DE1196302B - Elongated parametric electron beam tubes working with cyclotron waves for frequency conversion - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIjHOIj

Deutsche KI.: 21g-13/17German KI .: 21g-13/17

Nummer: 1196 302Number: 1196 302

Aktenzeichen: E 18746IX d/21 jFile number: E 18746IX d / 21 j

Anmeldetag: 13. Januar 1960 Filing date: January 13, 1960

Auslegetag: 8. Juli 1965Opening day: July 8, 1965

Die Erfindung betrifft eine langgestreckte, mit Zyklotronwellen arbeitende parametrische Elektronenstrahlröhre zur Frequenzwandlung, bei der der Elektronenstrahl nach Verlassen des Elektronenstrahlerzeugungssystems zunächst einen Eingangskoppler zur Modulation des Elektronenstrahls mit einem Eingangssignal hoher Frequenz und darauf ein Pumpelektrodensystem zur weiteren Beeinflussung des Elektronenstrahls mit einer hohen Frequenz (Pumpfrequenz) durchläuft.The invention relates to an elongated parametric cathode ray tube operating with cyclotron waves for frequency conversion, in which the electron beam after leaving the electron gun first an input coupler for modulating the electron beam with a high frequency input signal and on it a pump electrode system for further influencing the electron beam with a high frequency (Pump frequency).

Ziel der Erfindung ist es, verbesserte Frequenzwandlerröhren mit geringem Rauschen zu schaffen, die ein Eingangssignal einer bestimmten Frequenz in ein Ausgangssignal einer bestimmten anderen Frequenz, wobei diese andere Frequenz auch Null sein kann (dann also ein Gleichstrom-Ausgangssignal vorliegt), umsetzen.The aim of the invention is to provide improved frequency converter tubes with low noise, converting an input signal of a certain frequency into an output signal of a certain other frequency, this other frequency can also be zero (then a direct current output signal present).

Elektronenstrahlröhren gemäß der Erfindung verwenden gewisse Prinzipien, die auch bei parametrischen Elektronenstrahlverstärkerröhren in Anwendung kommen. Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen zunächst die allgemeinen Grundlagen parametrischer Elektronenstrahlverstärkerröhren, soweit sie mit Zyklotronwellen arbeiten, beschrieben werden, und zwar unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen. Zur weiteren Information über diese bekannten Verstärkerröhren sei beispielsweise auf die Veröffentlichungen in »Proceedings of the IRE«, 1958, S. 1300 und 1301 (R. Adler) und S. 1756 und 1757 (R. Adler, G. Hrbek und G. Wade) hingewiesen.Cathode ray tubes according to the invention use certain principles which also apply to parametric Electron beam amplifier tubes come into use. For a better understanding of the invention should first cover the general fundamentals of parametric electron beam amplifier tubes, so far they work with cyclotron waves, will be described with reference to FIGS. 1 and 2 of the drawings. For further information on these known amplifier tubes, see, for example to the publications in "Proceedings of the IRE", 1958, pp. 1300 and 1301 (R. Adler) and S. 1756 and 1757 (R. Adler, G. Hrbek and G. Wade) pointed out.

Bei der bekannten parametrischen Elektronenstrahlverstärkerröhre nach Fig. 1 und 2 läuft ein Elektronenstrahl von einer Elektronenkanone G zur Auffangelektrode K (Kollektorelektrode). Längs des Strahlweges herrscht ein homogenes magnetisches FeIdH, das von einer Spule (nicht dargestellt) erzeugt wird und dessen Feldlinien zur Röhrenachse (strichpunktierte Linie) parallel verlaufen. Die magnetische Feldstärke ist dabei so bemessen, daß die Zyklotronfrequenz wenigstens annähernd gleich der Frequenz des zu verstärkenden hochfrequenten Eingangssignals ist, das von einer Hochfrequenzquelle Sl einem mit dem Elektronenstrahl gekoppelten Eingangskoppler C1 zugeführt wird. Auf seinem Weg zur Kollektorelektrode K passiert der Elektronenstrahl einenAusgangskopplerC2, von dem das verstärkte Ausgangssignal einem Empfänger oder einem Verbraucher L zugeführt wird. Auf dem Weg vom Eingangskoppler zum Ausgangskoppler passiert der Strahl ein sogenanntes »Pump«-ElektrodensystemP, das als Vierpolelektrodensystem (Quadru-Langgestreckte, mit Zyklotronwellen arbeitende
parametrische Elektronenstrahlröhre zur
FrequenzwandlungIn the known parametric electron beam amplifier tube according to FIGS. 1 and 2, an electron beam runs from an electron gun G to the collecting electrode K (collector electrode). Along the beam path there is a homogeneous magnetic field, which is generated by a coil (not shown) and whose field lines run parallel to the tube axis (dash-dotted line). The magnetic field strength is such that the cyclotron frequency is at least approximately equal to the frequency of the high-frequency input signal to be amplified, which is fed from a high-frequency source S1 to an input coupler C 1 coupled to the electron beam. On its way to the collector electrode K , the electron beam passes an output coupler C2, from which the amplified output signal is fed to a receiver or a consumer L. On the way from the input coupler to the output coupler, the beam passes a so-called »pump« -electrode systemP, which is a four-pole electrode system (quadru-elongated ones, working with cyclotron waves
parametric cathode ray tube for
Frequency conversion

Anmelder:Applicant:

English Electric Valve Company, LondonEnglish Electric Valve Company, London

Vertreter:Representative:

Dr. W. Müller-Bor^ und Dipl.-Ing. H. Gralfs,Dr. W. Müller-Bor ^ and Dipl.-Ing. H. Gralfs,

Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8Patent attorneys, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

John Dain,John Dain,

Graeme Oliver Chalk,Graeme Oliver Chalk,

Chelmsford, Essex (Großbritannien)Chelmsford, Essex (UK)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 27. April 1959 (14 270),
vom 25. September 1959Claimed priority:
Great Britain of April 27, 1959 (14 270),
dated September 25, 1959

pol) dargestellt ist und in der vorgenannten Veröffentlichung von Adler, Hrbek und Wade näher beschrieben ist. Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Frontansicht des Vierpolelektrodensystems P der Fig. 1. Die HochfrequenzquelleS2 liefert die Pumpfrequenz.pol) and is described in more detail in the aforementioned publication by Adler, Hrbek and Wade. FIG. 2 is an enlarged schematic front view of the four- pole electrode system P of FIG. 1. The high-frequency source S2 supplies the pump frequency.

Bei dieser Anordnung, die in den oben erwähnten »Proceedings-IRE«-Artikeln beschrieben ist, extrahiert der Eingangskoppler C1 die schnelle Komponente des Strahlrauschens und erzeugt gleichzeitig eine Schnellwellenmodulation des Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal, das normalerweise eine Frequenz in der Größenordnung von 500 MHz hat. Beim Passieren des Eingangskopplers erfährt jedes Elektron durch das Eingangssignal eine transversale Auslenkung, so daß es eine spiralförmige Bahn mit wachsendem Bahndurchmesser durchläuft, da der Bahndurchmesser beim Fortschreiten des Elektrons in axialer Richtung zunimmt. Nach Verlassen des Eingangskopplers C1 folgen die Elektronen wendeiförmigen Bahnen gleichbleibenden Durchmessers. Mit dem Eintritt in das Pumpelektrodensystem werden die Elektronen einem inhomogenen hochfrequenten elektrischen Feld unterworfen, das durch die Hochfrequenzquelle S 2 erzeugt ist, die mit den vier Elektroden des Pumpsystems, wie in F i g. 2 dargestellt, verbundenIn this arrangement, which is described in the Proceedings-IRE articles mentioned above, the input coupler C1 extracts the fast component of the beam noise and at the same time generates a fast wave modulation of the electron beam in accordance with the input signal, which normally has a frequency of the order of 500 MHz has. When passing the input coupler, each electron experiences a transversal deflection due to the input signal, so that it traverses a spiral path with increasing orbit diameter, since the orbit diameter increases as the electron advances in the axial direction. After leaving the input coupler C 1, the electrons follow helical paths of constant diameter. Upon entering the pump electrode system, the electrons are subjected to an inhomogeneous high-frequency electric field that is generated by the high-frequency source S 2 , which is connected to the four electrodes of the pump system, as shown in FIG. 2 shown connected

509 599/301509 599/301

Γ 196Γ 196

ist. Dieses inhomogene Pumpfeld bewirkt eine Vergrößerung oder Verringerung des Radius der Kreisbahnkomponente jedes einzelnen Elektrons, und zwar je nach dessen azimutaler Lage (d. h. der Lage auf der Kreisbahn) und der Phase des Pumpfeldes beim Eintritt des Elektrons in das Pumpsystem. Nach dem Verlassen des Pumpsystems überstreicht der um die Röhrenachse rotierende Elektronenstrahl, dessen Querschnitt als von Anfang an kreisförmig angenommen wird, eine ringförmige Fläche. Der Ringdurchmesser bzw. der (radiale) Abstand des Strahlmittelpunktes von der Röhrenachse ist abhängig von der Stärke des Eingangssignals, der Stärke des Pumpfeldes und der phasemnäßigen Beziehung zwischen der azimutalen Lage des Strahles beim Eintritt in das Pumpsystem und der Phase des zugehörigen Hochfrequenzfeldes des Pumpsystems.is. This inhomogeneous pump field causes an increase or decrease in the radius of the circular path component of each individual electron, depending on its azimuthal position (i.e. the position on the circular path) and the phase of the pump field when the electron enters the pump system. To after leaving the pump system, the electron beam rotating around the tube axis sweeps over its Cross-section assumed to be circular to begin with, an annular surface. The ring diameter or the (radial) distance of the beam center point from the tube axis is dependent on the strength of the input signal, the strength of the pump field and the phase relationship between the azimuthal position of the beam when it enters the pump system and the phase of the associated High frequency field of the pumping system.

Beim Verlassen des Pumpsystems ist die Winkelgeschwindigkeit des Strahles um die Röhrenachse gleich der Kreisfrequenz des von der Quelle Sl gelieferten Eingangssignals und der (radiale) Abstand zwischen der Strahlmitte und der RöhrenachseWhen leaving the pump system, the angular velocity of the jet around the tube axis is equal to the angular frequency of the input signal supplied by the source S1 and the (radial) distance between the center of the jet and the tube axis

ändert sich periodisch mit einer Periode -=■, die vonchanges periodically with a period - = ■ that of

der Frequenz des Eingangssignals und der Pumpfrequenz abhängt. Besteht zwischen dem Pumpfeld und der azimutalen Koordinate Θ eine Abhängigkeit gemäß cos 2 β, so ist die Periodendauer T gegeben durchthe frequency of the input signal and the pump frequency depends. If there is a dependency according to cos 2 β between the pump field and the azimuthal coordinate Θ , then the period T is given by

_T__130 _T __ 130

Darin ist /_s die Frequenz des Eingangssignals und f_p die Pumpfrequenz. Ist f„ = 2 f_s, so ist — wenn die Amplituden des Eingangssignals und des Pumpfeldes konstant sind — der (radiale) Abstand zwischen der Mitte des das Pumpsystem verlassenden Strahls und der Röhrenachse konstant.Here / _{s is} the frequency of the input signal and f _{p is} the pump frequency. If _{f n} = 2 f s, then - if the amplitudes of the input signal and the pump field are constant - the (radial) distance between the center of the jet leaving the pump system and the tube axis is constant.

Nach dem Verlassen des Pumpsystems gelangt der Elektronenstrahl in den AusgangskopplerC2, der dem Eingangskoppler C1 ähnlich ist und die der Rotationskomponente der Elektronenbewegung zugeordnete, verstärkte Hochfrequenzenergie entnimmt, so daß in seinem Bereich die Elektronenbahnen ihren Durchmesser verringern und schließlich wiederum im wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, wenn die Elektronen den AusgangskopplerC2 verlassen.After leaving the pumping system, the electron beam reaches the output coupler C2, the is similar to input coupler C1 and is associated with the rotational component of the electron movement, removes amplified high-frequency energy, so that the electron orbits theirs in its area Reduce diameter and finally again run essentially in the axial direction, if the electrons leave the output coupler C2.

Die oben beschriebene bekannte parametrische Elektronenstrahlverstärkerröhre liefert am Ausgangskoppler ein verstärktes Ausgangssignal gleicher Frequenz wie das dem Eingangskoppler zugeführte Eingangssignal. Ein großer Vorteil des bei dieser bekannten Röhre verwendeten Prinzips liegt dabei darin, daß ein sehr geringes Rauschen erzielt wird.The known parametric electron beam amplifier tube described above delivers at the output coupler an amplified output signal of the same frequency as the input signal fed to the input coupler. A great advantage of the principle used in this known tube is here in that very little noise is obtained.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Röhre geschaffen, die ebenfalls das aufgezeigte parametrische Prinzip verwendet, jedoch als Frequenzwandler arbeitet, d. h. Eingangssignale einer bestimmten Frequenz in Ausgangssignale einer bestimmten anderen Frequenz umwandelt. Im Spezialfall kann die gewandelte Ausgangsfrequenz auch Null sein (Gleichstrom). Der Ausdruck »Frequenzwandlung«, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, schließt diesen Spezialfall mit ein.The present invention provides a tube which also has the parametric shown Principle used, but works as a frequency converter, d. H. Input signals of a certain Frequency converts into output signals of a certain other frequency. In a special case the converted output frequency can also be zero (direct current). The expression "frequency conversion", as used in this description includes this special case.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer langgestreckten, mit Zyklotronwelle arbeitenden parametrischen Elektronenstrahlröhre der eingangs erwähnten Art der Elektronenstrahl im Anschluß an das Pumpelektrodensystem auf ein Auffangelektrodensystem (Kollektorelektrodensystem) auftrifft, das aus mehreren separaten Elektroden besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie den ankommenden, um die Röhrenachse rotierenden Elektronenstrahl in Abhängigkeit von seinem Bahndurchmesser mehr oder weniger unterschiedlich aufnehmen, und daß an die Elektroden des Auffangelektrodensystems mindestens ein Ausgangskreis für die frequenzgewandelten Ausgangssignale angeschlossen ist.The invention consists in that in an elongated, working with cyclotron wave parametric Cathode ray tube of the type mentioned at the beginning of the electron beam following the pump electrode system hits a collecting electrode system (collector electrode system), which consists of several separate electrodes, which are designed and arranged in such a way that they pick up the incoming, electron beam rotating around the tube axis depending on its orbit diameter record more or less differently, and that to the electrodes of the collecting electrode system at least one output circuit for the frequency-converted output signals is connected is.

Zweckmäßig ist der Elektronenstrahl längs seines gesamten Weges einem homogenen magnetischen Längsfeld ausgesetzt, dessen Feldlinien parallel zur Röhrenachse verlaufen und dessen Feldstärke so bemessen ist, daß die Zyklotronfrequenz wenigstens annähernd gleich der Frequenz des Eingangssignals ist.The electron beam is expediently a homogeneous magnetic one along its entire path Longitudinal field exposed, the field lines of which run parallel to the tube axis and whose field strength is so dimensioned is that the cyclotron frequency is at least approximately equal to the frequency of the input signal is.

Bei einer Ausführungsform, bei der das Pumpelektrodensystem ein Vierpolelektrodensystem (Quadrupol) ist, besteht das Auffangelektrodensystem vorzugsweise aus zwei Elektroden an die ein Ausgangskreis angeschlossen ist. Zweckmäßig besteht dabei von den beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems die eine Elektrode aus einer koaxial zur Röhrenachse angeordneten kreisförmigen Scheibe und die andere Elektrode aus einem die kreisförmige Scheibe in geringem Abstand konzentrisch umgebenden ringscheibenförmigen Teil (erste Ausführungsform). Bei einer zweiten Ausführungsform bestehen die beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems aus zwei gleichen Segmentstücken, von denen jedes etwas kleiner als ein Halbkreis ist, und die Segmentstücke sind in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse derart axialsymmetrisch angeordnet, daß sie, einschließlich des Zwischenraumes zwischen den geraden Kanten der Segmentstücke, eine Kreisfläche überdecken, deren Mittelpunkt auf der Röhrenachse liegt.In an embodiment in which the pump electrode system is a four-pole electrode system (quadrupole) is, the collecting electrode system preferably consists of two electrodes to which an output circuit connected. The collecting electrode system expediently consists of the two electrodes one electrode consists of a circular disc arranged coaxially to the tube axis and the other electrode consists of a concentrically surrounding the circular disk at a small distance annular disc-shaped part (first embodiment). In a second embodiment exist the two electrodes of the collecting electrode system from two identical segment pieces, each of which is slightly smaller than a semicircle, and the segment pieces are in a plane perpendicular to the tube axis arranged axially symmetrically that they, including the space between the straight Edges of the segment pieces cover a circular area, the center of which is on the tube axis lies.

Bei einer Elektronenstrahlröhre nach der vorgenannten ersten Ausführungsform, deren Eingangskoppler ein Eingangssignal der Frequenz f_s und deren Vierpolelektrodensystem eine Pumpfrequenz f_p zugeführt wird, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung entweder f_p etwas kleiner oder größer als 2/_s, und der zwischen die beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems geschaltete Ausgangskreis wird von einem Resonanzkreis gebildet, der auf die Frequenz fr = 12f_s — f„ | abgestimmt ist, oder es ist /p gleich 2/_s (Gleichstrom-Ausgangssignal).In a cathode ray tube according to the aforementioned first embodiment, whose input coupler is supplied with an input signal of frequency f _s and whose four-pole electrode system is supplied with a pumping frequency f _p , according to a further development of the invention, either f _{p is} slightly less or greater than 2 / _s , and that between the two The output circuit connected to the electrodes of the collecting electrode system is formed by a resonance circuit which is set to the frequency fr = 1 2f _s - f „ | is tuned, or / p is equal to 2 / _s (DC output signal).

Bei einer Elektronenstrahlröhre nach der vorgenannten zweiten Ausführungsform, deren Eingangskoppler ein Eingangssignal der Frequenz /_s und deren Vierpolelektrodensystem eine Pumpfrequenz f_p zugeführt wird, ist entsprechend f_p mindestens näherungsweise gleich 2 f_s, und der zwischen die beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems geschaltete Ausgangskreis wird von einem Resonanzkreis gebildet, der auf eine Frequenz/; abgestimmt ist, wobei ft = f_s + f_p oder /, = \f_s — f_p\ ist.In the case of a cathode ray tube according to the aforementioned second embodiment, the input _{coupler of which is supplied with an input signal of frequency / s} and the four-pole electrode system of which is supplied with a pump frequency f _p , f _{p is} at least approximately equal to 2 f _s , and the output circuit connected between the two electrodes of the collecting electrode system is from a resonance circuit is formed which is tuned to a frequency /; is tuned, where ft = f _s + f _p or /, = \ f _s - f _p \ .

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den Fig. 3 bis 11 näher erläutert. Dabei istThe invention will now be explained in more detail in connection with FIGS. It is

F i g. 3 ein Übersichtsschaltbild eines Frequenzwandlers nach der Erfindung,F i g. 3 shows an overview circuit diagram of a frequency converter according to the invention,

F i g. 4 ist eine Frontansicht des in F i g. 3 verwendeten Kollektorelektrodensystems;F i g. 4 is a front view of the FIG. 3 collector electrode system used;

Fig. 5, 6 und 7 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3;FIGS. 5, 6 and 7 serve to explain the mode of operation the arrangement according to FIG. 3;

F i g. 8 ist ein Übersichtsschaltbild einer weiteren Ausführung eines Frequenzwandlers nach der Erfindung; F i g. 8 is a block diagram of another embodiment of a frequency converter according to the invention;

Fig. 9 ist eine Frontansicht des in Fig. 8 benutzten Kollektorelektrodensystems, undFIG. 9 is a front view of that used in FIG Collector electrode system, and

Fig. 10 und 11 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 8.FIGS. 10 and 11 serve to explain the mode of operation the arrangement according to FIG. 8.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts are provided with the same reference symbols in the figures.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß sich die dort ge- ίο zeigte erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre von der in F i g. 1 gezeigten Verstärkerröhre durch die Weglassung des AusgangskopplersC2 unterscheidet sowie durch die Vorsehung eines Kollektorsystems aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Elektroden, von denen die innere Elektrode eine kreisförmige Scheibe KD darstellt, die koaxial zur Röhrenachse angeordnet ist, und die äußere Elektrode eine Ringscheibe KA, die mit der Scheibe KD koplanar ist und diese in geringem Abstand konzentrisch umgibt (vgl. hierzu auch Fig. 4). Ein auf die Pumpfrequenz f_p abgestimmter Parallelresonanzkreis FP ist parallel zu der die Pumpfrequenz liefernden Quelle S 2 geschaltet, und ein Parallelresonanzkreis Fl, der auf die Ausgangsfrequenz Z₁ abgestimmt ist, liegt zwischen den Elektroden KA und KD des Kollektorelektrodensystems.It can be seen from FIG. 3 that the cathode ray tube according to the invention shown there differs from that shown in FIG. 1 differs by the omission of the output coupler C2 and by the provision of a collector system consisting of two concentrically arranged electrodes, of which the inner electrode is a circular disc KD , which is arranged coaxially to the tube axis, and the outer electrode is an annular disc KA, which with of the disk KD is coplanar and surrounds it concentrically at a small distance (cf. also FIG. 4). A parallel resonant circuit FP tuned to the pumping frequency f _p is connected in parallel to the source S 2 supplying the pumping frequency, and a parallel resonant circuit Fl, tuned to the output frequency Z ₁ , lies between the electrodes KA and KD of the collector electrode system.

F i g. 5 zeigt senkrecht zur Ansicht von F i g. 3 das Verhalten des Elektronenstrahls (dessen Querschnitt als kreisförmig vorausgesetzt ist) beim Verlassen des Pumpsystems P. Dann rotiert der Elektronenstrahl, der durch den schraffierten Kreis mit dem Zentrum B dargestellt ist, um die RöKrenachse, die durch das Kreuz O markiert ist, mit einer Winkelgeschwindigkeit von 2nf_s (/_s = Frequenz des Eingangssignals), und der Abstand OB ändert sich periodisch, wobei die Periodendauer T von der Frequenz des Eingangssignals und der Pumpfrequenz abhängt: F i g. 5 shows perpendicular to the view of FIG. 3, the behavior of the electron beam (whose cross-section is assumed to be circular) when leaving the pumping system P. Then, rotates the electron beam, which is represented by the hatched circle with center B, the RöKrenachse, which is marked by the cross O, with a Angular velocity of 2nf _s (/ _s = frequency of the input signal), and the distance OB changes periodically, where the period T depends on the frequency of the input signal and the pump frequency:

2fs-f_p\ ■2fs-f _p \ ■

4040

Typische Elektronenkreisbahnen sind durch die gestrichelten Kreise IO angedeutet. Der Außenkreis Z entspricht der Umhüllenden der von dem Elektronenstrahl überstrichenen Fläche, sofern der Abstand OB konstant ist, was für f_p = 2f_s der Fall ist. Typical electron orbits are indicated by the dashed circles IO. The outer circle Z corresponds to the envelope of the area swept by the electron beam, provided that the distance OB is constant, which is the case for f _p = 2f _s.

In F i g. 6 ist das Kollektorelektrodensystem der F i g. 3 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Eine momentane Lage des Elektronenstrahls beim Aufprall auf das System ist durch die gestrichelte Kreislinie markiert, deren Zentrum durch B gekennzeichnet ist. O bezeichnet wieder die Röhrenachse. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, verteilt sich dann der Strahlstrom auf die beiden Elektroden KA und KD; das Verhältnis der Teilströme I_KA und I_KD ist abhängig von der Größe des Abstandes OB, so daß die Teilströme mit einer Periode T, wie in Fig. 7 dargestellt, »schwingen«.In Fig. 6 is the collector electrode system of FIG. 3 shown on a greatly enlarged scale. A momentary position of the electron beam when it hits the system is marked by the dashed circular line, the center of which is marked by B. O again denotes the tube axis. As shown in FIG. 6 can be seen, the beam current is then distributed over the two electrodes KA and KD; the ratio of the partial currents I _KA and I _KD depends on the size of the distance OB, so that the partial currents "oscillate" with a period T, as shown in FIG.

In Fig. 7 ist der Teilstrom zur ScheibeKD durch die Kurve I_KD und der Teilstrom zur Ringelektrode KA durch die Kurve I_KA dargestellt.In FIG. 7 the partial flow to the disk KD is shown by the curve I _KD and the partial flow to the ring electrode KA is shown by the curve I _KA .

Der in den Fig. 3 und 6 mit Fl bezeichnete Schwingkreis, der auf die Frequenz^ = |2/_s — /_p| abgestimmt ist und zwischen die Elektroden KA und KD des Kollektorsystems geschaltet ist, folgt demgemäß den Stromschwankungen entsprechend.The resonant circuit designated Fl in FIGS. 3 and 6, which operates on the frequency ^ = | 2 / _s - / _p | is matched and is connected between the electrodes KA and KD of the collector system, accordingly follows the current fluctuations.

Die in Fig. 8 gezeigte erfindungsgemäße Elektronenstrahlröhre unterscheidet sich von der nach F i g. 3 durch ein andersartiges Kollektorelektrodensystem (vgl. auch die Fig. 9). Die Kollektorelektroden KSl und KS2 sind hier einander gleich; jede hat die Form eines Segments, das etwas kleiner als ein Halbkreis ist. Die Segmente liegen in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse, haben bezüglich ihrer geraden Kanten einen geringen (radialen) Abstand voneinander und sind Teile einer Kreisfläche, deren Mittelpunkt auf der Röhrenachse liegt.The cathode ray tube according to the invention shown in FIG. 8 differs from that according to FIG. 3 by a different type of collector electrode system (cf. also FIG. 9). The collector electrodes KS1 and KS2 are the same here; each is in the shape of a segment slightly smaller than a semicircle. The segments lie in a plane perpendicular to the tube axis, have a small (radial) distance from one another with respect to their straight edges and are parts of a circular area whose center lies on the tube axis.

F i g. 9 zeigt die Frontansicht des Kollektorelektrodensystems, aus der die Anordnung der Segmente KSl und KS2 klar hervorgeht.F i g. 9 shows the front view of the collector electrode system , from which the arrangement of the segments KS1 and KS2 clearly emerges.

Diese Segmente sind noch einmal vergrößert in F i g. 10 dargestellt, wo außerdem eine momentane Lage des einfallenden, um die Röhrenachse rotierenden Elektronenstrahles beim Aufprall auf das Kollektorelektrodensystem durch die gestrichelte Kreislinie mit dem Zentrum B gezeigt ist. O markiert wiederum die Röhrenachse. Bei dieser Anordnung ändern sich die Teilströme der beiden Elektroden KSl und KS2 gemäß Fig. 11. Die Wellenform der Teilströme entspricht der einer amplitudenmodulierten Welle mit einem Träger /_s und einer Modulationsperiode T. Der in den F i g. 8 und 10 zwischen die beiden Elektrodensegmente KSl und KS 2 geschaltete, mit Fl bezeichnete Schwingkreis, der auf die Summe oder die Differenz der Frequenzen /_s und f„ abgestimmt ist, folgt den Stromschwankungen entsprechend. These segments are again enlarged in FIG. 10, where a momentary position of the incident electron beam rotating around the tube axis upon impact on the collector electrode system is shown by the dashed circular line with the center B. O again marks the tube axis. With this arrangement, the partial currents of the two electrodes KS1 and KS2 change according to FIG. 11. The waveform of the partial currents corresponds to that of an amplitude-modulated wave with a carrier / _s and a modulation period T. The in FIGS. 8 and 10 connected between the two electrode segments KSL and KS 2, designated Fl resonant circuit which is tuned to the sum or difference of the frequencies / _s and f ", follows the current fluctuations accordingly.

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Langgestreckte, mit Zyklotronwellen arbeitende parametrische Elektronenstrahlröhre zur Frequenzwandlung, bei der der Elektronenstrahl nach Verlassen des Elektronenstrahlerzeugungssystems zunächst einen Eingangskoppler zur Modulation des Elektronenstrahls mit einem Eingangssignal hoher Frequenz und darauf ein Pumpelektrodensystem zur weiteren Beeinflussung des Elektronenstrahls mit einer hohen Frequenz (Pumpfrequenz) durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl im Anschluß an das Pumpelektrodensystem auf ein Auffangelektrodensystem (Kollektorelektrodensystem) auftrifft, das aus mehreren separaten Elektroden besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie den ankommenden, um die Röhrenachse rotierenden Elektronenstrahl in Abhängigkeit von seinem Bahndurchmesser mehr oder weniger unterschiedlich aufnehmen, und daß an die Elektroden des Auffangelektrodensystems mindestens ein Ausgangskreis für die frequenzgewandelten Ausgangssignale angeschlossen ist.1. Elongated parametric cathode ray tube working with cyclotron waves for Frequency conversion in which the electron beam after leaving the electron gun first an input coupler for modulating the electron beam with an input signal high frequency and then a pump electrode system for further influencing of the electron beam with a high frequency (pump frequency) passes through, thereby characterized in that the electron beam occurs in connection with the pump electrode system a collecting electrode system (collector electrode system), which consists of several separate There are electrodes that are designed and arranged so that they the incoming to the Tube axis rotating electron beam depending on its orbit diameter more or less differently, and that to the electrodes of the collecting electrode system at least one output circuit for the frequency-converted output signals is connected. 2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl längs seines gesamten Weges einem homogenen magnetischen Längsfeld ausgesetzt ist, dessen Feldlinien parallel zur Röhrenachse verlaufen und dessen Feldstärke so bemessen ist, daß die Zyklotronfrequenz wenigstens annähernd gleich der Frequenz des Eingangssignals ist.2. Cathode ray tube according to claim 1, characterized in that the electron beam is exposed to a homogeneous longitudinal magnetic field along its entire path, the Field lines run parallel to the tube axis and the field strength is such that the Cyclotron frequency is at least approximately equal to the frequency of the input signal. 3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Pumpelektrodensystem ein Vierpolelektrodensystem (Quadrupol) ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffangelektrodensystem aus zwei Elektroden besteht und an diese Elektroden ein Ausgangskreis angeschlossen ist.3. Cathode ray tube according to claim 1 or 2, wherein the pump electrode system is a Four-pole electrode system (quadrupole) is characterized in that the collecting electrode system consists of two electrodes and an output circuit is connected to these electrodes is. 4. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems die eine Elektrode aus einer koaxial zur Röhrenachse angeordneten kreisförmigen Scheibe und die andere Elektrode aus einem die kreisförmige Scheibe in geringem Abstand konzentrisch umgebenden ringscheibenförmigen Teil besteht (Fig.4).4. Cathode ray tube according to claim 3, characterized in that of the two electrodes of the collecting electrode system, the one electrode from a coaxially arranged to the tube axis circular disc and the other electrode from one the circular disc in there is a small distance concentrically surrounding the annular disk-shaped part (Fig. 4). 5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden des Aüffangelektrodensystems aus zwei gleichen Segmentstücken bestehen, von denen jedes etwas kleiner als ein Halbkreis ist, und daß die Segmentstücke in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse derart axialsymmetrisch angeordnet sind, daß sie, einschließlich des Zwischenraumes zwischen den geraden Kanten der Segmentstücke, eine Kreisfläche überdecken, deren Mittelpunkt auf der Röhrenachse liegt (F i g. 9).5. Cathode ray tube according to claim 3, characterized in that the two electrodes of the detection electrode system consist of two identical segment pieces, each of which is somewhat is smaller than a semicircle, and that the segment pieces in a plane perpendicular to the tube axis are arranged axially symmetrically that they, including the space between the straight edges of the segment pieces, cover a circular area, the center of which lies on the tube axis (Fig. 9). 6. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 4, so deren Eiligangskoppler ein Eingangssignal der Frequenz/_s und deren Vierpolelektrodensystem eine Pumpfrequenz f_p zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß f_p etwas kleiner oder größer als 2/_s ist und der zwischen die beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems geschaltete6. Cathode ray tube according to claim 4, so the rapid coupler an input signal of the frequency / _s and the four-pole electrode system is supplied with a pump frequency f _p , characterized in that f _{p is} slightly smaller or greater than 2 / _s and the connected between the two electrodes of the collecting electrode system Ausgangskreis von einem Resonanzkreis gebildet wird, der auf die Frequenz fi=-\2f_s — f_p\ abgestimmt ist.The output circuit is formed by a resonance circuit that is tuned to the frequency fi = - \ 2f _s - f _p \. 7. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 4, deren Eingangskoppler ein Eingangssignal der Frequenz/_s und deren Vierpolelektrodensystem eine Pumpfrequenz f_p zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß f„ gleich 2/_s ist (Gleichstrom-Ausgangssignal). 7. Cathode ray tube according to claim 4, the input coupler of which is an input signal of the frequency / _s and the four-pole electrode system of which is supplied with a pump frequency f _p , characterized in that f "is equal to 2 / _s (direct current output signal). 8. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 5, deren Eingangskoppler ein Eingangssignal der Frequenz/_s und deren Vierpolelektrodensystem eine Pumpfrequenz/_p zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß f_p mindestens näherungsweise gleich 2/_s ist und der zwischen die beiden Elektroden des Auffangelektrodensystems geschaltete Aüsgangskreis von einem Resonanzkreis gebildet wird, der auf eine Frequenz f_t abgestimmt ist,wobei U = f_s + f_p oderfi = \f_s — f_p\ist.8. Cathode ray tube according to claim 5, the input coupler of which is an input signal of the frequency / _s and the four-pole electrode system of which is supplied with _{a pump frequency / p} , characterized in that f _{p is} at least approximately equal to 2 / _s and the output circuit connected between the two electrodes of the collecting electrode system is of a Resonant circuit is formed, which is tuned to a frequency f _t , where U = f _s + f _p or fi = \ f _s - f _p \ . in Betracht gezogene Druckschriften:
»Nachrichtentechnische Zeitschrift (NTZ)«,Considered publications:
"Telecommunications Journal (NTZ)", bruar 1959, S. 110 und 111;bruar 1959, pp. 110 and 111; »Electronics«, September 1958, S. 65 ff.;
»Proceedings IRE«, Oktober 1958, S. 1756 und"Electronics", September 1958, p. 65 ff .;
"Proceedings IRE", October 1958, p. 1756 and 1757.1757. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 599/301 6.65 © Bundesdruckerei Berlin509 599/301 6.65 © Bundesdruckerei Berlin