NO135246B - - Google Patents

Description

Refleks-klystronrør.

Foreliggende oppfinnelse angår refleks-klystronrør. spesielt et refleks-klys-tronrør med stor utgangseffekt over et

bredt frekvensområde.

Et refleks-klystronrør omfatter en

elektronkanon, en spalte for gjensidig påvirkning omgitt av et resonanshulrom, og

en reflektorelektrode. Elektronkanonen

frembringer en elektronstråle som kastes

tvers over påvirknings-spalten mot reflektorelektroden. Når den passerer spalten vil visse av elektrodene i strålen aksel-lereres og andre elektroner vil bli retardert

ved hjelp av elektromagnetiske svingninger i hulrommet som omgir spalten. Elektronene fortsetter mot reflektorelektroden,

hvor de reflekteres tilbake over spalten

hvorunder de raske elektroner vil nå igjen

de langsomme elektoner og danne bunter.

Elektronbuntene vil addere seg til de elektromagnetiske svingninger i hulrommet

etterhvert som de vender tilbake over spalten. Utgangseffekt blir tatt ut fra hulrommet gjennom et høyfrekvent utgangs-vindu

i hulromveggen.

Da driftsfrekvensen for klystronrør i

alminnelighet er bestemt av resonansfrekvensen for det hulrom som omgir spalten

og resonansfrekvensen for hulrommet be-stemmes av hulrom-volumet, vil mindre

hulrom ha høyere egenfrekvenser. Refleks-klystronrør arbeider i området 10 000 Mp/s,

og følgelig er volumet av resonanshulrommet lite, av størrelsesordenen ca. 16 ems.

Da det er vanskelig å endre et lite volum

med noen nøyaktighetsgrad, bygges refleks-

klystronrør for drift ved en fast frekvens. Frekvensen kan endres litt for tilpasning til et gitt anlegg, f. eks. ved å deformere hulrom-kassen ved å utøve kraft på hulrom-kassen og ikke større enn strekkgren-sen for materialet i kassen.

Foreliggende oppfinnelse går ut på et refleks-klystronrør med et bredt frekvensområde og med fin avstemning over fre-kvensområdet.

Da refleks-klystronrøret er lite og sammentrengt, brukes det ikke noe aksialt rettet magnetisk felt for føring av elektronstrålen. Følgelig vil elektronene ha lett for å drive av fra hverandre og bli ineffek-tive for frembringelse av utgangseffekt. Dette er et av de trekk som gjør et refleks-klystronrør til et apparat med lav virkningsgrad. Oppfinnelsen går derfor ut på å heve denne virkningsgrad, samt å øke antallet av sammen-buntete elektroner som reflekteres tilbake gjennom spalten i fase med hverandre.

Refleks-klystronrøret i henhold til oppfinnelsen skal ha høy virkningsgrad, bredt frekvensområde med fin avstemning og en forholdsvis høy utgangseffekt og disse egenskaper kan oppnås ved at det omfatter en elektronkanon for dannelse av en massiv elektronstråle, en reflektorelektrode, en spalte for gjensidig påvirkning omgitt av et resonanshulrom anordnet mellom elektronkanonen og reflektorelektroden og koaksialt med disse, idet det særegne ved oppfinnelsen består i at det i reflektorelektroden og koaksialt med elektronkanonen er en forsenkning i form av en avstumpet katodebæreren 34. To ringer 52 og 54 med hulkjegle med plan bunn med en sentral L-formet tverrsnitt er sveiset innvendig, skarp spiss. henholdsvis utvendig på anordningen 50 i

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen avstand fra hverandre og koaksialt med vil fremgå av den følgende beskrivelse, tatt røraksen. Den innvendige diameter for sammen med vedføyde eksempelvise teg- fokuseringsanordningen er større enn kato-ninger. dediameteren. Den første ring 52 har en Fig. 1 viser refleks-klystronrøret i snitt indre diameter som er lik katodediameteren etter linjen 1-1 i fig. 2. og ligger i aksial avstand fra katoden 38. Fig. 2 viser refleks-klystronrøret i snitt Den annen ring 54, som har samme innven-etter linjen 2-2 i fig. 1. dige diameter som ringen 52 ligger i større

I fig. 1 er det vist et refleks-klystron- aksial avstand fra ^katoden 38. Denne av-rør med en katodeenhet 12, en reflektor- stand, formen for katoden og plaseringen enhet 14, et rørformet legeme 16, en av- av anoden bestemmer strålefokuseringen stemningsenhet 17, en utgangs-bølgeleder- og strålestyrken.

enhet 18 og et resonanshulrom 20. På legemet 16 er det ved bearbeiding

Katodeenheten 12 omfatter en kera- tildannet utvendige omkretskjøleribber 56. mikkskive 22 med åtte metallstifter 24 an- Den innvendige sylinderflate i legemet 16 ordnet i en sirkel, som rager gjennom og er bearbeidet til konsentriske avtrappete er loddrett til skiven 22. En større midtre boringer for nøyaktig anbringelse av inn-stift 26 med et kileformet fremspring 28 vendlge deler av refleks-klystronrøret. En er anordnet midt i anordningen av de åtte første boring 58 med en diameter som er stifter 24 og i aksen for røret. En tetnings- større enn anordningen 50 er anordnet ved ring 30 med U-formet tverrsnitt er loddet katodeenden av legemet 16. Den annen til omkretsen av skiven 22. større boring 60 ligger midt i legemet 16.

Elektronkanonen for røret er samlet En driv-anode 62 med en utvendig flat ring på den keramiske katodeskive på følgende 63 er i presspasning inne i boringen 60 mot måte: En katode-bærestav 32 med opp- trinnet i denne. En større tredje boring 64 brettete endeflenser er festet til to motsatte strekker seg inn i legemet 16 ved frastøter-stifter 24 og lagt flatt mot den indre flate enden. En skive 66 med en sentral åpning av keramikkskiven 22. En avtrappet rør- 67 er presset inn i denne boring med trin-formet katodebærer 34 er sveiset til bære- net, og fullstendiggjør resonanshulrommet staven 32 ved hjelp av en innoverrettet 20. Tetningsringer 68 og 68' med Z-formet flens på den lille ende av bæreren 34 og tverrsnitt er loddet til endene av legemet ligger koaksialt med røraksen. En tynn 16 som er forsenket ved begge ender for å rørformet varmeskjerm 36 som ved den oppta flensene på tetningsringene 68 og 68'. ene ende bærer en skiveformet katode 38 En bølgeleder-enhet 18 er anbragt i rett er sveiset ved sin annen ende til katode- vinkel på legemet 16 gjennom en utarbei-bæreren 34. Den konkave side av katoden det rektangulær åpning 70. En bølgeleder 71 38 er belagt med et elektron-emitterende er loddet til og rager gjennom åpningen 70 oksyd, f. eks. bariumoksyd og vender mot slik at en flat plate 72 som er sveiset til den frastøtningsenheten 14. Katoden er av den andre ende ligger fullstendig inne i borin-indirekte oppvarmete type og blir oppvar- gen i legemet 16. Den flate plate 72 har en miet ved hjelp av en skrueformet tråd 40 utgangsåpning 74 som står i forbindelse som ligger inne i katoden 38 og varme- med resonanshulrommet 20. Et flatt kera-skjermen 36. Tråden 40 bæres ved hjelp av misk utgangsvindu 75 er loddet til platen 72 L-formete stavformete innføringer 42 som over åpningen 74 og danner en vakuumtet-rager gjennom to hull 44 i siden av katode- ning. En lagdelt metall-keramikk-forbin-bæreren 34. Innføringene er sveiset til to deise 76 blir brukt for denne tetning for å andre nærliggende stifter 24. For å oppnå tåle de høye varmespenninger. Den lag-en mere effektiv katodeoppvarmning er en delte forbindelse 76 er fremstilt ved ut-keramisk skive 46 lagt på tvers inne i kato- arbeiding av et ringformet trinn på vinduet debæreren 34 og er festet til den avtrappete 75 og lodding av en tetningsring 78 av me-del, slik som vist. En rørformet varmeleder tall med L-formet tverrsnitt til dette trin-48 av metall med utoverrettet flens er an- nete parti. En ringformet støttedel 82 av ordnet rundt tråden 40 og er festet til den keramikk er loddet på den motsatte side av konvekse side av katoden ved hjelp av sin tetningsringen 78. Som vist på tegningen flens. er begge flater av de keramiske vinduer

En avtrappet rørformet elektronstråle- flate og utsiden ligger i flukt med kera-fokuseringsanordning 50 er ved sin minste mikkringen 82. Flensen 83 på tetnings-ende sveiset til varmeskjermen 36 rundt ringen 78 blir så loddet til platen 72. Bøl-gelederen 71 har en standard koblingsflens 84 på sin ytre ende for å feste flere bølge-ledere og har en tilpasningsplugg 86 for å tilpasse kretsen.

Direkte overfor bølgelederen og på bølgelederens midtlinje er avstemningsen-heten 17 anbragt. En rektangulær åpning 88 er utarbeidet i legemet 16 for å oppta en rektangulær keramisk avstemningsplugg

90. Åpningen 88 står i forbindelse med resonanshulrommet 20. En forsenkning 92 er utarbeidet koaksialt med åpningen 88 og en rørformet føringsplugg 94 er sveiset i forsenkningen 92. Den keramiske avstemningsplugg 90 er loddet til enden av en styre-stav 96 som kan gli gjennom førings-pluggen 94. Den annen ende av styre-staven har en tykk flens 98 og en fjær 100 er anordnet mellom flensen 98 og førings-pluggen 94 hvorved avstemningspluggen 90 skyves ut av legemet 16. En vakuumtetning er utført ved hjelp av en metallbelg 102 mellom flensen 98 og førings-pluggen 94. En rørformet bærer 104 holdes på plass ved hjelp av skruer 105 som ligger mot pluggen 94. Bæreren 104 holder staven 96 på linje og bærer et kulelager 106 i den ytre ende. En avstemningsaksel 108 er presset inn i den indre lagerflate. En skruespindel 110 på den indre ende av akselen 108 er i inngrep med gjenger i en mutter 112 som er trykket tett inn i en aksial brønn 114 som er boret inn i den ytre ende av styrestaven 96. Etterhvert som akselen 108 dreies, beveges mutteren 112 aksialt på gjengene 110 og trekker styrestaven 96 og den keramiske avstemningsplugg 90 med seg. Reflektorenheten 14 omfatter en ringformet keramisk skive 116. Et evakuerings-rør 118 rager gjennom skiven 116. Da røret 118 har tykk vegg, er den ikke loddet direkte på skiven da skiven vil utsettes for tem-peraturforandringer som vil fremkalle for store varmespenninger. En konisk tetningsring 120 av metall er loddet ved sin om-krets til den indre overflate av skiven 116. Røret er sveiset til en oppbrettet innvendig flens på tetningsringen 120. På den indre overflate av skiven 116 er det også loddet en rørformet reflektor-bærer 122 med sin utoverbrettete flens. Bæreren 122 danner elektrisk kontakt med ringen 120. På den annen ende av bæreren 122 er det loddet en reflektorelektrode 124 med en reflektor-flate 126 med ny form som skal beskrives nærmere senere. Røret 118 er beskyttet ved hjelp av et rør 128 med flens som er loddet i hullet i skiven 116. En kontakthette 130 er loddet på røret 128. Hetten og røret 128 danner den ytre klemme for reflektorelektroden 124. En tetningsring 30' i likhet med tetningsringen 30 er loddet til den keramiske skive 116 på samme måte som tetningsringen 30 er loddet til den keramiske skive 22. Det er klart at katodeenheten 12 og reflektor-enheten 14 blir satt nøyaktig sammen hver for seg og så tettet i legemet 16 ved hjelp av lysbuesveising sammen med de nærliggende kanter av tetningsringene 30 og 68 og av tetningsringene 30' og 68'. Utførelsen av legemet 16 og enhetene 12 og 14 sikrer nøyaktig plasering av elektroden inne i legemet 16.

Under drift varmer tråden 40 katoden 38, og elektroner blir emittert fra den be-lagte konkave overflate. Elektronene blir tiltrukket av det positive potensial på drivanoden 62. Avstandene mellom ringene 52 og 54, katoden 38 og anoden 62 innbyrdes gir det elektriske fokuseringsfelt en slik form at det konsentrerer eller fokuserer elektronene nær stråleaksen. En ende 132 av drivanoden 62 er anbragt tett ved katoden for å tiltrekke det størst mulige antall elektroner uten å påvirke fokuseringsfel-tet, hvorved det frembringes en stråle med høy gjennomtrengningsevne. Jo kraftigere strålen er desto større er den utgangseffekt som står til rådighet fra røret for en gitt stråle-spenning.

I denne utførelsesform for oppfinnelsen vil en bearbeidet anode med enkel geometrisk form med et drivrørtverrsnitt som vist gi den beste praktiske stråle. Enden 132 av drivrøret 62 ble innrettet til å rage gjennom ringen 63 mot katoden. Boringen i drivrøret ble utført med to diametre, med den minste diameter ved enden 132. Med denne anordning vil det største antall elektroner fra katoden passere gjennom åpningen i drivrøret og ikke oppfanges av det positive potensial på røret på grunn av at den store diameter ved utgangen opptar sprednings-elektronstrålen. Åpningen 67 i platen 66 er utført større enn boringen i drivrøret av samme grunn.

Elektronene passerer gjennom hulrommet 20 og spalten hvor de påvirkes av en hastighetsmodulerende kraft som akselle-rerer visse elektroner og retarderer andre elektroner. Etter å ha passert spalten blir elektonene kastet tilbake over spalten ved hjelp av reflektorelektroden 124. Herunder søker de raske elektroner å ta igjen de langsomme elektroner slik at elektronene, når de vender tilbake over spalten er i bunter som frembringer utgangseffekten fra røret. Denne effekt er direkte proporsjonal med tettheten i buntene. Da elektroner som beveger seg 1 røraksen beveger seg en kortere distanse enn de elektroner som er utenfor aksen, vil elektronene i aksen søke å være ute av fase med de ytre elektroder slik at det ikke frembringes tette bunter.

I henhold til foreliggende oppfinnelse blir alle elektronene sendt tilbake i fase over spalten på grunn av formen av reflektorflaten 126 som er utformet på en ny måte.

Den foretrukkete utforming av reflektorflaten 126 er en stump hulkjegle med den lille bunnflate 135 nedsenket i frastøte-ren 124. En skarp spiss 134 rager frem fra senteret i bunnflaten. Lengden av spissen 134 er mindre enn dybden av hulkjeglen. Overflaten 126 er symmetrisk om røraksen. Midtpunktet 134 bevirker radial avbøyning av de elektroner som beveger seg i rør-aksen, mens elektronene på den ytre kant av strålen gis tid til å nå igjen og bunte seg sammen med dem. Elektronene på røraksen blir med andre ord spredt radialt, og den koniske flate på reflektorflaten 126 hjelper så til å samle den reflekterte elektronstråle radialt slik at elektronene passerer over spalten i fase med hverandre.

Avstanden mellom åpningen 67 og den nærliggende ende av drivrøret 62 er kjent som spalten for gjensidig påvirkning. Da lengden av spalten er liten sammenlignet med størrelsen av åpningen, ville de elektroner som befinner seg i aksen ikke påvirkes av hulromfeltet. Derfor er det anbragt gittere 137 og 136 i åpningene. Hvert gitter har seksten radiale vinger av molyb-den opphengt i omkretsen av åpningen slik at senteret er åpent Den radiale gittertype med midtåpning ble brukt fordi denne anordning gir minst interferens med elek-tronstrømmen. Seksten vinger ble brukt for å holde avstanden mellom vingene mindre enn en elektronbølgelengde og for å oppnå tilfredsstillende elektrostatisk kobling med spalten. En elektronbølgelengde er definert som avstanden en elektron vil bevege seg ved driftspenningen under en periode ved driftsfrekvensen. Gitteret 137 er anbragt i åpningen 67, og gitteret 136 som er lik gitteret 137, men har mindre diameter er anbragt i den nærliggende ende av driv-røret 62 med de radiale vinger på linje med vingene i gitteret 137. I denne anordning bevirker gitteret 136 ikke øket interferens med elektronstrømmen.

I fig. 2 er den nye keramiske avstemningsplugg 90 vist anbragt inne i hulrommet 20. Figuren viser den indre ende av pluggen 90 med en halvsylindrisk konkav overflate 138. Pluggen 90 holdes ved hjelp av akselen 108 inn mot sin innerste stilling henimot røraksen, og drivrøret 62, som her er vist i tverrsnitt, er anordnet inne i den konkave flate 138. Den keramiske plugg 90 har et rektangulært tverrsnitt og er utført slik at den fyller avstemningshulrommet 20 så meget som praktisk mulig når den er satt helt inn. De lavere frekvenser blir oppnådd med den keramiske plugg helt innskjøvet. Den rektangulære plugg 90 har vist seg å gi en jevnere avstemning ved hver omdreining av akselen 108 enn hvilken som helst annen geometrisk form.

Styrestaven 96 er utført rund og den indre ende av staven stopper mot legemet 16, fig. 1. Derved hindres den keramiske plugg i å ligge mot drivrøret 62. Etter til-baketrekking av pluggen 90 hviler den ytre ende av staven 96 mot lageret 106, som er den ytre stopper.

De ter således oppnådd et refleks-klystronrør med høyere virkningsgrad, høyere utgangseffekt og bredbånd-avstemning. Virkningsgraden og utgangseffekten er øket ved å kombinere en gitterløs elektronkanon, en langstrakt trappe-boret rør-formet drivanode og en spesielt utformet reflektor-flate. Bredbånd-avstemningen er oppnådd ved hjelp av en keramisk avstemningsplugg som kan beveges inn i og ut av resonanshulrommet.

Claims (2)

1. Refleks-klystronrør, med en elektronkanon for dannelse av en massiv elektronstråle, en reflektorelektrode, en spalte for gjensidig påvirkning omgitt av et resonanshulrom anordnet mellom elektronkanonen og reflektorelektroden og koaksialt med disse, karakterisert ved at det i reflektorelektroden (124) og koaksialt med elektronkanonen er en forsenkning i form av en avstumpet hulkjegle (126) med plan bunn (135) med en sentral skarp spiss (134).

2. Rør som angitt i påstand 1, karakterisert ved at den skarpe spiss (134) er kortere enn dybden av den hul-kjegleformete forsenkning (126).