional.

In Fig. 7 ist V₁ sowohl für eine divergierende Strömung (x > 1) als auch für eine konvergierende Strömung (x < 1) als Funktion von χ dargestellt. Fig. 8 zeigt die Wechselstromdichte I₁ als Funktion von χ für eine divergierende, Fig. 9 für eine konvergierende Strömung.In FIG. 7, V ₁ is shown as a function of χ both for a diverging flow (x > 1) and for a converging flow (x <1). FIG. 8 shows the alternating current density I ₁ as a function of χ for a diverging flow, FIG. 9 for a converging flow.

Zur Erleichterung des Verständnisses wird es sich empfehlen, die durch thermisches Rauschen an der Kathode hervorgerufenen, Rauschen verursachenden Raumladungswellen in einer dem Fall der parallelen Strömung analogen Weise zu betrachten, welche von J.R. Pierce in dem Buch »Travelling Wave Tubes«, Kapitel X, Verlag van Nostrand, New York, 1950, untersucht worden ist. Für den Fall paralleler Strö-To facilitate understanding, it is recommended that thermal noise on the Cathode-induced, noise-causing space charge waves in one of the case of the parallel Flow analogous way to consider which by J.R. Pierce in the book "Traveling Wave Tubes", Chapter X, Van Nostrand Verlag, New York, 1950. In the event of parallel currents

ao mung wurde dort gezeigt, daß bei einer durch Raumladung begrenzten Strömung nur die Wechselstromwärmegeschwindigkeit an dem Potentialminimum zu den Raumladungswellen beitrug. Da der Fall sphärischer Strömung im wesentlichen dem Fall parallelerao mung was shown there that with a space charge limited flow only increases the alternating current heat velocity at the minimum potential contributed to the space charge waves. Since the case of spherical flow is essentially the case of parallel

as Strömung in der Nähe der Kathode äquivalent ist, soll unterstellt werden, daß die Grenzbedingungen an der Kathode allein durch die Wechselstromwärmegeschwindigkeit bestimmt werden. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die y^-Lösung ausscheidet, da sonst die Wechselstromgeschwindigkeit an der Kathode unendlich wird. Demgemäß braucht nur die ^-Lösung weiter berücksichtigt zu werden.The flow near the cathode is equivalent, it should be assumed that the boundary conditions at the cathode are solely due to the alternating current thermal velocity to be determined. From Fig. 7 it can be seen that the y ^ solution is eliminated, otherwise the AC speed at the cathode becomes infinite. Accordingly, only needs the ^ solution to be further taken into account.

In Fig. 10 ist der Wert —Ir- als Funktion von χ In Fig. 10 the value -Ir- is as a function of χ

dargestellt, wobei χ wiederum das Verhältnis des Radius des Elektronenstrahls zu dem Radius des Strahls beim Verlassen der Kathode darstellt. Man kann daraus das Verhältnis der Wechselstromgeschwindigkeit an der Anode zu der anfänglichen Wechsel-Stromgeschwindigkeit an der Kathode entnehmen. Für den Fall paralleler Strömung ist dieses Verhältnis gleich Eins, d.h. die Geschwindigkeit an der Anode hat die gleiche Größe wie die Geschwindigkeit an der Kathode. Fig. 10 ermöglicht also einen unmittelbaren Vergleich zwischen der Wechselstromgeschwindigkeit an der Anode bei sphärischer Strömung mit der Wechselstromgeschwmdigkeit bei paralleler Strömung.
Nunmehr sollen die Raumladungswellen, die in dem Strömungsbereich hinter der Anode auftreten und welche sich zum Eingangsende des Wellenleiters fortbewegen, untersucht werden. In Fig. 8 sind die Werteshown, where χ in turn represents the ratio of the radius of the electron beam to the radius of the beam when it leaves the cathode. The ratio of the alternating current speed at the anode to the initial alternating current speed at the cathode can be derived from this. In the case of parallel flow, this ratio is equal to one, ie the speed at the anode is the same as the speed at the cathode. 10 thus enables a direct comparison between the alternating current speed at the anode in the case of a spherical flow and the alternating current speed in the case of a parallel flow.
Now the space charge waves which occur in the flow area behind the anode and which travel to the entrance end of the waveguide are to be examined. In Fig. 8 are the values

für -s— eingetragen, welche der Wechselstromdichtefor -s—, which is the alternating current density

proportional sind, und zwar für Werte von χ größer als Eins, d.h. für den Fall eines divergierenden Strahles. Wie ersichtlich, wird der Wechselstrom für x-Werte im Bereich von 6 nahezu Null. Daraus ergibt sich, daß bei einem genügend divergierenden Elektronenstrahl der Wechselstrom an der Anode vernachlässigt werden kann und nur die Wechselstromgeschwindigkeit zur Bildung von Raumladungswellen in dem Strömungsbereich beiträgt. Es ist demgemäß möglich, die in Fig. 10 dargestellte Kennlinie ■ als ein Maß für das Verhältnis des Rauschens bei sphärischer Strömung zu dem Rauschen bei paralleler Strömung anzusehen. Für einen Strahl, welcher von der Kathode aus so divergiert, daß er an der Anode einen neunmal größeren Durchmesser aufweist, wird ' danach der Rauschabstand um 6 db verbessert. Das bedeutet aber eine recht beträchtliche Verbesserung. Obwohl die vorangehende Untersuchung speziell auf den Fall eines Vollstrahls von rundem Querschnitt abgestellt ist, so sind die daraus sich ergebenden Prinzipien nicht notwendigerweise auf diese Strömungsart beschränkt. In Wirklichkeit kann die gleiche Verbesserung hinsichtlich des Rauschabstandes auch für Strahlen anderer Querschnittsformen verwirklicht werden, wie z.B. für Strahlen von rechteckigem oder ringförmigen Querschnitt.are proportional, namely for values of χ greater than one, ie for the case of a diverging ray. As can be seen, the alternating current becomes almost zero for x values in the region of 6. It follows that with a sufficiently divergent electron beam the alternating current at the anode can be neglected and only the alternating current speed contributes to the formation of space charge waves in the flow area. It is accordingly possible to regard the characteristic curve shown in FIG. 10 as a measure of the ratio of the noise in the case of a spherical flow to the noise in the case of a parallel flow. For a beam which diverges from the cathode in such a way that it has a diameter that is nine times larger at the anode, the signal-to-noise ratio is then improved by 6 db. But that means quite a significant improvement. Although the preceding investigation is specifically geared towards the case of a full jet with a round cross-section, the principles resulting therefrom are not necessarily restricted to this type of flow. In reality, the same improvement in the signal-to-noise ratio can also be achieved for beams of other cross-sectional shapes, such as, for example, beams of rectangular or ring-shaped cross-section.

Es soll nunmehr auf die speziellen Ausführungsformen nach der Erfindung eingegangen werden. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine mit Wendel ausgestattete Wanderfeldröhre 20, deren Besonderheit in einem Elektronenstrahlerzeugungssystem für die Schaffung einer divergierenden Strömung des Elektronenstrahls zwischen der Kathode und der Beschleunigungsanode besteht. Eine evakuierte, beispielsweise aus Glas bestehende Hülle 21 ist am linken Ende mit einer Erweiterung 22 für die Aufnahme des Elektronenstrahl.- go erzeugungssystems 23 versehen und bildet einen Längsteil 24, in welchem der aus einer Wendel 25 bestehende Wellenleiter untergebracht ist. An dem rechten Ende des Längsteils ist eine Anode 26 so angeordnet, daß sie die von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem 23 kommenden Elektronen sammelt. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 23 und die Sammelelektrode 26 begrenzen somit einen Strömungsweg für den Elektronenstrahl, welcher parallel und symmetrisch zur Längsachse der Umhüllung 21 verläuft. Der wendelförmige Wellenleiter 25 erstreckt sich koaxial zur Längsachse der Röhre, d. h. in Richtung der Elektronenströmung. The specific embodiments according to the invention will now be discussed. Fig. 2 shows, for example, a traveling wave tube 20 equipped with a helix, the specialty of which in one Electron gun for creating a divergent flow of the electron beam exists between the cathode and the accelerating anode. An evacuated one made of glass, for example Sheath 21 is at the left end with an extension 22 for receiving the electron beam.- go generating system 23 provided and forms a longitudinal part 24, in which the consisting of a helix 25 Waveguide is housed. At the right end of the longitudinal part, an anode 26 is arranged so that it collects the electrons coming from the electron gun 23. The electron gun 23 and the collecting electrode 26 thus delimit a flow path for the electron beam, which runs parallel and symmetrically to the longitudinal axis of the casing 21. The helical one Waveguide 25 extends coaxially with the longitudinal axis of the tube; H. in the direction of the electron flow.

Das Elektronenstrahlerzeugungssystem 23 besteht aus einer Elektronenquelle 32 (Kathode) und einem Elektrodensystem. Die Kathode wird indirekt geheizt und enthält eine metallische Heizkammer 31, deren rechtes Ende 33 außenseitig mit einem geeigneten Glühkathodenmaterial beschichtet ist. In der Kammer 31 ist eine Heizwicklung 34 untergebracht. Um einen vollzylindrischen Elektronenstrahl zur Durchleitung durch den wendeiförmigen Wellenleiter zu erzeugen, ist der außenseitig beschichtete Endteil 33 rund ausgeführt. Abweichend hiervon kann das Glühkathodenmaterial auch in Form einer ringförmigen Beschichtung angebracht sein, um einen hohlen zylindrischen Elektronenstrahl zum Vorbeiführen an dem wendeiförmigen Wellenleiter zu erzeugen. Das Elektrodensystem besteht aus einer Elektrode 35 zur Strahlbildung, einer ersten Beschleunigungsanode 36 und einer zweiten Beschleunigungsanode37. Die beiden Anoden sind axial mit der Kathode ausgerichtet. Die Elektrode 35 besteht aus einem Metallblock, welcher linksseitig mit einer Vertiefung ausgestattet ist, die das Kathodensystem aufnimmt. Auf der rechten Seite ist die Elektrode 35 mit einer in Richtung der Elek-The electron gun 23 consists of an electron source 32 (cathode) and a Electrode system. The cathode is heated indirectly and contains a metallic heating chamber 31, the right end 33 of which is coated on the outside with a suitable hot cathode material. In the Chamber 31 houses a heating coil 34. To use a fully cylindrical electron beam The end part 33 coated on the outside is used to generate passage through the helical waveguide round. Notwithstanding this, the hot cathode material can also be in the form of an annular one Coating attached to a hollow cylindrical electron beam to pass to generate the helical waveguide. The electrode system consists of an electrode 35 for Beam formation, a first acceleration anode 36 and a second acceleration anode37. The two Anodes are axially aligned with the cathode. The electrode 35 consists of a metal block which is equipped on the left with a recess that accommodates the cathode system. On the right side is the electrode 35 with a in the direction of the elec-

tronenströmung weisenden Fläche versehen. Ein Isolierring 39 trennt die Kathode 32 von der Elektrode 35. Mit Hilfe geeigneter Spannungsquellen wird zwischen der Kathode 32 und der gegenüber der S Kathode negativ vorgespannten Elektrode 35 eine Potentialdifferenz geschaffen, um dadurch die Intensität und Richtung des Strahlstroms zu steuern. Die erste Beschleunigungsanode 36 geht in einen zylindrischen Metallmantel über, welcher so abgestützt ist, daß er die Elektrode 35 umgibt. Die Anode 36 besitzt eine runde Öffnung 41, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser der Kathodenfläche 33. Die Öffnung 41 dient als Durchlaß für den Elektronenstrom. Diese erste Anode wird gegenüber der Kathode 32 und der Elektrode 35 auf einem positiven beschleunigenden Potential gehalten. Die Elektrode 35 und die erste Beschleunigungsanode 36 bilden zusammen eine elektrostatische Linse für die Steuerung des Elektronenstrahls. Die Form der linksseitigen Fläche der Beschleunigungsanode 36 und die der rechtsseitigen Fläche der Elektrode 35 bestimmen im Verein mit dem angelegten Beschleunigungspotential die Bewegungsbahn der Elektronen, nachdem diese die Glühkathodenfläche 33 verlassen haben. Entsprechend der Erfindung ist die aus der Elektrode 35 und der ersten Beschleunigungsanode 36 bestehende elektrostatische Linse als Zerstreuungslinse ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform sind die zusammenwirkenden Flächen so bemessen, daß sie die Elektronen längs ihres Weges zu einer divergierenden Strömung veranlassen, so daß der runde Elektronenstrahl, welcher anfänglich, d. h. beim Verlassen der Glühkathodenfläche 33, einen Durchmesser hatte, der im wesentlichen demjenigen der Glühkathodenfläche entsprach, zu dem Zeitpunkt, in dem er durch die runde Öffnung 41 der Beschleunigungsanode 36 hindurchtritt, einen wesentlich größeren, beispielsweise einen neunfach größeren Durchmesser aufweist. Die Hüllkurve des Elektronenstrahls ist in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien 42 angedeutet. Die zweite Beschleunigungsanode 37 geht in ähnlicher Weise wie die erste Beschleunigungsanode 36 in einen zylindrischen Metallmantel über, welcher die erste Beschleunigungsanode umgibt. Auch diese Anode besitzt eine runde Öffnung 44 für den Durchgang der Elektronenströmung. Die Anode 37 wird in bezug auf die erste Beschleunigungsanode 36 auf positivem Potential gehalten, und zwar mit Hilfe geeigneter Spannungsquellen. Die Anoden 36 und 37 bilden zusammen eine elektrostatische Linse, welche den divergierenden runden Elektronenstrahl längs seines Weges von der Öffnung 41 zur Öffnung 44 parallel richtet. Zur Verwirklichung dieser Richtwirkung ist es wichtig, daß die Form der rechtsseitigen Fläche der ersten Beschleunigungsanode 36 und die der linksseitigen Fläche der zweiten Beschleunigungsanode 37 in richtiger Weise gewählt ist. Die Formgebung der Parallelrichtungslinse ist dem auf dem Gebiet der Elektronenoptik bewanderten Fachmann geläufig. In dem bereits erwähnten Buch von Pierce ist alles Nähere gesagt. Die mit dem Elektrodensystem geschaffene Wirkung besteht also beim Beispiel der Fig. 2 darin, daß der runde Strahl, der an der Elektronenquelle, d.h. am Beginn seiner Bahn, einen Durchmesser besitzt, der im Vergleich zu dem Innendurchmesser des wendeiförmigen Wellenleiters verhältnismäßig klein ist, in einen parallelen Strahl umgeformt wird, der einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Wendel ist, und der sich hinter der zweiten Beschleunigungsanode längs des wendeiförmigen Wellenleiters fortbewegt. Es ist natürlich notwendig, ein geeignetes Stützsystem für die verschiedenen Bauelemente vorzusehen, und zwar mit den verschiedenen Anschlüssen, um die benötigten Betriebsspannungen anlegen zu können. Eine nähere Beschreibung des Stützsystems und der Anschlüsse dürfte sich jedoch erübrigen.surface facing electron flow. An insulating ring 39 separates the cathode 32 from the electrode 35. With the help of suitable voltage sources between the cathode 32 and the opposite of the S cathode negatively biased electrode 35 created a potential difference, thereby increasing the intensity and control the direction of the jet stream. The first accelerating anode 36 goes into one cylindrical metal jacket which is supported so that it surrounds the electrode 35. The anode 36 has a round opening 41, the diameter of which is significantly larger than the diameter of the cathode surface 33. The opening 41 serves as a passage for the flow of electrons. This first anode will with respect to the cathode 32 and the electrode 35 held at a positive accelerating potential. The electrode 35 and the first acceleration anode 36 together form an electrostatic lens for the Control of the electron beam. The shape of the left side surface of the accelerating anode 36 and the the right-hand surface of the electrode 35 determine, in conjunction with the applied acceleration potential, the trajectory of the electrons after they have left the hot cathode surface 33. According to the invention is that of the electrode 35 and the first acceleration anode 36 existing electrostatic lens designed as a divergent lens. In this embodiment, the interacting surfaces are dimensioned so that they the electrons cause along their path to a diverging flow, so that the round electron beam, which initially, d. H. when leaving the hot cathode surface 33, had a diameter which was substantially corresponded to that of the hot cathode surface at the point in time in which it passed through the round opening 41 of the acceleration anode 36 passes through, a much larger one, for example nine times has a larger diameter. The envelope curve of the electron beam is shown in Fig. 2 by dash-dotted lines Lines 42 indicated. The second accelerating anode 37 operates in a manner similar to that of the first accelerating anode 36 into a cylindrical metal jacket, which is the first acceleration anode surrounds. This anode also has a round opening 44 for the passage of the electron flow. the Anode 37 is held at a positive potential with respect to the first acceleration anode 36, to be precise with the help of suitable voltage sources. The anodes 36 and 37 together form an electrostatic lens, which the diverging round electron beam along its path from opening 41 to opening 44 parallel aligns. To achieve this directional effect, it is important that the shape of the right-hand Surface of the first accelerating anode 36 and that of the left-hand surface of the second accelerating anode 37 is chosen correctly. The shape of the parallel lens is based on that skilled in the field of electron optics. In the aforementioned book by Pierce has been told all the details. The effect created with the electrode system is therefore in the Example of Fig. 2 in that the round beam, which at the electron source, i.e. at the beginning of its path, has a diameter compared to the inside diameter of the helical waveguide is relatively small, is transformed into a parallel beam having a diameter that is essentially equal to the inner diameter of the helix, and that is behind the second acceleration anode moved along the helical waveguide. It is of course necessary to find a suitable one To provide a support system for the various structural elements with the various connections, in order to be able to apply the required operating voltages. A more detailed description of the support system and the connections should, however, be unnecessary.

Um die Parallelausrichtung des Strahls während seiner Fortbewegung auf dem langen Strömungsweg hinter der zweiten Beschleunigungsanode sicherzustellen, wird dieser Teil des Strömungsweges in bekannter Weise von einem kräftigen axialen Magnetfeld durchsetzt. Die Stärke dieses Magnetfeldes kann beispielsweise so eingestellt werden, daß längs des Wellenleiters eine Strömung nach Art der Brillouinströmung zustande kommt. Dieses Magnetfeld kann beispielsweise mit Hilfe eines Solenoids 45 geschaffen werden, welches gemäß Fig. 2 um den Teil 24 der Röhre angeordnet ist. Um einen störenden Einfluß dieses Magnetfeldes auf das Elektronenstrahlerzeugungssystem zu verhindern, ist es vorteilhaft, dieses System gegen das Magnetfeld abzuschirmen. Zu diesem Zweck ist eine mit Durchführungsöffnung versehene Scheibe 46 aus Weicheisen angebracht, welche mit der zweiten Beschleunigungsanode 37, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgerichtet ist. Die Anode 37 kann für solche Zwecke ebenfalls aus Weicheisen bestehen. Es wird damit eine magnetische Abschirmung geschaffen, welche das Elektronenstrahlerzeugungssystem weitgehend magnetfeldfrei hält, während der restliche Teil der Röhre in das magnetische Längsfeld hineinragt.About the parallel alignment of the jet as it travels along the long flow path ensure behind the second acceleration anode, this part of the flow path is known in Way interspersed with a powerful axial magnetic field. The strength of this magnetic field can for example, be set so that a flow along the waveguide of the Brillouins type comes about. This magnetic field can be created with the aid of a solenoid 45, for example which is arranged according to FIG. 2 around the part 24 of the tube. To a disruptive influence To prevent this magnetic field from affecting the electron gun, it is advantageous to shield this system from the magnetic field. For this purpose there is one with a feed-through opening provided disk 46 made of soft iron attached, which with the second acceleration anode 37, such as shown in Fig. 2, is aligned. The anode 37 can also consist of soft iron for such purposes. This creates a magnetic shield that protects the electron gun Holds largely free of magnetic fields, while the remaining part of the tube is in the longitudinal magnetic field protrudes.

Der wendelförmige Wellenleiter 25 erstreckt sich längs eines wesentlichen Teils des hinter der Beschleunigungsanode 37 liegenden Strömungsweges. Der zylindrische Elektronenstrahl ist zweckmäßig so bemessen, daß er auf den Innenraum der Wendel beschränkt ist, aber eng an den Windungen der Wendel vorbeiführt. Die Wendel kann von der Art sein, wie sie bei Wanderfeldröhren üblich ist. Abweichend davon kann auch eine mehrgängige Wendel vorgesehen sein. Die zu verstärkenden Wellen werden in bekannter Weise an das von der Strömung zuerst durchlaufene Ende der Wendel (Eingangsende) angekoppelt, und zwar mit Hilfe des Eingangswellenleiters 47. Die verstärkten Wellen werden an dem entgegengesetzten Ende des Wendelleiters (Ausgangsende) mittels eines Ausgangswellenleiters 48 abgenommen. Ein- und Ausgangswellenleiter können rechteckigen Querschnitt haben. Sie sind für die Einführung der Röhre mit einer zylindrischen Öffnung versehen. Zur Verbesserung der Kopplung mit den zugehörigen Wellenleitern ist es vorteilhaft, Mikrowellenübertragungssysteme zu verwenden, um an den entsprechenden Enden der Wendel einen möglichst guten Energieübergang zu bewirken. Solche Mikrowellenübertragungssysteme bestehen üblicherweise aus einem metallischen Kopp-The helical waveguide 25 extends along a substantial portion of the rear of the accelerating anode 37 lying flow path. The cylindrical electron beam is expediently dimensioned in such a way that that it is limited to the interior of the coil, but close to the turns of the coil passes by. The helix can be of the type that is customary in traveling wave tubes. Apart from a multi-turn helix can also be provided. The waves to be amplified are known in Coupled to the end of the helix (inlet end) through which the flow passes first, by means of the input waveguide 47. The amplified waves are transmitted to the opposite one End of the helical conductor (output end) removed by means of an output waveguide 48. Input and output waveguides can have a rectangular cross-section. You are using the introduction of the tube provided a cylindrical opening. To improve the coupling with the associated waveguides it is advantageous to use microwave transmission systems to connect to the appropriate ends of the Wendel to bring about the best possible energy transfer. Such microwave transmission systems usually consist of a metallic coupling

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lungsstreifen in Verbindung mit einem Wendelabschnitt, der in Richtung des Kopplungsstreifens allmählich zunehmende Ganghöhe aufweist. Im Betrieb wird die Wendel gewöhnlich auf dem Potential der zweiten Beschleunigungsanode gehalten. Zu diesem Zweck ist in Fig. 2 eine Verbindung von der Wendel zur zweiten Anode in Form einer nicht magnetischen, leitenden und mit einem Kopplungsstreifen versehenen Zylinderhülse 49 geschaffen. Die grundsätzliche Betriebsweise der Wanderfeldröhre ist allgemein bekannt. An dieser grundsätzlichen Arbeitsweise wird durch die Anwendung einer divergierenden Strömung nichts geändert, so daß sich eine nähere Beschreibung der Arbeitsweise erübrigt. Es ist jedoch Tatsache, daß trotz der gleichen Arbeitsprinzipien eine beträchtliche Verbesserung hinsichtlich des Rauschens solcher Röhren erzielt wird. Für einen auf dem Gebiet der Elektronenoptik bewanderten Fachmann ist es ohne weiteres verständlich, daß ao mehrere verschiedene Anordnungen für die Parallelrichtung des divergenten Elektronenstrahls verfügbar sind, um in einer erfindungsgemäß ausgeführten Röhre einen geraden Strahl für die Vorbeiführung an dem Wellenleiter herzustellen.lung strips in connection with a spiral section, which has gradually increasing pitch in the direction of the coupling strip. Operational the filament is usually held at the potential of the second accelerating anode. to for this purpose, a connection from the helix to the second anode in the form of a not is shown in FIG magnetic, conductive and provided with a coupling strip cylinder sleeve 49 created. The basic mode of operation of the traveling wave tube is well known. At this fundamental The way of working is not changed by the application of a diverging flow, so that a no further description of the mode of operation is required. It is a fact, however, that despite the same working principles, there is a considerable improvement in terms of the noise of such tubes is achieved. For someone well versed in electron optics It is readily understood by those skilled in the art that ao several different arrangements for the parallel direction of the divergent electron beam are available to in a tube designed according to the invention establish a straight beam to pass the waveguide.

Fig. 3 zeigt das Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Wanderfeldröhre 120, welche eine magnetische Fokussierung für die Parallelrichtung der divergenten Elektronenströmung benutzt. Die Röhre 120 ist im übrigen der Röhre 20 gemäß Fig. 2 ähnlich. Die sich entsprechenden Teile sind überemstimmend bezeichnet. Die wesentliche Abweichung besteht darin, daß die elektrostatische Linse, die nach Fig. 2 von den beiden Beschleunigungsanoden 36 und 37 gebildet wird, durch eine magnetische Linse ersetzt ist. Zu diesem Zweck ist beispielsweise ein Solenoid 121 vorgesehen, welches zweckmäßig außerhalb der Röhrenumhüllung angebracht ist und einen ersten Teilabschnitt der Elektronenbahn umgibt, die sich an die Beschleunigungsanode 36 anschließt. Das Solenoid 121 erzeugt ein longitudinales Magnetfeld längs des von ihm umschlossenen und ihm benachbarten Elektronenweges. Dieses Magnetfeld überlagert sich dem longitudinalen Magnetfeld des Solenoids 45, welches zweckmäßig beibehalten wird, um entsprechend der oben gegebenen Erläuterung eine Strömung nach Art der Brillouinströmung längs des Wellenleiters zustande zu bringen. In dem Bereich, wo die Felder der beiden Solenoide sich überlagern, ist deren Wirkung genügend groß, um den divergierenden Elektronenstrom in einen parallelen Elektronenstrom umzuformen, und zwar entsprechend den Vorgängen, die in dem obenerwähnten Buch von Pierce beschrieben sind. Danach sorgt das Feld des Solenoids 45 für die weitere Parallelhaltung des Elektronenüusses auf dem wesent-Hch längeren restlichen Teil der Elektronenbahn. Wie bei der Röhre 20 nach Fig. 2 ist eine mit einer zylindrischen Öffnung versehene Querplatte 46 aus Weicheisen außerhalb der Röhrenumhüllung mit der aus Weicheisen bestehenden Beschleunigungsanode 36 ausgerichtet, um das Elektronenstrahlerzeugungssystem gegen die magnetischen Felder abzuschirmen. Die Arbeitsweise der Röhre 120, welche mit dem eben beschriebenen Elektronenstrahlerzeugungssystem ausgestattet ist, stimmt mit der Arbeitsweise der Röhre 20 nach Fig. 2 im wesentlichen überein.Fig. 3 shows the electron gun of a traveling wave tube 120, which is a magnetic Focusing used for the parallel direction of the divergent electron flow. The tube 120 is in The rest of the tube 20 according to FIG. 2 is similar. The corresponding parts are labeled as agreeing. The main difference is that the electrostatic lens shown in FIG. 2 of the two Accelerating anodes 36 and 37 is formed, is replaced by a magnetic lens. To this Purpose, for example, a solenoid 121 is provided, which is expediently attached outside the tube casing and a first section of the Electron path surrounds, which connects to the acceleration anode 36. The solenoid 121 generates a longitudinal magnetic field along the electron path enclosed by it and adjacent to it. This magnetic field is superimposed on the longitudinal magnetic field of the solenoid 45, which is expediently maintained is, in accordance with the explanation given above, a flow of the type of Brillouin flow along the waveguide. In the area where the fields of the two solenoids are superimposed, their effect is sufficiently large to convert the diverging electron stream into a to transform parallel electron flow, in accordance with the processes in the above-mentioned Book described by Pierce. Thereafter, the field of solenoid 45 takes care of the rest The electron flow is kept parallel on the much longer remaining part of the electron path. As in the tube 20 of FIG. 2, a transverse plate 46 provided with a cylindrical opening is made of soft iron aligned outside of the tube envelope with the soft iron acceleration anode 36, to shield the electron gun from the magnetic fields. the Operation of the tube 120 equipped with the electron gun just described corresponds to the operation of the tube 20 of FIG. 2 substantially.

Fig. 4 zeigt ein Elektronenstrahlerzeugungssystem einer Wanderfeldröhre 130, welche eine weitere mögliche Form der Parallelrichtungsanordnung enthält, mit deren Hilfe die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesem Fall befindet sich die ganze Röhre in einem longitudinalen Magnetfeld, welches von einem äußeren Solenoid 131 erzeugt wird. Das Elektronenstrahlerzeugungssystem umfaßt auch hier eine Kathode 33 zur Erzeugung eines Elektronenstroms von verhältnismäßig kleinen Querabmessungen und ein Elektrodensystem, welches wie bei dem in Fig. 2 erläuterten System eine Elektrode 35 zur Strahlbildung und eine Beschleunigungsanode 36 aufweist, um die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen zu einem Strahl zu formen. Durch ent- ! sprechende Wahl der den Strahl beschleunigenden Spannungen und der Magnetfeldstärke können die Elektronen in einem Strom vereinigt werden, welcher in dem Bereich zwischen der Kathode 33 und der Beschleunigungsanode 36 divergiert und längs desjenigen Teils des Elektronenweges, welcher hinter der Beschleunigungsanode 36 liegt, parallel gerichtet ist, wie es für die Verwirklichung der Erfindung erforderlich ist. Der Wellenleiter 25 ist auch hier mit dem parallel gerichteten Elektronenstrahl gekoppelt. Die übrigen Bezugszeichen betreffen der Anordnung nach Fig. 2 entsprechende Teile.Fig. 4 shows an electron gun of a traveling wave tube 130, which is another possible Contains form of the parallel direction arrangement with the help of which the invention can be implemented can. In this case the whole tube is in a longitudinal magnetic field which is generated by an external solenoid 131 is generated. That Here, too, the electron gun comprises a cathode 33 for generating an electron stream of relatively small transverse dimensions and an electrode system which, as in the case of the in 2 has an electrode 35 for beam formation and an acceleration anode 36, to shape the electrons emitted by the electron source into a beam. Through ! Appropriate choice of the voltages accelerating the beam and the magnetic field strength can make the Electrons are combined in a current which occurs in the area between the cathode 33 and the Accelerating anode 36 diverges and along that Part of the electron path, which lies behind the acceleration anode 36, is directed parallel, as is necessary for the realization of the invention. The waveguide 25 is also here with the coupled parallel electron beam. The remaining reference symbols relate to the arrangement Fig. 2 corresponding parts.

Es sei bemerkt, daß die verschiedenen erläuterten Ausführungsformen nur dem Verständnis der Erfindung dienen sollen. Dem Fachmann .sind noch weitere Anordnungen verfügbar, welche dem Wesen der Erfindung entsprechen und in den Rahmen der Erfindung fallen. Wenn auch die Erfindung im Zusammenhang mit einer Wanderfeldröhre beschrieben wurde, bei welcher ein Wellenleiter in Form einer Wendel vorgesehen ist, so sind die Prinzipien der Erfindung auch bei Wanderfeldröhren anwendbar, welche andere Ausführungsformen des Wellenleiters aufweisen. Es ist darüber hinaus möglich, die Prinzipien der Erfindung bei verschiedenen anderen Ausführungsformen von Röhren mit Geschwindigkeitsmodulation anzuwenden, beispielsweise bei Röhren, die in der Mikrowellentechnik als Klystrons bekannt sind und stehende Wellen benutzen, um den Elektronenstrahl während serner Vorwärtsbewegung in Übereinstimmung mit dem Signahnhalt zu modulieren.It should be noted that the various embodiments illustrated are only intended to assist in understanding the invention should serve. There are other arrangements available to those skilled in the art which reflect the essence of the invention correspond and fall within the scope of the invention. Albeit the invention in context has been described with a traveling wave tube in which a waveguide is provided in the form of a helix is, the principles of the invention are also applicable to traveling wave tubes, which other embodiments of the waveguide. It is also possible to use the principles of the invention to be used in various other embodiments of tubes with velocity modulation, for example in the case of tubes, which are known in microwave technology as klystrons and which are standing Use waves to move the electron beam during serner forward movement in accordance with to modulate the signal stop.

Es wird darauf hingewiesen, daß der in Verbindung mit einem Elektronenstrahl benutzte Ausdruck »ParalleMchtung« einen Elektronenstrahl beschreibt, welcher praktisch weder divergiert noch konvergiert, χ wobei kerne Bindung an irgendeine spezielle Querschnittsform besteht. Soweit von der zylindrischen Form eines Elektronenstrahls gesprochen wird, ist darunter ein paralleler Elektronenstrahl von praktisch runder Querschnittsform zu verstehen. iaoIt should be noted that the term used in connection with an electron beam »ParalleMchtung« describes an electron beam which practically neither diverges nor converges, χ there is no bond to any particular cross-sectional shape. So much for the cylindrical one Form of an electron beam is spoken of, including a parallel electron beam is of practical use to understand round cross-sectional shape. iao

Claims

Claims ^

i. Low-noise discharge tube operating with speed modulation of a bundled electron flow, characterized in that

the beam generating system has an emission area which is small compared to the cross section the flow of electrons in their working area, especially when they run parallel to the elongated one Waveguide of a traveling wave tube, and the electron flow emerging from it is caused to diverge by electrostatic means such that when passing through a (first) acceleration electrode substantially along the working area of the Electron flow desired beam cross-section is achieved, and that then by additional electrostatic and / or magnetic means over a parallel direction of the electron trajectories takes place the entire route.

2. Traveling wave tube according to claim i, in which the waveguide consists of a helix, thereby characterized in that the additional means for the parallel direction of the electron beam this in reshape a cylindrical beam, the diameter of which is essentially the same as the inner diameter corresponds to the helix.

3. Traveling wave tube according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional area of the electron beam in the emission range is a small fraction of the cross-sectional area of the collimated beam.

Considered publications:
German Patent No. 814490;
J. Labus, Archive of Electrical Transmission, 1952, pp. 1 to 5;

Electrical Communication, 1949, pp. 144 to 152;
Proceedings IRE, 1951, pp. 918-926.

For this purpose 2 sheets of drawings