DE1297243B - Zyklotronwellen-Elektronenstrahlverstaerkerroehre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zyklotronwellen- stärkten Signalwelle am Ausgang in Erscheinung Elektronenstrahl verstärkerröhre mit einem Elektronen- zu treten.

Strahlerzeugungssystem am einen und einer Auffang- Es wurde festgestellt, daß die parametrische Ver-

elektrode am anderen Röhrenende, bei der die Auf- Stärkung häufig größeren Erfolg bietet, wenn sie durch modulation des zu verstärkenden Signals auf den 5 Wechselwirkung mit einer Zyklotronschwingung statt Elektronenstrahl in der für die Verstärkung maßgeb- einer Raumladungsschwingung erzielt wird. Bei Vorlichen Zyklotronwellenart (schnelle oder langsame richtungen, die von der Zyklotronschwingungs-Zyklotronwellen) in einem Elektronenstrahlabschnitt Wechselwirkung Gebrauch machen, ist der Kreis, erfolgt, ab dem der Elektronenstrahl hinsichtlich dieser welcher die Schwingungsenergie an den Strahl an-Zyklotronwellenart weitgehend frei von Rausch- io koppelt, so gestaltet, daß die mit den Schwingungen energie ist. verbundenen elektrischen Felder eine Komponente

Vorrichtungen mit Elektronenstrahl-Geschwindig- quer zur Strahlrichtung haben. Bei Vorhandensein keitsmodulation, wie z. B. die übliche Wander- eines magnetischen Längsfokussierungsfeldes bedingen feldröhre, haben sich für die Verstärkung von hoch- die resultierenden Transversalkräfte umlaufende frequenten, elektromagnetischen Schwingungen mit 15 Geschwindigkeitskomponenten der Strahlelektronen, recht hohem Wirkungsgrad und Stabilität bei einer wodurch die Strahlelektronen veranlaßt werden, im verhältnismäßig großen Frequenzbandbreite als ge- wesentlichen wendeiförmige Bahnen zurückzulegen, eignet erwiesen. Diesen Vorteilen gegenüber ist jedoch Die Phasenlagen aufeinanderfolgender, umlaufender das Rauschen nachteilig, das bei der Wechselwirkung Elektronen begrenzen bei ihrem Durchgang durch eine zwischen der Signalwelle und dem Elektronenstrahl ao feste, quer zum Strahl verlaufende Ebene eine auftritt. Zyklotronschwingung. Die Wechselwirkungsprinzipien,

Bei den üblichen Wanderfeldröhren wird die Ver- welche für Zyklotron-Schwingungsvorrichtungen gelstärkung der elektromagnetischen Signalwelle durch ten, sind analog den Prinzipien, die für Raumladungsdie Raumladungswellenmodulation eines Elektronen- Schwingungsvorrichtungen Gültigkeit haben. Strahls erreicht. Jede Raumladungswelle, welche dem 25 Man kann allgemein die Verstärkung durch Strahl eigen ist oder ihm durch Modulation auf- Elektronenstrahlwechselwirkung als das Ergebnis einer gezwungen wird, kann sich längs des Strahls mit einer aktiven Kopplung zwischen zwei Wellen auffassen, von wenigstens zwei Phasengeschwindigkeiten fort- von welchen die eine sich längs eines äußeren Verpflanzen: die größere, bei einer gegebenen Frequenz zögerungskreises fortpflanzt. In einer üblichen Wanderbestehende Geschwindigkeit liegt oberhalb der mitt- 30 feldröhre besteht eine Kopplung zwischen der Signalleren oder Gleichgeschwindigkeit des Strahls, während wellenenergie auf einem äußeren Verzögerungskreis die kleinere Geschwindigkeit unterhalb der Gleich- und der langsamen Signalschwingungsform des Strahls, geschwindigkeit des Strahls liegt. Die Schwingungs- Die Erregung der sich langsam fortpflanzenden Signalform, die einer Wellenfortpflanzung mit einer Ge- welle im Elektronenstrahl hat einen Verlust an schwindigkeit oberhalb des Strahls entspricht, soll im 35 Gleichstrom-Strahlenenergie zur Folge. Dieser Energiefolgenden allgemein als die schnelle Schwingungsform verlust tritt als Verstärkung der Signalwellen in Erbezeichnet werden, während diejenige Schwingungs- scheinung. Bei den meisten parametrischen Verstärkerform, die einer Wellenfortpflanzung mit einer Ge- röhren ist eine Pumpenergiequelle an den Strahl schwindigkeit unterhalb der Gleichgeschwindigkeit angekoppelt, wobei die Pumpfrequenz gewöhnlich entspricht, als die langsame Schwingungsform bezeich- 40 etwa der doppelten Signalfrequenz entspricht. Die net wird. Pumpfrequenz und die Signalfrequenz erzeugen eine un-

Eine herkömmliche Wanderfeldröhre bewirkt die tere Seitenband-Idlerfrequenz, welche gleich der Diffe-Verstärkung durch die bekannte Wechselwirkung renzzwischenderPumpfrequenzundderSignalfrequenz zwischen der elektromagnetischen Signalwelle und der ist. Unter bestimmten Bedingungen kann eine starke langsamen Schwingungsform des Elektronenstrahls. 45 aktive Kopplung zwischen der Signalwelle schneller Die langsame Schwingungsform, die eine Verstärkung Schwingungsform und der Idlerfrequenzwelle induziert zuläßt, ist insoweit nachteilig, als die Rauschleistung, werden, wobei die Energie für die Verstärkung der die sowohl bei der langsamen als auch bei exponentiell zunehmenden Schwingung letztlich von der schnellen Schwingungsform des Strahls vorhanden der Pumpquelle geliefert wird, ist, mit Hilfe üblicher Verfahren nicht entnommen 5° Durch Vergleich mit der üblichen Wanderfeldröhre werden kann. Dies beruht auf der ebenfalls bekannten wird klar, daß die parametrischen Verstärkerröhren Tatsache, daß die Energie der langsamen Schwingungs- allgemein nachteilig sind, weil eine zusätzliche HF-form kleiner als die Gleichstromleistung des Strahles Quelle erforderlich ist.

ist; das bedeutet, daß das Vorhandensein einer lang- Wie bereits ausgeführt wurde, kann Energie längs

samen Schwingungsform sich in einer Verringerung 55 eines Elektronenstrahls durch Längsgeschwindigkeitsder gesamten Strahlleistung äußert. modulation als Raumladungswelle oder durch

Einer der bedeutendsten Fortschritte, der in den Transversal-Geschwindigkeitsmodulation als Zykloletzten Jahren auf dem einschlägigen Gebiet erzielt tronwelle fortgeleitet werden. Darüber hinaus kann worden ist, besteht in der Erkenntnis, daß die Prin- dem Strahl Energie durch eine transversale Verzipien der parametrischen Verstärkung bei Elektronen- 60 lagerung von Elektronen aufmoduliert oder entstrahleinrichtungen Anwendung finden können, um nommen werden. Dies läßt sich an Hand der Strahleine Wechselwirkung mit der schnellen Schwingungs- Wellenbewegung analysieren; da die Geschwindigform des Strahls zu ermöglichen. Dieses Ergebnis ist keiten der Strahlelektronen aus ihrer kinetischen deshalb besonders bedeutsam, weil dadurch Rausch- Gleichstromenergie resultiert, pflanzen sich die mit leistung, die sich als schnelle Wellenform fortpflanzt, 65 ihnen verbundenen Wellen synchron mit der Elektronenin herkömmlicher Weise dem Strahl entnommen Strahlgleichgeschwindigkeit fort; sie werden deshalb werden kann; es ist daher theoretisch möglich, das synchrone Wellen genannt. Synchrone Wellen sind Strahlrauschen daran zu hindern, mit der ver- den Raumladungs- und den Zyklotronwellen insoweit

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analog, als sie sich aktiv mit elektromagnetischen kann die schnelle Zyklotron-Schwingungsform mittels Wellen koppeln und entweder durch Energiezufuhr einer bekannten Vorrichtung von ihrem Rauschen zum Strahl oder durch Energieabnahme vom Strahl befreit werden. Mit Hilfe der Erfindung kann diese erregt werden können. Im Sinne dieser Analogie rauschfreie schnelle Zyklotronwelle in die langsame sollen Synchronwellen, deren Energie kleiner als die 5 Synchron-Schwingungsform und danach in die lang-Gleichstromenergie des Strahles ist, als langsame same Zyklotron-Schwingungsform umgesetzt werden. Synchronwellen bezeichnet werden, während Synchron- Diese beiden Anwendungsfälle der Erfindung ermögwellen mit größerer Energie als die Gleichstrom- liehen die übliche Wechselwirkung mit der langsamen energie des Strahles als schnelle Synchronwellen Schwingungsform, wodurch die Notwendigkeit einer bezeichnet werden, und zwar ungeachtet der Tatsache, io Pumpenergie für die Verstärkung vermieden wird und daß sich alle Synchronwellen mit der gleichen Phasen- doch die durch geringes Rauschen ausgezeichneten geschwindigkeit fortpflanzen, nämlich der Elektronen- Eigenschaften erhalten werden, die sich bisher nur Strahlgleichgeschwindigkeit. durch parametrische Verstärkung erzielen ließen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Zwischen dem Elektronenstrahlerzeugungssystem

möglichst rauschfreie Elektronenstrahlverstärkerröhre 15 und dem Wechselwirkungsbereich kann ein Koppler zu schaffen, ohne die erläuterten Nachteile der be- vorgesehen sein, der parametrische Änderungen int kannten Röhren in Kauf nehmen zu müssen. Strahl erzeugt, wodurch ein Energieübergang zwischen

Die Erfindung geht dazu aus von einer Zyklotron- der Zyklotron-Schwingungsform und der Synchronwellen-Elektronenstrahlröhre der eingangs genannten Schwingungsform bewirkt wird.
Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ao Die Frequenz der parametrischen Änderungen kann ein Elektronenstrahl erzeugt wird, der wenigstens hin- im wesentlichen gleich der dem Strahl eigenen Zyklosichtlich einer der beiden Synchronwellenarten (schnelle tronfrequenz sein.

bzw. langsame Synchronwellen) oder hinsichtlich der Unter diesen Bedingungen läßt sich zeigen, daß ein

nicht für die Verstärkung maßgeblichen Zyklotron- periodischer Energieaustausch zwischen der Zyklotronwellenart weitgehend frei von Rauschenergie ist, daß 25 Schwingungsform und der Synchron-Schwingungsform vor dem Elektronenstrahlabschnitt, in dem die Auf- stattfindet. Dieser Energieaustausch zwischen Schwinmodulation des zu verstärkenden Signals auf den gungsformen vorbestimmter Frequenz ist dem bekann-Elektronenstrahl erfolgt, wenigstens ein Koppler vor- ten Kompfnerdip-Phänomen analog. Die Länge L des gesehen ist, der im Elektronenstrahlbereich ein elek- Kopplers längs des Strahlweges kann im wesentlichen trisches Vierpolfeld erzeugt, das eine Übertragung 30 durch die Beziehung festgelegt werden
(Umwandlung) von Synchronwellenenergie in Zyklotronwellenenergie und umgekehrt ermöglicht, und daß j_, — ' ~ 1) _ π U₀B
der (die) Koppler so ausgelegt und betrieben ist (sind), 2 | grad Eb |
daß das (jeweilige) elektrische Vierpolfeld im wesentlichen der Beziehung 35 worin |grad Eb\ den Gradienten des elektrischen _ω _ β . _u — _ω Feldes in der Röhrenachse, B die Flußdichte des ^{v v} ° ^c magnetischen Längsfeldes und η eine positive ganze genügt (a>p oder ß_p kann dabei insbesondere auch Zahl bedeutet. Wenn der Strahl den Koppler mit der Null sein) und jene Wellenart des Elektronenstrahls, Länge L verläßt, wird sich die gesamte Strahlenergie, die weitgehend frei von Rauschenergie ist, in die für 40 die sich vorher in einer besonderen Zyklotrondie Verstärkung maßgebliche Zyklotronwellenart um- Schwingungsform fortpflanzte, in einer vorbestimmten gewandelt wird; ω_ν = Kreisfrequenz der seitlichen Synchron-Schwingungsform fortpflanzen, und umWechsel des Vierpolfelds (Pumpkreisfrequenz), ß_p = gekehrt.

Phasenkonstante bezüglich der räumlichen Wechsel Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung

des Vierpolfeldes in Elektronenstrahlrichtung, u₀ = 45 kann dieser Koppler längs des Strahls ein elektrisches Gleichgeschwindigkeit des Elektronenstrahls und Vierpolfeld erzeugen, welches zeitlich mit einer höheren ω_β = Zyklotronkreisfrequenz. Frequenz wechselt, als es der Frequenz jeder der

Es wurde gefunden, daß unter gewissen Bedingungen beiden im Energieaustausch stehenden Schwingungs-Strahlenenergie, die sich als Zyklotron-Schwingungs- formen entspricht. Dieser Kopplertyp soll im folgenden form fortpflanzt, in Energie der synchronen Schwin- 50 »Hochfrequenzkoppler« bezeichnet werden. Es läßt gungsform umgewandelt werden kann, und umgekehrt. sich zeigen, daß ein Hochfrequenzkoppler eine Wie nachfolgend erläutert, gibt es verschiedene Wege, Energieumsetzung zwischen der schnellen Zyklotrondie eine nutzbringende Anwendung dieser Erscheinung Schwingungsform und der langsamen Synchronermöglichen, um einen Betrieb mit geringerem Schwingungsform sowie zwischen der schnellen Rauschen zu erzielen, als es auf andere Weise erzielbar 55 Synchron-Schwingungsform und der langsamen ist. Es läßt sich beispielsweise zeigen, daß eine im Zyklotron-Schwingungsform bewirken kann,
wesentlichen rauschfreie synchrone Schwingungsform Bei bestimmten anderen Ausführungsformen der

erzeugt werden kann, indem man an die Kathode Erfindung kann der Koppler längs des Strahls ein ein schwaches Magnetfeld legt. Die technischen Ver- elektrisches Vierpolfeld erzeugen, das zeitlich mit fahren für eine Wechselwirkung der synchronen 60 einer niedrigeren Frequenz wechselt, als es der Schwingungsform sind jedoch heute noch nicht so Frequenz einer oder beider der im Energieaustausch weit entwickelt, daß eine solche Wechselwirkung stets stehenden Schwingungsformen entspricht. Dieser möglich ist. Mit Hilfe der Erfindung kann die Rausch- Kopplertyp soll im folgenden »Niederfrequenzkoppler« freiheit der langsamen Synchron-Schwingungsform in bezeichnet werden. Es läßt sich zeigen, daß ein die langsame Zyklotron-Schwingungsform umgesetzt 65 Niederfrequenzkoppler eine Energieumsetzung zwiwerden; eine Wechselwirkung mit der langsamen sehen der schnellen Zyklotron-Schwingungsform und Zyklotron-Schwingungsform kann mittels üblicher der schnellen Synchron-Schwingungsform sowie zwi-Verfahren erzielt werden. Nach einem anderen Beispiel sehen der langsamen Zyklotron-Schwingungsform und

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der langsamen Synchron-Schwingungsform bewirken sind in bekannter Weise vorgespannt. Mit Hilfe eines kann. Ein elektrostatischer Koppler kann diesem Magneten 19, der längs der gesamten Vorrichtung 10 Erfordernis Rechnung tragen, da es dann keine zeit- ein Magnetfeld in der Pfeilrichtung B erzeugt, wird veränderliche Komponente gibt; die auf dem Strahl der Strahl fokussiert und dadurch zusammengeschnürt, erzeugten parametrischen Änderungen ergeben sich 5 so daß er nicht auf den Kolben 13 auftrifft, allein aus den räumlichen Wechseln des elektrischen Eine elektromagnetische Signalwelle von der Signal-Feldes, quelle 21 wird mittels eines Verzögerungskreises 22 Bei einer beispielsweisen Ausführungsform nach der in Wechselwirkung mit der langsamen Zyklotron-Erfindung sind zwischen dem Elektronenstrahl- Schwingungsform des Elektronenstrahls fortgeleitet, erzeugungssystem und einem üblichen Wechsel- io Der Verzögerungskreis 22 wird in der η = —1 Wirkungskreis folgende Einrichtungen in axialer Aus- Schwingungsform erregt, so daß die hochfrequenten richtung angeordnet: Eine Einrichtung zur Beseitigung elektrischen Felder E der Signalwelle im wesentlichen des mit einer schnellen Zyklotron-Schwingungsform quer zur Richtung des Magnetfeldes B verlaufen, verbundenen Rauschens, ein Hochfrequenzkoppler F i g. 2 ist eine perspektivische Darstellung der und ein Niederfrequenzkoppler. Die die Rausch- 15 Wendel 22 und soll die Form der in Wechselwirkung beseitigung bewirkende Einrichtung entzieht dem tretenden transversalen elektrischen Felder E zeigen, Strahl das Rauschen der sich in Signalfrequenz bereits welche bei der Erregung in der η = — 1 Schwingungsschnell fortpflanzenden Zyklotronwellen, um im Strahl form entstehen. Wenn Elektronen in einem Magneteine im wesentlichen rauschfreie, schnelle Zyklotron- feld Kräften ausgesetzt werden, die quer zu dem Signal-Schwingungsform erzeugen zu können. ao Magnetfeld verlaufen, so führen sie eine Umlauf-Der Hochfrequenzkoppler bewirkt die Umsetzung bewegung mit einer Kreisfrequenz, der sogenannten der schnellen Zyklotron-Schwingungsform in die lang- Zyklotronfrequenz aus, welche der Stärke des Magnetsame Synchron-Schwingungsform, so daß die lang- feldes proportional ist. Die auf den Elektronenstrahl same Synchron-Schwingungsform des den Hoch- wirkenden transversalen Kräfte, die sich aus den elekfrequenzkoppler verlassenden Strahls im wesentlichen 25 irischen Feldern E ergeben, erzeugen daher im Strahl rauschfrei ist. Danach bewirkt der Niederfrequenz- transversale Geschwindigkeitsmodulationen, die zu koppler die Umsetzung von der langsamen Synchron- der Zyklotronwelle führen. Die Phasengeschwindigkeit Schwingungsform in die langsame Zyklotron- und die Polarisation der Signalwelle, welche sich auf Schwingungsform, so daß der Strahl mit einer im dem Kreis 22 fortpflanzt, sind so eingestellt, daß die wesentlichen rauschfreien, langsamen Zyklotron- 30 im Elektronenstrahl erregte Zyklotronwelle eine Schwingungsform in den Wechselwirkungsbereich ge- Phasengeschwindigkeit besitzt, welche kleiner ist als langt. Die Signalwelle kann dann auf übliche Weise die Gleichgeschwindigkeit des Strahles. Die Erregung mit der langsamen Zyklotron-Schwingungsform in einer langsamen Zyklotronwelle mit der Signalfrequenz Wechselwirkung treten, um eine im wesentlichen führt zu einer Umwandlung kinetischer Gleichstromrauschfreie Verstärkung zu erzeugen. 35 Strahlenergie in Signalfrequenzenergie; die gekop-Die Erfindung soll nachfolgend in Verbindung mit pelte Signalwelle wächst daher in bekannter Weise der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt exponentiell mit der Entfernung. Nach der Ver-F i g. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in Stärkung wird die Signalwelle der Röhre 10 ent-Schnittdarstellung, nommen und einem Verbraucher 23 zugeleitet.

F i g. 2 die perspektivische Darstellung des bei der 40 Ein ernsthaftes Hindernis zur Erzielung einer wirk-Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Wechsel- samen Verstärkung von Signalwellen durch Wechselwirkungskreises für die langsamen Zyklotronwellen, wirkung mit der langsamen Zyklotron-Schwingungs-F i g. 3 eine schematische Darstellung der Massen- form ist das Rauschen, also die Störmodulationen des Schwerpunkte von vier beispielsweisen Elektronen- Strahls, welche bei jedem Elektronenstrahl auftreten, strahlen, welche in der Vorrichtung nach Fig. 1 45 Bevor darauf eingegangen wird, wie die nachteiligen erzeugt werden können, Wirkungen eines solchen Rauschens im wesentlichen F i g. 4 die perspektivische Darstellung des Nie- ausgeschaltet werden können, erscheint eine mehr ins derfrequenz-Vierpolkopplers der Vorrichtung nach einzelne gehende Besprechung der Strahlmodulation Fig. 1, zweckdienlich.

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung des Hoch- 50 Allgemein gibt es drei Schwingungstypen, welche in

frequenz-Vierpolkopplers der Vorrichtung nach einem Strahl (durch drei Modulationsarten) erregt

Fig. 1, werden können:

F i g. 6 und 7 schematische Darstellungen möglicher Bahnen des Elektronenstrahl-Massenschwer- 1· Raumladungsschwingungen; sie werden durch Punktes bei der Vorrichtung nach F i g. 1, 55 Längsgeschwindigkeitsmodulation der Elektronen

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform der Erfin- ^des Strahls erzeugt;

dung in Schnittdarstellung 2. Zyklotronschwingungen; sie werden durch Trans-

Die in Fig I beispielsweise dargestellte Aus- ^^geschwindigkeitsmodulation der Elektronen

fuhrungsform der Erfindung besteht aus einer erzeugt*

Elektronenstrahlverstärkerröhre 10 mit einem Elek- 60 ^B '

tronenstrahlerzeugungssystem 11 und einer Auffang- 3. Synchronschwingungen; sie werden durch trans-

elektrode 12, die an entgegengesetzten Enden eines versale Verlagerungsmodulation der Elektronen

evakuierten Kolbens 13 angeordnet sind. Das Elek- erzeugt, tronenstrahlerzeugungssystem 11 besitzt eine Kathode

15, eine Fokussierungselektrode 16 und eine Beschleu- 65 Da Raumladungsschwingungen bei dem Betrieb der

nigungselektrode 17, welche so zusammenwirken, daß erfindungsgemäßen Vorrichtung nur untergeordnete

sie einen an der Sammelelektrode 12 endenden Wirkungen zweiter oder dritter Ordnung erzeugen,

Elektronenstrahl bilden. Die verschiedenen Elektroden sollen sie nicht näher besprochen werden.

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F i g. 3 veranschaulicht die Natur von Zyklotron- Hochfrequenz-Vierpolkoppler 31 und ein Nieder- und Synchronschwingungen. Es sind die Massenschwer- frequenz-Vierpolkoppler 30 angeordnet. Wenn der punkte 25, 26, 27 und 28 von vier beispielsweisen Strahl durch den Koppler 29 hindurchgeht, werden Elektronenstrahlen gezeigt, welche bei der Vorrichtung das Rauschen der schnellen Zyklotron-Schwingungsnach F i g. 1 erzeugt werden können. Der Schnitt- 5 form in elektromagnetische Schwingungen umgewanpunkt der Koordinaten χ und y gibt die Mittelachse delt, wie dies an sich bekannt ist, und zu einer Impeder Vorrichtung (Röhrenachse) an. Die Richtung des danz 33 geleitet, in welcher sie absorbiert werden. Der Strahls und die Richtung des Magnetfeldes B verlaufen Strahl ist daher bei seinem Eintritt in den Hochsenkrecht zur Papierebene. frequenzkoppler 31 im wesentlichen rauschfrei bezüg-

lo lieh der schnellen Signal-Zyklotron-Schwingungsform.

1. Ein vollkommen unmodulierter Strahl (und dem- Der Zweck des Hochfrequenz-Vierpolkopplers 31 gemäß auch ein rauschfreier Strahl) weist keine bestehtdarinjdenEnergiegehaltderschnellenZyklotrontransversale Geschwindigkeits- oder Verlagerungs- Schwingungsform auf die langsame Synchronmodulation auf. Der Massenschwerpunkt 25 eines Schwingungsform zu übertragen, und umgekehrt den solchen Strahls fällt daher mit der Achse der »5 Energiegehalt der langsamen Synchron-Schwingungs-Röhre zusammen; form an die schnelle Zyklotron-Schwingungsform zu

2. ein Strahl, welcher eine transversalte Geschwindig- übertragen. Der Mechanismus für diese Übertragung keitsmodulation.d.h.eineZyklotron-Schwingungs- wird noch näher besprochen werden. Da wegen der modulation, aber keine Verlagerungsmodulation vorgeschalteten Einrichtung 29 die Rauschenergie, erhalten hat, wird in jedem Querschnitt einen »o welche von der schnellen Zyklotron-Schwingungsform Massenschwerpunkt 26 aufweisen, der mit Zyklo- auf die langsame Synchron-Schwingungsform übertronfrequenz um die Röhrenachse umläuft; tragen wird, im wesentlichen Null ist, tritt der Strahl

3. ein Strahl, welcher eine transversale Verlagerungs- in den Niederfrequenz-Vierpolkoppler 30 mit einer modulation, d.h. eine Synchron-Schwingungs- schon weitgehend rauschfreien, langsamen Synchronmodulation erhalten hat, wird in jedem Quer- «5 Schwingungsform ein.

schnitt einen Massenschwerpunkt 27 aufweisen, Der Zweck des Niederfrequenzkopplers 30 besteht

der gegenüber der Röhrenachse verlagert ist, darin, den Energiegehalt der langsamen Synchron-

aber nicht umläuft; Schwingungsform auf die langsame Zyklotron-

4. ein Strahl, welcher sowohl in der Zyklotron- Schwingungsform zu übertragen und umgekehrt, so Schwingungsform als auch in der Synchron- 50 saß beim Eintritt des Strahls in den Wechselwirkungs-Schwingungsform moduliert ist, wird einen bereich bei 22 die langsame Zyklotron-Schwingungs-Massenschwerpunkt 28 haben, der um irgendeinen form im wesentlichen rauschfrei ist. Die Signalenergie, Punkt rotiert, der gegenüber der Röhrenachse welche von der Quelle 21 in den Verzögerungskreis 22 verlagert ist. gelangt, kann dann mit der langsamen Zyklotron-

35 Schwingungsform in Wechselwirkung treten, wie dies

Ein nichtmodulierter Strahl mit einem Massen- weiter oben beschrieben worden ist; am Ausgang wird Schwerpunkt 25 kann dadurch moduliert werden, daß im wesentlichen kein Strahlrauschen in Verbindung man entweder dem Strahl Energie entnimmt oder zu- mit der verstärkten Welle in Erscheinung treten. fügt; im ersten Fall wird eine langsame Schwingung Der Niederfrequenzkoppler und der Hochfrequenzerzeugt, im zweiten Fall eine schnelle Schwingung. 40 koppler sind in perspektivischer Darstellung in den Wenn sich ein Beobachter in der Strahlrichtung mit F i g. 4 und 5 veranschaulicht Der Niederfrequenzder Gleichgeschwindigkeit des Strahls bewegt, so beob- Vierpolkoppler 30 besteht aus einer Reihe von jeweils achtet er, daß eine Zyklotronschwingung eine Rotation in einer Ebene liegenden Vierpolen 34, die von der der Strahlmittelachse mit Zyklotronfrequenz erzeugt, Gleichstromquelle 35 vorgespannt sind, um längs des wohingegen der Strahl als stationär erscheint, wenn 45 Strahles ein elektrostatisches Feld zu erzeugen, das eine Synchron-Schwingungsform erregt wird. Wenn räumlich sowohl in Längsrichtung als auch in Umder Beobachter feststeht, so entsteht der Eindruck, fangsrichtung des Strahles wechselt, aber keine zeitlich daß der Massenschwerpunkt des Strahls entweder im wechselnde Komponente aufweist. Der Hochfrequenz-Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn mit Vierpolkoppler 31 wird mittels Pumpfrequenzenergie einer Geschwindigkeit umläuft, die der Signalfrequenz 50 der Quelle 37 in der JE-Schwingungsform in der Weise entspricht. Die mit Bezug auf die Richtung des erregt, daß das elektrische Feld, welches von den an Gleichmagnetfeldes im Uhrzeigersinn erfolgende den Polen 38 auftretenden Hochfrequenzströmen Rotation entspricht entweder einer schnellen Zyklotron- erzeugt wird, zeitlich rotiert. Wie später noch näher schwingungodereiner langsamen Synchronschwingung. ausgeführt werden soll, ist die Pumpfrequenz im Die entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Rotation 55 wesentlichen gleich der Zyklotronfrequenz, welche entspricht einer langsamen Zyklotronschwingung oder ihrerseits höher ist als die Signalfrequenz. Der Untereiner schnellen Synchronschwingung. Die Rotations- schied zwischen den erfindungsgemäß vorgesehenen richtungen entsprechen dem Richtungssinn der trans- Kopplern für die Energieübertragung und den beversalen Feldpolarisation, die erforderlich ist, um die kannten Kopplern für die Erzeugung einer paraentsprechenden Wellen mittels eines Kopplers zu er- 60 metrischen Verstärkung ergeben sich aus einer Beregen. Für eine gegebene Polarisation findet eine trachtung der allgemeinen Bedingungen, die für die Kopplung zwischen einer elektromagnetischen Welle parametrische Verstärkung erforderlich sind, und der Strahlschwingung statt, wenn deren Phasen- Die beiden allgemeinen Bedingungen für die para-

geschwindigkeit einander nahe kommt. metrische Verstärkung sind wie folgt:

Gemäß F i g. 1 ist axial hintereinander zwischen 65 co< = ω — ω (1)

dem Strahlerzeugungssystem 11 und dem Verzöge- „ _ „^p *' ...

rungskreis 22 eine Einrichtung 29 zur Auskopplung P* ~ P? ~ "* > vA)

der schnellen Rausch-Zyklotronschwingungen, ein worin ω_Ρ die Pumpkreisfrequenz, a>_s die Signalkreis-

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frequenz, ß_p die Phasenkonstante der Pumpwelle, beträgt, wie dies gemäß Gleichung (3) bei der para- ß_s die Phasenkonstante der Signalwelle, ω% eine Idler- metrischen Verstärkung der Fall ist. Demgemäß ist kreisfrequenz, die sich aus dem Pumpvorgang ergibt, in dem Hochfrequenzkoppler nach F i g. 5 die PumpundjSj die Phasenkonstante der Leerlauf welle bedeuten. frequenz gleich der Zyklotronfrequenz, da ß_p gleich Wenn diese Bedingungen bei Zyklotron-Schwingungs- 5 Null ist. In dem elektrostatischen Koppler nach vorrichtungen Anwendung finden, wobei die Signal- F i g. 4 ist die Größe (— ß_pu₀) gleich der Zyklotronschwingung und die Idlerschwingung Zyklotron- Kreisfrequenz, weil ω_ρ Null ist. Aus F i g. 4 ergibt schwingungen sind, deren Phasenkonstanten sich, daß eine räumliche Wellenlänge des elektro-

ßs = (ω, -Wc)[U₀ und ß_t = (O)₄-O)₀)K statischen Feldes gleich dem doppelten Abstand*i

^r ' ^r ' ίο zwischen benachbarten Vierpolen ist. Zur Erfüllung

betragen, so führen sie zu dem bekannten Ausdruck: der Gleichung (6) ist daher der Abstand d etwa ω — β u = 2 o> (3) gleich dem Weg, den der Strahl während einer halben

^ ^c' Zyklotrondrehung zurücklegt. Es sei bemerkt, daß

worin u₀ die Gleichgeschwindigkeit des Elektronen- die Koppler nach F i g. 4 und 5 nur als Beispiele Strahls und co_c die Zyklotronkreisfrequenz bedeutet. 15 für verschiedene Ausführungsformen dienen sollen, Es ist zu bemerken, daß in den Gleichungen (1) bis (3) die verfügbar sind, um ein elektrisches Vierpolfeld die Signal-, die Idler- und die Pumpfrequenzen sowie zu erzeugen, das die erwünschte zeitliche und/oder die Phasenkonstanten entweder positive oder nega- räumliche Änderung aufweist.

tive Werte annehmen können, je nach der Richtung Wie oben bereits ausgeführt wurde, überträgt jeder

der Polarisation. Positive Frequenzwerte beziehen ao Vierpolkoppler, welcher die Gleichung (6) erfüllt, sich auf die schnellen Schwingungsformen und nega- Energie zwischen der Zyklotron- und der Synchrontive Frequenzwerte auf die langsamen Schwingungs- Schwingungsform. Eine Darstellung dieser Überformen. Die Gleichung (3) gibt nicht nur die grund- tragung ist in F i g. 6 wiedergegeben. Es sei angelegende Bedingung für die parametrische Verstärkung nommen, daß der Strahl nach Eintritt in den Koppder Zyklotron-Schwingungsform an, sondern läßt 25 ler 30 (F i g. 1) keine Modulation der Zyklotronzugleich erkennen, daß die für eine solche Verstärkung Schwingungsform aufweist, sondern nur eine Synchronerforderlichen parametrischen Änderungen lediglich Schwingungsformmodulation besitzt, die in einem zeitlich wechselnd, lediglich räumlich wechselnd oder vorgegebenen Querschnitt durch die Verlagerung des eine Kombination von beiden sein können. Bei einem Massenschwerpunktes 40 aus der Röhrenachse verelektrostatischen Koppler von der in F i g. 4 gezeig- 30 anschaulicht ist. Es läßt sich zeigen, daß, wenn der ten Art ist die elektrodynamische Komponente ω_ρ Elektronenstrahl den Koppler so durchläuft, der gleich Null, während die räumlich wechselnde Korn- Massenschwerpunkt 40 zu rotieren beginnt, und daß ponente ß_Pu₀ irgendeinen endlichen Wert hat (ß_p ist sich der Drehungsmittelpunkt in Richtung zur Mitteidie Zahl von Bogeneinheiten der Rotation des elek- achse der Röhre zu bewegen beginnt. Der Massentrischen Feldes pro Längeneinheit). Bei einem elektro- 35 schwerpunkt beschreibt so eine Bahn 41. Es läßt dynamischen Koppler von der in Fig. 5 gezeigten sich weiterhin zeigen, daß der Umlaufradius des Art ist die Phasengeschwindigkeit der Pumpwelle un- Strahls zeitlich sinusförmig größer wird, so daß die endlich und ß_p demgemäß gleich Null; die para- Drehung des Massenschwerpunktes um die Röhrenmetrischen Änderungen ergeben sich lediglich aus achse mit einem Radius, der gleich der ursprüngder elektrodynamischen Komponente ω_ρ. Wenn ein 40 liehen Verlagerang ist, eine vollständige Übertragung Verzögerungskreis mit verteilten Parametern (BeIe- von Synchron-Schwingungsenergie in Zyklotrongungen) für die Fortpflanzung der hochfrequenten Schwingungsenergie darstellt. Wenn zu diesem Zeit-Pumpenergie benutzt wird, wie z. B. der Verzöge- punkt der Strahl den Koppler 30 verläßt, ist die rungskreis der Fig. 2, so sind sowohl die räumlich Synchron-Schwingungsenergie einer gegebenen Frewechselnde als auch die zeitlich wechselnde elektrische 45 quenz vollständig in die Zyklotron-Schwingungsener-Feldkomponente vorhanden. gie einer Frequenz umgewandelt, die durch Glei-

Es wurde gefunden, daß eine sinusförmige Energie- chung (4) bestimmt ist.

übertragung zwischen den Zyklotron- und Synchron- Wenn andererseits der Koppler sich so weit

Schwingungsformen unter im wesentlichen den fol- erstreckt, daß der Strahl weiterhin die vorgenannten

genden Bedingungen bewirkt werden kann: so parametrischen Änderungen erfährt, so setzt sich

_ ... die Übertragung zwischen den Schwingungsformen

(Oi — (W₃, + o)_i5 (4) sinusartig fort. In diesem Fall beschreibt dann der

ßi — ß_p + ß_s , (5) Massenschwerpunkt die Bahn 42, bis eventuell die

gesamte Zyklotron-Schwingungsenergie auf die Syn-

wobei o)_s sich auf die Signalfrequenz in der Synchron- 55 chron-Schwingungsform zurückübertragen ist. Es ist Schwingungsform mit der Phasenkonstanten oi_sju₀ hieraus ersichtlich, daß der Koppler 30 eine etwa und o)j sich auf die Idlerfrequenz in der Zyklotron- vorbestimmte Länge haben muß, so daß die para-Schwingungsform beziehen. Auch hier gehören die metrischen Änderungen in einer Entfernung aufpositiven Frequenzwerte zu der schnellen und die hören, innerhalb welcher eine vollständige Übernegativen zu der langsamen Schwingungsform. Die 60 tragung der Energie der (schnellen) Zyklotron-Verbindung der Gleichungen (4) und (5) führt zu Schwingungsform auf die langsame Synchron-Schwinder folgenden Beziehung: gungsform bewirkt worden ist. Es kann gezeigt

_m /? „ _,,, if,\ werden, daß die Länge L des Vierpols 30 gemäß

O)j) — pp U₀ — COc · (P) τ->· a · ii· t_ j 1. j· * 1 λ ι~*λ -

F ι g. 4 im wesentlichen durch die folgende Glei-Es ist zu beachten, daß die Frequenz der para- 65 chung festgelegt ist: metrischen Änderungen bei den erfindungsgemäß

benutzten Kopplern nur gleich der Zyklotronfrequenz £, _ (^{2 w} ~ ¹ J . ^{π u}o^B ^ ^

ist und nicht das Zweifache der Zyklotronfrequenz 2 | grad jE¹» |

worin η eine positive ganze Zahl, | grad Et, \ den Gradienten des elektrischen Feldes in der Röhrenachse und B die Flußdichte des magnetischen Längsfeldes bedeutet. Der Gradient des elektrischen Feldes in den Vierpolkopplern gemäß F i g. 4 und 5 ergibt sich aus der Beziehung

worin V_Q das Gleich- oder Hochfrequenzpotential, welches an den Koppler zwischen positiven und negativen Polen angelegt ist, und A den kürzesten Abstand zwischen dem Koppler und der Mittelachse (Röhrenachse) bedeutet.

F i g. 7 ist aufgenommen worden, um die Übertragung zwischen Schwingungsformen eines Strahls mit dem Massenschwerpunkt 43 zu zeigen, der in den Koppler 30 sowohl mit Synchron-Schwingungsenergie, die durch die Verlagerung Sx₁ veranschaulicht ist, als auch mit Zyklotron-Schwingungsenergie, die durch den Umlauf radius r₂ veranschaulicht ist, eintritt. Wenn der Strahl durch den Koppler hindurchgeht, so beschreibt sein Massenschwerpunkt eine Bahn 44; nach einer vollen sinusförmigen Übertragung ist die ursprüngliche Synchron-Schwingungsenergie in Zyklotron-Schwingungsenergie umgewandelt, die durch den Umlaufradius T₁ veranschaulicht ist, während die ursprüngliche Zyklotron-Schwingungsenergie als Synchron-Schwingungsenergie erscheint, die durch die Verlagerung <5x₂ veranschaulicht ist. Es läßt sich zeigen, daß Ox₁ gleich T₁ ist, und daß c5x₂ gleich r₂ ist.

Die F i g. 6 und 7 veranschaulichen die Schwingungsformübertragungen, die mittels des Niederfrequenzkopplers 30 bewirkt werden; für den Hochfrequenz- Vierpolkoppler 31 der F i g. 5 gilt das entsprechende. Wie schon oben ausgeführt wurde, erfolgt in F i g. 1 die Übertragung in dem Niederfrequenzkoppler zwischen der langsamen Synchron-Schwingungsform und der langsamen Zyklotron-Schwingungsform, während die Übertragung in dem elektrodynamischen Hochfrequenzkoppler zwischen der schnellen Zyklotron-Wellenform und der langsamen Synchron-Schwingungsform stattfindet. Der Grund für diesen Unterschied liegt in der Tatsache, daß der elektrodynamische Koppler fähig ist, Energie dem Elektronenstrahl zuzuführen oder ihm Energie zu entnehmen. Es ist daher rnöglich, mit Hilfe eines Hochfrequenzkopplers die positive Energie einer schnellen Schwingung in die negative Energie einer langsamen Schwingung umzuwandeln; bei einem elektrostatischen Koppler muß die Energie einer langsamen Schwingungsform in der gleichen Schwingungsform verbleiben.

Es soll beispielsweise der Strahl nach F i g. 7 bei seinem Eintritt in den elektrostatischen Koppler 30 betrachtet werden. Wenn der ursprüngliche Umlaufradius r₂ das Ergebnis der Modulation mit einer

as schnellen Zyklotronschwingung ist, so wird die Verlagerung <5jc₂ nach der Energieübertragung die Modulation mit einer schnellen Synchronschwingung darstellen. Wenn die ursprüngliche Verlagerung Sx₁ eine schnelle Synchronschwingung darstellt, so wird der Radius T₁ in gleicher Weise eine schnelle Zyklotronschwingung darstellen. Wenn andererseits der Strahl nach F i g. 7 durch den elektrodynamischen Koppler 31 hindurchgeht und wenn Ox₁ die Modulation mit einer schnellen Synchronschwingung darstellt, dann wird r_x die Energie darstellen, welche sich in der langsamenZyklotron-Schwingungsf orm fortpflanzt.

Die Tabelle zeigt eine Zusammenfassung
lung mittels Vierpolfeldern stattfinden können.

der Wechselwirkungen, welche durch parametrische Kopp-

	1. Kopplung	2. Räumliche Abhängigkeit	3. Pumperfordernis	Pumpfrequenz	5. Kl < I ω, I und
				4. |o>, > to,| und	Iω,Ι <|ω,|
	Aktiv	Exponentiell	(Op — ßpU0 — 2(Oc	|e>,|> Nl	Schnelle
1. Parametrische				Schnelle	Zyklotron
Verstärkung	(Unteres	(Verstärkung)	[vgl.Gleichung(3)]	Zyklotron	Langsame
(nur zum Ver	Seitenband)			Schnelle	Zyklotron
gleich auf				Zyklotron
genommen	(Ot = COp — (O8
worden)				Langsame
	ßi= ßp — ßs			Zyklotron
				Langsame
	Passiv			Zyklotron	Niederfrequenz-
2. Schwingungs				Hochfrequenz	koppler:
formüber	(Oberes			koppler:	Schnelle
tragung	Seitenband)			Schnelle	Zyklotron
		Sinusförmig	(Op — /Sj)M0 = ft>c	Zyklotron	Schnelle
				Langsame	Synchron
	Wi = (Op + ω,	(Kompfner-Dip)	[vgl.Gleichung(6)]	Synchron	Langsame
				Langsame	Zyklotron
	ßi = ßp+ ßs			Zyklotron	Langsame
				Schnelle	Synchron
			Synchron

Claims (7)

13 14

Die Zeile 1 gibt die Bedingungen an, die für para- Der Niederfrequenz-Vierpolkoppler 30 arbeitet in

metrische Verstärkung erforderlich sind; diese Zeile der oben beschriebenen Weise, um Energie zwischen

ist lediglich zum Zwecke des Vergleichs aufgenommen der Synchron- und der Zyklotron-Schwingungsform

worden. Die Zeile 2 gibt rechts außen (Spalten 4 zu übertragen. Aus Zeile 2, Spalte 5 der Tabelle

und 5) die Schwingungsf ormübertragung an, welche 5 geht hervor, daß der Koppler Energie von der schnel-

in dem Hochfrequenzkoppler stattfindet, wobei die len Synchron-Schwingungsform auf die schnelle Zyklo-

elektrodynamische Pumpkreisfrequenz | m_p \ höher tron-Schwingungsform überträgt und ebenso von

ist als die Signalkreisfrequenz | a>_s [ und höher als der langsamen Synchron-Schwingungsform auf die

die Idlerkreisfrequenz [ ωι | (Spalte 4) sowie die langsame Zyklotron-Schwingungsform. Infolgedessen

Schwingungsformübertragung in dem Niederfrequenz- io sind sowohl die langsamen als auch die schnellen

koppler, wobei die elektrodynamische Pumpkreis- Zyklotron-Schwingungsformen im wesentlichen rausch-

frequenz | ω_ν \ sowohl niedriger ist als die Signal- frei, wenn der Strahl den elektrostatischen Koppler 30

kreisfrequenz [ ω₉ | als auch niedriger ist als die verläßt; es ist daher nicht nötig, die schnelle Zyklo-

Idlerkreisfrequenz [ ait | (Spalte 5), wie beispielsweise tron-Schwingungsform vom Rauschen zu befreien.

in dem elektrostatischen Koppler 30, bei dem die 15 Die Tatsache, daß die Idler-Schwingung eine lang-

Pumpfrequenz ω_ν gleich Null ist. Wie sich aus der same Zyklotronschwingung ist, hat keine nachteilige

Tabelle ergibt, bewirken Vierpolkoppler, die bei der Folge, weil die langsame Zyklotron-Schwingungsform

Zyklotronfrequenz parametrische Veränderungen er- ebenfalls im wesentlichen rauschfrei ist.

zeugen, eine Energieübertragung sowohl hinsichtlich Es ist bereits gesagt worden, daß die besprochene,

der schnellen als auch der langsamen Zyklotron- 20 in der Vierpolanordnung erfolgende parametrische

und Synchron-Schwingungsformen. Es gibt daher Verstärkung als das Ergebnis einer aktiven Kopplung

eine Anzahl brauchbarer Kombinationen von Hoch- zwischen der Signalwelle und der unteren Seitenband-

frequenz- und Niederfrequenz-Vierpolkopplern, die Idlerwelle angesehen werden kann (vgl. dazu Zeile 1,

je nach dem gewünschten Ergebnis Verwendung Spalte 1 der Tabelle). In entsprechender Weise kann

finden können. 35 eine Schwingungsformübertragung als das Ergebnis

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung einer passiven Kopplung zwischen der Signalfrequenzist in F i g. 8 wiedergegeben. Die Röhre nach F i g. 8 welle von einer Schwingungsform und einer oberen enthält viele der Konstruktionselemente, die bei der Seitenbandfrequenzwelle einer anderen Schwingungs-Röhre 10 nach F i g. 1 benutzt worden sind und für form betrachtet werden (vgl. dazu Zeile 2, Spalte 1 welche die Bezeichnungen wie in F i g. 1 beibehalten 30 der Tabelle). Demgemäß kann bei dem elektrowurden. Der Eingangsresonator 46 koppelt die Signal- dynamischen Koppler nach F i g. 5 die Energieüberenergie von der Quelle 21 an die schnelle Zyklotron- tragung als das Ergebnis einer passiven Kopplung Schwingungsform des Strahls; dadurch wird das zwischen jeder Synchronwelle von der Frequenz co_s Signal veranlaßt, längs des Strahls zu verlaufen, und und einer Idler-Zyklotronwelle von der Frequenz mi zwar als schnelle Zyklotronschwingung. Über eine 35 betrachtet werden, wobei oh durch die Gleichung (4) Teillänge der Röhre erstreckt sich eine Vielzahl bestimmt ist.

elektrostatischer Vierpole 48, welche die kinetische Aus der vorstehenden Erläuterung ist erkennbar, Gleichstrom-Strahlenergie in Energie der schnellen daß die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen Signal-Zyklotronschwingung umwandeln, wodurch die lediglich beispielsweise Ausführungsformen und Aa-Signalschwingung eine Verstärkung erfährt. Aus 40 Wendungen der Erfindung verkörpern. Beispielsweise Gründen der Vereinfachung sind die Vorspannungs- könnte bei der Vorrichtung nach F i g. 1 die Wechselmittel für die Vierpole nicht dargestellt worden. wirkung auch mit der langsamen Synchronschwingung Aus Zeile 2 in den Spalten 4 und 5 der Tabelle ist vorgenommen werden anstatt mit der langsamen ersichtlich, daß diese Verstärkung erhalten wird Zyklotronschwingung, wodurch der Niederfrequenzdurch aktive Kopplung der schnellen Signal-Zyklo- 45 koppler 30 entfallen könnte. Darüber hinaus können tronschwingung mit der langsamen Seitenband-Idler- verschiedene Koppler-Arten, die anders ausgeführt Zyklotronschwingung. Der Ausgangsresonator 50 ent- sind, als diejenigen nach F i g. 4 und 5, hergestellt nimmt die verstärkte Signalenergie und gibt sie an werden, welche den Erfordernissen der erfindungseinen Verbraucher 23. gemäßen Erkenntnis Rechnung tragen, um Energie-

Es läßt sich zeigen, daß das Zyklotron-Schwingungs- 50 Übertragungen zwischen der Zyklotron-Schwingungsrauschen, welches in einem Elektronenstrahl auftritt, form und der Synchron-Schwingungsform zu beder Magnetfeldstärke an der Kathode umgekehrt wirken.

proportional ist. Umgekehrt kann gezeigt werden, Patentansprüche:
daß das Synchron-Schwingungsrauschen in einem

Elektronenstrahl der magnetischen Feldstärke an der 55 1. Zyklotronwellen - Elektronenstrahlverstärker-Kathode direkt proportional ist. Bei der Röhre nach röhre mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem F i g. 8 liegt die Kathode außerhalb des Magnet- am einen und einer Auffangelektrode am anderen feldes; auf diese Weise ist das Rauschen, das sowohl Röhrenende, bei der die Aufmodulation des zu von der schnellen als auch von der langsamen Syn- verstärkenden Signals auf den Elektronenstrahl chron-Schwingungsform herrührt, vernachlässigbar. 60 in der für die Verstärkung maßgeblichen Zyklo-Die Änderung der magnetischen Feldstärke muß tronwellenart (schnelle oder langsame Zyklotronadiabatisch sein, wenn eine nachteilige Vermischung wellen) in einem Elektronenstrahlabschnitt erfolgt, von Zyklotron- und Synchronschwingungen ver- ab dem der Elektronenstrahl hinsichtlich dieser mieden werden soll. Das Solenoid 19 ist daher längs Zyklotronwellenart weitgehend frei von Rauscheines Übergangsbereichs 53 verjüngt, so daß die 65 energie ist, dadurch gekennzeichnet, Änderung hinsichtlich der magnetischen Feldstärke daß zunächst ein Elektronenstrahl erzeugt wird, genügend allmählich vor sich geht, um die Bedin- der wenigstens hinsichtlich einer der beiden Syngungen des adiabatischen Übergangs zu erfüllen. chronwellenarten (schnelle bzw. langsame Syn-

chronwellen) oder hinsichtlich der nicht für die Verstärkung maßgeblichen Zyklotronwellenart weitgehend frei von Rauschenergie ist, daß vor dem Elektronenstrahlabschnitt, in dem die Aufmodulation des zu verstärkenden Signals auf den Elektronenstrahl erfolgt, wenigstens ein Koppler vorgesehen ist, der im Elektronenstrahlbereich ein elektrisches Vierpolfeld erzeugt, das eine Übertragung (Umwandlung) von Synchronwellenenergie in Zyklotronwellenenergie und umgekehrt ermöglicht, und daß der (die) Koppler so ausgelegt und betrieben ist (sind), daß das (jeweilige) elektrische Vierpolfeld im wesentlichen der Beziehung

(Op — ßp· U₀ = cüc

genügt ((Op oder ßp kann dabei insbesondere auch Null sein), und jene Wellenart des Elektronenstrahls, die weitgehend frei von Rauschenergie ist, in die für die Verstärkung maßgeb- ao liehe Zyklotronwellenart umgewandelt wird; cüj, = Kreisfrequenz der zeitlichen Wechsel des Vierpolfelds (Pumpkreisfrequenz), ß_p = Phasenkonstante bezüglich der räumlichen Wechsel des Vierpolfeldes in Elektronenstrahlrichtung, as w₀ = Gleichgeschwindigkeit des Elektronenstrahls und ct)_c = Zyklotronkreisfrequenz.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppler zur Umwandlung der schnellen Zyklotronwellen in langsame Synchron- so wellen und umgekehrt oder zur Umwandlung der schnellen Synchronwellen in langsame Zyklotronwellen und umgekehrt (Hochfrequenzkoppler) ein Koppler dient, der aus vier im wesentlichen parallel und axial symmetrisch zur Strahlachse verlaufenden Polen besteht, und daß Mittel vorgesehen sind, die einander in Umfangsrichtung benachbarte Pole entgegengesetzt polarisieren, mit einer Frequenz, die wenigstens angenähert gleich der Zyklotronfrequenz ist (F i g. 5).

3. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge L des Kopplers wenigstens angenähert der Beziehung

_T _ (2«-1) πU₀B

45

genügt, worin η eine positive ganze Zahl, grad

den Gradienten des axialen elektrischen Vierpolfeldes und B die Flußdichte des magnetischen Längsfeldes bedeutet.

4. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppler zur Umwandlung der schnellen Zyklotronwellen in schnelle Synchronwellen und umgekehrt oder zur Umwandlung der langsamen Zyklotronwellen in langsame Synchronwellen und umgekehrt (Niederfrequenzkoppler) ein Koppler dient, der aus einer Mehrzahl von Vierpolelektrodensystemen besteht, deren Pole jeweils axialsymmetrisch zur Strahlachse angeordnet sind und in Strahlrichtung hintereinanderliegen, und daß Mittel vorgesehen sind, die sowohl einander in Umfangsrichtung benachbarte Pole als auch in Strahlrichrung hintereinanderliegende benachbarte Pole elektrostatisch entgegengesetzt polarisieren (F i g. 4).

5. Röhre nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl zunächst eine Einrichtung zur Auskopplung der Energie der schnellen Rauschzyklotronwellen aus dem Elektronenstrahl durchsetzt, dann einen Koppler zur Umwandlung der schnellen Zyklotronwellen in langsame Synchronwellen (Hochfrequenzkoppler), hierauf einen Koppler zur Umwandlung der langsamen Synchronwellen in langsame Zyklotronwellen (Niederfrequenzkoppler) und schließlich eine Anordnung, in der die Verstärkung durch Wechselwirkung mit den langsamen Zyklotronwellen erfolgt (F i g. 1).

6. Röhre nach mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlerzeugungssystem einen Elektronenstrahl erzeugt, der weitgehend frei von Rauschsynchronwellenenergie ist, und daß dieser Elektronenstrahl zunächst einen Koppler zur Umwandlung der Synchronwellen in Zyklotronwellen durchsetzt (Fig. 8).

7. Röhre nach mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung, in der die Verstärkung erfolgt, aus einer Vielzahl von Vierpolelektrodensystemen besteht, deren Pole jeweils axialsymmetrisch zur Strahlachse angeordnet sind und in Strahlrichtung hintereinanderliegen und die entsprechend elektrostatisch entgegengesetzt polarisiert sind (F i g. 8).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909524/325