Wynalazek dotyczy lampy, przystosowanej do modulacji szybkosciowej.Glównymi zaletami lampy wedlug wynalazku jest duza szerokosc pasma przepustowego (5 do 10 razy wieksza od szerokosci pasma przepusto¬ wego klistronu, np. siedem megacykli dla fali nosnej 1500 megacykli) i duza moc przy pracy ciaglej (kilka kilowatów uzytecznych przy dlu¬ gosci fali 20 cm).Te liczby maja tylko znaczenie orientacyjne.Szerokosc pasma i moc moga byc znacznie zwiek¬ szone przez odpowiedni dobór wymiarów, ale tym niemniej uwydatniaja pierwszorzedne znaczenie lamp tego rodzaju dla lacznosci wielokrotnej na falach decymetrowych, dla przesylania obrazów telewizyjnych o bardzo wielkiej liczbie elementów itd.Wynalazek polega na zastosowaniu wneko¬ wych rezonatorów o powierzchniach bocznych, uzyskanych przez równolegle przesuwanie w przestrzeni tworzacej wzdluz linii zamknietej, za¬ kreslajacej figure z wglebieniami, jak to np. przedstawiono na fig. 1 rysunku. Wynalazek po¬ lega mianowicie na wykorzystaniu wspóldziala¬ nia z tymi wnekami wiazki elektronowej, emito¬ wanej z katody prostoliniowej, równoleglej do tworzacych, przy czym szerokosc wiazki jest ogra¬ niczona tylko wysokoscia,wglebien. Wneki sa po¬ za tym wzbudzane w ten sposób, ze tory elektro¬ nów w polu wielkiej czestotliwosci sa prawie zgodne z liniami sil pola elektrycznego.Fig. 2 rysunku przedstawia schematycznie lampe wedlug wynalazku w dwóch rzutach. Wne¬ ki 1 i 2 spelniaja zadania skupiacza i kolektora, 3 oznacza katode prostoliniowa, U — anode i 5 — przestrzen slizgowa. Wiazka elektronowa prze¬ chodzi przez wneki, które sa zaopatrzone w. siat¬ ki w swych wglebieniach. Na fig. 2 nie przedsta¬ wiono ani narzadu sprzegajacego kolektor z ob¬ wodem uzytkowym, ani narzadu sprzegajacego skupiacz z obwodem rozrzadzajacym w przypad¬ ku gdy lampa sluzy do wzmacniania, badz tez z kolektorem w przypadku gdy lampa sluzy do ge¬ neracji drgan. Nie uwidoczniono równiez na ry-sunku ani narzadów odksztalcajacych wneki, po¬ zwalajacych na regulacje czestotliwosci, ani tez siatki, rozrzadzajacej wiazke elektronowa.W celu uwydatnienia istotnych cech wynalaz¬ ku i glównych jego zalet nizej podana zostala^ teoria dzialania lampy wedlug wynalazku.Niech 2 l oznacza wysokosc wneki wedlug wy¬ nalazku, 8, 2a, b, 2c, — inne wymiary jak uwi¬ doczniono na fig. 3 rysunku, s — odcieta wzdluz tworzacej, liczac od jej srodka.Jak wiadomo pole elektromagnetyczne wnek — zalezy od wektora potencjalu A: —- — * m E = jkA, H;=rotA, k =—. (1) c Dla drgan typu tzw. „magnetycznego" istnie¬ je zaleznosc: — A. = COS p 71 S grad * """ K — (2) ' sin 2 L — gdzie u oznacza wektor jednostkowy, skierowany wzdluz tworzacych, p — liczbe calkowita, . funkcje dwech zmiennych, okreslona w przekroju poprzecznym wneki, która spelnia równanie ska¬ larne A = 0 z warunkiem granicznym d^ na konturze przekroju poprzecznego. Ten waru¬ nek graniczny wyznacza równiez wartosc 2 n Dla drgania odpowiadajacego ^najwiekszemu jx i dla wnek takich, jak przedstawione iia fig. 2, pole elektryczne w poblizu plaszczyzny symetrii jest stale równolegle dQ kierunku wiazki.Dlugosc fali K wglebienia jest zwiazana z , 1, p, zaleznoscia: (3) 2_ /2 M2 / P * \2 I 1 , / M\: Droga obliczen mozna znalezc, ze dla nastepu¬ jacych stosunków wymiarów wglebienia: 8 rt ., a i) b wartosc p- jest tego rodzaju, ze y= 50 Zreszta odstep 8 jest okreslony do pewnego stopnia przez znany warunek dobrej wydajnosci lamp o modulacji szybkosciowej, a mianowicie aby czas sredniego przebiegu. elektronu w polu wielkiej, czestotliwosci byl maly 'w porównaniu • do okresu (jest to ten sam warunek, który wy¬ maga uzycia wnek z wglebieniem). W ten sposób warunek —— wyznacza dla sredniej war¬ tosci V szybkosci elektronów, odpowiadajacej stalemu napieciu przyspieszajacemu Vo = 6400 woltów, stosunek — równy "25%, W tych warunkach dla przykladu rofcwazaife- go X' = I4 a wysokosc 2 1 wglebienia jest wów¬ czas zwiazana z dlugoscia fali X i calkowita licz¬ ba p zaleznoscia: 2 1 = P- Dla tych stosunków wymiarów obliczenie dobro¬ ci i elementów obwodu antyrezonansowego, rów¬ nowaznego wnece, widzianej z miejsca, gdzie po¬ le elektryczne jest maksymalne (czyli dla s = O, jezeli p jest nieparzyste) dalo nastepujace wy¬ niki (jedyne straty energii, brane pod uwage we wnece w tym rachunku, sa to straty na cieple Joule'a w sciance z czystej miedzi): Dobroc gdy nie ma obciazenia — / 0,05\ S=330xvl(i- -y-); Opornosc bocznikowa bez obciazenia — R=l,i— • V" 0.05 ¦)• 10 omóuj _20,7 Opprnosc indukcyjna — L 10" omów P (X powinDO byc podabe w cmi.Nizej przytoczone jest obliczenie ene-rgii wiel- ' kiej czestotliwosci, przelanej przez wiazke na ko¬ lektor, jak równiez sprawnosc przemiany.Niech U oznacza calke pola elektrycznego wzdluz toru elektronu we wnece dobranej tak,' aby ta calka wynosila maksimum: U = K C ' (u3", grad*'? )7~óz Wówczas calka pola elektrycznego wzdhiz toru elektronów o dowolnej odcietej s wynosi: cos n tc««¦ U) ¦u (s;=L -im^r- W dalszym ciagu rozwazania U (s) oraz U be¬ da zaopatrywane we wskaznik 1 lub 2 w zalez¬ nosci od tegb czy chodzi o pole skuplacza, czy tez o pole kolektora,,w / Wedlug teorii zbierania kinetycznego w prze¬ strzeni bez pola elektronów wiazki modulowanej szybkosciowo skladowa o pulsacji (o gestosci pra¬ du, dochodzacego do kolektora wynosi: 1 U s^ tut\\ l <\\ , \$) )COS tu (t — I i (i.s).= 2 i ioLh W tym wyrazeniu d jest dlugoscia przestrzeni poslizgowej a J — funkcja Bessela pierwszego rodzaju rzedu 1 o argumencie 1 ii s^ cu«d 2" TT' iv7 Liczba r ~. —- 2 V0 m — 2 —bylaby miara „stopnia zbierania" dla lampy typu klystronu, którego calka pola w zbieraczu wyno¬ silaby Uu W zalozeniu, ze p jest nieparzyste, co w niczym nie narusza ogólnosci wyników, ale po¬ zwala zato brac pod uwage tylko funkcje cosinus i tym samym uproscic wyrazenia, gestosc pradu na poziomie kolektora wyniesie: i i (t, s ) = 2 io Ji (r cosi^) cos w (t-A ) (7) Energia, oddana polu kolektora przez element wiazki o szerokosci 8s, wynosi: os = u2 (s) cos wt. i (t, s) os a srednia: 8w = Au2 (s).-2i0'Ji (r cosi^)cos(Wvd).3s (8) Niech 2 f oznacza szerokosc ogólna wiazki (2f < 2 3) Io = 2f io — natezenie calkowite wiazki nie modulowanej.Energia srednia, oddana przez wiazke, wynosi: W=J -*lTd" . czy]i iuH / +f t/ ' P«s\ P- s , w=iutco8^J _{MrcosIVr)cos-Trds lub wreszcie W = IA LVJ (r, a) cos — 0 v0 gdzie l (r, a)— - Ca J2 (r cos 0) cos 0 d6 (10) W ten sposób równanie energii lamp wedlug wynalazku jest formalnie podobne do znanego równania klystronu, gdzie zastapiono funkcje Bessela J (r) przez lezy od szerokosci wiazki za posrednictwem a Wiadomo zreszta, ze U2 powinno byc co naj¬ wyzej równe Vo (w przyjetym tu zalozeniu bar¬ dzo malych katów przebiegu elektronów w polu wielkiej czestotliwosci) azeby nie bylo odbicia elektronów w polu wielkiej czestotliwosci kolei która, a wiec <\ (r a) przedstawia maksymal¬ na wartosc sprawnosci przemiany energii ' W 71= • Krzywe fMr, a) w funkcji a dla róz- J la v0 nych wartosci r sa przedstawione na fig. 4. Dla a = O, 4* (r, o.) — Ji (r.), natomiast dla a ros* nacych nieograniczenie 'b (r, a ) dazy do J0(—) Ji (—) oscylujac nieznacznie dokola tej wartosci. Granica osiaga swoje maksymum dla t ¦ = 2,2 i wynosi wówczas 0,32. Wiadomo, ze maksymalna wartosc Ji (r) wynosi 0,58. W ten sposób maksymalna sprawnosc teoretyczna lamp wedlug wynalazku waha sie od 58% do 32% zalez¬ nie od stosunku szerokosci wiazki do wysokosci wneki. Skoro tylko a jest wieksze od 1/2, war¬ tosc optymalna stopnia zbierania wynosi 2,2 a nie 1,84, jak dla klystronu. y Nalezy jednak podkreslic zasadnicza róznice pomiedzy równaniem energii klystronu i równa¬ niem energii lamp wedlug wynalazku. W tym drugim równaniu natezenie calkowite Io wiaz¬ ki jest proporcjonalne do jej szerokosci 2f, tak iz w rzeczywistosci moc W jest proporcjonalna do * naca wraz z a jest przedstawiona na fig. 5.Z powyzszego wynika moznosc uzyskania znacznych mocy z szerokimi wiazkami, przebie¬ gajacymi przez wneki, odpowiadajace wielkiej liczbie calkowitej p . Tym nie mniej jednak na fig. 4 i 5, krzywe zmiany mocy wraz z a, to jest z szerokoscia wiazki, wykazuja czesci poziome, którym odpowiadaja zmniejszenia sprawnosci.Ulepszenie wedlug wynalazku polega na odrzu¬ ceniu tych czesci wiazki, które nie wprowadzaja znacznego zysku mocy, tj. na rozbiciu wiazki na pasma o takiej szerokosci, aby odpowiednie a bylo bliskie lub mniejsze od jednosci. Moc wielkiej cze¬ stotliwosci nie zostaje wówczas duzo zmniejszo-* na, natomiast sprawnosc przemiany znacznie sie zwieksza i jest zawarta pomiedzy 47% i 58%* Najwieksza liczba pasm wiazki jest równa p i mozna wówczas do pewnego stopnia uwazac, ze lampa sklada sie z zespolu p lamp elementarnych, lub „komórek" o wysokosci 2 Y = 2 l'p, przy czym dla kazdej z nich wiazka mialaby szerokosc 2 a 2f = 21\ Moc lampy jest wówczas p ra- 'tz zy wieksza od mocy jednej komórki, podczas gdy sprawnosc ogólna jest równa sprawnosci poje¬ dynczej komórki. Taka lampe przedstawiono schematycznie na fig. 6 dla p = 3.W celu uwydatnienia zalet wymienionych na wstepie, nizej podany jest przyklad liczbowy dla teorii podstawowej, rozwinietej w poprzednich ustepach dla lampy, pracujacej na dlugosci fali X = 20 cm i pod napieciem Vo ¦= 6400 woltów.Aby kat sredniego przebiegu elektronów w kolektorze byl równy rJ2, trzeba zeby X/S = 25 skad 8 = 0,8 cm. Wneka opisana wyzej powin¬ na wówczas miec wymiary: b — 4 cm, 2a = 3,2 cm, 2c = 9,6 cm oraz wysokosc 21 = p . 11,5 cm.Dalszy ciag obliczen przeprowadza sie przejmu¬ jac p = 1, tj. dla komórki elementarnej, po czym moc otrzymana mnozy sie przez liczbe p komórek* Dobroc i opornosc bocznikowa bez ojbciazenia wneki wynosza wówczas odpowiednio: S = 2250 R = 46500 omów.Nalezy przyjac taka szerokosc wiazki aby a = 1 * czyli 2f' = 7,3 cm, skad" wynika najwieksza sprawnosc r = 2,2. — 3 —Opornosc pozorna wiazki modulowanej wynosi: -p, _ Vo 6400 K± ~-2'Io<|Mr.a) ~~ O^ °m0W Poza tym przyjmuje sie opornosc pozorna przy obciazeniu wneki 10 razy mniejsza niz opornosc pozorna bez obciazenia, tj. 9/10 energii, oddanej przez wiazke, znajduje sie w obwodzie odbior¬ czym. Stad wynika Robc = 4650 omów. Dla do¬ brej adaptacji trzeba aby ta opornosc pozorna byla równa opornosci pozornej wiazki modulo¬ wanej, z czego wynika: Io = 1,47 amperów a wówczas natezenie wiazki na 1 cm szerokosci wynosi i0=^4= 200 mA/cm.W tych warunkach moc doprowadzona wynosi: VoIo = 9,4 kilowatów Poniewaz teoretyczna wydajnosc maksymalna wynosi 47%, przeto mozna otrzymac moc wiel¬ kiej czestotliwosci 4,4 kilowatów. Warunki, któ¬ rych nie uwzglednia teoria podstawowa, rozwi¬ nieta wyzej (kat przebiegu elektronów w polu wielkiej czestotliwosci, przezroczystosc elektrono¬ wa elektrod wielkiej czestotliwosci, efekt ladun¬ ku przestrzennego) powoduja, ze stosujac szyb¬ kosci elektronowe stosunkowo nieznaczne mozna liczyc tylko na sprawnosc 25%, a wiec efektyw¬ na wydajnosc wielkiej czestotliwosci 2,5 kilowa¬ tów na komórke elementarna.Co do pasma przepustowego lampy jest ono okreslone przez znana zaleznosc —¦— i v gdzie 8 v — szerokosc pasma v — czestotliwosc robocza S — dobroc kolektora przy obciazeniu.Gdy adaptacja lampy jest dobra, to S jest rów¬ ne stosunkowi opornosci pozornej wiazki modu¬ lowanej do opornosci indukcyjnej kolektora, skad o v Luj 2L m\0<1 ¦ f, a) ~- Hf " v' Jedna z zalet lampy wedlug wynalazku jest moz¬ nosc uzyskania znacznie wiekszego Io przy tej samej L tu, co i w lampie tymi klystronu, wobec czego pasmo przepustowe jest znacznie wieksze.W ten sposób dla omówionego przykladu liczbo¬ wego, który bynajmniej nie moze byc traktowa¬ ny jako optymalny, o v = 6,7 megacykli.Teoria elementarna, rozwinieta wyzej, doty¬ czy nie tylko lamp, posiadajacych wneki, pobu¬ dzane sposobem magnetycznym, lecz równiez lamp, posiadajacych wneki podwójne, pobudzane sposobem drgan tzw. wspólosiowym. Wynalazek nadaje sie równiez do stosowania w innych ty¬ pach lamp o modulacji szybkosciowej (lampy od¬ biciowe, lampy z jedny*m tylko obwodem wneko¬ wym itd.). Tytulem przykladu zastosowania wy¬ nalazku na fig. 7 przedstawiono w przekroju lam¬ pe samodrgajaca z jednym tylko obwodem wne¬ kowym.We wglebieniach pojedynczych szereg drgan mozna pobudzic jednoczesnie. Obwód wzbudze¬ nia zbieracza lub tez sprzezenie wiazki z polem wnek, sprzezenie obwodu uzytkowego z' kolekto¬ rem, regulacja napiecia i natezenia wiazki po¬ winny byc takie, zeby bylo wzbudzone tylko jed¬ no drganie.Wynalazek przewiduje równiez uzycie takich wnek, których profil przekroju poprzecznego ma wewnetrzne wystepy, jak równiez zespolenie tych wnek z kilku wiazkami elektronowymi (rozbity-* mi na pasma lub tez nie rozbitymi). Do pewnego stopnia mozna traktowac te wneki jako wypad¬ kowe z przylozenia do siebie wnek, przedstawio¬ nych na fig. 1, i zniesienia Wspólnych scianek.Jest oczywiste, ze jednoczesne umieszczenie kil¬ ku komórek elementarnych, okreslonych poprzed¬ nio, jedna nad druga lub jedna obok drugiej po¬ zwala na otrzymanie lamp o bardzo duzej mocy.Lampa taka, posiadajaca 4 wiazki, jest przed¬ stawiona tytulem przykladu na fig. 8. Jej kon¬ strukcja o symetrii cylindrycznej jest szczególnie korzystna, gdyz pozwala zarówno na energiczne chlodzenie anody, jak równiez na latwe skupia¬ nie wiazek. Jezeli wzbudza sie te wneki sposobem drgan, odpowiadajacym p = 3, a kazda wiazka sklada sie z 3 pasm, to lampa wedlug fig. 8 mo¬ ze byc uwazana jako wypadkowa 12 komórek ele¬ mentarnych, np. takich jak obliczone wyzej.Mozna wiec z takiej lampy otrzymac moc uzy¬ teczna wielkiej czestotliwosci 30 kW przy pracy ciaglej na dlugosci fali 20 cm, przy sprawnos¬ ci rzedu 25% i pasmie przepustowym 7 mega¬ cykli. Szerokosc pasma moze byc zreszta znacz¬ nie zwiekszona przez odpowiedni dobór wymia¬ rów wnek. PL